變“廢”為寶 科技創新破解“煤矸之困”

鄂爾多斯高原的晨曦中，鋪滿陽光的烏蘭木倫河蜿蜒伸向遠方。在這里一場以“綠色開采、資源循環”為核心的產業革命正悄然展開。

近年來，山東能源集團兗礦能源鄂爾多斯公司先后在石拉烏素煤礦、營盤壕煤礦先后開展覆巖隔離注漿充填項目，逐步實現煤矸石零外排。他們正在以科技創新破解礦山“煤矸之困”。

煤矸石華麗蝶變

“選煤廠的矸石通過皮帶運輸到破碎站，20多厘米大的煤矸石從三層進入雙齒輥破碎機，再進入二層的可逆錘擊式細碎機，經過兩次破碎變成小于8毫米的碎料?！?/p>

營盤壕煤礦生產技術部副部長弋伍余指著30多米高的破碎站，從上往下一層一層介紹，“一層是球磨機，矸石被磨成小于0.2毫米的粉末，大塊的矸石粉碎成毫米級填充材料?！?/p>

據介紹，煤矸石制成的填充材料按照比例與礦井水混合，制成矸石漿液，經過攪拌加壓，通過地面注漿鉆孔把漿液充填到幾百米深的井下空間。

煤矸石是煤礦開采的副產品，有煤必有煤矸石。根據資料顯示，2024年我國煤矸石的產生量達到8.25億噸，綜合利用率約為73.6%。盡管這一利用率較過去有所提升，但每年仍有2億噸新增煤矸石堆存，累計堆存量已超過70億噸，形成了2600余座矸石山，壓占土地面積約1.5萬公頃。

“我們公司商品煤年產量超過2300萬噸，產生較多煤矸石?！倍鯛柖嗨构究偨浝碇?、安全監察部（生態環保部）部長卓超群站在營盤壕煤礦矸石山上向遠處眺望，“原來，我們通過修建進礦場道路、建設綠色礦山玫瑰園生態農業工程等項目，消耗了一部分煤矸石，但大部分只能堆積存放形成矸石山。這些矸石山不僅占用大量土地資源，還影響了周邊生態環境?！?/p>

自運營以來，營盤壕煤礦覆巖隔離注漿充填項目合計注漿621194m³，充填矸石358277噸，逐步實現矸石零排放。

科技破解注漿困局

奮斗的道路不會一帆風順，往往荊棘叢生、充滿坎坷。

覆巖隔離注漿，全稱“覆巖隔離注漿充填綠色開采技術”，是由中國礦業大學“巖層移動與綠色開采”課題組研發的一種高效低成本部分充填開采技術。

覆巖隔離注漿充填技術難點之一就是準確找到隔離注漿的關鍵層。

石拉烏素煤礦對采煤區上方的地質情況進行了精準的勘測，掌握了判斷隔離注漿的關鍵層一手數據。

中國礦業大學“巖層移動與綠色開采”課題組根據勘測數據，建立了采動覆巖卸荷膨脹累積效應力學模型、上覆巖層破斷步距力學模型，經過一系列復雜、精確的計算，判斷出關鍵層的位置。在經過嚴謹的鉆孔試驗，驗證了關鍵層的位置的正確性。

注漿也是覆巖隔離注漿充填技術的薄弱環節。準確找到關鍵層解決了灌注到哪里的問題，怎么灌注，灌注多少，什么時候停，也是需要時刻關注。

“注漿充填需要把矸石漿液加壓充填，壓力、漿液濃度、外部環境都有可能影響?！笔瓰跛孛旱V技術部部長張文德講起了一次險情。

今年2月份，寒潮來襲，鄂爾多斯地區最低溫度達到零下24度。

“2號鉆孔壓力升至8.6兆帕?！?/p>

“注漿量從每小時270立方米降至60立方米?！?/p>

覆巖隔離注漿充填項目指揮中心接連發出報警。

“當時漿管接頭結冰，就像血管里的血栓。不及時處理整個管道都可能被凍裂?！奔夹g人員在零下24度環境中連續奮戰36小時，創新采用電伴熱+雙層保溫套管技術，使注漿效率恢復至92%。

項目更大的突破來自“梅花樁”布孔法。

面對離層空間飽和難題，技術團隊在4號新孔施工中采用五孔梅花狀布局，注漿半徑擴大至120米，效率提升40%?！斑@相當于從單點注射升級為區域灌注?！敝袊V大許家林教授評價道。目前，該工作面日均注漿量重回4000噸水平，預計5月底前徹底告別矸石外排。

重塑礦區生態

“隨著鄂爾多斯公司覆巖隔離注漿充填項目常態化運行，我們每天產生的矸石量明顯在減少。五月底，營盤壕、石拉烏素兩個煤礦能夠實現矸石零外排?！弊砍喊庵种附榻B注漿充填項目帶來的好處。

充填開采將傳統采礦的“索取模式”升級為“修復模式”，形成全鏈條生態保護體系。

注漿充填項目有效、持續、穩定、安全解決礦井矸石問題，顯著減少了廢棄物的排放和環境污染。以石拉烏素煤礦為例，自開展注漿填充以來，累計消耗矸石240余萬噸，相當于減少占地500畝的矸石山，消除揚塵污染源。

注漿關鍵層位于白堊系含水層下方，漿液封堵導水裂隙，形成“生態盾牌”。石拉烏素煤礦在1208工作面實施注漿后，注入漿液對白堊系下導水裂隙起到封堵作用，涌水量降低46%。

傳統采礦地面會產生不同程度的沉陷，改變地形、地貌，破壞了局部的生態環境。

充填開采像給地面打“防皺針”，通過矸石漿液注入采空區形成的“地下支撐體”。

實施注漿充填，減少了地表沉陷。注漿液形成的壓實帶有效吸收地層應力，降低能量突然釋放風險，如同為巖層安裝“減震器”。

“煤矸石綜合利用是一個大課題，我們將聯合科研機構、專業院校、設備廠商共同開展科研攻關，把煤矸石變廢為寶?！倍鯛柖嗨构究偣こ處熗醣｝R表示，隨著項目的不斷推進和完善，鄂爾多斯公司將在綠色開采的道路上邁出更加堅實的步伐。

充填開采猶如一把“生態密鑰”，既解開了煤矸石處置的歷史難題，又打開了綠色礦山建設的未來之門。鄂爾多斯公司在“雙碳”目標引領下，持續踐行“綠水青山就是金山銀山”理念，推動煤炭行業從“黑色印象”向“綠色文明”生態轉型。（王鑫濤）