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煤炭深部開采會(huì)遇到哪些難題？這些難題如何破解？

　　建成了深井試驗(yàn)大廳

　　“淮南礦區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，尤其是進(jìn)入深部開采后，瓦斯災(zāi)害威脅不降反升，地溫、地壓等難題也相當(dāng)棘手。”深部煤炭開采與環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任薛俊華說，“從全國(guó)來看，淮南礦區(qū)具有代表性，淮南的難題解決了，全國(guó)高瓦斯礦區(qū)的難題也能得到解決。”

　　該重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成立以來，以淮南礦區(qū)深部開采為主要研究對(duì)象，圍繞巷道支護(hù)、瓦斯抽采等難題，開展了圍巖變化規(guī)律的作用機(jī)理等方面的基礎(chǔ)理論研究。

　　安徽淮南礦業(yè)集團(tuán)謝一礦作為國(guó)家深部開采試驗(yàn)礦井，為深部煤炭開采與環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供了物理模擬實(shí)驗(yàn)條件。深部煤炭開采與環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在謝一礦建成了深井試驗(yàn)大廳，建筑面積3360平方米。

　　“目前，深井試驗(yàn)大廳有5臺(tái)重型物理模擬試驗(yàn)裝備，圍繞1000米以深深部開采的瓦斯治理、地溫、地壓等進(jìn)行物理模擬試驗(yàn)。”該重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的一位工作人員說。其中，煤與瓦斯突出物理模型實(shí)驗(yàn)裝置、無煤柱煤與瓦斯共采實(shí)驗(yàn)裝置、礦井開采三維可視化數(shù)字模型實(shí)驗(yàn)裝置等都是淮南礦業(yè)集團(tuán)自主研發(fā)的大尺寸、高精度的儀器，達(dá)到了國(guó)內(nèi)一流、國(guó)際先進(jìn)水平。

　　深部煤炭開采與環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成立三年多來，僅投入儀器設(shè)備購(gòu)置與平臺(tái)建設(shè)資金就達(dá)5938.98萬元。2014年，深部煤炭開采與環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成功申報(bào)了國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目。

　　實(shí)驗(yàn)室里模擬井下災(zāi)害

　　除了深井試驗(yàn)大廳外，深部煤炭開采與環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室還建設(shè)了5個(gè)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，包括瓦斯含量、吸附—解析實(shí)驗(yàn)室，深部礦井三維虛擬影像中心，數(shù)值實(shí)驗(yàn)室，巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，生態(tài)環(huán)境實(shí)驗(yàn)室。

　“這臺(tái)大型并行機(jī)，它的浮點(diǎn)運(yùn)算速度為每秒10萬億次，在煤炭行業(yè)排名第一。”在數(shù)值實(shí)驗(yàn)室，工作人員周偉指著一臺(tái)大型計(jì)算機(jī)說。

　　數(shù)值實(shí)驗(yàn)室完成了物理模擬無法完成的工作，比如模擬巷道破壞過程、巖石試件損傷過程等。在這里，研究人員將礦井巷道的各項(xiàng)參數(shù)輸入電腦，通過數(shù)值模擬軟件，由計(jì)算機(jī)將巷道頂板冒落過程和應(yīng)力分布狀態(tài)、含瓦斯煤巖突出過程等模擬出來進(jìn)行分析，“這套系統(tǒng)是目前煤炭行業(yè)運(yùn)算規(guī)模最大的，每次運(yùn)算可達(dá)500萬個(gè)單元，精度非常高”。

　　在深部礦井三維虛擬影像中心，技術(shù)人員張寒向筆者展示了虛擬影像系統(tǒng)。戴上三維眼鏡，人可以站在幕布上，當(dāng)影像播放時(shí)，如同身臨其境。張寒說，待虛擬仿真系統(tǒng)與數(shù)值模擬系統(tǒng)接口開發(fā)完成后，數(shù)值實(shí)驗(yàn)室模擬出來的數(shù)據(jù)將實(shí)現(xiàn)三維可視化，數(shù)值試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果可以直觀地反映在研究人員面前。

　　以科研項(xiàng)目壯大技術(shù)隊(duì)伍

　　深部煤炭開采與環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室先后承擔(dān)了“煤炭資源安全開采的關(guān)鍵理論問題研究”、“煤與瓦斯突出災(zāi)害模擬和預(yù)警模型研究”兩項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（“973”計(jì)劃），以及“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題“煤礦深部圍巖結(jié)構(gòu)與應(yīng)力場(chǎng)探測(cè)分析系統(tǒng)研究”，國(guó)家下?lián)軐ｍ?xiàng)研發(fā)資金總計(jì)745萬元。

　　這3個(gè)項(xiàng)目均著眼于我國(guó)礦井普遍進(jìn)入800米以深開采環(huán)境下，高地應(yīng)力、高瓦斯、復(fù)雜地質(zhì)條件下的煤炭資源開發(fā)的核心難點(diǎn)問題。目前，“煤炭資源安全開采的關(guān)鍵理論問題研究”已順利結(jié)題，“煤與瓦斯突出災(zāi)害模擬和預(yù)警模型研究”已實(shí)現(xiàn)了研究目標(biāo)，具備了驗(yàn)收條件。

　　目前，深部煤炭開采與環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室有固定人員40名，全部擁有碩士及以上學(xué)歷，其中中國(guó)工程院院士1人，4人享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼，省、部級(jí)拔尖人才3人，新世紀(jì)百千萬人才國(guó)家級(jí)人選1人。

　　深部煤炭開采與環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)介

　　深部煤炭開采與環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是由科技部于2010年12月17日批復(fù)，依托淮南礦業(yè)集團(tuán)建設(shè)的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

　　針對(duì)我國(guó)深部資源開采實(shí)踐應(yīng)用超前、基礎(chǔ)理論研究滯后的現(xiàn)狀，結(jié)合淮南礦區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件，深部煤炭開采與環(huán)境保護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室確定了深部煤炭開采安全保障技術(shù)、深部煤炭開采技術(shù)、礦區(qū)環(huán)境保護(hù)技術(shù)3個(gè)研究方向。

　　未來5年至10年，該實(shí)驗(yàn)室將主要研究煤礦深部開采與礦山綠色開采領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)。