我國充填采煤技術獲重大突破，可解決困擾煤炭行業已久的地麵沉陷、矸石汙染、采出率低等一係列問題

中國礦業大學/供圖

　　3月22日，國家能源局召開《煤炭工業發展“十二五”規劃》發布會
，國家能源局副局長吳吟在新聞發布會上答記者問時指出，煤炭企業在“十一五”期間，探索了充填開采方式，取得很大成績
，我國將推廣這種經驗。《國家能源科技“十二五”規劃》也指出，要建設和研發與環境協調的綠色開采理論與技術，並在重大技術研究中明確提出要加快研發充填開采技術。

　　記者從平頂山
、濟寧、兗州、皖北
、開灤
、冀中
、新汶、烏海等十多個礦區了解到，這些礦區應用綜合機械化固體廢棄物密實充填采煤技術已經取得顯著的經濟、社會和環境效益。這項技術發明是我國綠色采煤技術的重大創新，已獲多項發明專利
，編寫國家行業標準8項，並具有完全獨立自主知識產權。

　　該項技術發明由中國礦業大學繆協興教授帶領的科技團隊與多家煤炭生產企業合作完成
，國際環境岩土工程協會主席、國際減災聯盟主席Hilary I Inyang教授在“國際環境岩土工程學術大會”上評價此技術發明：“它ta既ji是shi充chong填tian采cai煤mei方fang法fa的de重zhong大da創chuang新xin，也ye是shi煤mei礦kuang區qu環huan境jing岩yan土tu工gong程cheng技ji術shu的de重zhong大da突tu破po，對dui中zhong國guo大da規gui模mo采cai煤mei中zhong的de資zi源yuan與yu環huan境jing保bao護hu工gong作zuo具ju有you十shi分fen重zhong要yao的de現xian實shi意yi義yi
，也ye可ke對dui其qi他ta采cai煤mei國guo家jia提ti供gong技ji術shu支zhi持chi和he幫bang助zhu。”

　　開采帶來種種“後遺症”

　　我國大規模煤炭資源開發中存在大量較為粗放型的生產方式


，造成安全、資源浪費和環境破壞三大問題。

　　據了解，我國現有“三下”壓煤儲量達500億噸，煤炭資源采出率低，在東部礦區“三下”壓煤量已普遍超出可采儲量的50％左右
，有些礦井已麵臨關閉，尤其是大量稀缺煤種資源無法采出；在山西、陝西、內蒙古等地

，存在大量房柱式開采留下的煤柱以及被小煤礦亂采亂挖破壞過的煤炭資源
；我國西部大規模煤炭開發中存在嚴重的水資源與環境問題。另外，據初步統計
，我國每年因開采煤炭而排放礦井水超過80億噸

，新增破壞耕地約7萬公頃
，每年排出矸石超過3億噸，現有矸石山1600餘座
，堆積量超過55億噸，占地超過15000公頃。矸石山會嚴重汙染空氣和地下水
，容易自燃甚至有爆炸危險。

　　人類對充填采礦有文字記錄的研究曆史已近100年
，實現井下充填采煤既是采煤人的原始衝動，更是他們的夢想。

　　繆mou協xie興xing告gao訴su本ben報bao記ji者zhe，煤mei炭tan是shi沉chen積ji岩yan

，開kai采cai會hui使shi岩yan體ti破po段duan移yi動dong並bing造zao地di表biao沉chen陷xian，如ru何he防fang止zhi沉chen陷xian？通tong俗su來lai講jiang，一yi種zhong是shi支zhi撐cheng，開kai采cai預yu留liu煤mei柱zhu，另ling一yi種zhong就jiu是shi充chong填tian。一yi直zhi以yi來lai，充chong填tian采cai煤mei技ji術shu一yi直zhi處chu在zai廣guang泛fan的de研yan究jiu探tan索suo階jie段duan。由you於yu充chong填tian通tong道dao、空間和充實率有限
，采煤產量低

，充填成本高；充填後不能真正達到控製要求
，因此
，此前充填開采一直未達到規模化的工業應用。

　　如何將“三下”壓(ya)煤(mei)開(kai)采(cai)出(chu)來(lai)，並(bing)減(jian)少(shao)礦(kuang)區(qu)廢(fei)棄(qi)物(wu)，保(bao)護(hu)礦(kuang)區(qu)環(huan)境(jing)？發(fa)明(ming)設(she)計(ji)一(yi)種(zhong)利(li)用(yong)礦(kuang)區(qu)固(gu)體(ti)廢(fei)棄(qi)物(wu)直(zhi)接(jie)高(gao)效(xiao)充(chong)填(tian)采(cai)煤(mei)技(ji)術(shu)，是(shi)解(jie)決(jue)煤(mei)炭(tan)資(zi)源(yuan)與(yu)環(huan)境(jing)保(bao)護(hu)問(wen)題(ti)、實現綠色開采的重要技術途徑之一。

　　實現充填與采煤並列進行

　　jizhelejiedao，zonghejixiehuagutifeiqiwumishichongtiancaimeijishu，shichangqiyilaidechongtiancaimeijishugongguanqudezhongdatupoxingjinzhan。shouxian，jianggutifeiqiwuzuochongtianwuyuanliao
，jiudiqucaichengbenbianyi，youxiaobaohuhuanjing。qici，zhijiechongtiancaikongjian，chongtianwubuxupipeihejiaojie，jiangdilechengben。zaici，mishichongtian，manzubeibaohuduixiang（如建築、鐵路、水體）不bu被bei破po壞huai的de要yao求qiu。而er充chong和he采cai一yi體ti化hua，更geng解jie決jue了le充chong填tian采cai煤mei技ji術shu的de一yi大da難nan題ti，將jiang采cai煤mei和he充chong填tian在zai一yi個ge工gong作zuo麵mian上shang並bing列lie進jin行xing，對dui采cai煤mei效xiao率lv影ying響xiang較jiao小xiao。此ci外wai
，綜zong合he機ji械xie化hua實shi現xian了le所suo有you的de生sheng產chan方fang式shi都dou由you現xian代dai化hua的de機ji械xie裝zhuang備bei來lai進jin行xing
，產chan量liang大da大da提ti高gao。總zong之zhi，綜zong合he機ji械xie化hua生sheng產chan體ti現xian了le現xian代dai化hua礦kuang井jing要yao求qiu，充chong分fen利li用yong固gu體ti廢fei棄qi物wu，有you效xiao解jie決jue環huan境jing問wen題ti。

　　繆mou協xie興xing在zai接jie受shou本ben報bao記ji者zhe采cai訪fang時shi表biao示shi，該gai技ji術shu的de產chan生sheng並bing非fei偶ou然ran，是shi在zai中zhong國guo工gong程cheng院yuan錢qian鳴ming高gao院yuan士shi的de指zhi導dao下xia，團tuan隊dui多duo年nian合he作zuo努nu力li的de結jie果guo。繆mou協xie興xing帶dai領ling的de團tuan隊dui致zhi力li於yu礦kuang山shan壓ya力li與yu岩yan層ceng運yun動dong控kong製zhi研yan究jiu
，即ji研yan究jiu采cai煤mei以yi後hou，從cong采cai場chang礦kuang壓ya到dao岩yan層ceng內nei部bu、一直到地表的塌陷過程的力學運動規律，並設法控製其運動。

　　近百年來，國內外一直在研究探索充填采煤技術，繆協興告訴記者：“充chong填tian以yi後hou岩yan層ceng怎zen樣yang運yun動dong，岩yan層ceng運yun動dong對dui填tian充chong技ji術shu和he工gong藝yi又you產chan生sheng怎zen樣yang的de作zuo用yong
？這zhe就jiu需xu要yao岩yan層ceng運yun動dong控kong製zhi的de研yan究jiu，並bing非fei簡jian單dan地di把ba固gu體ti廢fei棄qi物wu充chong填tian進jin去qu就jiu可ke以yi了le
，而er是shi對dui岩yan層ceng運yun動dong理li論lun及ji規gui律lv的de掌zhang握wo
，要yao在zai基ji礎chu理li論lun研yan究jiu上shang進jin行xing創chuang新xin。煤mei礦kuang充chong填tian開kai采cai必bi須xu建jian立li相xiang應ying的de充chong填tian采cai煤mei岩yan層ceng控kong製zhi理li論lun和he克ke服fu實shi施shi充chong填tian所suo需xu的de空kong間jian
、通道和充實率等技術難點，發展綜合機械化固體充填采煤，在綜合機械化采煤作業麵，實現同一液壓支架掩護下采煤與充填並行作業。”

　　繆協興表示，他們團隊是在充填采煤岩層運動理論研究的基礎上，發展現代充填采煤技術

，並提出三個要求：要保證安全

、高效采出煤炭
；要嚴格控製岩層運動與地表沉陷；還需要有顯著的經濟和社會效益。

　　記者了解到，該項技術發明主要創新點表現在四個方麵：發明了能與綜合機械化采煤技術相匹配

、采用機械化方式直接將礦區矸石
、煤粉灰及黃土等固體廢棄物密實充填采空區的充填與采煤一體化技術；設計出能掩護綜合機械性采煤和固體廢棄物密實充填並行作業的雙頂梁正四連杆六柱支撐式液壓支架，確保各項作業工藝的實施
；發明了固體廢棄物井上下輸送係統
、裝備與工藝，解決了高產量充填采煤所需大量固體廢棄物的大流量輸送問題；發(fa)明(ming)了(le)基(ji)於(yu)固(gu)體(ti)廢(fei)棄(qi)物(wu)壓(ya)實(shi)力(li)學(xue)性(xing)能(neng)研(yan)究(jiu)的(de)采(cai)空(kong)區(qu)充(chong)實(shi)率(lv)檢(jian)測(ce)方(fang)法(fa)與(yu)技(ji)術(shu)
，解(jie)決(jue)了(le)充(chong)填(tian)體(ti)在(zai)采(cai)空(kong)區(qu)的(de)壓(ya)實(shi)特(te)性(xing)和(he)壓(ya)實(shi)流(liu)變(bian)特(te)性(xing)的(de)檢(jian)測(ce)問(wen)題(ti)。

　　技術創新實現效益三收

　　綜zong合he機ji械xie化hua固gu體ti廢fei棄qi物wu密mi實shi充chong填tian采cai煤mei技ji術shu

，是shi解jie決jue煤mei炭tan生sheng產chan過guo程cheng中zhong存cun在zai的de嚴yan重zhong資zi源yuan浪lang費fei和he生sheng態tai環huan境jing破po壞huai問wen題ti的de有you效xiao途tu徑jing之zhi一yi。它ta的de應ying用yong可ke提ti高gao資zi源yuan采cai出chu率lv
，延yan長chang礦kuang井jing服fu務wu年nian限xian，保bao護hu建jian築zhu物wu和he土tu地di
、水體等資源及生態環境，利用礦區排放的矸石、粉煤灰等固體廢棄物，消除矸石露天排放的占地和各種環境汙染
，可有效治理采空區水
、火、瓦斯、衝擊礦壓等重大災害，還可促進我國具有自主知識產權的煤機製造業的發展。

　　山東濟寧花園煤礦的優質焦煤位處金鄉縣村莊群下，在不搬遷村莊條件下開采稀缺煤，礦井原來服務年限40年
，延長至100年；內蒙古烏海泰源煤礦在脆弱生態環境中采煤不破壞環境並減少排放矸石費用成本；皖北五溝礦在第四紀含水層下采煤；開灤在鐵路網下采煤；邢台在工廠下采煤；兗州在微山湖堤坎下采煤；新汶
、淮北、東坪、徐礦、平煤……該技術在這些礦區推廣應用後，取得顯著的經濟
、社會和環境效益。

　　記者從這些礦區了解到，該技術使采空區充實率達90%以上，建築物下煤炭采出率達85%以上
，單麵年產能力超100萬噸；與常規綜采比較，直接生產成本每噸煤僅增加約30元人民幣，與建築物搬遷開采比較
，經濟效益十分顯著
；與可采用條帶開采比較，能提高采區采出率50%左右；全部發明設計的技術裝備都實現了國產化。

　　繆協興還表示，技術的發展要滿足不斷提高的現實需求，要實現綠色開采，這隻是其中的一步，還需要研究院校
、煤礦企業、煤機製造企業和政府等共同努力，從更廣的視角來推進我國煤礦科學開采技術的發展。