山東煤炭工業(yè)充填開采研究與實(shí)踐

喬乃琛

(山東省煤炭工業(yè)局,山東省濟(jì)南市,250031)

山東煤炭工業(yè)充填開采研究與實(shí)踐

喬乃琛

(山東省煤炭工業(yè)局,山東省濟(jì)南市,250031)

為了推進(jìn)煤炭工業(yè)綠色發(fā)展、煤炭清潔高效利用,促進(jìn)煤炭工業(yè)循環(huán)可持續(xù)發(fā)展,分析、研究了山東省煤炭行業(yè)實(shí)施充填開采的必要性和可行性,通過(guò)多種途徑轉(zhuǎn)變煤炭生產(chǎn)方式,優(yōu)化、引導(dǎo)、規(guī)范和扶持煤炭企業(yè)實(shí)施充填開采。

山東煤炭工業(yè) 充填開采 生態(tài)保護(hù) 綠色開采

山東省現(xiàn)有在冊(cè)礦井194處,原煤產(chǎn)量為1.5億t/a。近年來(lái),山東省根據(jù)能源供需新變化、國(guó)際能源發(fā)展新趨勢(shì),堅(jiān)持以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo),著力轉(zhuǎn)變煤炭生產(chǎn)方式,大力推進(jìn)煤礦充填開采,不斷提高資源回收率,有效保護(hù)生態(tài)環(huán)境,增強(qiáng)了煤炭工業(yè)安全生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展的能力。

1 山東省煤炭行業(yè)實(shí)施充填開采的必要性分析

山東省是產(chǎn)煤大省,煤炭產(chǎn)量曾一度位居全國(guó)第二位,然而山東省又是資源小省,截至2014年底探明可采儲(chǔ)量約為60億t。因此,貫徹科學(xué)發(fā)展觀,轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式,適應(yīng)煤炭工業(yè)發(fā)展新常態(tài),構(gòu)建新型煤炭工業(yè)體系,必須創(chuàng)新生產(chǎn)方式。在進(jìn)行反思與分析煤炭生產(chǎn)方式的基礎(chǔ)上,提出了推進(jìn)充填開采的發(fā)展思路。

1.1 從生態(tài)保護(hù)方面分析

山東省煤礦開采導(dǎo)致大量地表塌陷、煤矸石堆積。全省煤礦累計(jì)塌陷土地約為8.3萬(wàn)公頃(其中已復(fù)墾土地約為4.8萬(wàn)公頃,復(fù)墾率達(dá)到58%,累計(jì)投入資金約為70億元),煤矸石堆積2.04億t,嚴(yán)重影響和污染環(huán)境,治理任務(wù)艱巨復(fù)雜。山東省委、省政府作出了建設(shè)生態(tài)山東的重大決定,需要煤炭工業(yè)順勢(shì)而為,努力減排消化矸石、防控地表沉陷和保護(hù)生態(tài)環(huán)境,探索實(shí)施充填開采的新路子。

1.2 從煤炭資源稀缺性方面分析

煤炭資源不可再生,山東煤炭上百年開采歷史,造成大量呆滯煤量,如不采取保護(hù)性開采措施,剩余煤炭可采儲(chǔ)量難以維持20年,需要通過(guò)充填置換采煤,提高資源回收率,延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限。

1.3 從解放“三下”壓煤方面分析

山東省村莊、建構(gòu)物稠密,有壓煤村莊1949個(gè),壓煤量占煤炭可采儲(chǔ)量的60%,而且隨著工業(yè)和城鎮(zhèn)化的發(fā)展,壓覆資源量仍在不斷增加,迫切需要?jiǎng)?chuàng)新解放資源的開采方式。

1.4 從安全生產(chǎn)方面分析

通過(guò)先期試驗(yàn)開采,普通矸石充填的地表下沉系數(shù)可控制在0.3～0.5,高水及膏體充填的下沉系數(shù)可控制在0.1,充填開采技術(shù)業(yè)已非常成熟。根據(jù)地表及建筑物保護(hù)等級(jí),選擇適宜的充填工藝,能夠控制地表移動(dòng)變形程度,維持地面建筑物結(jié)構(gòu)安全和原有使用功能,技術(shù)可行,安全可靠。

山東省將充填開采列入重大研究課題和重點(diǎn)工作部署,并設(shè)立專門機(jī)構(gòu),配備專職人員,專項(xiàng)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)管理,認(rèn)真學(xué)習(xí)貫徹國(guó)家能源局、國(guó)家財(cái)政部、國(guó)土資源部和環(huán)境保護(hù)部制定的《煤礦充填開采工作指導(dǎo)意見》,制定了山東省《關(guān)于加強(qiáng)建筑物下壓煤開采管理工作的意見》等一系列規(guī)范性文件,推動(dòng)充填開采有序展開。

2 支持充填開采的政策、措施研究

2.1 審批設(shè)計(jì)方案優(yōu)先核準(zhǔn)充填開采方案

實(shí)行“三下一上”開采方案行政許可制,對(duì)建筑物下壓煤開采方案堅(jiān)持先充填、再搬遷、慎條帶和主要建筑物下必須充填的原則。對(duì)建筑物下壓煤開采項(xiàng)目審批時(shí),首先進(jìn)行充填開采可行性論證,甄別方案優(yōu)先選取充填設(shè)計(jì),審查方案優(yōu)先核準(zhǔn)充填開采。

2.2 科研項(xiàng)目?jī)?yōu)先保障充填開采課題

一是科研經(jīng)費(fèi)先保證?！笆晃濉币詠?lái)山東省煤礦充填開采科研投入資金達(dá)到3.5億元,山東能源新汶礦業(yè)集團(tuán)實(shí)行“三三”制,科研經(jīng)費(fèi)提取不低于銷售收入的3%,充填投入不低于科研經(jīng)費(fèi)的1/3;二是立項(xiàng)鑒定先安排。每年科技計(jì)劃、成果鑒定和報(bào)獎(jiǎng)優(yōu)先考慮充填開采項(xiàng)目,科研成果獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、省部級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、發(fā)明專利8項(xiàng);三是技術(shù)成果先推廣。將7種充填開采技術(shù)、工藝、裝備作為示范項(xiàng)目,列入山東煤炭工業(yè)科技成果“60推”,重點(diǎn)加以推廣應(yīng)用。

2.3 審核技術(shù)改造項(xiàng)目?jī)?yōu)先安排充填開采礦井

煤礦面對(duì)兼并重組和關(guān)閉小煤礦的大趨勢(shì),積極申請(qǐng)技改項(xiàng)目,規(guī)定實(shí)施充填開采的礦井優(yōu)先安排。王莊煤礦因臨近城區(qū),一度被列為關(guān)閉對(duì)象,該礦通過(guò)實(shí)施充填開采,消除了當(dāng)?shù)卣畬?duì)生態(tài)影響和地面建筑物破壞的擔(dān)憂。通過(guò)協(xié)調(diào),淄博市政府將原來(lái)禁采的2億t資源儲(chǔ)量配置給該礦,并報(bào)經(jīng)山東省發(fā)改委批準(zhǔn)由21萬(wàn)t/a的產(chǎn)量升級(jí)改造為45萬(wàn)t/a,目前技改項(xiàng)目順利推進(jìn)。

2.4 落實(shí)政策優(yōu)先惠及充填開采礦井

通過(guò)與國(guó)土、環(huán)保部門積極協(xié)調(diào),對(duì)煤礦企業(yè)應(yīng)繳納的地質(zhì)環(huán)境治理保證金,經(jīng)認(rèn)定充填開采并達(dá)到生態(tài)保護(hù)目標(biāo)的,減按20%征收。對(duì)從事充填技術(shù)轉(zhuǎn)讓、服務(wù)業(yè)務(wù)取得的收入,協(xié)調(diào)稅務(wù)部門減免營(yíng)業(yè)稅。在礦井優(yōu)化生產(chǎn)布局年度審核中,對(duì)同一采區(qū)需兩個(gè)工作面交替充填開采的,擬按一個(gè)工作面進(jìn)行考核。將充填開采項(xiàng)目列入煤礦安全改造、產(chǎn)業(yè)升級(jí)和資源綜合利用專項(xiàng)資金支持重點(diǎn)項(xiàng)目,優(yōu)先享受有關(guān)政策支持。濟(jì)寧市太平煤礦和花園煤礦的充填項(xiàng)目分別獲得國(guó)家補(bǔ)助資金1500萬(wàn)元和756萬(wàn)元。

2014年1月份,國(guó)務(wù)院六部委聯(lián)合到山東省調(diào)研煤礦充填開采,2014年10月9日國(guó)務(wù)院財(cái)政部、國(guó)家稅務(wù)總局聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于實(shí)施煤炭資源稅改革的通知》,對(duì)充填開采置換出來(lái)的煤炭,資源稅減征50%。該政策的出臺(tái),將進(jìn)一步降低煤礦實(shí)施充填開采的生產(chǎn)成本,提高煤礦企業(yè)發(fā)展充填開采的積極性。

3 因礦、因地制宜,發(fā)展多種形式充填開采技術(shù)

充填開采是煤炭生產(chǎn)方式的一項(xiàng)重大變革,系統(tǒng)復(fù)雜,投入較高,實(shí)施困難。在工作中,切實(shí)做到因礦、因地制宜,科學(xué)規(guī)劃、協(xié)調(diào)推進(jìn)、規(guī)范管理。

3.1 統(tǒng)籌規(guī)劃與因地制宜相結(jié)合

重新組織并全面調(diào)查山東省煤炭資源賦存狀況,排查分析有103處生產(chǎn)礦井適宜充填開采,在此基礎(chǔ)上制定了全省煤礦充填開采總體規(guī)劃和分期規(guī)劃,截至2017年,山東省充填開采煤炭產(chǎn)量逾600萬(wàn)t/a,大中型礦井實(shí)現(xiàn)矸石不上井。引導(dǎo)煤礦企業(yè)立足實(shí)際,自主探索,形成多種充填開采工藝技術(shù)。例如山東能源新礦集團(tuán)探索形成了“五充一選”等多種充填工藝系統(tǒng),并聯(lián)合中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出臺(tái)了多項(xiàng)充填開采能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn);兗礦集團(tuán)實(shí)施了邊角煤柱巷采充填和厚煤層短壁綜采充填等技術(shù)研究;淄博市王莊煤礦自主研發(fā)了高水膨脹材料充填技術(shù);山東能源肥城礦業(yè)集團(tuán)曹莊煤礦創(chuàng)新實(shí)施了承壓水上似膏體充填開采技術(shù);濟(jì)寧市義能煤礦創(chuàng)新實(shí)施了綜采工作面分段高水充填開采技術(shù),創(chuàng)出單產(chǎn)超5萬(wàn)t的省內(nèi)記錄;山東能源棗莊礦業(yè)集團(tuán)高莊煤礦創(chuàng)新應(yīng)用了橋拱式厚煤層充填全采技術(shù)等。

3.2 統(tǒng)籌引進(jìn)聯(lián)合與自主創(chuàng)新相結(jié)合

山東省積極學(xué)習(xí)借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)和成功經(jīng)驗(yàn),與德國(guó)、波蘭等國(guó)外專家學(xué)者進(jìn)行學(xué)術(shù)交流研討,定期組織礦井負(fù)責(zé)人到河北、河南等省有關(guān)煤礦現(xiàn)場(chǎng)觀摩,多次組織煤礦企業(yè)與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)等高等院校進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研交流合作。同時(shí),充分利用山東省煤炭系統(tǒng)2個(gè)國(guó)家級(jí)、14個(gè)省級(jí)技術(shù)中心和2個(gè)院士、7個(gè)博士后工作站,加大自主研發(fā)力度,全方位進(jìn)行探索實(shí)踐。充填范圍上創(chuàng)新豐富了建筑物下、鐵路公路下、水體下和承壓水上等開采領(lǐng)域;充填生產(chǎn)上創(chuàng)新豐富了綜采、高檔普采和炮采等開采方式;充填形式上創(chuàng)新豐富了固體原料、膏體與似膏體和高水與超高水等工藝系統(tǒng);充填材料上創(chuàng)新豐富了煤矸石、粉煤灰、建筑垃圾和高水膨脹材料等取材渠道。

3.3 統(tǒng)籌推進(jìn)充填生產(chǎn)與配套設(shè)施發(fā)展相結(jié)合

成立煤礦機(jī)械協(xié)會(huì),引導(dǎo)煤機(jī)企業(yè)適應(yīng)充填開采需求,同步研發(fā)充填開采設(shè)備,跟進(jìn)提高充填開采的機(jī)械化、自動(dòng)化水平。山能機(jī)械塔高公司研制生產(chǎn)的ZC系列充填液壓支架、自移式矸石夯實(shí)機(jī)等成套設(shè)備,成為國(guó)家重點(diǎn)推廣的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品。山東能源臨沂礦業(yè)集團(tuán)田莊煤礦與中國(guó)礦大聯(lián)合配套建設(shè)超高水材料生產(chǎn)廠,設(shè)計(jì)總生產(chǎn)能力為300萬(wàn)t/a,能夠滿足省內(nèi)及周邊省份超高水充填工藝需求。

3.4 統(tǒng)籌規(guī)范充填開采與加強(qiáng)行業(yè)監(jiān)管相結(jié)合

3.4.1 制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),建立評(píng)價(jià)體系

制定了山東省地方標(biāo)準(zhǔn)《煤礦充填開采技術(shù)效果評(píng)價(jià)方法》,對(duì)充填開采工作面確定了充填量、充實(shí)率、采出量、回收率和地表移動(dòng)變形等主要參數(shù),用以考核、評(píng)價(jià)充填開采效果,為兌現(xiàn)國(guó)家相關(guān)扶持、鼓勵(lì)政策做好技術(shù)準(zhǔn)備。

3.4.2 健全審批機(jī)制,嚴(yán)把設(shè)計(jì)方案

制定了《建筑物下壓煤開采方案設(shè)計(jì)編制提綱及編制要求》,規(guī)定每個(gè)礦井的充填開采技術(shù)方案須經(jīng)省級(jí)煤炭管理部門審核批準(zhǔn)后方可實(shí)施。建立了由院士、高校教授和大型企業(yè)專家組成的專家?guī)?對(duì)充填開采方案縝密論證,慎重審批,嚴(yán)把“兩不準(zhǔn)”:即不準(zhǔn)逾越法規(guī)紅線、不準(zhǔn)逾越安全底線。

3.4.3 全程跟蹤監(jiān)督,強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)管理

建立了充填開采季報(bào)制度,每半年組織專業(yè)人員進(jìn)行一次全面檢查,督促落實(shí)各項(xiàng)安全技術(shù)措施。

4 山東煤炭工業(yè)充填開采取得的階段性成果

近年來(lái),山東省先后已有52對(duì)礦井實(shí)施了充填開采,完成開采工作面136個(gè),累計(jì)充填開采產(chǎn)量達(dá)到2737萬(wàn)t,充填矸石3038萬(wàn)t。盡管受宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境影響,充填開采成本較高,煤炭企業(yè)效益下滑,全省煤礦充填開采經(jīng)歷起伏,2014年,山東省仍有31對(duì)礦井實(shí)施充填開采,充填開采原煤產(chǎn)量491.64萬(wàn)t,充填矸石等固體廢棄物564.5萬(wàn)t,取得了明顯的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

4.1 壓覆煤量解放實(shí)現(xiàn)“一增加”

通過(guò)實(shí)施充填開采,“三下一上”壓煤可采儲(chǔ)量增加1.5億t,“十二五”期間山東省煤礦能夠增加可采儲(chǔ)量3.45億t。

4.2 資源保護(hù)性開發(fā)實(shí)現(xiàn)“兩提高”

4.2.1 提高資源回收率

將原來(lái)廢棄、呆滯的煤量轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量,“三下”壓覆資源實(shí)施充填開采的回收率達(dá)到70%以上;遺留煤柱實(shí)施充填開采的回收率達(dá)到60%以上。

4.2.2 提高礦井服務(wù)年限

山東能源新礦集團(tuán)作為省內(nèi)第1家千萬(wàn)噸級(jí)企業(yè),老區(qū)8處礦井通過(guò)實(shí)施充填開采,提高了生產(chǎn)年限10年。濟(jì)寧市太平煤礦“三下”厚煤層分層膏體充填回收率達(dá)到了82%,延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限15年以上。

4.3 生態(tài)環(huán)境保護(hù)實(shí)現(xiàn)“三減少”

減少矸石排放,累計(jì)減少排放矸石1700萬(wàn)t/a,停運(yùn)矸石山22座;減少了矸石山占?jí)和恋孛娣e,累計(jì)減少占?jí)和恋?50畝;減少地面沉陷,充填開采工作面多數(shù)布置在建筑物下,實(shí)施充填開采后地面建筑變形都能控制在I級(jí)以下,避免了一批斑裂糾紛和補(bǔ)償,增進(jìn)了地企和諧。

4.4 安全保障實(shí)現(xiàn)“四預(yù)防”

通過(guò)充實(shí)采空區(qū),減少了井下老空積水、積聚瓦斯的空間條件,降低了煤層底板破壞深度,減輕了礦壓顯現(xiàn),有效預(yù)防了水害、瓦斯爆炸、煤層自燃發(fā)火和沖擊地壓等事故發(fā)生,促進(jìn)了礦井安全生產(chǎn)。全省煤礦安全形勢(shì)持續(xù)穩(wěn)定,百萬(wàn)噸死亡率已連續(xù)11年控制在0.3以下,其中2014年全省煤礦原煤百萬(wàn)噸死亡率為0.09。

5 結(jié)論

面對(duì)當(dāng)今全球能源和消費(fèi)革命,山東省煤炭工業(yè)緊跟能源革命新趨勢(shì),以綠色低碳為方向,積極推進(jìn)煤炭綠色開采和清潔利用,通過(guò)結(jié)合山東省煤層地質(zhì)特點(diǎn)和區(qū)域優(yōu)勢(shì),鼓勵(lì)扶持煤炭企業(yè)發(fā)展以充填開采為方向的煤炭綠色開采,通過(guò)規(guī)范健全充填開采規(guī)劃和管理,因地制宜,加大科研投入力度,加強(qiáng)政策激勵(lì)和扶持,有序推動(dòng)煤炭充填開采健康發(fā)展,為我國(guó)煤炭清潔高效利用、煤炭工業(yè)綠色可持續(xù)循環(huán)發(fā)展以及能源保障與革命打下了良好的基礎(chǔ)。

(責(zé)任編輯 孫英浩)

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

喬乃琛(1961－)男,漢族,山東萊陽(yáng)人?，F(xiàn)任山東省煤炭工業(yè)局局長(zhǎng)、分黨組書記。中國(guó)煤炭經(jīng)濟(jì)30人論壇成員。