當前，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)供儲銷體系運轉順暢，能源供應穩(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，推進煤炭安全綠色開發(fā)意義重大。那么，應該從哪些技術領域進行突破？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)保護的協(xié)調發(fā)展？就煤炭安全綠色開發(fā)相關問題，國家能源集團科技部主任、煤炭開采水資源保護與利用國家重點實驗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突破

記者：煤炭是我國能源安全供應的基石，也是未來我國“雙碳”目標實現(xiàn)的兜底保障能源，您認為煤炭在未來能源結構中的基礎作用體現(xiàn)在哪幾個方面？

李全生：煤炭在未來能源結構中有三個基礎作用：一是煤炭在應急條件下能源供應的兜底保障作用；二是煤電在新型電力系統(tǒng)中的基礎調峰作用；三是煤炭在工業(yè)領域特別是在化工、鋼鐵、水泥領域的基礎能源和原料作用。

記者：推進煤炭安全綠色開發(fā)，您認為應該從哪些技術領域進行突破？目前哪些領域已取得成績，可否舉例介紹一些？

李全生：推進煤炭安全綠色開發(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，是改善民生和建設生態(tài)文明的必然要求。其中推進煤炭安全綠色開發(fā)更是實現(xiàn)煤炭清潔高效利用的前提和基礎，意義重大，應繼續(xù)圍繞煤炭開采水資源保護、低損害開采與礦區(qū)生態(tài)修復兩個方面進行技術攻關突破。具體如下：

在煤炭開采水資源保護技術方面，國內科研機構都為此開展了大量研究工作，相繼提出了“堵截法”和“導儲用”兩種煤炭開采水資源保護技術思路?！岸陆胤ā敝饕捎玫募夹g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)水資源保護難題，我國首先提出了“導儲用”保護礦井水的技術思路，研發(fā)了分布式煤礦地下水庫技術，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體系。

在低損害開采與礦區(qū)生態(tài)修復方面，我國科學家研發(fā)了東部草原區(qū)大型煤炭基地開發(fā)系統(tǒng)性生態(tài)減損與修復技術，提出了“系統(tǒng)減損與系統(tǒng)修復”理念，首次揭示了煤炭開發(fā)生態(tài)累積效應，創(chuàng)建了生態(tài)減損修復技術體系，構建了區(qū)域生態(tài)安全協(xié)調控制模式，實現(xiàn)了煤炭規(guī)模開發(fā)與生態(tài)修復相協(xié)調的技術突破；創(chuàng)建了西部礦區(qū)采動損傷修復技術體系，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)高強度開采覆巖及地表采動損傷規(guī)律和西部礦區(qū)高強度開采采動損傷傳導機理，研發(fā)了西部礦區(qū)高強度開采減損技術。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，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，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，實現(xiàn)了采（盤）區(qū)內無煤柱和無巷道掘進，形成了具有我國自主知識產(chǎn)權的采煤工藝和裝備系統(tǒng)；發(fā)明了柔模支護無煤柱開采技術及其配套裝備，開發(fā)了柔模支護充填開采技術和柔模充填支架，提出了錨桿與柔?；炷另巯嘟Y合的巷道支護方法；提出了煤炭資源“采選充+X”綠色化開采技術構想，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)保護關鍵技術。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，創(chuàng)建了基于水源預測、水庫選址、庫容計算、壩體構建、水質控制、安全運行等六大關鍵技術的煤礦地下水庫技術體系；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)自修復促進技術。研究成果成功應用到國家能源集團神東礦區(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。該技術獲國家科技進步二等獎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)減損與修復技術。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”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，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-復一體化技術，年減少占用土地120畝，排土場水土流失降低53.5%；研發(fā)了水資源保護利用技術，首創(chuàng)了“地面水庫-近地表含水層-地下水庫”立體儲水技術，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)一體化修復技術體系，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%；構建了區(qū)域生態(tài)穩(wěn)定性提升和安全協(xié)調控制模式，集成礦區(qū)生態(tài)修復技術、礦城風險識別防范和區(qū)域適應性管理，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)高強度開采損傷監(jiān)測與控制及修復關鍵技術。針對西部礦區(qū)規(guī)模化高強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思路，揭示西部礦區(qū)采動損傷規(guī)律與傳導機理，研發(fā)采動損傷控制技術，提升生態(tài)修復效率。首次創(chuàng)建了自井下煤炭開采-礦壓顯現(xiàn)-覆巖運移-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-覆巖運移-地表變形規(guī)律和采動損傷傳導機理，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)減損與修復關鍵技術，并通過工程應用，成功解決了制約西部礦區(qū)高強度煤炭開采的地表生態(tài)減損與修復技術難題，為生態(tài)礦區(qū)建設提供了科技支撐。成果已在神東礦區(qū)大柳塔、上灣、補連塔和石圪臺等煤礦30多個工作面推廣應用，通過采動損傷監(jiān)測、采動損傷控制及治理等技術應用，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)修復和可持續(xù)開發(fā)。研究成果獲煤炭工業(yè)協(xié)會科技進步一等獎。

提出“源頭減損與系統(tǒng)修復”理念 首創(chuàng)地下水庫技術

記者：您率先提出了煤炭開采“源頭減損與系統(tǒng)修復”理念，這一理念的提出背景和內涵是什么？

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動，并逐步向上傳導，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”的理念，以“源頭減損”為核心，優(yōu)化和動態(tài)調整開采布局與工藝參數(shù)，實現(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一體化、水資源保護利用、土地整治與土壤重構等技術，井工煤礦采用覆巖注漿充填、導水裂隙引導修復等技術；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)修復技術，實現(xiàn)煤炭開采生態(tài)環(huán)境損傷最小化和修復效果最大化。

記者：國家能源集團首創(chuàng)了煤礦地下水庫技術，經(jīng)濟社會效益如何？應用推廣前景如何？

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，實現(xiàn)礦井水的抽采利用與回灌儲存，有效保護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)濟費用超過10億元。

圍繞煤礦地下水庫技術，國家能源集團煤炭開采水資源保護與利用國家重點實驗室堅持自主創(chuàng)新，研制了7個模擬試驗平臺，其中，煤炭開采地下水運移與保護智能試驗裝置是本領域模擬尺度最大（10m×3m×3m）、智能化程度最高的試驗平臺；多煤層開采地下水運移、水庫壩體結構參數(shù)設計、水處理凈化、生態(tài)減損試驗等平臺均為本領域首次研制。

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在西部適宜的地區(qū)推廣應用，預計每年能夠保護利用20億噸礦井水，可有效支撐礦區(qū)周邊的生態(tài)修復和煤電、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)濟效益115億元，能夠支撐32萬公頃的生態(tài)復墾、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鍵技術

記者：“十三五”國家重點研發(fā)計劃項目“東部草原區(qū)大型煤電基地生態(tài)修復與綜合整治技術及示范”經(jīng)濟社會效益顯著?？煞裾埬唵谓榻B一下該項目的關鍵技術，應用推廣前景如何？

李全生：依托國家重點研發(fā)計劃項目“東部草原區(qū)大型煤電基地生態(tài)修復與綜合整治技術及示范”，我們團隊一是研發(fā)并創(chuàng)建了生態(tài)減損型采-排-復一體化技術體系。發(fā)明了基于“生態(tài)修復窗口期”采排復優(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，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)了水資源保護利用技術體系。研發(fā)了“保水控蝕單元-植物塘-植物溝”分布式控制技術，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，建成67萬立方米地面水庫和122萬立方米露天礦地下水庫，實現(xiàn)了礦井水“冬儲夏用”；研發(fā)導水裂隙修復技術，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)一體化修復技術體系。研發(fā)土壤提質和表土替代、草原生境保護和阻塵植物廊道構建技術，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用。生態(tài)減損型采排復一體化、地貌-土壤-植物系統(tǒng)性修復等技術在鄂爾多斯煤炭基地的兩露天礦應用，進行排土場系統(tǒng)性生態(tài)修復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)修復費用3070萬元。露天礦排土場生態(tài)穩(wěn)定性評價方法與安全調控技術在伊敏露天礦和東明露天礦應用，確定了生物群落組成、結構的空間分異特征，得到了不同恢復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)調促進修復的工程、生物建議。

項目將基于工程示范效果和應用案例，按照國家和區(qū)域“山水林田湖草沙”生態(tài)建設的總體指導思想和綠色礦山建設模式，依托地方和國家能源集團煤炭生產(chǎn)體系，通過廣泛宣傳、經(jīng)驗交流和技術交流等途徑，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)模化高強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)展面臨的實踐難題和重大科學問題。您認為應該采用哪些關鍵技術，確保西部礦區(qū)煤炭開采與生態(tài)保護的協(xié)調發(fā)展？

李全生：西部礦區(qū)規(guī)模化高強度開采引起的生態(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-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)保護修復與煤炭開采巖層運動控制緊密結合起來，圍繞煤炭開采巖層運動、損傷傳導、減損開采、生態(tài)修復等開展系統(tǒng)的理論與技術研究，系統(tǒng)揭示煤炭開采-覆巖運移-地表變形規(guī)律和采動損傷傳導機理，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)減損關鍵技術，開發(fā)開采參數(shù)優(yōu)化源頭減損、采動覆巖注漿減損、構建柔性隔水層保持生態(tài)水位、地表裂縫分時分區(qū)修復等生態(tài)保護性開采技術，切實提升生態(tài)保護與與修復效率，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