潞安化工高河能源公司:百万吨级膏体充填开采

作者:浙江体彩网发布日期:2020-12-06 00:32

  效益显著,项目成果整体达到国际领先水平,并建议在同类矿井条件下推广应用。

  高河能源公司井田内村庄密集,太焦铁路和铁路专用线横穿,“三下”压煤总量达3亿多吨,占煤炭储量的60%。如何把这些资源最大限度释放出来,成为该公司急需解决的一项难题。

  “采用传统的垮落法开采,我们每年会外排大量矸石,造成矸石占地污染,增加环保压力和原煤开采成本。为此,我们设想,如果采用膏体充填开采技术能解决这些问题,那么我们的贡献就大了。”高河能源公司生产副总工程师张永平说。

  他告诉笔者:“膏体充填就是把采矿产生的废弃物,如矸石等,加上粉煤灰、劣质土、城市固体垃圾,在地面加工成类似牙膏状的高浓度浆体,利用大型充填泵通过管道输送到井下采空区进行充填。膏体充填开采也被称为置换开采,把废弃物制成膏体充填到采空区,同时置换出原来无法采出的煤炭资源。这种开采方法能够促进煤矿开采与环境保护有效融合。”

  早在2014年,该公司就有意向实施膏体充填开采。“面对一个全新的技术,成不成熟,投入与收益怎样,适不适合我们公司的实际?这些问题都要考虑。经过多番论证,直到2017年,我们才正式启动膏体充填开采,并与中国矿业大学合作进行项目攻关。”张永平说。

  3个月多地对标学习、20余次专家论证、近100次细节探讨、3000多份论证材料……2017年9月,该公司的膏体充填开采项目方案和初步设计出炉。2018年3月,该项目开始施工建设。

  据介绍,该公司的膏体充填开采项目由地面充填系统、管道输送系统和井下充填工作面三部分构成。其中,地面充填系统由4个子系统构成,形成了自动控制、原煤分选、矸石加工、膏体配制以及充填泵输送的全过程;管道输送系统具备膏体输送及管路清洗功能,由地面管路、垂直钻孔管路、井下干线管路、工作面充填管路以及回水管路构成;井下充填工作面实施了先采顶分层再采底分层,平均煤层厚6.7米,充填采煤量可达到100万吨/年以上。

  2019年,该项目被确定为山西省10个绿色开采试点项目之一,高河能源公司也被确定为山西省唯一一处进行矸石返井试点和充填开采试点煤矿。

  “2020年3月,地面充填站、管路输送系统以及井下充填工作面全部安装到位,项目进入了联合试运转。随后,我们充填开采单循环用时越来越短、效率越来越高了。”该公司技术员郑帅亮说,“联合试运转时期,该项目由原来的6天一循环提升到2天一循环,月充填量由原来的7000立方米提升到2.1万立方米,月矸石处理量由原来的9800吨提升至2.73万吨,充填效率大大提升。”

  据介绍,高河能源公司膏体充填开采项目的设计产能是国内目前最大的。没有成熟经验可以借鉴,该公司技术人员通过摸索不断解决各种问题。

  “第一次充填的时候,我们遭遇了失败——充填物有三分之一漏完了。这时候我们意识到,这个技术远没有想得那么简单,于是我们沉下心,紧盯各项数据变化,不断改进工艺。经过10天加班加点,我们才充填成功。”该公司综采预备队副队长孟海燕告诉笔者。

  “第一次管路堵塞后,我们进行了疏通,将原本一次就可以充填的材料分成五次进行充填,小心翼翼,生怕再出问题。没多久,管路又堵了。当时,我们主要精力在地面和井下,唯独没想到管道会出问题。”张永平说。

  张永平介绍,该公司的充填条件与其他地方不同,埋深大、管径粗、能力强。在这种条件下,充填稳定性很难控制,管路堵塞时有发生。为此,技术人员通过现场实践,分析了几十万个数据,经过5个月才摸索出解决管路堵塞问题的关键技术。

  为了提升充填效率,该公司又建立了以“割煤—隔离—充填”为主线进行作业,将联网、修巷、检修等工序穿插到主线作业全过程的高效作业模式。他们在井上充填站对地面存料仓实施科学调配,减少一个胶结料仓,增加一个粉煤灰仓,大大缩短了配料时间;在井下充填工作面,大胆采用“单体柱+板闭”的隔离方案,缩短了隔离时间,隔离效率提升了55%。

  “膏体充填开采虽然增加了开采成本,但长远来看,经济效益、安全性、环保性都很显著,如果技术不断完善,未来就不用担心煤矿环境污染的问题了。”高河能源公司生产经理曹宇说。

  在解决充填材料要细、输送功率要大、管路输送要畅、现场支护要硬、凝固速度要快五个最为棘手的技术难题的过程中,该公司技术人员探索出了六方面的核心技术,形成了“三精两高一智能”的充填模式。

  技术人员攻关研发了高细破碎机,使矸石加工破碎精细化,破碎后的矸石粒度小于15毫米;应用了配比搅拌自动化系统,使膏体配制精确化;布置了管路监测系统,达到预防事故精准化。同时,他们研制了大功率充填泵,实现了充填采煤高产化;研制了隔离充填液压支架,推进了隔离凝固高效化;应用了膏体充填智能控制系统,实现了充填采煤智能化,使地面车间和充填管路实现了“有人巡视,无人操作”。

  高河能源公司年产矸石130万吨至165万吨,膏体充填开采项目将按照100万吨/年的充填量实施采煤,可消耗矸石约110万吨,通过技术不断创新发展,很快就能实现矸石零排放;在采空区形成充填体支护上覆岩层,可有效保护岩层关键层,实现地面零沉降;将岩层破坏限制在可控范围之内,对含水层和地表水形成有效保护,确保了水体零破坏。未来,该项目还可以解决采煤不搬迁村庄的难题,延长矿井服务年限,提高煤炭资源回收率。

  “我们积极引进新技术、新材料、新装备、新产品,在绿色开采上拥有了一批自己的核心技术。未来,我们将拥有更好更强大的设备和技术。”高河能源公司董事长、总裁韩玉明说。


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