“地質(zhì)+AI”繪就綠色開采新圖景——中煤地質(zhì)集團有限公司破解“三下”壓煤難題紀實

　　村莊炊煙裊裊，大棚綠意盎然。往來的村民很難想到，就在民居、良田的地下深處，一場守護地表安寧的地下工程正在緊鑼密鼓推進。寶貴的煤炭沉睡在村落、國道、高壓塔之下，這就是困擾煤炭行業(yè)多年的“三下”壓煤難題。傳統(tǒng)開采易誘發(fā)地表塌陷，搬遷改造耗資耗力；煤矸石、粉煤灰露天堆放又帶來水土流失、揚塵污染，行業(yè)深陷“開采有風(fēng)險、堆存有污染、棄采即浪費”的三重困局。

　　中國煤炭地質(zhì)總局所屬中煤地質(zhì)集團有限公司（以下簡稱“地質(zhì)集團”）立足自身技術(shù)優(yōu)勢和豐富地勘工作經(jīng)驗，依托正在實施的五陽、霍爾辛赫兩大覆巖離層注漿充填示范項目給煤礦覆巖層澆筑上了“鋼筋混凝土支撐層”，漿液固化后構(gòu)筑穩(wěn)定承載結(jié)構(gòu)，從源頭遏制巖層垮塌、地表沉降。項目實施過程中，地質(zhì)集團煤礦綠色開采地質(zhì)保障科技創(chuàng)新團隊以“工程牽引科研、科研賦能工程”為主體思路，構(gòu)建起了成套自主化充填開采技術(shù)體系，以鉆井工藝革新、固廢低碳處置、地空 AI智能監(jiān)測三大核心突破，讓曾經(jīng)沉睡的“三下”壓煤重獲開采價值，走出了一條資源高效開采、生態(tài)同步保護、風(fēng)險智能防控的礦山綠色發(fā)展新路。

　　筑基攻堅：攻關(guān)硬核自主技術(shù)，鍛造綠色開采標桿范本五陽項目礦區(qū)蘊藏優(yōu)質(zhì)煤炭資源，但礦體上方遍布鄉(xiāng)村民居、干線國道、高壓輸電塔、加油站以及規(guī)模化蔬菜大棚，地表建構(gòu)筑物條件復(fù)雜。地質(zhì)集團自2020年承接該礦覆巖離層注漿充填項目起，一場面向大采寬、大采高、大采長工況的系統(tǒng)性技術(shù)攻堅正式啟動。

　　行業(yè)傳統(tǒng)注漿普遍采用垂直鉆孔施工，單孔處置固廢能力低，鉆孔布設(shè)密集、土地占用量大，巖層擾動后極易出現(xiàn)套管破損、串漿跑漿，不僅推高施工成本，更潛藏生態(tài)與民生風(fēng)險。

　　“想要實現(xiàn)地下充填、地表安然無恙，就要在工藝源頭破解難題。”項目技術(shù)人員介紹，地質(zhì)集團科技創(chuàng)新團隊整合地質(zhì)、鉆探、采礦、水文多專業(yè)力量，兩年間開展上百次跨專業(yè)研討，反復(fù)推演采動覆巖演化規(guī)律，創(chuàng)新研發(fā)淺埋地層離層大位移順層導(dǎo)向鉆井技術(shù)，依托三維地質(zhì)模型精準規(guī)劃井身軌跡，單孔固廢處置峰值可達32萬噸，處理固廢能力較傳統(tǒng)工藝提升3至5倍，注漿時長增加了2至4倍，有效注漿半徑提高至150米至200米。技術(shù)落地后，大幅減少了注漿孔個數(shù)，全年未發(fā)生跑漿、斷管等業(yè)內(nèi)常見的工程難題，從工藝源頭遏制跑漿滲漏隱患。

　　固廢處置環(huán)節(jié)實現(xiàn)顛覆性節(jié)能降本革新。行業(yè)主流濕法球磨工藝噸矸電耗高、鋼球耗材損耗巨大。該項目在國內(nèi)覆巖離層注漿領(lǐng)域率先投用一體化立式干法磨粉系統(tǒng)，將噸矸電耗降低50%以上，設(shè)備運行噪聲降低20至30分貝，單條產(chǎn)線年處理煤矸石可達80萬噸。截至2026年8月，項目累計制備矸石粉超100萬噸，全部就地井下充填，徹底告別矸石山露天堆放。

　　實測數(shù)據(jù)顯示，注漿充填穩(wěn)定后，回采前工作面及周邊第四系水位埋深有效回升，地下水水質(zhì)全程穩(wěn)定達標，真正實現(xiàn)開采與水資源保護協(xié)同。截至目前，該項目為礦方累計釋放850萬噸壓覆煤炭資源，累計處理粉煤灰、煤矸石固廢406萬噸，處理礦井水約400萬立方米，地面所有建構(gòu)筑物完好無損，未發(fā)生一起沉降損毀事件。項目施工期間，取得授權(quán)專利20余項，成功形成覆巖離層注漿充填領(lǐng)域的核心技術(shù)成果5項，其中3項處于國際領(lǐng)先水平，并且先后斬獲省部級科技獎勵4項，中國煤炭地質(zhì)總局 QC成果一等獎1項、三等獎2項。

　　迭代突破：數(shù)智賦能提質(zhì)增效，破解極端工況開采難題惟創(chuàng)新者進，惟突破者強。如果說五陽項目攻克了厚基巖、薄黃土地層的規(guī)模化充填難題，那么霍爾辛赫項目則是一套面向薄基巖、厚松散黃土、地表高敏感構(gòu)筑物極端工況的升級創(chuàng)新答卷。對此，地質(zhì)集團煤礦綠色開采地質(zhì)保障科技創(chuàng)新團隊在成熟注漿技術(shù)基礎(chǔ)上創(chuàng)新突破，搭建了國內(nèi)領(lǐng)先的一體化采注協(xié)同智能監(jiān)控平臺，以數(shù)字智慧為綠色開采保駕護航。

　　2025年6月，霍爾辛赫注漿工程項目正式開工。項目南北作業(yè)區(qū)間相隔12公里，三座注漿站同步連續(xù)運轉(zhuǎn)，峰值單日注漿量高達8000噸，多點分散施工帶來管理鏈條長、風(fēng)險點位多、跑漿防控難度大等多重挑戰(zhàn)。若出現(xiàn)跑漿事故，不僅會造成數(shù)百萬元直接經(jīng)濟損失，還會面臨農(nóng)田被淹的壓力，跑漿防控成為制約項目推進的“卡脖子”難題。

　　立足五陽項目成熟地質(zhì)工藝基底，地質(zhì)集團科技創(chuàng)新團隊迎難而上，跳出傳統(tǒng)人工巡檢、事后處置的老舊模式，將地質(zhì)勘查大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)感知、無人機遙感、AI圖像識別深度融合，率先自主研發(fā)地空協(xié)同 AI智能監(jiān)測預(yù)警平臺，構(gòu)建“地下感知、地面監(jiān)測、空中巡檢”三位一體智能防控體系，讓深埋地下的隱蔽注漿工程實現(xiàn)全周期、全維度透明可控。

　　走進霍爾辛赫項目智能化集控中心，數(shù)米長的綜合顯示屏成為整個項目的“智慧大腦”。地下端，遍布各鉆孔的傳感器實時回傳注漿動態(tài)，數(shù)據(jù)云端永久存儲，系統(tǒng)自動對比地層模型閾值，一旦參數(shù)偏離安全區(qū)間即刻彈窗告警；地面端，全域布設(shè) GNSS毫米級地表形變監(jiān)測網(wǎng)，實時捕捉土層抬升、沉降細微變化，地表連續(xù)位移超過1厘米閾值，系統(tǒng)自動推送短信預(yù)警至管理人員手機；空中端，搭載可見光鏡頭與紅外熱成像設(shè)備的無人機定時完成全域自主巡航，黑夜、陰雨天氣不間斷作業(yè)，依托訓(xùn)練完善的 AI智能識別模型，精準捕捉地表漿液滲漏、土體濕斑等肉眼難以分辨的細微特征，自動圈定跑漿范圍、生成定位坐標，實現(xiàn)滲漏隱患“早發(fā)現(xiàn)、早定位、早處置”。

　　從人工巡線、事后補救，到 AI提前預(yù)警、精準定位，數(shù)字智能為高敏感區(qū)域礦山開采裝上“安全天眼”。這套“地質(zhì)+AI”智能監(jiān)控平臺投用后，防控成效立竿見影，跑漿發(fā)生頻次大幅下降，徹底扭轉(zhuǎn)了過去被動處置的窘迫局面。“以前跑漿靠人工巡線，處置耗時耗力；現(xiàn)在 AI平臺提前預(yù)警、精準定位，十幾分鐘就能抵達隱患點位，風(fēng)險管控效率實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。”現(xiàn)場技術(shù)負責(zé)人感慨道。

　　項目團隊還疊加創(chuàng)新多項核心充填工藝，通過雙排交錯布孔搭配三重套管鉆孔結(jié)構(gòu)抵御地層擾動，創(chuàng)新性開發(fā)“覆巖離層注漿減沉+風(fēng)氧化帶注漿加固”雙層立體充填技術(shù)，構(gòu)筑起“托底加固+上層減沉”雙重防護屏障。依靠這套雙層立體充填工藝，距離工作面不足20米的村莊民房、農(nóng)業(yè)大棚全程未出現(xiàn)一處開裂、變形，村民生產(chǎn)生活秩序絲毫未受開采影響，真正實現(xiàn)“采煤不擾民居、產(chǎn)煤不傷良田”。截至目前，該項目已形成多項自主知識產(chǎn)權(quán)成果，為全國復(fù)雜地層礦區(qū)綠色智能開采提供了優(yōu)質(zhì)解決方案。

　　以點帶面：科創(chuàng)賦能產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，繪就綠色發(fā)展新圖景“注意注漿壓力，密切關(guān)注地表監(jiān)測數(shù)據(jù)變化！”在野外鉆井作業(yè)點，幾名技術(shù)人員俯身攤開地質(zhì)圖紙，對照地層資料核對注漿參數(shù)，每一組數(shù)值都來自無數(shù)次現(xiàn)場調(diào)試。

　　以一域創(chuàng)新，賦能全域升級。地質(zhì)集團承擔(dān)的五陽、霍爾辛赫兩大示范項目覆蓋國內(nèi)覆巖離層注漿主流地質(zhì)場景，一厚一薄、一穩(wěn)一難的工況實踐，印證了依靠自主可控的核心技術(shù)，完全能夠走出一條兼顧能源保供、民生安寧、生態(tài)安瀾、產(chǎn)業(yè)增值的煤炭高質(zhì)量發(fā)展之路。

　　在資源利用層面，兩大項目累計解鎖千萬噸級沉睡煤炭資源，有效彌補區(qū)域能源供給缺口，免去大規(guī)模搬遷改造投入，夯實華北地區(qū)能源保供基本盤，從而筑牢國家能源安全底線。在生態(tài)保護層面，規(guī)模化消納煤矸石、粉煤灰等工業(yè)固廢，實現(xiàn)“矸石不出礦、三廢零排放”，徹底解決矸石山堆存、自燃污染等頑疾，同步涵養(yǎng)地下水資源，守護礦區(qū)生態(tài)底色。在民生保障層面，項目始終堅持發(fā)展為民、惠民利民，通過智能化、綠色化開采模式有效規(guī)避地表塌陷、生態(tài)污染等民生風(fēng)險，全方位保護礦區(qū)周邊村落民居、道路交通、生活設(shè)施安全。在產(chǎn)業(yè)發(fā)展層面，成套成熟的綠色開采技術(shù)大幅壓降綜合成本，創(chuàng)造可觀經(jīng)濟效益，深化與省屬能源龍頭企業(yè)的戰(zhàn)略合作，持續(xù)夯實產(chǎn)業(yè)發(fā)展根基。

　　“我們搞技術(shù)攻關(guān)，扎根礦山一線，說到底就是三件事：守好能源供給底線、護好周邊百姓家園、養(yǎng)好礦區(qū)綠水青山。”創(chuàng)新團隊帶頭人岳鵬說道，“能從事這份事業(yè)，以實際行動踐行地質(zhì)報國，我打心底里感到自豪”。技術(shù)創(chuàng)新從來不是坐在辦公室紙上談兵，巖層數(shù)據(jù)、注漿參數(shù)、地表監(jiān)測每一組數(shù)字都來自現(xiàn)場反復(fù)試錯。從反復(fù)調(diào)試參數(shù)到攻克復(fù)雜工況，團隊始終扎根井下一線、深耕技術(shù)短板，只為把充填減沉、智能監(jiān)測這套體系做深做透，拿出更多實用管用的地質(zhì)科創(chuàng)成果，助力傳統(tǒng)礦山煥發(fā)全新生機。

　　立足綠色發(fā)展戰(zhàn)略，服務(wù)國家能源資源保障。地質(zhì)集團技術(shù)創(chuàng)新步伐從未停歇，依托多個覆巖離層注漿充填項目積累的海量現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，持續(xù)迭代優(yōu)化“地質(zhì)+AI”智能監(jiān)測平臺算法模型，完善空天地一體化預(yù)警處置閉環(huán)；同時前瞻布局煤矸石固廢漿液與二氧化碳礦化耦合新技術(shù)，探索“地下充填減沉+二氧化碳封存固碳”復(fù)合新模式，持續(xù)拓展綠色開采產(chǎn)業(yè)價值邊界。

　　技術(shù)的價值不止于煤炭礦山領(lǐng)域。地質(zhì)集團堅持把地質(zhì)科創(chuàng)能力向多元能源場景延伸拓展。在山東肥城鹽穴壓縮空氣儲能電站地下鹽穴工程項目，地質(zhì)集團直面鹽巖層薄、夾層多、腔底沉渣堆積等復(fù)雜地質(zhì)難題，高質(zhì)量完成1號鹽腔注氣排鹵關(guān)鍵工序，創(chuàng)新布設(shè)特種分布式光纖監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)井筒全生命周期健康監(jiān)測，助力廢棄鹽礦資源盤活利用，服務(wù)新型電力系統(tǒng)構(gòu)建。在山東萊州紗嶺金礦項目，地質(zhì)集團面對1500米級深部礦山“超級工程”遭遇的高地壓、高水壓、高地溫“三高”水害瓶頸，推動防治水模式從井下被動堵水向地表主動治水轉(zhuǎn)變，以長距離定向鉆探“穿針引線”，實施深部高壓注漿，把水害風(fēng)險封固于巖層深處，實現(xiàn)深部礦山水害超前探查、精準治理，為國內(nèi)超深金屬礦山建設(shè)闖出技術(shù)新路。

　　站在能源高質(zhì)量發(fā)展全新起點，地質(zhì)集團將持續(xù)深耕綠色開采前沿賽道，不斷健全“地質(zhì)+數(shù)字+智能”一體化技術(shù)體系，把煤炭綠色開采、鹽穴儲能安全保障、深部礦山災(zāi)害治理等領(lǐng)域的技術(shù)成果互鑒互通、迭代升級，產(chǎn)出源源不斷的科技創(chuàng)新成果，助推傳統(tǒng)能源清潔高效轉(zhuǎn)型、新型儲能安全落地、深部礦產(chǎn)安全開發(fā)，堅定不移走好礦產(chǎn)開發(fā)與綠水青山共生共榮的發(fā)展道路，為保障國家能源安全、助力實現(xiàn)“雙碳”目標貢獻堅實地質(zhì)力量。（中國礦業(yè)報 張繼勇 李君怡）