煤炭深部開(kāi)采會(huì)遇到哪些難題？這些難題如何破解？近日，帶著這些問(wèn)題，筆者走進(jìn)了深部煤炭開(kāi)采與環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

建成了深井試驗(yàn)大廳

“淮南礦區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，尤其是進(jìn)入深部開(kāi)采后，瓦斯災(zāi)害威脅不降反升，地溫、地壓等難題也相當(dāng)棘手。”深部煤炭開(kāi)采與環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任薛俊華說(shuō)，“從全國(guó)來(lái)看，淮南礦區(qū)具有代表性，淮南的難題解決了，全國(guó)高瓦斯礦區(qū)的難題也能得到解決。”

該重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成立以來(lái)，以淮南礦區(qū)深部開(kāi)采為主要研究對(duì)象，圍繞巷道支護(hù)、瓦斯抽采等難題，開(kāi)展了圍巖變化規(guī)律的作用機(jī)理等方面的基礎(chǔ)理論研究。

安徽淮南礦業(yè)集團(tuán)謝一礦作為國(guó)家深部開(kāi)采試驗(yàn)礦井，為深部煤炭開(kāi)采與環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供了物理模擬實(shí)驗(yàn)條件。深部煤炭開(kāi)采與環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在謝一礦建成了深井試驗(yàn)大廳，建筑面積3360平方米。

“目前，深井試驗(yàn)大廳有5臺(tái)重型物理模擬試驗(yàn)裝備，圍繞1000米以深深部開(kāi)采的瓦斯治理、地溫、地壓等進(jìn)行物理模擬試驗(yàn)。”該重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的一位工作人員說(shuō)。其中，煤與瓦斯突出物理模型實(shí)驗(yàn)裝置、無(wú)煤柱煤與瓦斯共采實(shí)驗(yàn)裝置、礦井開(kāi)采三維可視化數(shù)字模型實(shí)驗(yàn)裝置等都是淮南礦業(yè)集團(tuán)自主研發(fā)的大尺寸、高精度的儀器，達(dá)到了國(guó)內(nèi)一流、國(guó)際先進(jìn)水平。

深部煤炭開(kāi)采與環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成立三年多來(lái)，僅投入儀器設(shè)備購(gòu)置與平臺(tái)建設(shè)資金就達(dá)5938.98萬(wàn)元。2014年，深部煤炭開(kāi)采與環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成功申報(bào)了國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目。

實(shí)驗(yàn)室里模擬井下災(zāi)害

除了深井試驗(yàn)大廳外，深部煤炭開(kāi)采與環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室還建設(shè)了5個(gè)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室，包括瓦斯含量、吸附—解析實(shí)驗(yàn)室，深部礦井三維虛擬影像中心，數(shù)值實(shí)驗(yàn)室，巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，生態(tài)環(huán)境實(shí)驗(yàn)室。

“這臺(tái)大型并行機(jī)，它的浮點(diǎn)運(yùn)算速度為每秒10萬(wàn)億次，在煤炭行業(yè)排名第一。”在數(shù)值實(shí)驗(yàn)室，工作人員周偉指著一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)說(shuō)。

數(shù)值實(shí)驗(yàn)室完成了物理模擬無(wú)法完成的工作，比如模擬巷道破壞過(guò)程、巖石試件損傷過(guò)程等。在這里，研究人員將礦井巷道的各項(xiàng)參數(shù)輸入電腦，通過(guò)數(shù)值模擬軟件，由計(jì)算機(jī)將巷道頂板冒落過(guò)程和應(yīng)力分布狀態(tài)、含瓦斯煤巖突出過(guò)程等模擬出來(lái)進(jìn)行分析，“這套系統(tǒng)是目前煤炭行業(yè)運(yùn)算規(guī)模最大的，每次運(yùn)算可達(dá)500萬(wàn)個(gè)單元，精度非常高”。

在深部礦井三維虛擬影像中心，技術(shù)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(dāng)影像播放時(shí)，如同身臨其境。張寒說(shuō)，待虛擬仿真系統(tǒng)與數(shù)值模擬系統(tǒng)接口開(kāi)發(fā)完成后，數(shù)值實(shí)驗(yàn)室模擬出來(lái)的數(shù)據(jù)將實(shí)現(xiàn)三維可視化，數(shù)值試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果可以直觀地反映在研究人員面前。

以科研項(xiàng)目壯大技術(shù)隊(duì)伍

深部煤炭開(kāi)采與環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室先后承擔(dān)了“煤炭資源安全開(kāi)采的關(guān)鍵理論問(wèn)題研究”、“煤與瓦斯突出災(zāi)害模擬和預(yù)警模型研究”兩項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（“973”計(jì)劃），以及“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題“煤礦深部圍巖結(jié)構(gòu)與應(yīng)力場(chǎng)探測(cè)分析系統(tǒng)研究”，國(guó)家下?lián)軐?zhuān)項(xiàng)研發(fā)資金總計(jì)745萬(wàn)元。

這3個(gè)項(xiàng)目均著眼于我國(guó)礦井普遍進(jìn)入800米以深開(kāi)采環(huán)境下，高地應(yīng)力、高瓦斯、復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤炭資源開(kāi)發(fā)的核心難點(diǎn)問(wèn)題。目前，“煤炭資源安全開(kāi)采的關(guān)鍵理論問(wèn)題研究”已順利結(jié)題，“煤與瓦斯突出災(zāi)害模擬和預(yù)警模型研究”已實(shí)現(xiàn)了研究目標(biāo)，具備了驗(yàn)收條件。

目前，深部煤炭開(kāi)采與環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室有固定人員40名，全部擁有碩士及以上學(xué)歷，其中中國(guó)工程院院士1人，4人享受?chē)?guó)務(wù)院政府特殊津貼，省、部級(jí)拔尖人才3人，新世紀(jì)百千萬(wàn)人才國(guó)家級(jí)人選1人。

深部煤炭開(kāi)采與環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)介

深部煤炭開(kāi)采與環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是由科技部于2010年12月17日批復(fù)，依托淮南礦業(yè)集團(tuán)建設(shè)的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

針對(duì)我國(guó)深部資源開(kāi)采實(shí)踐應(yīng)用超前、基礎(chǔ)理論研究滯后的現(xiàn)狀，結(jié)合淮南礦區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件，深部煤炭開(kāi)采與環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室確定了深部煤炭開(kāi)采安全保障技術(shù)、深部煤炭開(kāi)采技術(shù)、礦區(qū)環(huán)境保護(hù)技術(shù)3個(gè)研究方向。

未來(lái)5年至10年，該實(shí)驗(yàn)室將主要研究煤礦深部開(kāi)采與礦山綠色開(kāi)采領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)。

鏈接

◆深部低透氣性高瓦斯煤層群無(wú)煤柱開(kāi)采卸壓瓦斯技術(shù)：該技術(shù)在淮南礦業(yè)集團(tuán)朱集東礦千米深井1111（1）工作面進(jìn)行了示范應(yīng)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(kāi)采”的煤氣共采模式。

◆大采高突出煤層群無(wú)煤柱煤與瓦斯共采技術(shù)：針對(duì)大采高、強(qiáng)擾動(dòng)開(kāi)采條件，提出了留巷頂板應(yīng)力衰減系數(shù)的概念，研發(fā)出大采高留巷關(guān)鍵區(qū)域頂?shù)装鍛?yīng)力轉(zhuǎn)移調(diào)整控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了裂隙帶卸壓瓦斯高效抽采。