潞安化工高河能源公司：百萬噸級膏體充填開采項目落地生根

近日，潞安化工集團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項目通過中國煤炭工業(yè)協(xié)會專家組鑒定。專家組認為，該項目能有效控制地表沉陷，保護村莊建筑物、鐵路專用線路基和河道的安全，實現(xiàn)高效綠色開采，經(jīng)濟和社會效益顯著，項目成果整體達到國際領(lǐng)先水平，并建議在同類礦井條件下推廣應用。

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煤礦開采與環(huán)境保護有效融合?！?/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)大學合作進行項目攻關(guān)?！睆堄榔秸f。

3個月多地對標學習、20余次專家論證、近100次細節(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目方案和初步設(shè)計出爐。2018年3月，該項目開始施工建設(shè)。

據(jù)介紹，該公司的膏體充填開采項目由地面充填系統(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，充填采煤量可達到100萬噸/年以上。

2019年，該項目被確定為山西省10個綠色開采試點項目之一，高河能源公司也被確定為山西省唯一一處進行矸石返井試點和充填開采試點煤礦。

“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，項目進入了聯(lián)合試運轉(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)合試運轉(zhuǎn)時期，該項目由原來的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目的設(shè)計產(chǎn)能是國內(nèi)目前最大的。沒有成熟經(jīng)驗可以借鑒，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)遠沒有想得那么簡單，于是我們沉下心，緊盯各項數(shù)據(jù)變化，不斷改進工藝。經(jīng)過10天加班加點，我們才充填成功?！痹摴揪C采預備隊副隊長孟海燕告訴筆者。

但是，成功充填幾次后，這個項目又出現(xiàn)了局部管路堵塞問題。

“第一次管路堵塞后，我們進行了疏通，將原本一次就可以充填的材料分成五次進行充填，小心翼翼，生怕再出問題。沒多久，管路又堵了。當時，我們主要精力在地面和井下，唯獨沒想到管道會出問題?！睆堄榔秸f。

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。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施科學調(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，但長遠來看，經(jīng)濟效益、安全性、環(huán)保性都很顯著，如果技術(shù)不斷完善，未來就不用擔心煤礦環(huán)境污染的問題了。”高河能源公司生產(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、輸送功率要大、管路輸送要暢、現(xiàn)場支護要硬、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)了高細破碎機，使矸石加工破碎精細化，破碎后的矸石粒度小于15毫米；應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)，達到預防事故精準化。同時，他們研制了大功率充填泵，實現(xiàn)了充填采煤高產(chǎn)化；研制了隔離充填液壓支架，推進了隔離凝固高效化；應用了膏體充填智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了充填采煤智能化，使地面車間和充填管路實現(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，膏體充填開采項目將按照100萬噸/年的充填量實施采煤，可消耗矸石約110萬噸，通過技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展，很快就能實現(xiàn)矸石零排放；在采空區(qū)形成充填體支護上覆巖層，可有效保護巖層關(guān)鍵層，實現(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，確保了水體零破壞。未來，該項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）