走出三下压煤困境 盂县东坪煤业充填开采探索实践

2015-01-16  来自: 美甘齐动(厦门)物料输送工程股份有限公司 浏览次数:35

 走出“三下压煤”困境

    充填开采是向煤矿采空区送入矸石、沙石、膏体等充填材料,并在充填体保护下进行采煤的一项新技术。一如硬币的两面,煤矿开采与环境保护、煤矿开采与城市发展、煤矿开采与水资源保护等问题一直在矛盾中纠结,如何才能实现经济发展和环境保护和谐共生,本报今日刊登盂县东坪煤业集团的探索与实践,以图管中窥豹,能对全省煤炭资源开采起到借鉴作用。
    站在东坪煤业充填采煤巨大的沙盘模型前,董事长史向军眼里充满希望。
    这一天是10月20日。井下新开的一个工作面,重达36吨的充填采煤机正在有条不紊地运行。
    新割下的煤块通过井下皮带运出井口;搅拌好的黄土、煤矸石源源不断送进投料口,通过特殊的捣固装置,对采空的地方进行夯实。
    “充填开采承载着东坪2000多职工全部的未来”,史向军说。
    东坪矿始建于上世纪50年代,现有工作面地质储量仅588.41万吨,服务年限3到5年,通过充填开采解放“三下压煤”,矿井服务年限能够延长50年。
    之前在行业里名不见经传的东坪如今吸引了众多的目光。几天前,大同市市长要求当地煤炭部门 “一星期内了解东坪充填采煤的相关情况,专题汇报”。省煤炭工业厅密切关注项目的进展,希望能为全省煤炭生产工业革新“趟路”。
    煤炭开采必然导致生态破坏,这似乎是一个死结。东坪黄土充填采煤是我省第(di)一家,它的实践在于:通过科技创新,能否找到这样一条新路,在延长矿井的服务年限,提高资源回收率的同时,又能解决固体废弃物的排放处理,杜(du)绝污染物外排,实现绿色开采。
    东坪的焦虑
    为什么会是东坪?这是许多人的疑问。
    在太行山深处的产煤大县盂县,东坪是全县当年唯(wei)一的国营矿,始建于1957年,经过几十年的发展,企业发展到在册职工2179人,矿区面积16.2251平方公里,地质储量1.34亿吨,年核定生产能力120万吨,总资产10.06亿元的现代化企业集团。
    从小打小闹的原始采掘到现代化采掘设备的更替,东坪煤炭开采的步伐越走越快,和所有老矿一样,随着煤炭资源的枯竭,东坪步入暮年。
    2009年11月10日,时任盂县石店煤矿矿长的史向军调任东坪煤矿担任董事长。上任的第(di)一个矿务会,他要求技术人员拿来煤矿采区图纸,摸一摸家底。
    现有采区地质储量为588.41万吨,可采储量为458.36万吨,即使不进行技术革新,按照现有的装备水平和生产能力,每年100多万吨,留给东坪煤业的时间只有短短5年。考虑到井田附近之前小煤矿的盗采,实际服务年限多不超过3年。
    剩下的资源,都是村庄、建筑、河流等“三下压煤”不可采。
    东坪煤矿紧靠县城,井田内村庄压覆煤量7354万吨,其中可采储量为6324.44万吨。井田上面,东坪村、贺贾村、姜贾村、上南庄、下南庄阡陌纵横,人口稠密,“三下压煤”占到企业所有储量超过50%。
    如何解放“三下压煤”是东坪也是几乎所有老矿十分棘手而又迫待解决的难题。
    煤炭是我国的主体能源,在一次能源生产和消费结构中占比一直超过70%,并且在未来很长的时间内不会改变。资料显示,我国煤炭资源探明剩余可采储量为1842亿吨,但是现有河道、房屋、铁路等“三下压煤”约500亿吨。仅统配煤矿生产矿井的“三下压煤”就达137.9亿吨,其中建筑物下94.68亿吨,占总压煤量的69%。几乎每一个矿井都存在建筑物下压煤的现象,一般都占矿井储量的10%-30%,有的高达40%。由此可见,随着矿区煤炭资源的枯竭及相关行业对煤炭需求量加大,矿区 “三下压煤”问题逐渐凸现出来,而建筑物下压煤问题尤为突出。

 

东坪的出路在哪儿?
    现实的选择是对井田范围内的村庄实行整体搬迁,这也是几乎所有的煤炭企业在解决“不可采”资源时选择的办法。
    作为企业的董事长,史向军说,这样的工作无论对于企业还是政府都是一项不小的考验。
    之前,史向军担任附近石店煤矿矿长,为了解放附近孙家庄村井下200多万吨资源,企业依托当地政府做了很长时间工作,包括修移民新村。前期承诺全部兑现,但是当企业要举行开工典礼时,老百姓地里的庄稼依然长势良好。
    事情后眠得到解决,“虽然我们没有什么错,但是站在道义的高度,企业还是丢了分”,史向军说。
我省煤炭资源埋藏较深,大多数的资源依靠井工开采,一直依靠垮落法管理顶板,也就是俗称的“放顶”,这也就不可避免地出现土地塌陷等生态灾难。

    让所有煤炭企业纠结的是,出于自身利益以及社会效益的需求应当努力提高资源回采率,让宝贵的资源尽可能多地服务社会,然而立足于生态环境的考量需要留下足够的煤炭支撑来减少对生态环境的破坏,两难之间很难求得正解。
    和煤炭开采如影相随,村矿矛盾在所难免。环境污染、地表沉陷以及故土难离的情感依存都会成为移民搬迁的障碍。
    “故土难离,我搬出来了,祖宗们还在坟地呢”,盂县一位村民这样说。
    能不能找出一条新路?
    把资源和谐地解放出来
    偶然的一个机会,网上一条关于充填开采信息让东坪人激动不已。
    所谓充填开采,就是随着采煤工作面的推进,向采空区送进矸石、膏体等填充材料,并在充填保护下“把资源和谐地解放出来”。
    山西是煤炭富集区,一个地方挖完了转战另一个战场,在煤炭生产行业,这已经成为一种固有的思维,如果不是无路可走,没有人对这样的信息感兴趣。
    困囿于资源的匮乏,在此之前,山东、河北、河南、安徽等省的煤炭企业,不约而同开始探索推广煤炭的充填开采技术。
    山东煤炭有上百(bai)年的开采历史,加之全省村庄、建筑物稠密,村庄压煤占到可采储量的60%。为此,从政府的宏观层面入手,山东省坚持保护性开采与稳采策略,强化监管,探索实施充填开采。山东能源新汶矿业集团经过8年的探索和实践,相继在14个矿井、81个工作面实施了充填开采,累计完成以矸换煤1000万吨。
    山东能源集团旗下的淄博矿业、枣庄矿业、肥城矿业等均有矿井在实施充填开采,充填开采煤炭产量1400万吨。
    河北冀中能源[-0.98% 资金 研报]集团有20多个矿井应用了充填开采技术,从“三下压煤”中回收资源230万吨。
    “东坪能不能成为我省这个产煤大省充填采煤‘第(di)一个吃螃蟹’的”,董事会上,史向军提出这样的问题。
    2010年3月,东坪煤业从董事长到相关职能科室人员,分批到中国矿业[-2.99%]大学、河北冀中能源等地考察。在中国矿业大学,让马占国教授奇怪的是,考察人员随行的汽车后备厢里,下井的全副武装总是准备得满满当当,“这些人对专(zhuan)业的理论数据好像不是很感兴趣,必(bi)须看实际的应用”,煤矿人的实诚感动了矿大的人员。
    3月10日,中国矿业大学马占国教授及其博士生来到东坪,深入到综采工作面,查看相关顶板、煤质、压力等情况,并对充填采煤技术进行了多次实地论证。
    8月5日,国内充填开采的顶级权(quan)威、中国矿业大学的缪协兴校长、马占国博士带领充填采煤的全部技术团队实地考察,对充填材料的储备运输情况、充填采煤的技术可行性实地研讨。
    2011年1月6日,省煤炭工业厅组织专家,对东坪与中国矿大共同研制的新型采煤技术——综合机械化固体废弃物充填采煤技术进行论证,批复通过。

 “项目推进速度出乎我们的意料。充填开采有一个难题,就是填充物的选取。在平原地区,土地资源特别珍贵,井下开采出来的煤矸石有限,而我们的黄土充填应该是这一项目大的亮色,对我省而言,政府部门可能更多地考虑到项目的先导意义”,史向军说。
    阳泉市煤炭工业局的一位工程技术人员这样告诉记者,加快推进东坪试点步伐,省里从政府层面缘于更多的现实考量。
    作为产煤大省,我省是采空塌陷严重的地区。据省国土部门的一项数据显示,全省约15万平方公里的土地,采空区大约就达2万平方公里,相当于总面积的1/7,采空区中6000平方公里的地域已经遭受了地质灾害,沉陷面积达2978平方公里,造成矿山地面出现塌陷、地裂缝、滑坡、崩塌等现象约2146处,3309个村庄、66万人受到影响,1082平方公里的耕地、42.6平方公里的林地遭到破坏。
    实施充填开采,这将成为历史。
    充填过程中,现实而又直接的原材料是煤矸石。伴随着煤炭生产,目前,全省煤矸石堆放总量已超过10亿吨,每年新增煤矸石在1亿吨以上,而每年因煤矸石自燃产生的废气排放量达358亿立方米。
    科学发展观要求实现人与自然的和谐,资源开发利用与环境、社会协调可持续发展。按照科学的发展理论,第(di)一个层次,是尽量减少对生态环境的影响;第二个层次,是不影响生态环境;第三个层次,主动改善生态环境。东坪的实践,通过矸不上井、不上山,而且通过大量消化地面矸石以及城市建筑垃圾,节约大量耕地,有效减轻地层变动和沉陷,实现多年来煤炭行业期待的被动治理向主动防治的转变。   

    2013年9月6日,东坪煤矿充采工作面——15601工作面安装完成,六采区“六大系统”全覆盖。
    9月12日到9月18日,联合试运转。
    单台设备、各分系统、整个生产系统,生产设备厂家、科研院所,东坪工程技术人员全都钉在施工一线。煤矿井下构造复杂,理论上成立的东西是不是能经得住实践的检验?其他地方成功的范例能不能顺利移植到东坪?都是未知数。
    试运转顺利!
    到目前,实验工作面已经推进了11.6米,充填11.6米,割煤3825吨,矸石充填3013立方米,充填效果良好,顶板得到了有效控制。
    随着项目的推进,充填开采后,密实度如何?对地表可能产生什么样的影响?能不能达到预期的效果?为了获得第(di)一手的实验数据,中国矿大技术团队在工作面布置了6个观测控制点,50多个监测点,对地表移动变形、地表建筑物沉陷、倾斜变形进行实时监控。安装静力水准仪1套,测量机器人[0.20% 资金 研报]1台,S1级水准仪1台,实时数据采集。
    与此同时,在井下工作面,10台支架工作阻力仪、10台夯实监测仪,15台充填体应力监测仪、6台超前应力监测仪,以及钻孔应力计、多位点仪计、顶板离层仪等现代化的设备全部派上了用场。
    东坪成了高科技的试验场,这让工人们看上去十分兴奋,“插上科技的翅膀,东坪有什么理由不腾飞”,东坪人的笑容全都写在脸上。
    “东坪模式”如何复制
    实施充填开采,是对传统生产方式的变革,是转变煤炭发展方式的重要着力点,它代表着煤炭工业科学发展的方向。今年3月,国(guo)家能源局等四部委联合发文,要求各地结合实际,积极稳妥地推进这一技术在煤炭企业的应用。
    据省国土部门的资料显示,至2015年,山西煤炭开采导致生态环境经济损失至少将达到770亿元;至2020年,煤炭开采导致生态环境经济损失至少达到850亿元。那么,对于我省这样一个产煤大省,“东坪模式”应当如何复制?
    “对煤炭企业来说,首先要考虑的是一个成本问题”,史向军说,初期投资大、生产成本高,可能成为技术推广的障碍。

 东坪煤业财务人员为记者算了这样一笔账,企业这一项目总投资近1个亿,运行开始后,充填材料吨煤成本增加3.97元,加上折旧等其它费用,吨煤增加成本11元左右,“老矿井本来就吨煤成本高,利润空间有限。前几年市场好的时候这些成本可以忽略不计。煤价下滑,充填开采就有压力。”东坪煤业书记赵喜柱说,面对新矿,如果没有政策层面的扶持或者推行,就更加缺乏充填开采的动力。
    效率同样也是一个值得注意的问题。企业认为,由于充填开采技术要求高,工艺复杂,工序穿插,生产效率就会相对较低。例如一个工作面进行充采的同时,若充填的速度跟不上采煤的进度,采煤就得停下来等待充填,是典型的“以充定产”,这也会影响煤炭企业实施充采工艺的积极性。
    市场的本性是趋利避害,无可厚非,但是政府应当从宏观层面,为企业寻求到经济效益与社会效益兼顾的平衡点。业内人士认为,“复制东坪”,政策的倒逼机制必不可少。
    按照煤炭发展“十二五”规划,原则上新建煤矿不设立地面永(yong)久矸石山,既有煤矿当年排放的煤矸石要全部利用,优先用于充填开采。健全现有煤矿因生产造成的地质灾害补偿机制,提高补偿标准。煤炭企业出于长远的发展,才会增加主动“复制”的积极性。
    政策的扶持同样必不可少。史向军建议,应当加强技术改造项目投入扶持力度。利用煤矿安全改造、煤炭产业升级等中(zhong)央预算内资金支持煤矿企业实施充填开采,省级财政制定配套扶持政策,“举龙(long)头、带龙身”;加强税费扶持政策,推动充填开采煤炭资源税费优惠,减轻充填开采企业的成本负担;从国(guo)家宏观层面,能否将以煤矸石等尾矿废渣为主要填充材料,充填开采的煤炭产品,列入资源综合利用目录,享受国(guo)家关于资源综合利用增值税政策。
    可喜的是,东坪已经起步。考虑到充填物的运入、煤炭的运出,以此为依托,东坪的中盂国际物流园亦进入紧张的前期规划。附近村土地恢复治理的方案亦放在了董事长史向军的案头。
    解决了“不可采”问题,下一步的目标是“不能采”。几十年的发展过程中,原有20%多的回采率浪费了很多宝贵的资源,充填开采,东坪还要做“回头客”。东坪人说,东坪曾有过辉煌的历史,而今天续写辉煌又翻开了新的篇章,这也是一次再也不能错过的机遇。
    我们有理由相信,插上科技的翅膀,老矿新生的东坪定能描绘出更加绚丽的画卷。
    我们也同时期冀,为了我们脚下的土地,清清的流水、湛蓝的天空,能有更多的煤炭企业“复制东坪”,共同奏响我省煤炭企业转型发展的时代强音。 



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