一、項(xiàng)目背景
新汶礦區(qū)經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的開采，資源衰減、生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境壓力越來(lái)越大。自1995年以來(lái)，部分礦井衰老加快，先后有6個(gè)礦關(guān)閉破產(chǎn)，礦區(qū)可采儲(chǔ)量大幅衰減。隨著礦井不斷延深，礦井平均采深超過(guò)900米，其中8個(gè)礦已達(dá)-1000米以下，與之伴隨的是瓦斯煤塵、沖擊地壓、高溫?zé)岷Φ茸匀粸?zāi)害越來(lái)越突出，安全管理難度越來(lái)越大。同時(shí)，礦井壓覆村莊247個(gè)，平均壓覆資源量占到可采儲(chǔ)量的69.2%。基于此，為加快老區(qū)生產(chǎn)方式變革，推動(dòng)企業(yè)持續(xù)發(fā)展，自2004年起，新礦集團(tuán)確立了“充填開采、綠色生產(chǎn)”的發(fā)展思路，率先在全國(guó)開展了“矸石充填置換煤炭”技術(shù)研究和實(shí)踐。
二、創(chuàng)新成套技術(shù)
按照“集團(tuán)推動(dòng)、因礦制宜、集成創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)運(yùn)作”思路，圍繞矸石“不轉(zhuǎn)移、不升井、不上山”目標(biāo)，新礦集團(tuán)系統(tǒng)推進(jìn)充填開采工作，創(chuàng)新形成以“三下”安全開采和提高煤炭回收率為目的的兩種類型、“五充一選”6種成套技術(shù)工藝，相繼在17個(gè)礦井、129個(gè)工作面推廣應(yīng)用充填開采工藝，累計(jì)完成以矸換煤量2488萬(wàn)噸，充填矸石3110萬(wàn)噸，解放呆滯儲(chǔ)量3億多噸，減少矸石山7座，停運(yùn)矸石山運(yùn)矸系統(tǒng)12套。探索走出了一條“黑色煤炭、綠色開采，高碳行業(yè)、低碳運(yùn)行”的發(fā)展之路。該套“充填開采”技術(shù)，適用于綜采、高檔普采等多種開采方式。
1.助推國(guó)家充填開采政策出臺(tái)
新礦集團(tuán)與科研機(jī)構(gòu)聯(lián)合開展的《充填開采鼓勵(lì)政策研究》課題獲得國(guó)家有關(guān)部委認(rèn)可，為2013年財(cái)政部、國(guó)土部、國(guó)家能源局等四部委聯(lián)合下發(fā)《煤礦充填開采工作指導(dǎo)意見》提供了決策依據(jù)，成為鼓勵(lì)充填開采工作的綱領(lǐng)性文件，也為2014年財(cái)政部、稅務(wù)總局兩部委《關(guān)于實(shí)施煤炭資源稅改革的通知》的出臺(tái)奠定了基礎(chǔ)。2012年國(guó)家能源局在新礦集團(tuán)召開“全國(guó)煤炭行業(yè)充填開采工作會(huì)議”，2014年7月受人社部、國(guó)家能源局委托，新礦集團(tuán)承辦了“全國(guó)煤炭綠色開采高級(jí)研修班”，同年11月與中國(guó)礦大等聯(lián)合舉辦了“綠色開采理論與實(shí)踐國(guó)際研討會(huì)”。
2.承建“煤礦充填開采國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室”
2013年6月，新礦集團(tuán)獲得國(guó)家發(fā)改委批準(zhǔn)，成為國(guó)內(nèi)煤炭行業(yè)唯一一家國(guó)家級(jí)充填開采研發(fā)和工程化平臺(tái)，新礦集團(tuán)借助重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，開展充填開采重大工程及技術(shù)裝備的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)驗(yàn)證、產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和重大新產(chǎn)品開發(fā)、重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究制定，培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新人才。
充填工藝技術(shù)示意圖
3.培育出國(guó)家級(jí)“礦產(chǎn)資源綜合利用示范基地”
新礦集團(tuán)以煤礦充填綠色開采工程為核心，將井下煤矸分離、精細(xì)化選煤、資源綜合利用等新技術(shù)、新工藝全面應(yīng)用到煤炭生產(chǎn)全過(guò)程，有效提高“三率”（采區(qū)回采率提高了9.6%、精煤回收率提高了4.95%、當(dāng)年產(chǎn)矸石綜合利用率保持100%），2011年成為全國(guó)40家礦產(chǎn)資源綜合利用示范基地（煤炭行業(yè)5家）之一，2016年通過(guò)國(guó)家核查驗(yàn)收，資源綜合利用模式成為行業(yè)典范。
4.承擔(dān)行業(yè)12項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)制定
集團(tuán)積極參與行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作，與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)合作，先后承擔(dān)了12項(xiàng)充填開采技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)起草任務(wù)，并列入國(guó)家能源局能源領(lǐng)域行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃，為煤炭工業(yè)矸石充填規(guī)范發(fā)展奠定了技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)。
新礦集團(tuán)充填開采技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)一覽表
5.充填開采技術(shù)成果豐碩
“矸石充填置換煤關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”項(xiàng)目獲2008年國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)；“我國(guó)東部煤礦深井巷道松軟圍巖失穩(wěn)安全控制關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”、“大傾角煤層綜采綜放工作面成套裝備關(guān)鍵技術(shù)”2項(xiàng)成果分別獲2011年、2012年國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)；“煤矸石井下充填置換煤成套技術(shù)與裝置”被列入國(guó)土資源部礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用先進(jìn)適用技術(shù)推廣目錄；新礦集團(tuán)獲得充填開采國(guó)家專利24件，其中發(fā)明專利17件。
煤礦矸石充填國(guó)家專利（部分）
6.實(shí)現(xiàn)“技術(shù)”到“產(chǎn)業(yè)”的成功跨越
培育孵化了一批以山能機(jī)械、立業(yè)裝備、恒馳工貿(mào)、新業(yè)建材為代表，集充填開采工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備及配件制造、銷售和安裝、維護(hù)、管理、運(yùn)營(yíng)為一體的專業(yè)化公司，實(shí)現(xiàn)了煤礦充填開采成套技術(shù)輸出一體化運(yùn)作。成功將充填開采工藝配套輸出到河北、遼寧等省的9個(gè)礦井，施工充填開采項(xiàng)目18項(xiàng)，簽訂服務(wù)合同1.8億元。
現(xiàn)場(chǎng)充填搗實(shí)設(shè)備
三、以矸換煤綠色開采解決的重大問題
新礦集團(tuán)相繼在17個(gè)礦井、129個(gè)工作面推廣應(yīng)用充填開采工藝，累計(jì)完成以矸換煤量2488萬(wàn)噸，累計(jì)減少矸石山7座，停運(yùn)矸石山運(yùn)矸系統(tǒng)12套。破解了制約新礦發(fā)展多年的“三大難題”。
1.破解了資源日趨枯竭的難題
實(shí)施充填開采以來(lái)，累計(jì)以矸換煤產(chǎn)量2488萬(wàn)噸，充填矸石3110萬(wàn)噸以上。整個(gè)“十二五”期間將解放呆滯儲(chǔ)量2.3億噸，采區(qū)回收率提高10%以上，老區(qū)礦井穩(wěn)產(chǎn)穩(wěn)效服務(wù)年限延長(zhǎng)10年以上，緩解資源枯竭礦井面臨的轉(zhuǎn)產(chǎn)、環(huán)境、民生等一系列社會(huì)問題。同時(shí)，也為企業(yè)加快新區(qū)建設(shè)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型贏得時(shí)間。
2.破解了環(huán)保壓力陡增的難題
在新礦老區(qū)，伴隨著煤炭開采產(chǎn)生了大量煤矸石，最高時(shí)形成了22座矸石山，占地92公頃，最高堆存量4833萬(wàn)噸。通過(guò)實(shí)施“以矸換煤”工程，從源頭上杜絕了矸石排放帶來(lái)的環(huán)境污染，礦區(qū)環(huán)境面貌和空氣質(zhì)量得到顯著改善。目前，已累計(jì)在17個(gè)礦井、129個(gè)工作面推廣應(yīng)用充填開采工藝，累計(jì)完成以矸換煤量2488萬(wàn)噸，累計(jì)減少矸石山7座，停運(yùn)矸石山運(yùn)矸系統(tǒng)12座，煤矸石綜合利用率保持在100%以上。
3.破解了地企矛盾凸顯的難題
目前，新礦集團(tuán)老區(qū)礦井壓覆村莊143個(gè)，涉及鄉(xiāng)鎮(zhèn)15個(gè)；省內(nèi)新區(qū)壓覆村莊104個(gè)，平均壓覆資源量占可采儲(chǔ)量的69.2%。采取充填開采后，地表沉陷明顯降低，經(jīng)地表實(shí)測(cè)，充填開采工作面地表下沉系數(shù)僅為0.3以下，最小值為0.1，地面建筑物損害大幅度降低，大大減少了因農(nóng)田塌陷、農(nóng)房毀損、地表沉陷而造成的工農(nóng)關(guān)系糾紛和因此而產(chǎn)生的賠償費(fèi)用。
四、充填開采推廣意義重大
煤礦充填開采工作對(duì)于整個(gè)煤炭行業(yè)而言，既有現(xiàn)實(shí)作用，更有長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)生產(chǎn)礦井“三下”壓煤量高達(dá)140億噸，當(dāng)前東部主要產(chǎn)煤省，如山東、江蘇、安徽、河南、河北五省僅村莊壓煤占我國(guó)“三下”壓煤總量的55%以上。若采用充填開采技術(shù)，可減少煤矸石排放8億噸，減少大量粉塵、SO2、CO2等大氣污染，減少大量矸石堆存占地和采煤塌陷土地，置換大量“三下”壓煤，尤其是煤炭資源枯竭、村莊人口密集、土地緊張的東部地區(qū)，充填開采技術(shù)推廣意義重大，前景廣闊。
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