技术赋能拓新路 采充协同创效益 ——西山煤电屯兰矿利用离层注浆充填开采技术打出“组合拳”

       2020年12月15日，山西焦煤西山煤电集团公司新任党委书记、董事长李健以“四不两直”方式对屯兰矿各项工作进行检查督导。升井后，李健前往该矿22301工作面关键层充填项目注浆站，了解工艺流程及推进情况，对项目进展情况给予充分肯定。就在五天前的12月10日，山西焦煤西山煤电集团公司副总经理于建军到屯兰矿调研22301工作面关键层充填项目进展情况。对项目工艺流程、井下回采具体位置、目前充填量、充填过程中存在的问题进行了解。
        22301工作面关键层充填项目是个什么项目？为什么公司领导如此重视？一周之内密集到该项目基地调研督导？笔者带着这些疑问走进了山西焦煤西山煤电集团公司屯兰矿。

       屯兰煤矿距山西省太原市中心约60公里，是山西焦煤西山煤电集团公司的主力矿井，设计生产能力500万t/年。屯兰煤矿主产焦煤、肥煤、瘦煤，其中焦、肥煤为世界稀缺资源，业界号称“工业味精”。就是这么稀缺的资源，好大一部分却被井田范围内的汾河支流原平河、屯兰河、自备铁路、环城高速（规划）（“两河两路”）压覆着，阻碍了工作面的正常布置，不仅影响矿井生产，而且造成优质资源的严重浪费。
       随着矿井开采，该矿井下优质资源逐渐减少，可谓是采一吨少一吨，如果不及时从可持续发展的战略高度进行统筹规划、协调“三下”压煤开采问题，就很难保证矿区的可持续发展。
       对此，在集团公司的大力支持下，屯兰矿紧紧围绕建设“新焦煤”、“新西山”、“新屯兰”，实施科技创新驱动发展，激活企业转型升级。屯兰矿与中国煤炭地质总局下属二级单位中煤地生态环境有限公司通力合作，推广应用关键层充填项目解决“三下”压煤难题，践行绿色开采。该项目采用离层注浆充填开采技术，利用地层在采动过后下沉运动的离层现象，通过注入充填浆液的手段，人为干预煤炭开采后地层的下沉运动。       项目选择在该矿22301工作面作为试点。22301工作面是一智能化工作面，主采2号煤层，采用倾斜长壁后退式一次采全高综合机械化采煤方法，全部垮落法管理顶板。该工作面区域内有屯马35kV二回路自西北向东北横穿工作面，兴能电厂粉煤灰运输皮带走廊自西向东横穿工作面，同时西山煤电粉煤灰综合利用项目工厂也在区域内。利用关键层充填项目不仅可以保护这些地面设施不受伤害，而且将释放118万吨优质资源。

       12月18日，为了进一步了解离层注浆充填开采技术，笔者再次来到屯兰矿，在宣传部人员陪同下，专程到建在大山上的注浆站进行探访。
经中煤地生态环境有限公司技术人员介绍，该项目通过施工地面钻孔，采用覆岩离层区注浆充填技术，对采煤引起的上覆岩层中的离层空间进行高压注浆充填，在采空区中部人为制造一定宽度的压实区，形成一种有效的“覆岩结构－隔离煤柱－充填压实区”柱式承载结构，对地表塌陷进行有效控制，保证地表构筑物不被破坏。
        离层区注浆充填的基本原理是利用岩层移动过程中覆岩内形成的离层空隙，从地面布置钻孔将充填料浆液高压注入离层空间，高压浆体对下部岩层的压实作用，从而增加离层空间，经脱水压实后的充填体对上覆岩层的支撑作用从而减缓岩层移动向地表的传播。
        这一技术非常简单，操作方便，包括上料系统、制浆系统、输送系统三部分。通过铲车将用料放入漏斗，通过管状皮带进入制浆机，制浆机里遇水产生浆体，然后进入搅拌池搅拌，为了确保浆体均匀再进入二次搅拌，搅拌均匀的浆体进入注浆泵，最后通过注浆管路进入离层墙。整套工艺流程由计算机综合控制柜控制，内含工业控制计算机，双17寸工业高清液晶屏，电气监控仪表、运行指示灯、手动操作按钮，整个过程全部由电脑自动控制，完成对整个生产流程的控制和管理，保证系统能持续进行生产操作。实时显示所有数据。
      该矿技术创新办公室主任刘亚军介绍：这套技术国内领先，是山西焦煤集团公司、西山煤电集团公司首次应用，是两级集团公司践行绿色发展的首推项目，也是2020年的重点工程之一。利用这一技术实现了循环经济再延伸，形成两条循环链。矿上生产的原煤，经选煤厂洗选后，中煤供电厂发电，电厂排出的废物——粉煤灰再通过这一技术回馈井下；采煤时产生的瓦斯，经瓦斯泵站输送到电厂发电，然后电厂发的电用于井下生产用电。实现了应采尽采，精采细采，吃干榨净，绿色开采。
       与其它传统充填开采相比，它的优点在于初期投资小、采充互不影响、成本低、效益高、回采率高。
       据笔者了解，七月份中煤地生态环境有限公司进场，8月中旬开始施工，10月23日地面系统全部建成，经过一周试运转，11月29日正式开始注浆，日注浆量在3000—4000吨，截止12月中旬，注浆近5万吨。目前正在密切关注地表变化。

        项目落地后，拿什么作为充填材料成了该矿的一道单项选择题。利用井下矸石充填，不仅成本高，而且会影响工作面正常生产，恰恰同属于西山煤电的兴能电厂每年要产生大量的废物——粉煤灰。该电厂位于屯兰矿井田范围内，年产生大量的粉煤灰，部分粉煤灰运往水泥厂制作水泥使用，剩余绝大多数粉煤灰填入沟谷进行处理，随着环保要求日益严苛，粉煤灰地面堆放将面临很大的阻力。固废处理问题成为电厂的一件头疼事，每年必须投入大量的人力、物力用来进行对粉煤灰的处理。
       该矿矿长曹俊文告诉笔者：将电厂的危废粉煤灰充填到井下离层空间，有效防控了地面塌陷，为“三下”采煤进行了有效尝试，为提高资源回收、延长矿井寿命提供了可能，为黑色煤炭绿色开采蹚出了一条新路；再者粉煤灰摇身一变，变废为宝，化害为利，为我所用，循环利用，废物成了“香饽饽”，极大地促进了人与自然和谐相处。
        这一技术的充分运用，不仅解决了矿井“三下”资源回采问题，固废处理问题，矿井水处理问题，延长了矿井服务年限，提高了瓦斯抽采量，还对矿区生态环境保护和恢复起到重要作用，真正实现绿色开采。同时也将带来了非常可观的社会效益和经济效益，为后续两河两路下压煤的安全高效开采提供技术积累，全矿推广开以后将解放2000万吨优质焦煤，延长矿井寿命5年以上。
       项目总负责人王艾军给笔者算了一笔账，首先采用离层注浆充填开采方法可以获得资源税减免，从当初的8%降低为4%，可减税3163万元；其次可以为兴能电厂节约粉煤灰处理费用2200多万元；再次节约矿井水处理费用700多万元，最主要的是解放了屯马35KV二回路，兴能电厂粉煤灰运输皮带走廊，西山煤电粉煤灰综合利用项目工厂下压煤118万吨，按当前市场价格综合效益近8亿元。可谓不算不知道，一算划算划算真划算。
这一技术在该矿的推广应用，体现了该矿党政积极践行习近平总书记“绿水青山就是金山银山”创新理论和创新、协调、绿色、开放、共享的五大发展理念。同时也完全符合山西省委确立的“转型为纲、项目为王、改革为要、创新为上”的理念。为矿井安全高效开采、可持续发展、生态文明建设打下了坚实的基础。（孙青林）



单位：山西焦煤西山煤电镇城底矿（井下安全员）

通讯地址：山西省古交市镇城底矿（邮编：030203）


手机号：13546330531
个人简介：一名70后，煤矿工人，共产党员，现从事煤矿井下安全员一职。