保水采煤的理论与实践

　　保水采煤是针对陕北侏罗纪煤田开发中出现的环境问题而提出的新概念，经过近30 年的持续研究和工程实践，初步形成了保水采煤的科学技术体系。

　　陕北侏罗纪煤田发现于1982 年12 月，大规模开发始于1987 年，1996 年1 月6 日第一座现代化煤矿(大柳塔煤矿) 建成投产，到2017 年原煤产量已达4. 00 亿t，而且还在快速增长，成为我国最重要的成长型煤炭生产基地之一。

　　然而，在这片年降水量约400mm 的鄂尔多斯盆地北部富煤、缺水地区，水资源量有限，时空分布不均，地下水是维系区内工农业发展、人畜用水和生态环境的基础。由于煤层浅埋，埋藏条件优越，适合大型机械化开采，该区在以往煤层开采过程中多次造成煤层上覆基岩全厚切落或导水裂隙破坏含水层底板结构失稳，具有供水意义的含水层失去储水功能，破坏水资源平衡，因此保水采煤技术应运而生。

　　1992 年范立民在主持前石畔井田(现在的哈拉沟煤矿开采区) 水文地质勘探过程中，首次提出了“保水采煤” 的理念。随后，范立民在主持或参加完成的肯铁岭(现在的柠条塔煤矿南翼)、大柳塔、石圪台等多个井田水文地质勘探报告中，论述了“保水采煤” 的地质条件及实现途径。最近十几年，国内多个团队围绕“保水采煤” 问题，开展技术攻关，并取得重要进展，形成了以控制地下水位为核心的地质环境保护技术体系。

　　范立民同志长期从事西部矿区水文地质环境地质勘查和研究工作，1991 年他主持前石畔井田(现在神东集团哈拉沟煤矿) 水文地质勘探时，就萌生了保水采煤的想法，提出了保护萨拉乌苏组地下水的科学建议。随后的二十多年，他一直坚持保水采煤研究，2005 年提出了保水采煤的实现途径。在王双明院士领导下，2010 年建立了基于生态水位保护的保水采煤技术体系。2017 年厘定了保水采煤的概念和科学内涵，同时，结合采矿工程，在榆树湾、榆林地方煤矿等数十处煤矿推广保水采煤技术，保水采煤分区成果在榆神矿区三、四期规划和煤炭资源整合中发挥了重要作用。近年来，他又组织开展了系统性的保水采煤效果调查，分析了以榆神府矿区为主的保水采煤效果，剖析了采煤对含水层结构破坏机理，探测了保水采煤实施区地下水位变化幅度，调查了榆神府矿区水位埋深变化和泉的演化，初步建立了保水采煤的技术体系。

　　中国工程院院士

　　2019 年5 月20 日

　　以经济和社会效益最大化为目标，认为保水采煤是指在干旱半干旱地区煤层开采过程中，通过控制岩层移动维持具有供水意义和生态价值含水层(岩组) 结构稳定或水位变化在合理范围内，寻求煤炭开采量与水资源承载力之间最优解的煤炭开采技术(范立民，2017a)。

　　保水采煤的基本思路是在尽可能多采煤的同时，保护地下水资源的含水结构不受损害，地下水位不下降或下降幅度小，不足以引起生态环境的变异和泉流量的衰减。

　　保水采煤实现途径是以岩层控制理论和技术为基础而研发具有抑制导水裂隙发育的采煤技术。

　　保水采煤的对象为含水层结构和水位埋深，要求含水层结构稳定，或短暂失稳后造成的水位下降在一定时间后能恢复至不影响其供水能力的范围。

　　保水采煤的核心是在矿区规划、设计及开采阶段采用的科学采矿方法，促进矿区水资源供需平衡，其主要目的是在采煤过程中保护富水性较强的具有供水意义和生态价值的含水层结构稳定，达到资源开发与水环境保护协调统一。

　　▲ 保水采煤研究基本框架

　　保水采煤的科学内涵包括保水采煤的适用条件、研究内容、研究方法、关键技术(范立民，2017a)，以及基于矿区水资源保护目标和保护技术的采煤技术和工艺。

　　为了促进绿色矿区建设，30 年来，我们一直致力于保水采煤理论和技术的研究和应用，在陕西省科学技术厅、陕西省自然资源厅、陕西省地质调查院和相关企业资助下，先后完成了数十项课题，初步形成了保水采煤的理论和技术体系，并在榆林、鄂尔多斯、渭北等地的上百处煤矿推广应用。借鉴我们的经验，河北、新疆、宁夏也开展了类似研究和实践，实现了煤矿保水开采。同时保水采煤技术在矿区规划、环评、矿山地质环境恢复治理等领域得到应用，为科学规划、科学开采提供了新理念和新技术，取得了重大社会、环境效益。

　　《保水采煤的理论与实践》（北京：科学出版社，2019. 10）一书是范立民在保水采煤领域近30 年的探索总结，也是集体智慧的结晶。

　　通过该书，我看到了新的科学观点。每一种科学观点从提出到完善，都需要经过漫长的过程和持续的研究、实践，也需要各界的支持和鼓励。范立民同志脚踏实地，长期坚持研究、推广保水采煤技术，获得了较好的效果。西部地区的煤矿，已经由被动接受到主动作为，有意识地保护含水层结构，促进绿色矿山建设。范立民同志在此基础上完成了该书的创作，初步建立了保水采煤技术体系，为煤炭的科学开发做出了贡献，可喜可贺。

　　中国工程院院士

　　2019 年5 月20 日

　　本文摘编自《保水采煤的理论与实践》（范立民等著. 北京：科学出版社，2019. 10）一书，有删减修改，标题为编者所加。

　　ISBN 978-7-03-061359-2

　　责任编辑：王 运 韩 鹏 陈姣姣

　　本书阐述了保水采煤问题的提出过程、研究历程和主要进展，厘定了保水采煤的概念和科学内涵，分析了保水采煤的研究现状，以陕北侏罗纪煤田为主，在论述煤田地质环境条件的基础上，以生态、水位为约束条件，划分了保水采煤地质条件分区，结合实例阐述了基于顶板含水层结构保护的充填保水采煤技术、窄条带保水采煤技术、限高保水采煤技术及工程实践，分析了地表水体下、承压水体上和巨厚砂砾岩含水层下保水采煤技术和工程实践。

　　（本文编辑：刘四旦）