讓烏金“極盡其能”的“碳”索者

煤炭資源整體回收率僅僅50%多一些。這個數據著實令人感到震驚，因為它說明歷史上煤炭資源浪費的總量接近產出的總量。

如何提升煤炭資源的回收率？特別是當前儲量已不多的焦煤、無煙煤等稀缺優質戰略性煤炭資源的可持續保供成為亟待解決的世界性難題，如何科學開發與高效利用這些戰略性煤炭資源？山西能源學院黨委副書記、院長，礦山巖層控制及災害防控山西省重點實驗室主任，山西省煤基資源綠色高效開發工程研究中心主任馮國瑞，十幾年如一日，憑借一腔凌云志，直面難題，勇攀科技高峰，為遺煤開采打造出一片璀璨星空。

將需求作追求 深耕科研領域

持續學習、深耕科研，將所學知識貢獻到共和國的能源重化工基地，更好回報自己的家鄉和祖國。這顆學業有成、報效祖國的種子，早在求學時已深埋馮國瑞的心底。

那是在太原理工大學礦業工程學院就讀期間，馮國瑞逐漸認識到：煤炭作為工業的食糧，為我國現代化的建設作出了巨大的貢獻，但長期粗放掠奪式的開采使我國煤炭資源的回收率并不高，有很多做法嚴重超出了生態環境的容量。特別是歷史、地質、技術、市場等各方面的原因，很多礦區采優棄劣、采厚棄薄、采易棄難、采肥棄瘦導致了大量的遺留煤炭資源及其可以開發利用的廢棄空間，資源浪費是巨大的，生態環境破壞是明顯的，對于焦煤、無煙煤等世界性稀缺優質煤炭資源更是如此，一方面是極其有限即將殆盡的資源儲量，一方面卻是沒有科學規劃的無序浪費。“這個現狀難道不能改變？長此以往煤炭工業的可持續繁榮興旺與現代化堅強保障如何兜底？”馮國瑞心想。

在家國情懷與使命擔當的驅動下，馮國瑞1999年本科畢業后，毅然選擇了在本校讀研深造，師從康立勛教授攻讀采礦工程碩士研究生。

自馮國瑞讀研以來，康立勛教授立足山西遺留煤炭資源（以下簡稱“遺煤”）這一難題，確定了“遺煤開采覆巖面接觸塊體結構研究”的方向，正式引領馮國瑞走上了煤炭科研的道路。

2005年，馮國瑞在康立勛教授帶領下攻關西山煤電集團白家莊煤礦殘采區上覆蹬空6號煤層開采技術。他在攻關初期就遇到了煤層開采可行性難以判別的問題。原來的判別方法都是基于“上部煤層在下部煤層開采的裂隙帶上部即可、下部不行”這一傳統經驗理論，致使處于裂隙帶的很多可采煤炭資源被判別成不可開采。

馮國瑞經過冥思苦想與反復研討，認為不應該是僅從層間巖層厚度這個經驗的角度出發，而是應該從巖層結構這個可以支撐開采作業的本質出發，研發了基于巖體結構的殘采區上行開采可行性定量判定的理論與方法，徹底解決了難題，為后續相關的蹬空遺煤的安全高效回收提供了切實可行的理論基礎。

一個“不安分”的人讓烏金“極盡其能”

征途已至新起點，不負韶華再出發。國家優秀青年科學基金項目獲批后，繼續秉持“主動、投入、嚴肅、創新、卓越”的科研初心，馮國瑞帶領團隊立足山西，面向全國，聚焦各類遺煤開發與利用難題，系統梳理了我國遺煤開采礦井的時空分布特征，總結了我國遺煤開采的特點和現狀，進一步針對復雜賦存條件的遺留煤炭資源開采進行了集中攻關和成果轉化應用推廣，取得了顯著的社會經濟效益。

針對不同種類遺煤，馮國瑞創新發明了上行復采、充填復采、綜放復采和露天復采等遺煤開采方法。經過大量的開采實踐，發現很多遺煤開采表現出明顯的多元致災效應，面臨礦壓異常顯現、地表塌陷嚴重、瓦斯局部涌出、積水災害頻發等復雜技術難題。他說：“遺煤資源是非常寶貴的地下資源，有著極高的開采價值，我們必須解決這些困難，想辦法把這些資源盡可能多地開采出來，實在不能開采的也要想辦法充分地高效利用甚至是資源化利用。”

基于此，馮國瑞帶領團隊反復斟酌、頻頻研討、超前規劃，提出從遺煤開采多元災害發生的源頭出發探索致災機理，在此基礎上展開一些原創性的技術攻關，突破該領域的“卡脖子”難題。

他還針對性地布局了遺煤開采圍巖失穩分源聯動控制、遺煤結構充填開采沉陷控制、遺煤采前瓦斯高效協同抽采、遺煤開采水害孕育機理及其防控等研究方向，開展了集中的理論、技術和應用研究攻關，取得了一系列成果。

圍繞遺煤開采巖層控制，馮國瑞針對不同種類遺煤揭示了擾動載荷作用下圍巖結構的失穩機理，提出了復合殘采區煤柱群鏈式失穩的關鍵柱理論，形成了復合殘采區遺煤開采關鍵域充填巖層控制技術體系。

除此之外，馮國瑞還聚焦遺煤結構充填開采，發明了結構充填開采的技術方法，開發了以廢棄混凝土、生物質灰渣、煤矸石、粉煤灰和分選垃圾等為原料的多種新型結構充填材料，揭示了結構充填巖移控制的核心機制；發明了結構充填材料性能優化測試的新裝置與新工藝，構建了基于電阻率法的結構充填效果監測與評價的綜合技術體系，實現了三下壓煤的高效回收。

牢記科技創新初心爭當能源革命排頭兵

1984年投產的西山煤電西曲礦，迄今為止已經開采39年。受周邊小窯破壞影響及其他歷史原因，目前資源匱乏，面臨著工作面無法正常接續等問題。這與山西很多礦井如出一轍，面臨稀缺遺煤開采的諸多技術難題。為此，馮國瑞在提高煤炭資源回收率、降低萬噸掘進率及緩解生產銜接上謀篇布局，成立了“遺留難采煤炭資源安全綠色高回收率開采關鍵技術研究與示范”項目團隊。

西曲礦上組煤僅剩余南三港立村盤區的14306和14307兩個工作面。為最大限度提高回收率，西曲礦請來了馮國瑞團隊，經過調研，馮國瑞選定14307工作面作為試驗工作面。他了解到，當初設計14307工作面的時候，工作面順槽長度最初僅能布置將近350米，部分地區由于歷史原因8#煤已經回采結束，造成了4#煤區域蹬空，不少遺煤資源極其難采。

面對如此困境，馮國瑞創新性地提出在14307工作面前半部實施蹬空開采，后半部分采用沿空留巷技術。這一想法提出后，多方都產生了質疑。原來，這兩種技術都對采礦技術和圍巖穩定性有著極高要求，更不用說將兩個方法結合一起使用。如果蹬空開采過程中沒有處理好下伏采空區穩定性的問題，極易導致遺留煤柱的鏈式失穩，使得整個14307工作面覆巖結構失穩變形。為此，馮國瑞帶領團隊精化方案，采用多種手段反復測算，提出了科學方案并編制了稀缺遺煤開采的可行性技術報告。經過多方論證，專家一致通過既定的方案，并獲得高度評價，14307工作面也順利開展采掘作業。

固本拓新，奮力開創。在不斷地解決著一個又一個難采遺煤安全開采的同時，馮國瑞又意識到殘采區浪費的空間和不可采遺煤可以有效利用助力雙碳目標實現。他又開始聚焦煤礦殘采區空間資源開發和CO2儲集面臨的重大技術難題，以錢鳴高院士綠色開采和科學開采的學術思想為指導，馮國瑞帶領團隊首創提出殘采區關鍵域充填儲碳空間重構的技術構想。殘采區關鍵域充填儲碳空間重構技術構想目前已獲得2023年度國家自然科學基金重點項目資助。

馮國瑞憑借孜孜求索的精神，收獲“國家杰出青年科學基金獲得者”“國家‘萬人計劃’科技創新領軍人才”“科學探索獎”“科技部中青年科技創新領軍人才”等多項榮譽。這些榮譽，是他勇攀科學高峰的不斷鼓勵。在榮譽面前，他繼續開拓創新，續寫科技創新的新篇章。