荣膺国家科技进步二等奖产学研联合攻关十余年 西安科技大学王晓利团队： 煤炭回收开采技术取得重大突破
王晓利教授在国家科技奖励大会上。（西安科技大学供图）
■记者姜泓
西安科技大学王晓利教授团队经过十多年的产学研攻关，完成的“基于柔模支护的煤矿安全高回收开采关键技术与装备研发及工业化应用”项目，有效解决了无煤柱开采沿空留巷支护难度大、机械化作业水平低和采空区充填体强度低等难题，在50余座矿井成功应用，实现了煤炭安全高回收开采技术的重大突破。日前，该项目荣获2018年国家科技进步二等奖。
突破难题研发新技术
我国煤炭行业发展很快，但是还有许多有待于进一步优化之处，即使是在最先进的技术下，煤炭开采过程中煤炭的回采损失仍然在10%左右。如何实现煤炭完全开采？国内一直没有规模化应用的成熟技术。学矿建的王晓利，1982年毕业留校后一直致力于煤炭完全回采方面的研究。
“从生产过程来说，要把煤炭尽可能多地采出来，就要实行无煤柱开采。我们采用柔模混凝土复合材料，随着工作面回采，在采空区边缘浇筑一道连续密闭的混凝土墙体，将巷道保留下来，为下一个工作面服务，利用混凝土墙体置换区段煤柱，提高煤炭回采率，利用柔模混凝土复合材料，将这部分损失的煤炭更安全有效地采出来。”王晓利说，该个技术的原理、构想不简单，要工业化应用更难。该技术最基础和关键的部分在于研发具有透水不透浆特性的柔模，将混凝土注入柔模后，水能流出来，但水泥不能流出来。
为此，他和团队做了上百次试验，利用水与水泥透过柔模孔隙的差异性，通过不断调整柔模的孔径与孔隙率，最终实现了柔模的透水不透浆特性。柔模要在井下使用，还要具有阻燃和抗静电的特性。在纺织行业，使纺织材料单独实现阻燃或抗静电，较容易。但要同时具有上述两种特性，又要保证高强度、透水不透浆却很难。经过几年反复探索，王晓利团队最终研制出复合型阻燃抗静电剂，开发了阻燃抗静电纤维纺纱工艺，攻克了透水不透浆的高强度纤维布织造技术难题，发明了三维纺织结构柔性模板。
在此基础上，王晓利团队建立了柔模混凝土施工作业线，开发出柔模混凝土制备输送机组与沿空留巷自动围护装备，填补了国内外相关方面的空白。
提高煤炭回收率10%以上
最初研制柔模，是为了将其用在巷道砌碹支护上。2007年，王晓利团队将柔模应用于红柳煤矿大断面缓坡副斜井的支护项目中。这是国内外首次将柔模用于地下支护工程领域，该项目取得了巨大成功。
沿空留巷是紧跟工作面回采，通过巷旁支护将回采巷道保留下来，这就需要在紧跟回采工作面在端头支架后方的采空区侧作业，施工难度大，而采空区矸石易窜入作业空间，威胁作业人员的人身安全。
2009年，柔模支护成套技术首次应用于羊渠河煤矿沿空留巷。柔模支护成套技术解决了沿空留巷采空区漏风的难题。利用柔模支护体将区段煤柱置换出来，实现了无煤柱开采，既不影响正常采煤，又能使留巷护得住。
柔模支护技术在沿空留巷的成功应用，受到了业内专家的广泛关注。此后，柔模支护成套技术一直在刷新沿空留巷中的应用纪录。2012年，柔模充填开采技术在陕煤化集团榆阳煤矿进行了试验，实现了采煤与充填平行作业，工作面产量大幅度提高。
2015年，柔模支护成套技术在陕煤化集团黄陵矿业公司双龙煤矿进行试验，成功穿越采空区190米。很多人不敢做这个项目，最终王晓利团队做成了。试验成功意味着可以用柔模支护技术穿越采空区为复采创造条件，回收废弃煤炭资源。
据了解，柔模支护成套技术已经在50多个煤矿得到应用。据不完全统计，截至目前，应用该技术已减少回采巷道54000余米，多回收煤炭700余万吨，提高煤炭回收率10%以上，创造经济效益8亿元以上。
一项技术只有足够简单，才可能被推广下去，从难到易是一个艰难的创新过程。王晓利团队一直在尝试将柔模支护成套技术变得更简单，更利于一线矿工操作。
谈到团队未来的目标，王晓利表示：“未来该技术的发展方向是实现自动挂设柔模，进一步简化工艺，同时还计划对采空区的煤矿进行复采，回收采空区煤柱。”
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