在內蒙古呼倫貝爾草原深處，國家能源集團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，儲水面積達150萬平方米，儲水容量122萬立方米，開辟北方草原蓄水新途徑。

在毛烏素沙地東南緣，國家能源集團神東煤炭公司35座地下水庫穩定運行，可供應神東礦區95％以上的用水，年供水量約7000萬立方米；累計創造直接經濟效益逾100億元。

看著自己的心血轉化為煤炭開采與生態保護雙輪驅動的生動實踐，國家能源集團科技與信息化部總監、煤炭開采水資源保護與利用全國重點實驗室副主任李全生的幸福感油然而生。

“依靠科技創新，打破開采與保護‘兩重天’魔咒，是我矢志不渝的追求。”李全生說。

李全生還是“十三五”“十四五”煤炭生態開采領域國家重點研發計劃項目首席科學家。他以30多年的研究成果為基礎，提出生態開采的核心理念，即減損開采—水位恢復—精準修復，開創了我國煤炭礦區生態保護修復由損傷后被動修復到主動控損與系統修復研究的先河。

從理論創新到技術突圍

“煤炭開采的問題必須從源頭上解決，以創新為動力、技術為支撐。”李全生說。

國家能源集團煤炭銷量約占全國的1/6，在不同礦區擁有87處煤礦，開采條件復雜多變，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區首采工作面是我國首個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，各項條件優越，是監測采動后覆巖運移、裂隙發育與地表生態損傷全過程的絕佳之地。

在這個工作面投產之際，李全生及其團隊搶抓機遇，克服各種困難提前入駐現場，開展沉陷區網狀監測。他們開展“空天地”一體化采動損傷監測，僅在開切眼和停采線處就布設了2000多個地面測量點，監測數據量是以往的數十倍。

為盡量多采集第一手數據，李全生及其團隊連續兩年扎根在神東礦區，天不亮上山、看不清下山、中午在沙柳旁吃點盒飯喝口水就接著工作，特別是夏天，個個變得又黑又瘦。但他們準確測出的地層三維變化情況，為揭示覆巖運移、裂隙發育等規律奠定了基礎。

煤炭開采過后巖土層沉降是個持續過程，且多煤層分層開采會導致上覆巖層反復斷裂、沉降。如果都依靠在礦區實地監測，時間長、成本高。

李全生及其團隊另辟蹊徑，自主研制了開采損傷傳導三維大尺寸模擬試驗平臺。

“利用模擬試驗平臺，我們實現了覆巖運移、裂隙發育與地表生態損傷全過程模擬與監測，解決了二維模擬邊界條件過于簡化和現場覆巖變化內部難以監測與可視化的難題。”李全生說。

目前，針對井工礦，李全生及其團隊創新“變采寬協調開采”技術，通過調整工作面布置和開采工藝，使采動影響不超過地層極限變形能力，實現高效開采與生態控損平衡；針對露天礦，則首創“采排復一體化”模式，應用凸形工作線快速剝離等技術，將百萬噸產能采坑占地減少24%至26%。勝利露天礦年產能從1200萬噸躍升至2800萬噸的同時，生態擾動顯著減小。

從精準修復到系統協同

“生態修復要有系統思維，通過一個點解決一個領域的問題。”李全生說。

李全生及其團隊不僅攻克了單項技術，還構建了涵蓋減損開采、監測、決策、修復、評價的煤炭生態開采標準體系。從地下到地上，從水土保持到復墾綠化，隨著一項項關鍵技術突破，進而形成生態開采技術體系，并在北方礦區進行生態開采工程示范，礦區生態系統修復效果逐漸顯現。

在神東礦區，李全生發明了上部楔形密封頂梁、下部嵌入底板“主動防滲、系統安全”的壩體結構及裝配式施工技術。

“就像古老建筑中的榫卯結構一樣，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，把地下水庫中水的側向壓力由破壞力變為加固力，有效解決了采動或礦震誘發的壩體滲漏難題。”李全生說。

露天礦的修復更像一場仿生手術。李全生及其團隊研發仿原始地層生態型重構技術，讓排土場從下至上依次恢復底板巖層、重建含水層等功能，如同給傷疤重新連接“血管”和“神經”，不僅實現地表綠化，還恢復了地下水資源的連通性與土壤持水能力。應用這一技術，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，國家能源集團建設了半干旱草原區勝利露天開采示范區、酷寒草原區寶日希勒露天開采示范區、軟巖富水區敏東一礦井工開采示范區，形成了大型煤電基地生態修復模式。寶日希勒露天礦和勝利露天礦建成國家級綠色礦山，植被蓋度均提升40%以上。神東礦區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字孿生的礦區生態修復方案智能優化方法，研發了“信息采集—定量建模—孿生仿真—輔助決策”的礦區生態修復智能決策系統。這一系列成果已經在我國生態脆弱區的21座大型露天礦、55座井工礦推廣應用，推動生態修復決策科學化、成本大幅降低，提升了煤炭產能與資源回收率。

如今，由李全生牽頭的“十四五”國家重點研發計劃項目《北方防沙帶大型露天煤礦區生態保護與修復技術及示范》，正在國家能源集團準能礦區、平莊礦區實施。

作者謝吉東 版面編輯：謝吉東

編輯：張瑩

來源：中國煤炭報

聲明：本文系轉載自互聯網，請讀者僅作參考，并自行核實相關內容。若對該稿件內容有任何疑問或質疑，請立即與鐵甲網聯系，本網將迅速給您回應并做處理，再次感謝您的閱讀與關注。