破解“三下”压煤开采技术和煤矸石处置难题

煤炭资源绿色开采技术是煤炭行业绿色转型的重要环节。近年来山西焦煤山煤国际（以下简称山煤国际）霍尔辛赫煤业依托覆岩离层注浆充填技术，成功研发出一套适用于其地质构造的工艺，有效解决了“三下”压煤开采及煤矸石处置两大难题。近日，记者走进霍尔辛赫煤业，深入了解这一绿色开采背后的技术成果。

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一项技术攻克两大难题      

作为山煤国际的主力动力煤生产矿井，霍尔辛赫煤业是山西焦煤能源保供的重要单位之一，年生产能力达400万吨。其井田上分布着42个大小不一的村落、焦化厂、加油站等建筑物、构筑物，“三下”压煤储量相当可观。

“若能将这些煤炭资源充分开采出来，意义重大，影响深远。”4月6日，霍尔辛赫煤业党委书记、董事长李建功在接受采访时，道出了公司初期的决策考量。

经过多次调研，覆岩离层注浆充填技术进入了他们的视野。李建功介绍，该技术将粉煤灰或煤矸石浆液等工业固废作为充填物，注入井下离层空间。离层是煤炭开采导致煤层上端岩层塌陷而形成的一定空间。该技术的核心在于岩层中必须存在一个关键层，与塌陷层形成较大的离层空间，通过充填与其构成“柱+板”的稳定结构，而霍尔辛赫煤业的地质条件恰好符合这一特征。

此外，这一工艺还能有效解决霍尔辛赫煤业的固废处置难题，实现“变废为宝”，一举两得，可消化该公司每年产生的一部分煤矸石及尾煤泥。

自2020年起，该公司依托山西焦煤、山煤国际技术中心及博士后工作站资源，组建了专项科研团队，联合第三方构建产学研一体化链条，推出“科技创新+工程设计+第三方数据检测”的技术创新模式，聚焦难点全力攻关。在充分的前期调研、理论论证和大量试验后，霍尔辛赫煤业选择在压覆于废弃焦化厂、乡村道路等建筑物、构筑物下的3501工作面进行试点。

选址、征地、办理手续……一系列前期工作完成后，2022年，该公司启动了注浆站施工项目，并于当年2月开始注浆与采煤同步作业。4个月后，3501工作面成功回收“三下”压煤资源47.5万吨，消化粉煤灰43万吨，处理矿井废水30万吨。这一成果标志着覆岩离层注浆充填绿色技术在霍尔辛赫煤业取得了成功。

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4年攻关实现三代迭新      

事实上，从2020年论证调研到目前3个工作面成功开采，4年间，霍尔辛赫煤业的覆岩离层注浆充填技术实现了三代迭新。

记者了解到，包括霍尔辛赫煤业在内的山西省“三下”压煤赋存均呈现出复杂多样的特征。这使得该公司在初期引进充填工艺时面临巨大的技术挑战。如何让复杂的地质条件变得简单可控，成为他们初期技术攻关的主要方向。

通过理论分析和数值模拟，以3501工作面为试点，该公司提出了全过程地表沉陷“四区”控制模型，将采区精确划分为常规区、过渡区、注浆区和控制区。通过分区治理、精准控制，再辅以单孔提级注浆，一举攻克了复杂地形不可预控的技术难关，形成了霍尔辛赫煤业覆岩离层注浆技术1.0版。

3501工作面的成功回采，为第二个试点的注浆充填提供了技术经验，但也随之出现了新的难题：由于开采模式的局限性，注入的浆液总是偏离既定区域。这一难题导致注浆量和注采比均居高不下。如何控制注浆量，降低注浆成本，再次难住了技术团队。经过一轮又一轮的研讨、论证和试验，他们提出了帷幕封堵增效技术——将研发的自膨胀水泥速凝封堵材料打入特定钻孔，有效堵住了“漏斗”，浆液不再偏离。经过一年多的技术实施，到2023年10月回采完成时，第二个试点的注浆量成功减少了9万吨，注采比降低了0.2，注浆充填2.0版本正式落地。

3801工作面压覆于石油加油站下。“与其他建筑物相比，加油站对地表稳定性的要求更高。加之前期采动影响，充填开采难度呈指数级增长。”该公司生产技术部部长刁怀斌说。在这一阶段，数智赋能的作用开始显现。技术团队建成了集制浆、注浆与沉陷控制效果于一体的综合监控体系，发明了建构图数字动态安全预警防护技术，提出了地表沉淀控制导向的采注协同控制方法，建立了远程数据收集点，以智能控制、精准动态预测战胜地质风险，解决了充填难题，形成了关键技术3.0版。

目前，霍尔辛赫煤业技术团队已投入到新一轮的科技攻关中，全力致力于离层注浆充填技术+110工法技术研究，以实现井下资源“颗粒归仓”，推动工艺再次升级迭代。

李建功表示，如今在该技术的助力下，霍尔辛赫煤业形成了“采煤不见煤、矸石不出矿、三废零排放”的绿色发展格局。多年来公司累计处置煤矸石、尾煤泥、粉煤灰290余万吨。

来源： 科技日报 。             

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