一般情況下，矸石處理系統設備都布置在地面。而山西天地王坡煤業(yè)有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)王坡煤礦)近日卻在組織矸石破碎機、給料機、攪拌機等設備下井。等到設備到位、施工完成后，該礦將實(shí)現矸石不升井。這是中國煤炭科工集團有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)中國煤科)在煤基固廢綜合處置方面的一次探索。
  近年來(lái)，中國煤科深入踐行習近平生態(tài)文明思想，強化科技創(chuàng )新，利用技術(shù)優(yōu)勢，因地制宜，為煤基固廢找個(gè)好去處，推動(dòng)煤基固廢規�；�、智能化、資源化處理。
  矸石不外排，助力綠色開(kāi)采
  王坡煤礦是高瓦斯礦井，回采前需掘進(jìn)瓦斯抽采巷，產(chǎn)生大量矸石。有關(guān)政策要求，禁止新建或擴建永久性煤矸石堆放場(chǎng)。王坡煤礦所處的黃河流域中上游地區生態(tài)環(huán)境脆弱，矸石用于生產(chǎn)建材、填路等方面需求較少，矸石利用率僅 20%左右。矸石無(wú)害化處理已成為制約該礦高質(zhì)量發(fā)展的因素之一。
  傳統矸石規�；�充填處置通常要在地面建設規模較大的矸石處置系統，包括破碎站、制漿站、充填站等，需要一定規模的地面場(chǎng)地。地面矸石破碎站建設還需較長(cháng)的審批周期，導致項目建設周期較長(cháng)。另外，將大量矸石輸送至地面，再轉運至充填站，也需占用礦井生產(chǎn)資源，顯著(zhù)增加矸石處置費用。
  針對這些問(wèn)題，中國煤科所屬科工生態(tài)開(kāi)展了矸石充填處置技術(shù)研究，在王坡煤礦井下建設掘—充一體化系統，將巖巷盾構掘進(jìn)矸石直接同步充填至鄰位采空區或廢棄巷道，構建了一整套“碎—拌—輸—充”集成化工藝系統，實(shí)現在井下連續穩定處置矸石。
  據介紹，王坡煤礦井下矸石處置項目矸石年處理能力達30萬(wàn)噸，矸石不升井，可顯著(zhù)節約矸石升井和外排處置費用;矸石充填至采空區，降低了充填區域新掘進(jìn)巷道的支護難度;直接利用礦井水、盾構掘進(jìn)廢水作為生產(chǎn)用水，節約了水資源，經(jīng)濟、生態(tài)效益明顯。
  中國煤科所屬北京華宇則以環(huán)境低損傷開(kāi)采理念為出發(fā)點(diǎn)，圍繞矸石、粉煤灰等煤基固廢處置難題，采用高位離層注漿充填技術(shù)、鄰位注漿充填技術(shù)、低位(原位)注漿充填技術(shù)以及老空區充填技術(shù)，形成了集固廢處理、地表減沉、保水儲水、礦壓弱化于一體的綠色開(kāi)采四位一體注漿充填技術(shù)體系。
  在淮河能源集團唐家會(huì )煤礦矸石處理項目中，北京華宇提出以井下采空區注漿充填方式處理矸石，每年可在地下無(wú)害化注漿充填處理矸石100萬(wàn)噸，實(shí)現矸石不外排，助力綠色開(kāi)采。
  智能化處理，運營(yíng)簡(jiǎn)單高效
  煤礦智能化建設是一項系統工程，也體現在煤基固廢處理上。
  今年3月，由中國煤科所屬武漢設計院聯(lián)合總承包的全國最大智能化矸石充填系統在陜煤集團小保當礦業(yè)公司正式投運。該充填系統年可處理矸石量達200萬(wàn)噸，創(chuàng )下了單體項目建設規模最大、單體項目矸石處置能力最大、高濃度矸石漿體單泵水平管道輸送距離最遠等多項第一。
  據了解，小保當礦業(yè)公司矸石充填系統建成了智能控制系統，可以實(shí)現矸石充填系統成套設備一體化控制，包括矸石破碎系統、矸石給料系統、制漿及泵送系統等;各項關(guān)鍵數據可實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測，定時(shí)自動(dòng)對成套設備進(jìn)行健康評估，智能識別設備早期故障和異常狀態(tài)，實(shí)現了充填系統的高效運行、智能運維、智慧管理。
  11月3日，由科工生態(tài)自主研發(fā)的國內首套移動(dòng)式智能制充一體化系統在濟寧下線(xiàn)。該系統突破了傳統注漿系統建設慢、效率低、場(chǎng)地要求高的限制，可用于礦山資源采前地面預注漿，采中防治水、防滅火、覆巖離層注漿、搶險救援，采后采空區治理等領(lǐng)域。
  作為一座可移動(dòng)注漿站，移動(dòng)式智能制充一體化系統可實(shí)現一鍵啟車(chē)、一鍵沖洗、一鍵停車(chē)、遠程遙控控制以及無(wú)人值守，一臺設備即可完成注漿作業(yè)全部工作流程，具有自動(dòng)化程度高、漿液指標穩定、注漿控制精準、操作簡(jiǎn)單、移動(dòng)靈活、安全系數高等特點(diǎn)，可提高工作效率，減少運維成本。
  中國煤科所屬開(kāi)采研究院則基于國家能源集團郭家灣煤礦矸石井下排放需求，“三下”壓煤?jiǎn)?wèn)題突出以及煤層埋深淺、特厚的特點(diǎn)，研制出智能連采連充關(guān)鍵裝備，攻克低壓縮率矸石膏體充填材料、高接頂率充填工藝，破解矸石充填效率低、成本高等難題。目前，該項目已完成前期研究工作，擬建立“連采—連運—連充”規�；�高質(zhì)量采充系統;應用連采連充井上井下智能協(xié)同控制系統，實(shí)現采、充工況變化的智能感知與充填效果實(shí)時(shí)反饋。
  探索更多可能，推動(dòng)資源化處理
  科技是中國煤科的鮮明特色。在煤基固廢處理上，中國煤科集合科研力量，進(jìn)一步強化科技創(chuàng )新，探索煤基固廢處理的更多可能。
  2019年，中國煤科整合生態(tài)治理相關(guān)技術(shù)力量，成立科工生態(tài)，致力于解決采煤沉陷區綜合治理與開(kāi)發(fā)、露天礦開(kāi)采損害及生態(tài)修復、煤基固廢綜合處置和利用等問(wèn)題。
  2022年8月，科工生態(tài)在陜西省榆林市榆神工業(yè)區創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)產(chǎn)業(yè)園新建了充填與固廢綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗室。該實(shí)驗室由中國工程院院士王雙明領(lǐng)銜，致力于煤炭充填開(kāi)采技術(shù)與裝備開(kāi)發(fā)，大宗煤基工業(yè)固體廢棄物 (煤研石、粉煤灰、氣化渣等) 處置研究。
  依托充填與固廢綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗室，科工生態(tài)構建了“采空區覆巖破壞機理與地表殘余沉降變形規律”“城市建筑固體廢棄物資源化利用裝備”等多項關(guān)鍵基礎理論與技術(shù)裝備體系，并將研究成果應用于張官莊等原村址場(chǎng)地采空區治理項目，累計釋放土地資源約7000畝，產(chǎn)生經(jīng)濟效益數百億元。
  為實(shí)現煤基固廢規�；�處置和分質(zhì)分級、資源化利用，科工生態(tài)研發(fā)形成了煤基固廢協(xié)同處置與資源化利用技術(shù)，包括改性固廢膠凝材料、高效燃燒碳利用技術(shù)等。
  據介紹，改性固廢凝膠材料可替代水泥，制備全煤基固廢協(xié)同新型膏體材料，解決了目前煤基固廢處置能力小的問(wèn)題。高效燃燒碳利用技術(shù)則可根據不同煤基固廢材料的化學(xué)組分、物理特性，對高含碳材料進(jìn)行懸浮脫碳，并通過(guò)超細粉磨、定向分選、化學(xué)分離等技術(shù)措施，生產(chǎn)偏高嶺土、化工填料、白炭黑、水玻璃、凈水劑、氧化鋁等高附加值產(chǎn)品，提升煤基固廢資源化和高值化利用水平。（來(lái)源：新華網(wǎng)）