导读：　我国充填采煤技术获重大突破，可解决困扰煤炭行业已久三菱地面沉陷、矸石污染、采出率低等一系列问题

中国矿业大学/供图

　　3月22日，国家能源局召开《煤炭工业发展“十二五”规划》发布会，国家能源局副局长吴吟在新闻发布会上答记者问时指出，煤炭企业在“十一五”期间，探索了充填开采方式，取得很大成绩，我国将推广这种经验。《国家能源科技“十二五”规划》也指出，要建设和研发与环境协调三菱PLC绿色开采理论与技术，并在重大技术研究中明确提出要加快研发充填开采技术。

　　记者从平顶山、济宁、兖州、皖北、开滦、冀中、新汶、乌海等十多个矿区了解到，这些矿区应用综合机械化固体废弃物密实充填采煤技术已经取得显著三菱PLC经济、社会和环境效益。这项技术发明是我国绿色采煤技术的重大创新，已获多项发明专利，编写国家行业标准8项，并具有完全独立自主知识产权。

　　该项技术发明由中国矿业大学缪协兴教授带领的科技团队与多家煤炭生产企业合作完成，国际环境岩土工程协会主席、国际减灾联盟主席Hilary I Inyang教授在“国际环境岩土工程学术大会”上评价此技术发明：“它既是充填采煤方法的重大创新，也是煤矿区环境岩土工程技术的重大突破，对中国大规模采煤中的资源与环境保护工作具有十分重要的现实意义，也可对其他采煤国家提供技术支持和帮助。”

　　开采带来种种“后遗症”

　　我国大规模煤炭资源开发中存在大量较为粗放型的生产方式，造成安全、资源浪费和环境破坏三大问题。

　　据了解，我国现有“三下”压煤储量达500亿吨，煤炭资源采出率低，在东部矿区“三下”压煤量已普遍出可采储量的50％左右，有些矿井已面临关闭，尤其是大量稀缺煤种资源无法采出；在山西、陕西、内蒙古等地，存在大量房柱式开采留下的煤柱以及被小煤矿乱采乱挖破坏过的煤炭资源；我国西部大规模煤炭开发中存在严重的水资源与环境问题。另外，据初步统计，我国每年因开采煤炭而排放矿井水过80亿吨，新增破坏耕地约7万公顷，每年排出矸石过3亿吨，现有矸石山1600余座，堆积量过55亿吨，占地过15000公顷。矸石山会严重污染空气和地下水，容易自燃甚至有爆炸危险。

　　人类对充填采矿有文字记录的研究历史已近100年，实现井下充填采煤既是采煤人的原始冲动，更是他们的梦想。

　　缪协兴告诉本报记者，煤炭是沉积岩，开采会使岩体破段移动并造地表沉陷，如何防止沉陷？通俗来讲，一种是支撑，开采预留煤柱，另一种就是充填。一直以来，充填采煤技术一直处在广泛的研究探索阶段。由于充填通道、空间和充实率有限，采煤产量低，充填成本；充填后不能真正达到控制要求，因此，此前充填开采一直未达到规模化的工业应用。

　　如何将“三下”压煤开采出来，并减少矿区废弃物，保护矿区环境？发明设计一种利用矿区固体废弃物直接效充填采煤技术，是解决煤炭资源与环境保护问题、实现绿色开采的重要技术途径之一。

　　实现充填与采煤并列进行

　　记者了解到，综合机械化固体废弃物密实充填采煤技术，使长期以来的充填采煤技术攻关取得重大突破性进展。首先，将固体废弃物做充填物原料，就地取材成本便宜，有效保护环境。其次，直接充填采空间，充填物不需匹配和胶结，降低了成本。再次，密实充填，满足被保护对象（如建筑、铁路、水体）不被破坏的要求。而充和采一体化，更解决了充填采煤技术的一大难题，将采煤和充填在一个工作面上并列进行，对采煤效率影响较小。此外，综合机械化实现了所有的生产方式都由现代化的机械装备来进行，产量大大提。总之，综合机械化生产体现了现代化矿井要求，充分利用固体废弃物，有效解决环境问题。

　　缪协兴在接受本报记者采访时表示，该技术的产生并非偶然，是在中国工程院钱鸣院士的指导下，团队多年合作努力的结果。缪协兴带领的团队致力于矿山压力与岩层运动控制研究，即研究采煤以后，从采场矿压到岩层内部、一直到地表的塌陷过程的力学运动规律，并设法控制其运动。

　　近百年来，国内外一直在研究探索充填采煤技术，缪协兴告诉记者：“充填以后岩层怎样运动，岩层运动对填充技术和工艺又产生怎样的作用？这就需要岩层运动控制的研究，并非简单地把固体废弃物充填进去就可以了，而是对岩层运动理论及规律的掌握，要在基础理论研究上进行创新。煤矿充填开采必须建立相应的充填采煤岩层控制理论和克服实施充填所需的空间、通道和充实率等技术难点，发展综合机械化固体充填采煤，在综合机械化采煤作业面，实现同一液压支架掩护下采煤与充填并行作业。”

　　缪协兴表示，他们团队是在充填采煤岩层运动理论研究的基础上，发展现代充填采煤技术，并提出三个要求：要保证安全、效采出煤炭；要严格控制岩层运动与地表沉陷；还需要有显著的经济和社会效益。

　　记者了解到，该项技术发明主要创新点表现在四个方面：发明了能与综合机械化采煤技术相匹配、采用机械化方式直接将矿区矸石、煤粉灰及黄土等固体废弃物密实充填采空区的充填与采煤一体化技术；设计出能掩护综合机械性采煤和固体废弃物密实充填并行作业的双顶梁正四连杆六柱支撑式液压支架，确保各项作业工艺的实施；发明了固体废弃物井上下输送系统、装备与工艺，解决了产量充填采煤所需大量固体废弃物的大流量输送问题；发明了基于固体废弃物压实力学性能研究的采空区充实率检测方法与技术，解决了充填体在采空区的压实特性和压实流变特性的检测问题。

　　技术创新实现效益三收

　　综合机械化固体废弃物密实充填采煤技术，是解决煤炭生产过程中存在的严重资源浪费和生态环境破坏问题的有效途径之一。它的应用可提资源采出率，延长矿井服务年限，保护建筑物和土地、水体等资源及生态环境，利用矿区排放的矸石、粉煤灰等固体废弃物，消除矸石露天排放的占地和各种环境污染，可有效治理采空区水、火、瓦斯、冲击矿压等重大灾害，还可促进我国具有自主知识产权的煤机制造业的发展。

　　山东济宁花园煤矿的优质焦煤位处金乡县村庄群下，在不搬迁村庄条件下开采稀缺煤，矿井原来服务年限40年，延长至100年；内蒙古乌海泰源煤矿在脆弱生态环境中采煤不破坏环境并减少排放矸石费用成本；皖北五沟矿在第四纪含水层下采煤；开滦在铁路网下采煤；邢台在工厂下采煤；兖州在微山湖堤坎下采煤；新汶、淮北、东坪、徐矿、平煤……该技术在这些矿区推广应用后，取得显著的经济、社会和环境效益。

　　记者从这些矿区了解到，该技术使采空区充实率达90%以上，建筑物下煤炭采出率达85%以上，单面年产能力100万吨；与常规综采比较，直接生产成本每吨煤仅增加约30元人民币，与建筑物搬迁开采比较，经济效益十分显著；与可采用条带开采比较，能提采区采出率50%左右；全部发明设计的技术装备都实现了国产化。

　　缪协兴还表示，技术的发展要满足不断提的现实需求，要实现绿色开采，这只是其中的一步，还需要研究院校、煤矿企业、煤机制造企业和政府等共同努力，从更广的视角来推进我国煤矿科学开采技术的发展。