這里是霍爾辛赫煤業(yè)煤矸石注漿站，也是該公司推動煤炭資源綠色開采技術(shù)革新的作戰(zhàn)營。近年來，該公司引進(jìn)覆巖離層注漿充填技術(shù)，通過艱難攻關(guān)、創(chuàng)新升級，形成適用于該公司地質(zhì)構(gòu)造的成套工藝，成功解決“三下”壓煤開采和煤矸石處置難題，迎來了高質(zhì)量發(fā)展的綠色新生。
綠色開采是推動煤炭行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐。在加快煤礦智能化建設(shè)的同時(shí)，山西省有序推進(jìn)綠色開采技術(shù)試點(diǎn)示范，持續(xù)提高煤炭清潔利用水平。目前，全省已建成以霍爾辛赫煤業(yè)為代表的55個(gè)試點(diǎn)示范煤礦，全省煤炭綠色開采取得積極進(jìn)展。
一項(xiàng)技術(shù)，攻克兩大難題
霍爾辛赫煤業(yè)是山煤國際的動力煤主力生產(chǎn)礦井，也是山西焦煤能源保供的主要單位之一，年生產(chǎn)能力400萬噸。井田上，遍布著大小42個(gè)村落、焦化廠、加油站等建、構(gòu)筑物，“三下”壓煤總量可觀。“如果能把這些煤炭資源都開采出來，意義重大，影響深遠(yuǎn)。”前不久，霍爾辛赫煤業(yè)黨委書記、董事長李建功道出了初期的權(quán)衡考量。
幾經(jīng)調(diào)研，一種綠色技術(shù)——覆巖離層注漿充填技術(shù)，進(jìn)入了他們的視野。這一技術(shù)由山西文龍中美環(huán)能科技股份有限公司院士工作站研發(fā)，是將粉煤灰或煤矸石漿液等工業(yè)固廢作為充填物，充填到井下離層空間。所謂離層，是由于煤炭開采導(dǎo)致煤層上端巖層塌陷而形成的一定空間。這一技術(shù)的核心在于，巖層中需要有一道關(guān)鍵層，能與塌陷層形成較大的離層空間，通過充填與其形成“柱+板”的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，而霍爾辛赫煤業(yè)正好符合這樣的地層特征。
同時(shí)，這一工藝還能解決霍爾辛赫煤業(yè)固廢處置難題，吞廢吐“金”，一舉兩得，可消化該公司每年所產(chǎn)生的部分煤矸石及尾煤泥。
從2020年開始，該公司依托山西焦煤、山煤國際技術(shù)中心、博士后工作站資源，組建了專項(xiàng)科研團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合第三方構(gòu)建起產(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”技術(shù)創(chuàng)新模式，聚力難點(diǎn)全力攻關(guān)。做足前期調(diào)研、理論論證、大量試驗(yàn)后，霍爾辛赫煤業(yè)將試點(diǎn)選在壓覆于廢棄焦化廠、鄉(xiāng)村道路等建、構(gòu)筑物下的3501工作面上。
選址、征地、辦手續(xù)……一系列前期事宜落地后，2022年，該公司啟動了注漿站施工項(xiàng)目，并于當(dāng)年2月開始注漿、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47.5萬噸，消化粉煤灰43萬噸，解決礦井廢水30萬噸。這一成果，標(biāo)志著覆巖離層注漿充填技術(shù)在霍爾辛赫煤業(yè)獲得成功。
四年攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)三代迭新
科技創(chuàng)新釋放強(qiáng)勁效能。從2020年論證調(diào)研，到目前3個(gè)工作面得以成功開采，4年多時(shí)間里，霍爾辛赫煤業(yè)覆巖離層注漿充填技術(shù)實(shí)現(xiàn)了三代迭新。據(jù)了解，包括霍爾辛赫煤業(yè)在內(nèi)，山西省“三下”壓煤賦存均呈現(xiàn)復(fù)雜多樣特征。這讓該公司初期引進(jìn)充填工藝時(shí)面臨很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。如何讓復(fù)雜地質(zhì)變得簡單可控?這成為他們初期技術(shù)攻關(guān)的主要方向。
該公司通過理論分析、數(shù)值模擬，以3501工作面為試點(diǎn)，提出全過程地表沉陷“四區(qū)”控制模型，將采區(qū)精確分為常規(guī)區(qū)、過渡區(qū)、注漿區(qū)和控制區(qū)。通過分區(qū)治理、精準(zhǔn)控制，再輔以單孔提級注漿，一舉攻克復(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工作面實(shí)現(xiàn)成功回采，為第2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：因?yàn)殚_采模式的局限性，導(dǎo)致注入的漿液總是偏離既定區(qū)域，使注漿量與注采比均居高不下。如何控制注漿量，減小注漿成本，再一次難住了技術(shù)團(tuán)隊(duì)。經(jīng)過一輪又一輪的研討、論證、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。歷經(jīng)1年多的技術(shù)實(shí)施，到2023年10月回采完成時(shí)，第2試點(diǎn)的注漿量成功減少9萬噸，注采比降低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。“相比其他建筑物，加油站對地表穩(wěn)定性要求更高。加之前期采動影響，充填開采難度呈現(xiàn)指數(shù)級增長。”該公司生產(chǎn)技術(shù)部部長刁懷斌說。這一階段，數(shù)智賦能作用開始顯現(xiàn)。技術(shù)團(tuán)隊(duì)建成集制漿、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，建立遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)收集點(diǎn)，以智能控制、精準(zhǔn)動態(tài)預(yù)測跑贏地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，解決了充填難題，形成了關(guān)鍵技術(shù)3.0版。
創(chuàng)新無止境，突破不止步。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，全心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”，推動工藝再一次升級迭代。
綠色充填，收獲質(zhì)效多贏
截至目前，霍爾辛赫煤業(yè)已累計(jì)釋放礦井壓覆煤量約371.82萬噸，創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益約11.2億元，且已形成了2個(gè)采面、2個(gè)備采面，生產(chǎn)銜接順暢有序。覆巖離層注漿充填技術(shù)為霍爾辛赫煤業(yè)綠色開采帶來了新希望。
“覆巖離層注漿充填技術(shù)可以有效控制采空區(qū)地表，使礦區(qū)實(shí)現(xiàn)源頭止損，能有效解決煤礦開采中的地表沉陷控制、煤基固廢處置、水資源保護(hù)、采動礦震防治等多數(shù)工程難題。”李建功說。
據(jù)了解，隨著全省煤炭資源的深度開采，“搬不動、塌不起、排不掉”的“三下”壓煤成為煤炭企業(yè)面臨的一大難題，而霍爾辛赫煤業(yè)采用的覆巖離層注漿充填技術(shù)，或可成為這些難題的最優(yōu)解之一。
如今，在該技術(shù)的助力下，霍爾辛赫煤業(yè)形成了“采煤不見煤、矸石不出礦、三廢零排放”的綠色發(fā)展格局。目前，該公司累計(jì)處置煤矸石、尾煤泥、粉煤灰290余萬噸。
走進(jìn)煤矸石注漿集控室，一塊電子屏覆滿墻壁。該設(shè)備不僅能夠集成監(jiān)控各個(gè)環(huán)節(jié)的作業(yè)情況，還清晰地顯示著煤矸石離層注漿充填工藝動圖。分布各處的系統(tǒng)圖例，反映著設(shè)備的運(yùn)行動態(tài)。一鍵開啟、有人巡視、無人值守，自動分析歷史數(shù)據(jù)、智能預(yù)警診斷、在線監(jiān)測……數(shù)智加持的覆巖離層注漿充填技術(shù)，讓霍爾辛赫煤業(yè)發(fā)展“含綠量”更高。
科技創(chuàng)新驅(qū)動下，覆巖離層注漿充填等多項(xiàng)技術(shù)榮獲山西焦煤及以上等級的科技項(xiàng)目獎。經(jīng)中國煤炭工業(yè)協(xié)會組織鑒定，“大宗煤基固廢利用與采注協(xié)同綠色開采關(guān)鍵技術(shù)及示范”與“采注協(xié)同綠色開采與建筑物數(shù)智預(yù)警防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)及示范”兩項(xiàng)技術(shù)，均達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
李建功表示，他們將把創(chuàng)新驅(qū)動、加快發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力牢牢抓在手上，積極推動新技術(shù)和綠色發(fā)展深度融合，讓霍爾辛赫煤業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的大路越走越寬。
