如何安全高效绿色开采煤炭，是一代代采矿人接力奋斗的目标，这其中就有着我校采矿工程学科岩层移动与绿色开采团队的身影。
20年前，钱鸣高院士提出了绿色开采的理念。在钱鸣高院士学术思想指引下，煤炭资源与安全开采国家重点实验室许家林教授带领岩层移动与绿色开采团队近百人经过二十年的奋斗，研发出了具有自主知识产权的覆岩隔离注浆充填技术，为矿井绿色开采带来了新希望。
多重损害一注治理
我国长期采用壁式体系采煤法，传统的长壁式采煤法由于暴露面积较大，存在着地面塌陷的问题，一直以来困扰着矿区民众。无数采矿人不断寻求控制地表塌陷的更优解。如何在不影响井下作业的前提下，控制地表塌陷？许家林把目光投向覆岩隔离注浆充填技术。
大量理论与实践研究表明，在矿井下重重叠叠的地层中，“关键层”（坚硬岩层）牵一发而动全身。它对开采过程中的岩层及地表移动起控制作用，矿震灾害及地面塌陷的原因就与关键层断裂密切相关。
充填技术正是控制关键层不断裂的源头技术。覆岩隔离注浆充填技术通过地面钻孔向关键层下方采动裂隙进行注浆充填，产生“压下托上”的作用，在关键层下方形成支撑体，阻止关键层断裂。
覆岩隔离注浆充填技术在不改变工作面的采煤工艺与装备的同时，保证地面注浆与井下采煤同步实施、相互干扰小，实现了提高资源回收率、保护含水层资源、减少坚硬岩层下矿震、保护地面建（构）筑物、保护土地与环境、无害化处置煤基固废等多重目标，激活了我国煤矿绿色开采技术更蓬勃的发展。
无惧质疑做逆行者
上世纪90年代，年轻的岩层移动与绿色开采团队在多次矿井实测、实验及分析后，发现了关键层对地表沉陷的控制作用。团队仔细分析实验结果，处理现场做的钻孔探测的数据，充分研究采矿内部岩层运动等理论模型。在行业专家普遍对离层注浆持否定态度和众人质疑声中，团队坚信关键层注浆充填新方法是可行的，并不断寻求适宜覆岩隔离注浆技术实施的“沃土”。
功夫不负有心人，2002年许家林带领学生前往淮北矿区海孜煤矿进行调研时，发现井下整层120米厚的火成岩正是典型关键层，是控制采煤塌陷、减少采动损害的极有利条件。许家林教授主动与企业对接，在淮北矿业集团公司多个领导的支持与认可下，团队多年的构想终于在海孜煤矿落地生根。
经过大量努力后，团队完成了理论研究、方案制定，以及矸石粉碎系统、注浆系统、充填管路、注浆钻孔施工工作，但工程试验过程却不是一帆风顺，钻孔探测未发现显著离层空间，导致项目进程大幅延缓。团队持续攻关下，发现了覆岩卸荷膨胀累积效应以及其对采动裂隙的占据作用，创建了关键层下“压下托上”的压实注浆充填新理论，从理论上解决了注浆量少的问题。
注浆充填实施中，注浆时机把握、浆液密度调整、注浆量与压力调控、采注沉匹配及平衡，每一个环节、每一个看似很小的参数，都可能导致整个工程失败。
在模拟浆体在地层的压实实验中，团队反复讨论，解决了加压难题，得出了实验结果；在测量浆体在层内的数据时，团队参考石油领域技术，设计出适用于煤矿的监测装置，山上冒雨搭帐篷开展监测；在注浆参数监测与调控时，团队成员长期住在工地，获得了第一手数据。从学校到矿井，种种艰辛都阻挡不了行走在实现梦想道路上的学者。
十年奋斗终成硕果
2009年，经历近十年的探索，淮北矿区工地上终于响起了注浆设备的轰鸣声，这不仅标志着覆岩隔离注浆充填首次成功实施，还意味着压煤地区村庄的不再搬迁成为可能，将使饱受压煤影响的中东部矿区的煤炭资源发挥更加长足的优势。“一个科研人员坚守最初的正确的研究方向，只要持续下去肯定是有所回报的。”轩大洋副教授有感而发，他2009年本科直博开始进入团队，一直专注于覆岩隔离注浆充填方向研究。
“最大的成果就是解决了工程问题。”许家林说道。2015年以来，覆岩隔离注浆充填技术陆续在山西、山东、河南、河北、江苏、内蒙等地推广应用。截至目前，累计在13个矿区成功应用。大幅提高了采煤工作面效率与采出率，在地表减沉、固废减排、减震防冲、保水开采等方面有着良好的应用。覆岩隔离注浆充填是绿色开采技术的重大创新，填补了国内外空白，达到国际领先水平。
在团队成员的共同努力下，覆岩隔离注浆充填技术已申请获得国家发明专利20余项；获得2012年中国煤炭工业协会一等奖、以及其他省部级科技奖励共5项；制定能源行业标准1项；2篇次论文入选“中国百篇最具影响国内学术论文”，10篇次论文入选“中国精品科技期刊顶尖学术论文（F5000）”，20余篇论文发表在《煤炭学报》、《INTERNATIONAL JOURNAL OF ROCK MECHANICS AND MINING SCIENCES》等国内外采矿TOP期刊上。
二十年如一日守望矿井绿色开采，岩层移动与绿色开采团队秉持着对学术一以贯之的严谨与热情，将热爱写在了矿区的土地上。未来，覆岩隔离注浆充填技术将在煤矿减沉、减排、减震与保水开采中继续发力，团队也会不断创新实践、不断总结完善，用科学理论引领创新发展，以技术力量为“双碳”目标助力。
来源：中国矿业大学
