关键核心技术是国之重器、企业命脉，企业要实现绿色可持续高质量发展，提高核心技术创新能力是关键。经过两年的科研攻关，由中煤地质总局勘研总院牵头完成的“矿井水深井回灌技术研究及工程应用”和“采动覆岩离层区注浆控制地面沉陷及防灾、处废一体化关键技术与应用”，于近日通过中国煤炭工业协会科技成果鉴定，分别达到国际领先和国际先进水平，为煤矿绿色安全发展注入了强劲科技动能。
“变废为宝”
矿井水变身“绿色之水”
煤炭是我国重要的基础能源，在开采过程中会产生大量的矿井水，由于矿井水的赋存条件特殊，容易受到煤粉、岩粉和有害物质等的污染，是一种典型的矿井废水。
我国吨煤开采约产生2吨矿井水，若不加以重视，大量矿井水将造成地表水资源的污染和土壤环境恶化等严重问题。
在煤矿水资源极为匮乏的条件下，矿井水直接排放也是水资源的极大浪费。因此，矿井水的处理与回收利用对于改善当地生态环境、解决矿井用水具有重要意义，有助于达到社会、环境和经济效益的统一。
“现阶段矿井水的绿色无害化处理，成为制约煤矿安全环保低碳发展的技术瓶颈之一。”勘研总院地质封存技术研究所主任工程师赵岳告诉记者，“我们创新提出了系统的深井回灌技术方法、理论体系和标准规范，解决了水害防控与矿井绿色开采、矿区生态环保、矿山可持续发展之间相互矛盾与冲突的难题。”
矿井水深井回灌现场
“使用矿井水深井回灌技术不仅可避免和减少对矿区生态环境的破坏，有效实现矿井水‘零排放’，经济回报也非常可观。”鄂尔多斯某煤矿负责人给记者算了一笔账，利用这项技术，矿井吨水处理成本可控制在10元以下，年回灌总量超过130万立方米，相比原有矿井水处理方式节省了近2000万元。
“矿井水深井回灌技术是‘煤-水双资源开发利用’的良好示范’，充分体现了矿井水‘控制、处理、利用、回灌、生态环境保护’五位一体治理理念。”在中国煤炭工业协会组织的专家评审会上，鉴定专家委员会主任、中国工程院院士武强颇为赞赏地说。
“压下托上”
为采煤沉陷打“预防针”
采动覆岩离层区注浆技术原理图
随着煤矿开采强度的不断增大，因采煤形成的沉陷土地已成为发展“难点”、民生“痛点”。如何有效减少采煤沉陷的发生，并对已形成的采煤沉陷区进行高效治理，是摆在煤炭行业科技工作者面前的难题。
勘研总院研发的采动覆岩离层区注浆控制地面沉陷及防灾、处废一体化关键技术，“不但让建筑物下、水体下和铁路下“三下”压煤的“老大难”不再难，而且可有效缓解煤矿生产接续压力，破解制约企业发展的瓶颈，保障安全生产持续稳定。”勘研总院采空塌陷地质灾害防治研究所主任工程师赵明说。
该技术之所以优于其他传统地表减沉技术，并能更加有效地保护生态环境，关键是第一时间通过地面钻孔给采动覆岩离层区打“预防针”——通过高压注浆充填产生“压下托上”的作用，提前预防煤炭开采后地层的下沉运动，改善矿区生态环境，利于生态文明建设。
注浆站施工现场
“硬核科技”不仅使矿山“含绿量”大幅提升，也让煤矿企业尝到了甜头。通过应用采动覆岩离层区注浆技术，山西潞安化工集团某煤矿采区回采率从50%提高到90%以上，释放“三下”煤炭资源95万吨，有效延长了矿山服务年限，同时处理粉煤灰固废60万吨，消耗矿井水超过100万吨；鄂尔多斯某煤矿利用该技术，释放了“三下”煤炭资源146万吨。
自动化注浆控制系统
我国“三下”煤炭资源量巨大，仅山西省就超过300亿吨。据不完全统计，全国“三下”煤炭资源仅开采出10多亿吨，大量“三下”煤炭资源没有被采出。由此可见，采动覆岩离层区注浆技术在“三下”煤炭资源开采领域的经济效益不可估量。
“点石成金”
煤矸石的“华丽蜕变”
我国是一个煤炭消费大国，而煤矿最大产出的固体废物就是煤矸石，其中的有害成分可以进入大气、土壤和地下水，不但制约煤矿的可持续发展，而且对生态环境造成严重危害，威胁人体健康。因此，如何减少污染，利用好煤矸石，对可持续发展战略具有重要意义。
勘研总院从2019年开始在鄂尔多斯某煤矿实施固废处理及地面减沉一体化项目，在释放“三下”煤炭资源的同时，建成了以煤矸石等大块度、大粒径固废为原材料的离层注浆生产系统，使昔日的废弃物华丽蜕变为新型环保注浆材料，并形成示范性工程，推广应用前景广阔。
鄂尔多斯某煤矿地面煤矸石注浆站
“以前露天堆存煤矸石，不仅成本高，还污染环境。”鄂尔多斯某煤矿负责人说，“如今，我们通过项目的实施实现了固废资源再利用，有效消除了煤矸石堆放造成的环境污染和安全隐患，找到了可持续发展的道路。”截至2022年上半年，该煤矿共处置煤矸石近100万吨，累计节省处置费用近1200万元，减少煤矸石占地150余亩，取得了良好的经济效益、生态效益和社会综合效益。
注浆站施工现场
煤矸石制浆生产系统
在“双碳”目标指引下，勘研总院经过一系列技术研发和大量的工程应用实践，形成的以“矿井水深井回灌技术”和“采动空间注浆技术”为核心的新型一体化绿色开采技术体系，已成为总局科研发展战略的成功典范。2022年，依靠两项技术，勘研总院在山西某煤矿一期良好成果的基础上，继续实施了二期注浆减沉项目；联合水文局成功承揽山西某煤矿覆岩离层注浆减沉项目；联合中煤地生态公司成功承揽鄂尔多斯某矿区矿井水深井回灌工程，促进科创势能转化为经济动能，助推企业实现高质量发展。
未来，中煤地质总局将继续践行“绿水青山就是金山银山”理念，坚持“地质立本，科技赋能”，自觉做绿水青山的守护者、金山银山的创造者、生态文明的建设者，为我国生态文明事业的发展贡献地质人的智慧和力量。
