向老矿要答案，以科技治顽疾

河北南部的邯邢矿区是我国传统老煤炭生产基地，多数矿井已进入开采末期，开采孤岛煤柱、边角煤、保护煤柱成为常态。随着埋深增加，高应力带来巷道大变形、底鼓、支护失效、瓦斯超限等风险。传统爆破切顶卸压护巷存在工艺复杂、一氧化碳超标、停产影响生产、安全管控难度大等问题，难以满足现代化矿井开采需求。

“深井开采的核心，是管住顶板、切断应力、守住巷道、盘活资源。”孙利辉从事矿山压力与岩层控制领域研究20余年，带领团队在冀中能源集团牛儿庄公司、辛安矿等老矿井井下现场，通过室内实验分析煤岩损伤破裂机制、数值模拟掌握裂缝演化规律，以及现场切顶卸压参数设计和效果验证，逐步掌握坚硬顶板破断与应力传导机理。

该团队创新提出应力阻隔与降阻耦合卸压机制：通过高压水力预裂形成卸压裂缝面，将顶板由“砌体梁结构”转为“短悬臂梁结构”，从源头阻断采动应力向外围被保护巷道传递，实现采空区顶板可控垮落与巷道主动保护。

不同于爆破的剧烈冲击，水力压裂以高压水为“利刃”，可以温和、精准、可控地弱化岩层整体性；作业中无明火、无烟尘、不产生井下污染，适用于高瓦斯及深部复杂采场。该团队历经数百次室内实验与现场调试，最终设计出一套集“理论设计—装备研发—现场施工—监测评价”于一体的全周期技术体系，突破了长期困扰老矿井开采的安全与效率瓶颈。

解放呆滞资源，技术应用见效

在牛儿庄采矿公司工广煤柱3号工作面，三面采空的孤岛条件给巷道保护与资源回收带来难度。按传统方式开采，需预留宽煤柱，部分煤炭成为呆滞资源；若直接开采，巷道易因采动影响变形。

孙利辉团队针对该工作面设计了停采线超前切顶方案，在运料巷、溜子道布设扇形钻孔，以20兆帕至30兆帕高压水分段压裂砂泥岩互层、粉砂岩等岩层，形成连续卸压面。“就像给玻璃裂纹打孔止裂，水压切断应力传导路径。”牛儿庄采矿公司总工程师胡冲说。施工中，孙利辉团队解决了钻机角度受限、封孔器卡堵、裂隙导通等问题。最终，巷道变形量减少约70%，减少了反复整修，停采线较原设计前移近20米，多回收煤炭3万余吨，产生直接经济效益近千万元。

辛安矿为高瓦斯突出矿井，坚硬顶板不易垮落但易形成悬顶，可能诱发瓦斯超限风险。孙利辉团队针对12米厚中砂岩老顶难垮落问题，在切眼内采用深浅孔组合预裂老顶，使老顶在初采时及时垮落。工作面推进7.4米后，直接顶全部垮落，老顶破断步距缩短，瓦斯超限隐患消除，同时多回收资源创造效益超270万元。

负责施工的辛安矿采煤区技术员武晓哲介绍，过去爆破切顶需撤人停电、警戒管控，单班次影响生产超2小时。采用水力压裂后无需停产、不产生毒气，两人即可操作，工效提升1倍以上。从“不敢采、采不出、不安全”到“安全采、高效采、绿色采”，技术变革带动了生产模式的变化。

赋能老矿生产，提供行业参照

当前，水力压裂切顶卸压技术在河北省煤炭企业推广，覆盖沿空留巷、停采线护巷、初采强制放顶、过断层破岩等场景，实现护巷、增采、降本、保安全：以混凝土墙替代煤柱进行无煤柱开采，提升资源回收率；巷道维修量减少约70%，节省人力与材料成本；工作面支架可在井下存放，省去升井检修与运输费用，单工作面节约成本超200万元；全程绿色作业，消除了爆破安全与环保隐患。

经核算，该技术在冀中能源峰峰集团累计创造经济效益超4000万元，盘活呆滞煤炭数十万吨，延长了老矿服务年限。2026年4月，该成果通过中国煤炭学会鉴定，达到国际水平，获得多项发明专利和实用新型专利，形成一批学术成果。

孙利辉认为，产学研深度融合有助于技术扎根和推广。该团队坚持“把论文写在井下、把成果用在现场”，培养矿区技术骨干，推动设计参数标准化、施工流程规范化，使矿山技术人员逐步实现自主设计和施工。

“面向智能化压裂施工，我们正研发机械化送管、远程监测、智能预警等升级技术，推动压裂施工向少人化、无人化迈进。”孙利辉说。