把煤炭资源从水中解放出来

近日，自然资源部发布2025年版矿产资源节约与综合利用先进适用技术目录，皖北煤电集团申报的松散含水砂层注浆改造与薄基岩煤层控水控灾开采技术成功入选。该技术为我国松散含水层下薄基岩煤炭资源绿色、安全、高效开采，提供了关键技术保障，也让皖北煤电集团水害治理实现了从“躲水”到“治水”的跨越。

“水”与“煤”的两难抉择

在皖北煤电集团五沟煤矿，第四含水层（简称“四含”）曾是悬在所有矿工头顶的达摩克利斯之剑，持续威胁着矿井安全生产。“四含”主要由松散砂层构成，不仅富水性强、含水量大，且透水性极高。一旦与下部煤层开采活动相互影响，极易诱发突水、溃砂等重大安全事故，造成难以估量的生命与财产损失。

“以1010-1工作面原设计回采范围为例，在-285米顶板标高以上区域，‘四含’水体直接覆盖于薄基岩之上，水文地质条件极为复杂。若不采取有效的技术处理措施，根本无法进行安全回采。”时任五沟煤矿总工程师昌修林回忆道，“当时，我们面临两难选择：要么放弃这部分宝贵资源，要么承担水害风险强行开采。无论是哪种选择，都对矿井可持续发展带来严峻挑战。”

最初，为了确保开采安全，五沟煤矿不得不留设高度达50米的防水煤柱。这相当于约20层楼房的高度，导致大量优质煤炭资源被封锁于煤柱之中，无法得到有效开采，资源浪费现象十分严重。

然而，随着煤矿开采深度与强度持续增加，五沟煤矿近含水层煤层采动裂隙岩体中发生的“水—岩”耦合渗流突变致灾机制日趋复杂，突水风险进一步加剧。

与此同时，矿区煤炭资源储备日趋紧张，资源匮乏问题日益凸显。五沟煤矿初步设计中留设的防水煤岩柱所压覆的煤炭总量2000余万吨，造成资源损失极其严重，矿区服务年限也受到明显影响。

有效遏制矿井水害事故发生，保障“煤—水”双资源类型矿井安全生产，实现水患威胁近含水层煤层的绿色、高效开采，已成为五沟煤矿亟待破解的关键科学技术难题。

此类压覆煤炭资源具有埋藏浅、勘探程度高、生产系统完善、开采成本较低（如瓦斯含量低、矿压显现弱）等显著优势。于是，五沟煤矿将薄基岩近含水层煤层安全开采技术创新作为新矿井潜力挖掘与老矿井延寿革新的重点方向。

把含水层变成隔水层

2020年，五沟煤矿联合中煤科工集团西安研究院、中国矿业大学，启动《松散含水砂层注浆改造与薄基岩煤层控水控灾开采》项目，试图用“注浆”这把“钥匙”，打开水害的“锁”。

该项目实施伊始，团队面临的第一个问题是：松散砂层怎么注浆？“四含”不像坚硬岩层，注浆时浆液容易“跑”，无法形成有效固结。经过反复试验，他们提出“挤压劈裂注浆”思路——通过高压注浆，把浆液注入砂层，最终达到“驱水固砂”的目的。

2020年9月1日，该项目正式开工。

施工过程中，相邻钻孔“串浆”（浆液从一个孔流到另一个孔）成为最大的难题。“‘串浆’会导致浆液浪费，还影响注浆效果。”该项目现场施工负责人吴燕军说，他们想出“错位施工、跳孔作业”的办法，让钻孔“错开”施工，同时每钻进50米就测一次孔斜，及时纠偏。

该项目历时191天，施工42个钻孔，钻探进尺11790米，注入水泥57742吨、粉煤灰12525吨，相当于把20个标准游泳池的浆液“灌”进地下。

“每一个钻孔的注浆压力、流量都要严格控制。”吴燕军说，“我们坚持‘控时、控压、控量’三原则，防止浆液无效扩散，保证每一滴浆液都用在刀刃上。”

注浆效果好不好，得用数据证明。注浆结束后，该矿地测部门用“地孔物探+孔间物探+井下钻探”组合拳验证效果。

物探结果显示，“四含”层位视电阻率值大幅提高，富水性变弱；井下钻探的27个孔里，取芯全是“水泥+砂”的固结体，没有一滴水。“这说明，注浆达到了‘驱水固砂’的目的，含水层变成‘相对隔水层’。”昌修林说。

2023年1月25日，五沟煤矿1010-1工作面试采。这个工作面的-285米顶板标高以上区域，正是“四含”注浆改造的核心区。“我们都捏着一把汗，生怕出现问题。”回采班班长王体章说，“结果，试采了3个月，工作面没有一点淋水，采空区涌水量只有3立方米/小时，出水清澈，不含砂。”

截至2023年4月16日，该工作面防塌煤柱区域安全回采结束，解放了23万吨被“困”的煤炭资源，相当于为煤矿增加产值1.8亿元。“原来留60米煤柱，现在只留23.19米煤柱，资源利用率提高了一大截。”五沟煤矿地测副总工程师解建说。

据测算，该技术预计能让五沟煤矿从“水困煤层”中回收117万吨煤炭，增盈11.23亿元。两淮矿区推广应用该技术后，预计可多回收5亿吨煤炭资源。

“下一步，我们将围绕松散含水砂层注浆改造与薄基岩煤层控水控灾开采技术，打造矿区的‘安全密码’，助力更多煤矿消除水害威胁。”皖北煤电集团生产技术部有关负责人表示。

作者：邵明可 张国强 版面编辑：杜明阳

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来源：中国煤炭报

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