绿色充填开采技术在煤炭行业的实践

引言：煤炭开采长期面临资源回收与生态保护的双重矛盾。传统开采模式下，地表沉陷、矸石堆积等问题不仅破坏生态环境，还导致大量 “三下” 压煤难以回收，形成资源浪费与环境压力的恶性循环。绿色充填开采技术通过将采矿过程中产生的固体废弃物回填至采空区，构建 “采充一体化” 生产体系，既实现了资源的高效回收，又从源头减少了生态破坏，成为破解这一矛盾的重要路径。近年来，我国煤炭企业积极探索绿色充填技术的创新应用，形成了适应不同地质条件的技术范式。从矸石直接充填到膏体材料创新，从井下采充协同到地表生态修复，绿色充填技术已从单一工艺发展为多技术融合的系统工程。本文基于多家企业的实践经验，系统梳理绿色充填技术的体系构建、实践案例、效益机制及现存挑战，为行业绿色转型提供参考。

1 绿色充填开采技术体系构建

1.1 充填材料的创新与应用

绿色充填技术的核心在于固体废弃物的资源化利用，通过材料特性优化实现环保与效能的平衡。煤矸石作为最主要的充填原料，经破碎、筛分后可直接用于采空区回填，或与粉煤灰、矿渣等混合形成复合充填材料，提升抗压强度与稳定性。部分企业通过添加新型胶凝材料，改善矸石的流动性与凝结性能，使其适应不同煤层条件的充填需求。膏体充填材料则通过将固废与水按特定比例混合，形成具有可塑性的浆体，经管道泵送至采空区后自行凝固，适用于需要快速支撑顶板的开采场景。高水材料凭借凝结速度快、体积稳定性好的特点，在紧急充填与局部加固中发挥重要作用，其主要原料多来自工业废料，进一步降低了环境负荷。这些材料创新不仅解决了固废堆积问题，还减少了水泥等传统建材的使用，实现了 “以废治废” 的循环理念。

1.2 充填工艺的协同与优化

绿色充填技术的工艺体系围绕 “采充协同” 构建，根据煤层条件与开采方式形成多样化技术路径。垮落法充填通过在工作面后方同步回填矸石，实现采煤与充填的连续作业，适用于中厚煤层的分层开采；离层注浆技术则通过地面钻孔向煤层上覆岩层的离层空间注入浆液，利用浆液凝固后的支撑作用控制地表沉陷，特别适合建筑物下的煤炭回收。短壁开采与充填结合的工艺，通过划分小型采场，在采空区及时回填，减少顶板暴露时间，适用于地质条件复杂的区域。部分企业创新 “掘巷 - 采煤 - 充填” 三位一体模式，将巷道掘进产生的矸石直接用于相邻采空区充填，缩短了运输距离，降低了能耗。工艺优化的核心在于减少采充环节的时空冲突，通过设备改造与工序重组，实现资源回收与生态保护的同步推进。

2 绿色充填开采的典型实践案例

2.1 蒋庄煤矿的 “矸石置换” 模式

蒋庄煤矿针对建下压煤回收难题，创新 “矸石置换煤炭” 的开采模式，形成井下矸石不上井、地面矸石全利用的闭环体系。该矿通过在采煤工作面旁布置充填巷道，将掘进与洗选过程中产生的矸石直接运输至采空区进行回填，实现了矸石的就近消纳。同时，采用分体式充填支架，使采煤与充填工序平行作业，减少了对生产效率的影响。为适应复杂的煤层条件，该矿优化了矸石充填的分层厚度与压实工艺，确保充填体能够有效支撑顶板，控制地表沉降。通过地面与井下的协同监测，及时调整充填参数，使建筑物下的煤炭资源得以安全回收，同时避免了村庄搬迁与地表设施破坏。这种模式不仅解决了矸石堆积的环保问题，还延长了矿井服务年限，实现了资源效益与环境效益的统一。

3 绿色充填开采的效益机制分析

3.1 资源利用效益

绿色充填技术通过回收 “三下” 压煤与消纳固体废弃物，实现了资源的高效循环利用。一方面，该技术突破了传统开采对 “三下” 区域的限制，使大量长期闲置的煤炭资源得以回收，延长了矿井服务年限，提升了资源保障能力。另一方面，将煤矸石、粉煤灰等固废转化为充填材料，减少了堆存占地与运输成本，同时避免了固废自燃、淋溶带来的二次污染。部分企业通过采充协同，还实现了煤炭与伴生资源的综合回收，提升了资源利用的全面性。这种 “以废换煤” 的模式，不仅提高了煤炭资源的回收率，还推动了固体废弃物的资源化利用，形成了资源开发的良性循环。

3.2 生态环境效益

绿色充填技术从源头减少了煤炭开采对生态环境的破坏，主要体现在三个方面：一是通过充填体支撑顶板，有效控制地表沉陷与裂缝发育，保护了地表植被、水体与建筑物，减少了生态修复成本；二是固废的井下消纳避免了地面堆存带来的土地侵占与环境污染，降低了扬尘、渗滤液等对周边环境的影响；三是充填过程中对矿井水的循环利用与瓦斯的抽采利用，减少了水资源消耗与温室气体排放。在生态敏感区域，绿色充填技术的应用使开采活动与生态保护得以协调推进，为矿区生物多样性保护与生态系统稳定提供了保障。部分矿区通过充填后的生态修复，还形成了新的生态景观，提升了区域生态功能。

4 绿色充填开采技术的挑战与对策

4.1 技术适应性与成本控制难题

复杂地质条件对绿色充填技术提出了更高要求，薄煤层、高应力区等特殊环境下的充填材料性能与工艺稳定性仍需提升。部分技术因初期投入较高、充填效率偏低，导致经济可行性受限，尤其对中小型煤矿而言，推广难度较大。

对策方面，需加强针对特殊地质条件的材料与工艺创新，开发低成本、高效率的充填技术；通过装备智能化与工序优化提升采充协同效率，降低单位成本；建立多元化投入机制，通过政策支持与市场融资分担技术应用成本，提升企业积极性。

4.2 标准体系与协同机制不完善

绿色充填技术的应用缺乏统一的标准规范，不同企业的技术参数、质量要求与评价体系存在差异，影响了技术的推广与衔接。同时，技术研发、工程应用与生态修复等环节的协同不足，导致 “采充脱节”“重采轻修” 等问题，降低了技术的综合效益。解决路径包括加快制定绿色充填技术的国家标准与行业规范，统一材料性能、工艺参数与效果评价指标；构建 “产学研用” 协同创新平台，促进技术研发与工程实践的深度融合；建立矿山企业、地方政府与科研机构的联动机制，统筹开采规划与生态修复，实现全生命周期的协同管理。

结语

绿色充填开采技术通过固废资源化利用与采充协同管理，实现了煤炭开采与生态保护的有机统一，是煤炭行业绿色转型的重要方向。从材料创新到工艺优化，从单矿实践到系统推广，绿色充填技术已展现出显著的资源效益、环境效益与社会效益。面对复杂地质条件的挑战、成本控制的压力与协同机制的不足，需要通过技术创新、标准建设、人才培养与理念转变，推动绿色充填技术向更高效、更经济、更协同的方向发展。未来，随着智能化与绿色化技术的深度融合，绿色充填开采将成为煤炭行业实现 “碳达峰、碳中和” 目标的关键支撑，为能源安全与生态保护的平衡提供可持续的解决方案。

参考文献

[1] 范京道 ， 黄克军 ， 李川 ， 杨明 ， 黄晓俊 ， 闫振国 ， 宋岳 ， 曹宇 . 我国煤矿智能化技术十年发展与实践[J]. 煤炭科学技术，1-22.

[2] 张吉雄， 张强， 周楠， 李猛， 巨峰. 煤炭资源四元开发模式创新与实践[J].煤炭学报 ，2025，50（04）：2020-2036.

[3] 方杰， 魏恒飞， 时俊杰， 陈晶， 李守彪. 绿色低碳煤炭开采新质生产力发展研究 [J]. 中国矿业 ，2025，34（03）：296-304.