采(cai)煤“微”沉降   全靠“填”得好(hao)

冀中(zhong)能源(yuan)股份(fen)公(gong)司(si)邢東礦建(jian)成全國首個智能化(hua)矸(gan)石(shi)充填工作面，年處理(li)煤矸(gan)石(shi)70萬噸。    

4月(yue)1日，位于(yu)河(he)北邢臺市(shi)區東北方向、占地20余畝的冀中能源股份公司邢東礦(kuang)地面矸(gan)(gan)石(shi)充(chong)填(tian)站正緊張施工。工人們駕駛挖掘機將土石(shi)回填(tian)至砌筑完成(cheng)的容積2000 立方米“矸(gan)(gan)石(shi)倉(cang)”周圍，灑(sa)水降塵、搗實加固、覆蓋防塵網……

“搶(qiang)工(gong)期保進度(du)，5月(yue)底(di)前竣(jun)工(gong)沒問(wen)題(ti)。”負責地面基(ji)建(jian)(jian)施工(gong)的河北春(chun)達建(jian)(jian)筑工(gong)程(cheng)有限公司(si)項目經理王(wang)奇輝得知，他們建(jian)(jian)設的是全國首個智能化(hua)矸石充填工(gong)作面地面配套工(gong)程(cheng)，干起活來更起勁(jing)了。

“附近邢臺礦、東龐(pang)礦運(yun)來的(de)(de)煤矸(gan)石將(jiang)全(quan)部(bu)儲存(cun)于‘矸(gan)石倉’，滿(man)足井下(xia)一天(tian)充(chong)填(tian)(tian)用量。”冀中能源股(gu)份(fen)公司副總工程師、邢東礦礦長吳紅林說，加工后的(de)(de)矸(gan)石粒徑控制在50毫米以下(xia)，順著770余米大(da)垂(chui)深投(tou)料管道(dao)送至井底，“地面和距離(li)井底10公里的(de)(de)11233工作面集控人(ren)員都可對采煤、矸(gan)石轉運(yun)、矸(gan)石充(chong)填(tian)(tian)一鍵啟(qi)停”。

操作自(zi)動化，采煤更輕松

自動化運行(xing)(xing)之前(qian)，每(mei)班移(yi)架(jia)(jia)(jia)4次(ci)到5次(ci)，需要人工(gong)操作工(gong)作面的40多臺液壓支架(jia)(jia)(jia)的手(shou)把閥組，“可累人了(le)”；自動化系統(tong)的應用，讓記憶截(jie)割(ge)、自動跟(gen)機拉架(jia)(jia)(jia)、運行(xing)(xing)數據實時監測(ce)變(bian)為現(xian)實

從井底乘坐20分(fen)鐘平巷人行車，再換乘15分(fen)鐘架(jia)空(kong)乘人裝置(zhi)，便(bian)到達11233工(gong)作面的外巷。一個形似拖掛(gua)房車的集控室映(ying)入(ru)眼(yan)簾(lian)，這是(shi)35歲的邢東(dong)礦綜采(cai)區職(zhi)工(gong)房曉(xiao)亮目(mu)前主要(yao)的工(gong)作區域。

15天(tian)前，房(fang)曉亮還是一名普通的采煤(mei)機(ji)司(si)機(ji)。

“是科技讓我轉型。”畢業(ye)(ye)于(yu)河北機電(dian)職業(ye)(ye)學(xue)院的房曉亮(liang)，從事采煤工作(zuo)10余年，以前每天緊跟采煤機，爬行于(yu)狹小的液壓支架之間(jian)，監(jian)控(kong)(kong)采煤機往復運行。“如今(jin)，坐在集控(kong)(kong)中心電(dian)腦前，就可以遠程(cheng)操控(kong)(kong)、實時監(jian)測工作(zuo)面(mian)的各(ge)種設備。”房曉亮(liang)說。

“叮叮”電話響(xiang)起，調度室(shi)例行測試設備井上聯動反應。隨即，“設備運轉，注意安全”告警(jing)聲響(xiang)起。

屏幕中(zhong)出現地面(mian)調度(du)室職工康(kang)進東的畫面(mian)。只見他輕點(dian)鼠標，11233 工作面(mian)百(bai)余臺設備順煤(mei)溜依次自(zi)動(dong)啟(qi)車，采煤(mei)機、運(yun)輸機、轉載機等綜采設備相繼聯動(dong)運(yun)轉。

房(fang)曉(xiao)亮(liang)介紹，自動化運(yun)行之前，每班(ban)移架(jia)4次到5次，需要人工操作工作面的40多臺液壓支架(jia)的手(shou)把閥組“，可(ke)累人了”。

“自動(dong)化系統(tong)的(de)應(ying)用，讓記(ji)憶截(jie)割、自動(dong)跟(gen)機拉架、運行數據實時(shi)監測變(bian)為現實。”房曉亮(liang)陶醉于自動(dong)化采煤方式(shi)帶來的(de)變(bian)化。

“這(zhe)得益于可180度旋轉的云攝像頭。”邢東(dong)礦(kuang)綜采(cai)區(qu)黨支(zhi)部(bu)(bu)書記賈(jia)金明全程參與設備的安(an)裝調(diao)試，對(dui)每臺監控設備的脾氣了如指掌(zhang)。“前(qian)部(bu)(bu)每6臺支(zhi)架安(an)裝1個，主(zhu)要獲取(qu)采(cai)煤(mei)(mei)機運行(xing)位置和方向，捕捉(zhuo)采(cai)煤(mei)(mei)機動作(zuo)、自動切換視頻(pin)畫面；后部(bu)(bu)每3臺支(zhi)架安(an)裝1個，用于監測矸石充填(tian)效果。”賈(jia)金明說。

據(ju)介紹，各設(she)備轉(zhuan)載(zai)點的(de)(de)攝(she)(she)像(xiang)(xiang)頭(tou)有11個(ge)，整(zheng)個(ge)視頻監(jian)控自(zi)動化(hua)控制攝(she)(she)像(xiang)(xiang)頭(tou)達到了(le)34個(ge)，實現了(le)360度全景影像(xiang)(xiang)。“屏(ping)幕(mu)上的(de)(de)這些數(shu)據(ju)、圖像(xiang)(xiang)都是(shi)它(ta)們(men)實時采集、傳輸回來的(de)(de)。”接到調度室井下停機(ji)指令，賈金明指揮房曉(xiao)亮按下停止按鈕(niu)，所有設(she)備依次停機(ji)，巷道內恢(hui)復了(le)寂靜。

據了解，邢東礦(kuang) 11233 工(gong)(gong)作面自(zi)(zi)動(dong)(dong)(dong)控(kong)制(zhi)(zhi)裝置共分為7部分，分別為矸石(shi)充填(tian)自(zi)(zi)動(dong)(dong)(dong)化(hua)控(kong)制(zhi)(zhi)、采煤自(zi)(zi)動(dong)(dong)(dong)化(hua)控(kong)制(zhi)(zhi)、矸石(shi)充填(tian)率自(zi)(zi)動(dong)(dong)(dong)控(kong)制(zhi)(zhi)、乳液(ye)(ye)泵站自(zi)(zi)動(dong)(dong)(dong)供液(ye)(ye)、矸石(shi)運輸自(zi)(zi)動(dong)(dong)(dong)化(hua)控(kong)制(zhi)(zhi)、原煤運輸自(zi)(zi)動(dong)(dong)(dong)化(hua)控(kong)制(zhi)(zhi)和視(shi)頻(pin)監控(kong)自(zi)(zi)動(dong)(dong)(dong)化(hua)控(kong)制(zhi)(zhi)。井(jing)上(shang)調度室(shi)設(she)有自(zi)(zi)動(dong)(dong)(dong)化(hua)矸石(shi)充填(tian)分控(kong)中(zhong)心(xin)(xin)，井(jing)下工(gong)(gong)作面設(she)有集控(kong)中(zhong)心(xin)(xin)，均可對工(gong)(gong)作面所有設(she)備實施一鍵啟停。

充填支架最大搗實壓力為24兆帕

支架(jia)是定制的(de)(de)，每臺支架(jia)后(hou)部都帶有(you)搗(dao)實煤(mei)矸(gan)石的(de)(de)機械裝置，最大搗(dao)實壓力(li)為24兆帕，這個力(li)度能輕松(song)壓扁一輛重(zhong)型(xing)汽車(che)，保證搗(dao)實后(hou)的(de)(de)區域不發生地面沉降(jiang)

“智能化矸(gan)石充(chong)填工(gong)作(zuo)面(mian)的最(zui)大(da)亮點(dian)是架(jia)后(hou)充(chong)填自動(dong)化。”邢東礦(kuang)副礦(kuang)長王(wang)宏奇(qi)說，系(xi)統滿足了采煤、矸(gan)石充(chong)填平行作(zuo)業(ye)的各項要(yao)求(qiu)。

在  11233 工作面下巷，王宏奇手指每(mei)臺40余噸重的(de)綜采液壓支架(jia)說：“我們的(de)支架(jia)是定制的(de)，每(mei)臺支架(jia)后部都帶(dai)有搗(dao)實煤矸石的(de)機(ji)械裝置，最大搗(dao)實壓力為24兆帕。”

“這(zhe)個(ge)力度能輕松壓扁一(yi)輛重(zhong)型汽(qi)車。”站在一(yi)旁的技術(shu)科工程(cheng)師吳(wu)俊說(shuo)，“保證(zheng)搗實(shi)后的區(qu)域不發生(sheng)地(di)面沉降。”

為(wei)了(le)實現(xian)智(zhi)能化(hua)充填(tian)，邢東礦(kuang)實施了(le)裝備升(sheng)(sheng)(sheng)級(ji)(ji)、改造：建(jian)設基(ji)于(yu)井下 4G  及萬兆環網為(wei)基(ji)礎的(de)智(zhi)能化(hua)礦(kuang)山系統(tong)，主控中(zhong)心下設動(dong)力分(fen)控中(zhong)心、皮帶分(fen)控中(zhong)心、矸(gan)石(shi)工作面分(fen)控中(zhong)心、運輸(shu)分(fen)控中(zhong)心、地面矸(gan)石(shi)投料分(fen)控中(zhong)心；將原(yuan)來ZC5160/30/50型(xing)矸(gan)石(shi)充填(tian)支架升(sheng)(sheng)(sheng)級(ji)(ji)為(wei)  ZC5160/29/48D型(xing)；將架后2根矸(gan)石(shi)搗實千斤(jin)(jin)頂改為(wei)1根，并(bing)增大千斤(jin)(jin)頂直徑，設備故障率大幅降低(di)；支架操作采(cai)(cai)用(yong)電液(ye)自動(dong)控制，將乳化(hua)液(ye)泵站由(you)BRW200/31.5型(xing)提(ti)(ti)升(sheng)(sheng)(sheng)為(wei)BRW400/37.5型(xing)；SGZ730/132型(xing)充填(tian)刮(gua)板(ban)輸(shu)送機提(ti)(ti)升(sheng)(sheng)(sheng)為(wei)SGZ800/200型(xing)充填(tian)刮(gua)板(ban)輸(shu)送機，工作時鏈(lian)速(su)由(you)0.93米/秒提(ti)(ti)高至1.05米/秒，中(zhong)部(bu)槽加寬，采(cai)(cai)用(yong)進口材質，緊湊鏈(lian)、刮(gua)板(ban)采(cai)(cai)用(yong)加強耐磨型(xing)……

王宏奇介紹(shao)，以電液(ye)(ye)控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)為載體，操(cao)作人(ren)員(yuan)在(zai)集控(kong)中(zhong)心即可(ke)對(dui)支架(jia)遠程操(cao)作。根據工作面地質變化(hua)(hua)，電液(ye)(ye)控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)不(bu)斷調(diao)整優(you)化(hua)(hua)后部刮板(ban)輸送機落矸天窗開啟的個數、時(shi)(shi)間，搗(dao)實機構伸縮頻次和擺(bai)梁千(qian)斤(jin)頂抬起高(gao)度；智(zhi)能乳化(hua)(hua)液(ye)(ye)泵(beng)站(zhan)自(zi)動化(hua)(hua)控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)由 15 臺設備組成(cheng)，多泵(beng)聯動、自(zi)動切換，實現了乳化(hua)(hua)液(ye)(ye)濃度在(zai)線(xian)實時(shi)(shi)監控(kong)、自(zi)動配(pei)比，水過(guo)濾精度始(shi)終控(kong)制(zhi)在(zai)5微米以下。

吳(wu)俊說，自(zi)動(dong)充(chong)填(tian)技(ji)術是電液控制技(ji)術的(de)延伸。矸石充(chong)填(tian)率(lv)自(zi)動(dong)控制為2套圖像(xiang)復(fu)核雙檢驗型計量(liang)系統(tong)，分(fen)別(bie)安(an)裝(zhuang)在運(yun)矸第4部(bu)皮(pi)帶、原煤(mei)(mei)運(yun)輸(shu)第1部(bu)皮(pi)帶，通過實時監測(ce)運(yun)矸量(liang)及運(yun)煤(mei)(mei)量(liang)，保證工作面(mian)的(de)矸石充(chong)填(tian)率(lv)達到(dao)85%以(yi)上，每班(ban)可減少用工4人(ren)到(dao)5人(ren)。

“我們這個(ge)工(gong)作面配(pei)備(bei)有39臺矸石充(chong)填支架(jia)和2組端頭支架(jia)、前后運輸(shu)機、轉載機以及自動化(hua)采(cai)煤機等(deng)設備(bei)，多項技術(shu)綜合(he)建成了整個(ge)采(cai)煤充(chong)填智能化(hua)系(xi)統。”檢修班班長安延敏(min)帶領工(gong)友仔(zi)細巡檢每臺設備(bei)，不時感慨，“以前的知識、技術(shu)儲備(bei)遠(yuan)遠(yuan)跟不上發(fa)展(zhan)的腳步啦！”

采空區地面沉降始(shi)終控制在300毫(hao)米以內

投產(chan)20年來(lai)，邢(xing)東礦先(xian)后成功應用了巷道矸石充(chong)填、超高水充(chong)填、工作面矸石充(chong)填等多(duo)種充(chong)填開采技術(shu)；據河北(bei)省煤田(tian)(tian)地質局物測隊(dui)連(lian)續多(duo)年觀測，邢(xing)東礦井田(tian)(tian)內采空(kong)區地面沉(chen)降始終控制在300毫(hao)米以內

矸石充(chong)填是利用煤(mei)(mei)矸石充(chong)填巷道或(huo)采空(kong)區，使巷道或(huo)采空(kong)區頂、底板(ban)得(de)到有效控制(zhi)，抑制(zhi)地面塌(ta)陷的采煤(mei)(mei)方法。

邢東(dong)礦地(di)(di)處(chu)邢臺市(shi)區，環保壓力(li)迫(po)使他們(men)從(cong)建礦初期就獨(du)創了矸石(shi)充(chong)填的采(cai)(cai)煤(mei)工藝(yi)——把(ba)采(cai)(cai)煤(mei)伴生的矸石(shi)充(chong)填到井(jing)下巷道。這樣做，不僅能把(ba)矸石(shi)“消滅”在井(jing)下，還(huan)能有(you)效避免地(di)(di)表下沉(chen)。據河北省煤(mei)田地(di)(di)質局(ju)物測(ce)隊連(lian)續多年(nian)觀測(ce)，邢東(dong)礦井(jing)田內(nei)采(cai)(cai)空區地(di)(di)面沉(chen)降(jiang)始(shi)終控制在300毫(hao)米以內(nei)。

投產  20 年來，邢東礦(kuang)先后(hou)成功應用了(le)巷道(dao)(dao)矸(gan)石(shi)充填、超高水充填、工(gong)作(zuo)面矸(gan)石(shi)充填等多種充填開(kai)采(cai)(cai)技(ji)術。僅運用巷道(dao)(dao)矸(gan)石(shi)充填技(ji)術就(jiu)(jiu)累計(ji)完(wan)成充填巷46條，總長度(du)20425米(mi)(mi)，充填矸(gan)石(shi)37.6萬立方(fang)米(mi)(mi)，置換(huan)煤炭61.8萬噸；建成全(quan)國(guo)首個(ge)井下(xia)洗煤廠，洗出的矸(gan)石(shi)全(quan)部用于井下(xia)采(cai)(cai)空區回(hui)填。邢東礦(kuang)打(da)破(po)了(le)“有煤礦(kuang)就(jiu)(jiu)有矸(gan)石(shi)山(shan)”的傳統思(si)維，成為(wei)全(quan)國(guo)第一家“采(cai)(cai)煤不見矸(gan)”的煤炭企業。充填開(kai)采(cai)(cai)技(ji)術獲得中(zhong)國(guo)煤炭工(gong)業科(ke)技(ji)進步獎，先后(hou)取得了(le)5項國(guo)家發(fa)明專利(li)。

“邢(xing)東礦井(jing)田范圍內有大小村莊11個，村莊及工業廣場煤柱壓煤量占全部儲量的86%，建（建筑物）下壓煤嚴重。”吳(wu)紅林說(shuo)，如把(ba)這部分資源(yuan)回收，就(jiu)必須采用建下充填(tian)開采方式。

現階段，邢(xing)東礦采用(yong)以高(gao)(gao)水(shui)充(chong)(chong)填(tian)開(kai)采為主、矸石充(chong)(chong)填(tian)開(kai)采為輔的建下(xia)充(chong)(chong)填(tian)開(kai)采方式(shi)。高(gao)(gao)水(shui)充(chong)(chong)填(tian)開(kai)采要(yao)使用(yong)大量的高(gao)(gao)水(shui)充(chong)(chong)填(tian)材料(liao)和(he)充(chong)(chong)填(tian)袋等(deng)，雖然在(zai)工藝上經過(guo)了(le)優化改進，但仍需較高(gao)(gao)的開(kai)采成(cheng)本；用(yong)于(yu)充(chong)(chong)填(tian)的矸石來源于(yu)處(chu)理井(jing)(jing)下(xia)篩分、巖巷掘進、整修，以矸定產，制約了(le)礦井(jing)(jing)產量。

日前，國家出(chu)臺的(de)  《關于“十四五”大宗(zong)固(gu)體(ti)廢(fei)棄物(wu)綜合(he)利用的(de)指導意見(jian)》中(zhong)提(ti)出(chu)，到2025年煤(mei)矸石、粉(fen)煤(mei)灰等(deng)大宗(zong)固(gu)廢(fei)綜合(he)利用率要(yao)達到60%，存量大宗(zong)固(gu)廢(fei)要(yao)有序減(jian)少，并在煤(mei)炭行業(ye)推廣“煤(mei)矸石井下充(chong)填+地面回(hui)填”，促進矸石減(jian)量。“這是莫大的(de)鼓舞，證(zheng)明我們的(de)路子是對的(de)。”吳紅林說。

如果(guo)滿負(fu)荷生產，邢東(dong)礦(kuang)自(zi)產的矸石，遠(yuan)遠(yuan)不能滿足需要。考慮到矸石充填(tian)成本(ben)低(di)、效(xiao)果(guo)好、保護(hu)環境等特(te)點，此次邢東(dong)礦(kuang)設計智能化矸石充填(tian)工(gong)作(zuo)面便采用礦(kuang)外（邢臺(tai)礦(kuang)、東(dong)龐礦(kuang)）矸石，結合井(jing)下自(zi)產矸石混(hun)合充填(tian)，并改(gai)進矸石充填(tian)工(gong)作(zuo)面效(xiao)率(lv)，達到矸石入井(jing)、固廢(fei)減(jian)排的目的。

算(suan)經濟賬，也算(suan)環保賬

除了煤(mei)矸石，他(ta)們(men)的目光還瞄向了建筑垃(la)(la)圾等固體廢物(wu)，經過(guo)無害化處理(li)，建筑垃(la)(la)圾也能成為很(hen)好的井下用(yong)充填(tian)材料

“現在做夢都想著矸石(shi)(shi)(shi)。”賈金(jin)明說，“礦上按照充填1噸矸石(shi)(shi)(shi)13元的(de)標準為綜采區結算月(yue)度工資總額。全礦的(de)矸石(shi)(shi)(shi)都集中到我這兒，也只能滿足(zu)一個班的(de)生產(chan)，根(gen)本‘吃不(bu)飽’。”

綜采區有107名(ming)職工(gong)，每天(tian)1000多噸煤炭產(chan)量影響了職工(gong)收入(ru)。“急紅眼”的賈金明帶著(zhu)“吃不飽(bao)”的工(gong)友四處打零(ling)工(gong)，巷道擴(kuo)幫、臥(wo)底，兄弟單(dan)位(wei)安裝、拆除(chu)設備。

“出大力(li)還不掙錢(qian)。”每月工資(zi)只有5000多元的房曉亮抱怨著(zhu)，也盼望著(zhu)地面回料(liao)系統早日(ri)建成。“到(dao)那時，一個月萬(wan)把塊錢(qian)工資(zi)妥(tuo)妥(tuo)的。”賈金明(ming)說。

“按(an)照精(jing)煤(mei)戰略要求，邢東礦所產原煤(mei)經過汽運(yun)全部運(yun)往邢臺礦、東龐礦洗煤(mei)廠精(jing)加工。以前(qian)回來是空(kong)車，系統建成(cheng)后將(jiang)拉回 2 個礦的矸石。”吳紅林也在(zai)算賬。他說，相比(bi)高水(shui)充填的材料成(cheng)本，運(yun)輸成(cheng)本顯(xian)然更易接受。

其實(shi)，在他心里還有(you)一本大(da)賬——智能化矸石充(chong)(chong)(chong)填工(gong)藝解決了(le)建下矸石充(chong)(chong)(chong)填采煤(mei)的瓶頸問(wen)題，為社(she)會提(ti)供(gong)了(le)可資借鑒的矸石處(chu)理方法(fa)，減(jian)少(shao)了(le)矸石對環境(jing)的污染；增強充(chong)(chong)(chong)填效果(guo)，有(you)效控制地表移動變(bian)形，可廣泛(fan)應用于類似條件、類似礦井建下的充(chong)(chong)(chong)填開采；開創(chuang)利用礦外(wai)矸石、運(yun)用投料(liao)孔投放井下的先河，解放大(da)量呆滯煤(mei)炭資源，且(qie)不同程度改善了(le)充(chong)(chong)(chong)填效果(guo)，延長礦井服務(wu)年限 10 年。

據了解，邢(xing)東礦已(yi)實現地面對 11233 工(gong)作(zuo)面所有(you)設(she)備的一鍵啟(qi)停。動力(li)、皮(pi)帶(dai)、運輸、地面矸(gan)石投料4個分控中心(xin)正處于(yu)緊張的安裝調(diao)試階段(duan)。

下一步，附近(jin)東龐礦、邢臺(tai)礦等地(di)的(de)矸石到位后，除滿(man)足 11233 工作面(mian)生(sheng)產(chan)需(xu)要(yao)外，還會(hui)開(kai)辟 1100  采(cai)區南翼的(de)條帶工作面(mian)煤柱新戰場。

“到那(nei)時(shi)，充填(tian)開采的成本會(hui)更(geng)低，企業效益會(hui)更(geng)好。”吳紅林透露，除了(le)(le)煤(mei)矸石，他們的目(mu)光還瞄向了(le)(le)建筑(zhu)垃(la)圾等(deng)固體(ti)廢物，經過無害化處理，建筑(zhu)垃(la)圾也能(neng)成為很好的井下用充填(tian)材料。

（王海  王印河）