國家能源集團神東煤炭：創新礦井治災技術 做行業領先典範

煤礦開採是與自然作鬥爭的過程，地質條件千變萬化，地下災害與煤炭生產相伴而生。國家能源集團神東煤炭作為全國首個2億噸煤炭生產基地，行業先進生產力代表，不僅在生產技術革新上成果豐碩，在應對礦井災害治理領域也走在行業前沿。其中，長鑽孔水力壓裂治災技術在2017年首創應用於堅硬頂板強礦壓治理，經過6年的豐富創新，成功將技術應用擴展至上覆遺留煤柱強礦壓，堅硬煤體、沖刷地質異常體、夾矸層弱化等災害治理中，為礦井安全高效生產提供了保障。僅2022年一年，長鑽孔水力壓裂治災技術就已經成功在神東所屬礦井17個工作面應用實施，共計施工定向長鑽孔96個，鑽孔長度累計3.6萬多米、壓裂700多段，創造了井下單孔800米分18段壓裂的行業紀錄。首創精神、豐富應用場景、成熟技術實踐生動詮釋了神東“山溝溝里也可以出先進生產力”的發展自信。

神東的實踐成果為堅硬頂板強礦壓超前防治提供了裝備和技術支撐，豐富了煤礦井下頂板強礦壓防治技術手段，填補了煤礦井下定向長鑽孔裸眼分段壓裂裝備和技術空白，創建了超前、精準、區域化強礦壓防治新模式。

技術革新引領發展之路

事非經過不知難，成如容易卻艱辛。時間的坐標回到2017年，布爾台煤礦42107工作面，煤壁片幫、巷道幫鼓及底鼓現象明顯，解決堅硬頂板強礦壓問題是保障礦井安全生產的當務之急。其實，這也不是一個工作面的問題。布爾台煤礦是神東地質條件複雜的礦井，開採難度大，與此同時，隨着各礦井開採範圍和深度的增加，越來越多的礦井受到頂板災害的威脅，強礦壓問題均會接踵而來。考慮到常規爆破及短鑽孔水力壓裂覆蓋區域小、工程量大、成本高，且爆破易產生一氧化碳等有毒有害氣體等問題，技術革新是一條必由之路。

“石油、天然氣開採中使用的壓裂裝備，通過水力作用改變岩石的物理性質，從而增加岩層的滲透性。”神東生產管理部主管王慶雄介紹道，儘管地面壓裂和地下壓裂場景不同，但解決問題的原理是值得借鑒的。神東在此基礎上學習創新，與科研院所聯合，結合井下作業受限條件，着力於設備小型化改造和功能性開發，研發了適用於井下定向長鑽孔的裸眼分段壓裂成套裝備，形成了頂板長鑽孔分段壓裂超前弱化解危的工藝技術。

從理論研究到設備創新，該技術首次在布爾台煤礦落地實踐，通過向工作面中部煤層頂板施工定向長鑽孔，並分段進行水力壓裂，實現了堅硬頂板人工弱化改造。布爾台煤礦採煤機司機付鍾保記憶猶新，“以往遇到工作面來壓，得打起十二分的注意，時刻調整採煤機動作，這次在通過壓裂治理區域時，採煤機明顯好推多了。”在煤機司機主觀的感受之下，是客觀數據的支撐，通過水力壓裂，工作面來壓期間支架阻力由平均48.2兆帕降至38.1兆帕，來壓步距由24-30米降至17-21米，採空區懸頂面積顯著減小。

這一組有力的數據表明了神東應用長鑽孔水力壓裂治災技術有效可靠，探索出解決堅硬頂板強礦壓問題全新路徑，是國內乃至國際上首次將該項技術應用於煤礦堅硬頂板治理領域。

豐富實踐帶來廣闊前景

首戰告捷，並不意味着就此止步。

神東安全、高效的生產節奏，對工藝、效率提出了新的要求。在總結壓裂成功經驗中，神東技術人員又將思考聚焦在工藝改進提升中，可以簡單理解為，既要做到少打鑽孔，又能壓裂更遠的距離。

看似困難的問題，神東技術人員總能找到最優解。在探索實踐過程中，技術人員不斷突破裸眼高壓密封、單孔分級壓裂有限等瓶頸，開發多段拖動後退式壓裂工藝，實現了2千米以外自動控制壓裂，創造了井下單孔800米分18段壓裂的行業紀錄。

長鑽孔水力壓裂治災技術在應用中成熟，也在實踐中不斷豐富應用場景。治理範圍不僅涵蓋了堅硬頂板強礦壓、上覆遺留煤柱強礦壓領域，還在堅硬煤體、沖刷地質異常體、夾矸層弱化等方面得到豐富應用，前景廣闊。

在上灣煤礦12402工作面，平均煤厚達到9.05米，煤層堅硬、韌性大，與之對應的就是在回採中截割困難、推采速度慢、截齒消耗量高、採煤機故障多發。神東生產管理部通過對治理堅硬頂板的原理遷移，對厚硬煤層進行弱化改造，提高工作面回採效率，減少回採設備損耗，降低生產成本。

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在神東的豐富應用場景和成熟技術實踐中，長鑽孔水力壓裂治災技術具有鑽孔軌跡精確可控、有效壓裂段長度大、壓裂裂縫延展半徑大等優勢，與傳統的大直徑鑽孔卸壓、煤層注水軟化、煤層或頂底板爆破解危卸、常規淺孔水力壓裂等治理方式相比，從技術、經濟、環保等多個維度，都突顯出了優勢與效益。

發展無止境，創新不止步。神東積極擁抱数字化藍海，礦壓防治技術也與時代發展同頻共振。在布爾台煤礦成立的神東礦壓研究重點實驗室，就着力於在智能化思維主導下建立覆蓋“全礦井、重點區域”的全方位、多層次的現代化綜合礦壓防治技術體系。實驗室的布局意味着神東礦壓防治工作在搭建平台、聚合資源、通力攻關方面邁上了新台階。值得期待的是，鐫刻神東烙印的礦壓技術體系和管理標準將在這裏揚帆起航。

多維度全方位精準施治

“壓裂效果怎麼樣，不能只有感官感受，更需要數據來支撐。”神東生產管理部高振宇介紹，為準確掌握壓裂效果，做到災害精準治理，神東建立了壓裂效果“時空”響應的多參量動-靜結合的綜合監測技術體系。

多參量意味着多個維度多個方法，圍繞壓裂裂縫監測和壓裂防治效果評價兩個方面，神東將嚴謹求實的科學精神貫穿始終。僅以靜態的監測手段為例，神東研發了定向長鑽孔孔內瞬變電磁探測技術和裝備，以壓裂前區域電阻分佈為背景，通過壓裂后電阻測試結果與壓裂前做差，確定純電阻異常區，探測壓裂裂縫分佈區域和展布方向。

監測目的不止於了解，更在於精準的應用，該技術體系可提前對壓裂施工參數進行優化，實現了定量精準設計和評價，填補了壓裂裂縫擴展特徵和強礦壓災害壓裂超前區域防治效果綜合立體定量評價方法的空白。

神東礦壓研究重點實驗室也在此基礎上發力，實驗室主任張傳玖介紹說：“實驗室配備的PASAT監測系統，通過壓裂實施前後岩體應力變化情況，進一步豐富了水力壓裂效果評價體系。”多種監測手段的共同加持，為公司長鑽孔水力壓裂治災技術精準實施提供了堅強保障。

集全方位綜合監測技術應用、定向鑽進、分段壓裂的優勢，神東實現了超前、遠距離、精準施治的強礦壓災害區域治理，走出了一條科學的治理之路，成功經驗也輸出應用在陝煤集團、中煤集團、陝西延長石油（集團）等大型企業中，引領行業技術發展。

目前，該技術成果獲得省部級獎4項，申請和制定行業及企業標準3項，申請專利40餘項，授權發明專利14項，實用新型專利4項，軟件著作權2項。高振宇驕傲地介紹，“這項研究成果被中國煤炭工業協會鑒定為國際領先水平。”