鄂尔多斯高原的晨曦中，铺满阳光的乌兰木伦河蜿蜒伸向远方。在这里一场以“绿色开采、资源循环”为核心的产业革命正悄然展开。
近年来，山东能源集团兖矿能源鄂尔多斯公司先后在石拉乌素煤矿、营盘壕煤矿先后开展覆岩隔离注浆充填项目，逐步实现煤矸石零外排。他们正在以科技创新破解矿山“煤矸之困”。
煤矸石华丽蝶变
“选煤厂的矸石通过皮带运输到破碎站，20多厘米大的煤矸石从三层进入双齿辊破碎机，再进入二层的可逆锤击式细碎机，经过两次破碎变成小于8毫米的碎料。”
营盘壕煤矿生产技术部副部长弋伍余指着30多米高的破碎站，从上往下一层一层介绍，“一层是球磨机，矸石被磨成小于0.2毫米的粉末，大块的矸石粉碎成毫米级填充材料。”
据介绍，煤矸石制成的填充材料按照比例与矿井水混合，制成矸石浆液，经过搅拌加压，通过地面注浆钻孔把浆液充填到几百米深的井下空间。
煤矸石是煤矿开采的副产品，有煤必有煤矸石。根据资料显示，2024年我国煤矸石的产生量达到8.25亿吨，综合利用率约为73.6%。尽管这一利用率较过去有所提升，但每年仍有2亿吨新增煤矸石堆存，累计堆存量已超过70亿吨，形成了2600余座矸石山，压占土地面积约1.5万公顷。
“我们公司商品煤年产量超过2300万吨，产生较多煤矸石。”鄂尔多斯公司总经理助理、安全监察部（生态环保部）部长卓超群站在营盘壕煤矿矸石山上向远处眺望，“原来，我们通过修建进矿场道路、建设绿色矿山玫瑰园生态农业工程等项目，消耗了一部分煤矸石，但大部分只能堆积存放形成矸石山。这些矸石山不仅占用大量土地资源，还影响了周边生态环境。”
自运营以来，营盘壕煤矿覆岩隔离注浆充填项目合计注浆621194m³，充填矸石358277吨，逐步实现矸石零排放。
科技破解注浆困局
奋斗的道路不会一帆风顺，往往荆棘丛生、充满坎坷。
覆岩隔离注浆，全称“覆岩隔离注浆充填绿色开采技术”，是由中国矿业大学“岩层移动与绿色开采”课题组研发的一种高效低成本部分充填开采技术。
覆岩隔离注浆充填技术难点之一就是准确找到隔离注浆的关键层。
石拉乌素煤矿对采煤区上方的地质情况进行了精准的勘测，掌握了判断隔离注浆的关键层一手数据。
中国矿业大学“岩层移动与绿色开采”课题组根据勘测数据，建立了采动覆岩卸荷膨胀累积效应力学模型、上覆岩层破断步距力学模型，经过一系列复杂、精确的计算，判断出关键层的位置。在经过严谨的钻孔试验，验证了关键层的位置的正确性。
注浆也是覆岩隔离注浆充填技术的薄弱环节。准确找到关键层解决了灌注到哪里的问题，怎么灌注，灌注多少，什么时候停，也是需要时刻关注。
“注浆充填需要把矸石浆液加压充填，压力、浆液浓度、外部环境都有可能影响。”石拉乌素煤矿技术部部长张文德讲起了一次险情。
今年2月份，寒潮来袭，鄂尔多斯地区最低温度达到零下24度。
“2号钻孔压力升至8.6兆帕。”
“注浆量从每小时270立方米降至60立方米。”
覆岩隔离注浆充填项目指挥中心接连发出报警。
“当时浆管接头结冰，就像血管里的血栓。不及时处理整个管道都可能被冻裂。”技术人员在零下24度环境中连续奋战36小时，创新采用电伴热+双层保温套管技术，使注浆效率恢复至92%。
项目更大的突破来自“梅花桩”布孔法。
面对离层空间饱和难题，技术团队在4号新孔施工中采用五孔梅花状布局，注浆半径扩大至120米，效率提升40%。“这相当于从单点注射升级为区域灌注。”中国矿大许家林教授评价道。目前，该工作面日均注浆量重回4000吨水平，预计5月底前彻底告别矸石外排。
重塑矿区生态
“随着鄂尔多斯公司覆岩隔离注浆充填项目常态化运行，我们每天产生的矸石量明显在减少。五月底，营盘壕、石拉乌素两个煤矿能够实现矸石零外排。”卓超群扳着手指介绍注浆充填项目带来的好处。
充填开采将传统采矿的“索取模式”升级为“修复模式”，形成全链条生态保护体系。
注浆充填项目有效、持续、稳定、安全解决矿井矸石问题，显著减少了废弃物的排放和环境污染。以石拉乌素煤矿为例，自开展注浆填充以来，累计消耗矸石240余万吨，相当于减少占地500亩的矸石山，消除扬尘污染源。
注浆关键层位于白垩系含水层下方，浆液封堵导水裂隙，形成“生态盾牌”。石拉乌素煤矿在1208工作面实施注浆后，注入浆液对白垩系下导水裂隙起到封堵作用，涌水量降低46%。
传统采矿地面会产生不同程度的沉陷，改变地形、地貌，破坏了局部的生态环境。
充填开采像给地面打“防皱针”，通过矸石浆液注入采空区形成的“地下支撑体”。
实施注浆充填，减少了地表沉陷。注浆液形成的压实带有效吸收地层应力，降低能量突然释放风险，如同为岩层安装“减震器”。
“煤矸石综合利用是一个大课题，我们将联合科研机构、专业院校、设备厂商共同开展科研攻关，把煤矸石变废为宝。”鄂尔多斯公司总工程师王保齐表示，随着项目的不断推进和完善，鄂尔多斯公司将在绿色开采的道路上迈出更加坚实的步伐。
充填开采犹如一把“生态密钥”，既解开了煤矸石处置的历史难题，又打开了绿色矿山建设的未来之门。鄂尔多斯公司在“双碳”目标引领下，持续践行“绿水青山就是金山银山”理念，推动煤炭行业从“黑色印象”向“绿色文明”生态转型。（王鑫涛）