绿色开采与降本增效双赢：神木市店塔镇XX畔煤矿矸石混凝土预充填无煤柱开采技术应用实践

一、项目背景与技术需求

1.1 煤矿概况与面临挑战

• 资源回收率低：留煤柱导致采区回收率约70%。
• 生产成本高：掘进工程量与支护费用高、效率低。
• 环保压力大：矸石堆积占地与污染风险突出。
• 安全风险高：采空区顶板管理难，存在冒顶隐患。

1.2 技术需求分析

• 充填材料低成本且性能可靠。
• 工艺装备成熟，流程简洁可控。
• 经济性可证实，投资回报明确。
• 长期稳定性与安全性有保障。

二、技术方案与创新点

2.1 高温磁化煤矸石混凝土技术

2.1.1 技术原理

• 高温磁化处理：1200℃与0.5-2T磁场下提升矿物相稳定性。
• 加工处理：破碎筛分为5-25mm粗骨料与0-5mm细骨料。
• 配合比设计：磁化矸石骨料占比60%-70%。
• 性能调控：外加剂与搅拌工艺保证工作性与强度。

2.1.2 技术创新点

• 废物资源化：煤矸石转化为价值型骨料。
• 性能优化：改性骨料显著提升强度与耐久性。
• 成本降低：利用自有矸石资源，材料端降本明显。

2.2 预充填无煤柱开采系统

2.2.1 工艺流程

宽巷掘进 → 巷道支护 → 预充填体支模 → 巷内充填 → 墙体凝固 → 下一个循环。

2.2.2 关键技术装备

• 柔性模板：5800×1800×3000mm，阻燃抗静电、透水不透浆。
• 充填泵：HBMG-50/16-132S，50m³/h，最大出口压力21MPa。
• 搅拌系统：矸石混凝土专用搅拌设备，保证均匀性。
• 运输系统：胶轮水泥罐车直达充填地点。

2.2.3 支护系统优化

预置Φ20×1800mm等强螺纹钢锚栓，间排距1000×1000mm，控制侧向变形，提高抗拉抗剪能力。

三、项目实施与过程管理

3.1 项目组织与团队配置

项目团队共15人：项目经理1、地质3、采矿4、材料3、机械2、经济分析2。

3.2 实施时间节点（180天）

• 1-60天：现场调研与技术方案详细设计。
• 61-120天：设备采购安装与试验段施工。
• 121-180天：全工作面推广应用与效果监测。

3.3 质量控制措施

• 材料检验：矸石质量与混凝土性能全流程检验。
• 监测体系：变形与应力等参数全过程监测。
• 标准流程：标准化作业、质量一致性控制。
• 应急响应：完备预案，快速处理异常。

四、经济效益分析

4.1 成本对比

• 原材料：矸石混凝土85.85-210元/吨；C30商混386.7元/立方。
• 加工生产：矸石81.63-182.04元/吨（10万吨816.3-1820.4万元）；商混78-83元/立方（10万立方780-830万元）。
• 运输：矸石10万吨约44万元；商混10万立方约350万元。
• 总成本：矸石1718.8-4004.4万元；商混4997-5047万元，节省992.6万~3328.2万元。

4.2 其他经济效益

• 回收率提升15%-20%，增加可采储量价值。
• 掘进量减少30%-40%，支护成本下降。
• 固废处置与环境治理成本下降。

五、技术效益与社会价值

5.1 技术创新价值

• 材料创新：高温磁化矸石大规模应用。
• 工艺创新：预充填无煤柱开采流程标准化。
• 装备创新：制备、输送、充填系统一体化。

5.2 安全效益

• 顶板管理：充填体有效支撑，降低冒顶风险。
• 瓦斯治理：减少积聚空间，通风条件改善。
• 防灭火：减少漏风，降低自燃风险。
• 应急逃生：留巷利于应急疏散。

5.3 环保效益

• 固废资源化：年消耗矸石10万吨。
• 碳排减少：比传统商混碳足迹降低40%+。
• 保护水与土地资源，降低地表影响。

5.4 行业示范价值

• 技术路线成熟，形成应用指南。
• 经济性显著，符合绿色矿山与双碳战略。
• 带动装备与服务产业链协同发展。

六、实施难点与解决方案

6.1 技术难点与对策

• 矸石性能波动：高温磁化与加工工艺稳定质量。
• 长距离输送：高压泵与优化管路降低堵管风险。
• 接顶困难：柔性模板+压力充填确保充分接顶。
• 早期强度：配比优化+速凝助剂提升早强。

6.2 管理难点与对策

• 多工序协调：精细计划与节点控制。
• 技能不足：专项培训提升操作水平。
• 质量控制：全过程监控与标准化作业。
• 安全风险：专门防护与应急预案。

七、推广应用前景

7.1 适用条件

• 煤层厚1.5-4.0m、倾角<25°。
• 顶底板稳定性中等以上。
• 矸石产量大、处理压力大。
• 回收率目标高的矿井。

7.2 推广价值

• 投资回收期2-3年，IRR>25%。
• 已完成工业化试验与推广应用。
• 契合政策导向与社会期望。

7.3 发展趋势

• 智能化监控：物联网与大数据赋能。
• 材料性能优化：持续研发高性能矸石混凝土。
• 装备大型化：高效充填成套装备研发。
• 标准化建设：制定行业标准与规范。

八、结论与建议

8.1 主要结论

• 技术上可行：满足沿空留巷技术要求。
• 经济上合理：较商混成本降低50%以上。
• 安全上可靠：作业环境与稳定性显著改善。
• 环保上友好：实现固废资源化与降碳。

8.2 建议与展望

• 持续优化材料与工艺参数。
• 完善标准规范与操作规程。
• 争取政策支持与示范推广。
• 推动产学研协同创新与迭代升级。

中矿天智信息科技（徐州）有限公司将继续深化与煤矿企业合作，提供绿色开采技术支撑，助力行业高质量发展。