基本介紹
- 中文名：保水採煤
- 外文名： coal mining under water-containing
- 形成時間：1992年
- 對象：陝北侏羅紀煤田
- 首次提出：《神木礦區的主要環境地質問題》
- 適用範圍：西北生態脆弱礦區、華北型煤田
- 提出者：范立民
- 期刊關注：《煤炭學報》出版保水採煤專輯
提出過程,保水程度,基本思路,實現途徑,國家計畫,重要文獻,重要成果,學術研討,形成規範,《煤炭學報》出版專輯,
保水採煤
提出過程
保水採煤是針對陝北侏羅紀煤田開採過程中，薩拉烏蘇組地下水的嚴重滲漏與生態環境惡化而提出的。保水採煤的基本思想是1990年之後形成的。1990年4月28日和12月20日，神北礦區的瓷窯灣煤礦先後兩次發生巷道冒頂事故，雖然湧入礦井的水不多，但大量的沙掩埋了巷道，並引起了地下水位的持續下降、順溝渠水庫乾涸、飲馬泉流量迅速減少，小溪斷流和植被枯萎。1992年，韓樹青等論述了陝北侏羅紀煤田開發的水文地質問題，范立民在《神木礦區的主要環境地質問題》一文中指出：“冒落帶及導水裂隙帶波及到上部的薩拉烏蘇組含水層，不僅造成大量的水沙湧入礦井，同時導致地下水位下降、地表水乾涸、地質環境惡化、風沙入侵。因此，生態脆弱區的地下水保護是至關重要的”，這是首次提出“保水採煤”的觀點。
1995年范立民提出了開展陝北侏羅紀煤田水文地質工程地質環境地質綜合研究的建議，主要研究煤炭開發對水文地質環境地質條件的影響及控制對策。經過多次討論後，確定了《中國西部侏羅紀煤田（榆神府礦區）保水採煤與地質環境綜合研究》的題目，並列入煤炭工業部“九五”重點科技攻關計畫，這是首次明確使用“保水採煤”一詞，由中國煤炭地質總局牽頭，陝西局185隊等單位承擔，研究面積涉及陝西省境內北緯38º30′以北的侏羅紀煤田分布區，1998年完成，此成果從巨觀上對決策者起到一定的指導作用，也奠定了保水採煤研究的基礎。但由於除神北礦區外的其他地區勘查程度低，控制工程少，研究深度不足以滿足保水與生態環境保護的需求。
2003年，在國家煤液化項目招標時，為了保證招標工作的順利完成，在陝西省政府的指示下，陝西局開展了深化研究，研究區域546km，是在上述工作基礎上開展的更細緻的研究，對礦井布局、規劃具有重要指導作用，分析了大保當、曹家灘、金雞灘井田保水採煤的條件，提出了對策。之後，范立民承擔的陝西省科學技術計畫《陝北煤炭資源開發可持續發展思路》等課題，發表了系列論點，探討了保水採煤的問題。
2003年錢鳴高院士提出了綠色開採的概念和技術體系，保水採煤成為綠色開採的重要組成部分。2004年以後，王雙明、范立民組織開展了系統的“保水採煤”研究，先後完成了10餘份科研項目，提出了以生態水位保護為核心的保水採煤技術體系，在榆樹灣煤礦、榆陽區的地方煤礦開展了保水開採工程實踐，取得重大突破，先後獲得了陝西省科學技術一等獎和中國煤炭工業科學技術一等獎。《鄂爾多斯盆地生態脆弱區煤炭開發與生態環境保護關鍵技術》獲得2011年度國家科學技術進步二等獎。
保水程度
採煤不可能不造成一定的地下水滲漏，但保水採煤到底保到什麼程度，才算是保了水。范立民認為，針對陝北沙漠型河流及植被的特點，保水程度至少應考核以下兩個指標：一是不至於造成泉水的乾涸或大幅度減流；二是對植被的生長條件不產生大的影響。
首先是對泉流量的影響不大，最起碼應該使泉流量衰減幅度不大於20%。目前的情況截然相反，許多泉眼乾了，衰減幅度達72~95%，甚至完全乾涸，烏蘭木倫河的許多支流水系也隨之枯竭，最終導致窟野河的大面積斷流。這就沒有達到保水的目的。
其次是植被的生長狀態問題。據了解，陝北沙漠地區植被的生長條件與根系的發育程度、地下水位的埋藏深度等關係密切。在地下水埋藏深度小於1.50~5m時間，植被類型眾多，生長良好，河流基流量基本可以得到滿足，土壤不會產生鹽漬化，表生生態處於良性狀態。地下水位埋深增大時，部分植被不適合生長，一些植被出現病態，甚至枯萎，尤其是對喬木的影響最大。
第三是保持河流生態需水基本要求，滿足河流生態環境現狀並繼續改善。所以，保水的程度，應該使地下水位下降後確保本地區豐富的植被類型和生物多樣性。但，風沙區適應生態、農林的合理地下水位、最佳生態環境與水資源消長的和諧關係，以及煤炭開採與地下水的協調關係等，是需要繼續研究的內容。
基本思路
對陝北侏羅紀煤田的深入研究後，我們認為，保水採煤的基本思路是在儘可能多採煤的同時，保護地下水資源的含水結構不受破壞，地下水位不下降或下降幅度小，不足以引起環境的變異和泉流量的衰減。在這一基本思路指導下，認為，對不同地質環境條件的區域，應該區別對待，並分為以下幾種類型。
對於不存在薩拉烏蘇組含水層，第四系不含水的地區，如神木北部礦區的擰條塔井田、新民礦區的一些井田等，就不存在保水採煤的問題。
對於煤層埋藏淺、第四系又富含水的地區，煤層開採會造成地下水全部滲漏的地區，如烏蘭木倫河上游的一些井田（含內蒙古境內的馬家塔等井田）、禿尾河領域的青草界泉域等，一旦開採，礦井突水可以通過提前疏降水工程保證，但不能保證地下水含水結構、生態環境的破壞。故暫時應不予採煤。
對於煤層埋藏適中，第四系薩拉烏蘇組含水，同時其底部有厚度較大的隔水層（包括第三系紅土隔水層和侏羅系風化帶隔水層），煤層開採的冒裂帶發育不到薩拉烏蘇組底部，不至於破壞含水層結構的地區，可以實現保水採煤的目的。
另外，介於上述兩者之間的區域，有含水層分布，也有隔水層，但隔水層的厚度有限，煤層開採後，需要採取一定的措施，才可以保護地下水不受破壞。如禿尾河沿岸的一些井田。
需要進一步研究的內容包括陝北淺埋藏煤層采動覆岩破壞規律，採空區充填技術試驗研究、地下水位下降與沙漠地區植被生存條件的關係等。
實現途徑
採煤保水的前提是有水也有煤，有水，才需要保；有煤，才可能采。採煤條件下保水，目的是保護環境，保護生態。
在陝北地區，實現採煤保水的途徑有兩個，一是合理選擇開採區域（主要是礦區規劃階段），二是採取合理的採煤方法和工程措施（如充填開採）。除此之外，別無選擇。
4.1、合理選擇開採區域
陝北地區煤炭資源分布非常廣泛，明長城沿線以北的廣大地區幾乎都賦存有巨厚的煤層，煤炭開採既可以在長城沿線的淺埋藏地區，也可以在陝西與內蒙古省界的深埋藏地區，這些地區的地層結構有較大的差異，歸納起來主要有三類：
第一類地區：第四系薩拉烏蘇組直接覆蓋在延安組含煤地層上面，之間無隔水層或隔水層厚度小，達不到隔水的目的，煤層上面的基岩厚度小，一般只有幾十米；
第二類地區：沒有薩拉烏蘇組含水層，延安組直接出露地表或被黃土、紅土層覆蓋，第四系不含水或含水微弱，不存在保水問題；
第三類地區：薩拉烏蘇組含水層下伏有紅土、黃土隔水層和較厚的直羅組、安定組等相對隔水的岩層，煤層埋藏深度一般400m以深，煤層的開採影響不到薩拉烏蘇組含水層，不會對地下水造成滲漏，可以實現保水採煤的目的。如榆神礦區深部地區，最上部的可採煤層埋藏深度一般400~700m，紅土隔水層厚度80~160m，基岩風化帶厚度也達上百米，是採煤有利於保水的地區。
根據以上地質背景條件，第一類地區是不宜開採的區域，這類地區主要集中在目前正在大規模開採的烏蘭木倫河兩岸和禿尾河流域沿岸，既以往所說的埋藏淺、易開採的區域，也是最急需保水的地區，不鼓勵大規模開採，但已經建成的礦井應推廣充填保水開採技術。第二類地區是應鼓勵推廣長壁開採的地區。第三類地區也屬於鼓勵開採的地區。
4.2、選擇合適的開採方式
對於煤層埋藏淺的區域，應推廣充填開採技術和限高開採方法。對於薩拉烏蘇組不含水或煤層埋藏深度較大的區域，應推廣長壁綜采技術。但，無論採用任何開採技術，都應該建立採空區地下水位監測系統，確保採空區地下水水位的基本穩定，並保持在一定的埋深範圍內，以保護生態脆弱區的生態系統。
（國務院2013年1月1日印發的《國家能源發展十二五規劃》將“保水開採技術”列為積極推廣的新技術之一）。
國家計畫
2013年1月國務院頒布《國家能源發展十二五規劃》，將保水採煤技術列為重點推廣的新技術，為此《中國能源報》2月4日發表了記者武曉娟的報導《採煤與水資源矛盾2日益突出 保水開採緩解煤水之殤》的文章，以“覺醒之途”小標題評價了“保水採煤”問題的提出及科學進展。
2014年6月7日，《國務院辦公廳關於印發能源發展戰略行動計畫（2014-2020年）的通知》檔案的第二部分“主要任務”的第一小點中，明確要求“推廣充填、保水等綠色開採技術”，再一次將保水採煤技術列入國家戰略規劃。
重要文獻
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學術研討
2016年9月21日《煤炭學報》編輯部、陝西省地質環境監測總站聯合召開了首次“保水採煤的理論與實踐”學術研討會，60餘人參加會議，范立民、王蘇健、黃慶享、陳蘇社、馬立強、馬雄德、李濤、來興平等9位專家做學術報告。
形成規範
2018年陝西省地質環境監測總站提出的《保水採煤技術規範》，列入陝西省地方標準制定計畫
《煤炭學報》出版專輯
2017年1月23日，《煤炭學報》2017年第1期線上出版，本期是“保水採煤的理論與實踐”專輯，26篇論文展示了保水採煤的科學進展和思考，闡述了煤-水雙資源型礦井的開採理念和技術，厘定了保水採煤的概念和科學內涵，闡述了保水採煤基礎理論進展，研究了西北沙漠礦區植被發育與地下水的關係、采動植被損傷機理與控制技術。針對保水採煤的關鍵技術如淺埋煤層岩層控制、導水裂縫帶發育高度控制及探測監測技術、采動岩層與地下水變化的高精度測量技術、基於含水層結構保護的隔水層再造技術、充填保水採煤技術及套用、保水採煤區水資源漏失量計算等進行了多角度探索與論述，研究區域涉及我國西北、華北煤礦區。本期“保水採煤的理論與實踐”專題是我國期刊首次集中展示保水採煤領域的科技創新成果與進展。
2018年5月30日《煤炭學報》開展“保水採煤的理論與實踐”（第二輯）專題徵稿。
