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破解綠色礦山開采“生死局”

— 飛翼股份膏體充填系統(tǒng)創(chuàng)新推廣報(bào)告

本報(bào)記者 俞慧友

今年的盛夏，劉東人很“爽”：他們迎來礦山綠色開采的“新歡”后，礦區(qū)“被套”資源盤活了，礦井服務(wù)年限延長了，環(huán)境污染杜絕了，與礦區(qū)居民關(guān)系也和諧了。

去年底，新光集團(tuán)劉東煤礦與飛翼股份有限公司合作實(shí)施膏體充填采煤項(xiàng)目。今年5月，項(xiàng)目通過了江蘇、安徽兩省經(jīng)信委聯(lián)合組織的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收評(píng)審。專家一致認(rèn)為項(xiàng)目設(shè)計(jì)合理，技術(shù)最先進(jìn)，施工質(zhì)量好，建設(shè)進(jìn)度快，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)設(shè)計(jì)要求，并高度評(píng)價(jià)其“開創(chuàng)了江蘇、安徽兩省壓煤實(shí)施充填開采并取得成功的先河，真正實(shí)現(xiàn)了綠色開采、和諧礦山建設(shè)，對(duì)我國煤礦開采壓煤具較高推廣價(jià)值和示范作用”。

這是截至目前應(yīng)用具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的膏體充填開采成套技術(shù)與核心裝備，成功實(shí)施的最復(fù)雜工況充填案例。它的成功，成為我國礦山充填開采領(lǐng)域的里程碑事件：“高大上”的膏體充填模式，有了成熟的中國式“經(jīng)濟(jì)型”全套解決方案；國產(chǎn)充填工業(yè)泵性能超行業(yè)國際先進(jìn)水平，可完全替代進(jìn)口裝備。

超復(fù)雜工況“挑釁” 飛翼膏體充填臨危受命

新光集團(tuán)劉東煤礦，位于安徽省淮北市境內(nèi)，屬江蘇、安徽兩省共有，是鹽城、淮北兩市締結(jié)為友好城市后合作開發(fā)的首個(gè)項(xiàng)目。1998年礦區(qū)建成投產(chǎn)以來，一直采用傳統(tǒng)開采，即邊開采邊留有防地面塌陷的保安煤柱的模式。近年，這一模式頻現(xiàn)“短板”：對(duì)生態(tài)環(huán)境累積破壞嚴(yán)重，礦社關(guān)系緊張；資源利用率低。礦區(qū)已采工作面，留有占總資源近60%的保安煤柱，一旦發(fā)生地面塌陷等事故，這些資源將“陪葬”地下，浪費(fèi)巨大；三下壓煤采出難。據(jù)安徽省地質(zhì)調(diào)查院等有關(guān)單位評(píng)審，礦區(qū)“三下一上”（地表水體下、建筑物下、鐵路下和水體上）壓煤高達(dá)現(xiàn)有探明儲(chǔ)量的65%，800余萬噸優(yōu)質(zhì)煤資源被“壓”村莊下。若要傳統(tǒng)開采，只能遷民。近年來，礦區(qū)范圍內(nèi)城市建設(shè)了諸多新興項(xiàng)目，遷民顯然“不現(xiàn)實(shí)”。

截至目前，礦區(qū)僅采出不足探明煤量的40%。不能采出壓煤，煤礦的生存與發(fā)展就面臨“生死局”。為此，集團(tuán)急切尋求可實(shí)施的綠色礦山充填開采模式。

2011年，礦區(qū)始嘗最“貴族”的高水充填法。高水材料所含結(jié)晶水易風(fēng)化，引起充填體不穩(wěn)定，不能長久支護(hù)頂板和抵抗地壓沖擊、覆巖移動(dòng)。半年試充，該法以失敗告終。

“高水法”的失敗，除自身缺陷外，還與劉東煤礦的超復(fù)雜工況有關(guān)。礦區(qū)需開采煤層為傾角達(dá)30度之大的急傾斜煤層，充填中稍不慎，就將導(dǎo)致頂板垮落；礦井下巷道布局復(fù)雜如“山路十八彎”，泵送管路呈近5000米超長距、垂高近600米大采深的高難特征。施工難度之大，國內(nèi)外罕見。

再度考察膏體充填、固體充填等多種充填開采方式后，集團(tuán)選擇了膏體充填開采模式，并定標(biāo)在辰龍集團(tuán)、河南焦煤、峰峰集團(tuán)等多礦區(qū)成功實(shí)施膏體充填的飛翼股份。

攜自主核心裝備 單泵“突圍”“百彎道”

近5000米的管道長度，仍非“實(shí)數(shù)”。管道九曲八彎，每個(gè)彎頭，等價(jià)增加10米長的直線泵送距離的壓力要求。盡管團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)中盡力減少“拐彎”點(diǎn)，最終管道內(nèi)彎頭仍達(dá)100多處。這意味著，泵送距離平添1000余米長度。

膏體在超長距管道里輸送，極易發(fā)生離析、斷層和堵管。一次堵管的清理費(fèi)用，就達(dá)百萬人民幣。膏體如何順利“抵達(dá)”采空區(qū)，成為整個(gè)項(xiàng)目最關(guān)鍵的難點(diǎn)。

此前，國內(nèi)實(shí)施的膏體充填案例中，2000多米泵送距離，管道彎頭僅10余個(gè)的一般工況下，進(jìn)口充填工業(yè)泵也常因易堵管而無法實(shí)現(xiàn)單泵泵送。為穩(wěn)妥起見，研發(fā)團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)“雙泵接力輸送技術(shù)”，將兩臺(tái)充填工業(yè)泵“串聯(lián)”進(jìn)行膏體泵送，一則加大對(duì)堵管的可控性，二則對(duì)膏體二次攪拌，保持其特性在長距離泵送中不受損失。

這一技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了膏體的超長距離泵送。飛翼股份董事長張澤武和他的研發(fā)團(tuán)隊(duì)仍未滿意。“公司一直秉承‘要滿足并超越用戶需求、為客戶創(chuàng)造價(jià)值，使客戶感到幸?！淖谥肌Ｎ覀冎蛔鰳I(yè)內(nèi)‘唯一或第一’的技術(shù)與產(chǎn)品。這個(gè)項(xiàng)目，我們的終極目標(biāo)是攻克‘復(fù)雜工況下的單泵一次性泵送技術(shù)’。這是世界上截至目前沒有人做到的‘唯一’與‘第一’。”張澤武表示。

在重新調(diào)整膏體配方、再度設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)膏體泵送速度、時(shí)間控制，針對(duì)性地應(yīng)用多種技術(shù)控制方案后，這一終極目標(biāo)成功實(shí)現(xiàn)。劉東煤礦采用飛翼股份自主研發(fā)的單泵，成功實(shí)施膏體充填泵送的當(dāng)日，研發(fā)團(tuán)隊(duì)內(nèi)多個(gè)硬漢，都為這個(gè)幾乎不可能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)突破，流下激動(dòng)的熱淚。

系統(tǒng)化膏體充填 破史上最短項(xiàng)目周期

項(xiàng)目從獲批到成功運(yùn)行，飛翼股份創(chuàng)下了新的膏體充填紀(jì)錄：僅6個(gè)月，連續(xù)兩次、成功突破超長距離、大采深復(fù)雜工況下的膏體泵送技術(shù)，成功完成劉東煤礦膏體充填。項(xiàng)目在國內(nèi)充填建設(shè)史上，周期最短。

膏體充填是國際最先進(jìn)的充填開采法。因其是從源頭治理礦山開采污染等問題的最有效途徑，而廣被歐美等發(fā)達(dá)國家采用。它將開采后的廢棄物制成膏體，“完璧歸趙”給采空區(qū)，置換出礦產(chǎn)資源。膏體凝結(jié)后強(qiáng)度高、無風(fēng)化、無有毒物質(zhì)釋放，不污染地下水、不破壞耕地。此法可安全采出煤礦所有類型壓煤。應(yīng)用于金屬礦，還能將尾礦庫潰壩引發(fā)的土壤、水源等重金屬高污染風(fēng)險(xiǎn)降低到幾乎為零。

針對(duì)國外礦山充填開采研發(fā)的“洋設(shè)備”，應(yīng)用到我國礦區(qū)，在泵的承受壓力等方面，受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)，頻現(xiàn)堵管等“水土不服”。實(shí)踐表明，單一引進(jìn)設(shè)備，無法完美匹配國內(nèi)充填開采工藝需求。

張澤武敏銳地看到了這點(diǎn)。揣著綠色礦山與中國裝備制造業(yè)造世界一流產(chǎn)品的夢(mèng)想，他毅然轉(zhuǎn)行投身礦山充填開采業(yè)。通過積極引進(jìn)高技術(shù)人才，全方位布局充填裝備、膏體充填技術(shù)、工藝研究，短短四年多時(shí)間，這家具有雄厚高速鐵路制梁專業(yè)泵基礎(chǔ)的公司，迅速成為了我國礦山膏體充填行業(yè)的領(lǐng)頭羊：建立了國內(nèi)首家礦山充填裝備工程技術(shù)研究中心及院士工作站，自主研發(fā)出針對(duì)我國礦山特點(diǎn)的充填工業(yè)泵，并掌握了膏體充填的全套技術(shù)，形成了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，以“充填技術(shù)+充填工藝+試驗(yàn)中心+成套裝備”為核心的六大礦山環(huán)保裝備系列。截至目前，公司在該領(lǐng)域已獲87項(xiàng)專利（發(fā)明專利27項(xiàng)），是我國唯一具有礦山綠色開采成套技術(shù)及核心裝備的企業(yè)和唯一具有諸多礦山成功使用案例的全套充填方案供應(yīng)商。

系統(tǒng)化充填開采的應(yīng)用，為劉東礦區(qū)帶來了可觀的收益：第一階段可釋放礦區(qū)某工作面近41萬噸壓煤，帶來直接經(jīng)濟(jì)效益2億元。中長期看，中厚煤層采區(qū)回采率可達(dá)85%以上，薄煤層采區(qū)回采率達(dá)90%以上；開采留設(shè)煤柱和邊角殘煤的回采率達(dá)80%以上。總體可為礦區(qū)釋放壓煤2000多萬噸，延長礦井服務(wù)年限近40年。

“膏體充填增加了開采成本。但長遠(yuǎn)看，經(jīng)濟(jì)效益、安全性、環(huán)保性都很顯著。這種新技術(shù)，可全面置換出以前用舊技術(shù)不能開采出的壓煤，資源采出率近100%。膏體材料價(jià)格不到高水材料的1/4，購置飛翼充填工業(yè)泵，比進(jìn)口裝備可減少2/3的費(fèi)用?，F(xiàn)在，我們不擔(dān)心無煤可采了，也不擔(dān)心環(huán)境污染和礦社關(guān)系了。”新光集團(tuán)董事長沈志強(qiáng)表示。

在我國積極開展生態(tài)文明建設(shè)的今天，綠色礦山建設(shè)是其中最重要的構(gòu)成部分。粗放式開采所帶來的資源采出率低、安全性差、環(huán)境破壞嚴(yán)重等問題，有望隨著膏體充填技術(shù)的成功國產(chǎn)化與應(yīng)用實(shí)施推廣，獲得接地氣的經(jīng)濟(jì)型解決方式。

目前，飛翼股份膏體充填裝備及成套技術(shù)已在我國煤礦、金屬礦等各類礦山中全面展開應(yīng)用。張澤武表示，公司有志成為粗放式礦山開采時(shí)代最有力的終結(jié)者。