颠覆传统的“开采必破坏”垮落式开采方式淄矿康格：打造大充填

本刊记者 徐天宝／通讯员 陈凯 张京京 仲昭俊

“再过几个月，这座矗立了几十年的矸石山将彻底消失，矸石山所占的30 多亩土地也将重新变为良田。”10 月22 日，山东能源淄矿集团所属的山东康格能源科技有限公司（以下简称“康格公司”）总经理李秀山，指着岱庄煤矿旁边一座因为充填开采应用而渐渐矮下去的矸石山，自豪地向记者介绍。

贯彻新发展理念，构建新发展格局。这是十九届五中全会公报中对“十四五规划”和二〇三五年远景目标提出的新目标，也是对传统煤炭企业进一步转型升级提出的新要求。作为全国唯一的全产业链充填技术公司，康格公司10 多年来心无旁骛攻主业，研发推广实施充填开采技术，既有效保护生态环境，消除采矿产生的各类固体废弃物，又有效消除矿井生产中存在的冲击地压、面后自燃发火、煤尘、瓦斯、水害等灾害，同时还可以解放大量建筑物、铁路、公路、水体下面压覆的煤炭资源，实现了采矿、生态保护、土地保护、安全生产、煤炭资源利用的多赢，具有巨大的经济效益、社会效益。

“坚持以人民为中心，坚持新发展理念，为实现高质量发展提供根本保证。康格公司的充填技术颠覆了传统的‘开采必破坏’垮落式开采方式，可以说是对传统煤炭开采技术的一次革命。”康格公司董事长孙刚自信地对记者说。

数据“诠释”核心竞争力

膏体充填产能60 万吨/年，原矸充填单面产能100 万吨/年，矸石处理能力200 万吨/年，膏体输送最大垂深1060 米，膏体水平输送距离超过6000 米。康格公司这五项处于国内第一的数据指标，“诠释”了公司的核心竞争力。

统计数据显示，目前我国约有95%的煤炭产自井工开采，且一直采用传统的垮落式顶板管理形态。这种采煤方式对资源和生态环境造成严重破坏。据不完全统计，我国因煤炭开采引起的地表塌陷面积达66 万公顷，煤矸石年产量高达3.8 亿吨，累计堆放50 多亿吨。同时造成矿体表层土壤剥离、地下水断层等破坏性后果，加剧了地表水土流失、土地荒漠化，造成生态系统恶化的速度十分惊人。

充填工作面

淄矿集团岱庄煤矿地处山东省济宁市城乡接合部，建筑物下压煤增多，受城市发展影响，该问题日渐突出，导致矿井资源可采储量骤减，井田范围内煤炭资源日益枯竭，企业面临着“无煤可采”的生存困境。

如何实现矿井的相对可持续发展，成为摆在岱庄煤矿干部职工面前的首要任务。为释放“三下一上（建筑物、铁路、水体下，承压水体上）”压煤、延长矿井服务年限，从2006 年开始，岱庄煤矿组建科研团队，实施充填开采工程技术攻关。但这项技术工艺极其复杂，国内没有成熟经验可借用，压力伴随希望同时而来。历经近3 年的持续研究与改进，2009 年岱庄煤矿建成了第一套膏体充填开采系统，2010 年在该矿2351 工作面进行了工业性试验，成功实现了村庄条带煤柱的二次回采，有效解放出了呆滞遗留煤柱及压覆煤炭资源。至此，矸石膏体充填开采技术的成功实施，为有效延长矿井服务年限、实现相对可持续发展奠定了重要基础。

2012 年12 月，山东省科技厅批准淄矿集团组建了山东省充填开采工程技术研究中心。2013 年9 月，淄矿集团依托研究中心组建了以绿色开采为研究方向的泰山学者专家团队。2016 年5 月，经山东能源集团批准，注册成立“山东康格能源科技有限公司”，全面开启了充填开采产业化发展之路。

充填开采技术，就是将煤炭采出后，以煤矸石、建筑垃圾、粉煤灰等固体废弃物为材料填实采空区，从而控制顶板下沉，避免地表沉陷的采煤技术。这项技术能够实现建下压煤全采全充和条带煤柱二次回采，避免地表塌陷，保护地面建筑物不受损害，并能消耗大量矸石和工业废弃物，为国内“三下一上”煤炭资源开采以及条带开采遗留煤柱回收提供有效解决方案。目前，康格公司主要有膏体充填、原矸充填、高水充填、覆岩离层注浆四种充填技术，分别应用于不同的开采条件。

记者了解到，目前的岱庄煤矿年产量保持在100 万吨以上，其中膏体充填开采产量达到60 万吨以上，真正做到了“黑色煤炭、绿色开采、地面零塌陷”，取得显著的经济效益和社会效益。

据了解，自2009 年至今，康格公司已成功建成20多个煤矿充填开采项目，累计置换煤炭资源1400 万吨，消化处理固废2000 多万吨，保护耕地1.2 万亩。同时拥有发明专利60 余项，公司承担的《煤矿膏体充填材料试验方法》和《煤矿膏体充填体检测技术方法》2 项国家行业标准已正式发布，填补了国内膏体充填行业领域技术空白，并入选国家能源局首批绿色推广技术目录。

技术攻关突破“壁垒”

近年来，康格公司不断加大科技投资力度，以完善技术工艺、降低成本、提高效益为出发点，先后开展高层建筑物下膏体充填开采、承压水下保水充填开采、速凝剂材料等技术研究。同时，对充填过程所用的装备进行攻关，不断提高充填工艺系统的可靠性和适应性。

减轻地表沉降，涵养水土资源。采用充填开采工艺，煤炭开采后地表沉降量比传统垮落法开采减少92%以上。康格公司自2009 年开始对实施充填开采的区域进行地面观测，积累了大量的可借鉴数据。数据表明，矿山充填开采后，下沉系数仅为0.08，新增地表最大倾斜变形0.596mm/m，最大水平变形0.395mm/m，极大减轻了地表变形盆地影响，基本消除了大面积沉陷破坏问题，有效保护了建构筑物、农田耕地。据统计，充填开采方式下，每生产万吨煤炭可减少地表塌陷0.2 公顷，每生产千万吨煤炭可避免2000 多人口迁移，对土地及水文保护都具有重大意义。

规模化处理固废，保护生态环境。充填开采工艺具备大规模处理工业废弃物的能力，为粉煤灰、煤矸石、洗选矸石、工业炉渣、城市建筑垃圾、矿井水等较难回收利用的工业伴生产物开辟了新的处理途径。其煤炭产量与处理固废量的比例约为1 ∶1.4，每生产百万吨煤炭可同步处理工业废物140 万吨，极大减少了固体废弃物堆积带来的土地资源占用破坏、地下水污染和大气污染问题，对矿区及周边生态环境保护和恢复起到了重要作用。

减少矿山灾害，促进安全生产。充填开采克服了传统采煤方式带来的采空区遗留问题，有效减少了瓦斯、水、煤尘等有害物质聚集，减少了事故发生。同时，借助充填材料充实、固结、支撑作用，煤体上覆岩层移动幅度大幅减少，可以缓和工作面支撑压胁，减轻矿山压力，改善采场和巷道维护状况，有效避免煤层以及顶底板的动力现象，最大程度避免了冲击地压等矿山压力事故发生。此外，采空区充实后，可极大减少围岩裂隙发育，避免地下水降落漏斗形成，在保护地下水资源的同时，解决了矿山水害问题，极大提高了煤炭开采的安全性。康格公司自2009 年开始实施充填开采，实现了零事故、零伤害，对于煤炭安全开采具有重要的参考价值。

公司采用自主开发和合作开发相结合方式，重点以完善技术工艺、降低成本、提高效益为出发点，开展粉煤灰替代材料研究、高层建筑物下膏体充填开采技术研究，承压水下保水充填开采技术研究、高水充填技术研究、胶结料配方研究、速凝剂材料研究、沿空留巷充填技术研究、全面充填替代条带充填技术研究等，以解决行业发展中的关键技术、共性技术和基础性技术问题。

由于底座是圆柱形的，并且质量很轻，不能支撑铁钻工保持直立。所以要将它安装在钻井平台上。铁钻工在钻台的安装主要是根据钻台的布置要求，将铁钻工安装在钻台上指定的位置。方法是将方形底座套筒固定在钻台上，开口向上；与钻台承载的两个工字钢进行焊接。其结构如图3所示。

在新型胶凝材料研发上，深入开展膏体充填材料配比研究，研发具有自主知识产权的ZBF01 膏体充填专用胶凝粉，并成功在许厂煤矿、岱庄煤矿进行工业试验，破解了充填原材料制约瓶颈，充填成本降低了近50 元/吨。记者进一步了解到，为降低成本，康格公司已自主研发了50 余项充填材料配比方案。

大功率膏体充填泵

公司对充填过程所用的装备进行攻关研究，开展大功率充填泵国产化制造技术、充填液压支架、破碎设备等配套专用充填设备研究，研发出万向节、流量调节阀、应急卸料阀、管道伸缩装置等充填管道输送专利设备，实现了充填材料的满管输送、管道压力的在线监测、充填管路的快速切换、工作面管路的整体前移，进一步提高了膏体充填工艺系统的可靠性和适应性。

打造全流程智能充填

去年8 月23 日，康格公司许厂煤矿充填工程部集控员杜长友，在地面集控室用手指轻点鼠标，便完成井下1333 充填工作面保障阀、布料阀自动切换控制，实现了快速、精准远程操控。此举标志着康格公司正式建成全国首套智能化充填系统。

智能充填开采系统，是一套适用于膏体充填的智能充填数据化平台，充分利用3C 技术，在各类先进传感器、可靠执行器和先进控制算法的综合应用下，建立井上下远程控制架构，借助有效的自动化控制，对井下充填阀和工艺过程进行控制和检测，可减少井下手动操作工作量大和操作失误等问题，保障膏体安全平稳输送，降低作业人员劳动强度。

“智能化充填系统运营后，充填人员由以前的22 人减少到6 人，充填效率提升30%以上，实现了减人提效，向充填无人化方向迈进了一大步。”公司副总经理、康格充填开采研究院院长施现院说。不仅如此，该系统还实现了充填液位的自动识别，为充填工作面剩余充填立方数计算提供了精准数据支撑。

今年1月13日，康格公司充填开采研究院挂牌成立。

“组建充填开采研究院，目的就是集聚整合创新要素，实现充填开采技术较高层次和较高水平突破，进一步提升公司在充填行业的核心竞争力。”李秀山介绍说。

此外，本着“优势互补、纵横联合”的原则，康格公司与多所科研院校建立合作关系，先后为10 余对矿井编制了充填开采论证方案及可行性报告，逐步形成以康格为中心、多家联合协作的充填专业化技术合作平台。与同行业30 余家单位开展战略合作共同开发市场，确保了公司在行业内的市场份额处于领跑地位。

“把充填开采当做一项事业”

2014 年12 月，国家能源局、环境保护部、工业和信息化部《关于促进煤炭安全绿色开发和清洁高效利用的意见》提出，因地制宜推广使用“充填开采”绿色开采技术，鼓励对“三下一上”煤炭资源、煤柱和边角残煤实施充填开采。2016 年3 月，国家发改委、能源局《能源技术革命创新行动计划（2016-2030 年）》将绿色高效充填开采作为煤炭无害化开采技术创新的战略方向；2016 年6 月，国家发改委、工业和信息化部、能源局《中国制造2025—能源装备实施方案》提出，研发智能化绿色充填开采装备。

集控室

政策利好，康格公司的发展如虎添翼。

今年5 月9 日，康格公司成功中标淮南矿业谢桥煤矿环保充填开采工程EPC 总承包项目，此举标志着该公司在市场开拓道路上拿下首个外部EPC 总承包项目，在市场开发战略征程上迈出坚实一步。

“拿下此项目，既坚定了企业发展的底气，增强了市场开拓的信心，又对外树立了公司的良好形象，对于公司抢占充填市场、做大做强充填开采具有里程碑式的意义。”孙刚说。

据了解，谢桥煤矿是一家大型国有矿井，隶属于淮南矿业公司，位于安徽省阜阳市境内，年煤炭产量900 万吨，计划年充填开采能力70 万吨，年处理矸石能力80 万吨。康格公司中标的充填开采工程EPC 总承包项目，主要为对方提供环保充填工程系统设计、地面充填站土建、设备安装、工程施工及充填开采技术服务等。

今年以来，受疫情因素影响，康格公司坚持“把失去的时间夺回来，把耽搁的进度抢回来”，瞄准做大做强充填开采目标定位，不断加大市场开拓，全力夺取疫情防控和企业高质量发展“双胜利”，已先后中标国家能源察哈素充填管路项目、宁夏红四煤业矸石充填方案设计、临矿集团古城煤矿二期管路、山西霍州煤电紫晟煤业充填项目4 个外部项目，实现了外部市场开拓的良好起步。

康庄大道，格局天下。

已是初冬时节，记者注意到康格公司办公楼前的竹林依然郁郁葱葱。

“深化国企改革的同时，我们是把充填开采当做一项事业来干。”孙刚向记者介绍，“下一步，公司将围绕做大做强充填开采产业，跳出运营服务商传统定位，努力打造高新技术企业，打造行业内‘大充填’品牌。”