煤炭是重要的基础能源和工业原料,对于“双主业”的潞安化工集团来说,煤炭产业是主业,更是基业。近年来,潞安化工集团积极响应山西省开展能源革命综合改革试点的号召,大力实施以膏体充填技术、覆岩离层注浆技术、柔模沿空留巷技术等为代表的绿色开采技术,推进煤炭产业“减、优、绿”发展,“绿色开采”已经成为了企业全方位推动高质量发展的生态底色。
膏体充填开采 生产生态两相宜
在传统印象中,煤炭开采往往伴随着产生大量煤矸石占用土地,污染环境以及开采后的地表塌陷、水体破坏等生态环境问题。但在如今的潞安化工高河能源公司,伴随着膏体充填开采技术的应用,这一现象正在逐渐改变。
膏体充填开采也被称为“置换开采”,简单来说就是把采煤形成的废弃物,在地面加工成类似牙膏状高浓度浆体,并通过管道输送到井下采空区,置换出传统工艺采不出来的矿产资源。作为山西省唯一一座矸石返井充填和充填开采试点的矿井,在高河能源公司,矿井生产伴生的煤矸石由以往的固废料正变成充填材料返回到井下。
以高河能源已结采的E1302充填工作面为例,累计回采产量48.6万吨,充填膏体27.68万方,消耗矸石47.2万吨。通过膏体充填开采不仅解决了矸石外排,减少矸石占地、环境污染,同时最大限度控制了地表变形,还能享受煤炭资源税减免政策,取得良好的生态环保效益。在中煤协对“采空区高效充填”“矸石基固废返井”两个项目的科技成果鉴定中,专家组一致认为:经济和社会效益显著,项目成果整体达到国际领先水平。
目前,高河能源公司已探索出了膏体充填开采的六方面核心技术,形成了“三精两高一智能”的充填模式,并在E1306工作面实施过程中持续进行工艺优化。据相关负责人介绍,高河能源年产生矸石约130万吨—165万吨,通过充填开采将废弃矸石资源化利用,未来将有望实现“矸石零排放”;此外,通过充填开采还可以有效保护岩层“关键层”、含水层,实现“地面零沉降”“水体零破坏”,对煤矿绿色生产有着积极的意义。
覆岩隔离注浆开采 发展生态双受益
潞安化工集团的前身是潞安集团,已有近百年的煤炭开采历史,随着开采时间的延续,资源接续问题日益突出。可圈定储量减少,服务年限缩短,在山西省内的35座矿井中,剩余服务年限不足5年的矿井达10座,合计产能2250万吨。而覆岩隔离注浆充填技术成为解决这些矿井“燃眉之急”,延长矿井“寿命”的“绿色”方案。
以潞安化工集团旗下的夏店、王庄、五阳三座矿井为例。
夏店煤矿为释放风井保护煤柱部分煤炭资源,于2018年在集团首次引进覆岩隔离注浆开采技术。从已经结采的试验工作面3117工作面来看,释放压煤37.5万吨,累计注浆34.5万立方米,注灰量25.6万吨,地面最大沉降量控制在10.9毫米,在达到控制地面变形目标的同时,还实现利润4000余万元。
王庄煤矿为释放新208国道及其构筑物下压覆煤炭资源,在8110工作面进行注浆充填试验,累计注浆82万吨,注灰42万吨,通过项目实施,释放煤量62万吨,并有效控制了新208国道(一级公路)的沉降,达到了预期目的,同时有效解决了附近电厂粉煤灰处理问题,收到了良好的经济效益与社会效益。
五阳煤矿为解决80采区高压线塔等构筑物压覆煤炭资源,在8006工作面使用覆岩隔离注浆开采技术,工作面推进1130米,施工31个钻孔注浆,累计消耗粉煤灰92.9万吨,释放煤量230万吨,地面最大沉降量控制在697毫米,达到控制地面变形目标,实现了高压线塔下保护性开采。
覆岩隔离注浆充填技术的成功应用,对释放铁路、公路下煤炭资源,带来了新出路,在覆岩隔离注浆充填中,加入矸石等废弃物,还可以进一步解决矸石处理问题。同时,解放建筑物下的压煤资源,延长了矿井寿命,增加人员就业机会,展现出了良好的社会效益和生态效益。
沿空留巷开采 效率安全齐升级
煤炭,作为一种不可再生资源,提高资源回收率是整个行业的不懈追求。而传统采煤方法在煤炭开采过程中需留下煤柱,造成极大的资源浪费。近年来,随着无煤柱开采技术的逐渐成熟,新技术的应用成为提升资源回收率的一个重要手段,而沿空留巷技术就是无煤柱开采技术的一个重要发展方向。
简单来说,沿空留巷就是在工作面回采过程中,通过有效的巷旁支护和巷内支护技术,将工作面的回采巷道保留下来,作为邻近工作面的一条回采巷道使用。采用这一技术,每个回采工作面可以少掘1条顺槽,回采巷道掘进率降低30%以上,极大缓解矿井采掘衔接矛盾;还能实现无煤柱开采,提高采出率10%以上,有效延长矿井服务年限;此外,工作面实现了Y型通风,还可以有效消除回风隅角瓦斯积聚,保证矿井安全高效生产。
自2013年5月开始,潞安化工集团在高河煤矿E1302工作面进行试验煤矿无煤柱沿空留巷技术,并于2017年利用沿空留巷成功留设的巷道条件,着手进行复用沿空留巷无煤柱开采的探索与研究。2018年1月—12月首次在W1319工作面试验复用W1318工作面沿空留巷,利用“W型+高抽”进行了无煤柱开采,并取得了成功经验,在原有沿空留巷技术减少煤柱的基础上,真正实现了相邻工作面的完全无煤柱开采。
截至目前,沿空留巷技术已在潞安化工集团的高河、常村、余吾、李村、漳村、司马、古城、王庄、郭庄、慈林山、新元等14座矿井进行应用,初步形成了柔模混凝土沿空留巷、墩柱式沿空留巷等无煤柱开采模式,各矿井累计沿空留巷68000余米,复用沿空留巷13000余米,多回收煤炭资源1000余万吨。
煤炭绿色开采就是要实现资源开发利用最优化和生态环境影响最小化。山西作为煤炭大省,为纵深推进能源革命综合改革试点,全方位推动高质量发展,近日出台了《关于促进全省煤炭绿色开采的意见》,绿色开采已成为煤炭企业实现高质量发展的必答题,而潞安化工集团煤炭绿色开采技术的应用,无疑是积极有效的探索。