| 充填是追求夢(mèng)想的過(guò)程——訪中國(guó)礦業(yè)大學(xué)教授、綜合機(jī)械化固體廢棄物充填采煤技術(shù)帶頭人繆協(xié)興 | |||
| 煤炭資訊網(wǎng) | 2012-5-23 2:29:17 頭條 | ||
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提要 繆協(xié)興說(shuō)，把煤炭采出后的空間填實(shí)是采煤人長(zhǎng)久以來(lái)的一個(gè)夢(mèng)想。中國(guó)當(dāng)前大規(guī)模煤炭開(kāi)采帶來(lái)的安全、資源和環(huán)境問(wèn)題，迫切需要有一項(xiàng)安全高效的充填采煤技術(shù)。他和他的團(tuán)隊(duì)，在多年的教學(xué)和科研中，不斷積累思索，并與許多煤炭企業(yè)合作，終于發(fā)明了綜合機(jī)械化固體廢棄物充填采煤技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)完全符合他“安全高效的采煤技術(shù)+安全高效的充填技術(shù)+比煤廉價(jià)的充填物+區(qū)域環(huán)境治理+保護(hù)控制對(duì)象”的設(shè)想，已在全國(guó)10多個(gè)礦區(qū)推廣，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，同時(shí)得到了國(guó)際同行的贊譽(yù)。 這項(xiàng)技術(shù)是由繆協(xié)興課題組研發(fā)的，2009年開(kāi)始在花園煤礦整體推廣應(yīng)用?；▓@煤礦在濟(jì)寧市金鄉(xiāng)縣城及周邊地區(qū)采煤，地面建筑群密集，原設(shè)計(jì)全部采用條帶開(kāi)采，采出率在30%左右，全部采用綜合機(jī)械化固體廢棄物充填采煤技術(shù)后，采出率提高至85%，礦井服務(wù)年限由原來(lái)不足40年延長(zhǎng)到100多年。
“德國(guó)專家看了我們的充填開(kāi)采技術(shù)后，對(duì)中國(guó)充填開(kāi)采技術(shù)已如此先進(jìn)感到有點(diǎn)難以置信。”繆協(xié)興說(shuō)。
對(duì)充填夢(mèng)想的執(zhí)著
“對(duì)于采煤人來(lái)講，把煤炭采出后的空間填實(shí)是長(zhǎng)久以來(lái)的一個(gè)夢(mèng)想。誰(shuí)都知道，把煤采空了，這個(gè)地方就要塌陷，多采多塌，少采少塌。怎么才能讓它不塌？那就再把采空區(qū)填實(shí)。”繆協(xié)興說(shuō)，充填采煤技術(shù)研究已有100多年的歷史。
“由于煤礦采煤工作面快速移動(dòng)，采空區(qū)頂板巖層隨采隨垮等原因，煤礦采空區(qū)充填技術(shù)研發(fā)難以取得實(shí)質(zhì)性突破。”繆協(xié)興說(shuō)，“充填開(kāi)采并非簡(jiǎn)單地把固體廢棄物充填進(jìn)去就可以了，還需要掌握巖層運(yùn)動(dòng)理論及規(guī)律，要在基礎(chǔ)理論研究上進(jìn)行創(chuàng)新。”
另外，嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)又迫使當(dāng)代采煤人必須加快這方面創(chuàng)新的步伐。
據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)煤炭資源探明剩余可采儲(chǔ)量為1842億噸，以現(xiàn)有的儲(chǔ)量和消費(fèi)水平僅夠使用50年。其中，“三下”（建筑物下、道路下、水體下）壓煤量約140億噸，如果采用防止地表沉陷的條帶開(kāi)采方式，回收率僅為30%至50%。尤其在我國(guó)東部礦區(qū)，“三下”壓煤量已普遍超出可采儲(chǔ)量的50%。此外，全國(guó)煤礦采空區(qū)土地沉陷累計(jì)達(dá)100萬(wàn)公頃左右，每年新增采空區(qū)6萬(wàn)公頃左右。
“大規(guī)模煤炭開(kāi)采中存在嚴(yán)重的問(wèn)題，如安全問(wèn)題，資源浪費(fèi)和環(huán)境破壞問(wèn)題。東部大量稀缺煤種因壓煤無(wú)法采出，西部生態(tài)脆弱區(qū)大規(guī)模采煤造成嚴(yán)重的水資源和環(huán)境問(wèn)題，這些迫切需要我們發(fā)明一項(xiàng)利用礦區(qū)固體廢棄物直接高效充填采空區(qū)的技術(shù)，在保護(hù)環(huán)境和保障安全的基礎(chǔ)上，滿足能源需求。”原始的夢(mèng)想和現(xiàn)實(shí)的需求，讓繆協(xié)興課題組專注于充填采煤技術(shù)研究。
現(xiàn)在礦井普遍實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化開(kāi)采，對(duì)充填采煤技術(shù)提出了很高的要求，既要安全高效，又要嚴(yán)格控制巖層移動(dòng)，并能取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益?？妳f(xié)興將其總結(jié)為“安全高效的采煤技術(shù)+安全高效的充填技術(shù)+比煤廉價(jià)的充填物+區(qū)域環(huán)境治理+保護(hù)控制對(duì)象”。
“這項(xiàng)技術(shù)不是一個(gè)專業(yè)能夠完成的。”繆協(xié)興說(shuō)，綜合機(jī)械化固體廢棄物充填采煤技術(shù)涉及煤礦開(kāi)采、礦區(qū)資源與環(huán)境保護(hù)及礦山機(jī)械等學(xué)科，屬于交叉學(xué)科領(lǐng)域。其中的很多理論和想法，是繆協(xié)興課題組在多年教學(xué)和科研工作中日積月累而成的。
“真要從頭說(shuō)起，準(zhǔn)備了20年都不止，在2004年的時(shí)候，我們認(rèn)為可以研發(fā)出一項(xiàng)整體的技術(shù)了。”繆協(xié)興說(shuō)。
一項(xiàng)完整的創(chuàng)新發(fā)明
綜合機(jī)械化固體廢棄物充填采煤技術(shù)與其說(shuō)是一項(xiàng)技術(shù)，不如說(shuō)是一種能將機(jī)械化采煤工作面和機(jī)械化固體充填作業(yè)面合二為一的采、充一體化方法、系統(tǒng)與工藝。
繆協(xié)興課題組為充填開(kāi)采專門發(fā)明了一種特殊的支架——雙頂梁正四連桿六柱支撐液壓支架。這種支架有前后兩個(gè)頂梁，前頂梁掩護(hù)采煤作業(yè)，后頂梁掩護(hù)充填作業(yè)，與支架后部連為一體的夯實(shí)機(jī)構(gòu)能將固體充填物高效密實(shí)夯入采空區(qū)。
這種工作面的布置方式與傳統(tǒng)綜采工作面布置方式基本相同，其巧妙之處是在采煤工作面的后部，即在采空區(qū)一側(cè)布置充填作業(yè)面，再在工作面進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)布置一條固體充填物料的運(yùn)輸皮帶，將固體充填物料輸送至刮板式充填輸送機(jī)上。這樣即可實(shí)現(xiàn)充填與采煤在同一工作面并行作業(yè)。
山東能源新礦集團(tuán)翟鎮(zhèn)礦充填開(kāi)采工作面采用的也是繆協(xié)興課題組研發(fā)的技術(shù)，充填密實(shí)度能達(dá)到90%，工作面單產(chǎn)達(dá)4.8萬(wàn)噸。
繆協(xié)興課題組還發(fā)明設(shè)計(jì)出了固體廢棄物井上下輸送系統(tǒng)、裝備與工藝。
記者在翟鎮(zhèn)礦看到了國(guó)內(nèi)同類鉆孔中最深的地面矸石下井回填系統(tǒng)，矸石經(jīng)過(guò)破碎與電廠粉煤灰拌料混合，通過(guò)562米深的鉆孔垂直輸送到井下，再運(yùn)往充填工作面，每小時(shí)輸送能力350噸。充填物料全部采用自動(dòng)控制、電子計(jì)量、定量配比。
根據(jù)不同礦井開(kāi)采地質(zhì)條件和服務(wù)年限的需要，繆協(xié)興課題組發(fā)明了兩種不同的輸送系統(tǒng)，一種是單井筒的，一種是雙井筒的，可供應(yīng)用單位自由選擇。據(jù)了解，相比建造一個(gè)500米以上深度的井筒，這種固體充填輸送系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)得多，僅需投入不到1000萬(wàn)元。
除此以外，作為一項(xiàng)完整的技術(shù)，基于對(duì)充填物壓實(shí)力學(xué)性能和壓實(shí)過(guò)程中的流變性能試驗(yàn)研究，他們還發(fā)明了對(duì)采空區(qū)充填體壓力情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法。
據(jù)了解，目前這項(xiàng)技術(shù)達(dá)到的指標(biāo)是，采空區(qū)充實(shí)率90%，“三下”壓煤采出率85%，單面年生產(chǎn)能力超過(guò)100萬(wàn)噸。這與條帶開(kāi)采相比較，采出率能提高50%左右。發(fā)明設(shè)計(jì)的機(jī)械裝備都實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)。
充填開(kāi)采的成本問(wèn)題一直備受關(guān)注。與常規(guī)綜采相比較，綜合機(jī)械化固體廢棄物充填采煤技術(shù)直接生產(chǎn)成本每噸煤僅增加30元左右，遠(yuǎn)低于國(guó)內(nèi)其他充填工藝的成本。
2011年，綜合機(jī)械化固體廢棄物充填采煤技術(shù)獲得教育部“高等學(xué)?？茖W(xué)研究?jī)?yōu)秀成果技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)”。
德國(guó)人眼中最好的充填采煤技術(shù)
從2008年起，這項(xiàng)整體技術(shù)已先后推廣到河南平頂山，山東濟(jì)寧、兗州，安徽淮北，河北開(kāi)灤，內(nèi)蒙古烏海等10多個(gè)礦區(qū)。
以馬丁·榮克為首的德國(guó)代表團(tuán)此次調(diào)研考察的花園煤礦，自2010年初第一個(gè)充填采煤工作面投產(chǎn)以來(lái)，至2011年年底，充填采煤工作面共采出煤炭56萬(wàn)噸，處理矸石等固體廢棄物78萬(wàn)噸，新增產(chǎn)值6.72億元，新增利潤(rùn)約3.54億元。
根據(jù)地表沉陷觀測(cè)結(jié)果，花園煤礦一采區(qū)開(kāi)采完畢后，地表移動(dòng)觀測(cè)線最大下沉值為12毫米，固體充填開(kāi)采對(duì)地表建筑物的破壞等級(jí)在I級(jí)極輕微范圍內(nèi)，無(wú)需對(duì)地面建筑進(jìn)行加固或維修。
2011年8月，國(guó)家能源局副局長(zhǎng)吳吟專門就該項(xiàng)目實(shí)施情況到花園煤礦調(diào)研，對(duì)該項(xiàng)技術(shù)給予了高度評(píng)價(jià)。
據(jù)繆協(xié)興介紹，這項(xiàng)技術(shù)在其他礦區(qū)同樣產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
中國(guó)平煤神馬集團(tuán)十二礦于2008年整體推廣實(shí)施該項(xiàng)技術(shù)，該礦原先可供常規(guī)開(kāi)采的煤炭資源接近枯竭，在無(wú)法搬遷的村莊下壓有1200多萬(wàn)噸優(yōu)質(zhì)稀缺煤種，采用該項(xiàng)技術(shù)后預(yù)計(jì)可全部回收，可延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限10年左右。 安徽皖北煤電集團(tuán)五溝煤礦在第四紀(jì)含水層下采煤，留設(shè)防水煤柱2900多萬(wàn)噸，煤層離含水層最近處只有15米，現(xiàn)已采用該項(xiàng)技術(shù)回收其煤柱。
內(nèi)蒙古烏海市太原煤礦，地處西部生態(tài)脆弱區(qū)域，受到“三下”壓煤和環(huán)境等嚴(yán)重制約，專為采用該項(xiàng)技術(shù)設(shè)計(jì)建設(shè)了一個(gè)生產(chǎn)礦井。
“每到一個(gè)煤礦推廣這項(xiàng)技術(shù)，都有一個(gè)大的進(jìn)步，現(xiàn)在總體上已經(jīng)到了可以全面推廣的地步。”繆協(xié)興說(shuō)。
德國(guó)是世界上最早開(kāi)始充填采煤的國(guó)家之一，1924年即開(kāi)始采用風(fēng)力充填。20世紀(jì)70年代到90年代后期，德國(guó)煤炭企業(yè)廣泛使用機(jī)械化風(fēng)力充填方法。在聽(tīng)取濟(jì)寧能源發(fā)展集團(tuán)有限公司總工程師張學(xué)生的技術(shù)介紹后，馬丁·榮克說(shuō)：“繆教授課題組成功研發(fā)的這項(xiàng)煤礦充填技術(shù)，是我至今所知道和看到的最好的充填采煤技術(shù)。它攻克了我們研發(fā)風(fēng)力充填技術(shù)時(shí)無(wú)法解決的許多難題，特別是充填密實(shí)度問(wèn)題，這樣在城市和大型建筑物下就可以規(guī)?；呋厥章实亻_(kāi)采煤炭了。”
馬丁·榮克同時(shí)表示，這是一項(xiàng)十分有意義的采煤技術(shù)發(fā)明，能解決中國(guó)大規(guī)模煤炭開(kāi)發(fā)中的許多問(wèn)題。如果繆協(xié)興同意，他們德國(guó)魯爾集團(tuán)想加入他的課題組。“德國(guó)在礦山機(jī)械裝備與自動(dòng)化控制方面具有技術(shù)研發(fā)的優(yōu)勢(shì)，也可以代理該項(xiàng)技術(shù)在國(guó)際上推廣應(yīng)用的授權(quán)，我們對(duì)這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)際上推廣使用充滿信心。”馬丁·榮克說(shuō)。
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