小保当煤矿通过“智能化系统+源头减量+覆岩注浆”的复合模式，成功解决了高产长壁面快速推进行业难题，为我国大型智能化矿井的绿色高质量发展提供了典型样本。
实施离层注浆的关键在于精确控制终孔层位。必须确保终孔在导裂带顶部上限与主关键层底面以下 0m~15m 的极限区间内，规避跑浆风险。
一、陕北榆林煤矿的环保硬仗：“产矸不排矸”的现实迫切性
陕北榆林是我国最核心的能源化工基地，拥有大量千万吨级的高产智能化矿井。然而，随着环保红线和绿色矿山验收标准的持续收紧，传统的大宗工业固废处置模式面临严峻挑战：
- 地表永久矸石山受限：在毛乌素沙地与黄土丘陵交界地带，新建永久性煤矸石堆场面临极高的环保审批门槛，老堆场则面临巨大的扬尘和渗滤液治理二次污染风险。
- “矸石不出井”政策红线：根据陕西省自然资源厅及生态环境厅的最新政策导向，新建和改扩建煤矿必须在方案设计阶段明确煤矸石的井下消纳方案，限制矸石排向地表，对“就地消纳、原位回填”提出了刚性硬性指标。
- 脆弱生态保水减沉压力：榆林风沙区地表多为疏松的风积沙和黄土，地下分布着脆弱的第四系、烧变岩等浅部含水层。大采高、快推进的综采开采方式极易导致地表开裂、塌陷以及水资源漏失。
因此，实施低干扰、大流量、规模化的井下充填工艺，是实现千万吨级高产矿井固废消纳与环保合规的根本解法。
二、小保当煤矿百万吨级“矸石不出井”智能充填系统工艺链条
针对上述痛点，小保当煤矿建设并落地了全国最大规模的智能化煤矸石浆体充填系统，实现了产矸不排矸的绿色闭环。其整体工艺链条可拆解为三个阶段：
1. 源头煤矸石精细分选与破碎研磨
采煤和洗选产生的矸石首先被输送至地面破碎车间。系统通过颚式破碎机与球磨机，将矸石块精细加工成粒径在 3.0mm 以下（其中超细磨粉达微米级）的微细粉体。这一粒度控制能极大降低浆体泵送阻力，防止粗颗粒沉淀堵管。
2. 智能化悬浮浆料配制与高压泵送
在制浆站内，矸石微粉与矿井水（或生活洗选废水）、微量悬浮剂（黏土/粉煤灰）按比例混合，配制成固体浓度在 65%~72% 之间的悬浮料浆。该系统实现了配料、搅拌、水固比调节的 100% 智能化控制。
配好的浆液经地表高压注浆泵组施压，以 1.8m/s~2.2m/s 的流速通过高压钢制防磨管线，源源不断地泵向地表钻孔区。
3. 井下离层带靶向精准注入与泌水压实
浆体顺着定向斜孔，注入综采工作面采空区上方、主关键层（硬厚砂岩层）底面弯曲变形拉开的“离层空隙”中。随着工作面持续向前推进，上覆巨厚岩层弯曲折断下沉，对注入的浆体进行强大的重力挤压，迫使浆体泌水，实现“原位自然压实托顶”。
三、突破地层约束：小保当丛式定向注浆钻孔及大位移水平定向工艺
小保当煤矿埋深多在 300 米至 400 米左右，在该深度下实施离层注浆，需要重点解决“单孔消纳量小、钻孔打设成本高”的难题。项目团队攻克了地层软硬夹杂、易塌孔、斜孔定向偏差等物理障碍，成功应用了大位移丛式井定向注浆工艺：
- 大位移水平定向钻进：为减少地表占用和土地协调费用，项目采用“丛式井”一站式布置。定向斜钻孔在穿过表层风积沙与泥岩隔水层后，开始沿预定轨迹进行大曲率偏斜，水平位移控制在不小于 95 米。这使得单个地表平台能够覆盖并控制极宽的地下采空区靶向范围。
- 丛式孔靶区精确定位：通过高精度电磁测斜仪与随钻测量系统，确保终孔层位稳稳落在采空区导水裂隙带顶部、主关键层底面以下 0m~15m 的极限区间内，规避因打穿关键层进入垮落带而漏失跑浆的风险。
- 防塌孔与分段固井封口：由于上部表层沙石及泥岩易松软变形，定向钻采用“三级套管物理封固水害防线”，用特制高标号水泥浆进行全管段固井，彻底切断地表沙层、浅部地下水层与深部采空区的通道，确保注浆憋压不泄露、地表不反喷。
四、从“固废包袱”到“绿色财富”：“一注五减”生态效益核算
小保当百万吨级项目的落地，在技术和环保界确立了“一注五减”的成效：
- 1. 减沉 (地表保护)：高压固结浆体支撑关键层，阻断覆岩弯曲裂缝向上延伸，地表下沉系数降至 0.18 以下，房屋与村庄免予拆迁。
- 2. 减震 (防冲减载)：浆体支撑老顶防其突脆断裂，将弹性能在注浆后平缓释放，工作面大能量微震频次下降 55% 以上，围岩动载平稳。
- 3. 减排 (固废消纳)：洗煤厂直接排出原矸，地面直接研磨成悬浮浆体回填井下，矸石消纳率达到 100%，日处理能力最高超 6000 吨。
- 4. 减漏 (保水采煤)：注入区位于导裂带上部，保留并加固了上覆红土防渗层，上部风积沙含水层地下水位保持稳定，零漏失漏水。
- 5. 减碳 (低碳运行)：零水泥添加，全靠矸石浆体自然泌水压实建立承载强度，较膏体充填吨煤运行减少碳排放约 30~45 kg CO₂-eq。
五、榆林绿色矿山建设自查：小保当模式给总工的 5 条落地建议
总工程师在带领团队设计和论证本地煤矸石覆岩注浆可研方案时，可参照小保当的成功案例，进行以下 5 个关键指标的自检：
- 磨矸粒度指标：制成的浆体中，粗骨料的最大粒径是否严格控制在 ≤3.0mm？（建议：若泵送距离长，通过磨机增加中值粒径 $D_{50} le 0.8 ext{mm}$ 的细矸比例）。
- 注浆层位合理性：注浆孔终孔靶区是否完全处于导水裂隙带以上、且有坚硬砂岩段关键层提供顶托？（不可直接打入采空区底部垮落带）。
- 孔壁封固隔离安全：斜定向钻孔穿过表层松软层时，是否采用了完整的三级套管全断面固井设计，预防注浆时沿孔壁反渗？
- 地表联动监测闭环：是否已引入 GPS 连续定位系统、水质在线监测计，将注浆过程中的地表变形和含水层水位接入调度中心可视化看板？
- 技术政策合规性：项目立项时，是否已取得国家矿山安全监察局陕西局及榆林市相关生态环境部门的备案批复？
六、资料依据与行业参考
本文结合公开政策、行业技术资料、煤矿充填开采研究和煤矸石资源化利用资料整理，重点从矿方方案决策和工程落地角度进行解释。公开资料只作为边界依据，具体项目仍需结合矿井地质、采掘计划及现场试验校核。