在內(nèi)蒙古呼倫貝爾草原深處，國(guó)家能源集團(tuán)雁寶能源公司寶日希勒露天礦建成世界首座露天煤礦地下水庫(kù)，儲(chǔ)水面積達(dá)150萬(wàn)平方米，儲(chǔ)水容量122萬(wàn)立方米，開(kāi)辟北方草原蓄水新途徑。
在毛烏素沙地東南緣，國(guó)家能源集團(tuán)神東煤炭公司35座地下水庫(kù)穩(wěn)定運(yùn)行，可供應(yīng)神東礦區(qū)95％以上的用水，年供水量約7000萬(wàn)立方米；累計(jì)創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益逾100億元。
看著自己的心血轉(zhuǎn)化為煤炭開(kāi)采與生態(tài)保護(hù)雙輪驅(qū)動(dòng)的生動(dòng)實(shí)踐，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)室副主任李全生的幸福感油然而生。
“依靠科技創(chuàng)新，打破開(kāi)采與保護(hù)‘兩重天’魔咒，是我矢志不渝的追求。”李全生說(shuō)。
李全生還是“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。他以30多年的研究成果為基礎(chǔ)，提出生態(tài)開(kāi)采的核心理念，即減損開(kāi)采—水位恢復(fù)—精準(zhǔn)修復(fù)，開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)煤炭礦區(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。
從理論創(chuàng)新到技術(shù)突圍
“煤炭開(kāi)采的問(wèn)題必須從源頭上解決，以創(chuàng)新為動(dòng)力、技術(shù)為支撐?！崩钊f(shuō)。
國(guó)家能源集團(tuán)煤炭銷量約占全國(guó)的1/6，在不同礦區(qū)擁有87處煤礦，開(kāi)采條件復(fù)雜多變，既有井工礦又有露天礦，既有薄煤層又有特厚煤層，非常具有典型性。
神東煤炭公司上灣煤礦四盤(pán)區(qū)首采工作面是我國(guó)首個(gè)8.8米超大采高一次采全高綜采工作面，屬于特厚煤層，埋藏淺、傾角小，各項(xiàng)條件優(yōu)越，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。
在這個(gè)工作面投產(chǎn)之際，李全生及其團(tuán)隊(duì)搶抓機(jī)遇，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)。他們開(kāi)展“空天地”一體化采動(dòng)損傷監(jiān)測(cè)，僅在開(kāi)切眼和停采線處就布設(shè)了2000多個(gè)地面測(cè)量點(diǎn)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量是以往的數(shù)十倍。
為盡量多采集第一手?jǐn)?shù)據(jù)，李全生及其團(tuán)隊(duì)連續(xù)兩年扎根在神東礦區(qū)，天不亮上山、看不清下山、中午在沙柳旁吃點(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)出的地層三維變化情況，為揭示覆巖運(yùn)移、裂隙發(fā)育等規(guī)律奠定了基礎(chǔ)。
煤炭開(kāi)采過(guò)后巖土層沉降是個(gè)持續(xù)過(guò)程，且多煤層分層開(kāi)采會(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)，時(shí)間長(zhǎng)、成本高。
李全生及其團(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)。
“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?！崩钊f(shuō)。
目前，針對(duì)井工礦，李全生及其團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新“變采寬協(xié)調(diào)開(kāi)采”技術(shù)，通過(guò)調(diào)整工作面布置和開(kāi)采工藝，使采動(dòng)影響不超過(guò)地層極限變形能力，實(shí)現(xiàn)高效開(kāi)采與生態(tài)控?fù)p平衡；針對(duì)露天礦，則首創(chuàng)“采排復(fù)一體化”模式，應(yīng)用凸形工作線快速剝離等技術(shù)，將百萬(wàn)噸產(chǎn)能采坑占地減少24%至26%。勝利露天礦年產(chǎn)能從1200萬(wàn)噸躍升至2800萬(wàn)噸的同時(shí)，生態(tài)擾動(dòng)顯著減小。
從精準(zhǔn)修復(fù)到系統(tǒng)協(xié)同
“生態(tài)修復(fù)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?！崩钊f(shuō)。
李全生及其團(tuán)隊(duì)不僅攻克了單項(xiàng)技術(shù)，還構(gòu)建了涵蓋減損開(kāi)采、監(jiān)測(cè)、決策、修復(fù)、評(píng)價(jià)的煤炭生態(tài)開(kāi)采標(biāo)準(zhǔn)體系。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)效果逐漸顯現(xiàn)。
在神東礦區(qū)，李全生發(fā)明了上部楔形密封頂梁、下部嵌入底板“主動(dòng)防滲、系統(tǒng)安全”的壩體結(jié)構(gòu)及裝配式施工技術(shù)。
“就像古老建筑中的榫卯結(jié)構(gòu)一樣，很好地利用凹凸之間的巧妙組合，有效限制頂梁與底座的變形，把地下水庫(kù)中水的側(cè)向壓力由破壞力變?yōu)榧庸塘?，有效解決了采動(dòng)或礦震誘發(fā)的壩體滲漏難題?！崩钊f(shuō)。
露天礦的修復(fù)更像一場(chǎng)仿生手術(shù)。李全生及其團(tuán)隊(duì)研發(fā)仿原始地層生態(tài)型重構(gòu)技術(shù)，讓排土場(chǎng)從下至上依次恢復(fù)底板巖層、重建含水層等功能，如同給傷疤重新連接“血管”和“神經(jīng)”，不僅實(shí)現(xiàn)地表綠化，還恢復(fù)了地下水資源的連通性與土壤持水能力。應(yīng)用這一技術(shù)，寶日希勒露天礦水土流失減少23%，土壤含水率提升約10%；勝利露天礦地下水位提升了70%。
目前，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)，形成了大型煤電基地生態(tài)修復(fù)模式。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。神東礦區(qū)植被覆蓋率由最初的3%至10%，提升到如今的70%。
另外，李全生提出了基于數(shù)字孿生的礦區(qū)生態(tài)修復(fù)方案智能優(yōu)化方法，研發(fā)了“信息采集—定量建?！獙\生仿真—輔助決策”的礦區(qū)生態(tài)修復(fù)智能決策系統(tǒng)。這一系列成果已經(jīng)在我國(guó)生態(tài)脆弱區(qū)的21座大型露天礦、55座井工礦推廣應(yīng)用，推動(dòng)生態(tài)修復(fù)決策科學(xué)化、成本大幅降低，提升了煤炭產(chǎn)能與資源回收率。
如今，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》，正在國(guó)家能源集團(tuán)準(zhǔn)能礦區(qū)、平莊礦區(qū)實(shí)施。
來(lái)源：中國(guó)煤炭報(bào)
