打頭陣的追光者｜讓綠色夢想照進煤海深處

安徽理工大學煤基固廢協同利用與綠色充填開采團隊成員涵蓋青年教師與碩博研究生。團隊長期聚焦煤礦綠色開采與煤基固廢資源化利用，重點開展井下煤矸石源頭減量與智能分選、煤基固廢重金屬吸附與絡合鈍化、綠色充填材料制備及多層位立體充填等關鍵技術研究。

暑期，團隊正依托深地國家科技重大專項及國家自然科學基金青年項目等課題，集中攻關深部煤基固廢充填材料低碳制備與性能調控、采選充全系統智能協同、綠色開采技術體系標準化等關鍵技術，持續推進科研成果向工程應用轉化。

讓綠色夢想照進煤海深處

7月，北京人民大會堂，國家科學技術獎勵大會、兩院院士大會、中國科協第十一次全國代表大會隆重舉行。安徽理工大學作為第三完成單位參與完成的“煤礦井下綠色高效采選充關鍵技術與工程應用”項目，榮獲國家科學技術進步獎二等獎。

在實驗室里機器運轉的低鳴和鍵盤敲擊的聲音中，這支團隊迎來暑期集中攻關的“黃金期”。這群科研人把論文寫在千米井下，將“煤升井、矸石不升井”的綠色夢想照進現實。

團隊成員集體參與環管實驗

采選充“三位一體”的綠色變革

項目的起點，源于一個困擾煤炭行業多年的“老賬本”。

傳統“井下采煤-運輸提升-地面分選-返井充填”的分離式作業模式，效率低、成本高，我國煤礦每年流失礦井水約80億噸、破壞土地約4萬公頃、排放矸石等煤基固廢超17億噸。何祥副教授介紹，團隊的想法很簡單卻極富挑戰、讓煤和矸石在井下精準分離，讓矸石等煤基固廢在采動空間就地充填，實現“矸石不升井”。采、選、充三個環節，必須在井下協同運轉，缺一不可。

“井下空間有限、深部高應力擾動強、充填原料成分波動大，任何一個環節出了問題，都會影響工作面正常生產。”何祥坦言，如何讓這三個系統在復雜的井下環境中長期穩定協同，是最大的技術瓶頸。

團隊成員于祥博士后對此深有體會，“在研發煤基固廢充填材料時，同一種材料體系在不同實驗條件下表現出的力學性能、流動性能等差異很大。不能簡單依據單次實驗結果就否定方案，而是先回到實驗過程本身，對每一個環節進行檢查。”從原材料性質到試驗方法，從實驗參數到作用機理，多角度分析原因，“有時候，一個看似簡單的數據偏差，背后可能對應著一個新的科學問題。科研不是不斷追求‘一次成功’，而是在失敗中不斷接近正確答案。”

博士研究生馮小伍最初做井下分選系統布局優化時，理論分析表明方案可行，但數值模擬中的圍巖變形一度超出預期。團隊重新檢查參數和邊界條件，優化方案后，又開展了采注協同相似模擬試驗。由于模型尺寸大、工序復雜，從相似材料鋪設到模擬開挖和數據監測需要連續作業，團隊成員輪班接力，直至凌晨才完成全部工序。最終，試驗數據與理論分析及數值模擬結果吻合時，大家才松了一口氣。參與試驗的博士后張繼強回憶：“走出實驗室時，天已經亮了。那一刻，我覺得這不僅是自然的日出，也是屬于我們科研路上的一次破曉。”

“可行”與“可靠”之間

采選充一體化技術涉及井下開采、智能分選和矸石充填三個核心環節，任何一個環節的參數變動都會對系統效率和安全性產生連鎖反應。

博士后方玨靜負責充填材料從實驗室制備到井下應用的全鏈條研究，她坦言最考驗耐心的，正是不同環節之間的匹配和驗證。“煤基固廢充填材料從實驗室到井下，要經歷材料選擇、配比設計、性能測試、管輸分析、現場驗證等多個過程。光是料漿流動性測試，就要在不同濃度、不同粒徑、不同流速條件下反復做上百組實驗”。

其中，煤基固廢漿體管道輸送實驗是最為關鍵的環節之一。團隊依托自主設計的充填環管實驗系統，模擬井下長距離輸送工況，測試不同配比料漿的流變特性、管阻變化和輸送穩定性。每一次實驗，團隊都要連續數小時監測泵壓、流量、流速等參數，記錄料漿在管道中的沉降和離析情況。一組實驗下來，往往已是深夜。“漿體輸送最怕堵管，而堵管往往發生在看不見的地方。”方玨靜說，“所以我們必須在實驗階段就把所有可能出現的工況都跑一遍，把風險消除在實驗室里。”

“導師常說，井下是一個高度復雜的系統，實驗室里的每一個細節都可能在井下被放大成安全隱患。”方玨靜回憶道，“這讓我們明白，工程研究不能只坐在辦公室里看數據，還要走到設備旁、深入試驗現場，親手操作、仔細觀察，才能真正發現問題、解決問題。”

“安徽高校靠近礦區和企業，能夠及時從生產現場發現問題，發揮基礎研究、多學科交叉和人才集聚優勢，與企業共同開展技術研發和工程驗證。”侯永強副教授介紹道，團隊將繼續聚焦深部煤炭綠色安全開采，重點開展采充協同控制、煤基固廢低碳利用、充填體長期穩定監測和采選充智能化研究，推動成果成套化、標準化應用，為安徽煤炭產業轉型和區域科技創新貢獻高校力量。

指導相似模擬實驗

寫好“頂天立地”的礦井論文

正是這種近乎苛刻的堅持，換來了四項關鍵技術突破：研發了受限空間全粒級水介質煤矸精準分選技術，分選下限達0.25毫米，單模塊年處理原煤400萬噸；發明了深部煤礦高效全采全充技術，充填效率提升1倍，系統生產能力提升2倍；發明了覆水礦區長壁連采連充技術，采空區充實率達97%，礦井涌水量降低兩個數量級；形成了大型礦井煤基固廢靶向注充技術，固廢井下處理能力達每年200萬噸。

成果已在山東、陜西、內蒙古、寧夏、山西、甘肅等省（區）的煤礦推廣應用。近三年15個主要應用單位共采出煤炭3342.79萬噸、處置煤基固廢2481.00萬噸，新增銷售額352.33億元。獲授權國內外發明專利121件，制定國家和行業標準12項，發表高水平學術論文209篇。

“團隊始終堅持以立德樹人為根本，將科研攻關與人才培養一體推進。”張連富副教授介紹，團隊將學校“三有三進三到”育人理念融入科研實踐，在攻克國家級重點課題的同時，也培養了一批懂理論、能實踐、敢擔當的青年科技人才。

“暑期留校科研和日常上課最大的區別在于自主性更強。”碩士研究生劉振說，雖然會面臨重復實驗、數據整理等枯燥階段，但當實驗結果逐漸呈現規律時，那種成就感是無法替代的。

在博士研究生何淑欣看來，技術落地推動煤炭開采由單一資源開發向資源開發與生態保護并重轉變。“作為青年科研人員，我們的責任就是‘頂天立地’。”何淑欣說，“頂天”是要在關鍵技術上進行原創性突破，“立地”是要把論文寫在祖國大地上，讓科研成果真正走出實驗室。

指導學生開展環管實驗

科創心語

□安徽理工大學煤基固廢協同利用與綠色充填開采團隊

“十五五”時期是科技強國建設的關鍵攻堅期，習近平總書記在國家科學技術獎勵大會、兩院院士大會、中國科協第十一次全國代表大會上強調，必須加快推進高水平科技自立自強。作為聚焦煤炭智能綠色開采的安徽省高校優秀創新團隊，我們深感使命在肩。“煤礦井下綠色高效采選充”技術正是團隊十余年圍繞國家能源安全與生態文明建設需求不懈攻關的成果。對我們而言，貫徹落實“扎扎實實以科技創新支撐和引領中國式現代化”，就是要讓每一噸煤的開采都更綠色、更安全。

面向未來，團隊將重點推進三方面工作：一是持續攻關煤基固廢綠色充填材料低碳制備與性能調控，實現充填材料向“高效負碳”升級；二是加快采、選、充全流程智能協同；三是推動現有成果由示范應用向成套化、標準化拓展，形成可復制的綠色開采技術體系。我們愿做科技強國建設的篤行者，把論文寫在祖國大地上，把成果留在千米深井中。

□本報記者 沈思佳

來源 | 安徽青年報

編輯 | 李志慧

校審 | 劉 鳴

終審 | 杜 軍

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