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      采掘填充一體化
      地質災害治理

      采掘充填一體化采煤方法

             

         奔騰不息的西拉沐淪河,不僅孕育了古老的紅山文明,在她流淌的大地下,也蘊藏著多種礦產資源,依托深厚s的文化底蘊和豐富的礦產資源,赤峰西拉沐淪(集團)投資有限公司在這片沃土上崛起、發展、壯大。


           傳統的礦山開采方法普遍采用采空區垮落法開采,該方法不僅容易引發礦井水災、火災、有害氣體及礦塵災害、頂板災害等,還易造成地表塌陷、礦震等災害。礦山開采和礦物加工利用又排放大量固體廢棄物,不僅占用土地,污染環境,還易造成尾礦庫潰壩等災害。


         垮落法采礦不利于礦井安全生產,還對地面、農田、道路、河流、村莊等自然、生態和人文環境造成了嚴重的破壞,對人民群眾的財產和生命安全構成了嚴重的威脅。

             

         資料顯示,我國僅煤礦現存矸石山1600余座,矸石堆積量約55億噸,占地約1.5萬公頃,而且還以每年排放約5億噸的速度增長,全國每年由于煤炭開采造成的土地塌陷面積約4萬公頃。加上非煤礦山開采及對礦物的加工利用,廢石及工業廢渣等各種固體廢棄物排放及造成的占地、塌陷數量更大。

             

         傳統的垮落法開采,很難保住安全生產的底線,也違背了黨中央綠色發展的理念,總書記在黨的十九大報告中指出,要樹立安全發展理念,弘揚生命至上、安全第一的思想,要堅持最嚴格的安全生產制度,始終把人民群眾生命安全放在第一位。


         總書記還提出,既要綠水青山,又要金山銀山,綠水青山就是金山銀山。我們決不能以犧牲生態環境為代價換取經濟的一時發展??倳浀拿裆砟钚枰傻V業認真對待。

             

         如何既能安全高效開采礦產資源,又能無害化處理固體廢物,保護人文和生態環境,還可避免地表塌陷、礦震、透水等地質災害,又能實現安全、高效、環保開采,是擺在采礦業面前急需解決的重大課題。

             

         懷著對國家采礦事業的赤子之心,西拉沐淪人在集團公司董事長岳國軍的帶領下,經過6年的不懈努力,研發出了“采掘充機械化膠結充填采煤工藝技術”,在此基礎上,于2015年完成的“含水層下特厚煤層上向分層長壁逐巷膠結充填采煤技術”被確認為國家科技成果,達到國際領先水平。該項充填開采技術,不僅適用于煤礦開采,也同樣適用于非煤礦山開采,從此開創了礦山開采的安全高效、生態環保、經濟循環、資源竭用的礦山資源開采新型生產模式。

             

         集團公司旗下年產30萬噸的赤峰西拉沐淪(集團)公格營子煤業有限公司(煤礦)運用自主研發的充填開采技術,可節省征占土地2139畝,可少破壞地下水8427萬立方米(370*24*365*26),可利用固體廢舊物1085萬噸,可多回收煤炭資源521萬噸。


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      圖一  公格營子煤礦工業廣場和采區地表


      圖二  公格營子煤礦充填站及儲料場


      圖三  元寶山電廠征地建設的粉煤灰堆放場


      圖四  平煤集團古山煤礦廢棄矸石山未治理時(2009年)


      圖五  平煤集團古山煤礦廢棄矸石治理后(2018年)


      圖六  元寶山區馬架子青年煤礦廢棄矸石治理前


      圖七  元寶山區馬架子青年煤礦廢棄矸石治理后


      圖八  公格營子煤礦冒落法開采時排水量(450立方米/小時)


      圖九  公格營子煤礦充填開采時排水利用照片(80立方米/小時)



       一、公司概況

         赤峰西拉沐淪(集團)投資有限公司是以煤炭生產和房地產開發為支柱產業,融商貿物流、地質災害治理為一體的民營企業。

      充填技術研發成功與應用,使我公司先后榮獲“十佳私營企業”、“鄉鎮企業百顆星”、“光彩事業示范單位”等多種榮譽。

         董事長岳國軍被中國民營經濟促進會評選為“中國民營科技發展杰出貢獻優秀企業家”,被赤峰市委統戰部、市工商聯評為“優秀中國特色社會主義事業建設者”。

             

      二、技術研發

         面對傳統的冒落法煤炭開采,不僅采出率低,造成煤炭資源浪費、還會造成地表塌陷矸石污染等環境破壞,采空區安全隱患較多,容易引發礦井災害的現實困境,從2005年開始,董事長岳國軍提出要創新研究一種新型采煤方法,解決上述困境,實現安全高效環保的綠色礦山建設目標,自此踏上了探索充填開采的道路。

         依托中國礦業大學煤炭資源與安全開采國家重點實驗室,組織高校煤炭開采技術專家和集團公司技術人員在赤峰西拉沐淪(集團)公格營子煤業有限公司(煤礦)開展采空區充填技術研究攻關。十余年來,在不斷進行科學實驗、理論分析、經驗總結、改進完善的基礎上,先后研究出似膏體充填技術、煤礦膠結充填工藝技術、采掘充機械化膠結充填采煤工藝技術、含水層下特厚煤層上向分層長壁逐巷膠結充填采煤技術,取得了多項專利技術和科技成果,是國內唯一一家特厚煤層充填開采技術的開創者和實踐者,充填開采單一煤層采厚達到30米以上,采出率達到100%,充實率100%,做到了開采后地表不沉陷。與當前國內其他煤礦采用的充填開采技術相比,我公司的充填開采關鍵技術指標優勢明顯。

      近十年來,公司完成了國內煤礦開采領域獨有的“三下”特厚煤層膠結充填開采示范性工程項目的方案設計和系統建設,并于2009年實現了經濟循環、節能減排、環保綠色的礦山建設目標。

         與中國礦業大學、中煤西安設計研究院、長沙飛翼集團公司等多家學術科研設計單位和充填裝備研發制造廠家組成戰略合作聯盟,具備項目可研、方案論證、工藝及施工圖紙設計、裝備選型配套供應、建筑安裝工程施工、生產運營及相關技術配套服務,擁有一支高素質專業化的技術研究和生產經營管理隊伍。


      三、社會效益

         公格營子煤礦采用充填采煤技術開采后,社會效益顯著,主要體現在以下幾個方面:

         1、生態環保

         保護了采空區上方的地表建及筑物,實現了“三下”安全高效開采;礦區開采無塌陷;消化利用了煤矸石、粉煤灰等工礦業廢渣1085萬噸,減少了固廢物污染,開創了“三廢”資源循環利用新模式,為建設綠色礦山開辟了新的途徑。

         2、節約土地

         充填開采,大量利用了其他煤礦廢棄排放的矸石,以及工廠電廠等工業企業排放的粉煤灰和廢渣,礦區地表不塌陷,節約土地2139畝。

         3、提高采出量

         公格營子煤礦工業儲量為1278萬噸,位于強含水砂層下,如采用原設計的冒落方法開采,煤層構造多,需要留設大量煤柱,煤柱儲量合計610萬噸,可采儲量為501萬噸,服務年限13年。采用充填開采后,實現了無煤柱開采,解放了610萬噸煤柱壓煤,采區采出率達到100%,采出煤量達到1022萬噸,多采出煤量521萬噸。

         4、保水開采  

         公格營子煤礦建井初期涌水量280立方米/小時,生產期上升到450立方米/小時。采用充填開采后,礦井涌水量下降到80立方米/小時,保護地下水8427萬立方米,不破壞原生水文地質環境,實現了保水開采。同時排出的水,部分用于充填返回到井下充填體和地下水系,涵養保護了地下水。

         充填體符合環保要求。通過浸水實驗和礦井疏干水水質檢測,與不充填開采時沒有變化,符合環保排放標準,充分說明利用本充填法開采既實現了保水開采又不影響地下水水質。

         5、人員就業

         采用傳統的冒落法開采,服務年限最多13年,全礦崗位定員450人,人員就業13年;采用充填開采后,服務年限延長到26年,雖然新增了充填系統崗位人員,但減少了礦井災害治理人員,全礦崗位定員維持450人,可穩定就業26年,同時間接帶動運輸業等相關服務就業16人。


      四、安全成果

         公格營子煤礦采用充填采煤技術開采后,礦井防災抗災能力顯著增強。

         1、消除水災

         采用冒落法開采時,工作面頂板淋涌水較大,隨著開采厚度和面積的加大,冒落帶、破碎帶、裂隙帶高度逐漸上升,極易導通含水層,突水危險性也隨之增加。采用本充填法開采技術后,由于采煤過程中及時對工作面采空區圍巖進行錨桿主動支護,圍巖不變形,采后及時進行充填,頂板不下沉也不產生裂隙,不破壞開采煤層上方的含水層,也不存在積水空間,消除了水災。

         2、根除了煤層自燃發火

         煤炭全部采出后及時充填,采空區沒有浮煤、沒有了積存空氣的空間,也就沒有發火條件,根除了火源。

         3、減少了瓦斯災害

         工作面回采后及時進行充填,消除了采空區,瓦斯沒有集聚空間,大大減少了瓦斯滲透量。不充填開采時,礦井瓦斯濃度平均在0.04%-0.10%左右;充填開采后,采區回風巷瓦斯濃度短時最高0.04%,長期低于0.02%。

         4、消除了煤塵危害

         采用采掘充填一體化采煤方法,利用機械噴霧裝置對工作面噴霧灑水,采后及時進行充填,消除了煤塵危害。

         5、消除了礦震塌陷災害

         平莊礦區相鄰礦井和榆林礦區部分礦井開采實踐表明,不充填開采,不論是冒落法,還是條帶法、房柱法開采,都不同程度存在礦震、塌陷等地質災害。古山礦區多數煤礦采用冒落法開采,地表沉陷率達到70%以上,實際塌陷面積是開采面積的1.2倍左右,并隨著開采深度的增加,礦震頻次和震級均呈現增加趨勢,最大震級達到2.0級以上,嚴重危及礦井安全生產。

         榆林地區部分煤礦可采煤層上方為含水層,為實現保水開采,原設計采用條帶法和房柱法開采,通過留設保護煤柱支撐頂板,預期達到阻止頂板下沉,防止地表塌陷,防止裂隙導通含水層的效果。實際采后2年左右,大多數煤柱均坍塌無法支撐頂板,出現大面積頂板冒落,造成礦震和采區上方大面積地表塌陷,礦震頻次和震級也呈現逐年增加趨勢,實際沒有達到預期的效果。

         公格營子煤礦采用充填開采技術開采后,采空區頂板不變形不下沉,采空區被充填體充滿充實,充填體強度滿足支撐頂板的要求,充填開采后上覆巖層不破壞,沒有了裂隙帶,更沒有了冒落帶和破碎帶,采煤工作面礦山壓力顯現微弱,消除了礦震塌陷產生的條件,從源頭上根除了礦震和地表塌陷。

         6、保護了礦區周邊環境安全

         采用采掘充填一體化采煤方法,可有效避免地表塌陷,保護地下水系,保障了地表構筑物和地質環境安全,消化了本礦和其它煤礦積存多年的煤矸石以及電廠和其它企業多年排放的粉煤灰、工業廢渣、建筑垃圾等廢棄物,消除了上述固體廢物產生的揚塵及有害氣體排放,為保護和改善礦區周邊環境做出了貢獻。

             

      五、經濟效益

         1、提高了資源回收率

         采用充填開采前,保安煤柱壓煤量為610萬噸,采用采掘充填一體化采煤方法,工作面回采真正實現了上下不留煤皮、左右不留煤柱,采區回采率達到100%,多采出煤量521萬噸,延長礦井服務年限13年,可多創產值15.63億多元,多創稅收3.9億多元。

         2、節省了征地治理費用

          (1)、節省了征地費用

            采用充填開采后,避免了采動造成土地塌陷756畝,節約征地費1769萬元,節省征地費成本3.53元/噸煤。

          (2)、節省了治理費用

            充填代替了消火灌漿,地面也不塌陷,節省消火灌漿及地面塌陷治理兩項合計成本費用2.5元/噸煤。

          (3)、共節省征地和治理費用6.03元/噸煤。

         3、降低了排水費用

         采用充填法采煤,井下的涌水量得到有效控制,公格營子煤礦涌水量由原來450立方米/小時減少到現在80立方米/小時,按年產30萬噸原煤計算,如不采用充填開采,每年僅排水電費一項就高達197萬元,排水系統維檢費每年40萬元以上,不充填開采每年總排水費用237萬元,噸煤排水成本費用7.9元。

         充填開采后,每年排水電費降低到34.95萬元以下,維檢費每年10萬元以下,充填開采后,每年總排水費用44.95萬元,噸煤排水成本費用1.50元。每年可節省排水費用192.05萬元,節省排水成本6.40元/噸煤。

         4、節省了巷道維修費用

         采用充填開采之前,巷修成本3元/噸以上,充填開采后降低到0.5元/噸以下,采用充填開采之后,噸煤成本費用節省了2.5元/噸。


         綜上所述,公格營子煤礦采用充填開采后,雖然增加充填成本40元/噸煤,但可以節約成本費用14.93元/噸煤,加上國家的充填開采煤炭資源稅減半征收政策返還13.5元/噸煤,充填開采比不充填開采噸煤成本實際只增加了11.57元,但是充填開采提高了采出率和資源回收率,多采出煤量521萬噸,延長了礦井服務年限13年,可多創產值15.63億多元,多創稅收3.9億多元,預期多創利潤2.6億元,總體經濟效益非常顯著。


      六、科研成果

        企業擁有該技術相關發明專利五項,其中國家發明專利三項;自治區級科技進步一等獎、三等獎各一項;國內外領先技術成果兩項。

        (1)《井下似膏體充填技術》(內科鑒字[2008]第26號);

        (2)《煤礦膠結充填工藝技術》(專利號:ZL 2009 1 0010429.8);

        (3)《含水層下特厚煤層上向分層長壁逐巷膠結充填采煤技術》(中高科評字[2015]第398號);

        (4)《大擺角轉運一體機》(專利號:ZL 20152 0066007.3);

        (5)《自移擋墻車》(專利號:ZL 20152 0065885.3);

        (6)《一種水泥粉磨工藝》(專利號:ZL 201010300438.3);

        (7)《煤礦采掘充填一體化采煤方法》(專利號:ZL 201510046827.0)。


      以下是各項專利證書附件:



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          赤峰西拉沐淪集團,經過十余年來的科技攻關,共獲得了國家發明專利3項,實用新型專利2項。榮獲2012年度內蒙古自治區“科學技術進步三等獎”,榮獲2016年度內蒙古自治區“科學技術進步一等獎”。承擔了科技部“2012國家科技支撐計劃”課題項目,并順利通過國家課題驗收。同期自主研發的“含水層下特厚煤層上向分層長壁逐巷膠結充填采煤技術”經過權威機構的國內外查新和科技部中國高科技產業化研究會專家組評定,被確認為國家科學技術成果,達到國際領先水平。


          十多年來,西拉沐淪人在習總書記“創新、協調、綠色、開放、共享”的發展理念的指引下,堅守“發展、民生、生態”底線,持續推進采礦技術革新,推動綠色礦山建設。


          采掘充填一體化采煤方法在井工礦山推廣應用,必將對礦山安全生產和生態保護及環境治理帶來革命性影響,創造出更廣、更大、更高的生態、社會、經濟效益,為促進采礦業持續健康穩定發展,樹立光輝的典范,為建設生態文明、打造美麗中國貢獻力量,為我們的子孫后代留下天藍、地綠、水凈的美好家園。      

       




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