煤炭資源綠色開(kāi)采技術(shù)是煤炭行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的重要環(huán)節(jié)。近年來(lái)山西焦煤山煤國(guó)際（以下簡(jiǎn)稱(chēng)山煤國(guó)際）霍爾辛赫煤業(yè)依托覆巖離層注漿充填技術(shù)，成功研發(fā)出一套適用于其地質(zhì)構(gòu)造的工藝，有效解決了“三下”壓煤開(kāi)采及煤矸石處置兩大難題。近日，記者走進(jìn)霍爾辛赫煤業(yè)，深入了解這一綠色開(kāi)采背后的技術(shù)成果。
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一項(xiàng)技術(shù)攻克兩大難題作為山煤國(guó)際的主力動(dòng)力煤生產(chǎn)礦井，霍爾辛赫煤業(yè)是山西焦煤能源保供的重要單位之一，年生產(chǎn)能力達(dá)400萬(wàn)噸。其井田上分布著42個(gè)大小不一的村落、焦化廠、加油站等建筑物、構(gòu)筑物，“三下”壓煤儲(chǔ)量相當(dāng)可觀。“若能將這些煤炭資源充分開(kāi)采出來(lái)，意義重大，影響深遠(yuǎn)。”4月6日，霍爾辛赫煤業(yè)黨委書(shū)記、董事長(zhǎng)李建功在接受采訪時(shí)，道出了公司初期的決策考量。經(jīng)過(guò)多次調(diào)研，覆巖離層注漿充填技術(shù)進(jìn)入了他們的視野。李建功介紹，該技術(shù)將粉煤灰或煤矸石漿液等工業(yè)固廢作為充填物，注入井下離層空間。離層是煤炭開(kāi)采導(dǎo)致煤層上端巖層塌陷而形成的一定空間。該技術(shù)的核心在于巖層中必須存在一個(gè)關(guān)鍵層，與塌陷層形成較大的離層空間，通過(guò)充填與其構(gòu)成“柱+板”的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，而霍爾辛赫煤業(yè)的地質(zhì)條件恰好符合這一特征。此外，這一工藝還能有效解決霍爾辛赫煤業(yè)的固廢處置難題，實(shí)現(xiàn)“變廢為寶”，一舉兩得，可消化該公司每年產(chǎn)生的一部分煤矸石及尾煤泥。自2020年起，該公司依托山西焦煤、山煤國(guó)際技術(shù)中心及博士后工作站資源，組建了專(zhuān)項(xiàng)科研團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合第三方構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研一體化鏈條，推出“科技創(chuàng)新+工程設(shè)計(jì)+第三方數(shù)據(jù)檢測(cè)”的技術(shù)創(chuàng)新模式，聚焦難點(diǎn)全力攻關(guān)。在充分的前期調(diào)研、理論論證和大量試驗(yàn)后，霍爾辛赫煤業(yè)選擇在壓覆于廢棄焦化廠、鄉(xiāng)村道路等建筑物、構(gòu)筑物下的3501工作面進(jìn)行試點(diǎn)。選址、征地、辦理手續(xù)……一系列前期工作完成后，2022年，該公司啟動(dòng)了注漿站施工項(xiàng)目，并于當(dāng)年2月開(kāi)始注漿與采煤同步作業(yè)。4個(gè)月后，3501工作面成功回收“三下”壓煤資源47.5萬(wàn)噸，消化粉煤灰43萬(wàn)噸，處理礦井廢水30萬(wàn)噸。這一成果標(biāo)志著覆巖離層注漿充填綠色技術(shù)在霍爾辛赫煤業(yè)取得了成功。
02
4年攻關(guān)實(shí)現(xiàn)三代迭新事實(shí)上，從2020年論證調(diào)研到目前3個(gè)工作面成功開(kāi)采，4年間，霍爾辛赫煤業(yè)的覆巖離層注漿充填技術(shù)實(shí)現(xiàn)了三代迭新。記者了解到，包括霍爾辛赫煤業(yè)在內(nèi)的山西省“三下”壓煤賦存均呈現(xiàn)出復(fù)雜多樣的特征。這使得該公司在初期引進(jìn)充填工藝時(shí)面臨巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。如何讓復(fù)雜的地質(zhì)條件變得簡(jiǎn)單可控，成為他們初期技術(shù)攻關(guān)的主要方向。通過(guò)理論分析和數(shù)值模擬，以3501工作面為試點(diǎn)，該公司提出了全過(guò)程地表沉陷“四區(qū)”控制模型，將采區(qū)精確劃分為常規(guī)區(qū)、過(guò)渡區(qū)、注漿區(qū)和控制區(qū)。通過(guò)分區(qū)治理、精準(zhǔn)控制，再輔以單孔提級(jí)注漿，一舉攻克了復(fù)雜地形不可預(yù)控的技術(shù)難關(guān)，形成了霍爾辛赫煤業(yè)覆巖離層注漿技術(shù)1.0版。3501工作面的成功回采，為第二個(gè)試點(diǎn)的注漿充填提供了技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，但也隨之出現(xiàn)了新的難題：由于開(kāi)采模式的局限性，注入的漿液總是偏離既定區(qū)域。這一難題導(dǎo)致注漿量和注采比均居高不下。如何控制注漿量，降低注漿成本，再次難住了技術(shù)團(tuán)隊(duì)。經(jīng)過(guò)一輪又一輪的研討、論證和試驗(yàn)，他們提出了帷幕封堵增效技術(shù)——將研發(fā)的自膨脹水泥速凝封堵材料打入特定鉆孔，有效堵住了“漏斗”，漿液不再偏離。經(jīng)過(guò)一年多的技術(shù)實(shí)施，到2023年10月回采完成時(shí)，第二個(gè)試點(diǎn)的注漿量成功減少了9萬(wàn)噸，注采比降低了0.2，注漿充填2.0版本正式落地。3801工作面壓覆于石油加油站下。“與其他建筑物相比，加油站對(duì)地表穩(wěn)定性的要求更高。加之前期采動(dòng)影響，充填開(kāi)采難度呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。”該公司生產(chǎn)技術(shù)部部長(zhǎng)刁懷斌說(shuō)。在這一階段，數(shù)智賦能的作用開(kāi)始顯現(xiàn)。技術(shù)團(tuán)隊(duì)建成了集制漿、注漿與沉陷控制效果于一體的綜合監(jiān)控體系，發(fā)明了建構(gòu)圖數(shù)字動(dòng)態(tài)安全預(yù)警防護(hù)技術(shù)，提出了地表沉淀控制導(dǎo)向的采注協(xié)同控制方法，建立了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)收集點(diǎn)，以智能控制、精準(zhǔn)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)戰(zhàn)勝地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，解決了充填難題，形成了關(guān)鍵技術(shù)3.0版。目前，霍爾辛赫煤業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)已投入到新一輪的科技攻關(guān)中，全力致力于離層注漿充填技術(shù)+110工法技術(shù)研究，以實(shí)現(xiàn)井下資源“顆粒歸倉(cāng)”，推動(dòng)工藝再次升級(jí)迭代。李建功表示，如今在該技術(shù)的助力下，霍爾辛赫煤業(yè)形成了“采煤不見(jiàn)煤、矸石不出礦、三廢零排放”的綠色發(fā)展格局。多年來(lái)公司累計(jì)處置煤矸石、尾煤泥、粉煤灰290余萬(wàn)噸。
來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)
