山西焦煤山煤国际霍尔辛赫煤业公司3801工作面，监控电子屏实时刷新着数据：固废已处理179万吨、压覆煤炭资源已采出165万吨……屏幕上红色的预警线如同一条安全防线，守护着地下百万吨煤炭资源的安全采出。

屏幕上跳动的曲线背后，是山东科技大学教授陈绍杰团队与矿山技术人员联手，用三年时间攻克的世界级难题——首次实现加油站正常营业情况下，在加油站正下方的矿井里，实现离层注浆充填采煤工作面绿色安全、高效开采。

霍尔辛赫煤业，煤矸石处置集控中心   

作为煤炭资源大省，山西曾因储量丰沛无需过多考量“三下”（建筑物、水体、铁路下）压煤难题，但随着数十年大规模开采，浅部易采资源日益减少，若不能突破“三下”压煤开采技术，众多矿井将面临可持续发展困境。与此同时，山西存量煤矸石超15亿吨，年新增量突破2亿吨，固废堆存引发的污染等问题，成为制约全省高质量发展的突出短板。这两大难题的破解，正是山西推动煤炭产业绿色转型、实现高质量发展的关键之举。

这场攻坚，不仅为破解“三下”压煤这一国家能源开发瓶颈提供了技术范式，实现了矿井挖潜增效和大宗固废综合利用（边采边充、消耗矸石），有效解决煤矸石、粉煤灰排放带来的环境问题，更让深埋地下的“沉睡资源”在科技赋能下重焕生机。

一块“难啃的硬骨头”

霍尔辛赫煤业是山煤国际公司动力煤主力生产矿井，年生产能力400万吨。井田上，分布着大小42个村庄、焦化厂、加油站等建筑物，“三下”压煤总量巨大。

霍尔辛赫煤业的井上下对照图上，3801工作面很大部分区域被红色的保护煤柱线圈了进去。这块埋藏着优质动力煤的区域，工作面中部正上方地面有一座运营中的加油站，稍微有较大的采动影响都有可能引发储油罐泄漏造成安全事故。

“陈教授，3801工作面被加油站压覆了165万吨优质煤，但正上方是加油站，稍有差池就是大事！”，2022年，当山煤国际相关领导和技术负责人带着难题找到陈绍杰团队时，这位深耕开采沉陷与环境保护领域的学者，在井上下对照图上圈出了关键数据：煤层平均埋深521米、平均厚度5.8米、邻近采空区隔离煤柱40米……这些参数意味着，传统开采技术在这里行不通。

山煤国际到访交流，陈绍杰答疑

彼时，霍尔辛赫煤业已通过覆岩离层注浆充填技术解决了部分压煤问题，但加油站的特殊性让人犯了难。“加油站受邻近工作面开采影响已经产生了一定变形，且储油罐变形敏感容易受采煤影响产生安全隐患，必须跳出传统开采思路”陈绍杰回忆，团队第一次现场调研时，他望着远处的矸石山和加油站油价变化显示屏，一个个的想法涌出——

“是否可以把矸石等大宗固废变成高效绿色充填材料？”

“能不能找到保障地表稳定的充填与开采协同测度？”

“能不能在没有矿区沉陷参数的情况下像油价预估一样提前预测地表移动变形和建筑变形？”

从“被动防御”到“主动预警调控”

陈绍杰团队面临的技术难题非常清晰：一是这个矿区缺少类似开采条件下工作面的地表岩移观测数据，不能提供准确的沉陷预计参数；二是煤矿公司希望采出地下煤炭的同时加油站不受影响、正常营业。

传统的覆岩离层注浆材料在离层空间里容易像“橡皮泥”一样受采动影响“捏”变形，经过思考，陈绍杰团队充分利用矿山矸石和废水等固废研制了自膨胀注浆封堵材料和凝结可控的多源固废注浆充填材料，充分满足不同工况离层注浆充填工程需求。

“这个思路既可以解决压覆的呆滞资源，同时把大宗固废回填井下，一举解决环境保护问题。”

霍尔辛赫煤矸石注浆站  

2023年夏天，当工作面推进接近加油站下方时，监测数据显示加油站区域的下沉速度和倾斜突然增大。“那年夏天特别热，我们就在野外和井下反复调研。”2021级博士生盛守前说，当他们把现场的数据汇报给陈绍杰老师时，陈绍杰在技术讨论会上，敏锐的发现了问题：“注浆量和开采速度不协调，就像开车时油门和刹车没配合好。”

团队连夜制定方案，提出了“采注协同”的加油站安全推采方案，实现了建筑保护导向的工作面开采与离层注浆充填协同精准控制。

陈绍杰组织团队研讨  

经过这次紧急攻关后，陈绍杰组织团队全部骨干研讨，“我们要未雨绸缪，不能每次出现问题才去解决问题。”他说：“加油站的油价可以通过股市提前预测，方便大家在油价低的时候去加油；在没有矿区沉陷参数的情况下，我们如何对加油站区域的变形提前预测、提前预防？”团队结合3801工作面已有数据和相似工况工作面数据，建立了加油站区域的变形超前预测模型，实现“数智预警”。

“韩总，目前地表岩移情况是：根据文龙中美注浆日报，3月14日至3月30日，注浆系数由0.71提升至0.91，3月31日注浆系数为0.80，务必保证注浆质量……建议：适当降低zk7-2钻孔的注浆压力和注浆量，保证注浆质量，注浆与开采相协调，确保加油站安全……”

这样的反馈有上百条。施工过程中，陈绍杰和山煤国际副总经理、总工程师韩磊保持密切联系，随时沟通汇报最新情况、提出最新建议对策。

通过“数智预警”+“采注协同”模式，相当于给离层注浆开采装上了“智慧大脑”，3801工作面实现了86.04%的地表减沉率。

2024年8月，当3801工作面最后一矿车煤炭升井后，监测数据显示：加油站储油罐倾斜远低于预警值（仅0.96毫米/米），其他相关建（构）筑物采动损害低于国标Ⅰ级标准，完全符合安全标准。

陈绍杰与韩磊在实验室交流最新研究成果  

一颗种子的力量 

2025年春天，3801工作面回采完毕半年后，区域地表移动变形控制良好，加油站全程正常营业，工程成功了！

工程累计释放了165万吨加油站压覆的煤炭资源，消纳了百万吨以上的煤基固废和矿井废水，创造直接经济效益7.25亿元，中国煤炭工业协会鉴定认为：“该技术达到国际领先水平，为类似条件下的资源开采提供了范例。”

在总结会上，陈绍杰把功劳归于山西焦煤霍尔辛赫煤业公司和文龙中美施工方：“没有煤矿公司的专业调度和施工方的细致，这个项目就不能如此高效顺畅、精准落地。”

他不吝赞美团队的年轻人。“这样的科研项目要求是做到精、做到细，全程不能出任何问题。最吃紧的时候，团队成员每三天就要调度汇总一次数据，出一次技术报告。这股子较真劲儿，正是山东科技大学科研工作者的写照——从实验室里反复推演的公式模型，到井下巷道里一次次校准的监测数据，每一步都要有着严谨求实的科研态度。”他顿了顿，指着团队合影里补充道：“我们就是要培养既懂理论又懂工程，吃苦担当、敢啃硬骨头的人才这也是科学家精神里那份扎根行业、服务国家需求的坚守。”他团队里，绝大部分研究生选择留在矿山行业继续深耕，“他们就像一颗颗种子，要把技术带到更多矿井”。

韩磊等在一线指导工作

如今，在霍尔辛赫煤业的新备采面，陈绍杰团队研发的创新技术正在持续应用，保障“三下”压煤开采的安全和环保。“井下采煤过程产生的矸石等大宗固废，经过必要处理后，再次直接回填至井下，实现了固体废弃物的源头治理与井下就地循环利用，有效解决了矸石地表堆放带来的环境污染和土地占用问题，实现了从‘煤矸石’到‘没矸石’的破题，是煤炭行业提档升级高质量发展的关键举措。”

而实验室里，2024级博士生们正围着新的课题：“如何让这套技术适应不同地区、不同工况的煤层开采？”

“煤炭资源埋在地下，但创新的种子要播在地上。”陈绍杰望着窗外的矿山说。3801工作面从最初的被动解决问题，到主动“数智预警”+“采注协同”突破，他和团队用一个个扎实的脚印证明：真正的科研，就是把“不可能”变成“可能”，让每一块资源都不被辜负。

（ 受访者供图）