中国煤科武汉设计院自主研发的矸石充填与灌浆防灭火一体化系统实现工程应用
近日，由中国煤科武汉设计院自主研发的“白垩系极软地层煤矿采空区矸石浆体充填与灌浆防灭火一体化系统”在华润电力(锡林郭勒)煤业有限公司西一矿正式投入运行。该系统创新性地将矸石井下充填与防灭火灌浆功能合二为一，年处理能力达50万吨，实现了三软地层矿井矸石充填技术的重要突破。
据了解，西一矿地处白垩系三软地层区，具有顶板垮落快、矸石含泥量大等特殊地质条件。传统的地面堆存方式不仅占用土地资源，还存在环境污染风险。而常规的采空区充填技术又面临充填时域难确定、矸石成浆输送困难等技术瓶颈。
“这套系统成功攻克了极软地层矸石处置的三大技术难题。”中国煤科武汉设计院生态（深地）技术研究院副院长陈虎介绍。研发团队通过建立工作面推进过程中冒落带空隙空间的动态演化模型，创新性地提出了适用于白垩系地层充填时域与靶区的计算方法。基于这一理论突破，团队进一步研发了白垩系地层条件下充填层位、采充步距、充填压力等工艺参数的量化设计工具，成功实现了白垩系地层矸石井下规模化处置的高效运行。该团队创新开发了集分选、破碎、制浆与泵送于一体的连续化工艺系统。在分选环节，采用改进的TDS智能分选系统将矸石泥化率控制在系统健康运行要求以下。在破碎环节，通过重构破碎筛分工艺链，制备出性能稳定的矸石级配料。最后运用由中国煤科武汉设计院自主研发的高浓度粗颗粒浆体输送技术，成功攻克矸石浆体管道输送这一行业瓶颈。
值得关注的是，这套系统实现了资源循环利用与安全生产的双重突破。一方面，将矿井矸石和电厂粉煤灰转化为防灭火材料，实现了固废材料的资源化利用。另一方面，通过建立矸石充填、防灭火灌浆协同管理模型，使系统利用效率提升40%以上。经测算，项目全面实施后，每年可减少矸石和粉煤灰处置费用超700万元，节约建设用地5000平方米。
中国煤科武汉设计院总工程师辛德林称，“该技术创造了‘以废治灾、变废为宝’的绿色开采新模式，为煤炭行业‘无废’目标实现提供了可复制的技术方案。”目前，该技术已申请专利3项，发表学术论文3篇，将在全国类似条件的矿井推广应用。
这一创新成果标志着我国在特殊地质条件下绿色开采技术取得重要进展，对推动煤炭行业高质量发展具有重要意义。下一步，研发团队将继续优化系统参数，为构建清洁低碳、安全高效的能源体系提供技术支撑。
供稿：武汉设计院
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