近日，潞安化工集團(tuán)高河能源公司的采空區(qū)高效充填、矸石基固廢返井兩個試點(diǎn)項(xiàng)目通過中國煤炭工業(yè)協(xié)會專家組鑒定。專家組認(rèn)為，該項(xiàng)目能有效控制地表沉陷，保護(hù)村莊建筑物、鐵路專用線路基和河道的安全，實(shí)現(xiàn)高效綠色開采，經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著，項(xiàng)目成果整體達(dá)到國際領(lǐng)先水平，并建議在同類礦井條件下推廣應(yīng)用。

研發(fā)膏體充填開采技術(shù)

高河能源公司井田內(nèi)村莊密集，太焦鐵路和鐵路專用線橫穿，“三下”壓煤總量達(dá)3億多噸，占煤炭儲量的60%。如何把這些資源最大限度釋放出來，成為該公司急需解決的一項(xiàng)難題。

“采用傳統(tǒng)的垮落法開采，我們每年會外排大量矸石，造成矸石占地污染，增加環(huán)保壓力和原煤開采成本。為此，我們設(shè)想，如果采用膏體充填開采技術(shù)能解決這些問題，那么我們的貢獻(xiàn)就大了?！备吆幽茉垂旧a(chǎn)副總工程師張永平說。

他告訴筆者：“膏體充填就是把采礦產(chǎn)生的廢棄物，如矸石等，加上粉煤灰、劣質(zhì)土、城市固體垃圾，在地面加工成類似牙膏狀的高濃度漿體，利用大型充填泵通過管道輸送到井下采空區(qū)進(jìn)行充填。膏體充填開采也被稱為置換開采，把廢棄物制成膏體充填到采空區(qū)，同時置換出原來無法采出的煤炭資源。這種開采方法能夠促進(jìn)煤礦開采與環(huán)境保護(hù)有效融合?！?/p>

早在2014年，該公司就有意向?qū)嵤└囿w充填開采。“面對一個全新的技術(shù)，成不成熟，投入與收益怎樣，適不適合我們公司的實(shí)際？這些問題都要考慮。經(jīng)過多番論證，直到2017年，我們才正式啟動膏體充填開采，并與中國礦業(yè)大學(xué)合作進(jìn)行項(xiàng)目攻關(guān)。”張永平說。

3個月多地對標(biāo)學(xué)習(xí)、20余次專家論證、近100次細(xì)節(jié)探討、3000多份論證材料……2017年9月，該公司的膏體充填開采項(xiàng)目方案和初步設(shè)計出爐。2018年3月，該項(xiàng)目開始施工建設(shè)。

據(jù)介紹，該公司的膏體充填開采項(xiàng)目由地面充填系統(tǒng)、管道輸送系統(tǒng)和井下充填工作面三部分構(gòu)成。其中，地面充填系統(tǒng)由4個子系統(tǒng)構(gòu)成，形成了自動控制、原煤分選、矸石加工、膏體配制以及充填泵輸送的全過程；管道輸送系統(tǒng)具備膏體輸送及管路清洗功能，由地面管路、垂直鉆孔管路、井下干線管路、工作面充填管路以及回水管路構(gòu)成；井下充填工作面實(shí)施了先采頂分層再采底分層，平均煤層厚6.7米，充填采煤量可達(dá)到100萬噸/年以上。

2019年，該項(xiàng)目被確定為山西省10個綠色開采試點(diǎn)項(xiàng)目之一，高河能源公司也被確定為山西省唯一一處進(jìn)行矸石返井試點(diǎn)和充填開采試點(diǎn)煤礦。

“2020年3月，地面充填站、管路輸送系統(tǒng)以及井下充填工作面全部安裝到位，項(xiàng)目進(jìn)入了聯(lián)合試運(yùn)轉(zhuǎn)。隨后，我們充填開采單循環(huán)用時越來越短、效率越來越高了?！痹摴炯夹g(shù)員鄭帥亮說，“聯(lián)合試運(yùn)轉(zhuǎn)時期，該項(xiàng)目由原來的6天一循環(huán)提升到2天一循環(huán)，月充填量由原來的7000立方米提升到2.1萬立方米，月矸石處理量由原來的9800噸提升至2.73萬噸，充填效率大大提升。”

創(chuàng)新路上解難題

據(jù)介紹，高河能源公司膏體充填開采項(xiàng)目的設(shè)計產(chǎn)能是國內(nèi)目前最大的。沒有成熟經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，該公司技術(shù)人員通過摸索不斷解決各種問題。

“第一次充填的時候，我們遭遇了失敗——充填物有三分之一漏完了。這時候我們意識到，這個技術(shù)遠(yuǎn)沒有想得那么簡單，于是我們沉下心，緊盯各項(xiàng)數(shù)據(jù)變化，不斷改進(jìn)工藝。經(jīng)過10天加班加點(diǎn)，我們才充填成功?！痹摴揪C采預(yù)備隊副隊長孟海燕告訴筆者。

但是，成功充填幾次后，這個項(xiàng)目又出現(xiàn)了局部管路堵塞問題。

“第一次管路堵塞后，我們進(jìn)行了疏通，將原本一次就可以充填的材料分成五次進(jìn)行充填，小心翼翼，生怕再出問題。沒多久，管路又堵了。當(dāng)時，我們主要精力在地面和井下，唯獨(dú)沒想到管道會出問題。”張永平說。

張永平介紹，該公司的充填條件與其他地方不同，埋深大、管徑粗、能力強(qiáng)。在這種條件下，充填穩(wěn)定性很難控制，管路堵塞時有發(fā)生。為此，技術(shù)人員通過現(xiàn)場實(shí)踐，分析了幾十萬個數(shù)據(jù)，經(jīng)過5個月才摸索出解決管路堵塞問題的關(guān)鍵技術(shù)。

為了提升充填效率，該公司又建立了以“割煤—隔離—充填”為主線進(jìn)行作業(yè)，將聯(lián)網(wǎng)、修巷、檢修等工序穿插到主線作業(yè)全過程的高效作業(yè)模式。他們在井上充填站對地面存料倉實(shí)施科學(xué)調(diào)配，減少一個膠結(jié)料倉，增加一個粉煤灰倉，大大縮短了配料時間；在井下充填工作面，大膽采用“單體柱+板閉”的隔離方案，縮短了隔離時間，隔離效率提升了55%。

“膏體充填開采雖然增加了開采成本，但長遠(yuǎn)來看，經(jīng)濟(jì)效益、安全性、環(huán)保性都很顯著，如果技術(shù)不斷完善，未來就不用擔(dān)心煤礦環(huán)境污染的問題了?！备吆幽茉垂旧a(chǎn)經(jīng)理曹宇說。

多舉措優(yōu)化充填技術(shù)

在解決充填材料要細(xì)、輸送功率要大、管路輸送要暢、現(xiàn)場支護(hù)要硬、凝固速度要快五個最為棘手的技術(shù)難題的過程中，該公司技術(shù)人員探索出了六方面的核心技術(shù)，形成了“三精兩高一智能”的充填模式。

技術(shù)人員攻關(guān)研發(fā)了高細(xì)破碎機(jī)，使矸石加工破碎精細(xì)化，破碎后的矸石粒度小于15毫米；應(yīng)用了配比攪拌自動化系統(tǒng)，使膏體配制精確化；布置了管路監(jiān)測系統(tǒng)，達(dá)到預(yù)防事故精準(zhǔn)化。同時，他們研制了大功率充填泵，實(shí)現(xiàn)了充填采煤高產(chǎn)化；研制了隔離充填液壓支架，推進(jìn)了隔離凝固高效化；應(yīng)用了膏體充填智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了充填采煤智能化，使地面車間和充填管路實(shí)現(xiàn)了“有人巡視，無人操作”。

高河能源公司年產(chǎn)矸石130萬噸至165萬噸，膏體充填開采項(xiàng)目將按照100萬噸/年的充填量實(shí)施采煤，可消耗矸石約110萬噸，通過技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展，很快就能實(shí)現(xiàn)矸石零排放；在采空區(qū)形成充填體支護(hù)上覆巖層，可有效保護(hù)巖層關(guān)鍵層，實(shí)現(xiàn)地面零沉降；將巖層破壞限制在可控范圍之內(nèi)，對含水層和地表水形成有效保護(hù)，確保了水體零破壞。未來，該項(xiàng)目還可以解決采煤不搬遷村莊的難題，延長礦井服務(wù)年限，提高煤炭資源回收率。

“我們積極引進(jìn)新技術(shù)、新材料、新裝備、新產(chǎn)品，在綠色開采上擁有了一批自己的核心技術(shù)。未來，我們將擁有更好更強(qiáng)大的設(shè)備和技術(shù)?！备吆幽茉垂径麻L、總裁韓玉明說。（韓建）