西安科技大學(xué)王曉利教授團隊經(jīng)過十多年的產(chǎn)學(xué)研攻關(guān)，完成的“基于柔模支護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”項目，有效解決了無煤柱開采沿空留巷支護難度大、機械化作業(yè)水平低和采空區(qū)充填體強度低等難題，在50余座礦井成功應(yīng)用 ，實現(xiàn)了煤炭安全高回收開采技術(shù)的重大突破。日前，該項目榮獲2018年國家科技進步二等獎。
 

王曉利教授在國家科技獎勵大會上
 

突破難題 研發(fā)新技術(shù)

我國煤炭行業(yè)發(fā)展很快，但是還有許多有待于進一步優(yōu)化之處，即使是在最先進的技術(shù)下，煤炭開采過程中煤炭的回采損失仍然在10%左右。如何實現(xiàn)煤炭完全開采？國內(nèi)一直沒有規(guī)?；瘧?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，就要實行無煤柱開采。我們采用柔?；炷翉?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?；炷翉?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， 該個技術(shù)的原理、構(gòu)想不簡單，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，他和團隊做了上百次試驗，利用水與水泥透過柔?？紫兜牟町愋?，通過不斷調(diào)整柔模的孔徑與孔隙率，最終實現(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)，使紡織材料單獨實現(xiàn)阻燃或抗靜電，較容易。但要同時具有上述兩種特性，又要保證高強度、透水不透漿卻很難。經(jīng)過幾年反復(fù)探索，王曉利團隊最終研制出復(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，王曉利團隊建立了柔?；炷潦┕ぷ鳂I(yè)線，開發(fā)出柔?；炷林苽漭斔蜋C組與沿空留巷自動圍護裝備，填補了國內(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上。2007 年，王曉利團隊將柔模應(yīng)用于紅柳煤礦大斷面緩坡副斜井的支護項目中。這是國內(nèi)外首次將柔模用于地下支護工程領(lǐng)域，該項目取得了巨大成功。

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

柔模支護技術(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，柔模支護成套技術(shù)一直在刷新沿空留巷中的應(yīng)用紀錄。2012 年，柔模充填開采技術(shù)在陜煤化集團榆陽煤礦進行了試驗，實現(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，柔模支護成套技術(shù)在陜煤化集團黃陵礦業(yè)公司雙龍煤礦進行試驗，成功穿越采空區(qū)190 米。很多人不敢做這個項目，最終王曉利團隊做成了。試驗成功意味著可以用柔模支護技術(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，柔模支護成套技術(shù)已經(jīng)在50多個煤礦得到應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計，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)濟效益8 億元以上。

一項技術(shù)只有足夠簡單，才可能被推廣下去，從難到易是一個艱難的創(chuàng)新過程。王曉利團隊一直在嘗試將柔模支護成套技術(shù)變得更簡單，更利于一線礦工操作。

談到團隊未來的目標，王曉利表示：“未來該技術(shù)的發(fā)展方向是實現(xiàn)自動掛設(shè)柔模，進一步簡化工藝，同時還計劃對采空區(qū)的煤礦進行復(fù)采，回收采空區(qū)煤柱。”