走進晉能控股集團長治公司三元煤業充填開采集控中心,巨大的電子屏上,各項數據實時跳動:充填流量130m³/h、管路壓力3.2MPa、單次充填量1500m³……這里,不僅是三元煤業破解“三下”(建筑物下、水體下、鐵路下)壓煤難題的前沿陣地,更成為晉能控股集團煤炭綠色開采的生動樣本。
近年來,晉能控股集團堅持“立足自主、積極合作、創新技術、加大應用”,深化與科研院所、高等院校產學研合作,加快連采連充技術、覆巖離層注漿充填開采、保水開采、煤與瓦斯共采、小(無)煤柱開采等綠色開采工藝的實踐探索,推動出臺了《煤礦體充填開采技術規范》《煤礦離層注漿技術規范》等企業標準,形成資源、環境相協調的“高利用、低排放、少破壞”的開采模式,持續為煤炭綠色開采注入新動能。
“資源困局”實現“綠色突圍”
晉能控股集團現有煤礦225座,產能4.6億噸,177座生產礦井,多年來承擔著能源保供的重任。然而高產背后,資源瓶頸日漸凸顯。以長治公司為例,其下轄的13座生產礦井近三年多累計生產原煤7000余萬噸,但超半數礦井服務年限已不足10年,“三下”壓覆資源總量占剩余可采儲量的67%。其中,三元煤業3#煤層壓覆量達9000萬噸以上,占總儲量的六成。
2019年,三元煤業率先突圍,立項建設建(構)筑物下充填開采項目。技術團隊跑遍山東、內蒙古取經,歷經50多次專題研討,形成5萬余字專題會議紀要,完成上百次方案調整,最終啃下硬骨頭。2023年金秋,當首批合格膏體通過2.7公里蜿蜒管路穩穩注入充填工作面時,監控屏幕前爆發出許久的掌聲,“地下采煤、地上無憂”的綠色開采模式終于從概念變為現實。
三元煤業的技術突破并非個例。距其不遠的趙莊礦二號井同樣在綠色開采領域收獲頗豐。為了提高礦井資源回收率、延長服務年限,該井分別于2020年、2023年引進應用覆巖離層區注漿充填開采技術和連采連充相關技術。其中,覆巖離層區注漿充填開采技術已累計回收煤炭資源303萬噸,處理煤矸石23.12萬噸;同步建設的煤矸石球磨制漿系統,在保證制漿充填系統穩定運行的同時,實現了煤矸石返井不外排的目標。連采連充技術則成功開采了CT301、 CT312兩個工作面,累計回收煤炭資源38萬噸,處理煤矸石21.34萬噸。
“經驗驅動”躍升“技術驅動”
兩年多來,三元煤業聯合中國礦業大學、華北科技學院等高校,構建起從研發到轉化的全鏈條體系,聚焦膏體配比、充填工藝等核心技術開展攻關,推動科研成果快速落地。其中,兩大綠色充填注漿技術申請國家專利25項,發表相關論文28篇,獲得科技獎勵10余項,《特厚煤層超高支巷安全高效關鍵控制技術》更是達到國際先進水平。
值得關注的是,這些技術創新兼具環保與經濟價值。覆巖離層注漿技術采用粉煤灰代替水泥作為核心注漿材料,累計消耗粉煤灰99.24萬噸,具有經濟實用、性能可靠、綠色環保、環境風險低的優點;膏體充填技術采用礦渣、粉煤灰、煤矸石等固廢膠凝材料替代水泥,不僅降低了膏體制備成本,還節省了煤矸石、粉煤灰等固廢處理和環境治理費約200萬元/年。兩大技術實現了“以廢治沉”,有效保護了上部地層結構和含水層安全,為礦區綠色開采提供了可復制的技術典范。
如今,在集控中心,操作人員只需輕點鼠標,便能實時精準調控井下充填進度,開采區域地表沉降量被牢牢控制在10毫米以內。
目前,晉能控股集團正因地制宜推廣充填開采技術:三元煤業、中能煤業、小常煤業、趙莊二號井已采用覆巖離層注漿充填工藝;連采連充工藝已在趙莊二號井運用;南河煤業、潤宏煤業、皇后煤業等7座煤礦正在推進方案設計與審批流程;同忻煤礦、塔山煤礦、馬脊梁煤礦已采用采空區矸石注漿工藝處理矸石。截至今年7月底,6座開展充填開采的煤礦已累計置換煤炭資源114.1萬噸。
“多元協同”掀起“綠色浪潮”
晉能控股集團的綠色開采探索并非局限于充填開采技術,而是通過小(無)煤柱開采、保水開采、煤與瓦斯共采等技術的協同應用,構建起多元立體的綠色開采格局。
2024年,集團在塔山礦、王莊礦、寺河礦等58座礦井的98個工作面實施小(無)煤柱開采技術,通過優化巷道設計,減少煤柱浪費,多回收煤炭715萬噸,相當于新增一座大型礦井的年產量。2025年,這一技術在馬堡礦等52座礦井的89個工作面繼續推廣,截至7月底已累計多回收煤炭資源302.5萬噸。
在保水開采方面,針對麻家梁礦、榮康礦2座奧灰水帶壓開采危險性較大的礦井,通過井上下施工常規、定向鉆孔,對底板進行注漿充填加固治理,有效防止工作面回采過程中底板擾動造成奧灰水突水,保障了工作面安全回采。
成莊礦、寺河礦、長平礦試點推行煤與瓦斯共采技術,創新發展全礦區、全層位、全時段的煤礦瓦斯“四區聯動”井上下聯合抽采機制和開發模式,讓瓦斯從“安全隱患”變為“清潔能源”。這套技術已在山西重點礦區廣泛推廣,實現了煤與瓦斯安全、高效、綠色共采。