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有过矿山工作经历,无意中进入新闻单位工作。开博一为管理自己的资料,二为认识更多矿业界人士。入行十多年,不为对矿业有多大贡献,只愿能为矿业做点事。

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寻找发展与生态双赢的整体突围——记陕西省地调院与西安科技大学保水采煤研究成果  

2011-05-10 20:45:42|  分类: 地质人风采 |  标签: |举报 |字号 订阅

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寻找发展与生态双赢的整体突围
——记陕西省地调院与西安科技大学保水采煤研究成果
 

 

    在西部缺水地区如何开发煤炭资源?如何找到一条能够实现资源与环境协调发展的方法技术路线?由陕西省地调院、西安科技大学等单位完成的《榆神府区煤炭资源开发与生态水位保护研究》,恰好在这方面做了有益的尝试。

    由于成功解决了榆神府矿区煤炭开发与生态环境协调发展的问题,该成果摘取了2010年度中国煤炭工业科学技术奖一等奖的桂冠。“最重要的科学成就是确定了西部煤炭基地维系生态安全的水位埋深,提出了采煤必须保生态水位的新理念,将为我国西部煤炭工业发展带来新的革命。”这是中科院院士宋振骐对这一成果的高度评价。

    西部既是中国煤炭资源的最大供应基地,更是环境约束性的煤炭生产基地

    新中国成立以来,我国始终保持着北煤南运、西煤东调的煤炭供应格局。特别是上世纪80年代以后,西部煤炭资源在我国煤炭供应体系中,始终占据着重要的地位。

    以神东、陕北煤炭基地为例。这里煤炭资源储量丰富,煤质优良,已成为我国煤炭工业战略西移的重要接续地。但不容忽视的是,这里的生态环境脆弱,水资源贫乏,煤炭开发与生态环境保护矛盾突出,是典型的环境约束性资源基地。自上世纪80年代以来,这里已引发了一系列地面变形、开裂乃至塌陷等问题,仅研究区内的塌陷面积已超过70平方公里,还存在水位下降、泉水干涸、河川断流等问题。

    根据监测资料,神北矿区因煤炭开采导致作业区地下水位普遍下降8~12米,房屋开裂,土地损毁,居民生活用水困难,社会矛盾凸显。神木县煤矿塌陷面积超过230平方公里、损坏房屋2160间、损坏土地41500平方公里,致使3612人饮水困难,被誉为“生态难民”。秃尾河流域因地下水水位下降大片灌木林退化,乔木出现树梢干枯,60%植被发充不良。

    其实,远不止这些,整个榆神府地区都是典型的环境约束型资源丰富区。大规模的煤炭资源开发,均会引发以上环境和社会问题。

    突破环境约束,实现“鱼与熊掌兼而得之”,无疑是西部地区资源开发的理想境界。现在,《榆神府区煤炭资源开发与生态水位保护研究》的成果,就提供了一种思路,这就是保水采煤。

    逐步深入,形成保水采煤思路

    为深入了解这一成果,不久前,记者对项目总负责、现任陕西省地质调查院院长的王双明教授进行了采访。

    王双明向记者详细介绍了保水采煤思路的形成:

    项目的立项经历了由应急到常态化的过程,即由溃沙灾害事故抢险开始设立应急课题,然后设立专项进行系统研究。他说,1990年4月20日,陕北瓷窑湾煤矿送巷过程中发生大井下大面积溃沙事故,6000立方米的沙突入井下采煤巷道,造成矿井几近报废。抢险工作结束后,煤矿惨重的损失使他认识到,溃沙事故防远重于治。于是,在他的提议下,陕西省以煤田地质局为主体开展了防治煤矿溃沙事故的专项研究课题。

    随着研究的深入,项目组发现在生态脆弱地区防治的成本远远高于预防的成本,保水采煤应是治本之策。王双明说,在研究溃沙事故防治的过程中,他们系统收集了陕北地区的有关气象水文资料,发现陕北生态脆弱地区的年降水量只有400毫米左右,但蒸发量却高达2000毫米。尽管如此,陕北地区生长有大量的沙生植物,也存在有大量的湖泊,其中全国最大的内陆沙漠淡水湖——红碱淖,就位于陕西省神木县的西北部,水面达56平方公里。这一现象说明,陕北地区虽然地表水严重缺乏,但一定有丰富的地下水来维持这一生态平衡。要保护地表生态维持在平衡状态,就要保证维系这一平衡的地下水维持在一定水平。基于这一认识,项目组提出了保水采煤的新理念——煤炭开采必须保护地下水位。

    王双明介绍,课题经历了由单一到集成的过程。起初,研究对象主要是煤田地质,随着保水采煤思路的形成,研究内容逐步扩展。项目组发现,要实现保水采煤,研究的内容就要全面涉及地质、水文地质、环境地质、生态科学、采矿工程等多个方面,仅靠煤田地质专业技术人员是不够的。于是,课题组先后吸收煤炭矿山采矿一线生产人员、长安大学、西安科技大学的研究人员等共同参与,走产学研结合的道路,获得陕西省陕北能源化工基地重大项目资助和支持,并在研究中设立了工程试验、实验室试验等专题,最终形成了保水采煤的系统成果。

    以基础研究工程实验为支撑,用创新性成果支持缺水区实现煤与生态兼得

    王双明说,课题组系统收集分析了陕北各类地质报告100余件及大量的测试监测数据。研究人员从煤层、含(隔)水层地质特征及其赋存关系入手,运用煤地质学、水文地质学、生态环境学和采矿工程学等多学科相结合的研究方法,进行了煤炭开采地质条件分类和采煤方法的研究与工程实践。其中,研究内容包括大柳塔1203首采工作面的采前模拟和矿压实测研究、活鸡兔煤矿1-2煤层复合区跨平硐开采模拟研究、神府矿区浅埋煤层长壁开采顶板结构理论与支护对策研究、神木县大砭窑煤矿浅埋煤层刀柱式开采合理煤柱尺寸研究、海湾三号井合理采煤方法及支架选型论证、榆卜界煤矿采煤方法研究、榆阳煤矿采煤方法及支护方式研究、大砭窑合理液压支架选型及巷道支护方案论证、榆树湾煤矿首分层大采高综采矿压与保水开采研究、鄂尔多斯高原原位生态监测场等,实现一系列重大理论突破:

    创新生态脆弱矿区地质环境保护理念,提出了采煤必须严格控制地下水位埋深在区域安全生态水位以内的新认识;发现了维系植被生长发育的区域生态水位;建立了以煤水共生地质特征研究为基础,以开采地质条件分区为途径,以减小采动损害为目标,通过调整开采方式实现生态水位保护的保水采煤技术体系。

    以大量的多元地质数据为基础,建立了煤层上覆岩层隔水稳定性判据与分类标准,划分了四种开采地质条件分区,编制了我国第一幅基于生态水位保护的采煤方法规划图,成功指导了规划与生产,并推广应用,经济和社会效益重大。

    项目组针对占榆林市60%产量的中小煤矿,设计并推广了有利于保护生态水位的采煤方法,与过去传统的房柱式采煤比较,不仅回采率明显提高,还显著地改变了矿井安全生产条件,经过26个月的连续观测,实现了保水位采煤,为进行充填式开采奠定了理论基础。

    陕北煤炭资源开发要以此为依据进行改革

    王双明说,项目组应用这一成果对陕北煤炭资源的开发现状进行重新认识后认为,陕北煤炭资源开发无论是在管理上还是在企业的具体开发活动中,都需要进一步思考和创新。

    从总体布局看,陕北的地形特点是西北高东南低,煤层的赋存方向刚好相反,东南部煤层埋藏浅、煤层上覆岩层厚度小,同时又是地下水的排泄区。西及西北部煤层埋藏深、煤层上覆岩层厚度大。针对这一特点,按照有利于“保水采煤”的目标,在回填式开采尚未被企业广泛采用的情况下,煤炭资源的开发顺序应是先开发煤层埋藏深、煤层开采对含水层影响较小的西部及西北部。而目前的开发顺序刚好相反,东部及东南部(新民区、神木北部矿区、神南矿区、榆神矿区秃尾河沿岸)煤矿林立,中深部没有开发。

    从综合规划看,在进行煤炭资源开发规划时,应将煤炭质量、水资源总量、生态环境容量等放在一个完整的系统内进行考虑,在煤质好但水资源缺乏的地区,可考虑以建商品煤生产基地为主;在煤质差、水资源相对丰富的地区,可考虑建设电煤生产基地;在煤质好水资源丰富的地区,可考虑建设煤化工生产基地。

    从生产组织方式看,可考虑资源所有者与生产经营分离的模式,即资源所有者根据市场需求和企业发展规划,制定生产计划;成立专业的煤炭资源开采大型企业,按资源所有者企业生产计划和布局组织采矿生产。这一模式的好处是,专业开采企业可以专注于综采设备的投资,形成适应各种煤层厚度生产的综采装备系列,既可以提高装备的使用效率,也可以在提高煤炭资源回收率的基础上,实施保水采煤的方法技术。

    由此,他们认为,未来煤炭地质的发展方向应实现由以找煤和煤炭资源勘查为主到找煤、服务煤矿安全环保生产并重的转变。在找出煤炭资源后,还应围绕实现煤矿安全环保生产的目标,根据不同的开采方式对原有的技术规范进行修改,进一步提高煤田地质工作程度,开展煤炭地质技术发展的研究,使煤炭地质与煤炭资源的开采技术相适应。

 

 

 

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