煤炭資源綠色開采技術(shù)是煤炭行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型的重要環(huán)節(jié)。近年來山西焦煤山煤國際（以下簡稱山煤國際）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”壓煤開采及煤矸石處置兩大難題。近日，記者走進霍爾辛赫煤業(yè)，深入了解這一綠色開采背后的技術(shù)成果。
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一項技術(shù)攻克兩大難題作為山煤國際的主力動力煤生產(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400萬噸。其井田上分布著42個大小不一的村落、焦化廠、加油站等建筑物、構(gòu)筑物，“三下”壓煤儲量相當可觀。“若能將這些煤炭資源充分開采出來，意義重大，影響深遠。”4月6日，霍爾辛赫煤業(yè)黨委書記、董事長李建功在接受采訪時，道出了公司初期的決策考量。經(jīng)過多次調(diào)研，覆巖離層注漿充填技術(shù)進入了他們的視野。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關(guān)鍵層，與塌陷層形成較大的離層空間，通過充填與其構(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、山煤國際技術(shù)中心及博士后工作站資源，組建了專項科研團隊，聯(lián)合第三方構(gòu)建產(chǎn)學研一體化鏈條，推出“科技創(chuàng)新+工程設(shè)計+第三方數(shù)據(jù)檢測”的技術(shù)創(chuàng)新模式，聚焦難點全力攻關(guān)。在充分的前期調(diào)研、理論論證和大量試驗后，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工作面進行試點。選址、征地、辦理手續(xù)……一系列前期工作完成后，2022年，該公司啟動了注漿站施工項目，并于當年2月開始注漿與采煤同步作業(yè)。4個月后，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，處理礦井廢水30萬噸。這一成果標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。
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4年攻關(guān)實現(xiàn)三代迭新事實上，從2020年論證調(diào)研到目前3個工作面成功開采，4年間，霍爾辛赫煤業(yè)的覆巖離層注漿充填技術(shù)實現(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充填工藝時面臨巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。如何讓復(fù)雜的地質(zhì)條件變得簡單可控，成為他們初期技術(shù)攻關(guān)的主要方向。通過理論分析和數(shù)值模擬，以3501工作面為試點，該公司提出了全過程地表沉陷“四區(qū)”控制模型，將采區(qū)精確劃分為常規(guī)區(qū)、過渡區(qū)、注漿區(qū)和控制區(qū)。通過分區(qū)治理、精準控制，再輔以單孔提級注漿，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，為第二個試點的注漿充填提供了技術(shù)經(jīng)驗，但也隨之出現(xiàn)了新的難題：由于開采模式的局限性，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)團隊。經(jīng)過一輪又一輪的研討、論證和試驗，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)過一年多的技術(shù)實施，到2023年10月回采完成時，第二個試點的注漿量成功減少了9萬噸，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，加油站對地表穩(wěn)定性的要求更高。加之前期采動影響，充填開采難度呈指數(shù)級增長。”該公司生產(chǎn)技術(shù)部部長刁懷斌說。在這一階段，數(shù)智賦能的作用開始顯現(xiàn)。技術(shù)團隊建成了集制漿、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)字動態(tài)安全預(yù)警防護技術(shù)，提出了地表沉淀控制導(dǎo)向的采注協(xié)同控制方法，建立了遠程數(shù)據(jù)收集點，以智能控制、精準動態(tài)預(yù)測戰(zhàn)勝地質(zhì)風險，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)團隊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，以實現(xiàn)井下資源“顆粒歸倉”，推動工藝再次升級迭代。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“采煤不見煤、矸石不出礦、三廢零排放”的綠色發(fā)展格局。多年來公司累計處置煤矸石、尾煤泥、粉煤灰290余萬噸。
來源：科技日報
