破解綠色礦山開采“生死局”
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,，新光集團劉東煤礦與飛翼股份有限公司合作實施膏體充填采煤項目。今年5月,，項目通過了江蘇,、安徽兩省經(jīng)信委聯(lián)合組織的現(xiàn)場驗收評審。專家一致認(rèn)為項目設(shè)計合理,，技術(shù)最先進,，施工質(zhì)量好,，建設(shè)進度快，各項技術(shù)指標(biāo)達(dá)設(shè)計要求,，并高度評價其“開創(chuàng)了江蘇,、安徽兩省壓煤實施充填開采并取得成功的先河，真正實現(xiàn)了綠色開采,、和諧礦山建設(shè),，對我國煤礦開采壓煤具較高推廣價值和示范作用”。
這是截至目前應(yīng)用具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的膏體充填開采成套技術(shù)與核心裝備,，成功實施的最復(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)國際先進水平，可完全替代進口裝備,。
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)的首個項目,。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)了諸多新興項目,，遷民顯然“不現(xiàn)實”,。
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,，集團急切尋求可實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，不能長久支護頂板和抵抗地壓沖擊,、覆巖移動,。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,，集團選擇了膏體充填開采模式,，并定標(biāo)在辰龍集團,、河南焦煤、峰峰集團等多礦區(qū)成功實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“實數(shù)”。管道九曲八彎,，每個彎頭,，等價增加10米長的直線泵送距離的壓力要求,。盡管團隊設(shè)計中盡力減少“拐彎”點，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)，成為整個項目最關(guān)鍵的難點,。
此前,，國內(nèi)實施的膏體充填案例中，2000多米泵送距離,，管道彎頭僅10余個的一般工況下,，進口充填工業(yè)泵也常因易堵管而無法實現(xiàn)單泵泵送。為穩(wěn)妥起見,，研發(fā)團隊首創(chuàng)“雙泵接力輸送技術(shù)”,，將兩臺充填工業(yè)泵“串聯(lián)”進行膏體泵送，一則加大對堵管的可控性,，二則對膏體二次攪拌,，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)團隊仍未滿意,。“公司一直秉承‘要滿足并超越用戶需求、為客戶創(chuàng)造價值,，使客戶感到幸福’的宗旨,。我們只做業(yè)內(nèi)‘唯一或第一’的技術(shù)與產(chǎn)品。這個項目,，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)計并實驗膏體泵送速度、時間控制,，針對性地應(yīng)用多種技術(shù)控制方案后,，這一終極目標(biāo)成功實現(xiàn)。劉東煤礦采用飛翼股份自主研發(fā)的單泵，成功實施膏體充填泵送的當(dāng)日,，研發(fā)團隊內(nèi)多個硬漢,，都為這個幾乎不可能實現(xiàn)的技術(shù)突破，流下激動的熱淚,。
系統(tǒng)化膏體充填破史上最短項目周期
項目從獲批到成功運行,，飛翼股份創(chuàng)下了新的膏體充填紀(jì)錄：僅6個月，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)險降低到幾乎為零。
針對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”,。實踐表明，單一引進設(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。揣著綠色礦山與中國裝備制造業(yè)造世界一流產(chǎn)品的夢想,，他毅然轉(zhuǎn)行投身礦山充填開采業(yè),。通過積極引進高技術(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)出針對我國礦山特點的充填工業(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產(chǎn)權(quán)，以“充填技術(shù)+充填工藝+試驗中心+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項專利（發(fā)明專利27項），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%,。膏體材料價格不到高水材料的1/4,，購置飛翼充填工業(yè)泵，比進口裝備可減少2/3的費用?，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,。”新光集團董事長沈志強表示,。
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)用實施推廣,，獲得接地氣的經(jīng)濟型解決方式,。
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代最有力的終結(jié)者,。
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