让乌金“极尽其能”的“碳”索者

煤炭资源整体回收率仅仅50%多一些。这个数据着实令人感到震惊，因为它说明历史上煤炭资源浪费的总量接近产出的总量。

如何提升煤炭资源的回收率？特别是当前储量已不多的焦煤、无烟煤等稀缺优质战略性煤炭资源的可持续保供成为亟待解决的世界性难题，如何科学开发与高效利用这些战略性煤炭资源？山西能源学院党委副书记、院长，矿山岩层控制及灾害防控山西省重点实验室主任，山西省煤基资源绿色高效开发工程研究中心主任冯国瑞，十几年如一日，凭借一腔凌云志，直面难题，勇攀科技高峰，为遗煤开采打造出一片璀璨星空。

将需求作追求 深耕科研领域

持续学习、深耕科研，将所学知识贡献到共和国的能源重化工基地，更好回报自己的家乡和祖国。这颗学业有成、报效祖国的种子，早在求学时已深埋冯国瑞的心底。

那是在太原理工大学矿业工程学院就读期间，冯国瑞逐渐认识到：煤炭作为工业的食粮，为我国现代化的建设作出了巨大的贡献，但长期粗放掠夺式的开采使我国煤炭资源的回收率并不高，有很多做法严重超出了生态环境的容量。特别是历史、地质、技术、市场等各方面的原因，很多矿区采优弃劣、采厚弃薄、采易弃难、采肥弃瘦导致了大量的遗留煤炭资源及其可以开发利用的废弃空间，资源浪费是巨大的，生态环境破坏是明显的，对于焦煤、无烟煤等世界性稀缺优质煤炭资源更是如此，一方面是极其有限即将殆尽的资源储量，一方面却是没有科学规划的无序浪费。“这个现状难道不能改变？长此以往煤炭工业的可持续繁荣兴旺与现代化坚强保障如何兜底？”冯国瑞心想。

在家国情怀与使命担当的驱动下，冯国瑞1999年本科毕业后，毅然选择了在本校读研深造，师从康立勋教授攻读采矿工程硕士研究生。

自冯国瑞读研以来，康立勋教授立足山西遗留煤炭资源（以下简称“遗煤”）这一难题，确定了“遗煤开采覆岩面接触块体结构研究”的方向，正式引领冯国瑞走上了煤炭科研的道路。

2005年，冯国瑞在康立勋教授带领下攻关西山煤电集团白家庄煤矿残采区上覆蹬空6号煤层开采技术。他在攻关初期就遇到了煤层开采可行性难以判别的问题。原来的判别方法都是基于“上部煤层在下部煤层开采的裂隙带上部即可、下部不行”这一传统经验理论，致使处于裂隙带的很多可采煤炭资源被判别成不可开采。

冯国瑞经过冥思苦想与反复研讨，认为不应该是仅从层间岩层厚度这个经验的角度出发，而是应该从岩层结构这个可以支撑开采作业的本质出发，研发了基于岩体结构的残采区上行开采可行性定量判定的理论与方法，彻底解决了难题，为后续相关的蹬空遗煤的安全高效回收提供了切实可行的理论基础。

一个“不安分”的人让乌金“极尽其能”

征途已至新起点，不负韶华再出发。国家优秀青年科学基金项目获批后，继续秉持“主动、投入、严肃、创新、卓越”的科研初心，冯国瑞带领团队立足山西，面向全国，聚焦各类遗煤开发与利用难题，系统梳理了我国遗煤开采矿井的时空分布特征，总结了我国遗煤开采的特点和现状，进一步针对复杂赋存条件的遗留煤炭资源开采进行了集中攻关和成果转化应用推广，取得了显著的社会经济效益。

针对不同种类遗煤，冯国瑞创新发明了上行复采、充填复采、综放复采和露天复采等遗煤开采方法。经过大量的开采实践，发现很多遗煤开采表现出明显的多元致灾效应，面临矿压异常显现、地表塌陷严重、瓦斯局部涌出、积水灾害频发等复杂技术难题。他说：“遗煤资源是非常宝贵的地下资源，有着极高的开采价值，我们必须解决这些困难，想办法把这些资源尽可能多地开采出来，实在不能开采的也要想办法充分地高效利用甚至是资源化利用。”

基于此，冯国瑞带领团队反复斟酌、频频研讨、超前规划，提出从遗煤开采多元灾害发生的源头出发探索致灾机理，在此基础上展开一些原创性的技术攻关，突破该领域的“卡脖子”难题。

他还针对性地布局了遗煤开采围岩失稳分源联动控制、遗煤结构充填开采沉陷控制、遗煤采前瓦斯高效协同抽采、遗煤开采水害孕育机理及其防控等研究方向，开展了集中的理论、技术和应用研究攻关，取得了一系列成果。

围绕遗煤开采岩层控制，冯国瑞针对不同种类遗煤揭示了扰动载荷作用下围岩结构的失稳机理，提出了复合残采区煤柱群链式失稳的关键柱理论，形成了复合残采区遗煤开采关键域充填岩层控制技术体系。

除此之外，冯国瑞还聚焦遗煤结构充填开采，发明了结构充填开采的技术方法，开发了以废弃混凝土、生物质灰渣、煤矸石、粉煤灰和分选垃圾等为原料的多种新型结构充填材料，揭示了结构充填岩移控制的核心机制；发明了结构充填材料性能优化测试的新装置与新工艺，构建了基于电阻率法的结构充填效果监测与评价的综合技术体系，实现了三下压煤的高效回收。

牢记科技创新初心争当能源革命排头兵

1984年投产的西山煤电西曲矿，迄今为止已经开采39年。受周边小窑破坏影响及其他历史原因，目前资源匮乏，面临着工作面无法正常接续等问题。这与山西很多矿井如出一辙，面临稀缺遗煤开采的诸多技术难题。为此，冯国瑞在提高煤炭资源回收率、降低万吨掘进率及缓解生产衔接上谋篇布局，成立了“遗留难采煤炭资源安全绿色高回收率开采关键技术研究与示范”项目团队。

西曲矿上组煤仅剩余南三港立村盘区的14306和14307两个工作面。为最大限度提高回收率，西曲矿请来了冯国瑞团队，经过调研，冯国瑞选定14307工作面作为试验工作面。他了解到，当初设计14307工作面的时候，工作面顺槽长度最初仅能布置将近350米，部分地区由于历史原因8#煤已经回采结束，造成了4#煤区域蹬空，不少遗煤资源极其难采。

面对如此困境，冯国瑞创新性地提出在14307工作面前半部实施蹬空开采，后半部分采用沿空留巷技术。这一想法提出后，多方都产生了质疑。原来，这两种技术都对采矿技术和围岩稳定性有着极高要求，更不用说将两个方法结合一起使用。如果蹬空开采过程中没有处理好下伏采空区稳定性的问题，极易导致遗留煤柱的链式失稳，使得整个14307工作面覆岩结构失稳变形。为此，冯国瑞带领团队精化方案，采用多种手段反复测算，提出了科学方案并编制了稀缺遗煤开采的可行性技术报告。经过多方论证，专家一致通过既定的方案，并获得高度评价，14307工作面也顺利开展采掘作业。

固本拓新，奋力开创。在不断地解决着一个又一个难采遗煤安全开采的同时，冯国瑞又意识到残采区浪费的空间和不可采遗煤可以有效利用助力双碳目标实现。他又开始聚焦煤矿残采区空间资源开发和CO2储集面临的重大技术难题，以钱鸣高院士绿色开采和科学开采的学术思想为指导，冯国瑞带领团队首创提出残采区关键域充填储碳空间重构的技术构想。残采区关键域充填储碳空间重构技术构想目前已获得2023年度国家自然科学基金重点项目资助。

冯国瑞凭借孜孜求索的精神，收获“国家杰出青年科学基金获得者”“国家‘万人计划’科技创新领军人才”“科学探索奖”“科技部中青年科技创新领军人才”等多项荣誉。这些荣誉，是他勇攀科学高峰的不断鼓励。在荣誉面前，他继续开拓创新，续写科技创新的新篇章。