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破解綠色礦山開采“生死局”

— 飛翼股份膏體充填系統(tǒng)創(chuàng)新推廣報告

本報記者 俞慧友

今年的盛夏，劉東人很“爽”：他們迎來礦山綠色開采的“新歡”后，礦區(qū)“被套”資源盤活了，礦井服務年限延長了，環(huán)境污染杜絕了，與礦區(qū)居民關系也和諧了。

去年底，新光集團劉東煤礦與飛翼股份有限公司合作實施膏體充填采煤項目。今年5月，項目通過了江蘇、安徽兩省經信委聯(lián)合組織的現(xiàn)場驗收評審。專家一致認為項目設計合理，技術最先進，施工質量好，建設進度快，各項技術指標達設計要求，并高度評價其“開創(chuàng)了江蘇、安徽兩省壓煤實施充填開采并取得成功的先河，真正實現(xiàn)了綠色開采、和諧礦山建設，對我國煤礦開采壓煤具較高推廣價值和示范作用”。

這是截至目前應用具有完全自主知識產權的膏體充填開采成套技術與核心裝備，成功實施的最復雜工況充填案例。它的成功，成為我國礦山充填開采領域的里程碑事件：“高大上”的膏體充填模式，有了成熟的中國式“經濟型”全套解決方案；國產充填工業(yè)泵性能超行業(yè)國際先進水平，可完全替代進口裝備。

超復雜工況“挑釁” 飛翼膏體充填臨危受命

新光集團劉東煤礦，位于安徽省淮北市境內，屬江蘇、安徽兩省共有，是鹽城、淮北兩市締結為友好城市后合作開發(fā)的首個項目。1998年礦區(qū)建成投產以來，一直采用傳統(tǒng)開采，即邊開采邊留有防地面塌陷的保安煤柱的模式。近年，這一模式頻現(xiàn)“短板”：對生態(tài)環(huán)境累積破壞嚴重，礦社關系緊張；資源利用率低。礦區(qū)已采工作面，留有占總資源近60%的保安煤柱，一旦發(fā)生地面塌陷等事故，這些資源將“陪葬”地下，浪費巨大；三下壓煤采出難。據安徽省地質調查院等有關單位評審，礦區(qū)“三下一上”（地表水體下、建筑物下、鐵路下和水體上）壓煤高達現(xiàn)有探明儲量的65%，800余萬噸優(yōu)質煤資源被“壓”村莊下。若要傳統(tǒng)開采，只能遷民。近年來，礦區(qū)范圍內城市建設了諸多新興項目，遷民顯然“不現(xiàn)實”。

截至目前，礦區(qū)僅采出不足探明煤量的40%。不能采出壓煤，煤礦的生存與發(fā)展就面臨“生死局”。為此，集團急切尋求可實施的綠色礦山充填開采模式。

2011年，礦區(qū)始嘗最“貴族”的高水充填法。高水材料所含結晶水易風化，引起充填體不穩(wěn)定，不能長久支護頂板和抵抗地壓沖擊、覆巖移動。半年試充，該法以失敗告終。

“高水法”的失敗，除自身缺陷外，還與劉東煤礦的超復雜工況有關。礦區(qū)需開采煤層為傾角達30度之大的急傾斜煤層，充填中稍不慎，就將導致頂板垮落；礦井下巷道布局復雜如“山路十八彎”，泵送管路呈近5000米超長距、垂高近600米大采深的高難特征。施工難度之大，國內外罕見。

再度考察膏體充填、固體充填等多種充填開采方式后，集團選擇了膏體充填開采模式，并定標在辰龍集團、河南焦煤、峰峰集團等多礦區(qū)成功實施膏體充填的飛翼股份。

攜自主核心裝備 單泵“突圍”“百彎道”

近5000米的管道長度，仍非“實數”。管道九曲八彎，每個彎頭，等價增加10米長的直線泵送距離的壓力要求。盡管團隊設計中盡力減少“拐彎”點，最終管道內彎頭仍達100多處。這意味著，泵送距離平添1000余米長度。

膏體在超長距管道里輸送，極易發(fā)生離析、斷層和堵管。一次堵管的清理費用，就達百萬人民幣。膏體如何順利“抵達”采空區(qū)，成為整個項目最關鍵的難點。

此前，國內實施的膏體充填案例中，2000多米泵送距離，管道彎頭僅10余個的一般工況下，進口充填工業(yè)泵也常因易堵管而無法實現(xiàn)單泵泵送。為穩(wěn)妥起見，研發(fā)團隊首創(chuàng)“雙泵接力輸送技術”，將兩臺充填工業(yè)泵“串聯(lián)”進行膏體泵送，一則加大對堵管的可控性，二則對膏體二次攪拌，保持其特性在長距離泵送中不受損失。

這一技術成功實現(xiàn)了膏體的超長距離泵送。飛翼股份董事長張澤武和他的研發(fā)團隊仍未滿意。“公司一直秉承‘要滿足并超越用戶需求、為客戶創(chuàng)造價值，使客戶感到幸福’的宗旨。我們只做業(yè)內‘唯一或第一’的技術與產品。這個項目，我們的終極目標是攻克‘復雜工況下的單泵一次性泵送技術’。這是世界上截至目前沒有人做到的‘唯一’與‘第一’?！睆垵晌浔硎尽?/p>

在重新調整膏體配方、再度設計并實驗膏體泵送速度、時間控制，針對性地應用多種技術控制方案后，這一終極目標成功實現(xiàn)。劉東煤礦采用飛翼股份自主研發(fā)的單泵，成功實施膏體充填泵送的當日，研發(fā)團隊內多個硬漢，都為這個幾乎不可能實現(xiàn)的技術突破，流下激動的熱淚。

系統(tǒng)化膏體充填 破史上最短項目周期

項目從獲批到成功運行，飛翼股份創(chuàng)下了新的膏體充填紀錄：僅6個月，連續(xù)兩次、成功突破超長距離、大采深復雜工況下的膏體泵送技術，成功完成劉東煤礦膏體充填。項目在國內充填建設史上，周期最短。

膏體充填是國際最先進的充填開采法。因其是從源頭治理礦山開采污染等問題的最有效途徑，而廣被歐美等發(fā)達國家采用。它將開采后的廢棄物制成膏體，“完璧歸趙”給采空區(qū)，置換出礦產資源。膏體凝結后強度高、無風化、無有毒物質釋放，不污染地下水、不破壞耕地。此法可安全采出煤礦所有類型壓煤。應用于金屬礦，還能將尾礦庫潰壩引發(fā)的土壤、水源等重金屬高污染風險降低到幾乎為零。

針對國外礦山充填開采研發(fā)的“洋設備”，應用到我國礦區(qū)，在泵的承受壓力等方面，受到嚴重挑戰(zhàn)，頻現(xiàn)堵管等“水土不服”。實踐表明，單一引進設備，無法完美匹配國內充填開采工藝需求。

張澤武敏銳地看到了這點。揣著綠色礦山與中國裝備制造業(yè)造世界一流產品的夢想，他毅然轉行投身礦山充填開采業(yè)。通過積極引進高技術人才，全方位布局充填裝備、膏體充填技術、工藝研究，短短四年多時間，這家具有雄厚高速鐵路制梁專業(yè)泵基礎的公司，迅速成為了我國礦山膏體充填行業(yè)的領頭羊：建立了國內首家礦山充填裝備工程技術研究中心及院士工作站，自主研發(fā)出針對我國礦山特點的充填工業(yè)泵，并掌握了膏體充填的全套技術，形成了具有完全自主知識產權，以“充填技術+充填工藝+試驗中心+成套裝備”為核心的六大礦山環(huán)保裝備系列。截至目前，公司在該領域已獲87項專利（發(fā)明專利27項），是我國唯一具有礦山綠色開采成套技術及核心裝備的企業(yè)和唯一具有諸多礦山成功使用案例的全套充填方案供應商。

系統(tǒng)化充填開采的應用，為劉東礦區(qū)帶來了可觀的收益：第一階段可釋放礦區(qū)某工作面近41萬噸壓煤，帶來直接經濟效益2億元。中長期看，中厚煤層采區(qū)回采率可達85%以上，薄煤層采區(qū)回采率達90%以上；開采留設煤柱和邊角殘煤的回采率達80%以上?？傮w可為礦區(qū)釋放壓煤2000多萬噸，延長礦井服務年限近40年。

“膏體充填增加了開采成本。但長遠看，經濟效益、安全性、環(huán)保性都很顯著。這種新技術，可全面置換出以前用舊技術不能開采出的壓煤，資源采出率近100%。膏體材料價格不到高水材料的1/4，購置飛翼充填工業(yè)泵，比進口裝備可減少2/3的費用?，F(xiàn)在，我們不擔心無煤可采了，也不擔心環(huán)境污染和礦社關系了。”新光集團董事長沈志強表示。

在我國積極開展生態(tài)文明建設的今天，綠色礦山建設是其中最重要的構成部分。粗放式開采所帶來的資源采出率低、安全性差、環(huán)境破壞嚴重等問題，有望隨著膏體充填技術的成功國產化與應用實施推廣，獲得接地氣的經濟型解決方式。

目前，飛翼股份膏體充填裝備及成套技術已在我國煤礦、金屬礦等各類礦山中全面展開應用。張澤武表示，公司有志成為粗放式礦山開采時代最有力的終結者。