一、項目背景
新汶礦區(qū)經(jīng)過半個多世紀的開采，資源衰減、生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境壓力越來越大。自1995年以來，部分礦井衰老加快，先后有6個礦關(guān)閉破產(chǎn)，礦區(qū)可采儲量大幅衰減。隨著礦井不斷延深，礦井平均采深超過900米，其中8個礦已達-1000米以下，與之伴隨的是瓦斯煤塵、沖擊地壓、高溫熱害等自然災害越來越突出，安全管理難度越來越大。同時，礦井壓覆村莊247個，平均壓覆資源量占到可采儲量的69.2%?；诖?，為加快老區(qū)生產(chǎn)方式變革，推動企業(yè)持續(xù)發(fā)展，自2004年起，新礦集團確立了“充填開采、綠色生產(chǎn)”的發(fā)展思路，率先在全國開展了“矸石充填置換煤炭”技術(shù)研究和實踐。
二、創(chuàng)新成套技術(shù)
按照“集團推動、因礦制宜、集成創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)運作”思路，圍繞矸石“不轉(zhuǎn)移、不升井、不上山”目標，新礦集團系統(tǒng)推進充填開采工作，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個礦井、129個工作面推廣應用充填開采工藝，累計完成以矸換煤量2488萬噸，充填矸石3110萬噸，解放呆滯儲量3億多噸，減少矸石山7座，停運矸石山運矸系統(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.助推國家充填開采政策出臺
新礦集團與科研機構(gòu)聯(lián)合開展的《充填開采鼓勵政策研究》課題獲得國家有關(guān)部委認可，為2013年財政部、國土部、國家能源局等四部委聯(lián)合下發(fā)《煤礦充填開采工作指導意見》提供了決策依據(jù)，成為鼓勵充填開采工作的綱領(lǐng)性文件，也為2014年財政部、稅務(wù)總局兩部委《關(guān)于實施煤炭資源稅改革的通知》的出臺奠定了基礎(chǔ)。2012年國家能源局在新礦集團召開“全國煤炭行業(yè)充填開采工作會議”，2014年7月受人社部、國家能源局委托，新礦集團承辦了“全國煤炭綠色開采高級研修班”，同年11月與中國礦大等聯(lián)合舉辦了“綠色開采理論與實踐國際研討會”。
2.承建“煤礦充填開采國家工程實驗室”
2013年6月，新礦集團獲得國家發(fā)改委批準，成為國內(nèi)煤炭行業(yè)唯一一家國家級充填開采研發(fā)和工程化平臺，新礦集團借助重點實驗室平臺，開展充填開采重大工程及技術(shù)裝備的設(shè)計和試驗驗證、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)標準研究制定，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.培育出國家級“礦產(chǎn)資源綜合利用示范基地”
新礦集團以煤礦充填綠色開采工程為核心，將井下煤矸分離、精細化選煤、資源綜合利用等新技術(shù)、新工藝全面應用到煤炭生產(chǎn)全過程，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%、當年產(chǎn)矸石綜合利用率保持100%），2011年成為全國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年通過國家核查驗收，資源綜合利用模式成為行業(yè)典范。
4.承擔行業(yè)12項標準制定
集團積極參與行業(yè)技術(shù)標準制修訂工作，與中國礦業(yè)大學合作，先后承擔了12項充填開采技術(shù)標準起草任務(wù)，并列入國家能源局能源領(lǐng)域行業(yè)標準制修訂計劃，為煤炭工業(yè)矸石充填規(guī)范發(fā)展奠定了技術(shù)標準基礎(chǔ)。
新礦集團充填開采技術(shù)標準一覽表
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)研究與應用”項目獲2008年國家科學技術(shù)進步二等獎；“我國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項成果分別獲2011年、2012年國家科技進步二等獎；“煤矸石井下充填置換煤成套技術(shù)與裝置”被列入國土資源部礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用先進適用技術(shù)推廣目錄；新礦集團獲得充填開采國家專利24件，其中發(fā)明專利17件。
煤礦矸石充填國家專利（部分）
6.實現(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、設(shè)備及配件制造、銷售和安裝、維護、管理、運營為一體的專業(yè)化公司，實現(xiàn)了煤礦充填開采成套技術(shù)輸出一體化運作。成功將充填開采工藝配套輸出到河北、遼寧等省的9個礦井，施工充填開采項目18項，簽訂服務(wù)合同1.8億元。
現(xiàn)場充填搗實設(shè)備
三、以矸換煤綠色開采解決的重大問題
新礦集團相繼在17個礦井、129個工作面推廣應用充填開采工藝，累計完成以矸換煤量2488萬噸，累計減少矸石山7座，停運矸石山運矸系統(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
實施充填開采以來，累計以矸換煤產(chǎn)量2488萬噸，充填矸石3110萬噸以上。整個“十二五”期間將解放呆滯儲量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、民生等一系列社會問題。同時，也為企業(yè)加快新區(qū)建設(shè)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型贏得時間。
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，最高時形成了22座矸石山，占地92公頃，最高堆存量4833萬噸。通過實施“以矸換煤”工程，從源頭上杜絕了矸石排放帶來的環(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，已累計在17個礦井、129個工作面推廣應用充填開采工藝，累計完成以矸換煤量2488萬噸，累計減少矸石山7座，停運矸石山運矸系統(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，新礦集團老區(qū)礦井壓覆村莊143個，涉及鄉(xiāng)鎮(zhèn)15個；省內(nèi)新區(qū)壓覆村莊104個，平均壓覆資源量占可采儲量的69.2%。采取充填開采后，地表沉陷明顯降低，經(jīng)地表實測，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)生的賠償費用。
四、充填開采推廣意義重大
煤礦充填開采工作對于整個煤炭行業(yè)而言，既有現(xiàn)實作用，更有長遠意義。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國生產(chǎn)礦井“三下”壓煤量高達140億噸，當前東部主要產(chǎn)煤省，如山東、江蘇、安徽、河南、河北五省僅村莊壓煤占我國“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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