采煤“微”沉降 全靠“填”得好

4月1日，位于河北邢臺市區(qū)東北方向、占地20余畝的冀中能源股份公司邢東礦地面矸石充填站正緊張施工。工人們駕駛挖掘機(jī)將土石回填至砌筑完成的容積2000立方米“矸石倉”周圍，灑水降塵、搗實(shí)加固、覆蓋防塵網(wǎng)……

“搶工期保進(jìn)度，5月底前竣工沒問題。”負(fù)責(zé)地面基建施工的河北春達(dá)建筑工程有限公司項(xiàng)目經(jīng)理王奇輝得知，他們建設(shè)的是全國首個(gè)智能化矸石充填工作面地面配套工程，干起活來更起勁了。

“附近邢臺礦、東龐礦運(yùn)來的煤矸石將全部儲(chǔ)存于‘矸石倉’，滿足井下一天充填用量。”冀中能源股份公司副總工程師、邢東礦礦長吳紅林說，加工后的矸石粒徑控制在50毫米以下，順著770余米大垂深投料管道送至井底，“地面和距離井底10公里的11233工作面集控人員都可對采煤、矸石轉(zhuǎn)運(yùn)、矸石充填一鍵啟停”。

操作自動(dòng)化，采煤更輕松

自動(dòng)化運(yùn)行之前，每班移架4次到5次，需要人工操作工作面的40多臺液壓支架的手把閥組，“可累人了”;自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，讓記憶截割、自動(dòng)跟機(jī)拉架、運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)

從井底乘坐20分鐘平巷人行車，再換乘15分鐘架空乘人裝置，便到達(dá)11233工作面的外巷。一個(gè)形似拖掛房車的集控室映入眼簾，這是35歲的邢東礦綜采區(qū)職工房曉亮目前主要的工作區(qū)域。

15天前，房曉亮還是一名普通的采煤機(jī)司機(jī)。

“是科技讓我轉(zhuǎn)型。”畢業(yè)于河北機(jī)電職業(yè)學(xué)院的房曉亮，從事采煤工作10余年，以前每天緊跟采煤機(jī)，爬行于狹小的液壓支架之間，監(jiān)控采煤機(jī)往復(fù)運(yùn)行。“如今，坐在集控中心電腦前，就可以遠(yuǎn)程操控、實(shí)時(shí)監(jiān)測工作面的各種設(shè)備。”房曉亮說。

“叮叮”電話響起，調(diào)度室例行測試設(shè)備井上聯(lián)動(dòng)反應(yīng)。隨即，“設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，注意安全”告警聲響起。

屏幕中出現(xiàn)地面調(diào)度室職工康進(jìn)東的畫面。只見他輕點(diǎn)鼠標(biāo)，11233工作面百余臺設(shè)備順煤溜依次自動(dòng)啟車，采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等綜采設(shè)備相繼聯(lián)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。

房曉亮介紹，自動(dòng)化運(yùn)行之前，每班移架4次到5次，需要人工操作工作面的40多臺液壓支架的手把閥組，“可累人了”。

“自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，讓記憶截割、自動(dòng)跟機(jī)拉架、運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。”房曉亮陶醉于自動(dòng)化采煤方式帶來的變化。

“這得益于可180度旋轉(zhuǎn)的云攝像頭。”邢東礦綜采區(qū)黨支部書記賈金明全程參與設(shè)備的安裝調(diào)試，對每臺監(jiān)控設(shè)備的脾氣了如指掌。“前部每6臺支架安裝1個(gè)，主要獲取采煤機(jī)運(yùn)行位置和方向，捕捉采煤機(jī)動(dòng)作、自動(dòng)切換視頻畫面;后部每3臺支架安裝1個(gè)，用于監(jiān)測矸石充填效果。”賈金明說。

據(jù)介紹，各設(shè)備轉(zhuǎn)載點(diǎn)的攝像頭有11個(gè)，整個(gè)視頻監(jiān)控自動(dòng)化控制攝像頭達(dá)到了34個(gè)，實(shí)現(xiàn)了360度全景影像。“屏幕上的這些數(shù)據(jù)、圖像都是它們實(shí)時(shí)采集、傳輸回來的。”接到調(diào)度室井下停機(jī)指令，賈金明指揮房曉亮按下停止按鈕，所有設(shè)備依次停機(jī)，巷道內(nèi)恢復(fù)了寂靜。

據(jù)了解，邢東礦11233工作面自動(dòng)控制裝置共分為7部分，分別為矸石充填自動(dòng)化控制、采煤自動(dòng)化控制、矸石充填率自動(dòng)控制、乳液泵站自動(dòng)供液、矸石運(yùn)輸自動(dòng)化控制、原煤運(yùn)輸自動(dòng)化控制和視頻監(jiān)控自動(dòng)化控制。井上調(diào)度室設(shè)有自動(dòng)化矸石充填分控中心，井下工作面設(shè)有集控中心，均可對工作面所有設(shè)備實(shí)施一鍵啟停。

充填支架

最大搗實(shí)壓力為24兆帕

支架是定制的，每臺支架后部都帶有搗實(shí)煤矸石的機(jī)械裝置，最大搗實(shí)壓力為24兆帕，這個(gè)力度能輕松壓扁一輛重型汽車，保證搗實(shí)后的區(qū)域不發(fā)生地面沉降

“智能化矸石充填工作面的最大亮點(diǎn)是架后充填自動(dòng)化。”邢東礦副礦長王宏奇說，系統(tǒng)滿足了采煤、矸石充填平行作業(yè)的各項(xiàng)要求。

在11233工作面下巷，王宏奇手指每臺40余噸重的綜采液壓支架說：“我們的支架是定制的，每臺支架后部都帶有搗實(shí)煤矸石的機(jī)械裝置，最大搗實(shí)壓力為24兆帕。”

“這個(gè)力度能輕松壓扁一輛重型汽車。”站在一旁的技術(shù)科工程師吳俊說，“保證搗實(shí)后的區(qū)域不發(fā)生地面沉降。”

為了實(shí)現(xiàn)智能化充填，邢東礦實(shí)施了裝備升級、改造：建設(shè)基于井下4G及萬兆環(huán)網(wǎng)為基礎(chǔ)的智能化礦山系統(tǒng)，主控中心下設(shè)動(dòng)力分控中心、皮帶分控中心、矸石工作面分控中心、運(yùn)輸分控中心、地面矸石投料分控中心;將原來ZC5160/30/50型矸石充填支架升級為ZC5160/29/48D型;將架后2根矸石搗實(shí)千斤頂改為1根，并增大千斤頂直徑，設(shè)備故障率大幅降低;支架操作采用電液自動(dòng)控制，將乳化液泵站由BRW200/31.5型提升為BRW400/37.5型;SGZ730/132型充填刮板輸送機(jī)提升為SGZ800/200型充填刮板輸送機(jī)，工作時(shí)鏈速由0.93米/秒提高至1.05米/秒，中部槽加寬，采用進(jìn)口材質(zhì)，緊湊鏈、刮板采用加強(qiáng)耐磨型……

王宏奇介紹，以電液控制系統(tǒng)為載體，操作人員在集控中心即可對支架遠(yuǎn)程操作。根據(jù)工作面地質(zhì)變化，電液控制系統(tǒng)不斷調(diào)整優(yōu)化后部刮板輸送機(jī)落矸天窗開啟的個(gè)數(shù)、時(shí)間，搗實(shí)機(jī)構(gòu)伸縮頻次和擺梁千斤頂抬起高度;智能乳化液泵站自動(dòng)化控制系統(tǒng)由15臺設(shè)備組成，多泵聯(lián)動(dòng)、自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)了乳化液濃度在線實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)配比，水過濾精度始終控制在5微米以下。

吳俊說，自動(dòng)充填技術(shù)是電液控制技術(shù)的延伸。矸石充填率自動(dòng)控制為2套圖像復(fù)核雙檢驗(yàn)型計(jì)量系統(tǒng)，分別安裝在運(yùn)矸第4部皮帶、原煤運(yùn)輸?shù)?部皮帶，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測運(yùn)矸量及運(yùn)煤量，保證工作面的矸石充填率達(dá)到85%以上，每班可減少用工4人到5人。

“我們這個(gè)工作面配備有39臺矸石充填支架和2組端頭支架、前后運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)以及自動(dòng)化采煤機(jī)等設(shè)備，多項(xiàng)技術(shù)綜合建成了整個(gè)采煤充填智能化系統(tǒng)。”檢修班班長安延敏帶領(lǐng)工友仔細(xì)巡檢每臺設(shè)備，不時(shí)感慨，“以前的知識、技術(shù)儲(chǔ)備遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上發(fā)展的腳步啦!”

采空區(qū)地面沉降

始終控制在3毫米以內(nèi)

投產(chǎn)20年來，邢東礦先后成功應(yīng)用了巷道矸石充填、超高水充填、工作面矸石充填等多種充填開采技術(shù);據(jù)河北省煤田地質(zhì)局物測隊(duì)連續(xù)多年觀測，邢東礦井田內(nèi)采空區(qū)地面沉降始終控制在3毫米以內(nèi)

矸石充填是利用煤矸石充填巷道或采空區(qū)，使巷道或采空區(qū)頂、底板得到有效控制，抑制地面塌陷的采煤方法。

邢東礦地處邢臺市區(qū)，環(huán)保壓力迫使他們從建礦初期就獨(dú)創(chuàng)了矸石充填的采煤工藝——把采煤伴生的矸石充填到井下巷道。這樣做，不僅能把矸石“消滅”在井下，還能有效避免地表下沉。據(jù)河北省煤田地質(zhì)局物測隊(duì)連續(xù)多年觀測，邢東礦井田內(nèi)采空區(qū)地面沉降始終控制在3毫米以內(nèi)。

投產(chǎn)20年來，邢東礦先后成功應(yīng)用了巷道矸石充填、超高水充填、工作面矸石充填等多種充填開采技術(shù)。僅運(yùn)用巷道矸石充填技術(shù)就累計(jì)完成充填巷46條，總長度20425米，充填矸石37.6萬立方米，置換煤炭61.8萬噸;建成全國首個(gè)井下洗煤廠，洗出的矸石全部用于井下采空區(qū)回填。邢東礦打破了“有煤礦就有矸石山”的傳統(tǒng)思維，成為全國第一家“采煤不見矸”的煤炭企業(yè)。充填開采技術(shù)獲得中國煤炭工業(yè)科技進(jìn)步獎(jiǎng)，先后取得了5項(xiàng)國家發(fā)明專利。

“邢東礦井田范圍內(nèi)有大小村莊11個(gè)，村莊及工業(yè)廣場煤柱壓煤量占全部儲(chǔ)量的86%，建(建筑物)下壓煤嚴(yán)重。”吳紅林說，如把這部分資源回收，就必須采用建下充填開采方式。

現(xiàn)階段，邢東礦采用以高水充填開采為主、矸石充填開采為輔的建下充填開采方式。高水充填開采要使用大量的高水充填材料和充填袋等，雖然在工藝上經(jīng)過了優(yōu)化改進(jìn)，但仍需較高的開采成本;用于充填的矸石來源于處理井下篩分、巖巷掘進(jìn)、整修，以矸定產(chǎn)，制約了礦井產(chǎn)量。

日前，國家出臺的《關(guān)于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導(dǎo)意見》中提出，到2025年煤矸石、粉煤灰等大宗固廢綜合利用率要達(dá)到60%，存量大宗固廢要有序減少，并在煤炭行業(yè)推廣“煤矸石井下充填+地面回填”，促進(jìn)矸石減量。“這是莫大的鼓舞，證明我們的路子是對的。”吳紅林說。

如果滿負(fù)荷生產(chǎn)，邢東礦自產(chǎn)的矸石，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需要?？紤]到矸石充填成本低、效果好、保護(hù)環(huán)境等特點(diǎn)，此次邢東礦設(shè)計(jì)智能化矸石充填工作面便采用礦外(邢臺礦、東龐礦)矸石，結(jié)合井下自產(chǎn)矸石混合充填，并改進(jìn)矸石充填工作面裝備和工藝，提高開采效率，達(dá)到矸石入井、固廢減排的目的。

算經(jīng)濟(jì)賬，也算環(huán)保賬

除了煤矸石，他們的目光還瞄向了建筑垃圾等固體廢物，經(jīng)過無害化處理，建筑垃圾也能成為很好的井下用充填材料

“現(xiàn)在做夢都想著矸石。”賈金明說，“礦上按照充填1噸矸石13元的標(biāo)準(zhǔn)為綜采區(qū)結(jié)算月度工資總額。全礦的矸石都集中到我這兒，也只能滿足一個(gè)班的生產(chǎn)，根本‘吃不飽’。”

綜采區(qū)有107名職工，每天1000多噸煤炭產(chǎn)量影響了職工收入。“急紅眼”的賈金明帶著“吃不飽”的工友四處打零工，巷道擴(kuò)幫、臥底，兄弟單位安裝、拆除設(shè)備。

“出大力還不掙錢。”每月工資只有5000多元的房曉亮抱怨著，也盼望著地面回料系統(tǒng)早日建成。“到那時(shí)，一個(gè)月萬把塊錢工資妥妥的。”賈金明說。

“按照精煤戰(zhàn)略要求，邢東礦所產(chǎn)原煤經(jīng)過汽運(yùn)全部運(yùn)往邢臺礦、東龐礦洗煤廠精加工。以前回來是空車，系統(tǒng)建成后將拉回2個(gè)礦的矸石。”吳紅林也在算賬。他說，相比高水充填的材料成本，運(yùn)輸成本顯然更易接受。

其實(shí)，在他心里還有一本大賬——智能化矸石充填工藝解決了建下矸石充填采煤的瓶頸問題，為社會(huì)提供了可資借鑒的矸石處理方法，減少了矸石對環(huán)境的污染;增強(qiáng)充填效果，有效控制地表移動(dòng)變形，可廣泛應(yīng)用于類似條件、類似礦井建下的充填開采;開創(chuàng)利用礦外矸石、運(yùn)用投料孔投放井下的先河，解放大量呆滯煤炭資源，且不同程度改善了充填效果，延長礦井服務(wù)年限10年。

據(jù)了解，邢東礦已實(shí)現(xiàn)地面對11233工作面所有設(shè)備的一鍵啟停。動(dòng)力、皮帶、運(yùn)輸、地面矸石投料4個(gè)分控中心正處于緊張的安裝調(diào)試階段。

下一步，附近東龐礦、邢臺礦等地的矸石到位后，除滿足11233工作面生產(chǎn)需要外，還會(huì)開辟1100采區(qū)南翼的條帶工作面煤柱新戰(zhàn)場。

“到那時(shí)，充填開采的成本會(huì)更低，企業(yè)效益會(huì)更好。”吳紅林透露，除了煤矸石，他們的目光還瞄向了建筑垃圾等固體廢物，經(jīng)過無害化處理，建筑垃圾也能成為很好的井下用充填材料。