通讯员 梁利惠 科技日报记者 韩 荣
煤炭资源绿色开采技术是煤炭行业绿色转型的重要环节。近年来山西焦煤山煤国际（以下简称“山煤国际”）霍尔辛赫煤业依托覆岩离层注浆充填技术，成功研发出一套适用于其地质构造的工艺，有效解决了“三下”压煤（即被建筑物、水体、铁路及主要井巷下方压住的煤炭资源）开采及煤矸石处置两大难题。近日，科技日报记者走进霍尔辛赫煤业，深入了解这一绿色开采背后的技术成果。
一项技术攻克两大难题
作为山煤国际的主力动力煤生产矿井，霍尔辛赫煤业是山西焦煤能源保供的重要单位之一，年生产能力达400万吨。其井田上分布着42个大小不一的村落、焦化厂、加油站等建筑物、构筑物，“三下”压煤储量相当可观。
“若能充分开采这些煤炭资源，意义重大，影响深远。”霍尔辛赫煤业党委书记、董事长李建功说。
经过多次调研，覆岩离层注浆充填技术进入了他们的视野。李建功介绍，该技术将粉煤灰或煤矸石浆液等工业固废作为充填物，注入井下离层空间。离层是煤炭开采导致煤层上端岩层塌陷而形成的空间。该技术的核心在于岩层中必须存在一个关键层，与塌陷层形成较大的离层空间，通过充填与关键层构成“柱+板”的稳定结构，而霍尔辛赫煤业的地质条件恰好符合这一特征。
此外，这一工艺还能有效解决霍尔辛赫煤业的固废处置难题，实现“变废为宝”，消化该公司每年产生的一部分煤矸石及尾煤泥。
自2020年起，该公司依托山西焦煤、山煤国际技术中心及博士后工作站资源，组建了专项科研团队，并联合第三方构建产学研一体化链条，探索出“科技创新+工程设计+第三方数据检测”的技术创新模式，聚焦技术难点全力攻关。在充分的前期调研、理论论证和大量试验后，霍尔辛赫煤业选择在压覆于废弃焦化厂、乡村道路等建筑物、构筑物下的3501工作面进行试点。
选址、征地、办理手续……一系列前期工作完成后，2022年，该公司启动了注浆站施工项目，并于当年2月开始注浆与采煤同步作业。4个月后，3501工作面成功回收“三下”压煤资源47.5万吨，消化粉煤灰43万吨，处理矿井废水30万吨。这一成果标志着覆岩离层注浆充填技术在霍尔辛赫煤业取得了成功。
多年攻关实现三代迭新
从2020年论证调研到目前3个工作面成功开采，霍尔辛赫煤业的覆岩离层注浆充填技术实现了三代迭新。
记者了解到，包括霍尔辛赫煤业在内的山西省“三下”压煤赋存均呈现出复杂多样的特征。这使得该公司在初期引进充填工艺时面临巨大的技术挑战。如何让复杂的地质条件变得简单可控，成为他们初期技术攻关的主要方向。
通过理论分析和数值模拟，以3501工作面为试点，该公司提出了全过程地表沉陷“四区”控制模型，将采区精确划分为常规区、过渡区、注浆区和控制区。通过分区治理、精准控制，再辅以单孔提级注浆，一举攻克了复杂地形不可预控的技术难关，形成了霍尔辛赫煤业覆岩离层注浆充填技术1.0版。
3501工作面的成功回采，为第二个试点的注浆充填提供了技术经验，但也随之出现了新的难题：由于开采模式的局限性，注入的浆液总是偏离既定区域。这一难题导致注浆量和注采比均居高不下。如何控制注浆量，降低注浆成本，再次难住了技术团队。经过一轮又一轮的研讨、论证和试验，他们提出了帷幕封堵增效技术——将研发的自膨胀水泥速凝封堵材料打入特定钻孔，有效堵住“漏斗”，使浆液不再偏离。经过一年多的技术实施，到2023年10月回采完成时，第二个试点的注浆量成功减少了9万吨，注采比降低了0.2，覆岩离层注浆充填技术2.0版本正式落地。
3801工作面压覆于石油加油站下。“与其他建筑物相比，加油站对地表稳定性的要求更高，充填开采难度呈指数级增长。”该公司生产技术部部长刁怀斌说。为此，技术团队建成了集制浆、注浆与沉陷控制效果于一体的综合监控体系，发明了建构图数字动态安全预警防护技术，提出了地表沉淀控制导向的采注协同控制方法，建立了远程数据收集点，以智能控制、精准动态预测战胜地质风险，解决了充填难题，形成了关键技术3.0版。
李建功表示，在该技术的助力下，霍尔辛赫煤业形成了“采煤不见煤、矸石不出矿、三废零排放”的绿色发展格局。多年来，该公司累计处置煤矸石、尾煤泥、粉煤灰290余万吨。
