特约报道
祁和刚，上海人，教授级高级工程师，中国矿业大学兼职教授，现任中国中煤能源集团有限公司总工程师、副总裁，国源时代煤炭资产管理公司专家董事。兼任中国煤炭学会副理事长，煤炭工业井工开采委员会副主任，国家安全生产专家，中央企业安全生产专家。
祁和刚同志长期致力于采矿工程研究与技术管理，历任煤矿技术员、工程师、副总工程师、矿长、局总工、集团总工、研究总院院长。针对我国煤炭开采的多样性、复杂性、安全性等技术难题，他坚持问题思考、理论研究、技术变革、工程实践。创造性提出了“高精勘探，三维设计，数控建井，智能开采”的现代采矿技术思想，创立了优化开采理论和方法，构建了煤矿井下“采-充-留”一体化科学开采体系，创导了绿色开采、智能开采的技术变革，攻克了可视化地质建模、自优化三维设计、防冲、控水等技术难题，发明了“优化开采”、“短充长采”、“深部开采”、防冲、控水新技术、新方法，组织或参与研究编制了《煤矿安全高效现代化技术标准》《智能化矿山标准》，初步形成了现代科学采矿体系。并以从优、从简、从省的设计理念；工业广场简化、井下优化、装备强化的建井模式；减量优化、低本研究的生产方式；指导矿井优化设计、优化建设、优化开采，累计节约投资、降低成本近百亿元。主持完成了国家重大科技项目10多项，组织或参与国家、行业创新标准或方法10多项。多年来，先后获得国家科技进步奖1项、省部级科技进步奖30多项，拥有发明和实用新型专利10多项，撰写论文30余篇、专著3部。先后被评为全国优秀科技工作者、煤炭行业突出贡献专家，获得孙越崎能源大奖、全国杰出工程师奖、省级优秀科技工作者，享受国务院政府特殊津贴。
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国家能源革命已经全面展开，清洁、低碳、安全高效现代能源体系正在加速构建[1-3]。作为我国很长一段时期内的主导能源[4-6]，煤炭仍将持续保持30亿t以上的总年产量[7-9]。目前，东部产能递减、中部稳中有降、西部增量加快，持续高强度开发，在我国所有产煤矿区，开采均由浅部进入深部[10]，采矿地质条件趋于复杂，开采难度日益增大，传统开采技术瓶颈愈加突出，煤炭开采带来的一系列安全与环境问题愈加明显，技术变革势在必行[11]。因此，笔者提出了一种可以兼顾安全生产、资源节约和环境保护的开采模式，即“短充长采”开采模式。
传统地下开采布置方式的革新一直停滞不前，尤以采掘接替方式和工作面布置方式最为明显，依旧存在回采巷道布置多、区段煤柱留设多、资源损失量大的情况。无煤柱开采技术经过近20年的发展[12-17]，形成了多套理论与技术体系，但每种技术对采矿地质条件都要求苛刻，均局限了其适用范围。以留设区段煤柱为主的护巷(采)模式仍占绝大多数。在我国主力产煤区域—晋蒙陕地区，这种情况尤为明显[18-21]。以留设区段煤柱保护采掘空间，在采前是保护，采后却成为安全隐患。根据中煤集团近百对地采矿井的开采经验分析，进入深部以后，因煤柱引起的应力集中和覆岩移动落差，引起的巷道围岩变形的速度和程度剧增，采场矿压的强度和幅度剧增，动力灾害发生的烈度和频度剧增。
留设区段煤柱，首先造成煤炭资源巨额浪费，我国每年在开采中因遗留区段煤柱丢失了约3亿 t煤炭资源[7]，占开采总量的近10%。遗留煤柱在开采前是对采掘系统的保护，但是再采后却成为安全隐患。煤柱形成局部应力集中，一旦失效，能量突发释放，极易诱发动力灾害[22-23]。
同时，遗留煤柱也是井下煤炭自然发火的主因之一，其产生的爆炸引火源和有毒有害气体一直是煤炭地下开采的顽疾。因此，亟待研发一种适用性更广泛的无煤柱开采技术。
煤炭开采伴生大量矸石[24]。矸石的地面资源化利用范围有限，能用以高效发电或转化为建材的比例极低。在我国绝大多数矿区，提升至地面直接排放仍是主要处理方式。矸石地面堆放、自燃等造成严重土地侵占、土壤质地污染、地表水污染与大气污染[25-26]。在我国中部东部地区，部分矿区以排放矸石作为地面生态修复材料填埋入煤矿塌陷区，对地表生态形成二次损伤，亦是一种以污至污的方式，尤其是地表水系发达地区更为严重。大量矸石输送至地面，造成无效提升，严重加剧煤矿生产压力，能源损耗巨大。在我国东部矿区部分矿井，甚至专门建设矸石提升井用以提升排放。以平均3亿t/a产能的中煤集团为例，年均提升3 000万 t矸石至地面，提升及运输耗能超过1.2亿kW时，仅矸石出矿外排费用超过10亿元以上，环境污染补救费用更难以估量。
2014年，国家十部委联合下达《煤矸石综合利用管理办法》18号令[27]明确指出：“第十条 新建(改扩建)煤矿及选煤厂应节约土地、防止环境污染，禁止建设永久性煤矸石堆放场(库)。第十一条 煤炭生产企业要因地制宜，采用合理的开采方式，煤炭和耕地复合度高的地区应当采用煤矸石井下充填开采技术，其他具备条件的地区也要优先和积极推广应用此项技术，有效控制地面沉陷、损毁耕地，减少煤矸石排放量。”解决由煤炭衍生的，以矸石为主的固体废弃物[47]排放问题已迫在眉睫。
已有探索性研究和实践表明，煤矿井下分选和就地充填，尤其在深部，在降低传统垮落法开采对地下岩体的破坏的同时，可以有效消除矸石地面排放和提运压力，实现深部煤炭资源高效、安全、绿色科学开采，是我国进入新时代实现绿色采矿、保护生态环境、建设美丽矿山的重要途径[28-29]。然而，深部井下分选方法及系统空间构建、采煤与充填能力协调、采充能效与岩层控制的协同等存在亟待突破的理论、技术及配套装备研发难题，已成为行业可持续绿色发展的共性难题。
在充填开采方面，我国近年来已经建立了煤矿综合机械化充填开采技术体系[23,28,30]，涵盖了矸石等固体材料、膏体材料和高水材料充填工艺及配套装备[24,30-32]，相继在河北、山东、山西、河南等省区大范围推广应用[30,33-35]。我国在充填开采理论研究、材料研发和装备制造方面已处于国际领先水平[24,31,36-39]。然而，充填开采发展至今其实施目的仍主要是控制覆岩下沉，保护地表或隔水关键层等[40-43]。在这种应用要求下，需要在长壁开采工作面形成全断面密实充填。在多煤层开采时，甚至采用类似条带开采的方式，宽煤柱与充填面交替布置保障上覆岩层的变形控制[44]。密实充填造成了工艺的复杂，因此，密实充填开采工作面年产能均被限制在100万 t以内，不适宜当下高产高效生产的需求。另一方面，矸石作为充填材料的主要来源，在原煤中所占比例平均低于15%，其体积不足以充填采煤形成的全部采空区，难以进行大规模密实充填控制沉陷(图1)。密实充填在已有的应用煤矿，多用在特殊地段，而非全矿井。旨在控制覆岩移动的密实充填开采模式，即全采全充模式近年推广受限。因此，亟待研究一种高效的，服务于矸石产生量的充填新模式。
图1 全采全充的综合机械化密实充填开采技术
Fig.1 Fully-mechanized mining with dense backfilling technology
在井下分选方面，我国部分矿区开展了井下煤矸分选技术研发与实践。山东良庄矿业建成了选择性碎选系统，冀中能源集团、开滦集团、平煤集团、新汶集团等建成了井下跳汰或重介分选系统，井下煤矸分选技术应用取得了进展[48-49]。然而，选择性碎选方法效果差、适用范围窄；跳汰、重介质分选设备尺寸大、耗水量高、煤泥水处理及介质回收净化系统复杂，系统布置要求硐室大断面，维护困难，运营成本高，不适宜在煤矿深井高应力环境下应用(图2)。
图2 井下湿法分选技术
Fig.2 Huge underground wet coal separation technology
因此，亟待研发一种轻量化的，模块化的，无水无介、可灵活布置的分选工艺应用于井下。
为破解传统开采技术难题，构建安全、高效、绿色、智能新型科学采矿技术体系，实现煤炭高质量发展，中煤集团联合中国矿业大学、安徽理工大学、河北工程大学行业专家开展了《煤炭绿色开采技术变革》的项目研究，研究结论认为，新煤炭地下开采科学开采体系应该具备以下特点(图3)：①优化开采：优化采掘关系，减少掘进头，减少工作面，减少工作人员。煤炭开采技术，尤其是掘进技术，由落后发展为先进；②无巷开采：回采巷道由少掘巷发展为无掘巷；无煤柱开采：区段煤柱由宽变窄，由窄化无；无人化开采：采掘工作最终实现无人化。③智能开采：采、掘、充填、留巷和井下分选等工艺由自动化到集控化，最终实现智能化。④绿色开采：在优化、无巷、智能的基础上，实现环境低伤害、围岩低损伤和资源低损失的友好开采模式。
图3 煤炭绿色开采技术变革的发展目标
Fig.3 Development goal of green mining technological change
基于上述科学开采体系的发展思路和行业发展的困局，经研究认为，应研发一种：基于充填与留巷基础理论，设计一种与矸石体积等量的充填带(替换煤柱)，形成快速充填、高效开采、采充分离的小矿压、微变形、无煤柱连续开采新模式，即“短充长采”开采模式。
以煤矿井下采区内就近分选的矸石为主形成的固体废弃物充填带取代区段煤柱，通过边采、边充、边留巷，构建短充留巷、长壁开采的“采-充-留”三位一体的生产方式，形成井上无矸石、井下无煤柱、资源低损失、岩层低损伤的现代科学开采技术体系，称为“短充长采开采模式”，其技术原理如图4所示。
图4 “短充长采”开采模式技术原理
Fig.4 Mining mode technical principle of “Short-Wall Filling & Long-Wall Mining”
短充填工作面本身的形成，类似掘进了1条巷道，即以“采-充”取代了掘进，其接续方式类似沿空留巷基础上的连续性开采接续布置。以采代掘，以充代掘，解决了传统开采的一系列问题，也提出了一系列应用难题，其相关科学问题、理论难题、技术难关亟待解决。
在“短充长采”开采模式的技术原理下，采场覆岩整体机构运移在变化形式上和速率上均将明显有别于传统开采方法。据此，拟解决3个关键的岩层控制科学问题：①在整个采场的大结构上，“充填带-采空区-留巷充填体”对覆岩移动的协同控制原理；②在充填带控制的覆岩小结构上，其影响区域对覆岩积聚能量缓慢释放功能的控制机理；③在关键功能区，即留巷补强衔接位置，充填留巷非对称耦合协调控制的机理。总结为2项岩层控制基本理论(图5)：一是固体废弃物充填带能量缓释理论；二是“短充长采”低损伤岩层控制理论。
图5 “短充长采”科学技术路线
Fig.5 Technical route of “short-wall filling & long-wall mining”
基于固体废弃物的散体力学特性，提出短充填带能量缓释理论：传统煤柱，在掘进形成后对覆岩的干预较小，煤柱主体依然保持为弹塑性体；一次采动状态下，煤柱产生应力集中，开始快速继续能量；随着二次采动的加剧，煤柱能量高度积蓄，接近失效，构成威胁。短充填带可以构成能量渐次消减与延伸扩散，避免其突然释放。因此，传统留煤柱的方法容易形成能量的突发释放；通过充填形成的短充填带(图6)，在形成后提前干预顶板结构，形成一定破坏，开始适度释放覆岩积蓄的能量，且自身形变吸收一部分能量；一次采动叠加扰动后，与长工作面采空区覆岩联合形变，缓慢释放能量，承载重心与形变刚度重心均向采空区一侧延伸。二次采动后，充填带逐渐接近充分变形，能量释放速率逐渐减弱，围岩趋于稳定。
图6 固体废弃物充填带的能量缓释作用
Fig.6 Energy release effect of solid waste backfilling
从应力的演变上(图7)：传统煤柱的应力峰值，经历了一次采动、二次采动激增，最终应力高度集中，失稳形成，触发动力灾害；短充填带取代煤柱时首先经历承载突降，然后经历一次、二次采动的承载缓慢增加，应力集中向深处转移，不存在失稳，可有效避免动力灾害。
在对动力灾害的防治方面，短充填带提前导致围岩卸压，释放能量，同时也为灾害预测控提供了条件；基于充填带的散体力学特征，充填带协同开采扰动的上覆岩层对采场整体的卸压过程连续稳定，预先发生延迟技术，相对于传统卸压方法，时效更长，且在预设的充实率下，范围更大。多个充填带的共同作用下，会对采场覆岩应力和形变造成更大范围和长时效的影响，对围岩的整体损伤减低(图8)，因此提出“短充长采”低损伤岩层控制理论。
图7 传统煤柱与充填带的应力演变对比
Fig.7 Stress evolution comparation in surrounding rock with conventional coal pillar and backfilling zone
图8 传统煤柱与充填带应力和形变模拟差异
Fig.8 Simulation difference of stress and strain with conventional coal pillar and backfilling zone
传统留设煤柱在覆岩移动的位态上容易形成变形梯度差异，进一步演变为裂隙扩张。在煤柱时效破坏以后，原扩张裂隙虽部分闭合，但损伤已不可逆，突发破坏更会加快裂隙向深部延伸。遗留煤柱在失效前，是应力、应变和能量传递与分散的屏障，失效之后则是围岩损伤甚至灾害发生主因。固体废弃物充填带，通过密实度可控的充填，可以有效消除形变的梯度差异，从源头提前避免大尺寸裂隙扩张。采场上覆岩层的形变发生时机被串联起来，且整体形变时间被延长。在应力分布上，充填带与采空区构成横向连续且持续的承载卸压；在形变特征上，相对均匀缓慢的纵向协调的覆岩联合整体形变实现围岩的低损伤(图9)。
图9 “短充长采”对覆盖层移动协调控制机制
Fig.9 “Short-wall filling & long-wall mining” coordinately control mechanism of overlying strata
基于“短充长采”技术原理和对应岩层控制理论，5项关键技术研发势在必行(图10)：①长短接替的工作面，苛求“短充长采”整个系统有一套全新的采掘设计方法；②分选系统直接布置在采(带)区巷道内，需要一套小体量的新型分选系统。③短充的前提首先是采，匹配于短充的煤炭开采技术研发是首要条件之一。短充填面取代了传统的掘巷，推进速度必须匹配于“短充长采”技术要求，必须形成一套高效充填系统。④留巷技术作为整个技术的关键环节，决定了技术成功与否。⑤在“短充长采”技术模式下，每个环节层层相扣，在生产关系上互相牵制，对采、选、充和留的时空关系提出了更为严谨的技术要求，必须形成一套集成控制系统。
图10 “短充长采”系统设计思路
Fig.10 Design thought of “short-wall filling & long-wall mining” system
“短充长采”整个采场的系统设计首先要服从井下煤矸分选比例，以及从地面投放[47]的其他固体废弃物总量。根据岩层控制的要求和采掘生产关系，尤其是长短面推进度的衔接关系，确定短充填面的密实充实度和其它关键参数，在面宽与充实度之间探究最优节点。综合岩层控制的基本理论、分选和废弃物投放系统的运行机制以及采掘生产关系，建立一套更够实施数据跟踪调整和修正“短充长采”系统设计动态大数据模型，在每个短面形成前，都可以根据固体废弃物总量，矿压显现变化等核心参数进行设计调整，实现系统最优化。
在采(带)区巷道内直接布置分选系统，对分选设备提出更高要求：轻量化的、模块化的、系统简单的、几乎不耗水的、移动便捷的、智能化控制的分选系统。光电分选，一种近年初步开始应用于地面洗煤厂的智能干法分选系统(图11)，利用X射线识别原煤中的煤与矸，并采用高压气流实现煤矸分离。该技术基本具备井下分选的技术要求，具有广泛的适用性。因此，展开了光电分选井下应用的一系列研究：构建了模块式紧凑型煤矸高效智能光电分选技术原型，提出适应于井下煤矸光电分选的可选性及分选效果评价方法，进行分选工艺流程环节的协同控制与过程优化，确定了井下宽粒级煤矸光电分选工艺流程(图12)。优化光电分选流程各作业单元的时空联系，提出与采、充、留协调适配的井下模块式煤矸光电分选系统空间布局方法，实现了深部井下光电分选系统的空间紧凑布局。揭示煤矸高效分选多参数协同作用机制，建立煤矸分离精度与多参数间的数学关联模型，提出了井下宽粒级煤矸光电分选多参数协同优化方法及智能控制策略，并构建运行状态和故障监测物联网系统，实现系统一键式生产控制及无人值守。进一步研究了煤矸光电分选技术原型的放大机制，研发射线安全防护，粉尘污染控制技术，研发适用于井下复杂环境的模块式高可靠性、高安全、智能化煤矸光电分选设备，构建了与采、充、留协调适配的深部井下煤矸高效光电分选成套系统。
图11 煤矿井下智能干法分选系统
Fig.11 Intelligent dry separator system in undergound coal mine
图12 煤矿井下智能干法工艺流程
Fig.12 Intelligent dry separator process in undergound coal mine
基于“短充长采”技术需求，研发了一整套前进式自成巷开采成套设备(图13)。
图13 前进式自成巷开采成套设备
Fig.13 Advancing and automatic complete tunnelling equipment
巷式联采机通过加长加强摇臂，延伸割煤范围，实现前进式自成巷道。分体式护锚自移架,除承担端头支护，同时配合切锚机在成巷后迅速完成一次支护。护帮自移架配合工作面充填支架为留巷提供侧向约束和工艺保护。短充填面取代了传统掘巷，而单巷掘进的速度近年来发展迅速[48]。短面的推进速度必须匹配于“短充长采”技术框架下的总体接续要求，与传统密实充填不同，技术目标首重高效。因此，研发了一整套全电控高效充填技术与装备(图14)。
图14 全电控高效充填成套设备
Fig.14 Fully electronically control complete filling equipment
多向固体废弃物带式转载机：可应用与后退式与前进式充填两种转载模式，用以将固体废弃物转载到支架后部固体废弃物底卸输送机。固体废弃物底卸输送机：通过计算机集成控制，可以分组顺序、单机顺序等多种卸料开合模式向采空区高效投放固体废弃物。四柱式全电控充填充填液压支架：全电控系统实现了支架后部推实机构的系统集成控制，以支架后部监测架构探视固体废弃物堆积参数调整推实角度与频率，最终实现废弃物快速接顶。
“短充长采”技术模式下的留巷，提前开始且延后使用。充填带的形成变相降低了短面的采高[49]，因此在充填带的保护下，其短充时段留巷难度虽然降低，但是从成巷到长采使用阶段，服务时长却被延伸了。因此，匹配于“短充长采”特殊需求的快速稳定的留巷技术应运而生：根据不同采矿地质条件和开采工艺的区别，研发了多类型，多功能，多时效，不同条件下的充填留巷技术，例如：①混凝土墩柱补强留巷技术(图15)：在采空区一侧布置一定密度的柔性金属外壳混凝土墩柱和内置矸石砌墙，配合喷浆工艺密封，与充填体联合形成留巷。②快速固结聚和材料补强留巷方式(图16)：借助护帮自移架一侧的约束与密封，在与充填体衔接处注入快速固结聚合材料，强化巷帮支护体，实现留巷。充填带双侧采充留巷因服务工作面的回采顺序不同，双侧留巷的矿压显现特征有明显差异性，留巷支护强度和密封层厚度设计则与巷道服务时长相匹配，分为长时效留巷和短时效留巷。
图15 混凝土墩柱补强留巷方式
Fig.15 Roadway retaining method by concrete pier column strengthening
图16 快速固结聚合材料留巷方式
Fig.16 Roadway retaining method by rapid solidation polymeric material
在采和充上，不仅要进度一致，且要求工艺的高度契合；在充和留上，不仅要工艺趋同，且要求覆岩控制关系的耦合；井下分选系统，则必须匹配与整个“采-充-留”生产系统需要。形成整个开采系统的一键启动、一键闭合、故障分析、快速修复、及时重构，实现整个系统的智能化运行。
基于以上要求，研究了高效、快速、协同的“采-选-充-留”平行作业流程和工作模式，制定符合工程要求的智能开采、井下矸石分选、就地充填和沿充留巷的协同控制方案，建立专用传感器群，对过程参数分步采集、实时传输、集中处理，实现子系统独立运行、全过程数据共享、全方位集中控制的深井煤矿充填开采一体协同机制，形成集智能化开采、井下自动选矸、自动化充填和自行留巷为一体的控制方案。基于物联网信息感知和交互网络，建立了用于研发大数据采集、分析、处理和解释的深度学习型平台，研究“采-选-充-留”过程中的信息独立和共享、区域自治和全局协同，实现功能各异子系统的一体化控制，实时联动，协同作业，建成采充同步、高效分选、边充边留、沿充留巷、无煤柱连续开采的智能控制系统。
中煤集团是以煤为主的唯一的大型央企集团，生产建设矿区覆盖我国晋陕蒙新等12个煤炭主产省区，煤炭产能约占全国10%，下属煤矿的开采条件具有最典型的行业代表性。因此，在2项理论研究和5项创新技术的研发基础下，构建围岩低损伤、环境低伤害、资源低损失、能源低损耗、灾害预防治的“短充长采”安全绿色开学开采体系，建成我国东部、中部和西部一些列示范矿井，指导行业推广与应用。
中煤集团计划至2020年，完成首批6个“短充长采”示范矿井工业性实验；至2025年，应用矿井扩大至25个，且井下煤柱回采率提高60%，矸石等固体废弃物井下处理率达到75%；至2030年，全集团区段煤柱回采率达到100%，固体废弃物实现彻底零排放。
首批示范矿井，阶次使用“短充长采的”3种由低至高的技术模式：模式一，预掘双巷后退充填形成短充填带，且双侧留巷，适用于掘进压力小、煤层具有自然发火性矿井；模式二，预掘单巷前进式充填，一侧沿充填带留巷，一侧自成巷且留巷，适用于有提前探煤和预抽瓦斯需求矿井；模式三，无掘巷前进充填，双侧自成巷且留巷。自中煤集团东部、中部和西部3大开采区域遴选，3种不同条件，对应3种不同的应用需求：①在我国东部千米深强动力灾害区，无煤柱开采一直实施困难，因此，技术实施以消减煤柱为主要目的。②在我国中部传统开采矿区，随着连年高强度开采，环境污染早已饱和，地方对固体废弃物地面排放已经零容忍。因此，以处理固体废弃物零排放为主要目标。③在我国西部生态脆弱区，不仅固体废弃物排放的限制同样严格，随着高强度开采，动力灾害频发。因此以固体废弃物零排放和防冲减灾为综合目标。
1)应用案例一：内蒙古葫芦素煤矿。葫芦素煤矿是我国内蒙古鄂尔多斯地区典型千万吨级特大型矿井，工作面回采巷道布置采用传统的留煤柱方式，随着持续的高强度开发，且采深逐渐增大，遗留煤柱造成的动力灾害发生频率明显提升。在固体废弃物排放方面，葫芦素年均外排近200万t矸石，外排单价也连年递增，环保压力过大，持续发展面临的或为停产威胁。同时，矿周围的电厂产生的粉煤灰等废弃物，地面煤气化产生的固体废弃物等均亟待解决。基于葫芦素矿的条件，在固体废弃物输送方面，采用了地面垂直投放和井下原煤分选结合的方式。设立600 m垂深小孔径垂直投放井，将地面浮选矸石、粉煤灰、气化废渣等一系列固体废弃物综合投放如井下，会同井下分选的矸石，一同输送至充填工作面。在井下，首次实现千万吨级原煤井下分选，采用“短充长采”技术，利用充填带缓慢变形的卸压能力，对短工作面全面充填，构筑人工卸压带。以沿空留巷作为长短面衔接节点，构筑卸压通道，缓解长面的矿压，利用有限的充填资源实现充填功能最大化。应用首批高效全电控充填开采成套设备，短面充填能力超过200万 t/a，实现全采区无煤柱开采，有效控制覆岩层变形，提前解决强动压治理难题，解放副井提升压力，实现固体废弃物零排放，形成西部首个“短充长采”科学开采示范矿山。葫芦素煤矿投料系统于2018年初动工形成，井下“短充长采”与分选系统将在2018年底完成，开始工业性实验。
2)应用案例二：安徽省刘庄煤矿。刘庄煤矿属我国东部千米深、多种灾害共存和资源赋存极度复杂的千万吨级特大矿井。在极度困难的开采条件下，刘庄煤矿维持千万吨产能压力巨大，其采掘生产关系紧张，且因深井矿压影响，难以实现无煤柱布置、连续性开采。基于刘庄煤矿的条件，在固体废弃物输送方面，采用多煤层多采区集成井下分选的方法，选出矸石集中输送至短充填工作面。利用“短充长采”技术，短面替换煤柱，大幅提高煤炭资源回收率，双侧留巷实现主采工作面连续性接替。沿空留巷采用固结物补强方式，起到留巷作用的同时，完成短充填带的严格密封，对采空区瓦斯集聚和自然发火予以防治。在短充填工作面应用高效全电控充填开采成套设备，充填能力超过100万 t/a，以“采-选-充-留”一体化为手段解决多种煤矿灾害，实现连续生产，解决生产接续压力，矸石井下排放，塑造我国东部高产高效安全绿色矿山。刘庄煤矿井下分选系统将于2018年底完工，2019年开始工业性试验。
形成“短充长采”绿色安全高效科学开采体系，为促进我国煤炭资源开发与环境协调发展提供科学路径，推动煤矿开采与环境协调技术达到国际领先水平。技术推广应用将实现以下指标 ：①绿色开采：井上无矸石，生态美化，环境友好；②安全开采：井下无煤柱，小矿压、微变形、低损伤；③节约开采：矸石换煤柱，资源回采率高，提高5%～10%；④高效开采：采充分区，互不干扰，快速充填，高效开采；⑤经济效益：一是煤矸分离，节能降耗，提升效率，优化规模；二是分区分选，就近分选，系统简单，成本低，效率高。⑥社会效益：一是矸石零排放，保护良田、优化环境；二是矸石换资源，保护资源、绿色发展。
1)随着煤炭资源持续高强度开采，传统多巷多煤柱的开采方式浪费煤炭资源，形成安全隐患；矸石等固体废物地面排放污染环境，损耗能源。煤炭开采的技术变革势在必行。
2)“短充长采”科学开采模式在葫芦素煤矿和刘庄煤矿成功应用，实现井下矸石不升井，经过分选后经输送带直接充填采空区，充填能力分别达到200万 t/a 和100万 t/a。
3)“短充长采”科学开采模式，利用有限的的固废资源集成解决了煤炭开采的资源、安全和环保问题，可以实现井下无煤柱、地面固废零排放。
4)随着“短充长采”2项基本理论的突破和5项核心技术的研发，即将在中煤集团开展大规模推广和应用，并最终向全行业推广。
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