煤炭企业节能减排工作的探索与实践

摘要： 煤炭是我国的主要能源，煤炭企业在快速发展的同时，面临着资源浪费和环境污染问题，煤炭企业节能减排工作势在必行。实施技术改造和升级，淘汰落实产能和耗能设备，采取改善水源循环新方法，实现矿区水资源的高效利用，逐步消灭地面矸石山，使固体废物达到综合利用，是煤炭行业在集约、低碳、高效、循环发展的过程中找到的一套切实可行的新方法。

Abstract： Coal is China's main energy. With the rapid development， coal enterprises face problems of resources waste and environmental pollution， so energy conservation is imperative for coal enterprises. Implementing the technological transformation and upgrading， eliminating the energy-production and energy-consuming equipment， taking the new way to improve water circulation， achieving efficient utilization of water resources in mine， gradually eliminating ground gangue hill， and achieving the comprehensive utilization of solid waste is a set of feasible new method for the intensive， low-carbon， efficient， cycle development process of coal industry.

关键词： 低碳；矸石回填；变频；水热源泵

Key words： low carbon；gangue refill；frequency conversion；water source heat pumps

中图分类号：F273 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）06-0115-02

1 煤矿低碳经济发展背景

近年来，低碳发展成为国家经济发展的一个重要方向，而煤矿行业自身存在着对土地的占用和污染，对地下水的消耗与浪费并存，以及在开采过程中的部分高耗能工序依然存在等情况。煤炭行业中存在的这些问题，从经济利益方面来看，生产成本的居高不下降低了煤矿企业的效益；从环境保护方面来看，煤炭的开采过程中造成了对当地土地及水资源的破坏；从社会和谐方面来看，因矸石山和采空区问题，煤矿企业常易发生与当地居民在搬迁问题方面的矛盾等等。为此，实施以低碳发展为核心的管理创新对于矿山的健康持续发展，有着重要的促进和节能作用。

2 实施井下充填开采技术，综合利用固体废物

为彻底改变煤矿早期的土壤污染和占有状况，缓解工农关系，某煤矿通过不断研究和推广开采新工艺和新措施，学习晋城煤业集团东山煤矿的矸石回填的技术经验，并结合自身的地理地质条件，进行技术和管理创新，采用采空区矸石回填法来进行煤矸石处理。这一新方法，最大限度地回收煤炭资源，为绿色矿山的开采建设提供了强有力的技术支撑。

2.1 矸石回填具体方法 采用矸石体积换煤炭体积的置换工艺，充填混合物在地面进行破碎胶结后，通过投料井下放至井底储料仓，然后通过胶带输送机、胶带转载机等相关运输设备运至工作面支架后部的充填输送机上，利用充填输送机的卸料孔将充填物料充填入采空区内，最后利用夯实机将充填物压实并接顶。在技术手段上以矸石、粉煤灰等固体为充填物的全部充填工艺，充填材料为破碎后的煤矸石或固体废料，利用井下掘进矸石进行充填的置换开采技术可实现矿井矸石的井下处理，做到矸石不上井。

2.2 充填工艺采用的相关设备

①支架：ZC8800/20/38型六柱支撑式充填液压支架；②采煤机：MG300/700-WD型采煤机；③转载机：SZZ764/200型转载机；④运输机：SGBC764/250型边双链刮板输送机、SGZ764/500型中双链刮板输送机；⑤下料管：采用Φ510*12mm耐磨钢管作为下料管，内径486mm，设计能力450t/h；⑥储料仓：直径5.0m，深度16.7m，放料孔直径1.3m；⑦地面设备：采用两台SD32标准型推土机及一台SL50W-2型装载机把矸石装进PE-1200*1500型鄂式破碎机内进行破碎，处理能力每小时达到400-800t，破碎后颗粒直径不大于150mm，然后由SGZ-730/132型刮板输送机运输至投料井内，输送能力544t/h。

2.3 矿井矸石回填总体情况 该煤矿于2011年通过矸石不升井，进行井下充填，实现了用矸石置换资源的建筑物下安全采煤。通过在工业广场保护煤柱下掘成巷道，并经过对煤矸石处理后，将开拓生产出的煤矸石全部充填进去。这样在解决了煤矸石、粉煤灰排放造成的环境污染问题的同时，大大减轻了地表沉陷带来的生态破坏，实现了“四防一保一延长”，即防水、防火、防瓦斯、防地压冲击，确保不污染环境，延长矿井寿命。该技术项目的成功实施，使数千万吨的地下煤炭资源的大部分得到解放，矿井服务年限得以延长。采空区矸石回填解决了矸石与粉煤灰地面排放造成的环境污染，顺应了国家低碳运行、绿色开采的要求，对其他煤矿兄弟单位的煤矸石处理具有重大的示范意义。

3 推广机电变频降低生产能耗

目前在煤炭采掘行业中低压电动机变频调速应用已非常普及和成熟，高压电动机变频调速也正在被人们关注和逐步应用。交流电动机变频调速除了有卓越的调速性能之外，还有着节约电能和保护环境等重大作用，是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。

由于该矿机电设备较多，全部工作面运行的电机达到1100多台，这些电机的耗电量巨大，是矿井电力成本居高不下的重要原因之一。为此技术人员通过深入分析，认为在机电设备中引入变频技术可实现矿生产成本的降低，同时又可达到节能降耗的目的。自2010年起，先对部分可采用机电变频技术的电机加装了变频调速器，通过一定时间的检验，确实达到了降低电力成本，降低生产能耗的目的。

2011年，逐步在矿用绞车、皮带等传动装置上的各类电机上加装变频器，并规定使用年限到期的各类电动机，在更换新设备时都要采用加装变频器的电动机。截止2011年底，煤矿主副井和31平台主要绞车都已加装变频器，其他工作地点可加载变频器的电动机也在陆续改造中。目前，全矿采用变频器的电动机数量已达到70余台，占到全矿可加装变频器电动机数量的35%，直接为矿节约电力成本达到200余万元。

4 水源热泵―充分利用自然资源，降低能源浪费

2010年前，该煤矿供暖主要采用的是小型燃煤锅炉，主要存在锅炉效率低，能耗大，污染严重，设备运行存在安全隐患，运行维护保养费用高，操作维修复杂，设备操作维修人工成本较高等问题。鉴于以上原因，该煤矿经过实际调研决定采用节能环保的新设备―水源热泵来解决矿区冬季供暖及夏季制冷问题。水源热泵是一种新型节能、环保、高效的中央空调系统，它既能制冷，又能制热，同时也能提供洗浴热水，与其它制冷制热设备相比具有一定优点，是目前国家大力提倡和推广的先进技术设备。

4.1 水源热泵的工作原理及技术优势 水源热泵技术是利用矿井水中低品位热能资源，通过逆卡诺循环实现低品位热能向高品位热能转移的一种技术，以水为工作介质将地下土壤中的低品位热能提取出来，经高效的热泵机组，利用少量的高品位电能，将水中的低品位能量输送到空调或洗浴场所，完成热交换的地下水又重新回灌到地下去或进行其它利用。其技术优势主要表现在三个方面：一是节能比其他常规供暖技术可节能50-60%；二是环保不排放任何废弃物；三是运行费用低，可降低30-70%。

采用水源热泵技术，通过充分利用矿井水中的热能，将矿井水中的热量提取，制取洗浴用水，既可以省去锅炉，同时又节约了能源，减少了运行费用，符合国家节能减排的整体政策，同时也为该煤矿节约了洗浴热水的成本，可谓“一举多得”。

4.2 水源热泵的实际运营情况 2010年初，该煤矿水源热泵项目投入实际运营阶段，截止2010年底，在矿成本节约上就取得了显著成效。当年，水源热泵为矿节约的直接成本超过了700万元（具体数值见表1 2010年水源热泵项目改造前后经济效益对比表）。同时水源热泵的投入使用，减少了以往单纯依靠小锅炉供暖引起的粉尘污染和二氧化硫等有害气体排放，对周边环境的改善和缓解工农关系都带来了积极影响，实现了矿区经济效益和环境效益的和谐统一。

5 净化水工程―缓解矿区生产生活用水紧张局面

由于该煤矿的深层开采，许多煤矿面临着排放到地表的矿井水的肆意浪费，矿区饮用水严重供水短缺的矛盾。

因此，在经过调研和研究分析后，决定采用矿井水膜净化处理的方法来实现矿井水的“变废为宝”。在矿井水处理上主要采用无机陶瓷膜技术处理煤矿矿井水，这一技术工艺具有去除率高、出水水质好、水质稳定的特点，且不需要投加化学药剂，处理工艺简单，设备占地面积小，操作方便，使用寿命长，运行费用低，经处理后的矿井水可直接饮用。该技术从根本上解决了煤矿矿井水的污染问题，并且没有二次污染的隐患，真正做到了“水可回用，煤可回收，无污排放”的状态，也完全符合目前国家倡导的循环经济政策的新技术。

在工艺流程上经预处理后的矿井井下排水，首先进入一个中间水池，其作用是调节水量，使系统达到连续运行；然后用循环水泵将中间水池内的矿井水，送往膜净化处理设备进行循环处理，去除掉水中大分子有机物、悬浮物、细菌、油污和其它微生物，能够透过膜的只有不含这些污物的洁净清水，经净化后的洁净水可供给工业用水和生活用水。

通过水膜净化处理的方法将部分矿井井下排水进行深度净化处理，既彻底解决了生活用水紧张的问题，又大幅提高了矿井排水的回用率，在节水工程中发挥了重要作用。经过深度净化处理矿井水的吨水综合成本只有0.605元，而传统打井取水的成本是0.847元，单位成本节约了0.242元，在2011年运行不到一年的时间内，就为矿节约成本约625.1万元。

6 经济效益和社会效益

通过矸石回填、机电变频推广、水源热泵及净化水工程等新技术及工艺方法的采用，该煤矿的生产成本大为降低。仅2011年，因机电变频技术的推广，节约的直接和间接成本达到310万元，水源热泵节约的运营成本及其他成本等则在800万元左右，净化水工程直接节约的水资源成本全年则在680万元。而矸石回填作为2011年新进项目，由于初期投入成本较高，实际的经济要在随后年份逐渐显现，但根据预先的工程设计方案，预计在未来3-5年，每年将为企业降低生产成本约在1000万元左右。因矸石回填技术的应用，减少了煤矸石对土地的占用，降低了煤矸石对周边环境的污染，缓解了与周边乡村在用地及环境方面的矛盾。其次，在净化水方面，通过水资源上的综合利用，不仅实现了本矿生产生活的完全自给，同时还可供应周边村镇，进而改善了煤矿企业与周边村镇的关系，实现了工农关系的相和谐，矿区经济与农村经济发展的相协调。

实践证明，在当前经济形势下，煤炭企业在搞好安全生产的同时，积极探索推广节能减排，不但降低了煤矿的生产运营成本，改善了矿区职工家属生活质量，并且做到了在低碳发展的过程中改善周边环境，使矿区经济发展和环境保护相协调相统一。为矿区经济的可持续发展找到了一条崭新的道路。

参考文献：

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[3]齐建楠.煤炭企业节能减排体系规划建设问题研究[J].煤炭经济研究，2012（08）.