2021年1月20日，在山西焦煤华晋焦煤沙曲一号煤矿4502工作面，随着智能化综采设备的持续平稳推进，工作面两巷切顶留巷内一架架单元支架正被单轨吊运输设备不断向前回撤复用，这标志着由华晋焦煤与中国科学院何满潮院士团队、太原理工大学等科研院校合作首创的——“高突近距离煤层群大采高双巷切顶成巷智能化无煤柱开采及瓦斯与火灾共治关键技术研究”项目成功。
“公司始终秉承‘钻攻钻研、坚持精通’的创新精神，注重通过技术创新来推动企业高质量转型发展。这项新技术的突破，使被誉为“中国瑰宝”离柳矿区稀缺煤炭资源得到进一步安全开发和高效利用，也为山西焦煤甚至整个行业开辟出了一条全新的发展之路”。华晋焦煤党委书记、董事长梁椿豪说。
创新步伐不停歇
山西焦煤华晋焦煤所属的沙曲一号煤矿是一座核定生产能力450万吨/年的主力矿井，矿井采用倾斜长臂式综合机械化开采，随着工作面走向长度的增加，掘进回采巷道投资的成本显著增大，同时残留煤柱也造成煤炭资源的大量损失。
“以前我们试验过砌体墙法预制块砌墙、钢模斗现浇混凝土隔墙、柔模袋封闭注浆等传统的沿空留巷无煤柱开采方式，虽然能回收残留煤柱、解决上隅角瓦斯等问题，但是充填体作为主要承载结构承受顶板较大的作用力，往往导致沿空留设的巷道变形严重，大量的充填注浆材料以及反复的拉底巷修不仅造成资源浪费，而且有安全隐患。”该矿生产技术科设计组组长郭宇说。
2019年5月，中央全面深化改革委员会审议通过《关于在山西开展能源革命综合改革试点的意见》，随后，山西省出台了《山西能源革命综合改革试点行动方案》，推出了15项变革性、牵引性、标志性重大举措。提出要推进能源科技创新，变革煤炭开采方式，大力实施绿色开采技术。华晋焦煤沙曲一号煤矿抓住此次改革机遇，结合矿井实际问题，在落实能源革命综合改革方面积极探索。
“我们首先在地质条件相对较好的2404薄煤层保护层回采工作面引进“110工法”切顶卸压沿空留巷技术，开展了在突出煤层条件下瓦斯与火灾防治相关技术研究，从当年6月开展现场试验到年底工作面停采，成功留巷395米，取得经济效益1357.46万元。并且在薄煤层工作面全面推广应用。”该矿生产技术科副科长张强说。
2020年初，由于4501工作面受地面条件限制等因素影响，该矿将4502工作面作为新投产的五采区首采工作面。如果采用传统方法，邻近工作面要多掘进一条1500米长的巷道，留设同等长度的煤柱，浪费优质主焦煤稀缺煤炭资源35万余吨。棘手的问题让该矿领导班子坐不住了，“能不能再切顶卸压工法上再下下功夫？”在矿井生产衔接会上，该矿生产副矿长刘玉平向工程技术人员提出一个思路。
结合前期的创新实践，该矿工程技术人员联合行业内优秀的科研团队，在对工程地质条件充分研究的基础上，经过日夜攻关和反复研究论证，大胆提出了同时在4502工作面轨道巷、胶带巷两条顺槽进行切顶卸压沿空留巷试验的实施方案，并通过山西焦煤组织国内有关专家充分论证其可行性与安全性后开展了现场研究试验。
“我们认真总结分析巷道顶板各岩层力学性质及传统锚索支护情况下巷道围岩的变形情况，综合运用煤与瓦斯突出煤层NPR恒阻锚索支护及相关配套、双向张拉聚能爆破预裂切缝、采场顶板矸石垮落自成巷等技术，将智能化无煤柱开采及瓦斯与火灾共治结合起来，在国内首创双巷切顶成巷技术。”该矿生产技术科副科长张强说。
双巷切顶拓新路
“科技创新离不开技术的积累、坚持和继承，更离不开积极落实。我矿在发展不断地继承、坚持、借鉴技术的同时，努力将科技创新落到实处。”沙曲一号煤矿总工程师张俊虎介绍说，“双巷切顶成巷技术的创新应用，保留了原来‘110’工法无煤柱的特点，提升了资源开采率，消除了上下隅角，没有了应力集中区，同时结合了智能化综采工作面的建设，降低了开采成本和劳动强度，提高了回采效率。”
2016年2月，深部岩土力学与地下工程国家重点实验室带头人何满潮院士提出的切顶卸压无煤柱自成巷开采技术，成为煤炭行业化解过剩产能的关键技术之一。但是，该技术之前主要在低瓦斯矿井开展推广应用。沙曲一号煤矿作为煤与瓦斯突出矿井，在探索高突近距离煤层群大采高双巷切顶成巷智能化无煤柱开采及瓦斯与火灾共治关键技术过程中走的更远，创造性地在4502工作面胶带巷、轨道巷同时进行切顶卸压留巷，在4502胶带巷进行切顶留巷作为4503工作面胶带巷，在4502轨道巷进行切顶留巷作为4501工作面轨道巷，一个工作面的回采同时保留了两条巷道可以重复利用。
切顶留巷设计还消除了邻近工作面应力集中、控制采空区顶板垮落路径、实现均压沉降，有利于下组煤开采，通过预裂切缝爆破，在局部范围切断工作面顶板应力传递，减弱巷道顶板压力，利用恒阻大变形锚索进行补强加固，控制顶板下沉，使所留巷道围岩能够最大限度地发挥自身承载作用，减少巷道变形。
新技术与智能化综采工作面的结合，为该矿实施智能化开采2.0版本创造了条件。随着以智能贯导系统为核心的智能开采系统的应用，沙曲一号煤矿4502工作面实现了自动操控、自我感知、自动计算，实现智能精准开采。
“工作面、运输系统各转载点、设备列车等实现全方位视频监控，通过高速网络将监控数据传输给集控中心显示，集控中心工作人员根据实际情况，即时进行远程干预，提高了作业安全可靠性。在降低劳动强度，减少人员投入的同时，还提升了开采效率，每年工作面回采周期平均缩短了三个月。”沙曲一号煤矿智能化研究小组技术员赵鹏程介绍道。
降本增效前景广
沙曲一号煤矿4502工作面生产的4#主焦煤是国家保护性开采的稀缺资源，但瓦斯突出。2020年，矿井瓦斯涌出量测定结果为：绝对涌出量每分钟226.75立方米，相对涌出量每吨31.08立方米，高突近距离煤层群大采高双巷切顶成巷智能化无煤柱开采及瓦斯与火灾共治关键技术的研究运用，让沙曲一号煤矿彻底摆脱了这只矿山“猛虎”。
“原来的工法，进风巷道和出风巷道会形成上下两个隅角，容易聚集瓦斯，是安全隐患，也是我们瓦斯治理的难点。新工法形成的双巷道，彻底消除了上下隅角，杜绝了瓦斯聚集的安全隐患，而且等工作面开采完，其中一条巷道还能顺利衔接到下一个工作面，继续承担起通风功能。”沙曲一号煤矿通风科副科长赵建华说。
提升瓦斯治理水平只是新技术带来的效应之一。双巷切顶成巷的应用，降低了巷道返修率，工作面顶板岩层实现均压沉降，减小了工作面上覆岩层的沉降落差，实现了真无煤柱（岩柱）开采，同时减少了巷道掘进量，大幅提升了矿井单产、单进水平和煤炭资源回收率。
“截至今年3月底，我们已在4502工作面实施切顶卸压双巷沿空留巷无煤柱开采技术累计留巷944米，共回收煤柱资源27.84万吨，创效38419万元。”该矿矿长贾永森说。
在一年多的探索过程中，新技术的研究应用有效解决了矿井采掘衔接紧张问题，近距离突出煤层群稀缺资源安全开发与利用成效得到了业内广泛关注和认可。2020年12月14日，中国煤炭工业协会命名沙曲一号煤矿为煤炭工业安全高效特级矿井；2020年12月31日，山西焦煤命名沙曲一号煤矿“煤与瓦斯共采标杆矿井”。
“该项技术较传统注浆充填沿空留巷费用节约30%以上，有效切断了诱发工程灾害的应力来源。该技术在近距离煤层群煤与瓦斯突出矿井复杂背景条件下的成功应用，填补了该技术领域的空白。”沙曲一号煤矿党委书记张海彦说。
