創(chuàng)新點

（1）系統(tǒng)梳理了CO?封存、地下水庫與結構充填技術的現(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制不明，地下水庫存在壩體干濕循環(huán)疲勞問題，結構充填則受限于關鍵位置不明確等瓶頸。

（2）揭示CO?封存、地下水庫與結構充填三類技術在礦山遺存地下空間結構穩(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“地質精準探測–功能定向設計–動態(tài)優(yōu)化調控”技術體系，為多功能地下空間利用提供全鏈條支撐。

（3）針對多場耦合機制難題，強調通過跨尺度THMC建模融合微觀孔隙演化與宏觀力學響應，并結合智能感知、數(shù)字孿生技術實現(xiàn)動態(tài)調控，推動地下空間從環(huán)境負擔向戰(zhàn)略資源轉化。

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礦山遺存地下空間利用現(xiàn)狀與結構充填技術應用前景

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 礦業(yè)工程學院; 2. 礦山巖層控制及災害防控山西省重點實驗室; 3. 煤炭精細勘探與智能開發(fā)全國重點實驗室; 4. 山西能源學院

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)狀與結構充填技術應用前景[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、防控次生災害及實現(xiàn)“雙碳”目標具有重要意義。系統(tǒng)梳理了煤炭地下空間現(xiàn)有綜合利用技術，探討了CO地下封存技術與地下水庫技術等研究進展，結合團隊提出的結構充填技術理論，分析了該技術亟待解決的關鍵問題、應用瓶頸與發(fā)展前景。已有文獻表明：CO地下封存技術依托工業(yè)固廢礦化反應實現(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制尚未明晰；地下水庫技術通過改造采空區(qū)構建儲水系統(tǒng)，但周期性水壓波動誘發(fā)壩體結構干濕循環(huán)疲勞問題亟待解決；結構充填技術以低充填率、高穩(wěn)定性設計構建穩(wěn)定地下空間結構，為空間功能化提供力學保障，但仍面臨關鍵充填位置不明確、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)字孿生技術應用，構建“地質精準探測–功能定向設計–動態(tài)優(yōu)化調控”技術體系。通過跨學科協(xié)同創(chuàng)新、政策機制支持及標準化建設，推動地下空間從環(huán)境負擔向戰(zhàn)略資源轉化，為礦區(qū)綠色轉型與“雙碳”目標實現(xiàn)提供理論和技術支撐。

部分圖片

圖1 殘采區(qū)關鍵域充填儲碳空間重構示意

圖2 抽水蓄電站示意

圖3 結構充填示意

圖4 多場耦合(THMC)相互作用關系

作者簡介

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

研究方向

難采煤炭資源安全綠色開采與災害防控

主要成果

主持了國家青年科學基金項目（A類）[原國家杰出青年科學基金項目]延續(xù)資助項目、國家杰出青年科學基金項目、國家自然科學基金重點項目、國家基金聯(lián)合基金重點項目、國家優(yōu)秀青年科學基金項目等20余項縱向科研項目，并承擔了山西焦煤集團、晉能控股集團、同煤集團和晉煤集團等單位的20余項橫向攻關項目，主編或參編學術著作9部，發(fā)表SCI、EI收錄論文300余篇，授權國際發(fā)明專利近20項、國家發(fā)明專利200余項，登記軟件著作權10余項，獲國家教學成果二等獎（排名第2）、山西省技術發(fā)明一等獎（排名第1）、中國煤炭工業(yè)科學技術一等獎（兩項排名第1）、中國職業(yè)安全健康協(xié)會科技進步一等獎（排名第1）、中國專利優(yōu)秀獎（排名第1）、山西省教學成果特等獎（兩項排名第1）、山西省科技進步一等獎（排名第4）等省部級一等以上科研教學成果獎10項、二等獎多項，曾獲得國家有突出貢獻中青年專家、國務院特殊津貼專家、科技部中青年科技創(chuàng)新領軍人才、教育部新世紀優(yōu)秀人才、全國煤炭教學名師、山西省勞動模范、山西省新興產業(yè)領軍人才、山西省科技創(chuàng)新重點團隊帶頭人等榮譽稱號。

策劃丨常明然

責編丨錢小靜

編輯丨李莎

審核丨常明然

煤炭科學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劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學術交流陣地，也是行業(yè)最大最權威的期刊集群。

期刊簡介

為深入貫徹習近平生態(tài)文明思想，踐行“綠水青山就是金山銀山”理念，搭建綠色礦山建設領域高端學術交流平臺，2023年5月，經(jīng)國家新聞出版署批準，由中國煤炭科工集團主管、煤炭科學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）應運而生?！毒G色礦山》為季刊，國內統(tǒng)一連續(xù)出版物號為：CN10-1912/TD，ISSN號：2097-3357，由《綠色礦山》編輯部負責策劃、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、低碳技術及節(jié)能減排、數(shù)字礦業(yè)、綠色低碳經(jīng)濟政策與評價等。

期刊主頁

http://www.lsks.org.cn

投稿網(wǎng)址

https://lsks.cbpt.cnki.net/EditorAN/index.aspx?t=1

聯(lián)系：常明然

電話： 010-87986452

郵箱：journalofgreenmine@163.com

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