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：“tajishichongtiancaimeifangfadezhongdachuangxin，yeshimeikuangquhuanjingyantugongchengjishudezhongdatupo，duizhongguodaguimocaimeizhongdeziyuanyuhuanjingbaohugongzuojuyoushifenzhongyaodexianshiyiyi
，yekeduiqitacaimeiguojiatigongjishuzhichihebangzhu。”

　　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）bubeipohuaideyaoqiu。erchonghecaiyitihua
，gengjiejuelechongtiancaimeijishudeyidananti，jiangcaimeihechongtianzaiyigegongzuomianshangbingliejinxing，duicaimeixiaolvyingxiangjiaoxiao。ciwai
，zonghejixiehuashixianlesuoyoudeshengchanfangshidouyouxiandaihuadejixiezhuangbeilaijinxing，chanliangdadatigao。zongzhi，zonghejixiehuashengchantixianlexiandaihuakuangjingyaoqiu，chongfenliyonggutifeiqiwu，youxiaojiejuehuanjingwenti。

　　mouxiexingzaijieshoubenbaojizhecaifangshibiaoshi
，gaijishudechanshengbingfeiouran，shizaizhongguogongchengyuanqianminggaoyuanshidezhidaoxia，tuanduiduonianhezuonulidejieguo。mouxiexingdailingdetuanduizhiliyukuangshanyaliyuyancengyundongkongzhiyanjiu，jiyanjiucaimeiyihou，congcaichangkuangyadaoyancengneibu、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。