創(chuàng)新點(diǎn)

（1）系統(tǒng)梳理了CO?封存、地下水庫與結(jié)構(gòu)充填技術(shù)的現(xiàn)狀，明確指出CO?封存面臨固碳材料滲透性與長期穩(wěn)定性不足、圍巖多場耦合損傷機(jī)制不明，地下水庫存在壩體干濕循環(huán)疲勞問題，結(jié)構(gòu)充填則受限于關(guān)鍵位置不明確等瓶頸。

（2）揭示CO?封存、地下水庫與結(jié)構(gòu)充填三類技術(shù)在礦山遺存地下空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性控制、材料開發(fā)及多場耦合模型上的協(xié)同潛力，提出“地質(zhì)精準(zhǔn)探測–功能定向設(shè)計(jì)–動態(tài)優(yōu)化調(diào)控”技術(shù)體系，為多功能地下空間利用提供全鏈條支撐。

（3）針對多場耦合機(jī)制難題，強(qiáng)調(diào)通過跨尺度THMC建模融合微觀孔隙演化與宏觀力學(xué)響應(yīng)，并結(jié)合智能感知、數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)控，推動地下空間從環(huán)境負(fù)擔(dān)向戰(zhàn)略資源轉(zhuǎn)化。

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礦山遺存地下空間利用現(xiàn)狀與結(jié)構(gòu)充填技術(shù)應(yīng)用前景

作者：馮國瑞^1,2,4, 崔業(yè)凱^1,2, 李竹, 汪圳^1,2, 孟祥天^1,2, 吳國威^1,2, 占夢楠^1,2, 姚鑫^1,2

單位：1. 太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院; 2. 礦山巖層控制及災(zāi)害防控山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室; 3. 煤炭精細(xì)勘探與智能開發(fā)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室; 4. 山西能源學(xué)院

引用格式：

馮國瑞，崔業(yè)凱，李竹，等. 礦山遺存地下空間利用現(xiàn)狀與結(jié)構(gòu)充填技術(shù)應(yīng)用前景[J]. 綠色礦山，2025，3(2)：1?14.FENG Guorui，CUI Yekai，LI Zhu，et al. Utilization status of underground space of mine remains and application prospect of structural filling technology[J]. Journal of Green Mine，2025，3(2)：1?14.

摘要

我國煤炭高強(qiáng)度開采后形成巨量地下遺存空間，其資源化利用對緩解土地壓力、防控次生災(zāi)害及實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要意義。系統(tǒng)梳理了煤炭地下空間現(xiàn)有綜合利用技術(shù)，探討了CO地下封存技術(shù)與地下水庫技術(shù)等研究進(jìn)展，結(jié)合團(tuán)隊(duì)提出的結(jié)構(gòu)充填技術(shù)理論，分析了該技術(shù)亟待解決的關(guān)鍵問題、應(yīng)用瓶頸與發(fā)展前景。已有文獻(xiàn)表明：CO地下封存技術(shù)依托工業(yè)固廢礦化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)CO封存，但固碳材料滲透性與長期穩(wěn)定性等物理性能仍有待提升，儲碳空間圍巖在多場耦合作用下的損傷機(jī)制尚未明晰；地下水庫技術(shù)通過改造采空區(qū)構(gòu)建儲水系統(tǒng)，但周期性水壓波動誘發(fā)壩體結(jié)構(gòu)干濕循環(huán)疲勞問題亟待解決；結(jié)構(gòu)充填技術(shù)以低充填率、高穩(wěn)定性設(shè)計(jì)構(gòu)建穩(wěn)定地下空間結(jié)構(gòu)，為空間功能化提供力學(xué)保障，但仍面臨關(guān)鍵充填位置不明確、材料性能與功能需求矛盾、多場耦合損傷機(jī)理不清及智能化工藝不足等瓶頸；未來需聚焦功能化充填材料開發(fā)、跨尺度THMC多場耦合建模、智能感知與數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用，構(gòu)建“地質(zhì)精準(zhǔn)探測–功能定向設(shè)計(jì)–動態(tài)優(yōu)化調(diào)控”技術(shù)體系。通過跨學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新、政策機(jī)制支持及標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，推動地下空間從環(huán)境負(fù)擔(dān)向戰(zhàn)略資源轉(zhuǎn)化，為礦區(qū)綠色轉(zhuǎn)型與“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供理論和技術(shù)支撐。

部分圖片

圖1 殘采區(qū)關(guān)鍵域充填儲碳空間重構(gòu)示意

圖2 抽水蓄電站示意

圖3 結(jié)構(gòu)充填示意

圖4 多場耦合(THMC)相互作用關(guān)系

作者簡介

馮國瑞，男，1976年7月生，山西陽城人，博士，二級教授，博士生導(dǎo)師，國家杰出青年科學(xué)基金獲得者、國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者、國家“萬人計(jì)劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、國家百千萬人才工程人選，“科學(xué)探索獎”獲得者?，F(xiàn)任山西能源學(xué)院黨委書記，兼任礦山巖層控制及災(zāi)害防控山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、山西省煤基資源綠色高效開發(fā)工程研究中心主任、山西省煤炭學(xué)會副理事長、《山西煤炭》主編、《綠色礦山》副主編、《煤炭學(xué)報》《煤炭科學(xué)技術(shù)》《巖石力學(xué)與工程學(xué)報》《采礦與安全工程學(xué)報》《采礦與巖層控制工程學(xué)報》《礦業(yè)科學(xué)學(xué)報》編委。

研究方向

難采煤炭資源安全綠色開采與災(zāi)害防控

主要成果

主持了國家青年科學(xué)基金項(xiàng)目（A類）[原國家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目]延續(xù)資助項(xiàng)目、國家杰出青年科學(xué)基金項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國家基金聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目等20余項(xiàng)縱向科研項(xiàng)目，并承擔(dān)了山西焦煤集團(tuán)、晉能控股集團(tuán)、同煤集團(tuán)和晉煤集團(tuán)等單位的20余項(xiàng)橫向攻關(guān)項(xiàng)目，主編或參編學(xué)術(shù)著作9部，發(fā)表SCI、EI收錄論文300余篇，授權(quán)國際發(fā)明專利近20項(xiàng)、國家發(fā)明專利200余項(xiàng)，登記軟件著作權(quán)10余項(xiàng)，獲國家教學(xué)成果二等獎（排名第2）、山西省技術(shù)發(fā)明一等獎（排名第1）、中國煤炭工業(yè)科學(xué)技術(shù)一等獎（兩項(xiàng)排名第1）、中國職業(yè)安全健康協(xié)會科技進(jìn)步一等獎（排名第1）、中國專利優(yōu)秀獎（排名第1）、山西省教學(xué)成果特等獎（兩項(xiàng)排名第1）、山西省科技進(jìn)步一等獎（排名第4）等省部級一等以上科研教學(xué)成果獎10項(xiàng)、二等獎多項(xiàng)，曾獲得國家有突出貢獻(xiàn)中青年專家、國務(wù)院特殊津貼專家、科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才、全國煤炭教學(xué)名師、山西省勞動模范、山西省新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才、山西省科技創(chuàng)新重點(diǎn)團(tuán)隊(duì)帶頭人等榮譽(yù)稱號。

策劃丨常明然

責(zé)編丨錢小靜

編輯丨李莎

審核丨常明然

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄7種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計(jì)劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

期刊簡介

為深入貫徹習(xí)近平生態(tài)文明思想，踐行“綠水青山就是金山銀山”理念，搭建綠色礦山建設(shè)領(lǐng)域高端學(xué)術(shù)交流平臺，2023年5月，經(jīng)國家新聞出版署批準(zhǔn)，由中國煤炭科工集團(tuán)主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的中文科技期刊——《綠色礦山》（Journal of Green Mine）應(yīng)運(yùn)而生?！毒G色礦山》為季刊，國內(nèi)統(tǒng)一連續(xù)出版物號為：CN10-1912/TD，ISSN號：2097-3357，由《綠色礦山》編輯部負(fù)責(zé)策劃、出版、發(fā)行。

刊登范圍

綠色勘查、綠色開采、礦山地下空間利用、綠色選冶、礦山環(huán)境保護(hù)、低碳技術(shù)及節(jié)能減排、數(shù)字礦業(yè)、綠色低碳經(jīng)濟(jì)政策與評價等。

期刊主頁

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投稿網(wǎng)址

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