煤炭深部開采會遇到哪些難題？這些難題如何破解？近日，帶著這些問題，筆者走進了深部煤炭開采與環(huán)境保護國家重點實驗室。

建成了深井試驗大廳

“淮南礦區(qū)地質(zhì)條件復雜，尤其是進入深部開采后，瓦斯災害威脅不降反升，地溫、地壓等難題也相當棘手。”深部煤炭開采與環(huán)境保護國家重點實驗室副主任薛俊華說，“從全國來看，淮南礦區(qū)具有代表性，淮南的難題解決了，全國高瓦斯礦區(qū)的難題也能得到解決。”

該重點實驗室成立以來，以淮南礦區(qū)深部開采為主要研究對象，圍繞巷道支護、瓦斯抽采等難題，開展了圍巖變化規(guī)律的作用機理等方面的基礎理論研究。

安徽淮南礦業(yè)集團謝一礦作為國家深部開采試驗礦井，為深部煤炭開采與環(huán)境保護重點實驗室提供了物理模擬實驗條件。深部煤炭開采與環(huán)境保護重點實驗室在謝一礦建成了深井試驗大廳，建筑面積3360平方米。

“目前，深井試驗大廳有5臺重型物理模擬試驗裝備，圍繞1000米以深深部開采的瓦斯治理、地溫、地壓等進行物理模擬試驗。”該重點實驗室的一位工作人員說。其中，煤與瓦斯突出物理模型實驗裝置、無煤柱煤與瓦斯共采實驗裝置、礦井開采三維可視化數(shù)字模型實驗裝置等都是淮南礦業(yè)集團自主研發(fā)的大尺寸、高精度的儀器，達到了國內(nèi)一流、國際先進水平。

深部煤炭開采與環(huán)境保護重點實驗室成立三年多來，僅投入儀器設備購置與平臺建設資金就達5938.98萬元。2014年，深部煤炭開采與環(huán)境保護重點實驗室成功申報了國家重大科研儀器研制項目。

實驗室里模擬井下災害

除了深井試驗大廳外，深部煤炭開采與環(huán)境保護重點實驗室還建設了5個專業(yè)實驗室，包括瓦斯含量、吸附—解析實驗室，深部礦井三維虛擬影像中心，數(shù)值實驗室，巖石力學實驗室，生態(tài)環(huán)境實驗室。

“這臺大型并行機，它的浮點運算速度為每秒10萬億次，在煤炭行業(yè)排名第一。”在數(shù)值實驗室，工作人員周偉指著一臺大型計算機說。

數(shù)值實驗室完成了物理模擬無法完成的工作，比如模擬巷道破壞過程、巖石試件損傷過程等。在這里，研究人員將礦井巷道的各項參數(shù)輸入電腦，通過數(shù)值模擬軟件，由計算機將巷道頂板冒落過程和應力分布狀態(tài)、含瓦斯煤巖突出過程等模擬出來進行分析，“這套系統(tǒng)是目前煤炭行業(yè)運算規(guī)模最大的，每次運算可達500萬個單元，精度非常高”。

在深部礦井三維虛擬影像中心，技術人員張寒向筆者展示了虛擬影像系統(tǒng)。戴上三維眼鏡，人可以站在幕布上，當影像播放時，如同身臨其境。張寒說，待虛擬仿真系統(tǒng)與數(shù)值模擬系統(tǒng)接口開發(fā)完成后，數(shù)值實驗室模擬出來的數(shù)據(jù)將實現(xiàn)三維可視化，數(shù)值試驗計算結(jié)果可以直觀地反映在研究人員面前。

以科研項目壯大技術隊伍

深部煤炭開采與環(huán)境保護重點實驗室先后承擔了“煤炭資源安全開采的關鍵理論問題研究”、“煤與瓦斯突出災害模擬和預警模型研究”兩項國家重點基礎研究發(fā)展計劃（“973”計劃），以及“十二五”國家科技支撐計劃課題“煤礦深部圍巖結(jié)構與應力場探測分析系統(tǒng)研究”，國家下?lián)軐ｍ椦邪l(fā)資金總計745萬元。

這3個項目均著眼于我國礦井普遍進入800米以深開采環(huán)境下，高地應力、高瓦斯、復雜地質(zhì)條件下的煤炭資源開發(fā)的核心難點問題。目前，“煤炭資源安全開采的關鍵理論問題研究”已順利結(jié)題，“煤與瓦斯突出災害模擬和預警模型研究”已實現(xiàn)了研究目標，具備了驗收條件。

目前，深部煤炭開采與環(huán)境保護重點實驗室有固定人員40名，全部擁有碩士及以上學歷，其中中國工程院院士1人，4人享受國務院政府特殊津貼，省、部級拔尖人才3人，新世紀百千萬人才國家級人選1人。

深部煤炭開采與環(huán)境保護國家重點實驗室簡介

深部煤炭開采與環(huán)境保護國家重點實驗室是由科技部于2010年12月17日批復，依托淮南礦業(yè)集團建設的國家重點實驗室。

針對我國深部資源開采實踐應用超前、基礎理論研究滯后的現(xiàn)狀，結(jié)合淮南礦區(qū)復雜地質(zhì)條件，深部煤炭開采與環(huán)境保護國家重點實驗室確定了深部煤炭開采安全保障技術、深部煤炭開采技術、礦區(qū)環(huán)境保護技術3個研究方向。

未來5年至10年，該實驗室將主要研究煤礦深部開采與礦山綠色開采領域的基礎理論和關鍵技術。

鏈接

◆深部低透氣性高瓦斯煤層群無煤柱開采卸壓瓦斯技術：該技術在淮南礦業(yè)集團朱集東礦千米深井1111（1）工作面進行了示范應用，建立了深井工作面“一面三巷、一巷多用、聯(lián)合治理、連續(xù)開采”的煤氣共采模式。

◆大采高突出煤層群無煤柱煤與瓦斯共采技術：針對大采高、強擾動開采條件，提出了留巷頂板應力衰減系數(shù)的概念，研發(fā)出大采高留巷關鍵區(qū)域頂?shù)装鍛D(zhuǎn)移調(diào)整控制技術，實現(xiàn)了裂隙帶卸壓瓦斯高效抽采。