近日，在陕西省人民政府公布的2024年度科学技术进步奖获奖名单中，由陕西省煤层气公司和曹家滩矿业公司联合高校共同完成的“动水砂化区斜井溃涌灾变机理与协同控制关键技术”榜上有名，因成功解决西北矿区“地下涌水溃砂”这一重大安全难题，获得省科学技术进步二等奖。
西北地区煤炭资源丰富，一些矿区地表覆盖着厚厚的风积沙和砂土层，地质结构脆弱，长期受地下水冲刷形成孔隙大、渗透性强的“砂化层”。当煤矿井巷穿越该地层时，地下水冲刷砂粒移动，不断侵蚀井壁，长期涌水溃砂极易导致井壁失稳，严重威胁矿井安全。“在这样的地层中掘进井筒，就像在沙子里挖通道，一旦处理不当，水和沙就会大量涌入。”科研项目组成员、高级工程师华照来介绍。
面对这一行业难题，陕西省煤层气公司联合曹家滩矿业公司、中国矿业大学等单位开展产学研攻关，从灾变机理、功能材料和技术工艺三方面突破，成功研发协同控制关键技术。科研项目组首次建立了揭示水砂迁移规律的变质量渗流力学模型，摸清了地下水砂运移规律。但理论还需转化为实用技术，其中最关键的是让注浆材料能够在动水砂层中有效滞留和固化。针对传统浆液在流动的水砂层中很容易被冲散，无法达到固结效果的困难，科研项目组提出“井壁-水-砂-一体化协同控制”思路，为井筒构建起一套多层防护系统。首创高风压旋喷分区分段冲洗技术，单孔可强力冲出5至8立方米的流沙，彻底打通砂层注浆“经脉”，实现100%全地层固结。封堵涌水通道，使用水性环氧基固沙材料与黏度时变抗分散材料，通过循环泥浆携石注浆帷幕技术，浆液滞留率达 90% ，结实率可达95%至100% ，工期节约30%至40%。通过井壁二次补强和壁后注浆改性技术，形成“井筒强化+砂层冲洗+地面帷幕+壁后改性”四重防护体系。该技术体系在曹家滩、小保当等多个矿井中表现出色。井筒最大变形控制在140毫米以内，涌水量减少近90%，彻底解决了返砂问题。随着该技术在西北地区广泛应用，斜井不再畏惧流沙的威胁。
据悉，近年来陕西省煤层气公司持续加大科研投入，实施项目50余项，投入超9000万元，获授权发明专利2项、实用新型专利78项，鉴定成果10项，形成多点突破的技术格局。 （杨晶）
