在近日召开的第二十二届全国科学采矿与矿压理论会议上，中国工程院院士、深圳大学深地科学与绿色能源研究院院长谢和平首次提出“负碳高效充填开采”全新技术构想。

这一构想包含构建负碳矸石快速高效胶结高孔隙混合物充填体、多面并采的负碳高效充填开采技术与工艺等，构建基于二氧化碳、矸石与快速胶结剂混合物“CGIF”充填体的矿山充填全新技术体系。相关人员表示，这是全新理念与技术路径，有望实现近零生态损害、近零冲击地压及负碳开采。

目前，我国的充填开采技术推广还存在很多阻力，如充填作业影响采煤速度、影响出煤量、影响煤炭生产效益，大规模充填开采所需矸石量严重不足，充填作业成本高等。为此，谢和平提出了“负碳高效充填开采”全新技术构想和技术体系，重点研究攻关四大技术方向。

一是研究攻关矸石快速高效胶结高孔隙充填体，破解大规模充填开采充填材料不足的难题。采用复杂系统科学方法，精确描述复杂结构力学系统中的应力、位移和变形，建立数学模型。采用分形几何方法，定量表征三维高孔隙材料几何拓扑结构，研究出新型高孔隙度矸石—胶体复合材料，实现充填材料低密度、高孔隙率框架式承载。高孔隙充填体矸石用量将减少20%至40%，力学强度与密实充填体相当。

二是研究攻关负碳矸石快速高效胶结高孔隙混合物“CGIF”充填体，破解大规模二氧化碳封存固化的负碳开采难题。高孔隙材料用于储氢储能是国际科研热点。报道显示，国外利用化学原理设计了原子排列精确的多孔材料（金属有机框架化合物MOF），1克材料可以铺满1.3个足球场。如果以常态或超临界的二氧化碳作为气体或液体与矸石快速高效胶结高孔隙充填体，构建二氧化碳与矸石及快速胶结剂混合物“CGIF（CO2 Gangue Inorganic Framework）”，可形成一个全新的混合充填体理念。这既能快速进行高孔隙低密度强力充填，又能大规模固化二氧化碳。其中，二氧化碳还能起到支撑承压作用。

三是研究攻关快速粘凝胶结材料，破解矿山充填开采影响开采速度的难题。研究快速胶凝作用机理，在胶结材料中添加无机类早强剂或纳米晶体材料，提供更多形核点位，降低凝胶成核势垒，极大提高水化凝固反应速率。引入扰动场加快分子反应速度，添加交联剂促进聚合反应，攻克胶体凝胶化的分子动力学调控方法，最终开发出粘结强度高、固化速度快、固结强度大的快速粘凝胶结材料。

四是研究攻关多面并采的负碳高效充填开采技术与工艺，破解矿山充填开采影响煤炭产能的难题。攻关新型充填开采技术，创新负碳高效胶结高孔隙充填体工艺方法，提高单面充填开采产能。在此基础上，构建实施2个至3个工作面同时并采的技术方案思路，实现千万吨级矿井负碳高效充填开采。同时，探索攻关单层采区多面并采和立体空间多面并采的负碳高效开采工艺和相应技术装备，突破充填开采影响煤炭生产效率的瓶颈。（本报记者）