如何协同“三下”压煤开采与固废处置？

《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》明确提出，巩固提升矿业等产业在全球产业分工中的地位与竞争力，将其置于优化传统产业、保障国家安全的战略高度。

《中国矿产资源报告（2024）》显示，我国煤炭可采储量2186亿吨，按当前开采条件仅能维持40余年。

我国是全球“三下”压煤量最大的国家。据不完全统计，国有骨干大中型矿井“三下”压煤量超140亿吨，但年开采量仅占压煤总量的7%左右。“三下”压煤即建（构）筑物下、铁路下、水体下的煤炭资源。“三下”开采是煤矿开采的重要组成部分和棘手难题。

“若能将‘三下’压煤采出50%，就可供60余个年产百万吨的大型矿井生产100多年。”今年11月，在中国煤炭工业协会召开的“三下”压煤绿色开采及固废协同处置现场交流会上，中国煤炭工业协会副会长孙守仁指出，“三下”开采的技术突破与固废处置的价值转化，是直接关乎能源安全保障的“国之大者”，是深刻影响生态环境保护的民生关切，更是煤炭行业实现绿色转型与高质量发展的关键支撑。

充填开采为破局之道

我国“三下”压煤量大，常规开采易引发地表沉陷、地下水系破坏和建筑物损毁。

“在我国‘三下’压煤中，建筑物下压煤量占‘三下’压煤总量的90%以上。”河南理工大学能源科学与工程学院院长郭文兵表示，煤炭开采形成的地表沉陷区远大于采空区，地表沉陷会引发一系列次生灾害，导致土地塌陷、裂缝、积水、作物减产绝产。

“传统的搬迁开采‘三下’压煤方式，常常陷入搬不起、迁不动、矛盾多、维稳难等困境。”中勘资源勘探科技股份有限公司董事长余波说。

随着科技的蓬勃发展，充填开采技术为这一困局带来破局之道。

据介绍，充填开采技术是随着回采工作面的推进，将煤矸石、尾矿、粉煤灰等固体废弃物充填入采空区的煤炭开采技术。该技术可在采空区形成稳固支撑，在实现“三下”压煤安全开采的同时，合理处置固体废弃物。

“当前，我国煤基固废堆存量已超130亿吨，年新增量超15亿吨，不仅占地，而且造成环境污染。”中国煤炭加工利用协会副理事长谭杰指出，我国现有煤矿采空区地下空间达200多亿立方米，充填开采既可以释放“三下”资源，又为合理处置固废提供了新方向。

近年来，我国大力鼓励畅通大宗固废井下充填、生态修复等利用消纳渠道，积极支持煤矸石等工业固废在井下充填、生态修复等领域实现规模化应用。

为解决“三下”压煤和边角残煤等资源开采问题，早在2013年，国家能源局、财政部等部门就印发了《煤矿充填开采工作指导意见》，提出煤矿充填开采工作的主要目标：实施充填开采的“三下”煤炭资源，中厚煤层采区回采率达到85%以上，薄煤层采区回采率达到90%以上；对留设煤柱和边角残煤实施以矸换煤开采的，回采率达到70%以上。

2018年，国家发展改革委等部门出台的《关于进一步完善煤炭产能置换政策的补充通知》指出，自2018年起，煤炭企业上一年度按照《煤矿充填开采工作指导意见》等规定实施充填开采置换出来的煤炭产量，经省级煤炭行业管理部门确认后，可按30%的比例折算为置换产能指标，用于产能置换。

2023年8月，财政部、税务总局发布《关于延续对充填开采置换出来的煤炭减征资源税优惠政策的公告》，自2023年9月1日至2027年12月31日，对充填开采置换出来的煤炭，资源税减征50%。

今年9月，国家能源局印发的《煤炭矿区总体规划编制技术指引》明确，矿区洗选加工的副产品和煤矸石，应就地消化。煤炭矿区总体规划应提出煤矸石综合利用方案，因地制宜选择井下充填、矿坑回填、发电、生产建筑材料、回收矿产品、制取化工产品、筑路、土地复垦、生态修复等综合利用方式。

“自2013年至今，国家和地方对充填开采提供了一系列政策支持。”余波说，从因地制宜推广充填开采技术到明确提升煤矸石综合利用水平的实现路径和保障措施，从提出推广煤矸石不出井模式到规定产废单位对工业固废的全程性责任，从制定生态环境损害的惩罚性赔偿制度到对综合机械化单元密实充填采煤工艺作出明确规定……近年来，围绕“三下”开采，我国全方位的政策支持与引导体系逐步形成。

良性发展模式正在形成

在一系列政策指引下，近年来，产学研用各方积极作为，在“三下”开采与固废协同处置领域开展了大量创新实践，取得了阶段性成效。

中国工程院院士钱鸣高提出以“关键层”控制为核心的煤矿绿色开采技术体系，推动资源“获取—使用—回归”的良性循环；中国工程院院士王双明聚焦采动损害、固废处理与碳排放三大难题，提出“开采—固废处置—碳封存”协同发展思路；中国工程院院士吴爱祥指出，膏体充填是绿色开采基石，无人化充填是未来开采方向；中国矿业大学（北京）副校长崔希民团队构建采动覆岩与地表沉陷动态模型；中国矿业大学副校长张吉雄团队提出“掘—采—选—充”的四元绿色开发模式；国家能源集团科技与信息化部总监李全生团队创立“空天地井”生态损伤监测体系，提出“减损开采、立体保护、系统修复”理念……这些科学理论体系，为“三下”开采与固废协同处置提供了理论支撑。

随着理论体系持续完善，技术模式不断创新突破。

近年来，覆岩离层注浆、保水开采、连采连充、充填开采、短壁开采、掘充留一体化、条带式开采等“三下”开采技术和模式日趋成熟，可适用于各类地质条件；分体式充填支架、无人充填系统、纳米改性注浆材料、柔性充填模袋等新材料、新技术、新装备在矿区成功落地。

“当前，新汶、冀中、淮北、神火、潞安等矿区‘三下’充填工作面已实现月充填5万吨目标，正向年充填百万吨目标迈进。”孙守仁表示，如今，越来越多的煤炭企业已经认识到，“三下”开采与固废处置并非孤立的任务，而是相互支撑、有机统一的整体，“开采产生固废、固废支撑开采”的良性发展模式正在形成。

中勘资源勘探科技股份有限公司打造了多场景压覆条件下的厚煤层、孤岛工作面、多煤层的采动离层注浆充填样本。其中，与河南神火集团梁北矿合作开展充填项目，实现复杂地质条件村庄下压煤不迁村开采。

“覆岩离层注浆充填技术是我们充填开采的重要选择。”河南神火集团首席专家、神火煤电公司总工程师魏民涛表示，“该技术相较于其他传统充填方式具有采出率和减沉率高，建设周期短、投资少、充填与采煤干扰程度低等特点。”

“通过应用覆岩离层注浆充填和膏体充填技术，我们实现村庄下采煤，解放了四采区4326工作面压覆煤炭资源量178万吨，累计实现经济效益11.489亿元。”晋能控股集团长治公司三元煤业总工程师陈全秋表示，4326工作面离层注浆项目是山西省长治市首个“浅埋深、大采高”条件下充填开采试验工作面，为类似地质条件压煤工作面提供了借鉴。

近年来，各类“三下”开采技术在越来越多的煤炭企业落地并取得显著成效。

山西焦煤集团汾西矿业公司贺西煤矿首推“合并村庄+条带式开采”开采方案，成效显著；山西焦煤集团霍尔辛赫煤业公司采用“数智预警+采注协同”技术，回采加油站下方165万吨煤炭资源；山东能源集团开展新型密实充填前进式综合机械化开采工艺，实现“前进式开采+膏体充填+自成巷”深度融合；济宁能源集团打造“智能感知—精准控制—预测维护—透明管理”四位一体充填作业全流程管控体系……

“当前，煤炭行业‘三下’开采已实现从‘无法采、不敢采’到‘安全采、绿色采’的重大跨越。”孙守仁说。

与充填开采相伴的，是固废处置从地面堆存向协同利用的华丽转身。

在晋能控股集团长治三元中能煤业有限公司覆岩离层注浆项目施工现场，煤矸石经过研磨系统被制成粉末，作为充填材料被输送至井下，替代了传统充填工艺需要的粉煤灰。

“该项目降低了注浆材料采购成本，累计盘活煤矸石60万吨，不仅破解了‘三下’开采难题，而且实现了环保效益和经济效益双赢。”中勘资源勘探科技股份有限公司西北事业部工程师张卫说。

更多固废协同处置的探索与实践正在煤炭企业上演。

国家能源集团神东煤炭公司建成智能化煤矸石充填系统，实现“原位返井”协同处置；陕煤集团小保当煤矿建成全煤基固废充填系统，充分体现“从哪里来，到哪里去”的绿色开采理念；中国煤炭科工集团研发的全煤基固废膏体材料，被广泛应用于充填置换等场景。

“近年来，固废利用从路基铺设、复垦覆土等低值领域向高值化延伸。”谭杰指出，发热量600大卡到1000大卡的煤矸石可制成偏高岭土、净水剂等化工产品，煤矸石基人工土壤实现了固废减量、生态修复、作物增效。

直面问题科学谋划未来

“在肯定成绩的同时，我们必须清醒认识到，当前‘三下’开采与固废处置工作仍面临技术、成本、机制、安全、理念等多重深层次挑战，亟待破解。”孙守仁表示。

一方面，“三下”开采受到技术、成本与机制的三重制约。近距离煤层群、厚煤层、高水压承压含水层、复杂地质条件和不同压覆条件下，采充矛盾突出，充填工艺复杂，充填参数难以精准控制，技术推广受限；充填开采前期投入大、运营成本高，吨煤处置成本较传统开采增加约100元，加之拆迁、管线改移等协调成本高、周期长，制约技术落地应用；充填开采应用涉及多部门、多层次审批监管，流程较为复杂。

另一方面，固废协同处置存在规模、技术与标准三大瓶颈。当前，因资金、技术限制，固废处置规模难以匹配产生量，60%的煤基固废仍用于初级领域，高值化利用率不足15%，部分企业存在偷排漏排、二次污染等问题。

另外，部分企业对于开采与治理协同发展存在理念、机制与技术障碍。部分企业存在重开采轻处置、采充分离现象，跨行业协同观念缺失，煤矿与上下游产业对接不紧密，未形成“产供销用”一体化生态。部分企业技术支撑薄弱，动态监测、过程管控等装备研发与普及率不足。

未来，如何推动“三下”开采与固废协同处置高质量发展？

在机制层面，孙守仁表示，要加快制定完善“三下”开采技术规范、固废协同处置标准，明确开采技术的先进性、适用性、安全可靠性与固废处置要求的评价指标；建立“源头管控—过程监测—末端治理”全链条体系，构建企业环境信用评价体系并与政策支持、市场准入挂钩；细化落实绿色开采与固废利用政策，建立差异化的考核机制，将资源回收率、固废利用率等指标纳入企业绩效考核体系；培育综合利用龙头企业，探索跨区域协同处置模式，破解区域间、企业间失衡问题；强化跨部门联动，开展联合论证、数据共享与综合监管，统筹规划调整、拆迁补偿等工作，优化项目推进营商环境。

“实践证明，‘三下’开采技术的成功研发与大规模应用，可最大程度地减小地表采动损害。”余波建议，对现行的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》作出相应修订，支持煤矿开展“三下”开采，规模化处置工业固废。

在技术层面，中勘资源勘探科技股份有限公司特邀专家倪建明指出，“三下”开采技术条件具有复杂性、多变性，一旦失误很难挽回。因此，必须坚持“一面一设计”的技术原则，绝不能照搬照抄。

中国煤炭科工集团开采研究院有限公司安环分院院长张玉军表示，随着煤炭开发重心向西部、深部转移，保水开采、新型建（构）筑物保护、固废规模化处置与利用等需求日益迫切。因此，应科学构建、不断完善绿色、安全、高效、智能化“三下”采煤技术体系，实现建（构）筑物减损化、固废处置资源化、水资源保护增强化、生态优先绿色化开采。

“未来的‘三下’开采不再是单一技术的应用，而是充填开采、离层注浆、协同开采等多种技术的集成应用，并深度融合物联网、大数据和人工智能，实现对整个开采过程的精准感知。”张玉军说。

崔希民同样指出，智能化、绿色化、生态化是煤矿开采沉陷控制技术的必然趋势，要进一步提高多技术协同能力，提高技术应用水平和智能化程度，降低充填固废对生态环境的次生影响，不断完善充填、覆岩控制、协调开采、加固修复多技术协同的控制体系。

“‘十五五’时期，‘三下’开采与固废协同处置工作需坚持系统思维、问题导向，以技术创新为核心、标准建设为保障、机制改革为动力、数智融合为抓手、示范项目为标杆，实现从被动应对到主动引领的转变。”孙守仁说。

作者：陶冉版面编辑：陶冉

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来源：中国煤炭报

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