煤电基地开发的生态水危机难题，本书探讨如何破局！

水资源保护是我国大型煤电基地科学开发和区域生态文明建设的重要保障。《大型煤电基地水资源保护关键技术》按照“系统保护与协同利用”思路，针对大型煤电基地开发水资源保护利用重大技术难题，结合东部草原区典型基地研究与示范工程，聚焦矿区水资源地质保护评价、软岩区大型露天/井工矿地下水库构建、煤炭开采地下水原位保护、矿井/矿坑水洁净储存与生态利用、水资源多目标优化配置与调控等关键技术和方法，提出了采动渗流分析、开采导水裂隙带自修复促进等新方法和大型露天矿立体储水模式、露天地下水库和含水层保护的柔性开采等新技术，初步形成适于大型煤电基地水资源科学保护与有效利用技术体系。

大型煤电基地水资源保护关键技术

ISBN 978-7-03-077700-3

张建民 等著

北京：科学出版社，2025. 6

大型煤电基地是我国能源规模化集约化开发的重要方式，也是国家能源安全保障和区域经济可持续发展的重要支撑。我国煤基能源集约化开发中水资源科学保护与有效利用一直是煤炭资源可持续开发与区域生态安全协调的难点，也是大型矿区生态保护性开发中面临的重大难题。东部草原区聚集了13个大型褐煤田及大量的中小煤田，分布在呼伦贝尔和锡林郭勒草原区的大型褐煤田支撑着煤电基地建设，其煤炭产能超4亿t，装机超过2000万kW，约占东北区的57%和29%，形成了草原区煤电基地群。该区具有酷寒、干旱半干旱、土地瘠薄等生态脆弱性特点，近年来草地退化、土地沙化、水土流失严重、生物多样性下降等导致区域生态系统呈退化态势，煤电基地开发的生态问题与区域生态安全的矛盾更加凸显，而保护有限的水资源成为保障煤电基地可持续开发和促进区域生态安全的重要内容。

《大型煤电基地水资源保护关键技术》针对我国大型煤电基地科学开发面临的水资源短缺与开采地下水系统破坏问题，按照“系统保护与协同利用”思路，以大型煤电基地可持续开发与区域生态安全协调为目标，依托我国生态脆弱区典型大型煤电基地群—东部草原区大型煤电基地聚集区的系统研究与工程实践，聚焦大型露天矿区地下水库、大型井工矿地下水系统保护和区域水资源科学配置等重点，提出了大型露天矿三层储水模式、近地表生态型储水机制、导水裂隙带自修复机制、露天矿地下水库储水介质重构机制、区域水资源调控机制等，以及地下水保护地质评价、采动渗流系统分析、含水层导通区分析等新方法，开发了大型露天煤矿地下水库构建、大型井工矿地下水原位保护、导水裂隙带自修复促进、矿井（坑）水洁净储水与生态利用等新技术，初步形成适于东部草原区煤电基地可持续开发的地下水资源保护与利用的关键技术体系。

该书基于我国大型煤电基地典型案例研究提出的水资源保护理论与关键技术，不仅为我国地下水资源保护和利用充实了创新性内容，也为我国煤电基地科学开发与区域生态保护协调提供了重要的技术支撑。该书的面世有助于读者正视我国煤基能源开发中存在的问题，了解相关领域广大科技工作者的不懈努力及对煤基能源绿色开发的追求，同时也期待进一步加强该领域的深入研究与工程实践，彰显科技作为第一生产力的作用，促进我国煤电基地科学开发与区域生态文明建设。

中国工程院院士

2022年12月16日

研究总体技术思路

前 言

大型煤电基地是基于我国煤炭为主体能源的国情形成的能源集约化开发模式，是国家能源安全保障和区域经济可持续发展的重要支撑，而水资源科学保护与有效利用是煤电基地可持续开发面临的重大难题，也是区域生态安全的有效保障。东部草原区聚集了13个大型煤田和一大批中小煤田，支撑着东部草原区煤电基地群的开发。由于该区具有酷寒、干旱半干旱、土地瘠薄等生态脆弱性特点，煤电基地开发的生态影响和近年来区域生态退化，凸显煤电开发与区域生态安全协同的重要。传统的煤炭资源开发实施的“边开发边治理”或“先开发后治理”的策略具有生态修复难度大和生态持续影响时间长的弊端，如何在煤炭资源开发全过程按照“减损开采”策略控制生态影响强度和时间，特别是从生态系统学视角突破传统认识，开发生态型水资源保护方法和技术，有效提升大型煤电基地水资源保护和利用水平，促进能源开发集中区域生态安全，已经成为能源、生态和煤炭开发等领域关注的焦点，也是本书开展专题研究与工程实践的重点。

（一）

大型煤电基地是依托大型煤炭基地建立的煤电现代化生产集中区域，是国家能源安全战略的重要支撑。为确保煤基能源开发中水资源保障和区域生态安全，国家相关部门相继出台了一系列管理措施，如2013年国家发展和改革委员会出台了《矿井水利用发展规划》；2014年国务院发布了《水污染防治行动计划》（水十条），明确指出“推进矿井水综合利用，煤炭矿区的补充用水、周边地区生产和生态用水应优先使用矿井水”；2017年财政部、国家税务总局、水利部联合发布了《扩大水资源税改革试点实施办法》，在试点地区将矿井水纳入了征收范围；2021年生态环境部、国家发展和改革委员会和国家能源局联合发布了《关于进一步加强煤炭资源开发环境影响评价管理的通知》，规定了矿井水要充分利用，确需外排时，水质应满足或优于受纳水体环境功能区划规定的地表水环境质量对应值。这些都为煤基能源开发中水资源保护与利用提出了明确的要求，也是区域生态安全管理的重要内容。煤炭资源开发对水资源的影响一直是社会各界关注的热点话题，目前煤炭高强度开采对矿区及区域水资源系统（如地下水和地表水水量与水质等）均有一定影响，其影响机理和机制问题仍在不断深入研究和探索中。在井工开采方面，国内外学者研究了井工开采过程中覆岩破断对上覆含水层和隔水层影响，分析了不同工况下含水层变化特征以及对生态环境的影响，并在此基础上提出了绿色开采、保水采煤等理念和技术体系，推动了矿山安全开采和绿色开采的发展；露天开采方面，露天开采工艺和流程的特殊性，导致了露天开采对地表生态的破坏远大于井工开采。为此，国内外专家学者已有大量相关成果及案例，主要集中在三个方面。一是针对开采过程中引起的矿区含水层挖损与区域水系统演变发生变化等，通过优化生产工艺等减小开采对生态环境的破坏，提出了露天开采生态环境保护等技术，重在减少开采对局域生态环境的直接破坏；二是基于大型露天开采工艺不断进步，适时调整“采后再治理”或“采后再恢复”生态恢复策略，通过挖掘露天开采与矿区环境的时空关系，强化人为的合理干扰或修复力度，重在提高局域环境的生态修复效率；三是针对开采局域生态环境破坏对区域生态安全的影响，深入研究高强度煤炭开采的生态影响范围和区域生态环境响应，通过矿区绿色开采、煤电清洁开发、区带生态功能建设的协同，促进大型煤电基地区域社会经济可持续发展。

本书针对制约煤电基地可持续开发的关键问题之一和影响区域生态环境与安全的关键因子—水资源，着眼煤电基地开发系统，按照“源头保护、生态储存、分质利用、优化配置”技术思路，揭示煤电基地开发过程中水资源保护（原位保护、生态储存和有效利用）机制，研究适用于煤电基地开发情景的水资源保护关键技术和应用模式，依托东部草原区大型煤电基地和神东大型煤炭基地开展现场试验和关键技术示范，提出大型煤电基地水资源保护与利用模式和关键技术体系，作为大型煤电基地开发生态减损与系统修复的重要支撑，将为东部草原区和我国大型煤电基地开发水资源保护与利用及区域生态安全协同保障提供引导示范作用。

（二）

本书是在我国大型煤电基地水资源保护与利用研究及实践基础上，依托“东部草原区大型煤电基地生态修复与综合整治技术及示范”项目和神东矿区水资源保护与利用工程实践，重点论述煤炭开采水资源保护与利用研究及应用技术的学术著作。本书按照“减损开采”思路，注重生态损伤源头控制，突出大型露天矿区和井工矿区高强度开采下水资源保护技术与有效利用途径，内容涉及水资源保护与利用的理论及方法和关键技术，可概括为以下几个方面。

（1）理论上着眼煤电基地水资源系统，一是首次界定了大型煤电基地水资源保护范围及具体内涵，明确了水资源保护与煤电基地开发活动的协同关系、对煤电基地生态建设与区域生态安全的支撑作用，构建了大型煤电基地水资源保护与利用模式；二是围绕煤炭开采扰动下水资源保护机制，提出露天矿地下水库储水介质重构机制、导水裂隙带“水-气-岩”耦合自修复机制、近地表生态型储水机制、区域水资源调控机制等；三是针对地下水开采扰动下多样化地质情景，提出多样性地质条件下地下水保护地质评价方法、大型井工开采局域流场的采动渗流系统分析方法、采动裂隙导通区辨识方法、露天煤矿地下水库库容评价方法、煤电基地区域多用户水资源科学配置等。

（2）技术上按照绿色近零排放目标，一是突破传统的大型露天矿采-排-复系统的局限，创新构建了面向生态的地下水“三层”（地下水库含水层、导水层和近地表生态型储水层）保护与利用模式，开发了大型露天煤矿地下水库构建技术、地下水库储水介质重构技术、近地表生态型含水层构建技术、洁净储存和净化处理工艺等；二是基于开采扰动含水层状态和自修复机制，创建了大型井工开采地下水原位保护模式，开发了导水裂隙带自修复促进技术、软岩区煤矿地下水库构建技术、矿井水洁净转移存储技术等；三是按照矿区生产安全和生态安全的矿井水零排放目标，基于采动覆岩导水裂隙带自修复机制，通过开采导水裂隙带发育规律模拟、渗流异常区圈定、导水通道辨识和导水裂隙带工程验证，提出“低进—高推—慢停”的柔性开采工艺，形成具有软岩区特色的地下水原位保护技术。

（3）实践上按照安全为基、总量控制和效率优先原则，将现场科学试验与工程示范相结合，一是按照三层储水模式，通过大型露天矿（宝日希勒露天矿）地下水库示范工程获得了软岩区地下水库储水介质特性、可注抽性等关键参数，优化提出大型露天矿采-排-筑-复工艺过程，构建了国内外业界第一例软岩区露天煤矿地下水库；二是通过大型露天矿排土场近地表生态型储水层大尺度试验（储水介质筛选、储水层和坝体构筑等），探索提出适于大型露天矿生态修复的近地表洁净储-用水结构和构筑模式；三是按照“地下水原位保护”思路，通过大型井工矿（敏东一矿）软岩储水介质的地下水库构筑试验、矿井水第四系含水层洁净转移存储试验、导水裂隙带自修复探查试验、矿井水洁净处理工艺试验等，探索了软岩区煤矿地下水库构建、导水裂隙带自修复促进、矿井水生态型利用的可行性，采用“低进—高推—慢停”柔性回采模式，有效提升了含水层保护效果；四是按照废弃地生态利用思路，基于大型露天矿（宝日希勒和胜利露天矿）地下水渗流季节性特点，构建了具有储水作用和景观效果的地表蓄水池，形成安全储水-生态景观融合的生态型水资源保护利用模式。

本书突破我国大型煤电基地煤炭开采模式，基于东部草原区大型煤电基地复杂情景，开展了高强度扰动下水资源保护与利用难点问题探索与工程实践，提出的大型煤电基地开发水资源保护与利用模式及关键技术，进一步完善了大型煤电基地水资源保护与利用技术体系，为推进我国大型煤电基地水资源保护与利用提供了重要示范作用。

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本书具有较强的理论性和实用性，可供矿业学科、生态学科、环境学科的科研人员、高校教师、相关专业的高年级本科生和研究生，以及从事煤炭开采、地下水保护、矿区生态修复等工作的技术人员参考，对大型煤电基地水资源保护开发实践具有重要参考价值。

本文摘自科学出版社2025年6月出版《大型煤电基地水资源保护关键技术》一书，内容有删节。标题为编者所加。

（本文编辑：王运 wangyun@mail.sciencep.com）

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