“采选充一体化集成技术（以下简称采选充一体化）旨在通过煤炭资源从开采、洗选到充填修复的全流程优化，实现经济效益、社会效益和生态效益的有机统一。这不仅是一项技术创新，更是对煤矿生产模式的全面革新。”中国煤炭加工利用协会理事长马剑在日前召开的全国煤矿采选充一体化集成技术现场会上表示。
会上，与会专家围绕健全煤炭清洁高效利用机制，研讨《煤矸石覆岩隔离注浆充填技术规范》团体标准，为推动煤矸石、煤泥等固废资源化、减量化、无害化处置贡献智慧。
已具备采选充一体化条件
“采选充一体化就是将采煤、选煤、矸石充填三个环节统筹规划、一体化协调，并将各种相关技术集成应用的新工艺。”中国煤炭工业协会副会长、中国煤炭学会理事长刘峰介绍，采选充一体化涉及开采工艺、原煤洗选排矸和固废处置等专业、岗位，需要加强精心布局、精准调度、精细化运转的综合性能力建设。
据统计，截至今年4月底，我国累计建成智能化采煤工作面1922个、智能化掘进工作面2154个。
“随着大型高效综合机械化开采装备的应用，大量煤层夹矸和顶板围岩不可避免地随着煤炭一同采出，通过皮带机等运输到主井，随后进入选煤厂进行洗选排矸。”刘峰表示，这个过程中会产生很多无效运输和能源消耗，给后续洗选排矸造成困难。因此，采煤阶段就要优化开采工艺以减少矸石产生。
中国工程院院士、中国矿业大学教授赵跃民表示，选煤能够有效脱除煤中灰、硫等杂质，提质增效、节能减排。入选1亿吨煤炭，可排出矸石2000万吨，减排二氧化碳50万吨。目前，智能化选煤厂基础数据平台、底层自动化控制已基本实现，井下跳汰分选、重介浅槽分选、干选等煤炭分选技术相对成熟。
“我国已建成投运2400多座选煤厂，各种选煤工艺和装备都十分成熟，跳汰选煤、重介选煤、浮选、干法选煤已十分普及。”刘峰介绍，“选煤厂洗选剔除的煤矸石、煤泥等固废需要进行无害化处理，但靠选煤厂自身根本无力解决，需要矿井综合协调和支持。”
据不完全统计，我国煤矸石累计堆放量超过70亿吨，形成矸石山2600余座。
2014年以来，国家发展改革委等相关部门先后印发了《煤矸石综合利用管理办法（2014年修订版）》《关于“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见》《节能降碳中央预算内投资专项管理办法》等，支持并持续提高煤矸石、粉煤灰等固废综合利用水平。
“在新的环境政策要求下，煤矸石、煤泥等固废必须寻找新的处置方式。”刘峰表示，目前就采煤、选煤、矸石充填而言，相关的技术和装备已经非常完善，完全具备开展采选充一体化的条件。
矸石充填成效显著
“我们采用百万吨级煤矸石新型覆岩离层注浆充填技术，将集处废、保水、减沉、防冲、减震于一体的充填绿色开采变为现实。”中国中煤能源集团有限公司首席专家王祥生介绍，中国中煤中天合创公司葫芦素煤矿2022年应用该充填技术以来，已累计处理煤矸石118万吨，实现经济效益4000多万元。
“我们投入1.5亿元建设了处置能力为150万吨/年的煤矸石新型覆岩离层注浆充填项目。”葫芦素煤矿党委书记、副矿长连忠文介绍，该项目可将200毫米以下粒径的矸石破碎研磨成0.2毫米粒径的矸石浆液，通过注浆站和注浆钻孔对井下400米的离层空间进行充填。
据了解，百万吨级煤矸石新型覆岩离层注浆充填技术是由中煤天津设计工程有限责任公司联合中天合创公司、中国矿业大学在2020年5月首次提出的。2023年6月，中煤天津设计工程有限责任公司围绕矸石充填，成立中煤离层注浆技术公司。
“目前，国内百万吨级煤矸石新型覆岩离层注浆充填项目已建成投运4个，总处理能力达到570万吨/年。”中煤离层注浆技术公司总经理马新青说。
陕煤集团小保当矿业有限公司副总经理、总工程师梁旭表示，通过应用煤矿采空区煤矸石浆体规模化充填关键技术，他们建设了一套由矸石破碎筛分、成品矸石缓存、成品矸石混合搅拌、泵送运输、丛式钻孔充填组成的矸石充填系统。该系统自2023年运行至今，累计充填煤矸石150万吨，每年减少矿井水处理费用400万元、煤矸石外运处理费用5000余万元、环境保护支出费用1000万元。
“山东微山崔庄煤矿经过多年开采，资源逐渐枯竭。为了更好解放压覆的煤炭资源，减小地表沉降，今年，该矿在73上01工作面实施覆岩注浆充填项目，节省了420万元治理费用，置换出15万吨产能。”中煤科工生态环境科技有限公司研究员贾林刚说。
马剑表示，采选充一体化能够提升资源利用率，实现精准开采、高效筛分；能够减小环境破坏，助力生态系统修复；能够为推动煤矿绿色发展、智能化转型提供强大的技术支撑，进一步保障采矿作业人员的安全。
充填开采不均衡难题待解
“由于采选充一体化多工种交叉，既可能增加生产组织的复杂性，又可能影响开采效率，会增加一定的成本负担。”刘峰表示。
我国14个煤炭大基地有9个位于黄河流域，特别是陕北、鄂尔多斯、宁东、晋北等矿区靠近黄河。在保证产能的同时做好生态环境保护，对煤炭企业来说是一个考验。
“鄂尔多斯盆地北部煤炭产业集中度高，千万吨级矿井居多，矸石产量大，单井矸石量在百万吨以上，是区域内排放量最大的工业固废，吨矸处置费在50元至90元之间。”中国矿业大学教授许家林介绍。
许家林表示，煤矿充填开采存在三个不均衡特点：采煤能力与充填能力不均衡、充填材料供应与需求不均衡、充填成本与采矿效益不均衡。
“目前，井下充填开采能力尚不能满足煤矿安全高效生产需求。煤矸石、粉煤灰一般各占采煤量的15%，即使全部充填也难以解决充填材料的来源问题。”许家林表示，可应用覆岩离层注浆充填技术，依靠地下关键层结构、充填体及部分煤柱共同控制开采沉陷，从而少用注浆材料。
“很多煤矿的生产成本并没有考虑生态环保的投入，矸石充填也没有细化的标准措施。”生态环境部固管中心相关专家表示，建议明确煤矸石充填利用具体的污染控制要求，在充填区域选择、充填方式选择、固废处置等方面建立具体的量化标准。
来源：中国煤炭报
