中国煤科：给煤基固废找个好去处

　　一般情况下，矸石处理系统设备都布置在地面。而山西天地王坡煤业有限公司(以下简称王坡煤矿)近日却在组织矸石破碎机、给料机、搅拌机等设备下井。等到设备到位、施工完成后，该矿将实现矸石不升井。这是中国煤炭科工集团有限公司(以下简称中国煤科)在煤基固废综合处置方面的一次探索。

　　近年来，中国煤科深入践行习近平生态文明思想，强化科技创新，利用技术优势，因地制宜，为煤基固废找个好去处，推动煤基固废规模化、智能化、资源化处理。

　　矸石不外排，助力绿色开采

　　王坡煤矿是高瓦斯矿井，回采前需掘进瓦斯抽采巷，产生大量矸石。有关政策要求，禁止新建或扩建永久性煤矸石堆放场。王坡煤矿所处的黄河流域中上游地区生态环境脆弱，矸石用于生产建材、填路等方面需求较少，矸石利用率仅 20%左右。矸石无害化处理已成为制约该矿高质量发展的因素之一。

　　传统矸石规模化充填处置通常要在地面建设规模较大的矸石处置系统，包括破碎站、制浆站、充填站等，需要一定规模的地面场地。地面矸石破碎站建设还需较长的审批周期，导致项目建设周期较长。另外，将大量矸石输送至地面，再转运至充填站，也需占用矿井生产资源，显著增加矸石处置费用。

　　针对这些问题，中国煤科所属科工生态开展了矸石充填处置技术研究，在王坡煤矿井下建设掘—充一体化系统，将岩巷盾构掘进矸石直接同步充填至邻位采空区或废弃巷道，构建了一整套“碎—拌—输—充”集成化工艺系统，实现在井下连续稳定处置矸石。

　　据介绍，王坡煤矿井下矸石处置项目矸石年处理能力达30万吨，矸石不升井，可显著节约矸石升井和外排处置费用;矸石充填至采空区，降低了充填区域新掘进巷道的支护难度;直接利用矿井水、盾构掘进废水作为生产用水，节约了水资源，经济、生态效益明显。

　　中国煤科所属北京华宇则以环境低损伤开采理念为出发点，围绕矸石、粉煤灰等煤基固废处置难题，采用高位离层注浆充填技术、邻位注浆充填技术、低位(原位)注浆充填技术以及老空区充填技术，形成了集固废处理、地表减沉、保水储水、矿压弱化于一体的绿色开采四位一体注浆充填技术体系。

　　在淮河能源集团唐家会煤矿矸石处理项目中，北京华宇提出以井下采空区注浆充填方式处理矸石，每年可在地下无害化注浆充填处理矸石100万吨，实现矸石不外排，助力绿色开采。

　　智能化处理，运营简单高效

　　煤矿智能化建设是一项系统工程，也体现在煤基固废处理上。

　　今年3月，由中国煤科所属武汉设计院联合总承包的全国最大智能化矸石充填系统在陕煤集团小保当矿业公司正式投运。该充填系统年可处理矸石量达200万吨，创下了单体项目建设规模最大、单体项目矸石处置能力最大、高浓度矸石浆体单泵水平管道输送距离最远等多项第一。

　　据了解，小保当矿业公司矸石充填系统建成了智能控制系统，可以实现矸石充填系统成套设备一体化控制，包括矸石破碎系统、矸石给料系统、制浆及泵送系统等;各项关键数据可实时在线监测，定时自动对成套设备进行健康评估，智能识别设备早期故障和异常状态，实现了充填系统的高效运行、智能运维、智慧管理。

　　11月3日，由科工生态自主研发的国内首套移动式智能制充一体化系统在济宁下线。该系统突破了传统注浆系统建设慢、效率低、场地要求高的限制，可用于矿山资源采前地面预注浆，采中防治水、防灭火、覆岩离层注浆、抢险救援，采后采空区治理等领域。

　　作为一座可移动注浆站，移动式智能制充一体化系统可实现一键启车、一键冲洗、一键停车、远程遥控控制以及无人值守，一台设备即可完成注浆作业全部工作流程，具有自动化程度高、浆液指标稳定、注浆控制精准、操作简单、移动灵活、安全系数高等特点，可提高工作效率，减少运维成本。

　　中国煤科所属开采研究院则基于国家能源集团郭家湾煤矿矸石井下排放需求，“三下”压煤问题突出以及煤层埋深浅、特厚的特点，研制出智能连采连充关键装备，攻克低压缩率矸石膏体充填材料、高接顶率充填工艺，破解矸石充填效率低、成本高等难题。目前，该项目已完成前期研究工作，拟建立“连采—连运—连充”规模化高质量采充系统;应用连采连充井上井下智能协同控制系统，实现采、充工况变化的智能感知与充填效果实时反馈。

　　探索更多可能，推动资源化处理

　　科技是中国煤科的鲜明特色。在煤基固废处理上，中国煤科集合科研力量，进一步强化科技创新，探索煤基固废处理的更多可能。

　　2019年，中国煤科整合生态治理相关技术力量，成立科工生态，致力于解决采煤沉陷区综合治理与开发、露天矿开采损害及生态修复、煤基固废综合处置和利用等问题。

　　2022年8月，科工生态在陕西省榆林市榆神工业区创新创业产业园新建了充填与固废综合利用重点实验室。该实验室由中国工程院院士王双明领衔，致力于煤炭充填开采技术与装备开发，大宗煤基工业固体废弃物 (煤研石、粉煤灰、气化渣等) 处置研究。

　　依托充填与固废综合利用重点实验室，科工生态构建了“采空区覆岩破坏机理与地表残余沉降变形规律”“城市建筑固体废弃物资源化利用装备”等多项关键基础理论与技术装备体系，并将研究成果应用于张官庄等原村址场地采空区治理项目，累计释放土地资源约7000亩，产生经济效益数百亿元。

　　为实现煤基固废规模化处置和分质分级、资源化利用，科工生态研发形成了煤基固废协同处置与资源化利用技术，包括改性固废胶凝材料、高效燃烧碳利用技术等。

　　据介绍，改性固废凝胶材料可替代水泥，制备全煤基固废协同新型膏体材料，解决了目前煤基固废处置能力小的问题。高效燃烧碳利用技术则可根据不同煤基固废材料的化学组分、物理特性，对高含碳材料进行悬浮脱碳，并通过超细粉磨、定向分选、化学分离等技术措施，生产偏高岭土、化工填料、白炭黑、水玻璃、净水剂、氧化铝等高附加值产品，提升煤基固废资源化和高值化利用水平。