“開發西部煤炭是保障國家能源安全的重大需求。實現煤炭開采與礦區生態環境協調發展，是黃河流域煤炭工業高質量發展必須破解的重大科學問題。”12月5日，中國工程院院士王雙明在2020年“西部煤炭綠色開采”中國工程科技論壇上說。

堅持綠色開采理念

我國煤炭資源富集區主要位于沙漠黃土廣泛覆蓋區，如陜西內蒙古交界的大型礦區。生態環境脆弱、采動損害嚴重等造成黃河中段煤炭開發和環境保護矛盾尖銳。

“煤炭開采必須做到生態環境保護優先。采動隔水性變化是生態環境損害的根源，煤層上覆隔水巖組保護是生態環境保護的基礎，生態水位保護是生態環境保護的核心。”王雙明表示。

自2000年開始，當時的陜西煤炭工業局、西安科技大學等單位協同攻關，揭示了鄂爾多斯盆地北部生態脆弱礦區環境損害機理，提出了以減少采動損害為途徑、以生態水位保護為核心的環保理念與技術。

王雙明介紹，綠色開采理念與技術的核心在于減沉(隔水性穩定區)、減損(隔水性變化區)、保水(隔水性損害區)和防崩(貧水或無水區)。

如在隔水性變化區的大型煤礦采用分層限高開采，含水層未受影響;在隔水性損害區的中小型煤礦，用留設煤柱替代充填柱模擬充填開采，實現了保水位開采;在隔水性穩定區的大型煤礦，采用一次采全高開采，含水層未受影響。

“以煤水共生地質特征為基礎，以采動地質條件變化分區為途徑，以減少隔水巖組損害為目標，以保護生態水位為核心的減沉、減損、保水綠色開采技術，是實現黃河流域煤炭工業高質量發展的重要技術支撐。”王雙明說。

礦井水轉向資源化處理

“傳統礦井水以無害化處理為主，目前更多轉向資源化處理。”中國工程院院士顧大釗在論壇上說。

2018年3月，中國工程院重點戰略咨詢項目“2035我國礦井水保護利用戰略與工程科技研究”開始執行。根據調查，我國目前煤礦礦井水年產68.8億立方米，但利用率僅為35%左右。礦井水利用率差異較大，主要受礦井水量大小、周邊產業布局和水質等多種因素影響。

目前，我國礦井水綜合處理利用有幾種方式。一是井下復用，如井下降塵、噴灑和機泵冷卻液等。二是內部利用，如選煤用水、植被灌溉和生活用水等。三是外部供水，如周邊電廠、煤化工企業用水等。神東礦區每年約產生1億立方米礦井水，其中用作生產、生活和生態的礦井水分別占35.1%、24.0%和15.3%，外排量占17.6%。

中國工程院院士劉合指出，西部地區煤炭開采對水資源系統影響深刻又全面。與此相匹配的煤水協同發展工程技術包括“煤—水”雙資源型煤炭開采技術、煤礦地下水庫技術、保水采煤技術、“海綿礦井”技術、多源異構水污染控制系統協同應用技術等。

如今，地下水庫技術已在神東礦區取得一定進展。據了解，神東礦區已建成33座地下水庫，儲水量達3100萬立方米，年供水量近7000萬立方米。地下水庫技術已開始推廣，如陜煤集團、晉能控股煤業集團、山東能源集團等已實施或正在實施地下水庫工程。

“不過，我國礦井水利用方面存在一些體制和機制的問題：缺少礦井水利用的區域整體規劃、缺乏對礦井水利用的相關扶持政策、‘零排放’政策執行中存在誤區、水資源稅的制定及執行仍須優化、礦井水利用與排放標準亟待研究和更新。”顧大釗說。

礦井水處理面臨新挑戰

“礦井水將是我國中長期穩定的水資源。”顧大釗指出，隨著煤炭生產重心不斷西移，到2035年，西部六省份煤炭產量占比將達到90%左右，礦井水量占比接近80%，礦井水高效利用對西部礦區的戰略意義更加凸顯。而且，隨著西部煤炭開采逐漸向深部轉移，水資源保護技術難度更大，礦井水質更趨復雜，這會帶來新的挑戰。

此外，東部和其他地區礦井大量進入資源枯竭期，需要高度重視廢棄礦井水污染控制和水資源利用。

“以前，我們更多關注的是‘含水層’的保護，未來應更關注‘水資源’的保護。井下儲水和礦井水的高效利用也是對水資源的有效保護。”顧大釗建議，要堅持“保護”與“開發”并舉，重要水源地、生態保護區要科學實施分區開采，采用水資源保護性開采措施;堅持“分級處理、分質利用”，科學合理制定礦井水排放和利用標準，充分利用礦區特有優勢，大力發展井下處理、利用礦區低成本熱源的處理技術。

“在煤水協同管理策略建議方面，主要為基于水循環全過程評價煤炭對水系統的影響、創新按礦井水抽取量征收水資源費機制、加強礦井排水的合理配置與綜合高效利用、推進以水為關鍵要素的現代綠色礦山建設。”劉合說。

能源的開發利用全過程與水資源密切相關，同時氣候變化對能源的開發利用和“自然—社會”水循環全過程造成系統影響。未來氣候變化對西部地區水和能源開發利用存在正負影響和不確定性，如氣溫持續升高、降水可能繼續增多，進一步影響區域徑流、水資源及生態環境等。

“亟須加強能源—水資源—氣候變化領域的協同管理。”劉合說。