創新綠色開采 勇攀科技高峰
——記中國平煤神馬集團深部煉焦煤資源安全高效綠色開采創新團隊

□王滿

張建國在井下指導工作

平頂山礦區是新中國自行勘探、開發、建設的第一個特大型煤炭基地，煤種齊全，煤質優良，尤其是煉焦煤品質“亞洲第一、世界第二”，在促進中原地區國民經濟發展中發揮了重要作用。但同時，礦區地質構造復雜，瓦斯、水、火、地溫、地壓、頂板等災害嚴重，尤其是瓦斯含量高、突出危險性大、煤層透氣性低的特征，導致煤礦瓦斯治理難度大。根據2020年國家煤監局統計，全國采深超過千米災害嚴重的煤礦共有39處，河南有5處，且全部屬于平頂山礦區。隨著采深的增加，淺部災害防治技術已遠不能適應安全生產需要，成為制約深部煤炭資源安全高效開采的瓶頸。為解決這些關鍵性難題，在團隊負責人張建國的帶領下，依托中國平煤神馬控股集團有限公司（原中國平煤神馬能源化工有限責任公司），于2010年10月成立了中國平煤神馬集團深部煉焦煤資源安全高效綠色開采創新團隊。目前，有團隊成員66人，其中教授級高級工程師19人，高級工程師35人，博士17人。

10余年的科技創新與工程實踐，創新團隊在瓦斯治理、災害防治、安全開采等方面取得了諸多的成果，首創了煤層卸壓均衡增透理論，研發了樹狀鉆孔精準抽采技術，解決了煤礦瓦斯抽采空白帶、應力孤島問題，填補了國內外空白。創建了瓦斯預測、分級方法，在瓦斯防治技術裝備方面取得重大突破。首次提出集瓦斯抽采-發電-集中制冷-熱害治理于一體的開發新模式，實現抽采瓦斯近零排放。有力推動了平煤神馬集團開采67年的煤礦長年保持盈利。

堅持技術創新驅動 杜絕瓦斯爆炸事故

團隊建設過程中注重創新能力培養。為破解深部礦井復合動力災害治理技術難題，團隊成員始終奮戰在煤礦災害治理第一線，在開展松軟低透氣性煤層瓦斯抽采增效理論、深部采動破斷煤巖體中瓦斯運移與富集機理及規律研究的基礎上，深入開展高瓦斯突出煤層“鉆-沖-割”耦合卸壓及瓦斯高效抽采技術、深部礦井自進式水力噴射鉆孔煤層增透成套裝備與技術、極薄煤層保護層綠色開采、二氧化碳相變致裂強化預抽、“一面多巷”等多項瓦斯治理新技術與裝備研究，形成深部突出礦井大采高工作面瓦斯綜合治理及循環利用技術體系及工程示范。連續攻克多項瓦斯治理技術難題，使我國的瓦斯防治水平實現了革命性突破，其完成的重大科技項目，獲國家科技進步二等獎3項、省部級科技進步獎28項(其中一等獎15項)、取得專利26項，研發的數十項瓦斯治理技術與裝備，在全國40多座礦井推廣應用，累計產生經濟效益35億元以上，使歷史上曾經瓦斯災害嚴重的平頂山礦區連續27年杜絕瓦斯爆炸事故。

創新平臺建設理念強化智能礦井建設

團隊注重加強科技創新平臺建設。以創新團隊為依托，著手組建了平煤神馬集團能源化工研究院，開創了全國煤炭企業和河南省企業的先河，也標志著平煤神馬集團在自主創新方面邁出了重大步伐。團隊堅持“產、學、研、用”相結合，注重借智生力，力促平頂山市政府、平煤神馬集團和上海交大聯合成立上海聯合研發中心，使得成果研發和轉化實現無縫對接。截至目前，建立1個國家重點實驗室、3個國家級企業技術中心，2個國家級博士后科研工作站、37個省部級創新平臺。并與浙江大學、上海交通大學、中科院等20余家高等院校、科研院所簽訂了科技戰略合作協議，為企業推進科技成果研究與轉化提供了強大的平臺支撐。

團隊注重煤礦智能化建設，帶領工程技術人員率先在條件復雜、災害嚴重的平煤神馬十礦建成全省首個千米突出深井智能化綜采工作面，實現了遠程操作、一鍵啟停、慣性導航、可視可控，采面單產提升60%以上，人員減少2/3，并創造了當時“國內第一套純國產智能化裝備、國內第一套成功使用慣導系統、國內調試用時最短”三項紀錄，標志著河南省煤礦開采進入無人少人的智能化時代。

深入一線深耕細作多項技術國內首創

張建國（左）在指導團隊進行實驗研究

團隊以平頂山礦區為依托，圍繞礦井深部瓦斯治理、災害防治、安全開采開展研究，取得了一批創新性研究成果，并將研究成果在全國進行推廣，取得了良好的經濟效益和社會效益，使團隊的學術能力得到行業專家的認可，在行業具有較大的影響力和學術地位。

國際交流合作

在團隊成立早期，為解決平頂山礦區煤與瓦斯突出嚴重、預測準確性差的難題，團隊開展瓦斯突出預測關鍵技術攻關研究，建立了多因素耦合瓦斯突出致災機理模型，首次將突出煤層按五級劃分，實行分級管控，并開發了突出預警系統，實現動態監測，使煤與瓦斯突出災害預測準確率由不到60%提高到80%以上。通過在平頂山礦區進行應用，使原來煤與瓦斯突出災害嚴重的平頂山礦區連續27年杜絕了瓦斯爆炸事故。目前，該技術已在全國80%高瓦斯礦區推廣應用，有效減少了瓦斯事故發生，形成了良好的經濟效益和社會效益。在項目鑒定中，專家組認為：該成果在瓦斯災害準確預測方面達到了國際領先水平。其中，瓦斯分級標準寫入國家《煤礦安全規程》《礦井瓦斯抽放理論與技術》，填補了國內空白。同時，圍繞該技術開展的礦井瓦斯綜合治理示范工程配套技術研究、煤與瓦斯突出礦井深部動力災害一體化預測與防治關鍵技術研究先后均獲得國家科技進步二等獎。

對煤與瓦斯突出危險區域進行瓦斯抽采是減少突出事故發生的根本，但平頂山礦區特殊的煤層特征，導致滲透性極差，必須通過儲層增透才能從根本上提高瓦斯抽采效率。為此，團隊圍繞儲層增透開展深入研究，首次描述了瓦斯吸附與解吸對煤體變形與滲透的作用機理，率先研究了應力集中對鉆孔增透范圍的影響規律，首創“鉆孔+射流割縫+致裂”網格化定向造縫增透技術及成套設備。實現了煤層均衡卸壓增透，解決了煤礦瓦斯抽采空白帶、應力孤島問題，填補了國內外空白。使瓦斯治理周期由24個月縮短至8個月，抽采范圍擴大8~10倍，治理成本降低50元/噸，僅平頂山礦區每年解放深部優質煤炭資源3000萬噸，產值200億元。該技術已在全國高瓦斯礦井推廣應用，取得較好的卸壓增透效果。在該項目評審會上，專家組評價：該技術破解了多項瓦斯治理難題，實現了高瓦斯低透煤層高效治理，成果達到國際領先水平。團隊負責人張建國受邀在中國工程科技論壇做特邀報告。圍繞該技術取得的研究成果先后獲得國家科技進步二等獎1項，省部級科技進步獎一等獎8項。

通過煤層卸壓增透，實現了瓦斯的高效抽采，但是由于抽采濃度低、流量不穩定，瓦斯利用量僅有1/5，不僅造成資源巨大浪費，而且加重了溫室效應。為此，團隊研發了瓦斯富集區域識別和高、中、低“三位一體”立體布孔方法，解決了瓦斯抽采濃度低、不穩定的難題，并構建瓦斯“抽采-發電-制冷”一體化綠色開發新模式。使瓦斯抽采濃度由不到5%提高到50%以上，實現了“瓦斯災害治理”到“瓦斯資源化利用”的轉變。通過該技術使平頂山礦區瓦斯抽采量由2000年的3000萬立方米提高到目前的1.7億立方米，該成果已在全國90%以上的高瓦斯礦井推廣應用，每年創收60億元，減排溫室氣體相當于2.4億噸二氧化碳，具有極強的經濟效益和社會效益。在項目鑒定會上，專家組鑒定：該成果支撐了深部煤炭資源的綠色協同高效開采，成果達到國際領先水平。圍繞該技術取得的研究成果獲得中國煤炭工業科學技術一等獎2項，河南省科技進步一等獎1項。同時，該技術被各大媒體廣泛報道，比如新華社報道的《平煤神馬集團變‘黑’為‘綠’的轉型之路》、《河南日報》刊登的《中國平煤神馬集團積極探尋‘智慧+綠色’發展新模式》等。

團隊圍繞瓦斯治理取得了一系列原創性成果，有效解決了瓦斯治理過程存在的部分瓶頸問題，推動了瓦斯治理技術進步與科學發展，提高了我國瓦斯治理技術與設備的自主創新能力，對推動經濟發展、社會進步具有重要意義。

煤炭是我國的主要能源，在一次能源消耗中占主體地位，并且在未來很長一段時間內煤炭都將是我國能源消耗的主體。但是，我國煤礦每年仍有大量瓦斯直接排放到大氣中，因此在國家“碳達峰、碳中和”戰略下，解決瓦斯排放利用問題是煤炭企業發展必須邁過的重大關口。

中國平煤神馬集團深部煉焦煤資源安全高效綠色開采創新團隊將不忘初心牢記使命，砥礪奮進再攀高峰。

研究礦區整體規劃