◆吕望舒

中国的中西部省区，拥有着我国丰富的煤炭储量，然而中西部的水资源短缺、生态环境脆弱是煤炭开采过程中绕不开的难题。如何减少对地下水资源的耗损和破坏？如何缓解资源利用与生态保护的矛盾？神华集团“煤炭开采水资源保护利用与地表生态修复”优秀科技创新团队经过20余年的努力，不仅造了可观的经济效益，更是交出来了一份让世界瞩目的生态环保答卷。

从如何排出水到如何留住水

煤炭开采过程中，每生产1吨煤平均产生两吨矿井水，地下水资源破坏是煤炭科学开发面临的重大问题。数据显示，我国煤炭年产量约38亿吨，每年约产生矿井水80亿吨。矿井水一直被视为井下的危险源，为了井下安全生产需将矿井水抽采到地面，矿井水外排地表，古往今来都觉得是天经地义的事。然而，矿区附近的地面一般缺乏大容量、经济的储水设施，矿井水利用率仅为25%左右，大部分水经处理达标后排放，造成大量水资源浪费。

“在东部，处理过的矿井水可以外排到河流湖泊成为地表水，然而在我国西部蒸发量是年降雨量的数倍，例如鄂尔多斯地区，它的蒸发量是2400毫米左右，但是它的降雨量不到400毫米，大量矿井水外排后很快就蒸发损失了，这个对于煤炭开发利用是一个巨大的资源浪费。” 中国工程院院士，神华集团科技发展部总经理，煤炭开采水资源保护利用国家重点实验室主任顾大钊介绍说。

神华集团“煤炭开采水资源保护利用与地表生态修复”优秀科技创新团队从1996年开始科学研发解决矿井水的保护和利用，思考如何在严重缺水的情况下，将水保住。开始的时候，科研团队沿着三条技术路线往前推：一是想办法在煤炭开采过程中少产生或者不产生矿井水，减少对水资源的消耗和破坏，二是在地表进行净化和存储，第三是转换思路，不再将矿井水外排，而是储存在地下。经过多年探索研究，发现在西部大规模、高效率煤炭开采中上覆岩层的水必然会下渗产生矿井水，无法避免。而在地表进行水库式储存，污水处理成本高，蓄水蒸发量大，无法存储。在这两条路都行不通的情况下，科研团队最终选择了将矿井水储存在地下。

“简单地说就是把水在煤炭开采的过程中不排到地表，把它存在下面，不仅供井下使用，还供给地面的生产、生活和生态使用。” 顾大钊说。

说起来容易做起来很难。科技团队围绕着三个阶段目标进行了20年的技术公关：一是井下到底能不能存水；二是井下能不能多存点水？三是井下能不能把我的矿井水全存住，不外排。科研团队采取了“导储用”为手段的矿井水井下储存与利用方法，将含水层的地下水疏导至采空区进行储存，从第一次建成工作面的储水设施，到2010年，神华集团在大柳塔煤矿建成了第一个分布式地下水库，可以储存710万立方米矿井水，实现了矿井水不外排的目标。

同时，经过近20年的技术攻关，该团队相继研发了煤矿地下水库和煤矿分布式地下水库水资源保护利用技术。截至2015年底，神东矿区已建成煤矿地下水库35座，储水总量约为3100万立方米。目前，神东矿区已建成32座煤矿地下水库，储水量达3100万方，供应了神东矿区95%以上用水，不仅保障了世界唯一的两亿吨级矿区的生产、生活、生态用水；还给周边电厂（神华国能集团大柳塔电厂和上湾电厂）供水；正在建设煤制油项目的供水工程（日供水3.2万方）。

“这些技术不仅能带来环保收益，也为企业带来了经济效益。”顾大钊说，“以2011～2013年为例，神东矿区地下水库给矿区井下供水4000万方，给地面供水4500万方，3年累计节水8500万方，因节水和减排矿井水节约费用新增利润15.91亿元，吨水建设成本仅3元，吨水运行成本仅1元，应用地下水库技术提高了煤炭回收率，仅大柳塔煤矿3年累计多回收煤炭1922.6万吨。”据了解，现在这项技术已经在神华的其他10个矿区全面推广应用。

创新机制 保护矿区生态环境

2015年9月，神华集团“煤炭开采水资源保护与利用”国家重点实验室（以下简称重点实验室）获国家科技部批准建设。

“神华集团是央企，央企的重点实验室和学校和研发单位是不一样的。这个重点实验室不仅是技术，体制机制方面都要有创新，不但要出技术、出人才，还要出机制。”顾大钊说。

神华集团希望通过实验室，聚焦水资源短缺和生态脆弱的我国西部煤炭主产区，通过煤炭开采水资源保护利用与矿区生态修复的系统基础理论研究、科学试验装置研制、关键技术开发和工程示范，攻克制约煤炭绿色开采的关键技术难题。技术方面，水资源保护利用是一个新兴的领域，也是一个交叉学科，需要大批的技术来支撑，还有很多问题要解决；人才方面，要进行技术研发、示范和推广利用，所以要培养一批各方面的人才，研究一整套激励机制；机制方面，要把国家的重点实验室和企业、行业的发展联系在一起，国家的重点实验室一定要解决企业和行业，乃至国家面临的重大的技术难题，还要和经济效益挂钩。

未来，该实验室还将开展跨学科产学研协同科技攻关，取得煤炭开采水资源保护与利用基础理论和关键技术方面的原创性成果，培养若干国家级战略科学家和煤炭开采水资源保护利用方面的科学家

西部地区因水资源短缺，地表生态问题的核心就是水资源问题。在神东矿区，神华集团在地表生态保护方面取得的一系列先进技术也已经取得了明显效果。

“神东矿区原来是沙漠化矿区，在神东矿区开发之前，地表植被覆盖率是3%到11%，现在地表植被覆盖率超过了80%，从外面看起来就像一片绿洲。”提到神东矿区的转变，顾大钊欣喜地说。

神东矿区不仅是世界最大的矿区，也是世界上最缺水的矿区。神华集团的技术创新主要是两个方面，一方面在煤炭开采过程中减少对地表生态的损伤。因为煤炭开采过程中会造成地面不均匀的沉陷，形成很多裂缝破坏植物的根系，而且形成裂缝之后，土壤里面的水分散失得更快。神华集团利用开采工艺的创新和开采参数的优化，实现了井下大面积的开采，让地表大面积均匀沉降以减少裂缝，从而减少对地表生态的损伤。另一方面充分利用保护住的水资源，加强生态恢复。把存在地下的水抽到地面来，根据需要进行喷灌或者滴灌，极大地改善了地表生态。

神华集团不仅在煤炭开发方面拥有了尖端开采和煤矿水处理技术，在其设涉及的其他行业如电力、铁路、港口、航运、煤制油、煤化工等也引领行业科技发展。经过了近20年的探索，神华集团用实践证明了企业在科技创新中的主体作用，让企业在需求、决策、投入、研发组织和成果推广应用“五个主体”方面做了比较好的探索。

“神华的科技创新目标是支撑神华科学发展、引领行业科技进步、提升国家科技实力、领先全球煤炭科技，”顾大钊说，“这个目标是我们一致的追求，神华作为一个央企，一定能够彰显央企科技主力军的作用。”