“地質+AI”繪就綠色開采新圖景——中煤地質集團有限公司破解“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多年的“三下”壓煤難題。傳統開采易誘發地表塌陷，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，行業深陷“開采有風險、堆存有污染、棄采即浪費”的三重困局。
中國煤炭地質總局所屬中煤地質集團有限公司（以下簡稱“地質集團”）立足自身技術優勢和豐富地勘工作經驗，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”，漿液固化后構筑穩定承載結構，從源頭遏制巖層垮塌、地表沉降。項目實施過程中，地質集團煤礦綠色開采地質保障科技創新團隊以“工程牽引科研、科研賦能工程”為主體思路，構建起了成套自主化充填開采技術體系，以鉆井工藝革新、固廢低碳處置、地空 AI智能監測三大核心突破，讓曾經沉睡的“三下”壓煤重獲開采價值，走出了一條資源高效開采、生態同步保護、風險智能防控的礦山綠色發展新路。
筑基攻堅：攻關硬核自主技術，鍛造綠色開采標桿范本五陽項目礦區蘊藏優質煤炭資源，但礦體上方遍布鄉村民居、干線國道、高壓輸電塔、加油站以及規模化蔬菜大棚，地表建構筑物條件復雜。地質集團自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、大采長工況的系統性技術攻堅正式啟動。
行業傳統注漿普遍采用垂直鉆孔施工，單孔處置固廢能力低，鉆孔布設密集、土地占用量大，巖層擾動后極易出現套管破損、串漿跑漿，不僅推高施工成本，更潛藏生態與民生風險。
“想要實現地下充填、地表安然無恙，就要在工藝源頭破解難題。”項目技術人員介紹，地質集團科技創新團隊整合地質、鉆探、采礦、水文多專業力量，兩年間開展上百次跨專業研討，反復推演采動覆巖演化規律，創新研發淺埋地層離層大位移順層導向鉆井技術，依托三維地質模型精準規劃井身軌跡，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。技術落地后，大幅減少了注漿孔個數，全年未發生跑漿、斷管等業內常見的工程難題，從工藝源頭遏制跑漿滲漏隱患。
固廢處置環節實現顛覆性節能降本革新。行業主流濕法球磨工藝噸矸電耗高、鋼球耗材損耗巨大。該項目在國內覆巖離層注漿領域率先投用一體化立式干法磨粉系統，將噸矸電耗降低50%以上，設備運行噪聲降低20至30分貝，單條產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。
實測數據顯示，注漿充填穩定后，回采前工作面及周邊第四系水位埋深有效回升，地下水水質全程穩定達標，真正實現開采與水資源保護協同。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，地面所有建構筑物完好無損，未發生一起沉降損毀事件。項目施工期間，取得授權專利20余項，成功形成覆巖離層注漿充填領域的核心技術成果5項，其中3項處于國際領先水平，并且先后斬獲省部級科技獎勵4項，中國煤炭地質總局 QC成果一等獎1項、三等獎2項。
迭代突破：數智賦能提質增效，破解極端工況開采難題惟創新者進，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、地表高敏感構筑物極端工況的升級創新答卷。對此，地質集團煤礦綠色開采地質保障科技創新團隊在成熟注漿技術基礎上創新突破，搭建了國內領先的一體化采注協同智能監控平臺，以數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。項目南北作業區間相隔12公里，三座注漿站同步連續運轉，峰值單日注漿量高達8000噸，多點分散施工帶來管理鏈條長、風險點位多、跑漿防控難度大等多重挑戰。若出現跑漿事故，不僅會造成數百萬元直接經濟損失，還會面臨農田被淹的壓力，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工藝基底，地質集團科技創新團隊迎難而上，跳出傳統人工巡檢、事后處置的老舊模式，將地質勘查大數據、物聯網感知、無人機遙感、AI圖像識別深度融合，率先自主研發地空協同 AI智能監測預警平臺，構建“地下感知、地面監測、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，數據云端永久存儲，系統自動對比地層模型閾值，一旦參數偏離安全區間即刻彈窗告警；地面端，全域布設 GNSS毫米級地表形變監測網，實時捕捉土層抬升、沉降細微變化，地表連續位移超過1厘米閾值，系統自動推送短信預警至管理人員手機；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，依托訓練完善的 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，實現滲漏隱患“早發現、早定位、早處置”。
從人工巡線、事后補救，到 AI提前預警、精準定位，數字智能為高敏感區域礦山開采裝上“安全天眼”。這套“地質+AI”智能監控平臺投用后，防控成效立竿見影，跑漿發生頻次大幅下降，徹底扭轉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；現在 AI平臺提前預警、精準定位，十幾分鐘就能抵達隱患點位，風險管控效率實現質的飛躍。”現場技術負責人感慨道。
項目團隊還疊加創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構抵御地層擾動，創新性開發“覆巖離層注漿減沉+風氧化帶注漿加固”雙層立體充填技術，構筑起“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、農業大棚全程未出現一處開裂、變形，村民生產生活秩序絲毫未受開采影響，真正實現“采煤不擾民居、產煤不傷良田”。截至目前，該項目已形成多項自主知識產權成果，為全國復雜地層礦區綠色智能開采提供了優質解決方案。
以點帶面：科創賦能產業轉型，繪就綠色發展新圖景“注意注漿壓力，密切關注地表監測數據變化！”在野外鉆井作業點，幾名技術人員俯身攤開地質圖紙，對照地層資料核對注漿參數，每一組數值都來自無數次現場調試。
以一域創新，賦能全域升級。地質集團承擔的五陽、霍爾辛赫兩大示范項目覆蓋國內覆巖離層注漿主流地質場景，一厚一薄、一穩一難的工況實踐，印證了依靠自主可控的核心技術，完全能夠走出一條兼顧能源保供、民生安寧、生態安瀾、產業增值的煤炭高質量發展之路。
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，有效彌補區域能源供給缺口，免去大規模搬遷改造投入，夯實華北地區能源保供基本盤，從而筑牢國家能源安全底線。在生態保護層面，規模化消納煤矸石、粉煤灰等工業固廢，實現“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，同步涵養地下水資源，守護礦區生態底色。在民生保障層面，項目始終堅持發展為民、惠民利民，通過智能化、綠色化開采模式有效規避地表塌陷、生態污染等民生風險，全方位保護礦區周邊村落民居、道路交通、生活設施安全。在產業發展層面，成套成熟的綠色開采技術大幅壓降綜合成本，創造可觀經濟效益，深化與省屬能源龍頭企業的戰略合作，持續夯實產業發展根基。
“我們搞技術攻關，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、養好礦區綠水青山。”創新團隊帶頭人岳鵬說道，“能從事這份事業，以實際行動踐行地質報國，我打心底里感到自豪”。技術創新從來不是坐在辦公室紙上談兵，巖層數據、注漿參數、地表監測每一組數字都來自現場反復試錯。從反復調試參數到攻克復雜工況，團隊始終扎根井下一線、深耕技術短板，只為把充填減沉、智能監測這套體系做深做透，拿出更多實用管用的地質科創成果，助力傳統礦山煥發全新生機。
立足綠色發展戰略，服務國家能源資源保障。地質集團技術創新步伐從未停歇，依托多個覆巖離層注漿充填項目積累的海量現場實測數據，持續迭代優化“地質+AI”智能監測平臺算法模型，完善空天地一體化預警處置閉環；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，探索“地下充填減沉+二氧化碳封存固碳”復合新模式，持續拓展綠色開采產業價值邊界。
技術的價值不止于煤炭礦山領域。地質集團堅持把地質科創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，地質集團直面鹽巖層薄、夾層多、腔底沉渣堆積等復雜地質難題，高質量完成1號鹽腔注氣排鹵關鍵工序，創新布設特種分布式光纖監測系統，實現井筒全生命周期健康監測，助力廢棄鹽礦資源盤活利用，服務新型電力系統構建。在山東萊州紗嶺金礦項目，地質集團面對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，把水害風險封固于巖層深處，實現深部礦山水害超前探查、精準治理，為國內超深金屬礦山建設闖出技術新路。
站在能源高質量發展全新起點，地質集團將持續深耕綠色開采前沿賽道，不斷健全“地質+數字+智能”一體化技術體系，把煤炭綠色開采、鹽穴儲能安全保障、深部礦山災害治理等領域的技術成果互鑒互通、迭代升級，產出源源不斷的科技創新成果，助推傳統能源清潔高效轉型、新型儲能安全落地、深部礦產安全開發，堅定不移走好礦產開發與綠水青山共生共榮的發展道路，為保障國家能源安全、助力實現“雙碳”目標貢獻堅實地質力量。（中國礦業報 張繼勇 李君怡）
