煤炭深部开采会遇到哪些难题？这些难题如何破解？

　　建成了深井试验大厅

　　“淮南矿区地质条件复杂，尤其是进入深部开采后，瓦斯灾害威胁不降反升，地温、地压等难题也相当棘手。”深部煤炭开采与环境保护国家重点实验室副主任薛俊华说，“从全国来看，淮南矿区具有代表性，淮南的难题解决了，全国高瓦斯矿区的难题也能得到解决。”

　　该重点实验室成立以来，以淮南矿区深部开采为主要研究对象，围绕巷道支护、瓦斯抽采等难题，开展了围岩变化规律的作用机理等方面的基础理论研究。

　　安徽淮南矿业集团谢一矿作为国家深部开采试验矿井，为深部煤炭开采与环境保护重点实验室提供了物理模拟实验条件。深部煤炭开采与环境保护重点实验室在谢一矿建成了深井试验大厅，建筑面积3360平方米。

　　“目前，深井试验大厅有5台重型物理模拟试验装备，围绕1000米以深深部开采的瓦斯治理、地温、地压等进行物理模拟试验。”该重点实验室的一位工作人员说。其中，煤与瓦斯突出物理模型实验装置、无煤柱煤与瓦斯共采实验装置、矿井开采三维可视化数字模型实验装置等都是淮南矿业集团自主研发的大尺寸、高精度的仪器，达到了国内一流、国际先进水平。

　　深部煤炭开采与环境保护重点实验室成立三年多来，仅投入仪器设备购置与平台建设资金就达5938.98万元。2014年，深部煤炭开采与环境保护重点实验室成功申报了国家重大科研仪器研制项目。

　　实验室里模拟井下灾害

　　除了深井试验大厅外，深部煤炭开采与环境保护重点实验室还建设了5个专业实验室，包括瓦斯含量、吸附—解析实验室，深部矿井三维虚拟影像中心，数值实验室，岩石力学实验室，生态环境实验室。

　“这台大型并行机，它的浮点运算速度为每秒10万亿次，在煤炭行业排名第一。”在数值实验室，工作人员周伟指着一台大型计算机说。

　　数值实验室完成了物理模拟无法完成的工作，比如模拟巷道破坏过程、岩石试件损伤过程等。在这里，研究人员将矿井巷道的各项参数输入电脑，通过数值模拟软件，由计算机将巷道顶板冒落过程和应力分布状态、含瓦斯煤岩突出过程等模拟出来进行分析，“这套系统是目前煤炭行业运算规模最大的，每次运算可达500万个单元，精度非常高”。

　　在深部矿井三维虚拟影像中心，技术人员张寒向笔者展示了虚拟影像系统。戴上三维眼镜，人可以站在幕布上，当影像播放时，如同身临其境。张寒说，待虚拟仿真系统与数值模拟系统接口开发完成后，数值实验室模拟出来的数据将实现三维可视化，数值试验计算结果可以直观地反映在研究人员面前。

　　以科研项目壮大技术队伍

　　深部煤炭开采与环境保护重点实验室先后承担了“煤炭资源安全开采的关键理论问题研究”、“煤与瓦斯突出灾害模拟和预警模型研究”两项国家重点基础研究发展计划（“973”计划），以及“十二五”国家科技支撑计划课题“煤矿深部围岩结构与应力场探测分析系统研究”，国家下拨专项研发资金总计745万元。

　　这3个项目均着眼于我国矿井普遍进入800米以深开采环境下，高地应力、高瓦斯、复杂地质条件下的煤炭资源开发的核心难点问题。目前，“煤炭资源安全开采的关键理论问题研究”已顺利结题，“煤与瓦斯突出灾害模拟和预警模型研究”已实现了研究目标，具备了验收条件。

　　目前，深部煤炭开采与环境保护重点实验室有固定人员40名，全部拥有硕士及以上学历，其中中国工程院院士1人，4人享受国务院政府特殊津贴，省、部级拔尖人才3人，新世纪百千万人才国家级人选1人。

　　深部煤炭开采与环境保护国家重点实验室简介

　　深部煤炭开采与环境保护国家重点实验室是由科技部于2010年12月17日批复，依托淮南矿业集团建设的国家重点实验室。

　　针对我国深部资源开采实践应用超前、基础理论研究滞后的现状，结合淮南矿区复杂地质条件，深部煤炭开采与环境保护国家重点实验室确定了深部煤炭开采安全保障技术、深部煤炭开采技术、矿区环境保护技术3个研究方向。

　　未来5年至10年，该实验室将主要研究煤矿深部开采与矿山绿色开采领域的基础理论和关键技术。