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生态脆弱区煤炭现代开采地下水和地表生态保护关键技术(2014年国家科技进步二等奖)

来源: 作者: 发布时间:2016-10-27 字号:

煤炭是我国的主体能源,煤炭安全高效生态开采(称为“现代开采”)是经济社会发展和建设美丽中国的内在要求。晋陕蒙宁甘区域煤炭储量和产量均占全国2/3以上,但水资源仅占全国的3.9%;其核心区—能源“金三角”(宁东、榆林和鄂尔多斯)煤炭储量占全国27%,水资源仅占全国的0.37%,且年蒸发量是降雨量的6倍左右,矿区及周边环境沙漠化、荒漠化倾向十分严重。保护地下水并建设生态矿区是我国煤炭开发战略西移及科学开发的重大课题。项目以能源“金三角”核心区—神东矿区为实施基地,以“三类地下水”(影响地表生态的土壤水、决定地下水位的第四系孔隙水和矿井水重要来源的基岩裂隙水)为主线,系统研究了安全高效规模化开采对地下水和地表生态影响“两项规律”,开发了地下水保护利用和地表生态修复“两项关键技术”,实现了化“水害”为水利、变地表生态“被动”治理为“主动引导”修复的现代开采,使全球唯一2亿吨级神东矿区煤炭现代开采技术和产业竞争力保持世界领先水平。

(1)揭示了煤炭安全高效开采中地下水系统变化规律,为地下水保护提供了理论依据。首次建立了采动覆岩地震、渗流等参数煤炭开采全周期同步观测系统,发现了采动覆岩裂隙及渗透性层状自修复趋势,系统研究了安全高效开采中“三类地下水”的运移特征,建立了覆岩渗透率和含水层厚度变化模型。

(2)首创了煤矿地下水库储用矿井水技术,水库群储水量达2700万m3。首次提出了“煤矿地下水库储用矿井水”新理念,发明了地下水库库容确定、坝体防渗和矿井水净化等技术,解决了水库安全运行和水质保障等技术难题。

(3)揭示了安全高效开采对地表生态的影响规律,为提高生态修复效益提供了理论支撑。发现了地表采动裂缝、土壤含水率、植物根系向采前状态恢复趋势(称“自修复”)和周期,确定了基于自修复规律的生态修复技术途径。

(4)首次开发了安全高效开采沉陷区地表生态自修复促进关键技术,矿区植被覆盖率比2008年提高14个百分点。首创开采沉陷区引导型分区修复模式与方法,开发了地表生态减损和促进地表生态自修复技术。

项目获授权专利27项(含发明9项);发表论文34篇,SCI和EI收录9篇;制定企业技术标准(草案)2项;获部级科技一等奖1项。

查新与检索表明:国内外未见与上述创新点相同的文献报道;煤炭开采规模和效率、煤矿地下水库及储水规模、地表生态修复等指标近三年保持国际领先;由5名院士等专家组成的鉴定委员会认为:成果总体达到国际领先水平。

国土资源部已将煤矿地下水库和绿色矿山模式与技术在全国推广。该成果已在神东、包头和新街等矿区推广,在神东矿区已建成煤矿地下水库32座,满足了2亿吨级矿区的生产生活需要和其它产业用水需求,地表生态修复效果显著。近三年,应用该成果因节水和减少生态修复投入新增利润19.78亿元,同时仅大柳塔矿因煤炭回收率提高就增加销售收入65.22亿元和利润35.36亿元。该成果对西部生态矿区建设具有示范作用,对我国煤炭科学开发具有引领作用。

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