《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十五個五年規(guī)劃的建議》明確提出，鞏固提升礦業(yè)等產(chǎn)業(yè)在全球產(chǎn)業(yè)分工中的地位與競爭力，將其置于優(yōu)化傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、保障國家安全的戰(zhàn)略高度。
《中國礦產(chǎn)資源報告（2024）》顯示，我國煤炭可采儲量2186億噸，按當前開采條件僅能維持40余年。
我國是全球“三下”壓煤量最大的國家。據(jù)不完全統(tǒng)計，國有骨干大中型礦井“三下”壓煤量超140億噸，但年開采量僅占壓煤總量的7%左右。“三下”壓煤即建（構(gòu)）筑物下、鐵路下、水體下的煤炭資源?！叭隆遍_采是煤礦開采的重要組成部分和棘手難題。
“若能將‘三下’壓煤采出50%，就可供60余個年產(chǎn)百萬噸的大型礦井生產(chǎn)100多年?！苯衲?/span>11月，在中國煤炭工業(yè)協(xié)會召開的“三下”壓煤綠色開采及固廢協(xié)同處置現(xiàn)場交流會上，中國煤炭工業(yè)協(xié)會副會長孫守仁指出，“三下”開采的技術(shù)突破與固廢處置的價值轉(zhuǎn)化，是直接關(guān)乎能源安全保障的“國之大者”，是深刻影響生態(tài)環(huán)境保護的民生關(guān)切，更是煤炭行業(yè)實現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型與高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵支撐。
充填開采為破局之道
我國“三下”壓煤量大，常規(guī)開采易引發(fā)地表沉陷、地下水系破壞和建筑物損毀。
“在我國‘三下’壓煤中，建筑物下壓煤量占‘三下’壓煤總量的90%以上。”河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院院長郭文兵表示，煤炭開采形成的地表沉陷區(qū)遠大于采空區(qū)，地表沉陷會引發(fā)一系列次生災(zāi)害，導(dǎo)致土地塌陷、裂縫、積水、作物減產(chǎn)絕產(chǎn)。
“傳統(tǒng)的搬遷開采‘三下’壓煤方式，常常陷入搬不起、遷不動、矛盾多、維穩(wěn)難等困境。”中勘資源勘探科技股份有限公司董事長余波說。
隨著科技的蓬勃發(fā)展，充填開采技術(shù)為這一困局帶來破局之道。
據(jù)介紹，充填開采技術(shù)是隨著回采工作面的推進，將煤矸石、尾礦、粉煤灰等固體廢棄物充填入采空區(qū)的煤炭開采技術(shù)。該技術(shù)可在采空區(qū)形成穩(wěn)固支撐，在實現(xiàn)“三下”壓煤安全開采的同時，合理處置固體廢棄物。
“當前，我國煤基固廢堆存量已超130億噸，年新增量超15億噸，不僅占地，而且造成環(huán)境污染?！敝袊禾考庸だ脜f(xié)會副理事長譚杰指出，我國現(xiàn)有煤礦采空區(qū)地下空間達200多億立方米，充填開采既可以釋放“三下”資源，又為合理處置固廢提供了新方向。
近年來，我國大力鼓勵暢通大宗固廢井下充填、生態(tài)修復(fù)等利用消納渠道，積極支持煤矸石等工業(yè)固廢在井下充填、生態(tài)修復(fù)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。
為解決“三下”壓煤和邊角殘煤等資源開采問題，早在2013年，國家能源局、財政部等部門就印發(fā)了《煤礦充填開采工作指導(dǎo)意見》，提出煤礦充填開采工作的主要目標：實施充填開采的“三下”煤炭資源，中厚煤層采區(qū)回采率達到85%以上，薄煤層采區(qū)回采率達到90%以上；對留設(shè)煤柱和邊角殘煤實施以矸換煤開采的，回采率達到70%以上。
2018年，國家發(fā)展改革委等部門出臺的《關(guān)于進一步完善煤炭產(chǎn)能置換政策的補充通知》指出，自2018年起，煤炭企業(yè)上一年度按照《煤礦充填開采工作指導(dǎo)意見》等規(guī)定實施充填開采置換出來的煤炭產(chǎn)量，經(jīng)省級煤炭行業(yè)管理部門確認后，可按30%的比例折算為置換產(chǎn)能指標，用于產(chǎn)能置換。
2023年8月，財政部、稅務(wù)總局發(fā)布《關(guān)于延續(xù)對充填開采置換出來的煤炭減征資源稅優(yōu)惠政策的公告》，自2023年9月1日至2027年12月31日，對充填開采置換出來的煤炭，資源稅減征50%。
今年9月，國家能源局印發(fā)的《煤炭礦區(qū)總體規(guī)劃編制技術(shù)指引》明確，礦區(qū)洗選加工的副產(chǎn)品和煤矸石，應(yīng)就地消化。煤炭礦區(qū)總體規(guī)劃應(yīng)提出煤矸石綜合利用方案，因地制宜選擇井下充填、礦坑回填、發(fā)電、生產(chǎn)建筑材料、回收礦產(chǎn)品、制取化工產(chǎn)品、筑路、土地復(fù)墾、生態(tài)修復(fù)等綜合利用方式。
“自2013年至今，國家和地方對充填開采提供了一系列政策支持。”余波說，從因地制宜推廣充填開采技術(shù)到明確提升煤矸石綜合利用水平的實現(xiàn)路徑和保障措施，從提出推廣煤矸石不出井模式到規(guī)定產(chǎn)廢單位對工業(yè)固廢的全程性責任，從制定生態(tài)環(huán)境損害的懲罰性賠償制度到對綜合機械化單元密實充填采煤工藝作出明確規(guī)定……近年來，圍繞“三下”開采，我國全方位的政策支持與引導(dǎo)體系逐步形成。
良性發(fā)展模式正在形成
在一系列政策指引下，近年來，產(chǎn)學(xué)研用各方積極作為，在“三下”開采與固廢協(xié)同處置領(lǐng)域開展了大量創(chuàng)新實踐，取得了階段性成效。
中國工程院院士錢鳴高提出以“關(guān)鍵層”控制為核心的煤礦綠色開采技術(shù)體系，推動資源“獲取—使用—回歸”的良性循環(huán)；中國工程院院士王雙明聚焦采動損害、固廢處理與碳排放三大難題，提出“開采—固廢處置—碳封存”協(xié)同發(fā)展思路；中國工程院院士吳愛祥指出，膏體充填是綠色開采基石，無人化充填是未來開采方向；中國礦業(yè)大學(xué)（北京）副校長崔希民團隊構(gòu)建采動覆巖與地表沉陷動態(tài)模型；中國礦業(yè)大學(xué)副校長張吉雄團隊提出“掘—采—選—充”的四元綠色開發(fā)模式；國家能源集團科技與信息化部總監(jiān)李全生團隊創(chuàng)立“空天地井”生態(tài)損傷監(jiān)測體系，提出“減損開采、立體保護、系統(tǒng)修復(fù)”理念……這些科學(xué)理論體系，為“三下”開采與固廢協(xié)同處置提供了理論支撐。
隨著理論體系持續(xù)完善，技術(shù)模式不斷創(chuàng)新突破。
近年來，覆巖離層注漿、保水開采、連采連充、充填開采、短壁開采、掘充留一體化、條帶式開采等“三下”開采技術(shù)和模式日趨成熟，可適用于各類地質(zhì)條件；分體式充填支架、無人充填系統(tǒng)、納米改性注漿材料、柔性充填模袋等新材料、新技術(shù)、新裝備在礦區(qū)成功落地。
“當前，新汶、冀中、淮北、神火、潞安等礦區(qū)‘三下’充填工作面已實現(xiàn)月充填5萬噸目標，正向年充填百萬噸目標邁進?！睂O守仁表示，如今，越來越多的煤炭企業(yè)已經(jīng)認識到，“三下”開采與固廢處置并非孤立的任務(wù)，而是相互支撐、有機統(tǒng)一的整體，“開采產(chǎn)生固廢、固廢支撐開采”的良性發(fā)展模式正在形成。
中勘資源勘探科技股份有限公司打造了多場景壓覆條件下的厚煤層、孤島工作面、多煤層的采動離層注漿充填樣本。其中，與河南神火集團梁北礦合作開展充填項目，實現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)條件村莊下壓煤不遷村開采。
“覆巖離層注漿充填技術(shù)是我們充填開采的重要選擇?！焙幽仙窕鸺瘓F首席專家、神火煤電公司總工程師魏民濤表示，“該技術(shù)相較于其他傳統(tǒng)充填方式具有采出率和減沉率高，建設(shè)周期短、投資少、充填與采煤干擾程度低等特點?！?
“通過應(yīng)用覆巖離層注漿充填和膏體充填技術(shù)，我們實現(xiàn)村莊下采煤，解放了四采區(qū)4326工作面壓覆煤炭資源量178萬噸，累計實現(xiàn)經(jīng)濟效益11.489億元。”晉能控股集團長治公司三元煤業(yè)總工程師陳全秋表示，4326工作面離層注漿項目是山西省長治市首個“淺埋深、大采高”條件下充填開采試驗工作面，為類似地質(zhì)條件壓煤工作面提供了借鑒。
近年來，各類“三下”開采技術(shù)在越來越多的煤炭企業(yè)落地并取得顯著成效。
山西焦煤集團汾西礦業(yè)公司賀西煤礦首推“合并村莊+條帶式開采”開采方案，成效顯著；山西焦煤集團霍爾辛赫煤業(yè)公司采用“數(shù)智預(yù)警+采注協(xié)同”技術(shù)，回采加油站下方165萬噸煤炭資源；山東能源集團開展新型密實充填前進式綜合機械化開采工藝，實現(xiàn)“前進式開采+膏體充填+自成巷”深度融合；濟寧能源集團打造“智能感知—精準控制—預(yù)測維護—透明管理”四位一體充填作業(yè)全流程管控體系……
“當前，煤炭行業(yè)‘三下’開采已實現(xiàn)從‘無法采、不敢采’到‘安全采、綠色采’的重大跨越?！睂O守仁說。
與充填開采相伴的，是固廢處置從地面堆存向協(xié)同利用的華麗轉(zhuǎn)身。
在晉能控股集團長治三元中能煤業(yè)有限公司覆巖離層注漿項目施工現(xiàn)場，煤矸石經(jīng)過研磨系統(tǒng)被制成粉末，作為充填材料被輸送至井下，替代了傳統(tǒng)充填工藝需要的粉煤灰。
“該項目降低了注漿材料采購成本，累計盤活煤矸石60萬噸，不僅破解了‘三下’開采難題，而且實現(xiàn)了環(huán)保效益和經(jīng)濟效益雙贏?！敝锌辟Y源勘探科技股份有限公司西北事業(yè)部工程師張衛(wèi)說。
更多固廢協(xié)同處置的探索與實踐正在煤炭企業(yè)上演。
國家能源集團神東煤炭公司建成智能化煤矸石充填系統(tǒng)，實現(xiàn)“原位返井”協(xié)同處置；陜煤集團小保當煤礦建成全煤基固廢充填系統(tǒng)，充分體現(xiàn)“從哪里來，到哪里去”的綠色開采理念；中國煤炭科工集團研發(fā)的全煤基固廢膏體材料，被廣泛應(yīng)用于充填置換等場景。
“近年來，固廢利用從路基鋪設(shè)、復(fù)墾覆土等低值領(lǐng)域向高值化延伸?！弊T杰指出，發(fā)熱量600大卡到1000大卡的煤矸石可制成偏高嶺土、凈水劑等化工產(chǎn)品，煤矸石基人工土壤實現(xiàn)了固廢減量、生態(tài)修復(fù)、作物增效。
直面問題科學(xué)謀劃未來
“在肯定成績的同時，我們必須清醒認識到，當前‘三下’開采與固廢處置工作仍面臨技術(shù)、成本、機制、安全、理念等多重深層次挑戰(zhàn)，亟待破解?！睂O守仁表示。
一方面，“三下”開采受到技術(shù)、成本與機制的三重制約。近距離煤層群、厚煤層、高水壓承壓含水層、復(fù)雜地質(zhì)條件和不同壓覆條件下，采充矛盾突出，充填工藝復(fù)雜，充填參數(shù)難以精準控制，技術(shù)推廣受限；充填開采前期投入大、運營成本高，噸煤處置成本較傳統(tǒng)開采增加約100元，加之拆遷、管線改移等協(xié)調(diào)成本高、周期長，制約技術(shù)落地應(yīng)用；充填開采應(yīng)用涉及多部門、多層次審批監(jiān)管，流程較為復(fù)雜。
另一方面，固廢協(xié)同處置存在規(guī)模、技術(shù)與標準三大瓶頸。當前，因資金、技術(shù)限制，固廢處置規(guī)模難以匹配產(chǎn)生量，60%的煤基固廢仍用于初級領(lǐng)域，高值化利用率不足15%，部分企業(yè)存在偷排漏排、二次污染等問題。
另外，部分企業(yè)對于開采與治理協(xié)同發(fā)展存在理念、機制與技術(shù)障礙。部分企業(yè)存在重開采輕處置、采充分離現(xiàn)象，跨行業(yè)協(xié)同觀念缺失，煤礦與上下游產(chǎn)業(yè)對接不緊密，未形成“產(chǎn)供銷用”一體化生態(tài)。部分企業(yè)技術(shù)支撐薄弱，動態(tài)監(jiān)測、過程管控等裝備研發(fā)與普及率不足。
未來，如何推動“三下”開采與固廢協(xié)同處置高質(zhì)量發(fā)展？
在機制層面，孫守仁表示，要加快制定完善“三下”開采技術(shù)規(guī)范、固廢協(xié)同處置標準，明確開采技術(shù)的先進性、適用性、安全可靠性與固廢處置要求的評價指標；建立“源頭管控—過程監(jiān)測—末端治理”全鏈條體系，構(gòu)建企業(yè)環(huán)境信用評價體系并與政策支持、市場準入掛鉤；細化落實綠色開采與固廢利用政策，建立差異化的考核機制，將資源回收率、固廢利用率等指標納入企業(yè)績效考核體系；培育綜合利用龍頭企業(yè)，探索跨區(qū)域協(xié)同處置模式，破解區(qū)域間、企業(yè)間失衡問題；強化跨部門聯(lián)動，開展聯(lián)合論證、數(shù)據(jù)共享與綜合監(jiān)管，統(tǒng)籌規(guī)劃調(diào)整、拆遷補償?shù)裙ぷ鳎瑑?yōu)化項目推進營商環(huán)境。
“實踐證明，‘三下’開采技術(shù)的成功研發(fā)與大規(guī)模應(yīng)用，可最大程度地減小地表采動損害?！庇嗖ńㄗh，對現(xiàn)行的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)范》作出相應(yīng)修訂，支持煤礦開展“三下”開采，規(guī)?；幹霉I(yè)固廢。
在技術(shù)層面，中勘資源勘探科技股份有限公司特邀專家倪建明指出，“三下”開采技術(shù)條件具有復(fù)雜性、多變性，一旦失誤很難挽回。因此，必須堅持“一面一設(shè)計”的技術(shù)原則，絕不能照搬照抄。
中國煤炭科工集團開采研究院有限公司安環(huán)分院院長張玉軍表示，隨著煤炭開發(fā)重心向西部、深部轉(zhuǎn)移，保水開采、新型建（構(gòu)）筑物保護、固廢規(guī)?；幹门c利用等需求日益迫切。因此，應(yīng)科學(xué)構(gòu)建、不斷完善綠色、安全、高效、智能化“三下”采煤技術(shù)體系，實現(xiàn)建（構(gòu)）筑物減損化、固廢處置資源化、水資源保護增強化、生態(tài)優(yōu)先綠色化開采。
“未來的‘三下’開采不再是單一技術(shù)的應(yīng)用，而是充填開采、離層注漿、協(xié)同開采等多種技術(shù)的集成應(yīng)用，并深度融合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能，實現(xiàn)對整個開采過程的精準感知?！睆堄褴娬f。
崔希民同樣指出，智能化、綠色化、生態(tài)化是煤礦開采沉陷控制技術(shù)的必然趨勢，要進一步提高多技術(shù)協(xié)同能力，提高技術(shù)應(yīng)用水平和智能化程度，降低充填固廢對生態(tài)環(huán)境的次生影響，不斷完善充填、覆巖控制、協(xié)調(diào)開采、加固修復(fù)多技術(shù)協(xié)同的控制體系。
“‘十五五’時期，‘三下’開采與固廢協(xié)同處置工作需堅持系統(tǒng)思維、問題導(dǎo)向，以技術(shù)創(chuàng)新為核心、標準建設(shè)為保障、機制改革為動力、數(shù)智融合為抓手、示范項目為標桿，實現(xiàn)從被動應(yīng)對到主動引領(lǐng)的轉(zhuǎn)變?！睂O守仁說。
來源：中國煤炭報
