矿山矸石回填技术与绿色开采模式实践研究

宋键

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摘要：煤炭资源开采过程中伴随产生大量煤矸石，传统露天堆存、外排处置模式易引发土地占用、生态破坏、地质灾害及环境污染等系列问题，同时造成矿产资源浪费，违背“双碳”背景下矿山绿色低碳发展理念。本文以矿山矸石回填核心技术为研究核心，系统梳理井下原位回填、膏体充填、覆岩注浆充填等主流矸石处置工艺，结合绿色开采发展要求，构建资源循环、生态保护、安全开采协同的绿色开采模式。通过分析技术应用逻辑与实践痛点，明确矸石回填技术在消纳固废、控制岩层移动、修复采动生态等方面的实质性作用，探索适配不同矿山工况的绿色开采实施路径，为矿山转型升级、实现固废零排放、推动煤炭行业绿色可持续发展提供理论参考与实践支撑。

关键词：矿山开采；矸石回填；绿色开采；固废处置；资源循环

0 引言

煤炭作为我国能源体系的支柱资源，长期支撑国民经济稳定发展，但传统粗放式开采模式存在明显短板。矿山开采、洗选环节产生的煤矸石作为主要工业固废，长期以来多采用露天堆放处理，不仅占用大量耕地与林地资源，还易引发扬尘污染、雨水淋溶水土污染、矸石滑坡等生态与地质问题。同时，采空区遗留引发的地表沉陷、岩层破损、地下水流失等问题，进一步加剧矿山生态退化，制约矿山长效发展。

绿色开采是现代矿山转型发展的核心方向，核心目标是实现资源高效利用、生态最低扰动、开采安全可控。矸石回填技术作为矿山固废资源化处置、采空区治理、生态修复的核心技术手段，可实现矸石井下原位消纳，从源头解决固废污染问题，同时有效管控采空区围岩变形，兼顾资源利用与生态保护双重价值。基于此，本文聚焦矸石回填核心技术体系，结合工程实践逻辑优化绿色开采模式，挖掘技术应用的实质性价值，为矿山绿色化、集约化、低碳化发展提供实践思路。

1 矿山矸石回填核心技术体系

矸石回填技术的核心原理是将开采、洗选产生的煤矸石经破碎、筛分、配比改性等预处理工艺后，输送至井下采空区、离层空间或巷道空隙，通过压实、固结等方式实现固废消纳与采场围岩稳定控制。当前行业内成熟且适配性较强的核心技术主要分为三类，各技术适配不同开采工况与生态治理需求，形成差异化的技术应用体系。

一是井下原位干矸充填技术。该技术是最简捷高效的矸石处置工艺，核心流程为井下矸石就地破碎、筛分处理后，通过充填设备直接回填至就近采空区，无需地面转运与复杂配比工序。技术优势在于工艺流程简单、施工成本低、设备适配性强，可实现矸石随采随填，杜绝矸石升井堆存，有效缩减开采运输能耗。该技术适用于中小型矿山、薄煤层开采及围岩稳定性较好的采场，主要用于浅层采空区填充与基础岩层支护，是矿山基础绿色开采的首选技术。

二是矸石膏体协同充填技术。该技术通过将煤矸石、粉煤灰、矿井水、固化剂等原料进行科学配比，制备流动性、固结性良好的膏体充填材料，通过管道泵送方式输送至井下采空区。膏体材料可充分填充采空区细微空隙，固结后整体性、稳定性更强，能够有效抑制覆岩沉降、阻隔地下水流失，兼具固废处置、地质灾害防控、生态保水多重功效。相较于干式充填，该技术充填密实度更高、生态治理效果更优，适配大型现代化矿山、大采高工作面及地质条件复杂的开采场景，是精细化绿色开采的核心技术。

三是覆岩离层注浆充填技术。该技术针对深部开采覆岩离层发育特征，将矸石制浆后注入覆岩离层空间，而非直接填充采空区，可精准控制岩层移动与地表沉陷。该技术突破传统充填技术的空间局限，能够实现大规模矸石消纳，适配深部煤炭开采工况，可同步完成矸石处置、岩层加固、地表生态保护，形成“治废、减灾、保生态”的一体化技术体系，是当前深部矿山绿色开采的创新核心技术。

2 基于矸石回填的绿色开采模式构建

传统绿色开采多聚焦单一生态治理或资源利用维度，存在技术碎片化、治理不系统的问题。依托矸石回填核心技术，结合矿山开采全流程需求，可构建“采选充一体化、资源内循环、生态自修复、安全长效化”的复合型绿色开采模式，实现开采、治废、护生态、防灾害的协同统一。

采选充一体化循环开采模式是核心实施模式。该模式打破开采、洗选、充填工序割裂的传统生产模式，构建井下开采、原位分选、即时充填的闭环生产体系。煤炭开采过程中同步完成矸石分选，分选后的矸石不升井、不堆存，直接预处理后回填采空区，实现“采煤不见矸、产矸即消纳”的生产格局。该模式从源头切断矸石外排路径，大幅降低固废处置成本与运输能耗，同时利用充填体支撑采场围岩，优化开采安全条件，实现生产效率、安全保障、生态保护的同步提升。

生态修复型开采模式聚焦矿山生态长效治理。以矸石回填技术为基础，结合采空区沉陷治理、地下水保护、地表植被修复需求，针对性选用充填工艺。通过密实充填消除采空区空洞，抑制地表塌陷与岩层裂隙发育，减少地下水渗漏与地表水土流失；矸石固化充填体可阻隔矿井有害水体扩散，改善井下水文环境，同时为后期地表土地复垦、生态恢复提供稳定地质基础，实现开采扰动与生态修复同步推进，改变传统“先开采、后治理”的被动模式。

低碳集约型开采模式适配“双碳”发展战略。矸石回填技术实现固废资源化利用，大幅减少矸石堆存产生的扬尘、淋溶污染及甲烷等温室气体排放，同时省去矸石升井、地面转运、堆存治理等环节的能源消耗，降低矿山生产碳足迹。依托技术构建的内循环开采体系，提升矿产资源综合利用率，减少土地资源占用，实现矿山开采的低碳化、集约化发展，契合行业绿色转型政策要求。

3 技术与模式的实践价值与应用痛点

从工程实践来看，矸石回填技术与配套绿色开采模式具备极强的实质性应用价值。在资源利用层面，彻底改变煤矸石固废属性，实现工业固废资源化再利用，盘活矿山废弃资源，提升矿产开发综合效益；在生态保护层面，全面解决煤矸石堆存污染、采空沉陷、水土破坏等核心生态问题，实现矿山开采低扰动、零固废排放；在安全生产层面，充填体有效支撑围岩结构，降低顶板垮落、冲击地压等地质灾害风险，优化井下开采安全环境；在行业发展层面，推动矿山从粗放开采向绿色、智能、循环开采转型，为煤炭行业低碳可持续发展提供可复制的实践路径。

同时，当前技术应用与模式推广仍存在部分痛点。部分中小型矿山存在充填设备配套不足、工艺适配性差的问题，充填施工精细化程度不足；充填工艺配套管控体系不完善，开采、充填、生态监测协同性不足；部分复杂地质条件下，充填材料配比、施工工艺优化不足，影响充填稳定性与治理效果。这些问题制约了绿色开采模式的规模化推广，也是后续矿山技术升级的核心方向。

4 结论与展望

矸石回填技术是破解矿山固废污染、采动生态破坏、地质灾害频发等行业难题的关键核心技术，也是构建矿山绿色开采体系的基础支撑。井下原位充填、膏体协同充填、覆岩注浆充填三类核心技术，可适配不同矿山开采工况，形成差异化、系统化的固废处置与采场治理方案。基于矸石回填构建的采选充一体化、生态修复型、低碳集约型绿色开采模式，实现了资源利用、安全生产、生态保护、低碳发展的多维协同，彻底颠覆传统矿山粗放开采模式，具备极高的工程实践价值与行业推广价值。

未来矿山绿色开采发展需聚焦技术精细化、模式智能化升级，结合井下智能分选、精准充填、动态监测等技术，优化矸石回填工艺流程，完善绿色开采配套管控体系。针对不同地质条件、开采规模的矿山，定制适配性更强的充填开采方案，解决复杂工况下的技术应用难题，进一步提升固废处置效率与生态治理质量，推动煤炭行业全面实现绿色低碳、安全高效、可持续的高质量发展。

参考文献

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