针对我国保水采煤研究现状及煤矿区采损生态修复的技术需求,提出应开展采动含水层生态功能修复研究,并将其纳入绿色开采技术体系中。在充分阐述采动含水层生态功能修复概念与内涵的基础上,构建了以采动含水层失水流动规律及水径流阻隔关键技术为主的理论与技术框架, 分析了当前相关研究进展与未来攻关方向。含水层的损伤失水与生态功能退化本质源于采煤引起的岩层运动与裂隙发育,应在充分掌握含水层失水机制与规律的基础上对其开展生态功能修复理论与技术研究。

深入揭示含水层失水路径分布与水流动力耗散规律,将失水流量集中分布的采动影响区作为重点修复的靶区,合理运用“ 边采边修” 、“ 采后再修” 等方式实施水流通道封堵与修复。同时,应充分利用采动岩体裂隙自修复机制及其引起的含水层自恢复效应,开展采动含水层生态功能引导修复研究与实践;基于水-气-岩相互作用产生化学沉淀促进导水裂隙自修复的降渗机理, 提出了向含水层下方裂隙岩体中灌注可与地下水产生化学沉淀的修复试剂,以诱导沉淀物在裂隙 中吸附-固结并封堵通道的含水层生态功能修复技术路径。 在此基础上,阐述了利用铁/钙质化学 沉淀进行导水裂隙修复降渗的研究现状,提出未来应重点研究形成利于不同类型导水通道高效封堵的化学沉淀诱导生成对策。 研究可望为西北部生态脆弱矿区煤炭开采地下水保护与生态修复提供参考。

大规模采煤引起的地下水流失与生态退化一直是制约我国煤炭行业健康发展的重要技术问题,如何科学实现煤炭开采地下水保护与矿区生态功能恢复已成为绿色开采领域的前沿与热门课题。

煤炭发展近50年来,煤炭人不断思考总结与研究实践,逐步形成了保水采煤的理论与技术体系,编制和修订了相关规程,极大促进了我国保水采煤技术的发展。从已有研究现状看,控制采动导水裂隙发育是目前实现含水层原位保护的主流技术手段。通过采取限高、充填、条带、短壁或房柱等开采方式, 可有效降低导水裂隙带发育高度,避免含水层受裂隙沟通。这类方法影响了煤矿高产高效开采,对于诸如晋、陕、蒙等高强度采煤矿区很难适应的采煤需求决定了导水裂隙发育高度的难以控制,采煤与保水间矛盾往往难以调和。另一方面,在一定采矿地质条件下,导水裂隙虽不沟通含水层,但仍会出现地下水长时缓慢渗漏现象(如“ 越层渗流”) ,造成“ 限采不一定降损”的尴尬困局。如,陕西榆神矿区某矿采用分层限高保水采煤技术,实测裂采比为 23.5,导水裂隙未沟通上覆第四系萨拉乌苏保护目标含水层,但盘区内几个观测孔的水位都呈现不同程度的下降,降幅最大6.42m,井下涌水中同位素实测第四系潜水的比例也占到 30.6%。 为了实现采动漏失地下水的有效保护和利用,顾大钊院士团队提出了利用采空区进行矿井水转移储存与循环利用的煤矿地下水库保水技术,并在神东等多个矿区成功应用,有效缓解了缺 水矿区的水资源保护与用水需求;但受采空区有限空间的约束,富水矿区尚难适用。

由上可见,现有技术方法主要集中于地下水的保护,对于受开采扰动或损伤的含水层是否能恢复至原有地质赋存和生态功能状态,尚未有效关注。由于含水层处于地下而不可见,其受损状态及程度仅能一定程度依靠地下水位变化、地表泉域和地表植被长势等间接参数来表征体现;一般当含水层损伤及地下水的流失已引起地表生态出现退化等损伤趋势时,才会采取土地复垦、植被修复等治理措施;然而,这种“治标”方式仅能暂时维持植被长势,难以实现其长期生态自维持,导致矿区生态修复成本高、效果不稳定。因此,必须开展采动破坏含水层的修复,恢复其生态功能,并将含水层生态功能修复列入煤矿全生命周期绿色开采的必要环节,开展系统研究和标准制定。‍

自采动含水层生态功能修复学术思想提出以来,相关研究持续进行,但整体尚处于初期探索与试验阶段,仍存在许多理论与技术问题亟待研究。本 文在充分阐述采动含水层生态功能修复概念与内涵基础上,构建了以采动含水层失水流动规律及水径流阻隔关键技术为主的理论与技术框架,分析了当前相关研究进展与未来攻关方向,以期为煤炭开采矿区生态功能修复提供参考。