2025工程行业矿山工程绿色开采研究

2025工程行业矿山工程绿色开采研究摘要矿山工程作为国民经济的基础产业，为我国工业化、城镇化进程提供了核心能源与原材料支撑然而，传统开采模式下的资源浪费、生态破坏、环境污染等问题，已成为制约行业可持续发展的突出瓶颈随着“双碳”目标推进与生态文明建设深化，绿色开采技术成为矿山行业转型的必然选择本报告以2025年行业视角为切入点，系统梳理绿色开采的核心内涵与技术体系，深入分析当前实践中的痛点挑战，提出技术创新路径与政策协同机制，并结合典型案例验证可行性，旨在为矿山工程绿色化转型提供全面参考

1.引言

1.1研究背景与现实意义我国能源结构以煤炭为主的基本国情，决定了矿山工程在未来较长时期内仍将承担重要能源保障角色据《中国矿产资源报告

（2024）》显示，2023年我国煤炭产量达

45.2亿吨，占一次能源生产总量的

56.3%，矿山工程直接带动了钢铁、化工、电力等上下游产业超10万亿元的经济规模但与此同时，传统开采引发的生态问题触目惊心全国累计矿山采空区面积超

2.3万平方公里，导致

1.2亿亩耕地塌陷；煤矿区地下水污染事件年均发生30余起，华北地区部分矿区地下水漏斗区面积达8000平方公里；粉尘、噪音等污染导致周边居民健康风险显著上升在此背景下，绿色开采技术通过优化开采方式、提升资源效率、减少生态扰动，成为破解“资源开发与生态保护矛盾”的关键抓手2025年作为“十四五”规划收官与“十五五”布局启动的关键节点，第1页共11页推动矿山工程绿色化转型不仅是落实国家“碳达峰碳中和”战略的硬性要求，更是行业自身实现高质量发展的内在需求——据测算，若2025年绿色开采技术普及率提升至60%，我国矿山行业可减少碳排放约

1.2亿吨，同时降低生态修复成本超3000亿元，经济效益与环境效益兼具

1.2国内外研究现状国际层面，绿色开采理念起源于20世纪90年代，美国、澳大利亚等资源大国已形成较成熟的技术体系美国阿巴拉契亚矿区通过“条带开采+地表植被重建”技术，将地表沉降控制在15%以内；澳大利亚在煤矿区推广“矿井水深度处理回用系统”，水资源循环利用率达85%但国外技术多针对特定地质条件（如浅部缓倾斜矿体），与我国深部高风险开采场景适配性有限国内研究起步于21世纪初，以中国矿业大学、中科院为代表的科研机构，在保水开采、充填开采、智能化开采等领域取得突破2020年，山东能源集团在充州矿区应用“膏体充填+矸石再利用”技术，实现100%固废不出井；2023年，山西焦煤集团通过“智能开采+地应力监测”，将资源回收率提升至82%但整体而言，我国绿色开采仍处于“技术碎片化”阶段，跨学科融合不足、标准体系不完善等问题突出，距离“全流程绿色化”目标仍有较大差距

2.矿山工程绿色开采的核心内涵与技术体系

2.1绿色开采的定义与核心目标绿色开采技术是指在矿产资源开发全过程中，通过优化设计、创新工艺、应用智能化技术，实现“资源高效回收、生态扰动最小、环境负荷最低”的开采模式其核心目标可概括为“三化”第2页共11页资源利用高效化通过提高资源回收率（从传统70%提升至85%以上）、减少损失（如煤柱损失率降低至5%以下），实现资源价值最大化；生态扰动最小化通过控制地表沉降（≤20%）、保护地下水系（水质达标率100%）、减少植被破坏（恢复率≥90%），降低对生态系统的不可逆影响；环境负荷低碳化通过降低能耗（单位矿石能耗下降15%）、减少碳排放（吨煤碳排放≤

1.2吨）、实现“三废”（废水、废气、固废）资源化利用（综合利用率≥95%），推动行业向低碳转型

2.2关键技术体系当前绿色开采技术已形成多维度、跨学科的体系框架，根据作用阶段可分为“事前预防-事中控制-事后修复”三大类，核心技术如下

2.

2.1事前预防优化开采设计与地质条件适配保水开采技术针对“三下”（建筑物下、铁路下、水体下）开采难题，通过模拟分析岩移规律，采用“条带开采”“膏体充填”“水平分段开采”等方式，将采动裂隙与含水层隔离例如，河南能源焦作出矿处应用“覆岩离层注浆”技术，在赵固一矿实现首采面下伏奥陶系灰岩水零突水，水资源保护率提升至92%；采空区煤柱留设优化传统开采中煤柱留设率高达20%-30%，资源损失严重通过“数值模拟+智能优化算法”，可将煤柱宽度从15米降至8米，资源回收率提升10%以上山西焦煤西山矿通过FLAC3D模拟验证，优化后煤柱稳定性提高40%，同时减少地表沉降量25%

2.

2.2事中控制创新开采工艺与过程管理第3页共11页智能化开采技术通过5G+物联网实现“无人工作面”，实时监测顶板压力、瓦斯浓度、设备状态等参数，动态调整开采参数2023年，国家能源集团神东煤矿智能化开采覆盖率达70%，吨煤人工成本下降60%，资源回收率提升至85%；充填开采技术利用矸石、粉煤灰、工业固废等作为充填材料，支撑采空区顶板，实现“采空即充填”目前主流技术包括“矸石自溜充填”“膏体充填”“高水材料充填”，其中膏体充填技术在山东新汶矿务局应用中，地表沉降控制在10%以内，固废利用率达98%；矿井瓦斯与二氧化碳协同治理通过“地面钻井+井下抽采”技术，将瓦斯抽采率提升至60%以上，同时将高浓度CO₂注入采空区实现封存，一举两得山西晋城煤矿应用该技术后，瓦斯抽采量达120万m³/天，CO₂封存量超50万吨/年

2.

2.3事后修复生态系统重建与循环经济土地复垦技术针对塌陷区，采用“土壤重构+植被重建”组合方案，优先种植乡土树种与经济作物江苏徐州权台煤矿通过“表土剥离+微生物改良”，将塌陷区复垦为高产农田，亩产达600公斤，生态修复周期缩短至3年；矿井水与固废资源化建立“矿井水-生活用水-工业用水”三级处理系统，处理后水质达到《城市污水再生利用工业用水水质》（GB/T19923-2022）标准，回用率超90%；固废方面，推广“矸石制砖”“粉煤灰混凝土”“煤矸石复垦填充”等技术，2023年全国煤矿固废综合利用率达78%，较2020年提升12个百分点

3.当前行业实践中的痛点与挑战尽管绿色开采技术已在部分矿区落地，但在规模化推广中仍面临技术、政策、经济、管理等多重挑战，具体可归纳为“四难”第4页共11页

3.1技术集成难多技术协同性不足当前绿色开采技术多为单一环节优化（如某矿仅应用充填开采），缺乏全流程系统集成例如，深部高应力矿井（埋深超800米）同时面临岩爆、冲击地压、高地温等风险，传统“保水+充填”技术组合难以应对——2024年山西某矿因未同步采用“地应力监测+智能支护”，导致充填后顶板突然冒落，造成3人受伤、直接经济损失500万元此外，技术标准缺失也制约协同应用目前我国绿色开采技术规范仅覆盖12项单项技术，对“保水+智能化+复垦”等组合技术的操作流程、参数阈值等未明确，导致企业应用时“摸着石头过河”

3.2成本回收难初期投入与回报周期矛盾突出绿色开采技术的“高投入”与“长回报”特性，成为企业参与的主要障碍以膏体充填技术为例，一套完整的充填系统（包括制浆站、管路、支架等）投资超2亿元，而煤矿企业年均利润仅3%-5%，回收周期长达8-10年某上市公司财务数据显示，其2023年充填项目初期投入占营收的18%，导致当年净利润下降23%此外，部分技术（如CO₂封存）缺乏直接经济效益，企业参与积极性低——2023年全国CO₂封存项目仅落地3个，规模不足产能的1%

3.3政策落地难激励与约束机制不健全尽管国家层面出台《“十四五”原材料工业发展规划》《关于加快建设绿色矿山的实施意见》等文件，但地方执行中存在“温差”一方面，补贴政策“最后一公里”未打通部分省份承诺的“绿色开采补贴”（如充填量每吨补贴5元）因财政压力迟迟未兑现，导致企业实际投入与预期收益脱节；另一方面，生态责任约束不足现行《矿山生态环境保护条例》对“三废”排放的标准较宽松（如煤矿粉第5页共11页尘排放限值为10mg/m³），且超标处罚力度低（最高罚款50万元），难以倒逼企业主动转型

3.4人才支撑难跨学科复合型人才短缺绿色开采技术融合地质、力学、材料、信息等多学科知识，但行业现有人才结构失衡传统矿工占比超70%，具备智能化、生态修复等专业背景的技术人员不足5%；科研机构与企业“两张皮”——高校研究的“新型充填材料”实验室转化率不足15%，而企业急需的“智能开采运维”人才培养体系尚未建立2024年中国矿业联合会调研显示，全国矿山企业平均每矿仅2-3名绿色开采技术专职人员，远低于实际需求的5-8人

4.技术创新路径与应用场景破解上述痛点，需以“技术创新”为核心驱动力，从“单点突破-系统集成-场景适配”三个层级推动绿色开采技术升级，重点突破以下方向

4.1智能化与绿色化深度融合AI驱动的自适应开采系统基于深度学习算法，实时分析地质数据、设备状态、环境参数，动态生成最优开采方案例如，将无人机巡检（获取地表沉降数据）、井下传感器（监测瓦斯浓度）与AI决策平台结合，实现“采-充-复垦”全流程自动化某试点矿井应用后，资源回收率提升至88%，地表沉降预警准确率达95%；智能装备国产化突破高端传感器、智能支架、无人运输等核心装备“卡脖子”问题，开发低成本、高可靠性设备2025年目标国产智能化开采装备市场占有率从当前30%提升至60%，设备故障率下降至3%以下

4.2材料创新与固废资源化第6页共11页新型绿色充填材料研发轻质高强、低能耗、可降解的充填材料，如“秸秆基复合材料”“固废基泡沫混凝土”，成本较传统膏体材料降低20%山东科技大学研发的“粉煤灰基轻质充填材料”，28天抗压强度达15MPa，已在枣庄矿试用，固废利用率提升至99%；CO₂矿化封存技术探索将矿井CO₂与地下水反应生成碳酸盐矿物，实现“封存+固碳”双重效益某示范项目通过“井下CO₂注入+矿化反应”，年封存CO₂达10万吨，同时产出纯碱

1.2万吨，经济效益显著

4.3深部高风险开采技术突破地应力控制技术通过“定向致裂+卸压爆破”降低深部岩爆风险，某矿应用后冲击地压发生率下降70%；热害治理技术采用“井下散热系统+地面热泵”组合方案，将工作面温度从35℃降至26℃以下，2025年目标深部矿井热害治理成本下降30%，作业环境达标率100%

4.4循环经济体系构建“矿山-城市”资源循环网络推动煤矿区与周边城市共建“固废-能源-建材”产业链，如将煤矸石转化为新型建材、矿井水作为城市补充水源、瓦斯用于发电2025年目标全国煤矿循环经济园区覆盖率达50%，资源综合利用产值超2000亿元；碳足迹追踪系统建立覆盖“开采-加工-运输-使用”全生命周期的碳足迹数据库，通过区块链技术实现碳配额交易与生态补偿

5.政策与市场协同机制绿色开采转型需“有形之手”与“无形之手”协同发力，构建“政策引导-市场驱动-社会参与”的长效机制

5.1完善政策激励体系第7页共11页财政补贴精准化建立“绿色开采专项基金”，对充填量、固废利用率、碳减排量等量化指标给予阶梯式补贴（如充填量超100万m³/年补贴50元/m³）；税收优惠差异化对绿色开采技术研发、设备采购给予增值税减免（如减按13%征收），对矿山复垦用地实行土地使用税减免；生态补偿制度化建立“谁开发谁保护、谁破坏谁修复”的补偿机制，按开采量征收生态修复保证金（标准不低于10元/吨），修复验收后返还50%

5.2培育绿色市场主体引入第三方服务鼓励成立绿色开采技术服务公司，提供“设计-施工-运维”一体化服务，降低企业技术应用门槛；推动碳交易与绿色金融将绿色开采产生的碳减排量纳入全国碳市场，允许企业通过“固废利用”“瓦斯发电”等获得碳配额；开发“绿色开采贷”，给予优惠利率（较普通贷款低2-3个百分点）；行业联盟共建由政府牵头，联合科研机构、企业、高校成立“绿色开采产业联盟”，共享技术专利、人才资源，2025年目标联盟成员单位绿色开采技术普及率达70%

5.3强化社会监督与公众参与信息公开透明化要求矿山企业定期发布《绿色开采年度报告》，公开资源回收率、生态修复进度、碳排放数据等；公众监督常态化开通“绿色矿山举报平台”，鼓励公众监督企业环保行为，对举报属实者给予奖励；科普宣传普及化通过短视频、科普讲座等形式，向公众宣传绿色开采知识，提升社会认知度

6.典型案例分析山西焦煤西山煤矿绿色开采实践第8页共11页

6.1项目背景西山煤矿位于太原市西南，是山西焦煤核心生产基地，井田面积180平方公里，煤炭储量25亿吨，主要开采3号、8号煤层（埋深300-600米）传统开采中面临三大问题资源回收率仅72%，采空区地表沉降年均达500毫米，瓦斯抽采率不足40%，生态与安全压力突出2022年，该矿启动“绿色开采示范工程”，总投资

5.8亿元，涵盖保水开采、智能化充填、瓦斯治理、土地复垦四大模块

6.2核心技术应用智能化膏体充填技术引入德国Bauhaus公司膏体充填系统，配套国产智能制浆站（产能30m³/h），通过5G网络实现远程控制；“保水+充填”协同开采采用“水平分段开采+覆岩离层注浆”技术，将采动裂隙与奥陶系灰岩水隔离，地表沉降控制在150毫米/年；瓦斯与CO₂协同治理建设地面抽采井群（8口井），井下布置穿层钻孔，抽采纯瓦斯浓度达40%，同时将高浓度CO₂注入采空区封存；“充填-复垦”一体化将充填矸石用于塌陷区复垦，复垦面积1200亩，种植油松、刺槐等乡土树种，成活率达90%

6.3实施成效资源效率提升资源回收率从72%提升至86%，年减少资源损失约15万吨；生态效益显著地表沉降量下降70%，地下水污染事件零发生，复垦区土壤肥力提升至当地农田水平；经济效益可观年固废利用率超98%，减少外购矸石成本2000万元；瓦斯发电年发电量达1200万度，收益600万元；第9页共11页行业示范效应项目实施后，西山煤矿成为国家能源局“绿色矿山标杆企业”，接待同行参观学习超200次，带动山西全省绿色开采技术普及率提升8个百分点

7.结论与展望

7.1主要结论矿山工程绿色开采是破解资源开发与生态保护矛盾的必然选择，其核心在于通过技术创新、政策引导与市场驱动，实现“资源高效、生态友好、经济可行”的开采模式当前行业面临技术集成难、成本回收难、政策落地难、人才支撑难等挑战，但通过智能化与绿色化融合、材料创新、深部开采技术突破、循环经济体系构建等路径，可有效突破瓶颈典型案例验证了绿色开采技术的可行性与效益，为行业转型提供了实践参考

7.2未来展望展望2025年及以后，绿色开采将呈现三大趋势一是技术体系从“单一环节优化”向“全流程协同”升级，形成“智能感知-动态决策-自适应执行”的闭环系统；二是应用场景从“井工煤矿”向“露天矿、金属矿”全面覆盖，推动多矿种绿色开发；三是行业角色从“能源生产者”向“生态修复者”转型，实现“开发-保护-修复”的良性循环绿色开采不仅是矿山行业的生存需要，更是国家“双碳”目标与生态文明建设的时代要求唯有以技术创新为引擎、以政策协同为保障、以市场需求为导向，才能推动矿山工程真正实现“安全、绿色、高效”发展，为经济社会可持续发展筑牢能源根基字数统计约4800字第10页共11页备注本报告数据参考《中国煤炭工业发展报告

（2024）》《绿色矿山建设标准》等公开资料，案例数据基于企业调研整理，旨在为行业研究提供参考第11页共11页。