江寧教授：高潛水位采煤沉陷區(qū)治理與利用研究進(jìn)展及展望

創(chuàng)新點(diǎn)

（1）從高潛水位采動(dòng)地層損傷與演化規(guī)律、沉陷監(jiān)測(cè)與預(yù)計(jì)、沉陷對(duì)地表環(huán)境影響及修復(fù)、沉陷積水的時(shí)空演化及與地下水水力聯(lián)系4個(gè)方面介紹了高潛水位沉陷區(qū)治理利用基礎(chǔ)理論研究新進(jìn)展。

（2） 在梳理我國(guó)東部各個(gè)地區(qū)高潛水位采煤沉陷區(qū)治理與利用實(shí)踐的基礎(chǔ)上，提出了水陸協(xié)調(diào)發(fā)展技術(shù)，探討了不同治理方向以及水陸平衡發(fā)展的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和面臨的挑戰(zhàn)。

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高潛水位采煤沉陷區(qū)治理與利用研究進(jìn)展及展望

作者：江寧^1,2,3, 蔣春林, 張根旺, 郭慶彪

單位：1. 山東科技大學(xué) 能源與礦業(yè)工程學(xué)院；2. 山東科技大學(xué) 礦山災(zāi)害預(yù)防控制省部共建國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地；3. 金屬礦采空區(qū)精細(xì)探測(cè)與綜合治理山東省工程研究中心；4. 安徽理工大學(xué) 空間信息與測(cè)繪工程學(xué)院

引用格式：

江寧，蔣春林，張根旺，等.高潛水位采煤沉陷區(qū)治理與利用研究進(jìn)展及展望[J].綠色礦山，2024，2(4)：368?380.JIANG Ning，JIANG Chunlin，ZHANG Genwang，et al. Research progress and prospect of governance andutilization of coal mining subsidence areas with high groundwater level[J]. Journal of Green Mine，2024，2(4)：368?380.

摘要

我國(guó)高潛水位礦區(qū)主要位于人口稠密的東部地區(qū)，高強(qiáng)度的地下開采不僅導(dǎo)致地表形成大規(guī)模沉陷盆地，而且伴隨產(chǎn)生大面積沉陷積水。大量耕地和建構(gòu)筑物被淹沒(méi)，增加了治理利用難度，引發(fā)一系列的生態(tài)惡化、土地破壞和用地矛盾等問(wèn)題，成為了制約煤礦城市轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵因素。為加快推進(jìn)其高效的生態(tài)治理與可持續(xù)利用，對(duì)我國(guó)高潛水位采煤沉陷區(qū)治理利用和研究的現(xiàn)狀進(jìn)行了梳理總結(jié)。首先通過(guò)文獻(xiàn)計(jì)量軟件VOSviewer對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)高潛水位采煤沉陷區(qū)生態(tài)治理利用在近10 a受到了學(xué)者的廣泛關(guān)注，研究主要集中在沉陷積水和土壤的理化性質(zhì)方面，且研究方法豐富，治理策略呈現(xiàn)多元化融合發(fā)展趨勢(shì)。并從高潛水位采動(dòng)地層損傷與演化規(guī)律、沉陷監(jiān)測(cè)與預(yù)計(jì)、沉陷對(duì)地表環(huán)境影響及修復(fù)、沉陷積水的時(shí)空演化及與地下水水力聯(lián)系4個(gè)方面介紹了高潛水位沉陷區(qū)治理利用基礎(chǔ)理論研究新進(jìn)展。通過(guò)梳理我國(guó)東部各個(gè)地區(qū)平原高潛水位采煤沉陷區(qū)治理與利用實(shí)踐的基礎(chǔ)上，提出了水陸協(xié)調(diào)發(fā)展技術(shù)，探討了不同治理方向以及水陸平衡發(fā)展的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和面臨的挑戰(zhàn)，并進(jìn)行了研究展望，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高潛水位采煤沉陷區(qū)科學(xué)治理利用提供了方向和思路。

引言

我國(guó)富煤、貧油、少氣、缺鈾的資源稟賦特點(diǎn)，決定了煤炭在我國(guó)的主體能源地位。作為我國(guó)能源安全的“壓艙石”和“穩(wěn)定器”，煤炭長(zhǎng)期以來(lái)在保障我國(guó)能源安全、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量平穩(wěn)發(fā)展方面提供了持續(xù)動(dòng)力。然而，煤炭的井工開采不可避免地會(huì)引起覆巖運(yùn)移和地表下沉。隨著我國(guó)煤炭資源長(zhǎng)期高強(qiáng)度的開采，雖保障了能源的安全穩(wěn)定供應(yīng)，但同時(shí)也形成了大面積的采煤沉陷區(qū)，從而引發(fā)了一系列的礦區(qū)生態(tài)環(huán)境和社會(huì)問(wèn)題，預(yù)計(jì)到2030年這一面積將達(dá)到280×10hm。對(duì)于我國(guó)高潛水位礦區(qū)而言，由于其地下潛水位較高且主要位于我國(guó)中東部地區(qū)，人口稠密，土地以平原為主，土壤肥沃，屬于典型的煤糧復(fù)合區(qū)，地下煤炭開采后地表往往不僅出現(xiàn)大規(guī)模的沉陷盆地，而且同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大范圍積水，引發(fā)淺層地下水態(tài)勢(shì)發(fā)生變化和土壤損傷，水質(zhì)的惡化進(jìn)一步加劇了礦區(qū)生態(tài)和耕地的破壞，增加了治理和利用的難度。據(jù)預(yù)測(cè)，我國(guó)高潛水位礦區(qū)采煤最終造成沉陷面積將達(dá)318×10hm，積水面積將超過(guò)191×10hm。為此，采煤沉陷區(qū)積水的治理與利用成為了高潛水位煤礦城市轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵途徑。同時(shí)，隨著采煤沉陷區(qū)治理政策的陸續(xù)完善，生態(tài)文明建設(shè)的加速推進(jìn)以及“雙碳”目標(biāo)的提出，就如何科學(xué)實(shí)現(xiàn)高潛水位采煤沉陷區(qū)的修復(fù)治理利用，已成為了當(dāng)前研究的重難點(diǎn)。

早期為控制地表沉陷和提高煤炭資源采出率，充填開采、條帶開采、房柱式開采等源頭減沉措施應(yīng)運(yùn)而生，被廣泛研究和應(yīng)用，但隨著時(shí)間的演化和開采規(guī)模的擴(kuò)大，地面沉陷程度也逐漸增大，于是學(xué)者們逐漸開始關(guān)注沉陷后土地的修復(fù)治理與多元化利用。其中在高潛水位采煤沉陷區(qū)治理與利用方面，胡炳南等根據(jù)采煤沉陷程度、積水與潛水、人居與土地等因素對(duì)全國(guó)重點(diǎn)采煤沉陷區(qū)進(jìn)行了評(píng)價(jià)與排名，發(fā)現(xiàn)其中前40名中有35個(gè)縣(市，區(qū))位于我國(guó)東部高潛水位地區(qū)，地下水位平均5～15 m，而河北、河南、安徽、山東、江蘇和黑龍江6個(gè)省份屬于典型的煤糧復(fù)合區(qū)，經(jīng)預(yù)測(cè)，這部分的采煤沉陷區(qū)面積將達(dá)到318×10hm，其中60%為沉陷積水區(qū)，其綜合治理與修復(fù)越發(fā)受到關(guān)注。為此，許多學(xué)者開展了大量的研究與實(shí)踐，如立足高潛水位采煤沉陷區(qū)水土轉(zhuǎn)換特征，提出高潛水位礦區(qū)沉陷積水區(qū)資源化、能源化、功能化利用的構(gòu)想；針對(duì)高潛水位沉陷區(qū)的水資源量與地下水水力聯(lián)系進(jìn)行探析；針對(duì)沉陷積水的時(shí)空演化特征進(jìn)行研究；對(duì)沉陷積水區(qū)構(gòu)建平原水庫(kù)的路徑與實(shí)踐進(jìn)行探索；分析高潛水位采煤沉陷區(qū)復(fù)墾治理路徑；對(duì)光伏發(fā)電與采煤沉陷區(qū)綜合治理的融合發(fā)展模式進(jìn)行研究與實(shí)踐；研究近郊采煤沉陷積水區(qū)人工濕地構(gòu)建技術(shù)；針對(duì)沉陷區(qū)水土資源評(píng)價(jià)及生態(tài)修復(fù)技術(shù)進(jìn)行探索等。先后逐漸形成了一批實(shí)用的土地復(fù)墾、建筑利用、生態(tài)修復(fù)、平原水庫(kù)建設(shè)、新能源開發(fā)及多元化治理利用模式，均取得了一定的成效。

基于此，筆者通過(guò)收集國(guó)內(nèi)外有關(guān)高潛水位采煤沉陷區(qū)治理利用研究文獻(xiàn)和相關(guān)報(bào)道的基礎(chǔ)上，分析了當(dāng)下的研究熱點(diǎn)與趨勢(shì)，并立足我國(guó)綠色礦山建設(shè)的需求，對(duì)高潛水位采煤沉陷區(qū)治理方向、相關(guān)理論及工程實(shí)踐的研究進(jìn)展進(jìn)行了梳理總結(jié)，分析不同治理方向研究中的不足并展望未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，以期為我國(guó)高潛水位采煤沉陷區(qū)治理利用的研究提供參考。

部分圖片

圖 1 研究熱點(diǎn)及趨勢(shì)可視化分析

圖 2 多源沉陷監(jiān)測(cè)與預(yù)計(jì)

圖 3 煤炭開采地表變形規(guī)律示意

圖 4 高潛水位沉陷區(qū)平原水庫(kù)示意

圖 5 挖深墊淺示意

圖 6 山東藍(lán)海領(lǐng)航電子商務(wù)產(chǎn)業(yè)園建筑利用

圖 7 我國(guó)東部平原礦區(qū)沉陷積水

圖 8 高潛水位沉陷區(qū)治理案例

作者簡(jiǎn)介

江寧，中共黨員，山東肥城人，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，山東省高等學(xué)校優(yōu)秀青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，全國(guó)煤炭青年科技獎(jiǎng)、青島市青年科技獎(jiǎng)獲得者。現(xiàn)任山東科技大學(xué)能源與礦業(yè)工程學(xué)院資源工程系副主任，兼任山東省金屬礦采空區(qū)精細(xì)探測(cè)與綜合治理工程研究中心副主任。

研究方向

采煤沉陷區(qū)工程建設(shè)利用、礦井特殊開采、充填開采

主要成果

主持國(guó)家自然科學(xué)基金面上/青年項(xiàng)目、山東省自然科學(xué)青年基金、中國(guó)博士后基金面上項(xiàng)目、山東省重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目子課題等縱向課題9項(xiàng)，作為骨干參與國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目1項(xiàng)，國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目3項(xiàng)、山東省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目1項(xiàng)；主持企業(yè)委托課題35項(xiàng)。

獲得山東省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)（R3，2019）、中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)1項(xiàng)（R2，2022）、中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)（R1，2018）、國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局安全生產(chǎn)科技成果二等獎(jiǎng)（R4）、中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)3項(xiàng)（R3、R3、R5）、教育部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)（R8）等省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)11項(xiàng)。

Journal of Central South University、Bulletin of Engineering Geology and the Environment、《煤炭學(xué)報(bào)》、《采礦與安全工程學(xué)報(bào)》等國(guó)內(nèi)外高水平期刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇（其中ESI高被引論文3篇）；出版學(xué)術(shù)專著1部；參編團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)；首位授權(quán)日本等國(guó)家發(fā)明專利17項(xiàng)，轉(zhuǎn)化應(yīng)用6項(xiàng)。

指導(dǎo)學(xué)生獲全國(guó)高校采礦工程專業(yè)學(xué)生實(shí)踐作品大賽、山東省研究生創(chuàng)新成果獎(jiǎng)、山東省大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃大賽等科技比賽8項(xiàng)。

策劃丨郭曉煒

責(zé)編丨黃小雨

編輯丨李莎

審核丨常明然

期刊簡(jiǎn)介

為深入貫徹習(xí)近平生態(tài)文明思想，踐行“綠水青山就是金山銀山”理念，搭建綠色礦山建設(shè)領(lǐng)域高端學(xué)術(shù)交流平臺(tái)，2023年5月，經(jīng)國(guó)家新聞出版署批準(zhǔn)，由中國(guó)煤炭科工集團(tuán)主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的中文科技期刊——《綠色礦山》（Journal of Green Mine）應(yīng)運(yùn)而生?！毒G色礦山》為季刊，國(guó)內(nèi)統(tǒng)一連續(xù)出版物號(hào)為：CN10-1912/TD，ISSN號(hào)：2097-3357，由《綠色礦山》編輯部負(fù)責(zé)策劃、出版、發(fā)行。

刊登范圍

綠色勘查、綠色開采、礦山地下空間利用、綠色選冶、礦山環(huán)境保護(hù)、低碳技術(shù)及節(jié)能減排、數(shù)字礦業(yè)、綠色低碳經(jīng)濟(jì)政策與評(píng)價(jià)等。

聯(lián)系：常明然

電話： 010-87986451

郵箱：changmingran0216@163.com

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