煤矸石里“碳索”出新产业

  伴随着煤矸石充填车间“嘭、嘭”的浆液输送声,现场人员紧盯系统中控台所示的流量、压力等各项参数,时刻精准掌控设备正常运行情况。5月26日凌晨时分,集控室传来振奋人心的消息,由中煤天津设计公司承揽的中天合创葫芦素煤矿矸石充填项目矸石充填量累计达到1000139吨,再度刷新国内煤矸石充填纪录。

  “这是全国首个建设完善并成功运行的百万吨级煤矸石覆岩隔离注浆充填项目。”项目经理张明伟告诉笔者。

  透过现场调度指挥大屏,实时“直播”矸石充填项目作业过程:破碎机、球磨机、注浆泵平稳运转,充填管路如同人体内一根根“动脉血管”,将采煤过程中产生的煤矸石研磨后与矿井水配比形成的“血液”,源源不断输送到地下离层空间,让煤矸石“从哪来、回哪去”。

  近年来,中煤天津设计公司深入践行“绿水青山就是金山银山”理念,发挥央企担当和中煤智库作用,积极探索矸石治理、修复各项工作,切实用技术创新给“生态伤疤”美颜,为煤炭行业产炭不排“碳”提供了全新的“中煤方案”。

  煤矸石,煤炭开采过程中伴随的废弃物,已成为中国煤炭工业固废之首。据不完全统计,现在我国煤矸石堆积量已超70亿吨。

  “这些矸石块虽然看上去不起眼,但如若处理不好,不仅会造成污染,增加处置成本,还会响矿井正常生产。”中煤天津设计公司所属离层注浆技术公司CEO马新青说道。

  “十四五”以来,我国大力推进高水平质量的发展和生态文明建设,对煤矸石处理提出了更高的要求,如何在有序推进“双碳”战略及严守生态保护红线的前提下,实现煤炭资源安全高效绿色开发,提高煤矸石高的附加价值利用率,已然成为煤炭行业亟待解决的难题。

  早在2020年,中煤天津设计公司就开始布局煤矸石充填领域,成立专门研发团队进行技术创新,并联合中国矿业大学、多家设备制造商、实施工程单位、煤矿企业、科研院所开展协同攻关。

  为掌握一手资料,研发团队不是在现场,就是在去现场的路上,跑遍全国各大煤业集团主要矿区,行李箱装满了四季。通过取样测试研究不一样的地区矸石组分、粉磨功指数、相对可磨度,开展环管实验、浆液沉降实验、管路阻力测试等实验论证,不断精细优化工艺设计。

  从0到1的过程,镌刻着中煤天津设计公司人的精气神。无数个通宵达旦的夜晚,此起彼伏的讨论声、键盘敲击声似乎从未停歇,交织成一首奋斗交响曲。团队相互鼓励,默契配合,流程工艺不断精益,技术方案逐步成型。

  “虽然累但有意义,这是一场必须打赢的‘硬仗’!”回想起艰辛的科研攻关历程,马新青依然心潮澎湃,目光坚毅。

  经过前期大量调研、反复论证研究,研发团队首创性提出了处废、防冲、减震、保水、减沉“五位一体”安全绿色开采工艺、台阶立体布置等覆岩隔离注浆专有技术。“这是一种通过地面钻孔向覆岩离层带中注入矸石作为充填材料,有效阻止和减缓地面沉降的绿色开采。从根本上大规模解决了煤矿矸石处理难题,节省了矸石处理成本,为煤矸石处置开辟了新思路、提供了新解法。”马新青介绍道。

  6月的葫芦素煤矿,青草吐绿、树木繁茂,处处绿意盎然,不时还能听见鸟的叫声,仿佛置身在花园之中。

  这座2016年建成投产的年轻煤矿如今真正的完成了“采煤不见煤、运煤不见尘、矸石零排放”,人与自然、工业与生态的和谐在这里成为现实。

  从黑色到绿色,昔日令人头疼的煤矸石,如今变废为宝,成为有效治理煤矿采空区地表沉陷的“基石”。

  2020年5月,中天合创葫芦素煤矿引进中煤天津设计公司煤矸石覆岩隔离注浆充填绿色开采技术,并于2022年11月落地实施,年平均矸石处理量约150万吨,创下了国内覆岩离层注浆充填处理矸石项目顶级规模、煤矸石领域最大球磨机和永磁电机、注浆台数最多、输送距离最远等多项第一。

  数据显示,实施离层注浆的工作面较常规回采工作面涌水量减少38%,地表下沉减少42%,冲击地压能量等级事件减少30%,安全环保效果显著。

  “利用煤矸石注浆充填技术,不仅解决了地表沉降和塌陷问题,节省了修复费用,还解决了困扰多年的煤矸石固废排放的难题,这是一举两得的好事。”该矿工作人员说道。

  今年4月,陕西省首个百万吨级煤矸石覆岩隔离注浆充填示范项目在大海则煤矿建成并顺利投运,这是中煤天津设计公司在继葫芦素离层注浆项目后承揽的又一样板工程。

  目前,该系统矸石最大解决能力能达到每天4000吨,未来随着外来矸石调配补套系统的建成,年处理矸石能够稳定达到150万吨,较以往矸石综合利用处置方式仅矸石和水处理费用就可节省约6000万元/年。

  “通过与中国中煤葫芦素煤矿、大海则煤矿以及山东能源集团石拉乌素煤矿、营盘壕煤矿建立长期合作伙伴关系,我们已初步形成了一套完善的理论体系与工艺流程,构建起从研发设计,到工程总承包,再到后期运营的完整产业链。”中煤天津设计公司公司党委书记、董事长郭庆华说,“未来,我们将牢记‘端牢能源饭碗’的殷切嘱托,继续坚定不移沿着生态优先、绿色发展的道路,围绕煤炭行业高水平发展的重大需求布局创新链,用创新链驱动产业链、用产业链实现价值链,助力煤炭行业高效安全绿色开采和先进产能释放。”(冯亚杰)