“地质+AI”绘就绿色开采新图景——中煤地质集团有限公司破解“三下”压煤难题纪实
村庄炊烟袅袅，大棚绿意盎然。往来的村民很难想到，就在民居、良田的地下深处，一场守护地表安宁的地下工程正在紧锣密鼓推进。宝贵的煤炭沉睡在村落、国道、高压塔之下，这就是困扰煤炭行业多年的“三下”压煤难题。传统开采易诱发地表塌陷，搬迁改造耗资耗力；煤矸石、粉煤灰露天堆放又带来水土流失、扬尘污染，行业深陷“开采有风险、堆存有污染、弃采即浪费”的三重困局。
中国煤炭地质总局所属中煤地质集团有限公司（以下简称“地质集团”）立足自身技术优势和丰富地勘工作经验，依托正在实施的五阳、霍尔辛赫两大覆岩离层注浆充填示范项目给煤矿覆岩层浇筑上了“钢筋混凝土支撑层”，浆液固化后构筑稳定承载结构，从源头遏制岩层垮塌、地表沉降。项目实施过程中，地质集团煤矿绿色开采地质保障科技创新团队以“工程牵引科研、科研赋能工程”为主体思路，构建起了成套自主化充填开采技术体系，以钻井工艺革新、固废低碳处置、地空 AI智能监测三大核心突破，让曾经沉睡的“三下”压煤重获开采价值，走出了一条资源高效开采、生态同步保护、风险智能防控的矿山绿色发展新路。
筑基攻坚：攻关硬核自主技术，锻造绿色开采标杆范本五阳项目矿区蕴藏优质煤炭资源，但矿体上方遍布乡村民居、干线国道、高压输电塔、加油站以及规模化蔬菜大棚，地表建构筑物条件复杂。地质集团自2020年承接该矿覆岩离层注浆充填项目起，一场面向大采宽、大采高、大采长工况的系统性技术攻坚正式启动。
行业传统注浆普遍采用垂直钻孔施工，单孔处置固废能力低，钻孔布设密集、土地占用量大，岩层扰动后极易出现套管破损、串浆跑浆，不仅推高施工成本，更潜藏生态与民生风险。
“想要实现地下充填、地表安然无恙，就要在工艺源头破解难题。”项目技术人员介绍，地质集团科技创新团队整合地质、钻探、采矿、水文多专业力量，两年间开展上百次跨专业研讨，反复推演采动覆岩演化规律，创新研发浅埋地层离层大位移顺层导向钻井技术，依托三维地质模型精准规划井身轨迹，单孔固废处置峰值可达32万吨，处理固废能力较传统工艺提升3至5倍，注浆时长增加了2至4倍，有效注浆半径提高至150米至200米。技术落地后，大幅减少了注浆孔个数，全年未发生跑浆、断管等业内常见的工程难题，从工艺源头遏制跑浆渗漏隐患。
固废处置环节实现颠覆性节能降本革新。行业主流湿法球磨工艺吨矸电耗高、钢球耗材损耗巨大。该项目在国内覆岩离层注浆领域率先投用一体化立式干法磨粉系统，将吨矸电耗降低50%以上，设备运行噪声降低20至30分贝，单条产线年处理煤矸石可达80万吨。截至2026年8月，项目累计制备矸石粉超100万吨，全部就地井下充填，彻底告别矸石山露天堆放。
实测数据显示，注浆充填稳定后，回采前工作面及周边第四系水位埋深有效回升，地下水水质全程稳定达标，真正实现开采与水资源保护协同。截至目前，该项目为矿方累计释放850万吨压覆煤炭资源，累计处理粉煤灰、煤矸石固废406万吨，处理矿井水约400万立方米，地面所有建构筑物完好无损，未发生一起沉降损毁事件。项目施工期间，取得授权专利20余项，成功形成覆岩离层注浆充填领域的核心技术成果5项，其中3项处于国际领先水平，并且先后斩获省部级科技奖励4项，中国煤炭地质总局 QC成果一等奖1项、三等奖2项。
迭代突破：数智赋能提质增效，破解极端工况开采难题惟创新者进，惟突破者强。如果说五阳项目攻克了厚基岩、薄黄土地层的规模化充填难题，那么霍尔辛赫项目则是一套面向薄基岩、厚松散黄土、地表高敏感构筑物极端工况的升级创新答卷。对此，地质集团煤矿绿色开采地质保障科技创新团队在成熟注浆技术基础上创新突破，搭建了国内领先的一体化采注协同智能监控平台，以数字智慧为绿色开采保驾护航。
2025年6月，霍尔辛赫注浆工程项目正式开工。项目南北作业区间相隔12公里，三座注浆站同步连续运转，峰值单日注浆量高达8000吨，多点分散施工带来管理链条长、风险点位多、跑浆防控难度大等多重挑战。若出现跑浆事故，不仅会造成数百万元直接经济损失，还会面临农田被淹的压力，跑浆防控成为制约项目推进的“卡脖子”难题。
立足五阳项目成熟地质工艺基底，地质集团科技创新团队迎难而上，跳出传统人工巡检、事后处置的老旧模式，将地质勘查大数据、物联网感知、无人机遥感、AI图像识别深度融合，率先自主研发地空协同 AI智能监测预警平台，构建“地下感知、地面监测、空中巡检”三位一体智能防控体系，让深埋地下的隐蔽注浆工程实现全周期、全维度透明可控。
走进霍尔辛赫项目智能化集控中心，数米长的综合显示屏成为整个项目的“智慧大脑”。地下端，遍布各钻孔的传感器实时回传注浆动态，数据云端永久存储，系统自动对比地层模型阈值，一旦参数偏离安全区间即刻弹窗告警；地面端，全域布设 GNSS毫米级地表形变监测网，实时捕捉土层抬升、沉降细微变化，地表连续位移超过1厘米阈值，系统自动推送短信预警至管理人员手机；空中端，搭载可见光镜头与红外热成像设备的无人机定时完成全域自主巡航，黑夜、阴雨天气不间断作业，依托训练完善的 AI智能识别模型，精准捕捉地表浆液渗漏、土体湿斑等肉眼难以分辨的细微特征，自动圈定跑浆范围、生成定位坐标，实现渗漏隐患“早发现、早定位、早处置”。
从人工巡线、事后补救，到 AI提前预警、精准定位，数字智能为高敏感区域矿山开采装上“安全天眼”。这套“地质+AI”智能监控平台投用后，防控成效立竿见影，跑浆发生频次大幅下降，彻底扭转了过去被动处置的窘迫局面。“以前跑浆靠人工巡线，处置耗时耗力；现在 AI平台提前预警、精准定位，十几分钟就能抵达隐患点位，风险管控效率实现质的飞跃。”现场技术负责人感慨道。
项目团队还叠加创新多项核心充填工艺，通过双排交错布孔搭配三重套管钻孔结构抵御地层扰动，创新性开发“覆岩离层注浆减沉+风氧化带注浆加固”双层立体充填技术，构筑起“托底加固+上层减沉”双重防护屏障。依靠这套双层立体充填工艺，距离工作面不足20米的村庄民房、农业大棚全程未出现一处开裂、变形，村民生产生活秩序丝毫未受开采影响，真正实现“采煤不扰民居、产煤不伤良田”。截至目前，该项目已形成多项自主知识产权成果，为全国复杂地层矿区绿色智能开采提供了优质解决方案。
以点带面：科创赋能产业转型，绘就绿色发展新图景“注意注浆压力，密切关注地表监测数据变化！”在野外钻井作业点，几名技术人员俯身摊开地质图纸，对照地层资料核对注浆参数，每一组数值都来自无数次现场调试。
以一域创新，赋能全域升级。地质集团承担的五阳、霍尔辛赫两大示范项目覆盖国内覆岩离层注浆主流地质场景，一厚一薄、一稳一难的工况实践，印证了依靠自主可控的核心技术，完全能够走出一条兼顾能源保供、民生安宁、生态安澜、产业增值的煤炭高质量发展之路。
在资源利用层面，两大项目累计解锁千万吨级沉睡煤炭资源，有效弥补区域能源供给缺口，免去大规模搬迁改造投入，夯实华北地区能源保供基本盘，从而筑牢国家能源安全底线。在生态保护层面，规模化消纳煤矸石、粉煤灰等工业固废，实现“矸石不出矿、三废零排放”，彻底解决矸石山堆存、自燃污染等顽疾，同步涵养地下水资源，守护矿区生态底色。在民生保障层面，项目始终坚持发展为民、惠民利民，通过智能化、绿色化开采模式有效规避地表塌陷、生态污染等民生风险，全方位保护矿区周边村落民居、道路交通、生活设施安全。在产业发展层面，成套成熟的绿色开采技术大幅压降综合成本，创造可观经济效益，深化与省属能源龙头企业的战略合作，持续夯实产业发展根基。
“我们搞技术攻关，扎根矿山一线，说到底就是三件事：守好能源供给底线、护好周边百姓家园、养好矿区绿水青山。”创新团队带头人岳鹏说道，“能从事这份事业，以实际行动践行地质报国，我打心底里感到自豪”。技术创新从来不是坐在办公室纸上谈兵，岩层数据、注浆参数、地表监测每一组数字都来自现场反复试错。从反复调试参数到攻克复杂工况，团队始终扎根井下一线、深耕技术短板，只为把充填减沉、智能监测这套体系做深做透，拿出更多实用管用的地质科创成果，助力传统矿山焕发全新生机。
立足绿色发展战略，服务国家能源资源保障。地质集团技术创新步伐从未停歇，依托多个覆岩离层注浆充填项目积累的海量现场实测数据，持续迭代优化“地质+AI”智能监测平台算法模型，完善空天地一体化预警处置闭环；同时前瞻布局煤矸石固废浆液与二氧化碳矿化耦合新技术，探索“地下充填减沉+二氧化碳封存固碳”复合新模式，持续拓展绿色开采产业价值边界。
技术的价值不止于煤炭矿山领域。地质集团坚持把地质科创能力向多元能源场景延伸拓展。在山东肥城盐穴压缩空气储能电站地下盐穴工程项目，地质集团直面盐岩层薄、夹层多、腔底沉渣堆积等复杂地质难题，高质量完成1号盐腔注气排卤关键工序，创新布设特种分布式光纤监测系统，实现井筒全生命周期健康监测，助力废弃盐矿资源盘活利用，服务新型电力系统构建。在山东莱州纱岭金矿项目，地质集团面对1500米级深部矿山“超级工程”遭遇的高地压、高水压、高地温“三高”水害瓶颈，推动防治水模式从井下被动堵水向地表主动治水转变，以长距离定向钻探“穿针引线”，实施深部高压注浆，把水害风险封固于岩层深处，实现深部矿山水害超前探查、精准治理，为国内超深金属矿山建设闯出技术新路。
站在能源高质量发展全新起点，地质集团将持续深耕绿色开采前沿赛道，不断健全“地质+数字+智能”一体化技术体系，把煤炭绿色开采、盐穴储能安全保障、深部矿山灾害治理等领域的技术成果互鉴互通、迭代升级，产出源源不断的科技创新成果，助推传统能源清洁高效转型、新型储能安全落地、深部矿产安全开发，坚定不移走好矿产开发与绿水青山共生共荣的发展道路，为保障国家能源安全、助力实现“双碳”目标贡献坚实地质力量。（中国矿业报 张继勇 李君怡）