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協會專家組鑒定。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，實現高效綠色開采，經濟和社會效益顯著，項目成果整體達到國際領先水平，并建議在同類礦井條件下推廣應用。

研發膏體充填開采技術

高河能源公司井田內村莊密集，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，增加環保壓力和原煤開采成本。為此，我們設想，如果采用膏體充填開采技術能解決這些問題，那么我們的貢獻就大了。”高河能源公司生產副總工程師張永平說。

他告訴筆者：“膏體充填就是把采礦產生的廢棄物，如矸石等，加上粉煤灰、劣質土、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，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境保護有效融合。”

早在2014年，該公司就有意向實施膏體充填開采。“面對一個全新的技術，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，并與中國礦業大學合作進行項目攻關。”張永平說。

3個月多地對標學習、20余次專家論證、近100次細節探討、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計出爐。2018年3月，該項目開始施工建設。

據介紹，該公司的膏體充填開采項目由地面充填系統、管道輸送系統和井下充填工作面三部分構成。其中，地面充填系統由4個子系統構成，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、管路輸送系統以及井下充填工作面全部安裝到位，項目進入了聯合試運轉。隨后，我們充填開采單循環用時越來越短、效率越來越高了。”該公司技術員鄭帥亮說，“聯合試運轉時期，該項目由原來的6天一循環提升到2天一循環，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。”

創新路上解難題

據介紹，高河能源公司膏體充填開采項目的設計產能是國內目前最大的。沒有成熟經驗可以借鑒，該公司技術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，這個技術遠沒有想得那么簡單，于是我們沉下心，緊盯各項數據變化，不斷改進工藝。經過10天加班加點，我們才充填成功。”該公司綜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。”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。在這種條件下，充填穩定性很難控制，管路堵塞時有發生。為此，技術人員通過現場實踐，分析了幾十萬個數據，經過5個月才摸索出解決管路堵塞問題的關鍵技術。

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，將聯網、修巷、檢修等工序穿插到主線作業全過程的高效作業模式。他們在井上充填站對地面存料倉實施科學調配，減少一個膠結料倉，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，經濟效益、安全性、環保性都很顯著，如果技術不斷完善，未來就不用擔心煤礦環境污染的問題了。”高河能源公司生產經理曹宇說。

多舉措優化充填技術

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

技術人員攻關研發了高細破碎機，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，使膏體配制精確化；布置了管路監測系統，達到預防事故精準化。同時，他們研制了大功率充填泵，實現了充填采煤高產化；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，實現了充填采煤智能化，使地面車間和充填管路實現了“有人巡視，無人操作”。

高河能源公司年產矸石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，通過技術不斷創新發展，很快就能實現矸石零排放；在采空區形成充填體支護上覆巖層，可有效保護巖層關鍵層，實現地面零沉降；將巖層破壞限制在可控范圍之內，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，延長礦井服務年限，提高煤炭資源回收率。

“我們積極引進新技術、新材料、新裝備、新產品，在綠色開采上擁有了一批自己的核心技術。未來，我們將擁有更好更強大的設備和技術。”高河能源公司董事長、總裁韓玉明說。（韓建）