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| 我國(guó)煤礦充填開采觀察 | |||
| 煤炭資訊網(wǎng) | 2012-5-23 7:44:08 頭條 | ||
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據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)煤炭資源探明剩余可采儲(chǔ)量為1842億噸，以現(xiàn)有的儲(chǔ)量和消費(fèi)水平僅夠使用50年。其中，“三下”（建筑物、道路、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%。
另?yè)?jù)調(diào)查，在我國(guó)東部礦區(qū)，“三下”壓煤量已普遍超出可采儲(chǔ)量的50%。 全國(guó)煤礦采空區(qū)土地沉陷累計(jì)達(dá)100萬(wàn)公頃左右，每年新增采空區(qū)6萬(wàn)公頃左右。煤矸石累計(jì)堆積45億噸，占地1.3萬(wàn)公頃，且每年還以約3億噸的速度增加。 毋庸多言，這幾組數(shù)據(jù)或許就足以說明，實(shí)施煤礦充填開采在中國(guó)當(dāng)下的必要性和現(xiàn)實(shí)意義。 自發(fā)探索，各顯神通 充填開采是隨著采煤工作面的推進(jìn)，向采空區(qū)送入矸石、膏體等充填材料，并在充填體保護(hù)下進(jìn)行采煤的技術(shù)。事實(shí)上，因現(xiàn)實(shí)所迫，不少煤炭企業(yè)近年來已自發(fā)探索推廣充填開采技術(shù)，并取得了一定成效。 我國(guó)煤炭資源埋藏較深，95%的煤炭資源靠井工開采，一直沿用簡(jiǎn)單的垮落式開采方式，帶來的生態(tài)問題越來越嚴(yán)重。因采煤造成的土地塌陷、地下水流失、煤矸石占?jí)和恋?、環(huán)境污染、因搬遷補(bǔ)償不到位引發(fā)的上訪不斷等問題，影響了礦區(qū)生態(tài)與社會(huì)和諧。 另外，一些開采時(shí)間較長(zhǎng)的老礦區(qū)，面臨資源接續(xù)難題，如何最大限度回收“三下”壓煤，對(duì)有些煤炭企業(yè)來說事關(guān)生死存亡。因此，山東、河北、河南、安徽等省的一些煤炭企業(yè)，不約而同地開始探索推廣煤礦充填開采技術(shù)。 例如，山東煤炭有上百年的開采歷史，加之全省村莊、建筑物稠密，有壓煤村莊1949個(gè)，村莊壓煤量占可采儲(chǔ)量的60%。據(jù)山東省煤炭工業(yè)局局長(zhǎng)喬乃琛介紹，如不采取保護(hù)性開采措施，剩余煤炭可采儲(chǔ)量難以維持20年。 因而，山東堅(jiān)持保護(hù)性開采與穩(wěn)產(chǎn)策略，強(qiáng)化監(jiān)管，探索實(shí)施了充填開采。山東能源新汶礦業(yè)集團(tuán)經(jīng)過8年的探索和實(shí)踐，相繼在14個(gè)礦井、81個(gè)工作面實(shí)施了充填開采，建成了5個(gè)“井下洗煤廠”，累計(jì)完成以矸換煤1000萬(wàn)噸。通過充填開采，新汶礦業(yè)集團(tuán)已停用矸石山12座，累計(jì)減少矸石排放1300萬(wàn)噸，減少土地占?jí)?0多公頃，解放本部壓煤量3.588億噸。預(yù)計(jì)“十二五”期間，新汶礦業(yè)集團(tuán)采區(qū)回收率能提高10%以上。 山東能源集團(tuán)旗下的淄博礦業(yè)集團(tuán)、棗莊礦業(yè)集團(tuán)、肥城礦業(yè)集團(tuán)、臨沂礦業(yè)集團(tuán)，山東兗州礦業(yè)集團(tuán)，以及山東一些地方煤炭集團(tuán)，均有礦井在實(shí)施充填開采。據(jù)統(tǒng)計(jì)，山東已有35個(gè)礦井實(shí)施充填開采，完成開采工作面136個(gè)，累計(jì)充填矸石1720萬(wàn)噸，充填開采煤炭產(chǎn)量達(dá)到1400萬(wàn)噸。 河北冀中能源集團(tuán)是較早開始充填開采的企業(yè)之一，全集團(tuán)有20多個(gè)礦井應(yīng)用了充填開采技術(shù)，年充填矸石180萬(wàn)噸，從“三下”壓煤中回收資源230多萬(wàn)噸，有3座矸石山消滅殆盡。 在多年的實(shí)踐過程中，各個(gè)煤礦根據(jù)礦井自身情況，或自行研究，或與科研院校合作，各顯神通，探索出了多種充填方法和工藝。 新汶礦業(yè)集團(tuán)探索出了原生矸石綜采充填、普采充填和煤矸石低壓風(fēng)動(dòng)力充填、泵送充填4種工藝。冀中能源集團(tuán)已擁有矸石巷道充填和矸石固體、矸石膏體、矸石似膏體、超高水充填等不同材料、不同運(yùn)輸方式的5種工藝。 實(shí)踐的過程已帶動(dòng)了開采裝備的研制。我國(guó)自主研發(fā)的六柱支撐式充填設(shè)備聯(lián)合試運(yùn)轉(zhuǎn)成功，充填設(shè)備專業(yè)化生產(chǎn)和規(guī)?；\(yùn)營(yíng)正在進(jìn)行。在充填材料上，除了矸石、粉煤灰外，礦井水、膠固體、建筑垃圾等成為潛在的充填材料。 國(guó)家能源局副局長(zhǎng)吳吟說，目前矸石充填已成為應(yīng)用較為廣泛的工藝技術(shù)，充填開采的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。 全面推廣，有待扶持 “目前實(shí)施充填開采的大多是老礦井，老礦井本來噸煤成本就高，利潤(rùn)水平低，所以對(duì)于煤炭企業(yè)來說，充填開采關(guān)鍵問題還是成本高。”新汶礦業(yè)集團(tuán)的一名工作人員說。 新汶礦業(yè)集團(tuán)多個(gè)礦井實(shí)施了充填開采，不同的充填工藝成本各不相同，全集團(tuán)平均下來，充填開采成本增加100元/噸。 坐落在微山湖畔的棗莊礦業(yè)集團(tuán)高莊煤礦2006年開始研究充填開采技術(shù)，最后選用“拱橋式”充填全采系統(tǒng)，與正常開采相比，成本增加89元/噸。高莊煤礦的工作人員認(rèn)為，相對(duì)于其他充填開采工藝，他們的成本是比較低的。 吳吟在全國(guó)煤礦充填開采現(xiàn)場(chǎng)會(huì)上說：“初期投資大、生產(chǎn)成本高，阻礙了充填開采技術(shù)在全國(guó)范圍內(nèi)的推廣。” 據(jù)山東科技大學(xué)教授姜巖介紹，充填成本高也是德國(guó)、波蘭等世界上較早開始充填開采的國(guó)家停止很多充填開采項(xiàng)目的原因。 早在19世紀(jì)，德國(guó)因采煤造成的地表沉陷等問題非常嚴(yán)重，1924年德國(guó)即開始充填開采。20世紀(jì)70年代至90年代，德國(guó)的煤炭企業(yè)廣泛采用機(jī)械化風(fēng)力充填方法，工作面充實(shí)率達(dá)到57%。但這種充填開采到1997年即全面停止，主要原因是風(fēng)力充填使開采成本增加20美元/噸至30美元/噸，而治理地表沉陷或搬遷村莊增加的開采成本是6美元/噸至8美元/噸。 波蘭也是產(chǎn)煤大國(guó)，1964年就開始在城市中心區(qū)大規(guī)模采煤，一般采用水砂充填方法，那時(shí)波蘭處在社會(huì)主義時(shí)代，充填開采的成本由國(guó)家承擔(dān)。1989年波蘭實(shí)施經(jīng)濟(jì)改革以來，由于充填開采成本太高及公眾反對(duì)，建筑物下開采舉步維艱。目前，波蘭只有1個(gè)充填工作面在作業(yè)。 “老礦井利潤(rùn)空間有限，有的礦井年利潤(rùn)幾千萬(wàn)元，如果煤價(jià)下滑，充填開采就會(huì)有壓力。”新汶礦業(yè)集團(tuán)技術(shù)處處長(zhǎng)周明說。而對(duì)于新礦井，若無(wú)必要，便更缺乏充填開采的動(dòng)力。 企業(yè)普遍反映的一個(gè)問題是，由于充填開采技術(shù)要求高，工藝復(fù)雜、工序穿插，生產(chǎn)效率相對(duì)較低。例如1個(gè)工作面是充采同時(shí)進(jìn)行，若充填的進(jìn)度跟不上采煤的進(jìn)度，采煤就得停下來等充填工作。另有膏體等充填方式，膏體本身需要凝固的時(shí)間，充填開采便是一個(gè)“充—采—充—采”的循環(huán)過程。 周明說：“充填工作面一般是‘以充定產(chǎn)’，相對(duì)效率還是偏低，單產(chǎn)平均僅能達(dá)到1萬(wàn)多噸。”效率問題不同程度地影響了煤炭企業(yè)實(shí)施充填開采的積極性。 另外，如果充填開采大面積實(shí)施，充填物料的來源也在問題范圍之內(nèi)。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)教授繆協(xié)興說：“充填開采，充填進(jìn)去的東西在經(jīng)濟(jì)價(jià)值上，一定要比煤廉價(jià)。” 在新汶礦業(yè)集團(tuán)翟鎮(zhèn)煤礦，充填物料以矸石為主，矸石分井下洗選的矸石和井上矸石山的矸石。據(jù)了解，再過3年至5年，井上矸石山便可徹底消滅。到時(shí)候光井下的矸石肯定不夠，拿什么充填呢？ 據(jù)周明介紹，城市建筑垃圾經(jīng)過粉碎，或者鐵礦的尾砂，均可用作充填材料，但這種可能性需要研究。與矸石相比，其余充填物料均需考慮到運(yùn)輸距離和運(yùn)費(fèi)等成本問題。 吳吟在談到全面推廣充填開采技術(shù)存在的突出問題時(shí)指出，充填生產(chǎn)裝備不夠配套，相關(guān)設(shè)備技術(shù)性能穩(wěn)定性弱，以及充填開采缺乏相對(duì)配套的法規(guī)和政策等，都應(yīng)該引起高度重視。 充填開采技術(shù)簡(jiǎn)介 經(jīng)過實(shí)踐探索，我國(guó)已經(jīng)建立了固體物充填、膏體似膏體充填和高水超高水充填三大類工藝技術(shù)體系。 一、固體物充填工藝 固體物充填的主要充填物料為井下原生矸石、地面矸石山矸石、洗選矸石及電廠粉煤灰等。 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，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，將固體充填物料輸送至工作面后部。如采用綜合機(jī)械化固體廢棄物充填開采工藝，此時(shí)破碎的矸石等用皮帶輸送至采空區(qū)內(nèi)，然后利用搗實(shí)機(jī)將充填物料搗實(shí)并接頂。還有一種矸石普采充填技術(shù)，矸石經(jīng)運(yùn)矸輸送機(jī)轉(zhuǎn)載至強(qiáng)力拋矸皮帶機(jī)，矸石被拋射入充填工作面。另有風(fēng)力充填工藝，是將破碎成顆粒的矸石用風(fēng)機(jī)吹進(jìn)充填工作面。 應(yīng)用情況及成本：山東能源新汶礦業(yè)集團(tuán)翟鎮(zhèn)煤礦，采用綜合機(jī)械化固體廢棄物充填開采工藝，單位成本為63.35元/噸，包含工資、材料費(fèi)、維修費(fèi)、電費(fèi)等。山東濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)花園煤礦，由原先條帶開采改成矸石充填開采，也采用該工藝，人力、設(shè)備、主要原材料、礦建、土建、電力等方面噸煤成本均有增加，增加了249.44元/噸，但隨著工作面單產(chǎn)的增加，成本尚有下降的空間。 新汶礦業(yè)集團(tuán)鄂莊煤礦采用高檔普采，矸石充填采用邊采邊充的方式，充填物料為全巖掘進(jìn)工作面產(chǎn)生的矸石，充填成本為92.65元/噸。 二、膏體似膏體充填工藝 膏體似膏體充填的主要充填物料是煤矸石（或者河沙）、粉煤灰、專用膠結(jié)料和水等。這種充填工藝需要井上、井下兩套系統(tǒng)，井上充填站先將固體廢棄物等原料加水在地面加工成膏體料漿，用充填泵經(jīng)管道輸送到井下工作面采空區(qū)，由支架的后插板配合金屬網(wǎng)在工作面與待充填區(qū)之間筑一道隔離墻，用編織袋等物在充填區(qū)內(nèi)構(gòu)筑完全封閉的充填空間，充填膏體待其凝結(jié)。 應(yīng)用情況及成本：山東魯泰煤業(yè)公司太平煤礦自2006年5月以來，利用膏體充填開采技術(shù)開采了7個(gè)工作面，生產(chǎn)原煤137.1萬(wàn)噸，膏體充填開采的直接成本增加223.89元/噸。根據(jù)分析，充填輔助材料費(fèi)所占比率較低，而人工費(fèi)與直接材料費(fèi)占成本的50%以上。 山東能源淄博礦業(yè)集團(tuán)岱莊煤礦，2010年至2012年2月底充填開采產(chǎn)量52.4萬(wàn)噸，效果良好。岱莊煤礦充填開采成本增加218元/噸。 三、高水超高水充填工藝 高水超高水充填是將兩種不同的漿液分別輸送至井下，然后將其混合充入采空區(qū)。這兩種漿液各自流動(dòng)性較好，混合在一起后能迅速凝結(jié)或膨脹，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)充填。因此該工藝主要包括漿體制備、漿體輸送、漿體混合和工作面充填4個(gè)子系統(tǒng)。 應(yīng)用情況及成本：山東能源臨沂礦業(yè)集團(tuán)田莊煤礦采用的是超高水充填開采技術(shù)，A料主要由鋁土礦等物質(zhì)燒制并與超緩凝分散劑組成，B料由石膏等礦物質(zhì)與復(fù)合速凝劑組成。A料、B料分別加水制成A漿液、B漿液，將兩種漿液混合，即可在一定時(shí)間內(nèi)膠結(jié)凝聚。田莊煤礦自2009年7月開始采用這種充填開采技術(shù)，有效控制了地表移動(dòng)，充填開采成本增加127.89元/噸。 山東省淄博市王莊煤礦采用高水碰撞材料充填采煤技術(shù)，基料為粉煤灰、赤泥、風(fēng)積沙等硅質(zhì)材料，輔料為石膏、石灰、水泥和膨脹劑。將基料和輔料混合后，制成固水質(zhì)量比為1.3至1.5的充填料漿，料漿在2小時(shí)內(nèi)呈液體狀態(tài)可實(shí)現(xiàn)自流輸送，2小時(shí)后開始固化并伴隨30%以下的體積膨脹，充填體實(shí)現(xiàn)與頂板主動(dòng)接觸。
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