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| 打破開(kāi)采與保護(hù)“兩重天”魔咒 |
| 來(lái)源：中國(guó)能源新聞網(wǎng) 作者：記者 莫非 時(shí)間：2025/7/28 |
我國(guó)煤炭資源和產(chǎn)煤基地主要分布在北方生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)，煤炭開(kāi)采就會(huì)擾動(dòng)和損傷生態(tài)環(huán)境，然而國(guó)家發(fā)展離不開(kāi)煤炭，新型能源體系建設(shè)更需要煤炭來(lái)支撐，如何突破資源與環(huán)境的困局，做到既要又要還要？
國(guó)家能源集團(tuán)科技與信息化部總監(jiān)、煤炭開(kāi)采水資源保護(hù)與利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、“十三五”“十四五”煤炭生態(tài)開(kāi)采領(lǐng)域國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目首席科學(xué)家李全生告訴記者：“開(kāi)創(chuàng)煤炭生態(tài)開(kāi)采理念并實(shí)現(xiàn)工程化示范，讓煤炭開(kāi)采與生態(tài)保護(hù)從一對(duì)矛盾變?yōu)殡p輪驅(qū)動(dòng)，協(xié)同推進(jìn)高質(zhì)量發(fā)展，實(shí)現(xiàn)既開(kāi)采金山銀山，又再造綠水青山�！�
錨定綠色，開(kāi)創(chuàng)理念新篇
“我一直忘不掉我的導(dǎo)師導(dǎo)師錢(qián)鳴高院士經(jīng)常說(shuō)的一句話——一切源于采礦。采礦事業(yè)是偉大的，人類只要生存就離不開(kāi)原料、材料、燃料，采礦是獲取原料、燃料的一把金鑰匙。”李全生表示，在選擇這一行業(yè)之時(shí)就做好了要為煤炭工業(yè)終身奮斗的準(zhǔn)備。帶著這一理念，李全生始終將國(guó)家需求作為科研導(dǎo)向，錨定煤炭綠色開(kāi)采，30多年堅(jiān)守初心，矢志不移。
作為首席科學(xué)家，李全生牽頭承擔(dān)了“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目《東部草原區(qū)大型煤電基地生態(tài)修復(fù)與綜合整治技術(shù)及示范》、“十四五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目《北方防沙帶大型露天煤礦區(qū)生態(tài)保護(hù)與修復(fù)技術(shù)及示范》。作為研發(fā)骨干，李全生參加了“十二五”科技支撐計(jì)劃《晉陜蒙接壤區(qū)煤炭基地生態(tài)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)與示范》等項(xiàng)目。
李全生常對(duì)團(tuán)隊(duì)成員說(shuō)，煤炭規(guī)�；_(kāi)采對(duì)生態(tài)影響范圍大、周期長(zhǎng)、強(qiáng)度高，在實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)、提高效率、保障能源供給的同時(shí)，對(duì)煤炭主產(chǎn)區(qū)脆弱的生態(tài)保護(hù)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)，依靠科技創(chuàng)新打破開(kāi)采與保護(hù)“兩重天”魔咒，這是科技工作者始至不渝的追求。
李全生把多年研究的理論與實(shí)踐相結(jié)合，將30多年的研究總結(jié)為煤炭生態(tài)開(kāi)采，核心理念是“減損開(kāi)采—水位恢復(fù)—精準(zhǔn)修復(fù)”。我國(guó)著名采礦工程專家、中國(guó)工程院院士、中國(guó)礦山壓力與巖層控制學(xué)科主要奠基人之一錢(qián)鳴高教授認(rèn)為，李全生團(tuán)隊(duì)研究成果開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)煤礦區(qū)生態(tài)保護(hù)修復(fù)由損傷后被動(dòng)修復(fù)到主動(dòng)控?fù)p與系統(tǒng)修復(fù)研究的先河。
被譽(yù)為我國(guó)“煤炭生態(tài)開(kāi)采開(kāi)拓者”的李全生，2023年獲得孫越崎能源大獎(jiǎng)，獲中國(guó)專利金獎(jiǎng)1項(xiàng)、國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、國(guó)家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)1項(xiàng)、省部級(jí)科技一等獎(jiǎng)14項(xiàng)，獲授權(quán)發(fā)明專利97件。
溯源探因，揭示損傷機(jī)理
“過(guò)去，一提起煤炭開(kāi)采，就會(huì)說(shuō)對(duì)環(huán)境破壞很大。但煤炭開(kāi)采對(duì)環(huán)境的影響范圍到底如何？一直沒(méi)有量化數(shù)據(jù)�！崩钊嬖V記者，走進(jìn)礦區(qū)，時(shí)常會(huì)看到有指示牌提醒，前方經(jīng)過(guò)采煤塌陷區(qū)，很快道路就會(huì)顛簸起來(lái)，這就是采空區(qū)上方巖土層破裂沉降的直觀表現(xiàn)。
無(wú)論露天開(kāi)采還是井工開(kāi)采，煤炭開(kāi)采生態(tài)損傷的根源都是由于開(kāi)采造成巖土層損傷及其傳導(dǎo)。生態(tài)開(kāi)采的第一步就是創(chuàng)新煤炭開(kāi)采工藝或方法，從煤炭開(kāi)采生態(tài)損傷的源頭最大程度減少開(kāi)采對(duì)生態(tài)的損傷-即“源頭減損開(kāi)采”，首先要揭示煤炭開(kāi)采生態(tài)損傷的機(jī)理，搞清楚煤炭開(kāi)采損傷如何傳導(dǎo)、巖土層斷裂沉降有何規(guī)律、才能為下一步科學(xué)防治創(chuàng)造條件。
《基于開(kāi)采工藝參數(shù)優(yōu)化的西部礦區(qū)地表生態(tài)減損基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)》（SHJT-17-41）、《神東礦區(qū)采動(dòng)破壞巖土的自修復(fù)及其環(huán)境效應(yīng)》（GJNY-18-77）項(xiàng)目實(shí)施初期，正好趕上我國(guó)首個(gè)8.8米超大采高一次采全高綜采工作面投產(chǎn)，是監(jiān)測(cè)采動(dòng)后覆巖運(yùn)移、裂隙發(fā)育與地表生態(tài)損傷全過(guò)程的絕佳之地。
李全生團(tuán)隊(duì)為搶抓機(jī)遇，不等項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)到位，就克服各種困難提前入駐現(xiàn)場(chǎng)，開(kāi)展沉陷區(qū)網(wǎng)狀監(jiān)測(cè)。煤炭開(kāi)采水資源保護(hù)與利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授級(jí)高級(jí)工程師郭俊廷說(shuō)：“這是一項(xiàng)前無(wú)古人的全盆地三維移動(dòng)監(jiān)測(cè)工作，我們開(kāi)展‘空天地’一體化采動(dòng)損傷監(jiān)測(cè)，僅在開(kāi)切眼和停采線共布設(shè)2000多個(gè)地面測(cè)量點(diǎn)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量較以往多了數(shù)十倍倍�！�
科研從來(lái)不是一帆風(fēng)順，想做成前無(wú)古人的事情，必然會(huì)面臨一個(gè)又一個(gè)難題。白天要開(kāi)會(huì)、處理行政事務(wù)，晚上與科研團(tuán)隊(duì)一起交流，商討解決各種難題。李全生說(shuō)：“做煤炭研究，我是忙并快樂(lè)著、忙并幸福著、忙并充實(shí)著�！睘楸M量多采集第一手?jǐn)?shù)據(jù)，李全生團(tuán)隊(duì)成員扎根在神東礦區(qū)連續(xù)二年，天不亮上山、看不清下山、中午沙柳旁吃點(diǎn)盒飯喝口水就接著工作，特別是夏天，個(gè)個(gè)變得又黑又瘦，但他們準(zhǔn)確測(cè)出地層三維變化的情況，為揭示規(guī)律掌握了奠定了信息和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
煤炭開(kāi)采過(guò)后巖土層沉降是個(gè)持續(xù)的過(guò)程，而且多煤層分層開(kāi)采，還會(huì)導(dǎo)致上覆巖層反復(fù)斷裂、沉降，如果都依靠在礦區(qū)實(shí)地監(jiān)測(cè)，不僅成本高昂，而且時(shí)間也耗不起。李全生團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，自主研制了開(kāi)采損傷傳導(dǎo)三維大尺寸模擬試驗(yàn)平臺(tái)。團(tuán)隊(duì)成員劉新杰博士介紹說(shuō)：“利用模擬試驗(yàn)平臺(tái)，我們實(shí)現(xiàn)了覆巖運(yùn)移、裂隙發(fā)育與地表生態(tài)損傷全過(guò)程模擬與監(jiān)測(cè)，解決了二維模擬邊界條件過(guò)于簡(jiǎn)化和現(xiàn)場(chǎng)覆巖變化內(nèi)部難以監(jiān)測(cè)與可視化的難題�！�
通過(guò)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與理論分析，李全生團(tuán)隊(duì)首次明確了巖層破斷的主要影響因素，發(fā)現(xiàn)覆巖極限破斷距與采高、埋深呈負(fù)相關(guān)—即采高越大、埋深越深，覆巖極限破斷距越��；而與巖層自身的強(qiáng)度、厚度呈正相關(guān)，意味著巖層強(qiáng)度越高、厚度越大，覆巖極限破斷距相應(yīng)增加。這一規(guī)律的揭示為精準(zhǔn)預(yù)判巖層穩(wěn)定性、優(yōu)化工程設(shè)計(jì)參數(shù)提供了量化依據(jù)。
主動(dòng)減損，變革開(kāi)采方式
李全生不僅是生態(tài)開(kāi)采理念的開(kāi)拓者，更是實(shí)踐的先行者，把論文真正寫(xiě)在祖國(guó)大地上。
基于提出的采動(dòng)損傷機(jī)理，李全生團(tuán)隊(duì)提出了生態(tài)損傷治理的途徑，即首先要縮減采動(dòng)損傷范圍與阻斷開(kāi)采損傷的傳導(dǎo)。開(kāi)采損傷規(guī)律與機(jī)理很專業(yè)，聽(tīng)起來(lái)甚至有點(diǎn)枯燥，但應(yīng)用這些知識(shí)，從開(kāi)采源頭減少損傷，則很實(shí)用。李全生介紹說(shuō)：“控制地表非均勻沉降是減損開(kāi)采的關(guān)鍵，為了不影響產(chǎn)量，我們發(fā)明了工作面變采寬協(xié)調(diào)開(kāi)采和超大工作面減少非均勻沉降范圍的減損開(kāi)采方法�！�
在傳統(tǒng)井工開(kāi)采方式下，工作面常采用一個(gè)接一個(gè)的順序開(kāi)采煤炭，同一位置的地層反復(fù)受幾個(gè)工作面采動(dòng)影響，一次次被拉伸或壓縮變形。變采寬協(xié)調(diào)開(kāi)采則通過(guò)工作面布置、開(kāi)采工藝調(diào)控，讓開(kāi)采影響不超過(guò)地層或地表的極限變形能力，使區(qū)域作為一個(gè)整體往下沉降，盡可能不改變巖層內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整性，進(jìn)而縮小開(kāi)采損傷范圍、減小損傷程度。如今，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在神東煤炭多個(gè)礦井不同程度使用，在“三下壓煤”嚴(yán)重的中東部礦區(qū)廣泛采用。
系統(tǒng)修復(fù)，構(gòu)筑生態(tài)屏障
李全生常常對(duì)團(tuán)隊(duì)成員說(shuō)：“我們的工作要有系統(tǒng)思維，通過(guò)一個(gè)點(diǎn)解決一個(gè)領(lǐng)域的問(wèn)題。”
生態(tài)開(kāi)采本身就是構(gòu)筑我國(guó)北方生態(tài)屏障系統(tǒng)工程的一部分。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，李全生始終堅(jiān)持系統(tǒng)思維，堅(jiān)持開(kāi)放包容合作，多次組織研討，項(xiàng)目各子課題協(xié)同推進(jìn)，讓各項(xiàng)科研成果形成疊加效應(yīng)。從地下到地上，從水土保持到復(fù)墾綠化，隨著一項(xiàng)項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)突破進(jìn)而形成生態(tài)開(kāi)采技術(shù)體系，并在北方礦區(qū)進(jìn)行生態(tài)開(kāi)采工程示范，礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的效果逐漸顯現(xiàn)。
工程實(shí)踐上，國(guó)家能源集團(tuán)建設(shè)了半干旱草原區(qū)勝利露天開(kāi)采示范區(qū)、酷寒草原區(qū)寶日希勒露天開(kāi)采示范區(qū)、軟巖富水區(qū)敏東一礦井工開(kāi)采示范區(qū)，創(chuàng)建了大型煤電基地生態(tài)修復(fù)模式。中國(guó)工程院王雙明院士評(píng)價(jià)認(rèn)為，大型煤電基地開(kāi)展的生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)性集成示范，應(yīng)用創(chuàng)新性理念、針對(duì)性關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)性解決方案獲得了積極和有效的實(shí)踐成果，為我國(guó)大型煤電基地科學(xué)開(kāi)發(fā)中生態(tài)恢復(fù)工作提供了第一個(gè)范例。
寶日希勒露天礦和勝利露天礦建成國(guó)家級(jí)綠色礦山，植被蓋度均提升40%以上，并建成世界首座露天煤礦地下水庫(kù)，儲(chǔ)水量達(dá)122萬(wàn)立方米，實(shí)現(xiàn)了露天煤礦礦坑水冬儲(chǔ)夏用。神東礦區(qū)開(kāi)采初期，植被覆蓋率在3%至10%。經(jīng)過(guò)多年的生態(tài)開(kāi)采科技創(chuàng)新與實(shí)踐，如今，神東礦區(qū)植被覆蓋率達(dá)70%。
目前，由李全生牽頭的“十四五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目《北方防沙帶大型露天煤礦區(qū)生態(tài)保護(hù)與修復(fù)技術(shù)及示范》，正在生態(tài)脆弱的準(zhǔn)能礦區(qū)、平莊礦區(qū)實(shí)施。該項(xiàng)目以推動(dòng)我國(guó)生態(tài)保護(hù)型煤炭基地和北方重要生態(tài)安全屏障建設(shè)為目標(biāo)，研究成果將為我國(guó)煤炭主產(chǎn)地規(guī)�；_(kāi)發(fā)、能源保供與區(qū)域生態(tài)安全相協(xié)調(diào)及打贏“三北”工程攻堅(jiān)戰(zhàn)提供科技支撐。
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