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“产煤不出矸,充填科技化” ——冀中能源绿色开采引领行业发展纪实

“产煤不出矸,充填科技化” ——冀中能源绿色开采引领行业发展纪实

作者:
来源:
《中国煤炭工业》杂志
发布时间:
2022/02/17
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“这样可以有效防止采煤区地面下沉,是科学处置矸石的好方法。你们要继续做好矸石固废处置利用等方面的探索。”1月27日,国务委员王勇、河北省省委书记王东峰一行到冀中能源集团调研指导工作时,对企业的充填开采技术充分肯定。早在2015年10月,国务委员王勇到邢东矿视察时就对冀中能源绿色开采技术给予了高度评价。

冀中能源集团积极践行“绿水青山就是金山银山”的理念,坚定走“绿色发展之路”,主动担负环保责任,不断融入时代元素。冀中能源邢东矿先后成功实施了巷道矸石充填、超高水充填、工作面矸石充填、智能化工作面矸石充填等多种充填开采技术,多项技术成果达到了国际领先水平,成为冀中能源集团高质量发展的成功实践。据了解,邢东矿作为全国第一个没有矸石山的煤矿,继去年建成全国首个智能化矸石充填工作面,创出工作面月产原煤6万吨的最高记录后,于今年1月24日具备了矸石充填7.7万吨的月生产能力。

巷道矸石充填开采技术国内首创

有煤就会有煤矸石,有煤矸石就会有矸石山。根据测算,一个年产100万吨的矿井,矸石山的占地面积大约在110亩到140亩之间,矸石中含有的几十种有害气体、金属元素和化学成分,对大气、水源、土壤的污染也非常严重,成为所有煤炭开采企业的老大难问题。能不能通过矸石井下回填来解决这些难题呢?邢东矿成为国内第一个吃螃蟹的煤矿。

早在2002年4月,邢东矿就开始研究巷道矸石充填技术。同年4月,与中国矿业大学合作,组建了专项技术攻关小组,开始探索巷道矸石充填及装备技术研究。2003年底,巷道矸石充填设备进行现场调试和试运转,实现了巷道矸石充填系统稳定运行。邢东矿也因此成为国内第一个没有矸石山的矿井。

2004年,中国煤炭工业协会对巷道式矸石充填项目“煤矿井下矸石充填技术与装备研究”进行了技术鉴定,中国工程院院士钱鸣高、中科院院士宋振骐一致认为,该巷道充填系统及装备在煤炭开采领域属国内首创,该项技术达到了国际先进水平、可在煤矿及非煤矿山井下开采中推广应用。同时,荣获了“煤矿井下矸石处理方法”“井下巷道矸石充填综合输送机”两项专利。

从2003年12月矸石充填技术全面推广至2012年11月,邢东矿累计掘进充填巷道105条,总长度31259米,出煤123万吨,充填矸石125万吨;同时,在开采过程中避免了对环境的污染,为煤炭企业的绿色开采积累了宝贵经验,实现经济效益和社会效益双丰收。当时,来自山西、山东、河北、河南、江苏、陕西、辽宁等地的煤炭企业集团,共56个团次到邢东矿进行了参观学习,使得巷道式矸石充填技术获得了广泛关注并在多地得以推广应用,引发了行业采掘业的绿色革命。

超高水材料充填开采技术国际领先

超高水材料充填开采技术是在水中添加超高水材料,配制成两种以水为主要成分的具有高流动性的浆体(水含量可达97%),在即将进入充填区之前进行混合,使流入采空区的混合浆体在可控时间内胶结、凝聚,达到设计强度,以实现充填采空区,控制围岩变形,避免或减少地表下沉的目的。

2008年,冀中能源邢东矿从材料、输送方式、工作面充填工艺及实际生产能力等方面,综合论证适合该矿的充填方案。2009年,与中国矿业大学进行合作,共同研发了“邢东矿深井超高水材料充填高架综采工艺技术研究”项目。2011年2月,首采面1126高水充填工作面投入使用。2014年9月,随着充填材料的不断改进,胶凝速度不断提高,充填后1小时充填体强度即可满足移架需求。同时,将分体式支架改为一体式支架,节省顶板上网这道工序,简化生产操作工艺,提高了生产效率,在11212工作面实现一天两循环,达到月产5万吨的水平。

2012年11月21日,中国煤炭工业协会组织有关专家对《邢东矿深井超高水材料充填高架综采工艺技术研究》成果进行技术鉴定。研究成果在制、输浆和采充平行作业技术方面,以及充填开采高度达到了国际领先水平。2014年12月25日,中国煤炭工业协会组织有关专家对“大采高高效高水材料充填开采液压支架的研究及应用”项目进行了鉴定,项目成果达到国际先进水平。2019年,冀中能源集团所属股份公司和邢东矿应邀参与了中华人民共和国国家标准GB/T39337-2020《综合机械化超高水袋式充填采煤技术要求》编制工作。

邢东矿地面村庄密集,占矿井开采资源83%,解放建下煤炭资源,确保矿井持续稳定发展,始终是该矿致力于追究的目标。超高水材料充填开采技术充分利用了矿井水,减小了对环境的污染,减少了地表移动变形,经实测,试验充填工作面对开采影响,地表变形始终控制在I级以内,井田范围内11个村庄均正常居住未搬迁,地企关系和谐,主干公路正常通行,技术经济效益显著。

智能化矸石充填技术行业突破

由于原有的巷道式矸石充填对逐步增大的矸石产量渐渐难以消化吸收,2011年,邢东矿开始研究并实施了综合机械化工作面矸石充填开采技术,经过调整系统、优化设计,将井下跳汰洗煤系统与工作面矸石充填技术有效整合,为实现全矿井规模化矸石充填开采打下了坚实的基础。2012年3月,首个矸石充填工作面12212工作面开始掘进;2012年9月初,12212矸石充填工作面的圈出;2012年11月10日工作面安装完毕,并进行了试运行和回采。

矸石充填和超高水充填有效解决污染环境、地面塌陷等问题,但同时也带来了成本高、产量低的等问题。为此,2018年初,邢东矿又开始了大规模自动化矸石充填开采技术的研究,并制定了智能化规模化矸石充填开采技术研究方案。2021年3月,11233国内首个智能化矸石充填工作面建成,实现了采煤与充填同步进行、自动化远程操控。2021年5月31日,矸石投料系统启用,6月份实现了月产6万吨。2022年1月24日,再创矸石充填单日单面出煤2337吨、充填矸石2571吨的最高纪录。

2016年,“综合机械化充填采煤系统自动控制研究”获河北省煤炭工业科学技术奖一等奖、邢台市科技进步奖一等奖。2021年,中国煤炭协会鉴定“深井厚煤层全域连续自动化充填开采关键技术研究与应用”成果达到国际领先水平,并获中国煤炭工业科学技术奖一等奖。

矸石充填技术的智能化升级,在大大提高采煤效率的同时,也大量消耗着的煤矸石工业废弃物,形成了独具矿井特色的全域连续智能化高效充填开采模式。

如今的邢东矿,全部采用充填技术,年处理本矿及周边矿井固废矸石100多万吨,使外运矸石置换建下煤炭成为现实,实现了全矿区不迁村开采,井下消除了工作面周期来压,杜绝了顶板、瓦斯、突水、自然发火等安全事故,延长了矿井服务年限,取得了显著的经济、环境、社会综合效益,建成了名副其实的循环发展、绿色生态的现代化、智能化新型矿井。

今年,冀中能源将依靠科技创新,优化智能化充填工艺,不断加大煤炭绿色开采、清洁利用的效能。积极拓宽、创新矸石治理和综合利用新途径,变废为宝,市场运作,致力煤炭循环利用,实现企业可持续绿色发展。

(作者:王印河  范永刚  作者单位:冀中能源集团)

(责任编辑:张瑞瑞)

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