段中会：再论保水采煤-新闻动态--榆林市地质矿业协会-Powered by www.laoy.net

    如果从1996年原煤炭部九五重点科研项目《我国西部（榆神府区）保水采煤及地质环境研究》首次提出“保水釆煤“概念算起，关于“保水采煤”的研究已经有了20年的历史。20年来，众多学者专家和科研生产单位围绕这一主题展开了系列研究和工程实验，取得了大量研究成果和技术探索，推动了保水采煤理论和技术的逐步深入，对我国西部生态脆弱矿区的克持续发展起到了重要的作用。
    然而，应该认识到，总体而言，目前保水采煤从理论到实践都还一直处在探索阶段，制约矿区发展的煤水矛盾的解决任重而道远。具体而言，神东矿区开发导致的总体地下水环境破坏是现实不争的事实，榆神矿区新建的榆树湾等矿小心翼翼进行着保水采煤，但生产成本的增加使这一努力取得成果变得“看上去很美”，技术推广后劲乏力，小保当煤矿因为没有可行现实的技术支撑方案，国家发改委要求通过首采区的试验取得经验后才能开采，在已经报道的各种实践实验技术中，从条带法，充填法到分层法短壁面法等工艺技术，均是为了保水而对采煤方法的改进，或者说，只强调牺牲煤炭资源或煤炭企业利益，鲜见有为了采煤而对含水层进行改造从而达到采煤保水的技术探究，片面的导致“宁留水不采煤”或“不留水勿采煤”而不是“既保水又采煤”的双赢目的。似乎双赢是不可能实现的天方夜谈。与此同时，另一方面，随着绿色开采理论和技术体系的建立，保水采煤作为一种特定地址条件下，解决特定问题的技术正在变得概念模糊，保水采煤有变成一个菜篮子，东部地区“三下采煤”、北方岩熔承压水的带压开以及地下水库等技术都能装进篮子里，分散了破解问题的初心，这些问题的存在说明保水采煤研究遇到瓶颈，许多深层次问题亟待解决。
    1.0保水采煤的定义及核心问题
    保水采煤问世以来，研究成果丰硕，但是，究竟什么是保水采煤？到目前为止，还没有一个能广为接受的说法。范立民认为，保水采煤核心是降低导水裂隙带的发育高度，其他学者也给出来自己的定义。
    笔者认为，保水采煤的概念应该从其本质上理解。其一，保水采煤研究的对象为西部生态脆弱区，典型如榆神府矿区。其特点是，煤层浅埋深，一般开采后易造成上覆含水层的渗漏流失或疏干，而维系地表生态系统的关键是正是浅层莎拉乌苏组含水层的地下水。由此可区别保水采煤与三下采煤及带压开采。保水采煤与三下采煤既有联系又有区别，一方面，保水采煤可以归结为在特定地质水文地质条件下的“三下采煤”问题。另一方面，二者视角不同，前者更注重的是保水，而后者更立足于采煤。保水采煤与底板带压开采的区别是显而易见的，后者实质是防水采煤。为此，措施之一是不惜降压疏导地下水，与保水无关。其二，保水采煤研究的问题是求解保水与采煤间的这对矛盾最优解。目标为生态经济社会的综合效益最大化。理论上讲，在绝大多数情况下，保水采煤在技术上都是可以实现的。问题的关键是经济上是否可行？如何以增加较低的采煤成本甚至能否有比通常开采方式下更低开采成本的采煤方式实现尽可能多的釆出煤炭并保护地下水不被破坏。不计成本的技术方案必然导致无谓的问题无解，榆阳煤矿建而复关闭的结果看起来是保水者的成功，实则是零和博弈。更多情况下的结果往往是走向保水目标的反面，因为煤矿一旦建设生产，煤炭企业经济效益的追逐永远是有动力的，而牺牲生态环境变得不可避免。最后又必然回到先破坏后治理的老路上来。因此，任何只限于考虑技术可行而实际上经济上并不可行的方案都是不科学的。
    笔者认为，保水采煤是指在西部生态脆弱矿区，以生态经济社会综合效益最大化为目标，以保护或再造关键隔水层求解煤炭开采与浅层地下水环境稳定最优解的绿色技术。
    2.0基于降低导水裂隙带发育高度的保水采煤技术
    如果能有效降低煤炭开采引起的上覆岩土层的扰动范围，把导水裂隙带发育高度限制在受保护目标含水层（萨拉乌苏或烧变岩）的底界（+保护层）之下，就能实现保水采煤。
    陕北侏罗纪煤田榆神神府矿区积累了大量的导水裂隙带发育规律研究成果。在一般条件下，裂高釆厚比达到20-26。
    对于煤层埋深较大，主要是榆神矿区中深部，理论上不存在采煤破坏萨拉乌苏含水层地下水的问题。而覆岩厚度小于裂隙带高度的矿井工作面，就面临着保水采煤的课题。
    如何降低导水裂隙带发育高度？首先是通过改变影响导水裂隙带发育高度的影响因素来采取措施。众所周知，根据三下采煤规程，对于一定应力场和强度条件的覆岩层，在全冒落法管理顶板情况下，导水裂隙带发育高度随煤层釆厚的加大而加大，随分层层数的增加而减小。但是理论模拟和工程实践一致说明，导水裂隙带发育高度还与工作面宽度、采煤方法及煤层埋深等多种因素相关，导水裂隙带高度实际是多个自变量的非线性复杂函数。这些自变量可以分为两类，可控因素和不可控因素。可控因素有（1）釆厚。减小煤层釆厚降低导水裂隙带；（2）分层开采。降低单层釆厚，降低导水裂隙带；（3）工作面宽度。减小工作面尺寸，抑制导水裂隙带的充分发育；（4）釆空空间。充填釆空区减小釆空空间减小裂隙带发育高度；（5）采煤工艺。加快工作面推进速度，减少导水裂隙带高度；（6）釆空区覆岩应力场。减小覆岩应力集中，何满朝院士发明的110和N00工法，可以降低裂隙带高度；（7）采煤方法的革命。变机械物理采煤为化学采煤的地下气化技术有效降低裂隙带高度。上述分析给出了基于降低导水裂隙带发育高度为导向的保水采煤的可技术能途径和方法。不过，技术上的可行不等于问题的解决。如果一个项目技术上可行，但需要高成本的付出，使项目本身变得没有意义。如果一个项目只有巨大的经济利益，但是社会效益是负面的（如制毒贩毒），当然不可行，如果项目本身具有社会效益，但经济评价上低于行业基准收益率，则同样是不能被接受的。不幸的是，目前，已经尝试的保水采煤方法都很大程度的增加了企业生产成本，而多数技术自身在保水目标上也存在不足和缺陷；有的则是无奈之举，技术本身是采煤技术的倒退。
    笔者认为，在榆神矿区，未来研究应该高度重视以下三项技术。一是就地取材，以沙漠最为广大的沙子为主要原料的充填开采技术；二是大力推广110及N00工法，是主要方向；三是煤炭地下气化技术；上述技术的集成和有机组合，在技术上是可行的，在经济效益上也是完全可以接受的，必将带来保水采煤技术的根本性突破。（作者：段中会、陕西省煤田地质集团有限公司总工程师）

段中会：再论保水采煤

时间：2016/8/27 9:54:23

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