作者：中国矿业大学 张洁贞及科研团队
在榆林的这片黄土地上行走，我常有一种复杂的紧迫感。这里是国家能源的"大粮仓"，煤层厚、埋藏浅、地质条件优越，但在每一个矿长办公室的窗外，几乎都压着一块心病——那座随着皮带机日夜轰鸣而不断长高的"黑山"。
煤矸石，这个伴随煤炭开采而来的"副产品"，在很长一段时间里是矿区挥之不去的阴影。尤其是在环保督查日益严厉、绿色矿山建设成为生死红线的今天，传统的"堆起来、埋进去"的老路子已经彻底走不通了。在陕西榆林，生态本就脆弱，每一吨矸石的露天堆放，都是对企业环保信用额度的透支。
作为中国矿业大学的科研人员，我们团队常年在井下一线摸爬滚打，太了解咱们矿上的痛点了：想充填，怕成本高得把利润吃光；不充填，环保罚单和停产整顿让人睡不着觉；用膏体技术，投资大、系统复杂，像是在开化工厂而不是挖煤。
今天，我想和大家聊的，不是高深莫测的理论，而是我们团队经过反复验证、并在类似地质条件下取得突破的一项"接地气"的技术——煤矸石原矸+高水材料漫灌复合充填技术。
第一章 回归常识：为什么我们要走"原矸"这条路？
在聊技术之前，先算一笔账。过去几年，行业里流行过"全固废膏体充填"。那个技术好不好？好。地表沉降控制得像绣花一样精细。但是，它的代价是什么？
是将矸石磨得像面粉一样细，再加水泥、粉煤灰搅拌。对于我们榆林的矿井，动辄年产矸石几十万吨，要把这些石头全磨成粉，光是破碎系统的电费、磨损费、维护费，就足以让财务总监皱眉。
核心理念
我们团队在研发之初就反其道而行之，提出了一个回归常识的理念：石头本身就是最好的骨架，为什么要把它磨碎？
这就是"煤矸石原矸"的核心逻辑。我们这套技术方案，最大的特点就是"粗"。根据我们的技术参数设定，只要是粒径在300毫米以下的矸石，甚至不需要复杂的精细筛分，筛除极少量的特大块后，就可以直接下井。
这意味着什么？意味着你在井上不需要建一座庞大的破碎车间，不需要那些昂贵的球磨机。我们利用的是物理学中最基础的"骨架支撑"原理。原生的煤矸石，块头大，强度高，它们在采空区里堆积起来，就像是建筑里的钢筋骨架（Skeleton），能够抵抗顶板最初始的压力。
但是，光有骨架不行，石头和石头之间有空隙，如果不处理，顶板还是会下沉，地表还是会塌陷。这就引出了我们的第二张王牌——高水材料漫灌。
第二章 刚柔并济：像水一样流淌，像石一样坚硬
如果说原矸是"骨头"，那么高水材料就是"血肉"。在榆林地区，水资源宝贵，但矿井涌水处理也是个麻烦事。我们的高水充填材料，顾名思义，核心就在"水"上。这是一种双组分材料（A料和B料），它们的绝活是"固水"。
请想象一下这个过程：我们将A料浆和B料浆分别输送到井下工作面，这时候它们像水一样流动性极好。一旦它们在混合器里相遇，漫灌进矸石的缝隙里，奇迹就发生了。在8到30分钟内，这种液体会迅速初凝，变成一种高含水的固体，最终将原本松散的矸石堆胶结成一个整体。
这里的技术玄机在于"漫灌"二字。不同于高压注浆那种容易堵管、对设备要求极高的工艺，漫灌是利用重力和流体自身的特性，让浆液自然地渗透到矸石骨架的每一个角落。
成本优势
对于矿长们最关心的成本问题，这个技术的优势在于材料的水固比。我们可以做到3:1甚至5:1。也就是说，体积庞大的充填体中，大部分是水，只有少部分是胶结材料。这极大地降低了材料成本。
我们的实验数据表明，这种复合充填体在28天后的单轴抗压强度能达到2.0MPa以上。这个强度，对于支撑咱们榆林地区中等稳定性的顶板，控制地表沉降，是绰绰有余的。
它既消纳了大量矸石（作为骨架），又利用了矿井水（作为填充物），还省下了买水泥的钱，这是一举三得。
第三章 井下实战：一个"看不见"的化工厂
说完了原理，咱们来谈谈怎么干。很多矿领导担心，引入充填系统会不会干扰正常的采煤作业？会不会因为充填跟不上而影响产量？这是我们在设计方案时考虑的头号问题。
我们的目标是：采充并行，互不干扰。
在方案设计中，我们将整个工艺流程高度集成化：
1. 地面与井下的联动
在地面或者井下合适的硐室，我们设立智能化的制浆站。这里不需要几十个工人围着转，全套自动化计量。A料（以铝土矿基材为主）和B料（石膏+速凝剂为主）在这里完成制备。这套系统的产能我们设计得很大，小时流量能达到180立方米甚至更高，完全能跑赢采煤机的割煤速度。
2. 独特的"两道"运输
矸石怎么运？我们设计了专用的"波状挡边带式输送机"，这种皮带机能爬坡（最大18度），不撒料。矸石通过刮板机、皮带机一路欢歌送入采空区。这就相当于给矸石修了一条"专用高速公路"。
3. 定制化的液压支架
这是核心中的核心。我们并不使用普通的综采支架，而是采用复合充填液压支架。这种支架的后部经过特殊改造，留有两个通道：一个大通道（1.2米以上）专门用来"溜"石头，让矸石顺势滑落到采空区；另一个小通道专门走管路，用来输送浆液。
4. 施工的节奏感
作业循环非常清晰：
- 采煤机割一刀煤，往前走
- 支架后方的充填机开始工作，把运来的原矸摊铺平整，甚至用液压夯锤压一压，形成一个厚实的矸石层
- 紧接着，浆液管路开启，混合后的浆液像流水一样漫灌进去，淹没矸石，甚至还要高出矸石表面一点（大约50mm），确保没有死角
- 等个十几分钟，浆液凝固，一个新的"人工底板"就形成了，顶板被稳稳托住
整个过程，就像是在给采空区"浇筑混凝土"，但骨料是废弃的矸石，水是矿井水，而且是在不知不觉中随采随充。
第四章 经济账本：省下的不仅是真金白银
作为管理者，您一定拿着计算器在心里盘算。关于价格，受限于市场波动我不能报出一个死的数字，但我可以给您一个清晰的对比坐标系。
投资成本
如果是上一套全套的膏体充填系统，建厂房、买进口泵、搞复杂的深锥浓缩，动辄就是大几千万甚至上亿的投入。而采用我们的"原矸+高水"技术，由于省去了复杂的精细破碎环节，制浆系统也相对简化，初期投资至少能节省30%到40%。对于一个年产120万吨充填量的项目，这省下来的钱可能就是几千万。
运营成本
这是细水长流的钱。传统充填最大的成本是胶结料（水泥）和电费（破碎）。我们的方案里，矸石几乎零成本（甚至省去了升井处理费），高水材料用量少且水固比高。综合测算下来，每吨充填成本控制在行业平均水平之下，甚至相比于某些昂贵的膏体技术，我们的吨成本能降低35%左右。
隐形收益
别忘了"三下"压煤。榆林不少矿区，村庄多、管线多，下面压着的都是优质煤。通过这套技术，地表沉降率能控制在极低水平（沉降控制率>75%），这就意味着原本不能采的煤柱，现在能采了。盘活几十万吨甚至上百万吨的优质煤炭资源，这笔账算下来，回收期可能短至两年以内。
政策红利
国家现在的政策导向非常明确。《固体废物污染环境防治法》里说得很清楚，井下充填是鼓励类项目，环保税费减免、绿色矿山补贴、产能核增的优先权……这些政策红利，都是给先行者的奖赏。
第五章 适配性分析：为什么说它适合榆林？
这套技术不是万能药，但在榆林这片土地上，它有着天然的适配性。
1. 顶板条件
榆林矿区的煤层顶板大多属于中等稳定到稳定，这为"原矸充填"提供了最好的操作窗口。如果在破碎顶板下，骨架还没搭好顶就塌了，那是不行的。但在这里，我们有足够的时间构建骨架和漫灌浆液。
2. 煤层倾角
咱们这边的煤层大多是缓倾斜（0-25度），这是漫灌技术的"舒适区"。浆液不会因为坡度太大而流失，能稳稳地待在矸石缝隙里固化。
3. 水资源保护
陕北缺水，地下水是命根子。我们的高水材料固化后，经过国标检测，重金属淋溶量完全符合标准，无毒无害。更重要的是，充填体形成了一个致密的阻水层，能在一定程度上保护上覆含水层，防止采动裂隙导通地下水，这对保水开采意义重大。
4. 产能匹配
榆林的矿井产能普遍较大。如果用那种精细的"牙签剔肉"式的充填技术，根本跟不上生产节奏。而这种"大吞大吐"的原矸漫灌技术，正如我在前面提到的，小时处理量大，能适应高强度的开采作业。
第六章 风险与管控：我们不回避问题
作为专家，我必须诚实地告诉您，任何工程技术都有风险，关键在于如何管控。
技术难点1：接顶率
问题：这是所有充填开采的死穴。如果填不满，留了缝，顶板就会离层。
对策：在最后一道工序中，设计了专门的"接顶注浆"环节。利用微膨胀材料或者调整最后一次漫灌的配比，确保浆液能主动触碰顶板，接顶密实度我们要求达到95%以上。
技术难点2：浆体配比的稳定性
问题：井下环境复杂，温度、湿度的变化都可能影响材料凝固时间。
对策：我们的智能制浆站具备实时调节功能。不是一成不变的配方，而是根据井下距离、温度实时微调A、B料的比例和添加剂用量。这需要一套成熟的监测反馈系统，这正是我们矿大团队的强项。
技术难点3：堵管风险
问题：虽然比膏体风险低，但也不是绝对没有。
对策：我们采用的是A、B料分开输送，只有在最后喷出的那一刻才混合。这意味着管道里流动的永远是单一种类的液体，不会在管子里凝固。除非停电停泵太久，否则极难堵管。
第七章 展望：从"黑金"到"绿金"的跨越
现在的煤炭行业，正在经历一场深刻的变革。以前我们比的是谁挖得快、挖得多，以后比的是谁挖得绿、挖得久。
在榆林，我看过太多的矿井因为矸石山被通报，因为塌陷被索赔。我也看到过采用了我们这套技术的矿井，地面上看不见矸石山，甚至在采空区上方复垦出的农田里，庄稼长得郁郁葱葱。
这套"煤矸石原矸+高水材料漫灌复合充填技术"，不仅仅是一个技术方案，它是煤矿与土地和解的一种方式。
对于矿长您来说，引入这套技术，意味着：
- 合规安全：您可以挺直腰杆面对环保督查和自然资源部门的检查
- 降本增效：您用最低的成本解决了最贵的固废问题，还置换出了宝贵的煤炭资源
- 社会责任：您为周边的村民留下了平整的土地和清洁的水源
我们中国矿业大学团队，不卖设备，不推销材料，我们输出的是技术、是方案、是全生命周期的服务。从前期的地质勘探、方案设计，到中期的设备选型、安装调试，再到后期的监测维护、人员培训，我们愿意做咱们矿山的"技术保姆"。
未来的矿山
一定是"采煤不见煤，出煤不出矸"。这不仅仅是愿景，更是正在发生的现实。
既然必须解决矸石问题，既然必须面对高昂的成本压力，为什么不尝试一下这条经过验证的、更符合陕北地质特征和经济规律的"第三条道路"呢？
如果你问我，这项技术最打动人的是什么？我想说，不是那些枯燥的数据，而是当你站在井下，看着那些曾经被视为废物的黑色矸石，被白色的浆液包裹，凝固成支撑大地的脊梁时，那种"变废为宝、回馈自然"的工程美感。
这，就是我们矿业人的智慧与担当。
附录：实施本方案的关键实操建议（矿长备忘录）
为了让您更直观地评估本方案在贵矿落地的可行性，我们梳理了以下几个关键实操维度的建议：
1. 前期"体检"要到位
在决定上马之前，必须对采空区做一次详细的CT扫描。我们需要知道：
- 底板起伏情况：决定了浆液会不会到处乱跑
- 顶板裂隙发育：决定了需不需要预注浆封堵
- 矸石的物理特性：咱们矿的矸石是泥岩多还是砂岩多？泥岩遇水容易软化，这就需要调整高水材料的配方，增加胶结力
2. 设备选型的"避坑指南"
- 充填泵：别盲目追求进口高压泵。咱们是漫灌，流量比压力重要。选用耐磨性好、流量大的国产双液柱塞泵性价比最高
- 混合器：这是个小部件，也是大关键。一定要用静态螺旋结构，混合不均匀，强度就大打折扣
- 管路：推荐使用复合管材，轻便、耐腐蚀，井下工人搬运方便，安装效率高
3. "人"的因素
技术再好，得人来操作。建议矿上组建专门的"充填工区"，而不是临时抽调人手。
- 培训重点：不是教怎么开机器，而是教怎么看"火候"。浆液浓度对不对？充填高度够不够？这需要经验。我们矿大团队可以提供驻矿培训，手把手带出第一批徒弟
- 考核机制：别光考核充填量，要考核"密实度"和"接顶率"。建议引入第三方监测，把充填质量和工资挂钩
4. 环保与监测的"护身符"
既然做了，就要留痕。
- 台账管理：建立"骨料转运-浆体制备-混合充填"的全过程台账，保存期不少于3年。这是将来应对环保检查的最有力证据
- 监测网络：井下布设应力传感器，井上布设GPS沉降观测点和地下水监测井。构建"井上井下一体化"的监测网。数据实时传输，一旦有异常立马报警。这不仅是技术需要，更是安全生产的"护身符"
5. 应对特殊情况的"锦囊"
- 如果遇到断层怎么办？在断层附近，原矸骨架可能会失效。这时需要局部采用全浆液充填，或者构筑人工挡墙，相当于给充填体打个"补丁"
- 如果短期内矸石不够怎么办？可以引入周边的建筑垃圾（需破碎）或者粉煤灰作为补充骨料。这也符合城市协同处置固废的大趋势，说不定还能申请到城市的垃圾处理补贴
结语
路虽远，行则将至；事虽难，做则必成。
榆林的煤炭工业正在从"规模扩张"转向"质量效益"。在这场转型中，谁先解决了矸石的包袱，谁就轻装上阵，赢得了未来的主动权。
中国矿业大学愿做那块垫脚石，助咱们榆林的煤矿企业，一步一个脚印，走出一条安全、绿色、高效的康庄大道。
（本文基于真实技术方案与区域地质特征撰写，具体参数与经济测算需根据各矿井实际地质资料进行定制化设计）