山东煤炭工业充填开采研究与实践

乔乃琛

(山东省煤炭工业局,山东省济南市,250031)

山东煤炭工业充填开采研究与实践

乔乃琛

(山东省煤炭工业局,山东省济南市,250031)

为了推进煤炭工业绿色发展、煤炭清洁高效利用,促进煤炭工业循环可持续发展,分析、研究了山东省煤炭行业实施充填开采的必要性和可行性,通过多种途径转变煤炭生产方式,优化、引导、规范和扶持煤炭企业实施充填开采。

山东煤炭工业 充填开采 生态保护 绿色开采

山东省现有在册矿井194处,原煤产量为1.5亿t/a。近年来,山东省根据能源供需新变化、国际能源发展新趋势,坚持以科学发展观为指导,着力转变煤炭生产方式,大力推进煤矿充填开采,不断提高资源回收率,有效保护生态环境,增强了煤炭工业安全生产和可持续发展的能力。

1 山东省煤炭行业实施充填开采的必要性分析

山东省是产煤大省,煤炭产量曾一度位居全国第二位,然而山东省又是资源小省,截至2014年底探明可采储量约为60亿t。因此,贯彻科学发展观,转变经济发展方式,适应煤炭工业发展新常态,构建新型煤炭工业体系,必须创新生产方式。在进行反思与分析煤炭生产方式的基础上,提出了推进充填开采的发展思路。

1.1 从生态保护方面分析

山东省煤矿开采导致大量地表塌陷、煤矸石堆积。全省煤矿累计塌陷土地约为8.3万公顷(其中已复垦土地约为4.8万公顷,复垦率达到58%,累计投入资金约为70亿元),煤矸石堆积2.04亿t,严重影响和污染环境,治理任务艰巨复杂。山东省委、省政府作出了建设生态山东的重大决定,需要煤炭工业顺势而为,努力减排消化矸石、防控地表沉陷和保护生态环境,探索实施充填开采的新路子。

1.2 从煤炭资源稀缺性方面分析

煤炭资源不可再生,山东煤炭上百年开采历史,造成大量呆滞煤量,如不采取保护性开采措施,剩余煤炭可采储量难以维持20年,需要通过充填置换采煤,提高资源回收率,延长矿井服务年限。

1.3 从解放“三下”压煤方面分析

山东省村庄、建构物稠密,有压煤村庄1949个,压煤量占煤炭可采储量的60%,而且随着工业和城镇化的发展,压覆资源量仍在不断增加,迫切需要创新解放资源的开采方式。

1.4 从安全生产方面分析

通过先期试验开采,普通矸石充填的地表下沉系数可控制在0.3～0.5,高水及膏体充填的下沉系数可控制在0.1,充填开采技术业已非常成熟。根据地表及建筑物保护等级,选择适宜的充填工艺,能够控制地表移动变形程度,维持地面建筑物结构安全和原有使用功能,技术可行,安全可靠。

山东省将充填开采列入重大研究课题和重点工作部署,并设立专门机构,配备专职人员,专项负责协调管理,认真学习贯彻国家能源局、国家财政部、国土资源部和环境保护部制定的《煤矿充填开采工作指导意见》,制定了山东省《关于加强建筑物下压煤开采管理工作的意见》等一系列规范性文件,推动充填开采有序展开。

2 支持充填开采的政策、措施研究

2.1 审批设计方案优先核准充填开采方案

实行“三下一上”开采方案行政许可制,对建筑物下压煤开采方案坚持先充填、再搬迁、慎条带和主要建筑物下必须充填的原则。对建筑物下压煤开采项目审批时,首先进行充填开采可行性论证,甄别方案优先选取充填设计,审查方案优先核准充填开采。

2.2 科研项目优先保障充填开采课题

一是科研经费先保证。“十一五”以来山东省煤矿充填开采科研投入资金达到3.5亿元,山东能源新汶矿业集团实行“三三”制,科研经费提取不低于销售收入的3%,充填投入不低于科研经费的1/3;二是立项鉴定先安排。每年科技计划、成果鉴定和报奖优先考虑充填开采项目,科研成果获得国家科技进步二等奖1项、省部级科技进步一等奖2项、发明专利8项;三是技术成果先推广。将7种充填开采技术、工艺、装备作为示范项目,列入山东煤炭工业科技成果“60推”,重点加以推广应用。

2.3 审核技术改造项目优先安排充填开采矿井

煤矿面对兼并重组和关闭小煤矿的大趋势,积极申请技改项目,规定实施充填开采的矿井优先安排。王庄煤矿因临近城区,一度被列为关闭对象,该矿通过实施充填开采,消除了当地政府对生态影响和地面建筑物破坏的担忧。通过协调,淄博市政府将原来禁采的2亿t资源储量配置给该矿,并报经山东省发改委批准由21万t/a的产量升级改造为45万t/a,目前技改项目顺利推进。

2.4 落实政策优先惠及充填开采矿井

通过与国土、环保部门积极协调,对煤矿企业应缴纳的地质环境治理保证金,经认定充填开采并达到生态保护目标的,减按20%征收。对从事充填技术转让、服务业务取得的收入,协调税务部门减免营业税。在矿井优化生产布局年度审核中,对同一采区需两个工作面交替充填开采的,拟按一个工作面进行考核。将充填开采项目列入煤矿安全改造、产业升级和资源综合利用专项资金支持重点项目,优先享受有关政策支持。济宁市太平煤矿和花园煤矿的充填项目分别获得国家补助资金1500万元和756万元。

2014年1月份,国务院六部委联合到山东省调研煤矿充填开采,2014年10月9日国务院财政部、国家税务总局联合下发《关于实施煤炭资源税改革的通知》,对充填开采置换出来的煤炭,资源税减征50%。该政策的出台,将进一步降低煤矿实施充填开采的生产成本,提高煤矿企业发展充填开采的积极性。

3 因矿、因地制宜,发展多种形式充填开采技术

充填开采是煤炭生产方式的一项重大变革,系统复杂,投入较高,实施困难。在工作中,切实做到因矿、因地制宜,科学规划、协调推进、规范管理。

3.1 统筹规划与因地制宜相结合

重新组织并全面调查山东省煤炭资源赋存状况,排查分析有103处生产矿井适宜充填开采,在此基础上制定了全省煤矿充填开采总体规划和分期规划,截至2017年,山东省充填开采煤炭产量逾600万t/a,大中型矿井实现矸石不上井。引导煤矿企业立足实际,自主探索,形成多种充填开采工艺技术。例如山东能源新矿集团探索形成了“五充一选”等多种充填工艺系统,并联合中国矿业大学出台了多项充填开采能源行业标准;兖矿集团实施了边角煤柱巷采充填和厚煤层短壁综采充填等技术研究;淄博市王庄煤矿自主研发了高水膨胀材料充填技术;山东能源肥城矿业集团曹庄煤矿创新实施了承压水上似膏体充填开采技术;济宁市义能煤矿创新实施了综采工作面分段高水充填开采技术,创出单产超5万t的省内记录;山东能源枣庄矿业集团高庄煤矿创新应用了桥拱式厚煤层充填全采技术等。

3.2 统筹引进联合与自主创新相结合

山东省积极学习借鉴国内外先进技术和成功经验,与德国、波兰等国外专家学者进行学术交流研讨,定期组织矿井负责人到河北、河南等省有关煤矿现场观摩,多次组织煤矿企业与中国矿业大学等高等院校进行产学研交流合作。同时,充分利用山东省煤炭系统2个国家级、14个省级技术中心和2个院士、7个博士后工作站,加大自主研发力度,全方位进行探索实践。充填范围上创新丰富了建筑物下、铁路公路下、水体下和承压水上等开采领域;充填生产上创新丰富了综采、高档普采和炮采等开采方式;充填形式上创新丰富了固体原料、膏体与似膏体和高水与超高水等工艺系统;充填材料上创新丰富了煤矸石、粉煤灰、建筑垃圾和高水膨胀材料等取材渠道。

3.3 统筹推进充填生产与配套设施发展相结合

成立煤矿机械协会,引导煤机企业适应充填开采需求,同步研发充填开采设备,跟进提高充填开采的机械化、自动化水平。山能机械塔高公司研制生产的ZC系列充填液压支架、自移式矸石夯实机等成套设备,成为国家重点推广的节能环保产品。山东能源临沂矿业集团田庄煤矿与中国矿大联合配套建设超高水材料生产厂,设计总生产能力为300万t/a,能够满足省内及周边省份超高水充填工艺需求。

3.4 统筹规范充填开采与加强行业监管相结合

3.4.1 制定技术标准,建立评价体系

制定了山东省地方标准《煤矿充填开采技术效果评价方法》,对充填开采工作面确定了充填量、充实率、采出量、回收率和地表移动变形等主要参数,用以考核、评价充填开采效果,为兑现国家相关扶持、鼓励政策做好技术准备。

3.4.2 健全审批机制,严把设计方案

制定了《建筑物下压煤开采方案设计编制提纲及编制要求》,规定每个矿井的充填开采技术方案须经省级煤炭管理部门审核批准后方可实施。建立了由院士、高校教授和大型企业专家组成的专家库,对充填开采方案缜密论证,慎重审批,严把“两不准”:即不准逾越法规红线、不准逾越安全底线。

3.4.3 全程跟踪监督,强化现场管理

建立了充填开采季报制度,每半年组织专业人员进行一次全面检查,督促落实各项安全技术措施。

4 山东煤炭工业充填开采取得的阶段性成果

近年来,山东省先后已有52对矿井实施了充填开采,完成开采工作面136个,累计充填开采产量达到2737万t,充填矸石3038万t。尽管受宏观经济环境影响,充填开采成本较高,煤炭企业效益下滑,全省煤矿充填开采经历起伏,2014年,山东省仍有31对矿井实施充填开采,充填开采原煤产量491.64万t,充填矸石等固体废弃物564.5万t,取得了明显的经济社会效益。

4.1 压覆煤量解放实现“一增加”

通过实施充填开采,“三下一上”压煤可采储量增加1.5亿t,“十二五”期间山东省煤矿能够增加可采储量3.45亿t。

4.2 资源保护性开发实现“两提高”

4.2.1 提高资源回收率

将原来废弃、呆滞的煤量转化为经济可采储量,“三下”压覆资源实施充填开采的回收率达到70%以上;遗留煤柱实施充填开采的回收率达到60%以上。

4.2.2 提高矿井服务年限

山东能源新矿集团作为省内第1家千万吨级企业,老区8处矿井通过实施充填开采,提高了生产年限10年。济宁市太平煤矿“三下”厚煤层分层膏体充填回收率达到了82%,延长矿井服务年限15年以上。

4.3 生态环境保护实现“三减少”

减少矸石排放,累计减少排放矸石1700万t/a,停运矸石山22座;减少了矸石山占压土地面积,累计减少占压土地450亩;减少地面沉陷,充填开采工作面多数布置在建筑物下,实施充填开采后地面建筑变形都能控制在I级以下,避免了一批斑裂纠纷和补偿,增进了地企和谐。

4.4 安全保障实现“四预防”

通过充实采空区,减少了井下老空积水、积聚瓦斯的空间条件,降低了煤层底板破坏深度,减轻了矿压显现,有效预防了水害、瓦斯爆炸、煤层自燃发火和冲击地压等事故发生,促进了矿井安全生产。全省煤矿安全形势持续稳定,百万吨死亡率已连续11年控制在0.3以下,其中2014年全省煤矿原煤百万吨死亡率为0.09。

5 结论

面对当今全球能源和消费革命,山东省煤炭工业紧跟能源革命新趋势,以绿色低碳为方向,积极推进煤炭绿色开采和清洁利用,通过结合山东省煤层地质特点和区域优势,鼓励扶持煤炭企业发展以充填开采为方向的煤炭绿色开采,通过规范健全充填开采规划和管理,因地制宜,加大科研投入力度,加强政策激励和扶持,有序推动煤炭充填开采健康发展,为我国煤炭清洁高效利用、煤炭工业绿色可持续循环发展以及能源保障与革命打下了良好的基础。

(责任编辑 孙英浩)

Research and practice on backfill mining in Shandong coal industry

Qiao Naichen
(Shandong Bureau of Coal Industry,Jinan,Shandong 250031,China)

In order to promoting green development of coal industry,efficient utilization of clean coal mining and sustainable development of coal industry circle,the authors introduced and studied necessity and feasibility of backfill mining in Shandong coal industry,furthermore,according to various channels to change coal production mode,and also optimized,guided,standardized and supported implement backfill mining for coal enterprises.

Shandong Coal Industry,backfill mining,ecological protection,green mining

TD－1

A

乔乃琛(1961－)男,汉族,山东莱阳人。现任山东省煤炭工业局局长、分党组书记。中国煤炭经济30人论坛成员。