古文哲１，２ ，朱 磊１，２ ，刘治成１ ，宋天奇１ ，潘 浩１ ，张新福１ ，秋丰岐１ ，赵萌烨１ ，黄剑斌１
（１．中煤能源研究院有限责任公司，陕西 西安 ７１００５４；２．中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 ７１００５４）
摘 要：煤炭资源为我国工业和经济社会的发展提供了基础动力，但是其大规模的开采和利用带来了 一系列环境问题。 为解决我国煤炭行业普遍面临的固体废弃物排放、环境污染等难题，通过总结传统 固体废弃物处理技术的发展历程和技术瓶颈，明确了新型处理技术的具体要求，并创新性地提出了流 态化浆体充填技术构想，阐述了其内涵和优势，详细介绍了流态化浆体充填技术包含的 ６ 项核心技 术：智慧管道输送、四维协同充填、高效精准制浆、采动覆岩钻进、全息远程控制和安全生产保障技术。 在此基础上，提出了井下智能分选＋就地制浆充填和智能化浆体充填 ２ 大技术发展方向，初步形成了煤 矿固体废弃物流态化浆体充填技术架构，并结合实际案例予以说明。 流态化浆体充填技术的提出为我 国矿山企业提供了全新的固废处理方法，丰富了我国煤炭行业固体废弃物处理技术体系，为实现煤炭资 源绿色开采、清洁利用和零废排放奠定了基础。
引 言
煤炭作为我国最主要的化石能源，是工业和经 济社会发展的主要动力［１］ 。 尽管近年来各种新能 源消耗比重逐渐增长，但由于我国资源赋存特征，短 期内仍不能改变对煤炭依赖的现状［２］ 。 煤炭资源 大规模生产和利用会产生大量的煤矸石、粉煤灰、炉 渣等固体废弃物，产量 ８ 亿 ～ １０ 亿 ｔ ／ ａ。 目前，国内 传统的煤矿固体废弃物处理技术主要包括综合利用 和充填开采等，由于这些技术存在技术适应性较低、处理能力有限、处理成本较高以及政策引导不足等 方面原因，导致其没有得到大规模推广。 对众多矿 山企业而言，其固废的处理仍主要依靠地面排放，这 种粗放型处理方式不仅占用大量土地资源，还污染 空气、土壤及地表潜水，严重破坏了矿区的生态环 境，威胁了矿区居民的身体健康［３］ ，同时与“绿水青 山就是金山银山”的生态文明建设理念背道而驰。
近年来，国家对环保要求逐步严格。 党的“十 九大”报告强调：“要像对待生命一样对待生态环 境”、“实行最严格的生态环境保护制度”，传递出国 家对治理生态环境的坚定决心。 国内许多学者先后 强调未来采矿工业的发展需要与生态环境保护高度 协调统一。 文献［４－６］在对煤炭科学开采的论述中 指出，煤炭的安全高效开采与环境的协调以及煤炭 的清洁高效利用是煤炭行业面临的 ２ 项根本任务， 认为科学开采需做到资源利用最大化，实现煤炭生 产和利用的无废排放，并从人与自然相处的本质出 发说明在获取和使用自然资源的过程中，善待环境 就是善待人类自己；文献［７－８］在绿色开采技术框 架中构建了矸石减排技术体系，提出采用减少矸石 来源、鼓励井下处理、加强综合利用等技术措施来降 低环境污染，实现变废为宝；谢和平等［９－１０］在煤炭革 命新理念和煤炭科技发展构想中提出了近零生态损 害的科学开采和近零排放的清洁低碳利用战略蓝 图，强调要实现开发、利用和转化污染物的近零排 放，推动煤炭由“黑”变“绿”，实现污染物及伴生资 源最大限度的资源化利用；王国法等［１１］ 指出应用信 息技术、智能制造技术和人工智能技术实现煤炭安 全绿色高效开采和清洁高效利用是智慧矿山建设的 基本任务和必经之路；申斌学等［１２］ 提出了新时代背 景下的绿色矿山建设体系，明确了绿色矿山的建设 需要实现矿井全生命周期的零水排放、零矸排放、零 污排放等多个零排放目标。 综上所述，随着新时代 生态文明发展理念的不断深入，矿山企业固体废弃 物的合理、合法处置已成为各界关注的焦点问题。
目前，国内尚没有学者对煤矿固体废弃物流态 化浆体充填技术展开系统性研究，但在相关领域，如 采空区治理、灌浆防灭火、离层注浆等方面已有针对 性研究，并取得了研究成果。 王金庄等［１３］ 对煤矿覆 岩离层注浆减缓地表沉降机理进行了深入研究，总 结了离层空间的动态变化规律，为注浆效果控制提 供了有力支撑；许家林等［１４］在离层注浆技术的基础 上提出对采空区局部或离层区与冒落区进行充填以 控制覆岩破坏的部分充填采煤技术；题正义等［１５］ 通 过数值模拟分析了采空区注浆防灭火过程中浆体扩 散的影响因素和扩散规律；文献［１６－１７］ 对传统的 注浆防灭火工艺进行优化，分别提出采空区预埋高 位套管注浆技术和井下高低位联合定向注浆技术， 弥补了传统技术的不足，并获得了较好现场应用效 果；陈凯等［１８］在大同采煤沉陷区光伏示范基地建设 工程中提出利用注浆充填的方法治理采空区，以确 保地面构筑物的安全，并取得了较好的实践效果。 但以上技术研究成果均相对独立，处理且并非以矸 石等固体废弃物为目的，因此笔者通过整合以上技 术，结合地下水库储水机理提出了工艺适应性较强 的三位一体、四维协同浆体充填技术，并集成金属矿 山长距离浆体管道输送技术，完善了流态化浆体充 填技术体系。 流态化浆体充填技术体系的提出旨在 安全、绿色、高效地处理煤炭开采和利用过程中所产 生的固体废弃物，为我国矿山企业提供全新的固废 处理方法，丰富我国煤炭行业固体废弃物处理技术 体系，为实现煤炭资源绿色开采，清洁利用和零废排 放奠定基础。
１ 煤矿固废处理技术发展现状与瓶颈
１．１ 煤矿固废处理技术发展现状
针对煤炭开采和利用过程中产生的矸石、粉煤 灰等固体废弃物，国内传统的处理技术包括资源化 综合利用和充填 技术。
１）资源化综合利用技术。 根据利用方法不同 划分为 ３ 类［１９］ ：①直接利用型，将属于Ⅰ类一般固 废的煤矸石回填于开采沉陷区后进行复垦，或将其 用于公路路基、铁路基床；②加工提质型，将符合水 泥制作标准的粉煤灰加工后，制成水泥；③综合利用 型，将发热量高的煤矸石进行燃烧发电，并将燃烧后 形成的锅炉灰渣制砖制陶 。
２） 充填开采技术。 充填开采是绿色开采技 术［２０］ ，是为解决“三下” 压煤，对村庄下、水体下和 铁路下煤炭资源的开采方式［２１－２３］ 。 随着技术水平、 装备水平及管理水平的不断提升，该技术的采煤能 力和充填能力都有了较大突破，在解决“三下”压煤 的同时，也可以规模化处理矸石等固体废弃物。 充 填开采技术对固废需求量较大，目前已发展成为行 业处理固废的最主要方式之一。
充填开采技术种类繁多，按作业方法不同可划 分为工作面充填开采和巷式充填开采；按充填物料 特征的不同可划分为固体充填采煤、膏体充填采煤 和高水材料充填采煤，其中高水材料充填采煤以专 用高水材料作为充填物料进行充填开采，无法解决 固体废弃物排放，故不列入讨论范围。 不同作业方法与不同的物料特征组合形成工作面固体充填采煤 （又称“刮板输送机卸矸充填”）、工作面膏体充填采 煤、巷式固体充填采煤和巷式膏体胶结充填采煤等 ４ 种充填采煤工艺。 目前，这些技术已在邢东、花园 等许多矿井成功应用。 固体充填采煤主要以煤矸石 作为充填物料将其充填于工作面采空区或废弃巷道 中，以达到降低和减缓覆岩垮落的目的。 膏体充填 采煤通常以矸石和尾砂作为骨料，以粉煤灰等灰料 作为辅料、以水泥作为胶结剂，按照特定比例加水配 置成具有一定承载能力的膏体进行充填，以达到控 制地面破坏的目的。 从处理固体废弃物的角度来 讲，同等条件下，固体充填采煤技术处理固废的能力 大于膏体充填采煤。 目前，国内已有的工作面固体 充填采煤项目最大处理能力约 ０．５ Ｍｔ ／ ａ，在建的葫 芦素煤矿矸石井下充填项目设计充填能力为 １． ０ Ｍｔ ／ ａ。 此外，许家林［２５］在离层注浆的基础上提出了部 分充填采煤技术，通过对采空区局部、离层区或冒落 区进行充填，依靠充填体与采场垮落的岩体形成稳 定结构以达到控制地面沉陷的目的。 目前该技术在 门克庆煤矿等得到了成功的应用。 从现场应用效果 看，该技术可很好地控制地表变形，且减少了充填 量，降低了充填成本，但处理固废能力相对有限。
１．２ 煤矿固废处理技术瓶颈
目前，资源化综合利用技术和充填开采技术并 没有得到广泛应用和推广的主要原因 如下。
１）适应性较低。 以工作面固体充填采煤技术 为例，该技术是目前规模化处理固废能力最大的方 式之一，但其对煤层赋存条件、工作面布置及采煤工 艺等要求严格。 基于目前的技术水平和装备水平， 该技术的理想开采煤层厚度为 ２．０ ～ ４．５ ｍ；在仰采 条件下使用情况较好，而在俯采情况下容易出现回 矸等问题；较适用于综采，而在综放条件下无法实 施。 资源化综合利用技术是延伸产业链、变废为宝 的绿色技术，但该技术存在明显的地域差异性。 以 粉煤灰为例，在我国东南地区粉煤灰是生产水泥的 主要原料，具有较高的市场价值，但在我国北方煤炭 主产区，其市场需求相对较小，运输成本远高于市场 价值，所以无法作为有价值的固废进行综合性利用 加以推扩。
２）处理能力有限。 充填开采技术通常需要多 项工艺进行配合，特别是“充填”与“采煤”之间存在 一定匹配关系，导致其能力相互制约。 目前，国内已 有的充填采煤项目最大处理能力仅为 ０．７ Ｍｔ ／ ａ。 资 源化综合利用技术由于市场需求较小，其处理能力 也相对有限。
３）处理成本较高。 以笔者参与设计的葫芦素 煤矿和小回沟煤矿等数个充填项目为例，井下新增 １ 套充填采煤工作面投资为 １．５ 亿 ～ ２．５ 亿元，建设 工期为 １～３ ａ，吨矸处理成本为 ３０ ～ ８０ 元。 对矿山 企业而言，项目建设投资大、成本高、工期长，在政策 支持力度不足的背景下，实施以处理固废为目的充 填开采阻力较大。
４）影响矿井正常生产接续。 工作面充填采煤 的基本原理是通过在井下布置 １ 个充填采煤工作 面，同时配备充填采煤专用液压支架等成套设备，在 工作面开采的同时对其后方的采空区进行充填。 然 而《煤矿安全规程》 （２０１６ 版）以及各省相关规定对 井下工作面的数量以及采区工作面的布置有严格要 求；且井下增加 １ 个充填采煤工作面，井下人员数 量、设备配备等均会发生变化，矿井原通风、运输、供 电等系统均需调整。 因此，传统的充填技术对矿井 的正常生产、接续计划以及各系统影响较大。 对 “三下”压覆严重、生产能力较低的老矿井而言，该 技术具有一定的应用前景，但对于资源赋存条件优 越的现代化大型矿井，推广该技术难度较大。
２ 流态化浆体充填技术
２．１ 流态化浆体充填技术的目标与要求
随着我国煤炭行业产能结构的优化调整，落后 产能逐渐被淘汰，现代化高产、高效大型矿井应运而 生。 现代化大型矿井生产能力较大，其伴生物煤矸 石等固废产量也随之增大，随着国家及地方环保政 策的逐步收紧，矿山企业对固废处理能力和处理效 率的要求也逐步提高。 传统处理技术能力小、成本 高、影响大、适应性差等弊端逐渐凸显，因此已不足 以解决国内矿山企业普遍面临的固废排放难题。 在 此背景下，笔者对新型流态化浆体充填技术提出了 以下具体要求。
１）工艺简单、安全可靠。 流态化浆体充填技术 的系统布置和工艺流程应简单、可靠，避免工艺复杂 或布置不当引起浆体堵管或淹没工作面等安全 事故。
２）系统独立、目标单一。 流态化浆体充填技术 以处理固体废弃物为目标，其系统布置与井下生产 系统应相互独立，避免影响矿井正常生产及接续 计划。
３）高能低耗。 流态化浆体充填技术的处理能 力、处理效率及处理成本应满足现代化大型矿井的 固废处理需求。
４）实现自动化或智能化控制。 流态化浆体充 填技术应实现自动化或智能化控制，降低劳动强度， 减少作业人员数量，为固废智能化处理奠定基础。
２．２ 流态化浆体充填技术构思
流态化浆体充填技术的基本构思是将煤炭生产 和利用过程中所产生的煤矸石、粉煤灰等固体废弃 物经破碎、研磨后制成浆体，通过长距离浆体管道输 送技术输送至采空区附近，再利用高位注浆、邻位注 浆或低位灌浆等技术手段将其充填于煤矿开采覆岩 垮落后的残余空间中，从而达到处理固体废弃物的 目的，如图 １ 所示。
流态化浆体充填技术的内涵是将矸石等固体废 弃物破碎的研磨成微小颗粒，然后以水为载体，以管 路为通道，以泵为动力，将固废颗粒高效迁移至井下 开采垮落后的残余空间，利用“水－砂”混合物在开 放空间的沉淀特性以及采空区的过滤能力，使得固 废颗粒滞留于井下废弃空间，并根据需要将水从低 位进行回收，以达到固废的高效处理及水资源的分 区调配和重复利用。 流态化浆体充填技术的主要系 统布置于地面，系统相对简单，工程建设量较小，系 统可采用集成化远程控制，人员劳动强度低，井下仅 需布设输浆管道，且浆体处理与煤炭生产相互独立， 处理系统对矿井原有生产及接续影响较小。
３ 流态化浆体充填关键技术组成
固体废弃物流态化浆体充填技术是以关键技术 原始创新和共性技术集成创新的模式，将多项技术有 机结合起来，基于采动覆岩破碎区浆体介入理论建立 的新型流态化充填技术体系，其核心技术包括以下 ６ 项：高效精准制浆、智慧管道输送、四维协同充填、采 动覆岩钻进、全息远程控制和安全生产保障，其技术 架构如图 ２ 所示。
３．１ 高效精准制浆技术
高效精准制浆技术是固体废弃物流态化浆体处 理的基础和前提，也是智慧管道输送和四维协同充 填的技术保障。 高效精准制浆技术涵盖浆体的高效 制备及浆料粒级的精准配比。 首先，浆体的制备是 流态化浆体充填技术的主要成本来源之一，因此，直 接关系流态化浆体充填技术的应用前景。 浆体的高 效制备需要结合固体废弃物的基本物理力学特征， 合理布置破碎及研磨系统，确保破碎比和研磨比最 佳，以降低系统能耗。 其次，智慧管道输送和四维协 同充填对浆体的粒径及浓度均要求较高。 四维协同 充填系统根据灌注方式以及充填区域的不同对浆体 的粒径有不同的要求，智慧管道输送系统则需要结 合充填系统的要求确定输送的核心参数，高效精准 制浆系统为精准控制浆体的粒径、浓度和级配提供 重要保障
３．２ 智慧管道输送术
为提高固体废弃物的输送效率，降低其运输成本 和负面影响，引进金属矿山长距离浆体管道输送技 术，并进行改进和优化。 金属矿山长距离浆体管道输送的要求相对单一，仅需考虑管道输送对浆体浓度、 级配、流速等因素的要求，而流态化浆体充填技术中 浆体输送系统作为过渡环节，需要与制浆系统和充填 系统相匹配，在长距离浆体管道输送技术的基础上需 满足分区控压、分时稳压，浓度、级配与流速动态平 衡。 具体而言，智慧管道输送技术具有以下 ２ 点功 能：①可根据不同级配要求对浓度、流速进行自动调 节，降低管道磨损及设备能耗；②可根据不同工艺的 输送压力要求，实现多工况条件下分区控压、分时稳 压的智慧输送。
３．３ 四维协同充填技术
四维协同充填技术体系架构如图 ３ 所示，包括高 位注浆、邻位注浆和低位灌浆。 高位注浆充填是利用 高位注浆钻孔或高位注浆巷向覆岩破坏区进行注浆充 填，主要适用于埋深较浅或地下残余空间较大的采空 区；邻位注浆技术是利用采空区邻近的巷道施工注浆 钻孔或直接向采空区进行注浆，该工艺可随回采工作 面的推进向相邻采空区注浆，也可利用盘区巷道向老 空区注浆充填；低位注浆技术类似于煤矿注浆防灭火， 随着工作面的推进，利用工作面巷道布置注浆管路向 工作面后方的采空区进行注浆，适用于仰采工作面。
由于四维协同充填技术的充填形式多样且式均 有弊端。 因此，四维协同充填技术的核心是构建基于 不同条件的充填方式判别模型，依据矿井开拓开采情 况和资源赋存特征，统筹规划、综合协调各工艺在空 间上的匹配关系或组合形式，以克服矿井涌水量大、 俯斜开采、处理需求大等技术难题。 同时，在时间上 需要与矿井的生产计划相协调，避免浆体涌入工作 面，在保证安全生产的前提下高效处理矿井所产生的 固体废弃物。
３．４ 采动覆岩钻进技术
流态化浆体充填技术主要是利用高位注浆、邻位 注浆或低位灌浆等技术手段将固体废弃物浆体充填 于煤矿开采覆岩垮落后的残余空间中，其中高位注浆 技术和邻位注浆技术均需以采动覆岩破碎区施工钻 孔作为注浆通道。 与传统的钻进相比，在采动覆岩破 碎区钻孔施工难度较大，容易出现卡钻、漏失严重等 情况，特别是工作面推进过后，上覆岩层尚未完全稳 定，会给钻孔的施工带来巨大的挑战和安全隐患，且 覆岩的移动和变形可能造成成型钻孔的破坏。 因此， 在覆岩破碎区进行钻孔施工以确保注浆钻孔在覆岩 运移过程中的稳定性是采动覆岩钻进技术的核心。 通过对采场覆岩破坏时效性的系统研究，结合已有工 程案例，提出改变钻进循环介质类型，在采场覆岩相 对稳定后进行多级钻进，确保施工的安全性和钻孔结 构的稳定性，同时采用高强脆性套管作为注浆管，确 保注浆钻孔的稳定性。
３．５ 全息远程控制技术
全息远程控制技术是通过建立采场覆岩破碎区 流态化浆体处理全息控制平台，采用专用传感器群， 实现对地面高效精准制浆系统、智慧管道输送系统及 四维协同充填系统工作过程关键参数的实时采集、集 中处理与监管，如图 ４ 所示。 通过建立全息远程控制平台，形成了智能化输 送、自动化充填的控制方案，构建了集故障自诊、风险 预警和一键启停于一体的控制机制，实现了流态化浆体处理全过程的远程控制，为智慧充填的实施奠定了 坚实基础。
３．６ 安全生产保障技术
安全生产保障技术是流态化浆体充填技术的 基础保障。 煤矿井下生产环境恶劣，设备故障率较 高，且地质条件复杂，各种灾害频发。 安全生产保 障系统需要针对流态化浆体处理系统实施过程的 各个环节中可能出现的安全、设备故障、系统不均 衡等问题，形成集灾害防治、设备管理、物料精准分 流一体的保障体系，保证流态化浆体处理系统的安 全高效运行。
４ 技术发展方向展望
４．１ 井下智能分选与就地制浆充填
近年来，随着干法选煤技术和装备水平的不断提 高，其投资小、成本低等优势进一步凸显，特别是其分 选过程无需水、无需介质、无煤泥水处理环节等，使其 具备井下广泛推广的基本条件和独特优势。 智能干 法选煤技术的井下推广将有效降低矿井无效运输和 提升，提高矿井运输系统效率，增加矿井有效产能，市 场前景良好。 但在现代化矿井高产、高效的背景下， 如何高效地处理井下分选得到的矸石是制约干法选 煤技 术 井 下 广 泛 推 广 的 关 键 问 题。 目 前， 张 吉 雄［２４－２６］结合井下选煤和充填采煤技术，提出了井下 “采－选－充”高效一体化技术，既能发挥各单体技术 的特点，又能相互协调，是解决井下干法选煤排矸的 有效方式之一。 由上文分析知，充填开采技术需多项 工艺组合，由于技术自身特征及目前技术水平和装备 水平的限制，其充填能力有限，且会对矿井生产和接 续产生较大影响。 因此，亟需寻找大排量高效排矸技 术与干法选煤技术相配合以实现广泛推广。
与传统的充填开采相比，浆体流态化处理技术工 艺简单，其能力限制因素较少，浆体的制备和输送能 力可满足现代化大型矿井的要求。 因此，将流态化浆 体充填技术与井下智能分选技术相结合，构建井下煤 矸分选与就地制浆充填一体化技术，可有效降低矿井 的无效提升，同时可利用井下废弃空间高效解决煤炭 开采过程中所产生的煤矸石。 该技术不受矿井采煤 工艺、接续计划等因素的影响，具有将强的适应性和 推广价值，是未来发展的方向。
４．２ 智能浆体充填技术
随着信息技术、人工智能技术的快速发展，矿山 智能化已成为全球矿业领域的技术热点和发展方向。 智慧矿山是实现煤炭工业高质量发展的核心技术支 撑，是矿山企业由劳动密集型升级为技术密集型，从 简单粗放型向精准智能型的转变，是数字矿山的升级 发展［２７］ 。 煤矿的智能化不是单一系统的智能化，而 是采掘、运输、通风、排水、供电、生产管理、安全保障、 应急救援等全过程的智能化［２８－３０］ 。 为实现煤矿的智 能化，适应煤炭工业的发展，固体废弃物流态化处理 技术的智能化升级是技术发展的必经之路。
矿山企业固体废弃物流态化智能处理技术简称 智能浆体充填技术。 流态化浆体充填技术已可实现 远程操控，且具故障自诊、风险预警和一键启停功能， 为实现智慧充填奠定了基础，但注浆钻孔的施工以及 灌浆管道的切换主要依靠人工进行，且系统需要工作 人员 ２４ 小时值守，人工强度高，智能化程度较低。 为 彻底实现智能充填，最大限度地提高系统固废处理效 率，减少系统人员配备，降低工作人员劳动强度，增加 系统的稳定性和抗风险能力，智能浆体充填技术需满 足以下要求：①智能监测与控制系统，系统可通过对 固废处理的全过程实时监测，根据系统中流量、压力 等数据对物料的调配、流速的控制以及注浆钻孔的切 换进行智能控制；②故障自诊和智能处理系统，系统 可根据局部压力增高等现象自行判断故障原因，并作 出针对性的自救处理措施，保证系统的正常运行； ③智能钻进机器人，智能机器人通过设计注浆钻孔的 位置和参数自动定位，判别围岩特性选择钻进设备和 工艺，依据注浆接续计划合理安排钻进顺序，高效完 成井下注浆钻孔的施工作业，进而取代井下人工钻 进；④设备健康智能管理系统，对固废处理系统的所 有设施设备全生命周期健康状态进行实时监测和智 能管理，主要包括对健康指标的监测检查、健康评价 和健康恢复，预测设备的剩余寿命。
５ 典型工程案例
５．１ 龙王沟煤矿矸石浆体处理项目
龙王沟煤矿位于鄂尔多斯市，准格尔煤田中北 部。 设计生产能力 １０．０ Ｍｔ ／ ａ，投产时采用“一井一 面”的生产模式，主采 ６ 号煤层平均厚度约 １８．３４ ｍ， 采用综采放顶煤开采。 由于煤层夹矸较多，矿井达产 后年产矸石约 ２．０ Ｍｔ ／ ａ。 为贯彻落实新时代生态文 明思想，推进煤炭生产方式绿色化变革，促进煤炭企 业高质量发展，在鄂尔多斯市政府的大力支持下，确 定了龙王沟煤矿矸石回填项目。 项目采用流态化浆 体充填技术将矸石在地面制浆，利用管道输送至采空 区附近，通过高位注浆和低位灌浆 ２ 套工艺的匹配， 在不影响矿井正常生产的情况下，实现煤矿矸石的流 态化高效处置，如图 ５ 所示。
项目地面设施位于龙王沟煤矿工业场地，占地面 积约 ３ ６００ ｍ ２ ，管道敷设长度约 ８．０ ｋｍ，总投资约 １．２ 亿元，项目投产初期矸石处理能力可达 １．２ Ｍｔ ／ ａ，初 步估算，矸石处理成本约为 ５０．１ 元／ ｔ，折算至吨煤成 本约为 ５． ０ 元／ ｔ。 项目充填能力有望首次突破 １． ０ Ｍｔ ／ ａ，成为国内外矸石充填能力最大、充填效率最高 的示范性工程项目。
５．２ 国华锦界电厂灰渣处理项目
国华锦界电厂作为国内最大的“煤电一体化”项 目之一，是国家西部大开发的重要组成部分，属国家 级重点工程。 数据显示，２０１６—２０１８ 年锦界电厂产 生灰渣约 ０．８８ Ｍｔ ／ ａ，主要采用外销和填埋的方式进 行处理，随着电厂规模的不断扩大，三期、四期扩建工 程准备工作的顺利开展，预计 ２０１９—２０２１ 年将共计 产生固废 ３．２５ Ｍｔ，而榆林地区粉煤灰利用市场趋于 饱和，且电厂灰渣排放库也即将达到库容，导致锦界 电厂灰渣处理难题更加严峻 。
为解决锦界电厂灰渣排放难题，项目提出利用流 态化浆体充填技术将电厂灰渣就近回填于其配套的 锦界煤矿。 项目通过在电厂工业场地灰渣库附近布 置制浆系统和泵送系统，将灰渣制成浆体后通过地埋 管道输送至锦界煤矿，利用副斜井和辅运大巷铺设输 浆管道将浆体运输至 ３ 盘区 ３１２１４ 工作面回风巷和 ３１２１３ 工作面回风巷。 通过邻近工作面巷道向冒落 区施工注浆仰上钻孔，注浆钻孔终孔高度 ７ ｍ，钻孔 长度 ２６．３ ｍ，水平面夹角为 ９°，垂直煤柱施工。 钻孔 孔径 ø１７８ ｍｍ，全程下 ø１５０ ｍｍ 保护套管用于隔离采 空区冒落矸石，下套管后钻孔尾端进行注水泥浆固 管，注浆管末端 ３．０ ｍ 处连接花管以增加出浆范围。 按照步距 ４０ ｍ 进行邻位注浆充填，实现高效处理电 厂灰渣。 项目设计处理灰渣量约为 ０．８５ Ｍｔ ／ ａ，充填成本 ３２．０６ 元／ ｔ，与传统处理方式相比，极大地降低 了灰渣外排费用，在保护生态环境的同时，创造了显 著的经济效益。
６ 结 语
阐述了我国矿山企业普遍面临的固体废弃物排 放难题以及国家政策和行业现状，总结分析了传统固 废处理技术的发展瓶颈，在此基础上，通过集成跨界 先进技术，优化生产适性技术，提升系统匹配技术，提 出了煤矿固体废弃物流态化浆体处理的技术构思，并 阐述了其技术内涵和技术优势。 介绍了流态化浆体 充填的 ６ 项核心技术：智慧管道输送、四维协同充填、 高效精准制浆、采动覆岩钻进、全息远程控制和安全 生产保障，并提出了井下智能分选＋就地制浆充填和 智能化浆体充填两大技术发展方向。 煤矿固体废弃 物流态化浆体充填技术成功在龙王沟煤矿和锦界电 厂进行了应用，实现了矸石处理能力 １．２ Ｍｔ ／ ａ，处理 成本 ５０．１ 元／ ｔ，灰渣处理能力０．８５ Ｍｔ ／ ａ，处理成本 ３２．０６ 元／ ｔ，大幅降低了固体废弃物外排费用，创造了 显著的经济效益，为我国矿山企业提供了全新的固废 处理方法。
参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：
［１］ 钱鸣高， 许家林． 科学采矿的理念与技术框架［ Ｊ］． 中国矿业大 学学报（社会科版）， ２０１１，４０（３）： １－７． ＱＩＡＮ Ｍｉｎｇｇａｏ， ＸＵ Ｊｉａｌｉｎ． Ｃｏｎｃｅｐｔ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ｏｆ ｓｕｓ⁃ ｔａｉｎａｂｌｅ ｍｉｎｉｎｇ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ＆ Ｔｅｃｈ⁃ ｎｏｌｏｇｙ（Ｓｏｃｉａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ）， ２０１１，４０（３）：１－７．
［２］ 祁和刚， 张 农， 李 剑， 等． 煤矿“短充长采”科学开采模式 研究［Ｊ］．煤炭科学技术， ２０１９， ４７（５）： １－１２． ＱＩ Ｈｅｇａｎｇ， ＺＨＡＮＧ Ｎｏｎｇ， ＬＩ Ｊｉａｎ， ｅｔ ａｌ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｍｉｎｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｏｆ “ ｓｈｏｒｔ－ｗａｌｌ ｆｉｌｌｉｎｇ ＆ ｌｏｎｇ －ｗａｌｌ ｍｉｎｉｎｇ” ｉｎ ｃｏａｌ ｍｉｎｅｓ［Ｊ］． Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２０１９， ４７（５）： １－１２．
［３］ 张吉雄， 鞠 杨， 张 强， 等． 矿山生态环境低损害开采体系与 方法［Ｊ］． 采矿与岩层控制工程学报， ２０１９， １（１）： １－１３． ＺＨＡＮＧ Ｊｉｘｉｏｎｇ，ＪＵ Ｙａｎｇ， ＺＨＡＮＧ Ｑｉａｎｇ，ｅｔ ａｌ． Ｌｏｗ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｎ⁃ ｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｄａｍａｇｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｃｏａｌ ｍｉｎｅｓ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｓｔｒａｔａ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２０１９， １（１）： １－１３． ［４］ 钱鸣高， 许家林， 王家臣． 再论煤炭的科学开采［Ｊ］． 煤炭学报， ２０１８，４３（１）： １－１３． ＱＩＡＮ Ｍｉｎｇｇａｏ， ＸＵ Ｊｉａｌｉｎ， ＷＡＮＧ Ｊｉａｃｈｅｎ． Ｆｕｒｔｈｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｓｔａｉｎ⁃ ａｂｌｅ ｍｉｎｉｎｇ ｏｆ ｃｏａｌ［ Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ， ２０１８， ４３ （１）： １－１３．
［５］ 王家臣， 刘 峰， 王 蕾． 煤炭科学开采与开采科学［ Ｊ］． 煤炭 学报，２０１６， ４１（１１）： ２６５１－２６６０． ＷＡＮＧ Ｊｉａｃｈｅｎ， ＬＩＵ Ｆｅｎｇ， ＷＡＮＧ Ｌｅｉ． Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｍｉｎｉｎｇ ｓｃｉｅｎｃｅｓ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ， ２０１６， ４１ （１１）： ２６５１－２６６０．
［６］ 钱鸣高， 缪协兴， 许家林， 等． 论科学采矿［ Ｊ］． 采矿与安全工 程学报， ２００８， ２５（１）：１－１０． ＱＩＡＮ Ｍｉｎｇｇａｏ， ＭＩＡＯ Ｘｉｅｘｉｎｇ， ＸＵ Ｊｉａｌｉｎ， ｅｔ ａｌ．Ｏｎ ｓｃｉｅｎｔｉｚｅｄ ｍｉｎｉｎｇ ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ＆ Ｓａｆｅｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２００８， ２５（１）： １－１０． ［７］ 许家林， 钱鸣高． 绿色开采的理念与技术框架［ Ｊ］． 科技导报， ２００７， ２５
（７） ： ６１－６４． ＸＵ Ｊｉａｌｉｎ， ＱＩＡＮ Ｍｉｎｇｇａｏ． Ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｇｒｅｅｎ ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ ｉｔｓ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ［Ｊ］． Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｖｉｅｗ， ２００７， ２５（７）： ６１－６４．
［８］ 钱鸣高， 许家林， 缪协兴． 煤矿绿色开采技术［ Ｊ］． 中国矿业大 学学报， ２００３， ３２（４） ： ３４３－３４８． ＱＩＡＮ Ｍｉｎｇｇａｏ， ＸＵ Ｊｉａｌｉｎ， ＭＩＡＯ Ｘｉｅｘｉｎｇ． Ｇｒｅｅｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｎ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２００３， ３２（４）： ３４３－３４８．
［９］ 谢和平， 王金华， 王国法， 等． 煤炭革命新理念与煤炭科技发展 构想［Ｊ］． 煤炭学报， ２０１８， ４３（５）： １１８７－１１９７． ＸＩＥ Ｈｅｐｉｎｇ， ＷＡＮＧ Ｊｉｎｈｕａ， ＷＡＮＧ Ｇｕｏｆａ， ｅｔ ａｌ． Ｎｅｗ ｉｄｅａｓ ｏｆ ｃｏａｌ ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｃｏａｌ ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ［ Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ， ２０１８， ４３ （ ５）： １１８７－１１９７．
［１０］ 谢和平， 王金华， 姜鹏飞， 等． 煤炭科学开采新理念与技术变 革研究［Ｊ］． 中国工程科学， ２０１５， １７（９）： ３６－４１． ＸＩＥ Ｈｅｐｉｎｇ， ＷＡＮＧ Ｊｉｎｈｕａ， ＪＩＡＮＧ Ｐｅｎｇｆｅｉ， ｅｔ ａｌ．Ｎｅｗ ｃｏｎｃｅｐｔｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎｓ ｉｎ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ［Ｊ］． Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， ２０１５， １７（９）： ３６－４１．
［１１］ 王国法， 王 虹， 任怀伟， 等． 智慧煤矿 ２０２５ 情景目标和发展 路径［Ｊ］． 煤炭学报， ２０１８， ４３（２）： ２９５－３０５． ＷＡＮＧ Ｇｕｏｆａ， ＷＡＮＧ Ｈｏｎｇ， ＲＥＮ Ｈｕａｉｗｅｉ， ｅｔ ａｌ．２０２５ ｓｃｅｎａｒｉｏｓ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐａｔｈ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ， ２０１８， ４３（２）： ２９５－３０５．
［１２］ 申斌学， 郑忠友， 朱 磊． 新时代背景下绿色矿山建设体系探 索与实践［Ｊ］． 煤炭科学技术， ２０１９， ５１（２）： １－５． ＳＨＥＮ Ｂｉｎｘｕｅ， ＺＨＥＮＧ Ｚｈｏｎｇｙｏｕ， ＺＨＵ Ｌｅｉ． Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｆ ｇｒｅｅｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｔｈｅ ｎｅｗ ｅｒａ［ Ｊ］． Ｃｏａｌ Ｓｃｉ⁃ ｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２０１９， ５１（２）： １－５．
［１３］ 王金庄， 康建荣， 吴立新． 煤矿覆岩离层注浆减缓地表沉降机 理与应用探讨［ Ｊ］． 中国矿业大学学报， １９９９， ２８（ ４）： ３３１－ ３３４． ＷＡＮＧ Ｊｉｎｚｈｕａｎｇ， ＫＡＮＧ Ｊｉａｎｒｏｎｇ， ＷＵ Ｌｉｘｉｎ． Ｔｈｅ ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ ｓｔｒａｔａ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｒｅｄｕｃｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｉｎ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉ⁃ ｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， １９９９， ２８（４）： ３３１－３３４．
［１４］ 许家林， 轩大洋， 朱卫兵， 等．基于关键层控制的部分充填采 煤技术［Ｊ］． 采矿与岩层控制工程学报， ２０１９， １（１）： １－８． ＸＵ Ｊｉａｌｉｎ， ＸＵＡＮ Ｄａｙａｎｇ， ＺＨＵ Ｗｅｉｂｉｎｇ， ｅｔ ａｌ． Ｐａｒｔｉａｌ ｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ ｃｏａｌ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｋｅｙ ｓｔｒａｔａ ｃｏｎｔｒｏｌ［ Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｓｔｒａｔａ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２０１９， １（１）： １－８．
［１５］ 题正义， 秦洪岩， 乔 宁，等． 大倾角综放采空区注浆防灭火浆液 扩散模拟研究［Ｊ］． 中国安全科学学报， ２０１６， ２６（１）： ５１－５７． ＴＩ Ｚｈｅｎｇｙｉ， ＱＩＮ Ｈｏｎｇｙａｎ， ＱＩＡＯ Ｎｉｎｇ， ｅｔ ａｌ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｌｕｒｒｙ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｉｎｖｏｌｖｅｄ ｉｎ ｆｉｒｅ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｉｎ ｌａｒｇｅ ｄｉｐ ａｎｇｌｅ ｆｕｌｌｙ ｍｅｃｈａ⁃ ｎｉｚｅｄ ｃａｖｉｎｇ ｇｏｂ ｂｙ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ［ Ｊ］． Ｃｈｉｎａ Ｓａｆｅｔｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｊｏｕｒｎａｌ， ２０１６， ２６（１）： ５１－５７．
［１６］ 杨广文． 采空区预埋高位套管注浆技术的研究与实践［ Ｊ］． 煤 矿安全， ２０１２， ４３（Ｓ１）： ８１－８４． ９０
——转载自煤炭行业知识服务平台
湘潭乾坤矿山尾矿充填整体承包方案介绍
尾砂充填系统EPC总承包--机械过滤系统
一、膏体充填核心技术：
膏体配比参数的实验研究和确定，可根据充填目的，优化充填体强度参数，根据流动性能、凝固性能和强度要求，优化灰沙比。
采矿方法和充填工艺的可行性、充填综合成本的研究，选择合适特性的膏体充填工艺技术方案。
确定全尾砂脱水方式与装备，膏体搅拌制备方式与装备，膏体输送方式与装备，保证膏体均质和活化。
确定膏体管道泵送的流变特性、临界流速、阻力损失等核心参数。
选择合理的控制方式，确保膏体充填系统的连续稳定工作。
膏体充填系统的调试使所有工艺设备达到设计的最佳工作状态。
三、干堆尾砂工艺流程
四、湿排尾砂工艺流程
五、技术参数
客服1