膏体充填开采模式 成功破解绿色矿山开采“生死局”

今年的盛夏，刘东人很“爽”：他们迎来矿山绿色开采的“新欢”后，矿区“被套”资源盘活了，矿井服务年限延长了，环境污染杜绝了，与矿区居民关系也和谐了。

去年底，新光集团刘东煤矿与飞翼股份有限公司合作实施膏体充填采煤项目。今年5月，项目通过了江苏、安徽两省经信委联合组织的现场验收评审。专家一致认为项目设计合理，技术最先进，施工质量好，建设进度快，各项技术指标达设计要求，并高度评价其“开创了江苏、安徽两省压煤实施充填开采并取得成功的先河，真正实现了绿色开采、和谐矿山建设，对我国煤矿开采压煤具较高推广价值和示范作用”。

这是截至目前应用具有完全自主知识产权的膏体充填开采成套技术与核心装备，成功实施的最复杂工况充填案例。它的成功，成为我国矿山充填开采领域的里程碑事件：“高大上”的膏体充填模式，有了成熟的中国式“经济型”全套解决方案；国产充填工业泵性能超行业国际先进水平，可完全替代进口装备。

超复杂工况“挑衅” 飞翼膏体充填临危受命

新光集团刘东煤矿，位于安徽省淮北市境内，属江苏、安徽两省共有，是盐城、淮北两市缔结为友好城市后合作开发的首个项目。1998年矿区建成投产以来，一直采用传统开采，即边开采边留有防地面塌陷的保安煤柱的模式。近年，这一模式频现“短板”：对生态环境累积破坏严重，矿社关系紧张；资源利用率低。矿区已采工作面，留有占总资源近60%的保安煤柱，一旦发生地面塌陷等事故，这些资源将“陪葬”地下，浪费巨大；三下压煤采出难。据安徽省地质调查院等有关单位评审，矿区“三下一上”（地表水体下、建筑物下、铁路下和水体上）压煤高达现有探明储量的65%，800余万吨优质煤资源被“压”村庄下。若要传统开采，只能迁民。近年来，矿区范围内城市建设了诸多新兴项目，迁民显然“不现实”。

截至目前，矿区仅采出不足探明煤量的40%。不能采出压煤，煤矿的生存与发展就面临“生死局”。为此，集团急切寻求可实施的绿色矿山充填开采模式。
2011年，矿区始尝最“贵族”的高水充填法。高水材料所含结晶水易风化，引起充填体不稳定，不能长久支护顶板和抵抗地压冲击、覆岩移动。半年试充，该法以失败告终。

“高水法”的失败，除自身缺陷外，还与刘东煤矿的超复杂工况有关。矿区需开采煤层为倾角达30度之大的急倾斜煤层，充填中稍不慎，就将导致顶板垮落；矿井下巷道布局复杂如“山路十八弯”，泵送管路呈近5000米超长距、垂高近600米大采深的高难特征。施工难度之大，国内外罕见。

再度考察膏体充填、固体充填等多种充填开采方式后，集团选择了膏体充填开采模式，并定标在辰龙集团、河南焦煤、峰峰集团等多矿区成功实施膏体充填的飞翼股份。

携自主核心装备 单泵“突围”“百弯道”

近5000米的管道长度，仍非“实数”。管道九曲八弯，每个弯头，等价增加10米长的直线泵送距离的压力要求。尽管团队设计中尽力减少“拐弯”点，最终管道内弯头仍达100多处。这意味着，泵送距离平添1000余米长度。

膏体在超长距管道里输送，极易发生离析、断层和堵管。一次堵管的清理费用，就达百万人民币。膏体如何顺利“抵达”采空区，成为整个项目最关键的难点。

此前，国内实施的膏体充填案例中，2000多米泵送距离，管道弯头仅10余个的一般工况下，进口充填工业泵也常因易堵管而无法实现单泵泵送。为稳妥起见，研发团队首创“双泵接力输送技术”，将两台充填工业泵“串联”进行膏体泵送，一则加大对堵管的可控性，二则对膏体二次搅拌，保持其特性在长距离泵送中不受损失。

这一技术成功实现了膏体的超长距离泵送。飞翼股份董事长张泽武和他的研发团队仍未满意。“公司一直秉承‘要满足并超越用户需求、为客户创造价值，使客户感到幸福’的宗旨。我们只做业内‘唯一或第一’的技术与产品。这个项目，我们的终极目标是攻克‘复杂工况下的单泵一次性泵送技术’。这是世界上截至目前没有人做到的‘唯一’与‘第一’。”张泽武表示。

在重新调整膏体配方、再度设计并实验膏体泵送速度、时间控制，针对性地应用多种技术控制方案后，这一终极目标成功实现。刘东煤矿采用飞翼股份自主研发的单泵，成功实施膏体充填泵送的当日，研发团队内多个硬汉，都为这个几乎不可能实现的技术突破，流下激动的热泪。

系统化膏体充填 破史上最短项目周期

项目从获批到成功运行，飞翼股份创下了新的膏体充填纪录：仅6个月，连续两次、成功突破超长距离、大采深复杂工况下的膏体泵送技术，成功完成刘东煤矿膏体充填。项目在国内充填建设史上，周期最短。

膏体充填是国际最先进的充填开采法。因其是从源头治理矿山开采污染等问题的最有效途径，而广被欧美等发达国家采用。它将开采后的废弃物制成膏体，“完璧归赵”给采空区，置换出矿产资源。膏体凝结后强度高、无风化、无有毒物质释放，不污染地下水、不破坏耕地。此法可安全采出煤矿所有类型压煤。应用于金属矿，还能将尾矿库溃坝引发的土壤、水源等重金属高污染风险降低到几乎为零。

针对国外矿山充填开采研发的“洋设备”，应用到我国矿区，在泵的承受压力等方面，受到严重挑战，频现堵管等“水土不服”。实践表明，单一引进设备，无法完美匹配国内充填开采工艺需求。

张泽武敏锐地看到了这点。揣着绿色矿山与中国装备制造业造世界一流产品的梦想，他毅然转行投身矿山充填开采业。通过积极引进高技术人才，全方位布局充填装备、膏体充填技术、工艺研究，短短四年多时间，这家具有雄厚高速铁路制梁专业泵基础的公司，迅速成为了我国矿山膏体充填行业的领头羊：建立了国内首家矿山充填装备工程技术研究中心及院士工作站，自主研发出针对我国矿山特点的充填工业泵，并掌握了膏体充填的全套技术，形成了具有完全自主知识产权，以“充填技术+充填工艺+试验中心+成套装备”为核心的六大矿山环保装备系列。截至目前，公司在该领域已获87项专利（发明专利27项），是我国唯一具有矿山绿色开采成套技术及核心装备的企业和唯一具有诸多矿山成功使用案例的全套充填方案供应商。

系统化充填开采的应用，为刘东矿区带来了可观的收益：第一阶段可释放矿区某工作面近41万吨压煤，带来直接经济效益2亿元。中长期看，中厚煤层采区回采率可达85%以上，薄煤层采区回采率达90%以上；开采留设煤柱和边角残煤的回采率达80%以上。总体可为矿区释放压煤2000多万吨，延长矿井服务年限近40年。

“膏体充填增加了开采成本。但长远看，经济效益、安全性、环保性都很显著。这种新技术，可全面置换出以前用旧技术不能开采出的压煤，资源采出率近100%。膏体材料价格不到高水材料的1/4，购置飞翼充填工业泵，比进口装备可减少2/3的费用。现在，我们不担心无煤可采了，也不担心环境污染和矿社关系了。”新光集团董事长沈志强表示。

在我国积极开展生态文明建设的今天，绿色矿山建设是其中最重要的构成部分。粗放式开采所带来的资源采出率低、安全性差、环境破坏严重等问题，有望随着膏体充填技术的成功国产化与应用实施推广，获得接地气的经济型解决方式。

目前，飞翼股份膏体充填装备及成套技术已在我国煤矿、金属矿等各类矿山中全面展开应用。张泽武表示，公司有志成为粗放式矿山开采时代最有力的终结者。