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| 充填是追求夢想的過程——訪中國礦業(yè)大學(xué)教授、綜合機械化固體廢棄物充填采煤技術(shù)帶頭人繆協(xié)興 | |||
| 煤炭資訊網(wǎng) | 2012-5-23 2:29:17 頭條 | ||
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提要 繆協(xié)興說，把煤炭采出后的空間填實是采煤人長久以來的一個夢想。中國當前大規(guī)模煤炭開采帶來的安全、資源和環(huán)境問題，迫切需要有一項安全高效的充填采煤技術(shù)。他和他的團隊，在多年的教學(xué)和科研中，不斷積累思索，并與許多煤炭企業(yè)合作，終于發(fā)明了綜合機械化固體廢棄物充填采煤技術(shù)。這項技術(shù)完全符合他“安全高效的采煤技術(shù)+安全高效的充填技術(shù)+比煤廉價的充填物+區(qū)域環(huán)境治理+保護控制對象”的設(shè)想，已在全國10多個礦區(qū)推廣，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，同時得到了國際同行的贊譽。 這項技術(shù)是由繆協(xié)興課題組研發(fā)的，2009年開始在花園煤礦整體推廣應(yīng)用?；▓@煤礦在濟寧市金鄉(xiāng)縣城及周邊地區(qū)采煤，地面建筑群密集，原設(shè)計全部采用條帶開采，采出率在30%左右，全部采用綜合機械化固體廢棄物充填采煤技術(shù)后，采出率提高至85%，礦井服務(wù)年限由原來不足40年延長到100多年。
“德國專家看了我們的充填開采技術(shù)后，對中國充填開采技術(shù)已如此先進感到有點難以置信。”繆協(xié)興說。
對充填夢想的執(zhí)著
“對于采煤人來講，把煤炭采出后的空間填實是長久以來的一個夢想。誰都知道，把煤采空了，這個地方就要塌陷，多采多塌，少采少塌。怎么才能讓它不塌？那就再把采空區(qū)填實。”繆協(xié)興說，充填采煤技術(shù)研究已有100多年的歷史。
“由于煤礦采煤工作面快速移動，采空區(qū)頂板巖層隨采隨垮等原因，煤礦采空區(qū)充填技術(shù)研發(fā)難以取得實質(zhì)性突破。”繆協(xié)興說，“充填開采并非簡單地把固體廢棄物充填進去就可以了，還需要掌握巖層運動理論及規(guī)律，要在基礎(chǔ)理論研究上進行創(chuàng)新。”
另外，嚴峻的現(xiàn)實又迫使當代采煤人必須加快這方面創(chuàng)新的步伐。
據(jù)國家能源局統(tǒng)計，目前我國煤炭資源探明剩余可采儲量為1842億噸，以現(xiàn)有的儲量和消費水平僅夠使用50年。其中，“三下”（建筑物下、道路下、水體下）壓煤量約140億噸，如果采用防止地表沉陷的條帶開采方式，回收率僅為30%至50%。尤其在我國東部礦區(qū)，“三下”壓煤量已普遍超出可采儲量的50%。此外，全國煤礦采空區(qū)土地沉陷累計達100萬公頃左右，每年新增采空區(qū)6萬公頃左右。
“大規(guī)模煤炭開采中存在嚴重的問題，如安全問題，資源浪費和環(huán)境破壞問題。東部大量稀缺煤種因壓煤無法采出，西部生態(tài)脆弱區(qū)大規(guī)模采煤造成嚴重的水資源和環(huán)境問題，這些迫切需要我們發(fā)明一項利用礦區(qū)固體廢棄物直接高效充填采空區(qū)的技術(shù)，在保護環(huán)境和保障安全的基礎(chǔ)上，滿足能源需求。”原始的夢想和現(xiàn)實的需求，讓繆協(xié)興課題組專注于充填采煤技術(shù)研究。
現(xiàn)在礦井普遍實現(xiàn)了現(xiàn)代化開采，對充填采煤技術(shù)提出了很高的要求，既要安全高效，又要嚴格控制巖層移動，并能取得顯著的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。繆協(xié)興將其總結(jié)為“安全高效的采煤技術(shù)+安全高效的充填技術(shù)+比煤廉價的充填物+區(qū)域環(huán)境治理+保護控制對象”。
“這項技術(shù)不是一個專業(yè)能夠完成的。”繆協(xié)興說，綜合機械化固體廢棄物充填采煤技術(shù)涉及煤礦開采、礦區(qū)資源與環(huán)境保護及礦山機械等學(xué)科，屬于交叉學(xué)科領(lǐng)域。其中的很多理論和想法，是繆協(xié)興課題組在多年教學(xué)和科研工作中日積月累而成的。
“真要從頭說起，準備了20年都不止，在2004年的時候，我們認為可以研發(fā)出一項整體的技術(shù)了。”繆協(xié)興說。
一項完整的創(chuàng)新發(fā)明
綜合機械化固體廢棄物充填采煤技術(shù)與其說是一項技術(shù)，不如說是一種能將機械化采煤工作面和機械化固體充填作業(yè)面合二為一的采、充一體化方法、系統(tǒng)與工藝。
繆協(xié)興課題組為充填開采專門發(fā)明了一種特殊的支架——雙頂梁正四連桿六柱支撐液壓支架。這種支架有前后兩個頂梁，前頂梁掩護采煤作業(yè)，后頂梁掩護充填作業(yè)，與支架后部連為一體的夯實機構(gòu)能將固體充填物高效密實夯入采空區(qū)。
這種工作面的布置方式與傳統(tǒng)綜采工作面布置方式基本相同，其巧妙之處是在采煤工作面的后部，即在采空區(qū)一側(cè)布置充填作業(yè)面，再在工作面進風(fēng)巷內(nèi)布置一條固體充填物料的運輸皮帶，將固體充填物料輸送至刮板式充填輸送機上。這樣即可實現(xiàn)充填與采煤在同一工作面并行作業(yè)。
山東能源新礦集團翟鎮(zhèn)礦充填開采工作面采用的也是繆協(xié)興課題組研發(fā)的技術(shù)，充填密實度能達到90%，工作面單產(chǎn)達4.8萬噸。
繆協(xié)興課題組還發(fā)明設(shè)計出了固體廢棄物井上下輸送系統(tǒng)、裝備與工藝。
記者在翟鎮(zhèn)礦看到了國內(nèi)同類鉆孔中最深的地面矸石下井回填系統(tǒng)，矸石經(jīng)過破碎與電廠粉煤灰拌料混合，通過562米深的鉆孔垂直輸送到井下，再運往充填工作面，每小時輸送能力350噸。充填物料全部采用自動控制、電子計量、定量配比。
根據(jù)不同礦井開采地質(zhì)條件和服務(wù)年限的需要，繆協(xié)興課題組發(fā)明了兩種不同的輸送系統(tǒng)，一種是單井筒的，一種是雙井筒的，可供應(yīng)用單位自由選擇。據(jù)了解，相比建造一個500米以上深度的井筒，這種固體充填輸送系統(tǒng)經(jīng)濟得多，僅需投入不到1000萬元。
除此以外，作為一項完整的技術(shù)，基于對充填物壓實力學(xué)性能和壓實過程中的流變性能試驗研究，他們還發(fā)明了對采空區(qū)充填體壓力情況進行實時監(jiān)測的方法。
據(jù)了解，目前這項技術(shù)達到的指標是，采空區(qū)充實率90%，“三下”壓煤采出率85%，單面年生產(chǎn)能力超過100萬噸。這與條帶開采相比較，采出率能提高50%左右。發(fā)明設(shè)計的機械裝備都實現(xiàn)了批量生產(chǎn)。
充填開采的成本問題一直備受關(guān)注。與常規(guī)綜采相比較，綜合機械化固體廢棄物充填采煤技術(shù)直接生產(chǎn)成本每噸煤僅增加30元左右，遠低于國內(nèi)其他充填工藝的成本。
2011年，綜合機械化固體廢棄物充填采煤技術(shù)獲得教育部“高等學(xué)校科學(xué)研究優(yōu)秀成果技術(shù)發(fā)明一等獎”。
德國人眼中最好的充填采煤技術(shù)
從2008年起，這項整體技術(shù)已先后推廣到河南平頂山，山東濟寧、兗州，安徽淮北，河北開灤，內(nèi)蒙古烏海等10多個礦區(qū)。
以馬丁·榮克為首的德國代表團此次調(diào)研考察的花園煤礦，自2010年初第一個充填采煤工作面投產(chǎn)以來，至2011年年底，充填采煤工作面共采出煤炭56萬噸，處理矸石等固體廢棄物78萬噸，新增產(chǎn)值6.72億元，新增利潤約3.54億元。
根據(jù)地表沉陷觀測結(jié)果，花園煤礦一采區(qū)開采完畢后，地表移動觀測線最大下沉值為12毫米，固體充填開采對地表建筑物的破壞等級在I級極輕微范圍內(nèi)，無需對地面建筑進行加固或維修。
2011年8月，國家能源局副局長吳吟專門就該項目實施情況到花園煤礦調(diào)研，對該項技術(shù)給予了高度評價。
據(jù)繆協(xié)興介紹，這項技術(shù)在其他礦區(qū)同樣產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
中國平煤神馬集團十二礦于2008年整體推廣實施該項技術(shù)，該礦原先可供常規(guī)開采的煤炭資源接近枯竭，在無法搬遷的村莊下壓有1200多萬噸優(yōu)質(zhì)稀缺煤種，采用該項技術(shù)后預(yù)計可全部回收，可延長礦井服務(wù)年限10年左右。 安徽皖北煤電集團五溝煤礦在第四紀含水層下采煤，留設(shè)防水煤柱2900多萬噸，煤層離含水層最近處只有15米，現(xiàn)已采用該項技術(shù)回收其煤柱。
內(nèi)蒙古烏海市太原煤礦，地處西部生態(tài)脆弱區(qū)域，受到“三下”壓煤和環(huán)境等嚴重制約，專為采用該項技術(shù)設(shè)計建設(shè)了一個生產(chǎn)礦井。
“每到一個煤礦推廣這項技術(shù)，都有一個大的進步，現(xiàn)在總體上已經(jīng)到了可以全面推廣的地步。”繆協(xié)興說。
德國是世界上最早開始充填采煤的國家之一，1924年即開始采用風(fēng)力充填。20世紀70年代到90年代后期，德國煤炭企業(yè)廣泛使用機械化風(fēng)力充填方法。在聽取濟寧能源發(fā)展集團有限公司總工程師張學(xué)生的技術(shù)介紹后，馬丁·榮克說：“繆教授課題組成功研發(fā)的這項煤礦充填技術(shù)，是我至今所知道和看到的最好的充填采煤技術(shù)。它攻克了我們研發(fā)風(fēng)力充填技術(shù)時無法解決的許多難題，特別是充填密實度問題，這樣在城市和大型建筑物下就可以規(guī)?；呋厥章实亻_采煤炭了。”
馬丁·榮克同時表示，這是一項十分有意義的采煤技術(shù)發(fā)明，能解決中國大規(guī)模煤炭開發(fā)中的許多問題。如果繆協(xié)興同意，他們德國魯爾集團想加入他的課題組。“德國在礦山機械裝備與自動化控制方面具有技術(shù)研發(fā)的優(yōu)勢，也可以代理該項技術(shù)在國際上推廣應(yīng)用的授權(quán)，我們對這項技術(shù)在國際上推廣使用充滿信心。”馬丁·榮克說。
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