矿产勘查服务

生态文明理念开启地勘业又一个春天 ——中国煤炭地质总局科技创新纪实

发布日期:2019-09-26 点击:

来源:中国矿业报




近几年,地勘经济出现下行态势,特别是煤炭地质勘查市场急剧萎缩,产能严重过剩。地勘单位间的恶性竞争,严重阻碍了地勘单位的可持续健康发展。

中国煤炭地质总局从生态文明建设中寻找机遇,树立“大生态、大地质、大服务”的理念,主动布局,科技创新,积极拓展服务领域,转变产业结构,在服务煤矿“安全高效绿色”开采方面走出了新路。

作业现场


中国煤炭地质总局副局长潘树仁在谈到地勘行业供给侧结构改革和产业结构调整时表示,在生态文明发展理念之下,矿山开采需要考虑一个项目的全生命周期的发展问题,这也需要地勘行业通过科技创新为其提供更长久更多样更有针对性的服务。应该说,生态文明发展理念开启了地勘行业的又一个春天。

矿山生态文明建设

需要地质技术保障

党的十八大将生态文明建设纳入中国特色社会主义事业“五位一体”的总体布局,同时也提出创新驱动发展。这也意味着,推进生态文明建设,归根结底要依靠科技创新驱动和引领。

矿山生态文明建设是考虑矿山开采前的原生态条件和采矿对生态环境的影响的特征,应用生态学原理,在采前、采中和采后采取相应措施,建设一个良性的矿山生态系统活动。

加强生态文明建设,矿业行业必须以科技创新实现安全、高效、绿色开采。

中国科学院第十九次院士大会、中国工程院第十四次院士大会上,习近平总书记提出,要在关键领域、卡脖子的地方下大功夫。

不同行业卡脖子的技术是不一样的。

潘树仁认为,要实现矿山安全高效绿色开采,卡脖子的问题就是低成本高效率的地质技术保障跟不上。

“全国的地质队伍和力量主要集中在地勘行业,主攻方向仍然是资源调查勘查,而不是矿山的开采部分。正因为如此,矿山开采环节有相当多的技术问题,里面涉及到地质灾害的,比如煤矿开采会引起地层塌陷、土地资源的破坏、村庄道路塌陷、铁路交通中断,同时也会引发一系列的经济损失。这个灾种在国内可以说是破坏最严重的。但这些与地质相关的问题,还没人思考从根本上解决。”

“让地面建筑得到保护,百姓的村庄不用搬迁,水土不要流失,村庄和耕地能够更有效的使用。”

面对这些因采空塌陷造成的地质灾害问题,亟需新的技术来止损。

2016年起,中国煤炭地质总局组织技术公关团队,针对煤炭开采导致的地面塌陷进行技术创新研发,目前已经形成了“新型覆岩离层注浆技术”。在逐步完善并在合适时机推广后,可能会成为未来矿山开采必须采用的技术体系,也可以从根本上解决地面沉降、塌陷及煤矿开采导致的耕地被破坏等问题。

“十九大提出的生态文明建设,对于地勘单位来说应该是又一个春天。生态文明建设涵盖的面很广,也给地勘单位提供了广阔的市场。”潘树仁认为,只要围绕矿山开采来支撑服务生态文明建设,就有很多的工作要做。

“比如,煤矿开采以后,煤矸石堆放压覆土地,污染环境,还可能产生煤炭自燃、煤气爆炸等灾害,威胁周围群众的生命财产安全。据调查数据显示,晋陕蒙煤炭主产区,煤炭中矸石最低含量占10%。也意味着1吨煤产生0.1吨的矸石,全国每年煤炭开采量41吨,约产生4亿吨煤矸石,压覆的土地数量是很大的。”目前,国内部分地区已出台相关政策,坚决制止在地面堆放矸石。据了解,国家发改委下一步也会针对矸石堆放出台相关的政策,严控煤矸石填埋产生地下污染。另外矿井水随意排放会污染水系,造成农作物死亡。部分在采矿井每分钟排水量都高达几十吨,是对地下水资源的巨大浪费。

“对照十九大精神,在生态文明建设过程中寻找适合我们发展方向的、我们的技术能够支撑的、我们的力量能够完成研发推广的、且通过实践不断完善革新、能够适应新时代生态文明建设要求的技术体系。比如,‘新型覆岩离层注浆技术’就是通过科学合理处理和控制开采引起的地层有害空间,从而达到各种目的。比如不让地面塌陷,不让矿井水随意渗流。”

在我国,煤炭的重点产区在晋陕蒙。“新型覆岩离层注浆技术”首先在这些地区示范,后续会向全国推广。目前又在尝试支撑新的功能——解放关闭矿山压覆的煤炭资源,从而实现对煤炭资源更科学合理的利用。

据了解,2018年,中国煤炭地质总局煤炭勘查研究总院承担实施了山西潞安集团夏店煤矿3117工作面的西风井、工业广场和瓦斯泵站等建筑物下压煤释放和上覆建筑物保护工程项目,王庄煤矿8110工作面新208国道下压煤释放和公路保护工程项目。两个项目已于2019年上半年全部完成。夏店项目释放建筑物下煤炭资源37万吨,王庄煤矿项目释放公路下煤炭资源224万吨,产生了可观的经济效益。经过10个月的地面连续观测,夏店3117工作面的区域累计最大下沉量是65.54毫米,瓦斯泵站区域最大下沉量是6.73毫米,倾斜、曲率和水平变形值都非常小,达到“三下”采煤一级保护标准。王庄煤矿项目也实现了对公路的完整有效保护。这充分证明“新型覆岩离层注浆技术”具有良好的减缓上覆岩层沉降、增加上覆岩层承载能力的作用,对采煤沉陷预防与治理具有重要意义。在这两个项目中,主要采用电厂粉煤灰与矿井水制成浆液注入工作面上覆岩层的离层空间中,解决了煤基固废和矿井水的处理问题,这也是煤矿生态文明建设和绿色矿山建设的重要内容。

据潘树仁介绍,“新型覆岩离层注浆技术”与目前国内煤矿在推广的膏体填充技术有很大区别。膏体填充是将粉煤灰制成膏体,填充到巷道里,“新型覆岩离层注浆技术”是将流体浆液填充到巷道上方;膏体填充必须要将设备转移到巷道里才能进行,而“新型覆岩离层注浆技术”是利用泵体输送浆液,通过对压力浓度的控制,将浆液送到指定的位置。从成本上说,膏体填充技术的成本很高,效率相对较低,同时处理的矿井量相对较少。“新型覆岩离层注浆技术”是利用地质的技术优势来处理煤矿开采产生的有害地层空间,而不是从采矿的角度解决。

以科技创新

开拓地勘单位发展“蓝海”

近几年,地勘经济出现下行态势,特别是煤炭地质勘查市场急剧萎缩,产能过剩严重。

6月,自然资源部发布 《2018年全国地质勘查成果通报》显示,2018年,全国新发现矿产地153处,煤炭为新发现矿产地数量最多的矿种,新发现煤炭矿产地20处(大型14处、中型4处、小型2处);全国完成阶段性勘查的矿产地470处,其中煤炭矿产地40处。我国地质勘查投入延续了近年来的下行趋势。全国地质勘查投入资金173.72亿元,同比下降12.4%。其中,煤炭地质勘查投入12.68亿元,同比下降21.8%。

数据显示,经过“黄金十年”的快速发展,国内现有地勘单位2600余家,从业人员50万人,依旧保持“百局千队”的发展局面,单位间职能大体相近、业务基本雷同,同质化竞争激烈。

“目前,国内地勘行业的‘百局千队’都集中在矿山开采的第一阶段,就是勘探阶段。你打钻我也打钻。你1000块钱一米,我900块钱一米,竞相压价。工作量是恒定的,活儿就是这么多……”

矿山的全生命周期包括四个阶段:勘探,评价矿石的品位,决定是否开采;基建,获得开采权,递交矿山周围环境评价,建造运输交通系统,移栽表面植物,建造基础设施,挖空沉积物;开采,考虑开采方式的因素,决定开采方式、开采投入和开采回报;复垦,回填土壤和栽种植物,处理尾矿。

“目前,全国有大量的矿山在开采过程中和采后阶段,因为开采导致地面沉降、塌陷。有些矿因为技术原因,还有资源压在底下无法开采,不得不关闭。这才是地勘单位工作的新方向,是蓝海,却反而没有人关注。”潘树仁认为,地勘队伍亟需转变思想,抓住国家生态文明建设的机遇,转变当前产业结构,构建新常态下适应国家战略和社会建设的发展新模式。在地质灾害勘查治理、水土壤污染防治、矿山生态恢复治理、土地复垦等方面,主动对接,积极参与,特别是在地质灾害勘查治理领域,形成新的产业增长点。“这也是我们开展技术攻关的首要目的。通过科技创新,从红海市场转向新的蓝海市场,开辟一个全新的服务市场。”中煤地质总局自主研发的“新型覆岩离层注浆技术”使全局的整个服务方向发生颠覆性转变。

“地质勘查项目转向矿山开采治理服务项目,项目不再难找,效益比较好,队伍不再打游击。技术实施后,基本上可以围绕一座矿山服务多年,是恒定的连续的过程。另外,地勘队伍以自主创新的核心技术,与市场对接,能真正增强市场竞争力,实现地勘队伍的转型升级。”

据潘树仁介绍,原国土资源部副部长汪民到现场考察过新技术后,一直追问“你们这个技术好!不得了!能够解决采空区塌陷灾害问题,能强力支持矿山进行生态文明建设……你们这个技术更准确叫啥?”

更准确叫啥,潘树仁也没想好。“似乎叫什么都不恰当。‘新型覆岩离层注浆技术’其实并不能涵括其所能提供服务的全部功能。”

据他介绍,“新型覆岩离层注浆技术”目前有六个方面的功能,在矿山开采阶段,能够解决六个方面的问题。第一减沉,阻止和减少地面沉降。第二增载,增加地层的承载力,保证土地使用效率。第三减震,减少地层冲击地压,简单说就是因采矿导致地层大面积悬空破裂产生的地震。这种地震一旦发生,对矿山是毁灭性的。第四保水,运用新技术在开采层上方做隔水层,阻止地层里的水流到地下裂缝。第五减排,减少矿坑的存水量和涌水量,节约开采成本和地下水资源。第六处废,将包括粉煤灰,煤矸石,煤渣,灰渣,脱硫石灰,钻孔取出的岩心等在内的各种固体废弃物处理成适合新技术来充填的浆液,重新注入地层。目前,这六方面的功能都有具体项目在实施,且效果很好,同时还在进一步拓展新功能,比如防火,用新技术将开采后的煤矿巷道与空气隔断,阻止煤与空气接触,防止煤炭燃烧。目前,这项功能还在实践完善中。

“总体上矿山开采以后形成的有害空间,都可以用新技术进行处理,从而保证矿山安全高效绿色开采。”但从全行业的转型状况衡量,潘树仁心有遗憾。“目前我们的技术已经成形,但还没有引起其他地勘单位的足够重视,从市场角度来说我们已经抢占了先机。但从全行业来说,未必是好事,市场大,需要为矿山生态文明建设服务的技术难题多,还没有引起全行业的重视。”

新技术完善推广

需要政策大力支持

据潘树仁介绍,虽然目前“新型覆岩离层注浆技术”通过实践,取得良好效果。但进一步完善和推广,在人才、政策等方面面临诸多困难。“首先就是面临人才结构的不合理。完善推广和实施‘新型覆岩离层注浆技术’是一个系统工程。目前,包括我们在内的地勘单位储备的人才都是偏向于地质类专业的人才,现在要主体转向为矿山服务,要有大量懂矿山开采的人才。新型覆岩离层注浆技术需要各种专业类别的人才,包括地质、水文、钻探、物探、测量、采矿、岩石力学、装备制造、机电、制浆、材料科学等多种专业组合的团队。各项目实施单位目前共同面临的问题是没有足够的相关专业人才支撑开展。”

在政策方面,他认为,面临的最大难题是这项前所未有的、全新的技术操作模式没有执行标准可以参考。“这种以固体废弃物为主要材料进行矿山地层加固,从环保管理的角度上是否能够被允许,因为这是一项新技术,以前从未有过这种模式的操作。没有标准可以参考。”

同时,技术的管理归口并不明确,下一步大范围推广,需要政策进一步支持。“这类项目的实施是否需要环评,以什么标准进行环评,由哪个部门来具体操作,相应的政策标准是什么,这些都亟待明确。同时,这项新技术逐步完善,能够作为支撑和服务矿山生态文明建设的核心技术,面向全国范围推广,应该由哪些部门推进……急需相应的配套政策支持和技术标准规范指导。”

在潘树仁看来,煤矿“全生命周期”这个概念的提出,意味着资源采完才仅仅是万里长征的第一步。

“物壮则老”,但“死而不亡者寿”,人体盛极而衰,但在自然生命终结之后,还可以遗有不死的东西在永久延续。

他以老庄的“生死观”来理解和诠释煤炭矿山的生命周期。煤矿“全生命周期”这个概念的提出,意味着资源采完才仅仅是万里长征的第一步。“关闭的矿山不意味着死掉,还可以变成新的其他模式,继续存在下去,成为另一种形式的资源,发挥其经济价值和生态价值。如地下巷道就是资源,可以建成游乐场所,休闲餐厅,还可以用于储能。另外,地下1000米煤矿的地温可以利用。煤炭中含有多种其他矿物,被称作‘煤系共伴生矿产资源’如煤层气、页岩气以及与煤伴生的稀有稀散金属资源,可以进一步提取。”

谈及对未来的产业预期,他态度坚定,“煤炭作为国内主题能源的格局短期内不会改变,那也意味着,与煤炭相关的地勘队伍为后续的煤矿全生命周期提供服务的机遇不会减少,只要你肯用心寻找……”




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