在距离太原市重要的淡水资源“汾河一库”直线距离不到3公里的地方，坐落着一座省级绿色开采试点煤矿——晋能控股集团太原煤气化龙泉能源公司，其矿井地下分布着5个含水层，形成了“煤层上下均分布含水层”的地质结构。 2019年，该公司率先实施保水开采策略。2020年12月，保水开采项目顺利通过山西省能源局验收;2022年5月，保水开采项目荣获太原煤气化公司科学技术进步一等奖;2022年12月，保水开采项目荣获中国煤炭工业协会科技进步二等奖。如今，已在“三水共保”低损伤、零排放、无隐患的绿色开采模式下，取得了良好的经济效益、社会效益、生态效益和安全效益，形成了可借鉴、可推广的煤矿保水开采“龙泉模式”。 该公司井田内奥灰含水层是煤系地层下伏的主要含水层，由于煤层底板奥灰水带压大，突水系数较高，在构造发育区域易造成奥灰承压突水。因此，防治水工作的安全重点是为防范奥灰水通过“断层”等导水地质构造涌入井下采掘工作面发生水害事故。 2019年8月，该公司被确定为省级保水开采试点后，公司党委高度重视，第一时间召开专题会议，成立领导专班，制定保水开采方案，细化责任分工，联合中国矿业大学与河北煤炭科学研究院，以4301工作面为试点工作面，采取地面区域治理技术对煤层底板奥灰水进行超前保水治理。同时，该公司积极探索矿山绿色发展新思路，坚持“矿井水害治理转化为矿井保水开采”理念，以“等效采高、等效阻隔层厚度、等效水资源承载力”保水开采理论为依据，形成以“浅表水保质保量、顶板水资源化利用、底板水原位保护”为主线的保水开采技术体系，并在试点工作面保水开采中得以验证。 截至2020年8月30日，该项目共计在地面钻探工程施工2个垂直探查孔、8个分支孔，揭露15个漏失点，总进尺15642米，共注水泥24341.61吨、粘土2801.192吨、干料27142.802吨，在提升底板岩层整体阻水能力的同时，有效防止了矿井水害事故的发生。 在实施保水开采过程中，该公司以试点工作面为研究对象，综合采用现场调研、理论分析、模拟仿真、室内实验、现场实测、技术集成及工业性试验等手段，深入掌握了地表冲沟发育区采动覆岩移动规律、浅表水位变化特征、采动顶板应力与裂隙发育规律，形成了具有矿井“煤水”资源赋存特征的开采技术体系。对试点工作面采动底板破坏、渗透性变化及水系统规律进行了深入研究，构建了基于龙泉煤矿地质条件的地质缺陷体探测与保水开采监测预警系统框架，为绿色开采提供了有力的技术支撑。 为了实现绿色开采目标，该公司积极引进并运用核心千米定向技术，搭配“海蓝MWD无线随钻测井系统”，严格控制井眼轨迹，确保钻孔轨迹满足设计要求，精准钻进至保水层位。引入地面移动式注浆站，全程自动化操作，显著提升了注浆效率和精度。生产过程中排出的水进入矿井水处理站，通过“调节—混凝—沉淀—过滤—消毒”的先进工艺，实现矿井水的有效处理和再利用，将废水转化为宝贵资源，实现了矿井水零排放目标。 据统计，自保水开采项目实施以来，该公司工作面每年可减少排水量87.6万吨，节约排水费235.5万元，节约污水处理费59.6万元，节约排水人工费、设备折旧费约47.85万元。同时，按照国家及山西省煤炭资源税减税规定，2021~2023年，公司保水开采项目已累计减免税额1.87亿元。 该公司始终遵循“长远规划、分步评价、综合探查、超前治理、动态监测、系统保障”的原则，开展矿井整体突水危险性评价、采区评价和采掘工作面精细化评价工作。为确保采掘工作面安全，公司采用“评价、探查、治理、验证”四步流程进行精细化评价，并严格执行安全准入制度。 该公司在井田、采区评价基础上，积极收集相邻工作面回采期间的构造、涌水以及前期探查和地质资料，深入评价掘进工作面的构造、灰岩承压水等因素，编制精细化评价报告并制定针对性措施。掘进期间，坚持采用2种物探手段进行超前探测，制定科学严谨的探放水设计，并按照“物探先行、钻探验证、化探跟进”的原则进行验证。 在煤炭回采管控方面，该公司采用综合物探手段对工作面构造及顶、底板富水异常区进行探查，编制钻探设计，并按设计进行底板探查和注浆治理工作。严格按规定施工钻孔，并进行水质、水量、水压综合分析，制定注浆治理方案。在注浆治理完成后，还会进行二次物探效果检验，对比分析2次物探成果和第二次物探异常区，继续开展钻探验证和注浆治理工作。在所有防治水工程结束后，再次进行工作面突水危险性精细化评价，并在奥灰水害治理评价安全可靠的前提下，进行安全准入回采作业。 事非经过不知难，成如容易却艰辛。该公司通过一系列举措，稳步推进保水开采项目的实施，改变了以往煤与水这对矛盾体，达到了煤水共生，切实为黄河流域生态保护和企业高质量发展作出了积极贡献。 ■科学导报记者 邵旭康 通讯员 王渝鑫
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