如何安全高效綠色開采煤炭，是一代代采礦人接力奮斗的目標，這其中就有著我校采礦工程學科巖層移動與綠色開采團隊的身影。
20年前，錢鳴高院士提出了綠色開采的理念。在錢鳴高院士學術思想指引下，煤炭資源與安全開采國家重點實驗室許家林教授帶領巖層移動與綠色開采團隊近百人經(jīng)過二十年的奮斗，研發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權的覆巖隔離注漿充填技術，為礦井綠色開采帶來了新希望。
多重損害一注治理
我國長期采用壁式體系采煤法，傳統(tǒng)的長壁式采煤法由于暴露面積較大，存在著地面塌陷的問題，一直以來困擾著礦區(qū)民眾。無數(shù)采礦人不斷尋求控制地表塌陷的更優(yōu)解。如何在不影響井下作業(yè)的前提下，控制地表塌陷？許家林把目光投向覆巖隔離注漿充填技術。
大量理論與實踐研究表明，在礦井下重重疊疊的地層中，“關鍵層”（堅硬巖層）牽一發(fā)而動全身。它對開采過程中的巖層及地表移動起控制作用，礦震災害及地面塌陷的原因就與關鍵層斷裂密切相關。
充填技術正是控制關鍵層不斷裂的源頭技術。覆巖隔離注漿充填技術通過地面鉆孔向關鍵層下方采動裂隙進行注漿充填，產(chǎn)生“壓下托上”的作用，在關鍵層下方形成支撐體，阻止關鍵層斷裂。
覆巖隔離注漿充填技術在不改變工作面的采煤工藝與裝備的同時，保證地面注漿與井下采煤同步實施、相互干擾小，實現(xiàn)了提高資源回收率、保護含水層資源、減少堅硬巖層下礦震、保護地面建（構）筑物、保護土地與環(huán)境、無害化處置煤基固廢等多重目標，激活了我國煤礦綠色開采技術更蓬勃的發(fā)展。
無懼質(zhì)疑做逆行者
上世紀90年代，年輕的巖層移動與綠色開采團隊在多次礦井實測、實驗及分析后，發(fā)現(xiàn)了關鍵層對地表沉陷的控制作用。團隊仔細分析實驗結果，處理現(xiàn)場做的鉆孔探測的數(shù)據(jù)，充分研究采礦內(nèi)部巖層運動等理論模型。在行業(yè)專家普遍對離層注漿持否定態(tài)度和眾人質(zhì)疑聲中，團隊堅信關鍵層注漿充填新方法是可行的，并不斷尋求適宜覆巖隔離注漿技術實施的“沃土”。
功夫不負有心人，2002年許家林帶領學生前往淮北礦區(qū)海孜煤礦進行調(diào)研時，發(fā)現(xiàn)井下整層120米厚的火成巖正是典型關鍵層，是控制采煤塌陷、減少采動損害的極有利條件。許家林教授主動與企業(yè)對接，在淮北礦業(yè)集團公司多個領導的支持與認可下，團隊多年的構想終于在海孜煤礦落地生根。
經(jīng)過大量努力后，團隊完成了理論研究、方案制定，以及矸石粉碎系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、充填管路、注漿鉆孔施工工作，但工程試驗過程卻不是一帆風順，鉆孔探測未發(fā)現(xiàn)顯著離層空間，導致項目進程大幅延緩。團隊持續(xù)攻關下，發(fā)現(xiàn)了覆巖卸荷膨脹累積效應以及其對采動裂隙的占據(jù)作用，創(chuàng)建了關鍵層下“壓下托上”的壓實注漿充填新理論，從理論上解決了注漿量少的問題。
注漿充填實施中，注漿時機把握、漿液密度調(diào)整、注漿量與壓力調(diào)控、采注沉匹配及平衡，每一個環(huán)節(jié)、每一個看似很小的參數(shù)，都可能導致整個工程失敗。
在模擬漿體在地層的壓實實驗中，團隊反復討論，解決了加壓難題，得出了實驗結果；在測量漿體在層內(nèi)的數(shù)據(jù)時，團隊參考石油領域技術，設計出適用于煤礦的監(jiān)測裝置，山上冒雨搭帳篷開展監(jiān)測；在注漿參數(shù)監(jiān)測與調(diào)控時，團隊成員長期住在工地，獲得了第一手數(shù)據(jù)。從學校到礦井，種種艱辛都阻擋不了行走在實現(xiàn)夢想道路上的學者。
十年奮斗終成碩果
2009年，經(jīng)歷近十年的探索，淮北礦區(qū)工地上終于響起了注漿設備的轟鳴聲，這不僅標志著覆巖隔離注漿充填首次成功實施，還意味著壓煤地區(qū)村莊的不再搬遷成為可能，將使飽受壓煤影響的中東部礦區(qū)的煤炭資源發(fā)揮更加長足的優(yōu)勢。“一個科研人員堅守最初的正確的研究方向，只要持續(xù)下去肯定是有所回報的?！避幋笱蟾苯淌谟懈卸l(fā)，他2009年本科直博開始進入團隊，一直專注于覆巖隔離注漿充填方向研究。
“最大的成果就是解決了工程問題?！痹S家林說道。2015年以來，覆巖隔離注漿充填技術陸續(xù)在山西、山東、河南、河北、江蘇、內(nèi)蒙等地推廣應用。截至目前，累計在13個礦區(qū)成功應用。大幅提高了采煤工作面效率與采出率，在地表減沉、固廢減排、減震防沖、保水開采等方面有著良好的應用。覆巖隔離注漿充填是綠色開采技術的重大創(chuàng)新，填補了國內(nèi)外空白，達到國際領先水平。
在團隊成員的共同努力下，覆巖隔離注漿充填技術已申請獲得國家發(fā)明專利20余項；獲得2012年中國煤炭工業(yè)協(xié)會一等獎、以及其他省部級科技獎勵共5項；制定能源行業(yè)標準1項；2篇次論文入選“中國百篇最具影響國內(nèi)學術論文”，10篇次論文入選“中國精品科技期刊頂尖學術論文（F5000）”，20余篇論文發(fā)表在《煤炭學報》、《INTERNATIONAL JOURNAL OF ROCK MECHANICS AND MINING SCIENCES》等國內(nèi)外采礦TOP期刊上。
二十年如一日守望礦井綠色開采，巖層移動與綠色開采團隊秉持著對學術一以貫之的嚴謹與熱情，將熱愛寫在了礦區(qū)的土地上。未來，覆巖隔離注漿充填技術將在煤礦減沉、減排、減震與保水開采中繼續(xù)發(fā)力，團隊也會不斷創(chuàng)新實踐、不斷總結完善，用科學理論引領創(chuàng)新發(fā)展，以技術力量為“雙碳”目標助力。
來源：中國礦業(yè)大學
