西安科技大學(xué)王曉利教授團(tuán)隊(duì)經(jīng)過十多年的產(chǎn)學(xué)研攻關(guān)，完成的“基于柔模支護(hù)的煤礦安全高回收開采關(guān)鍵技術(shù)與裝備研發(fā)及工業(yè)化應(yīng)用”項(xiàng)目，有效解決了無煤柱開采沿空留巷支護(hù)難度大、機(jī)械化作業(yè)水平低和采空區(qū)充填體強(qiáng)度低等難題，在50余座礦井成功應(yīng)用 ，實(shí)現(xiàn)了煤炭安全高回收開采技術(shù)的重大突破。日前，該項(xiàng)目榮獲2018年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
 

王曉利教授在國(guó)家科技獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上
 

突破難題 研發(fā)新技術(shù)

我國(guó)煤炭行業(yè)發(fā)展很快，但是還有許多有待于進(jìn)一步優(yōu)化之處，即使是在最先進(jìn)的技術(shù)下，煤炭開采過程中煤炭的回采損失仍然在10%左右。如何實(shí)現(xiàn)煤炭完全開采？國(guó)內(nèi)一直沒有規(guī)模化應(yīng)用的成熟技術(shù)。學(xué)礦建的王曉利，1982 年畢業(yè)留校后一直致力于煤炭完全回采方面的研究。

“從生產(chǎn)過程來說，要把煤炭盡可能多地采出來，就要實(shí)行無煤柱開采。我們采用柔模混凝土復(fù)合材料，隨著工作面回采，在采空區(qū)邊緣澆筑一道連續(xù)密閉的混凝土墻體，將巷道保留下來，為下一個(gè)工作面服務(wù)，利用混凝土墻體置換區(qū)段煤柱，提高煤炭回采率，利用柔模混凝土復(fù)合材料，將這部分損失的煤炭更安全有效地采出來。”王曉利說， 該個(gè)技術(shù)的原理、構(gòu)想不簡(jiǎn)單，要工業(yè)化應(yīng)用更難。該技術(shù)最基礎(chǔ)和關(guān)鍵的部分在于研發(fā)具有透水不透漿特性的柔模，將混凝土注入柔模后，水能流出來，但水泥不能流出來。

為此，他和團(tuán)隊(duì)做了上百次試驗(yàn)，利用水與水泥透過柔模孔隙的差異性，通過不斷調(diào)整柔模的孔徑與孔隙率，最終實(shí)現(xiàn)了柔模的透水不透漿特性。柔模要在井下使用，還要具有阻燃和抗靜電的特性。 在紡織行業(yè)，使紡織材料單獨(dú)實(shí)現(xiàn)阻燃或抗靜電，較容易。但要同時(shí)具有上述兩種特性，又要保證高強(qiáng)度、透水不透漿卻很難。經(jīng)過幾年反復(fù)探索，王曉利團(tuán)隊(duì)最終研制出復(fù)合型阻燃抗靜電劑，開發(fā)了阻燃抗靜電纖維紡紗工藝，攻克了透水不透漿的高強(qiáng)度纖維布織造技術(shù)難題，發(fā)明了三維紡織結(jié)構(gòu)柔性模板。

在此基礎(chǔ)上，王曉利團(tuán)隊(duì)建立了柔模混凝土施工作業(yè)線，開發(fā)出柔模混凝土制備輸送機(jī)組與沿空留巷自動(dòng)圍護(hù)裝備，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外相關(guān)方面的空白。

提高煤炭回收率10%以上

最初研制柔模，是為了將其用在巷道砌碹支護(hù)上。2007 年，王曉利團(tuán)隊(duì)將柔模應(yīng)用于紅柳煤礦大斷面緩坡副斜井的支護(hù)項(xiàng)目中。這是國(guó)內(nèi)外首次將柔模用于地下支護(hù)工程領(lǐng)域，該項(xiàng)目取得了巨大成功。

沿空留巷是緊跟工作面回采，通過巷旁支護(hù)將回采巷道保留下來，這就需要在緊跟回采工作面在端頭支架后方的采空區(qū)側(cè)作業(yè)，施工難度大，而采空區(qū)矸石易竄入作業(yè)空間，威脅作業(yè)人員的人身安全。

2009 年，柔模支護(hù)成套技術(shù)首次應(yīng)用于羊渠河煤礦沿空留巷。柔模支護(hù)成套技術(shù)解決了沿空留巷采空區(qū)漏風(fēng)的難題。利用柔模支護(hù)體將區(qū)段煤柱置換出來，實(shí)現(xiàn)了無煤柱開采，既不影響正常采煤，又能使留巷護(hù)得住。

柔模支護(hù)技術(shù)在沿空留巷的成功應(yīng)用，受到了業(yè)內(nèi)專家的廣泛關(guān)注。此后，柔模支護(hù)成套技術(shù)一直在刷新沿空留巷中的應(yīng)用紀(jì)錄。2012 年，柔模充填開采技術(shù)在陜煤化集團(tuán)榆陽煤礦進(jìn)行了試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了采煤與充填平行作業(yè)，工作面產(chǎn)量大幅度提高。

2015 年，柔模支護(hù)成套技術(shù)在陜煤化集團(tuán)黃陵礦業(yè)公司雙龍煤礦進(jìn)行試驗(yàn)，成功穿越采空區(qū)190 米。很多人不敢做這個(gè)項(xiàng)目，最終王曉利團(tuán)隊(duì)做成了。試驗(yàn)成功意味著可以用柔模支護(hù)技術(shù)穿越采空區(qū)為復(fù)采創(chuàng)造條件，回收廢棄煤炭資源。

據(jù)了解，柔模支護(hù)成套技術(shù)已經(jīng)在50多個(gè)煤礦得到應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至目前，應(yīng)用該技術(shù)已減少回采巷道54000 余米，多回收煤炭700 余萬噸，提高煤炭回收率10%以上，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益8 億元以上。

一項(xiàng)技術(shù)只有足夠簡(jiǎn)單，才可能被推廣下去，從難到易是一個(gè)艱難的創(chuàng)新過程。王曉利團(tuán)隊(duì)一直在嘗試將柔模支護(hù)成套技術(shù)變得更簡(jiǎn)單，更利于一線礦工操作。

談到團(tuán)隊(duì)未來的目標(biāo)，王曉利表示：“未來該技術(shù)的發(fā)展方向是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)掛設(shè)柔模，進(jìn)一步簡(jiǎn)化工藝，同時(shí)還計(jì)劃對(duì)采空區(qū)的煤礦進(jìn)行復(fù)采，回收采空區(qū)煤柱。”