當(dāng)前，國際能源市場波動加劇，而我國立足以煤為主的基本國情，充分發(fā)揮了煤炭“壓艙石”作用，能源產(chǎn)供儲銷體系運(yùn)轉(zhuǎn)順暢，能源供應(yīng)穩(wěn)定、價格平穩(wěn)。在確保安全生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)保的前提下，推進(jìn)煤炭安全綠色開發(fā)意義重大。那么，應(yīng)該從哪些技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行突破？我國目前取得了哪些創(chuàng)新成果？如何確保礦區(qū)煤炭開采與生態(tài)保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展？就煤炭安全綠色開發(fā)相關(guān)問題，國家能源集團(tuán)科技部主任、煤炭開采水資源保護(hù)與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任李全生接受記者采訪并作出解讀。
目前已取得多項技術(shù)突破
記者：煤炭是我國能源安全供應(yīng)的基石，也是未來我國“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的兜底保障能源，您認(rèn)為煤炭在未來能源結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)作用體現(xiàn)在哪幾個方面？
李全生：煤炭在未來能源結(jié)構(gòu)中有三個基礎(chǔ)作用：一是煤炭在應(yīng)急條件下能源供應(yīng)的兜底保障作用；二是煤電在新型電力系統(tǒng)中的基礎(chǔ)調(diào)峰作用；三是煤炭在工業(yè)領(lǐng)域特別是在化工、鋼鐵、水泥領(lǐng)域的基礎(chǔ)能源和原料作用。
記者：推進(jìn)煤炭安全綠色開發(fā)，您認(rèn)為應(yīng)該從哪些技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行突破？目前哪些領(lǐng)域已取得成績，可否舉例介紹一些？
李全生：推進(jìn)煤炭安全綠色開發(fā)和清潔高效利用，是煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路，是改善民生和建設(shè)生態(tài)文明的必然要求。其中推進(jìn)煤炭安全綠色開發(fā)更是實(shí)現(xiàn)煤炭清潔高效利用的前提和基礎(chǔ)，意義重大，應(yīng)繼續(xù)圍繞煤炭開采水資源保護(hù)、低損害開采與礦區(qū)生態(tài)修復(fù)兩個方面進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)突破。具體如下：
在煤炭開采水資源保護(hù)技術(shù)方面，國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)都為此開展了大量研究工作，相繼提出了“堵截法”和“導(dǎo)儲用”兩種煤炭開采水資源保護(hù)技術(shù)思路?！岸陆胤ā敝饕捎玫募夹g(shù)包括充填開采、限高開采、保水區(qū)域劃分、條帶式開采等，在工程實(shí)踐中取得了明顯成效。針對西部干旱、半干旱區(qū)水資源保護(hù)難題，我國首先提出了“導(dǎo)儲用”保護(hù)礦井水的技術(shù)思路，研發(fā)了分布式煤礦地下水庫技術(shù)，利用煤礦井下采空區(qū)存儲和利用礦井水資源，建立了煤礦地下水庫理論框架和技術(shù)體系。
在低損害開采與礦區(qū)生態(tài)修復(fù)方面，我國科學(xué)家研發(fā)了東部草原區(qū)大型煤炭基地開發(fā)系統(tǒng)性生態(tài)減損與修復(fù)技術(shù)，提出了“系統(tǒng)減損與系統(tǒng)修復(fù)”理念，首次揭示了煤炭開發(fā)生態(tài)累積效應(yīng)，創(chuàng)建了生態(tài)減損修復(fù)技術(shù)體系，構(gòu)建了區(qū)域生態(tài)安全協(xié)調(diào)控制模式，實(shí)現(xiàn)了煤炭規(guī)模開發(fā)與生態(tài)修復(fù)相協(xié)調(diào)的技術(shù)突破；創(chuàng)建了西部礦區(qū)采動損傷修復(fù)技術(shù)體系，創(chuàng)建了西部礦區(qū)采動損傷空天地、井上下、全過程高精度一體化監(jiān)測體系，揭示了西部礦區(qū)高強(qiáng)度開采覆巖及地表采動損傷規(guī)律和西部礦區(qū)高強(qiáng)度開采采動損傷傳導(dǎo)機(jī)理，研發(fā)了西部礦區(qū)高強(qiáng)度開采減損技術(shù)。研發(fā)了條帶開采、矸石固體充填、粉煤灰膏體充填和高水材料充填開采技術(shù)，大幅降低了煤炭開采地表沉陷；研發(fā)了煤與瓦斯共采技術(shù)，提高了瓦斯的抽采率和利用率，減少了溫室氣體排放；提出了“切頂短臂梁”理論，研發(fā)了無煤柱自成巷110工法和N00工法，實(shí)現(xiàn)了采（盤）區(qū)內(nèi)無煤柱和無巷道掘進(jìn)，形成了具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的采煤工藝和裝備系統(tǒng)；發(fā)明了柔模支護(hù)無煤柱開采技術(shù)及其配套裝備，開發(fā)了柔模支護(hù)充填開采技術(shù)和柔模充填支架，提出了錨桿與柔?；炷另巯嘟Y(jié)合的巷道支護(hù)方法；提出了煤炭資源“采選充+X”綠色化開采技術(shù)構(gòu)想，形成了煤炭“采選充+X”（控、留、抽、防、保）協(xié)同生產(chǎn)模式。
記者：國家能源集團(tuán)在煤炭綠色開發(fā)取得了哪些重大科技創(chuàng)新成果？
李全生：煤炭大規(guī)模開發(fā)帶來的問題是對地下水破壞和對地表生態(tài)的損傷。圍繞煤炭開采地下水破壞和地表生態(tài)損傷兩大難題，國家能源集團(tuán)通過科技創(chuàng)新，取得了一批重大科技創(chuàng)新成果，下面就3個主要成果進(jìn)行簡要介紹：
一是生態(tài)脆弱區(qū)煤炭現(xiàn)代開采地下水和地表生態(tài)保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)。針對西部礦區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱、水資源短缺等問題，系統(tǒng)研究揭示了生態(tài)脆弱區(qū)現(xiàn)代開采對地下水的影響規(guī)律；首創(chuàng)了分布式煤礦地下水庫技術(shù)，創(chuàng)建了基于水源預(yù)測、水庫選址、庫容計算、壩體構(gòu)建、水質(zhì)控制、安全運(yùn)行等六大關(guān)鍵技術(shù)的煤礦地下水庫技術(shù)體系；揭示了西部現(xiàn)代開采對地表生態(tài)的影響規(guī)律；研發(fā)了地表生態(tài)自修復(fù)促進(jìn)技術(shù)。研究成果成功應(yīng)用到國家能源集團(tuán)神東礦區(qū)，先后建成煤礦地下水庫30余座，儲水量最高3300萬m3，每年為神東礦區(qū)供水超過7000萬m3，解決了神東礦區(qū)生產(chǎn)、生活、生態(tài)用水的95%的需求，地表植被覆蓋度由煤炭開發(fā)之前的3%-11%提升至70%以上。該技術(shù)獲國家科技進(jìn)步二等獎1項，中國專利金獎2項。
二是東部草原區(qū)大型煤炭基地開發(fā)系統(tǒng)性生態(tài)減損與修復(fù)技術(shù)。聚焦東部草原區(qū)酷寒、干旱半干旱、土壤瘠薄等脆弱生態(tài)環(huán)境特征及煤電基地開發(fā)引起的生態(tài)損傷問題，提出了“系統(tǒng)減損與系統(tǒng)修復(fù)”理念，創(chuàng)建生態(tài)監(jiān)測體系，首次量化揭示了區(qū)域煤炭開發(fā)生態(tài)累積效應(yīng)，表明露天開采生態(tài)影響范圍（植被約2km，地下水位降幅5m的影響半徑4-12km）；創(chuàng)建了生態(tài)減損型采-排-復(fù)一體化技術(shù)，年減少占用土地120畝，排土場水土流失降低53.5%；研發(fā)了水資源保護(hù)利用技術(shù)，首創(chuàng)了“地面水庫-近地表含水層-地下水庫”立體儲水技術(shù)，建成67萬立方米地面水庫和122萬立方米露天礦地下水庫，實(shí)現(xiàn)了礦坑水的冬儲夏用，提升了水資源利用率；創(chuàng)建了土壤-植物-景觀生態(tài)一體化修復(fù)技術(shù)體系，優(yōu)選培育6種植物微生物組合，植被蓋度、植物多樣性增加81%、38%；構(gòu)建了區(qū)域生態(tài)穩(wěn)定性提升和安全協(xié)調(diào)控制模式，集成礦區(qū)生態(tài)修復(fù)技術(shù)、礦城風(fēng)險識別防范和區(qū)域適應(yīng)性管理，提出了礦區(qū)、城礦和區(qū)域三個尺度的生態(tài)安全保障模式，為大型煤炭基地可持續(xù)開發(fā)區(qū)域生態(tài)安全保障提供解決方案。
三是西部礦區(qū)高強(qiáng)度開采損傷監(jiān)測與控制及修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)。針對西部礦區(qū)規(guī)模化高強(qiáng)度開采引起的采動損傷問題，秉持綠色開采理念，按照采動損傷“空天地”立體監(jiān)測與全過程控制的技術(shù)思路，揭示西部礦區(qū)采動損傷規(guī)律與傳導(dǎo)機(jī)理，研發(fā)采動損傷控制技術(shù)，提升生態(tài)修復(fù)效率。首次創(chuàng)建了自井下煤炭開采-礦壓顯現(xiàn)-覆巖運(yùn)移-地表移動-地表裂縫“空天地”一體化監(jiān)測體系，系統(tǒng)揭示了煤炭開采-覆巖運(yùn)移-地表變形規(guī)律和采動損傷傳導(dǎo)機(jī)理，開發(fā)了開采源頭減損-開采過程控制-末端治理的規(guī)?；_采地表生態(tài)減損與修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)，并通過工程應(yīng)用，成功解決了制約西部礦區(qū)高強(qiáng)度煤炭開采的地表生態(tài)減損與修復(fù)技術(shù)難題，為生態(tài)礦區(qū)建設(shè)提供了科技支撐。成果已在神東礦區(qū)大柳塔、上灣、補(bǔ)連塔和石圪臺等煤礦30多個工作面推廣應(yīng)用，通過采動損傷監(jiān)測、采動損傷控制及治理等技術(shù)應(yīng)用，減少對覆巖及地表生態(tài)的影響，節(jié)約了生態(tài)治理費(fèi)用；優(yōu)化開采工藝參數(shù)，降低了開采對生態(tài)的損傷程度，提高了煤炭產(chǎn)量。2016年~2018年，累計節(jié)約生態(tài)治理費(fèi)用1.05億元，煤炭增產(chǎn)利潤16.81億元，礦區(qū)植被覆蓋度提高了25%，有效保障了兩億噸級礦區(qū)生態(tài)修復(fù)和可持續(xù)開發(fā)。研究成果獲煤炭工業(yè)協(xié)會科技進(jìn)步一等獎。
提出“源頭減損與系統(tǒng)修復(fù)”理念 首創(chuàng)地下水庫技術(shù)
記者：您率先提出了煤炭開采“源頭減損與系統(tǒng)修復(fù)”理念，這一理念的提出背景和內(nèi)涵是什么？
李全生：煤炭開采主要有露天和井工兩種開采模式。露天開采對生態(tài)環(huán)境的影響分為直接影響和間接影響。直接影響是指開采對土地的挖損和外排壓占，比如內(nèi)蒙古露天煤礦開采土地挖損率一般為0.5畝/萬噸左右。間接影響主要由地下水流失和粉塵擴(kuò)散等造成，影響范圍為采場周邊數(shù)公里。井工開采引起巖層變形和破斷運(yùn)動，并逐步向上傳導(dǎo)，產(chǎn)生采動裂隙，破壞隔水層，引起地下水流失；引起地表沉陷，形成的地裂縫、土層拉伸/擠壓等變形會惡化植被生境，造成植被根系損傷、土壤退化、生態(tài)水位下降等生態(tài)影響?？傊?，煤炭開采（露天、井工）引起的巖土層破壞及其傳導(dǎo)是生態(tài)損傷的源頭。
為此，我們提出了“源頭減損與系統(tǒng)修復(fù)”的理念，以“源頭減損”為核心，優(yōu)化和動態(tài)調(diào)整開采布局與工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)采礦源頭主動減損；以“過程控制”為主線，露天煤礦采用采排復(fù)一體化、水資源保護(hù)利用、土地整治與土壤重構(gòu)等技術(shù)，井工煤礦采用覆巖注漿充填、導(dǎo)水裂隙引導(dǎo)修復(fù)等技術(shù)；以“采后治理”為綜合，研發(fā)生態(tài)全要素（水、土、植物）的系統(tǒng)修復(fù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤炭開采生態(tài)環(huán)境損傷最小化和修復(fù)效果最大化。
記者：國家能源集團(tuán)首創(chuàng)了煤礦地下水庫技術(shù)，經(jīng)濟(jì)社會效益如何？應(yīng)用推廣前景如何？
李全生：針對西部礦區(qū)煤炭開采礦井水外排損失的問題，經(jīng)過三十余年技術(shù)研發(fā)與探索，我們提出了煤礦地下水庫井下儲存利用礦井水的理念，首創(chuàng)了煤礦地下水庫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)礦井水的抽采利用與回灌儲存，有效保護(hù)和利用了礦井水資源。并在神東礦區(qū)建成32座地下水庫，最大儲水量約3300萬立方米，為礦區(qū)生產(chǎn)、生活、灌溉及周邊產(chǎn)業(yè)供水占礦區(qū)年用水量的95%以上，給礦區(qū)外（周邊電廠和煤制油長夜）供水占7.6%，實(shí)現(xiàn)了煤礦水資源良性立體循環(huán)，每年可節(jié)約購水、污水處理及礦井水外排等直接經(jīng)濟(jì)費(fèi)用超過10億元。
圍繞煤礦地下水庫技術(shù)，國家能源集團(tuán)煤炭開采水資源保護(hù)與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室堅持自主創(chuàng)新，研制了7個模擬試驗(yàn)平臺，其中，煤炭開采地下水運(yùn)移與保護(hù)智能試驗(yàn)裝置是本領(lǐng)域模擬尺度最大（10m×3m×3m）、智能化程度最高的試驗(yàn)平臺；多煤層開采地下水運(yùn)移、水庫壩體結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計、水處理凈化、生態(tài)減損試驗(yàn)等平臺均為本領(lǐng)域首次研制。
我國中西部的晉陜蒙寧甘5個省份，煤炭產(chǎn)量約占全國的70%，但水資源量僅占3.9%。如果將地下水庫這項技術(shù)在西部適宜的地區(qū)推廣應(yīng)用，預(yù)計每年能夠保護(hù)利用20億噸礦井水，可有效支撐礦區(qū)周邊的生態(tài)修復(fù)和煤電、煤制油、煤化工等產(chǎn)業(yè)發(fā)展，帶動工業(yè)增加值4000億左右。到2035年，西部礦區(qū)每年可多利用23億立方米礦井水，按每立方米水價格3元計算，可創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益115億元，能夠支撐32萬公頃的生態(tài)復(fù)墾、1億噸煤制油和2000萬噸煤制烯烴生產(chǎn)。
東部草原區(qū)煤田將逐步推廣這項關(guān)鍵技術(shù)
記者：“十三五”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目“東部草原區(qū)大型煤電基地生態(tài)修復(fù)與綜合整治技術(shù)及示范”經(jīng)濟(jì)社會效益顯著?？煞裾埬唵谓榻B一下該項目的關(guān)鍵技術(shù)，應(yīng)用推廣前景如何？
李全生：依托國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目“東部草原區(qū)大型煤電基地生態(tài)修復(fù)與綜合整治技術(shù)及示范”，我們團(tuán)隊一是研發(fā)并創(chuàng)建了生態(tài)減損型采-排-復(fù)一體化技術(shù)體系。發(fā)明了基于“生態(tài)修復(fù)窗口期”采排復(fù)優(yōu)化方法，研發(fā)條帶式靠幫和不等量露煤組合臺階開采技術(shù)，年減少占用土地120畝，發(fā)明了近自然地貌重塑方法，排土場水土流失降低53.5%；二是研發(fā)了水資源保護(hù)利用技術(shù)體系。研發(fā)了“保水控蝕單元-植物塘-植物溝”分布式控制技術(shù)，年侵蝕率降低59.6%；首創(chuàng)“地面水庫-近地表含水層-地下水庫”立體儲水技術(shù)，建成67萬立方米地面水庫和122萬立方米露天礦地下水庫，實(shí)現(xiàn)了礦井水“冬儲夏用”；研發(fā)導(dǎo)水裂隙修復(fù)技術(shù)，裂隙滲透能力降低2-3個數(shù)量級；三是首創(chuàng)了土壤-植物-景觀生態(tài)一體化修復(fù)技術(shù)體系。研發(fā)土壤提質(zhì)和表土替代、草原生境保護(hù)和阻塵植物廊道構(gòu)建技術(shù)，植被蓋度、植物多樣性增加81%、38%。
項目研究成果已在呼倫貝爾煤炭基地的伊敏、東明等露天礦，鄂爾多斯煤炭基地的黑岱溝露天礦、哈爾烏素露天礦，赤峰地區(qū)的元寶山露天礦等推廣應(yīng)用。生態(tài)減損型采排復(fù)一體化、地貌-土壤-植物系統(tǒng)性修復(fù)等技術(shù)在鄂爾多斯煤炭基地的兩露天礦應(yīng)用，進(jìn)行排土場系統(tǒng)性生態(tài)修復(fù)6440畝，縮小露天礦采場占地面積750畝，降低露天礦生產(chǎn)和生態(tài)修復(fù)費(fèi)用3070萬元。露天礦排土場生態(tài)穩(wěn)定性評價方法與安全調(diào)控技術(shù)在伊敏露天礦和東明露天礦應(yīng)用，確定了生物群落組成、結(jié)構(gòu)的空間分異特征，得到了不同恢復(fù)年限排土場邊坡生物群落的演替發(fā)展規(guī)律，提出了土壤-植物協(xié)調(diào)促進(jìn)修復(fù)的工程、生物建議。
項目將基于工程示范效果和應(yīng)用案例，按照國家和區(qū)域“山水林田湖草沙”生態(tài)建設(shè)的總體指導(dǎo)思想和綠色礦山建設(shè)模式，依托地方和國家能源集團(tuán)煤炭生產(chǎn)體系，通過廣泛宣傳、經(jīng)驗(yàn)交流和技術(shù)交流等途徑，在東部草原區(qū)15個煤田的20余個大型露天礦區(qū)逐步推廣，確保我國生態(tài)約束下大型煤炭基地可持續(xù)開發(fā)與區(qū)域生態(tài)安全。
從源頭解決西部礦區(qū)規(guī)模化高強(qiáng)度開采引起的生態(tài)損傷問題
記者：西部礦區(qū)是我國能源安全保障的重要基地，規(guī)?；邚?qiáng)度開采引起的采動損傷（覆巖破壞、地下水流失和地表生態(tài)退化），是礦區(qū)綠色發(fā)展面臨的實(shí)踐難題和重大科學(xué)問題。您認(rèn)為應(yīng)該采用哪些關(guān)鍵技術(shù)，確保西部礦區(qū)煤炭開采與生態(tài)保護(hù)的協(xié)調(diào)發(fā)展？
李全生：西部礦區(qū)規(guī)模化高強(qiáng)度開采引起的生態(tài)損傷問題必須從開采源頭解決，我們要秉承“源頭減損-過程控制-末端修復(fù)-自然演替”全生命周期的生態(tài)減損型煤炭開采理念，將生態(tài)保護(hù)修復(fù)與煤炭開采巖層運(yùn)動控制緊密結(jié)合起來，圍繞煤炭開采巖層運(yùn)動、損傷傳導(dǎo)、減損開采、生態(tài)修復(fù)等開展系統(tǒng)的理論與技術(shù)研究，系統(tǒng)揭示煤炭開采-覆巖運(yùn)移-地表變形規(guī)律和采動損傷傳導(dǎo)機(jī)理，研發(fā)源頭減損-開采過程控制-末端治理的規(guī)?；_采地表生態(tài)減損關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)開采參數(shù)優(yōu)化源頭減損、采動覆巖注漿減損、構(gòu)建柔性隔水層保持生態(tài)水位、地表裂縫分時分區(qū)修復(fù)等生態(tài)保護(hù)性開采技術(shù)，切實(shí)提升生態(tài)保護(hù)與與修復(fù)效率，為西部礦區(qū)煤炭綠色開發(fā)提供科技支撐。
來源：光明日報
