转载：变废为利的“魔法”——“面向绿色矿山的新型多元耦合智能注浆技术”初探

转载自：中煤地质报，谢玉娇，2022年第7期

变废为利的“魔法”——“面向绿色矿山的新型多元耦合智能注浆技术”初探

地面，是日渐堆积的矿山固体废弃物；地下，是日益扩大的采空区——这是矿区普遍存在的两大问题。面对这样的现状，有人提出一个设想：把矿区的固体废弃物转移到地下采空区，这样既能处置废弃物，又能防止塌陷，变废为利，两全其美。这听起来像点石成金的魔法，却不是空中楼阁，中国煤炭地质总局已经在实践中证明了这个设想的可能性。

党的十八大以来，总局积极践行习近平生态文明思想，提出“透明地球、数字地球、美丽地球”建设战略愿景，加快转型升级步伐，拓展“地质+”的服务深度与广度，在矿区治理中开展了生动实践，形成了“面向绿色矿山的新型多元耦合智能注浆技术”。该项技术以煤矸石、粉煤灰等固体废弃物为原料制成浆液，用于地下空间治理，并综合运用光纤监测、水力压力传感、超声成像等手段进行离层发育精准预报和快速判别，取得了良好的应用示范效果，相关技术成果日前已通过中国地质学会组织的科学技术成果鉴定。

减沉，让老矿区重焕生机

山西潞安集团夏店煤矿始建于1976年，由于地面瓦斯泵站与西风井存在沉陷风险，3117工作面的煤炭开采一直受到制约，严重影响老矿区的发展。

2018—2019年，总局所属的勘查研究总院在夏店煤矿实施了注浆减沉工程。该院在充分研究矿区地质条件的基础上，将粉煤灰与矿井水按一定比例制成浆液，高压注入采动空间。据介绍，浆液沉淀压实后形成的压实湿灰体，可有效支撑关键层，从而防止地面沉陷，释放压覆煤炭资源。

该项目消耗粉煤灰26万吨，解放煤炭资源37.5万吨。为了监测夏店煤矿注浆区域及瓦斯泵站区域的地表变形情况，该项目设置地表观测点24个，累计观测130次。观测期内，注浆保护对象（风井、瓦斯泵站及配电站、瓦斯发电站等）地基最大沉降量10.88毫米，最大下沉系数0.001，减沉率99.7%，变形均优于“三下”采煤Ⅰ级标准。

山西省老矿区较多，人口相对稠密，村庄下、道路下、建筑物下压煤问题突出。据勘研总院采空所主任工程师赵明介绍，为解决压覆煤炭资源问题，煤矿有的斥巨资搬迁村庄，有的重修道路，费时费力且得不偿失，因此对于被压覆的煤炭资源，煤矿常常无奈地避而不采。

实际上，国家鼓励开采“三下”压煤，还制定了相关政策给予税收减免。2013年，国家能源局、财政部、国土资源部、环境保护部印发了《煤矿充填开采工作指导意见》，指出要“提高煤炭资源开发利用水平，改善矿区环境”。2014年，《财政部、国家税务总局关于实施煤炭资源税改革的通知》下发，指出“对充填开采置换出来的煤炭，资源税减征50%”。

“我们这项技术的使用，既能为煤矿解放压覆资源，又能为他们减免税收，很受欢迎。”赵明说，“2019年8月，总局召开煤矿生态文明建设新技术研讨会，中煤能源集团、焦煤集团、同煤集团、阳煤集团、晋煤集团等多个煤炭企业受邀参加。专家们在王庄项目和夏店项目实地参观了解后，认为此技术值得大力推广。”

处废，矿区走出可持续发展道路

中天合创能源有限责任公司门克庆煤矿，位于美丽的鄂尔多斯草原。煤矿自备铁路环岛及炸药库下方是3101工作面，随着煤炭的开采，地表沉陷、离层水害及冲击地压等灾害相继出现。勘研总院从2019年开始在门克庆煤矿实施固废处理及地面减沉一体化项目。

门克庆项目在实施初期以粉煤灰为注浆材料，通过对注浆材料的研发，后期以煤矸石为材料。赵明介绍说：“当地政府要求煤矿矸石和矿井水零排放，煤矸石的处理正是煤矿当时亟待解决的问题。我们通过实验，取得了煤矸石与矿井水的最优配比，同时设计出一套完整的、满足规模化生产要求的制浆系统、输浆系统和注浆系统，保证了项目的成功实施。”

监测数据表明，通过治理，门克庆煤矿地表建筑物损坏程度在Ⅰ级范围内，地表下沉量符合《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》中的相关规定。该项目不仅达到了预期效果，而且开辟了服务矿山的新途径。由于成效显著，门克庆煤矿二期工程也很快开工，主要目的是为煤矿处理煤矸石。如今，一期、二期工程已累计注入矸石近60万吨。

门克庆煤矿一名负责人认为，两期工程的实施，实实在在地为煤矿解决了难题，既释放了压覆煤炭资源，又延长了矿井服务年限，最重要的是为煤矸石找到了去处。他说：“随着‘新固废法’的实施，煤矸石排放严重制约企业的发展。一些小煤矿已因煤矸石排放的问题而关停，而我们通过项目的实施找到了可持续发展的道路。”

围绕客户需求，总局对煤矸石的处置进行了重点研究，并开展了一系列应用。中煤一局集团有限公司在龙泉煤矿实施了矸石处理工业性试验，将矸石破碎制浆后，采用离层空间注浆和冒裂带空间注浆两种方式进行地下充填处理，离层注浆孔注入近5万吨，冒裂带注浆孔注入近1万吨。中煤地生态环境科技有限公司在曹家滩煤矿122109工作面开展了煤矸石冒落带处置试验工程，处置煤矸石6542吨，试验取得成功，为后续煤矸石大规模处置奠定了基础。

增载，为城市发展释放空间

江苏省连云港市新浦磷矿，因资源枯竭于2017年关停，海州区计划对矿区进行产业转型，采空区的存在成为“拦路虎”。2019—2020年，总局开展了新浦磷矿310国道、浦发路整治工程，通过对采空区实施注浆充填，帮助地方解决了难题。

该项目采用分区治理思路，对于垮落区采用全孔一次注浆法，即钻孔施工完毕之后，利用止浆塞在完整段进行封堵，然后利用注浆泵对采空区进行全孔一次注浆；对于未垮落区域采用两阶段充填法——膏体充填初注+注浆加压复注，即首先向矿房内注入高浓度膏体，待孔口返浆之后停止充填；之后下放止浆塞至采空区顶板以上50米完整基岩段，对采空区及其上部受采动影响覆岩进行压力注浆，巩固充填效果。

项目部始终坚持绿色环保发展理念，就地利用原月牙岛南、北湖湖底积存的粉煤灰，不仅为建设月牙岛提供了便利，而且有效解决了附近粉煤灰处置问题。同时，项目部在施工现场和周边区域设置了30个变形监测点，时刻关注治理工作面变形情况，确保地下注浆效果。

“该项目的实施，消除了塌陷地质灾害隐患，盘活了周边3000亩土地，为建设生态湿地公园及发展其他产业释放了巨大发展空间。”江苏中煤长江生态环境科技有限公司总经理史建勇说，“我们通过生态治理与产业治理相结合的新模式，把塌陷区地质灾害转化为生态红利，还地于民，走出一条人口、资源、环境与社会协调发展的新路子。”

绿水青山就是金山银山。对于矿区来说，人、企业、环境要达到自然和谐的境界，就要处理好资源开发、循环转化、环保绿色的关系。总局致力于从根源解决矿山开采带来的生态环境损坏，以新型多元耦合智能注浆技术为绿色矿山建设提供支撑，让地面环境更加优美、地下支撑更加牢固，在服务矿山的同时也实现了自身价值。相信未来，这项变废为利的“魔法”将在矿井水减排、保水开采、防治冲击地压、防治煤层自燃，以及顶板再造等方面得到更广泛的应用，服务更多矿区的发展。