美丽陕西·进行时 生态水位，让采煤与生态保护共赢
图为王双明院士在野外考察。（资料照片）
本报记者乔佳妮
王双明的三个没想到都与“煤”有关。
第一个没想到，是从西安矿业学院毕业工作3年后，考取了中国地质大学北京研究生部煤田地质专业的硕士研究生，师从我国著名煤田地质学者杨起院士和李思田教授；第二个没想到，是30多年来，在生产科研一线围绕找煤、探煤和采煤过程遇到的重大地质需求开展的3项研究成果，均获得国家科技进步二等奖；第三个没想到，是在退休两年后，还能当选中国工程院能源与矿业工程学部院士，而且是陕西国土资源系统第一位院士。
身为一名老煤炭人，王双明主持完成了鄂尔多斯盆地聚煤规律及煤炭资源评价、榆神矿区采煤保水研究等多项科研成果。其中，鄂尔多斯盆地生态脆弱区煤炭开发与生态环境保护关键技术中生态水位理念的提出，不仅为日后获得国家科技进步二等奖的采煤保水技术打下基础，而且对陕西乃至西北地区煤炭行业发展至关重要。
什么是生态水位？它又为陕西乃至西部等生态脆弱地区的煤炭开采提供了怎样的环保理念？3月19日，记者见到王双明，听他讲述了更多有关生态水位的精彩故事。
提理念陕北的保生态就是保水位
所谓生态水位，专指我国西部荒漠化地区保持优势植被良好发育生长的地下水水位埋深。随着西部地区工矿业，尤其是煤炭开采的快速发展，不少地方地下水位持续下降，荒漠化加剧。因此，保护生态水位的稳定性，也是西部地区煤炭工业健康发展的重要基础。
“然而在2000年前后，尽管知道煤炭开采要注重保护生态环境，可重点保什么？怎么保？全省并没有统一的定论。”王双明回忆道。
此时，陕北煤炭进入大规模开采阶段，煤炭行业正迎来发展的春天。但当地水资源短缺、生态环境脆弱，越来越多的环境问题不断涌现。
以榆林市为例，煤炭大规模开采之后，全市境内湖泊数量由869个减少到79个，26万亩植被退化，30万亩土地荒漠化；窟野河2000年出现断流，危及黄河中下游生态安全；采煤导致矿区水位普遍下降8米到12米，生态环境恶化……
面临着煤炭开采后有的水源地就枯竭或者水资源常常受到破坏的现状，陕西还能否继续发展煤炭产业、建设大型煤炭基地？群众的饮水安全问题能否有效解决？都成为当时经济社会发展面临的重大问题。
王双明记得，2003年前后，为了进一步理清陕北煤炭工业发展思路，实现陕北能源化工基地健康持续发展，省政府设立了10项陕北能源化工基地发展重大问题研究项目，采煤保水研究就是其中之一。他便是该项目负责人。
在调查过程中，课题组发现陕北地区一年的降雨量只有400毫米左右，但蒸发量却达到2000毫米左右，如此悬殊的差距并没有让陕北变成荒漠，最重要的原因就是陕北独特的生态系统起到了很好的调节作用。“陕北的沙地就像海绵一样，大气降水渗透其中，沙子将水蓄住，形成地下径流，排入河谷又形成地表径流，这样一套完整的‘补、径、排\’，维系了整个陕北的生态系统。”王双明说。
同时，他们还发现，陕北生态脆弱地区生长的植物，也有着合适的地下水位埋深——1.5米到5米之间，水位大于5米，植物根系不易吸收，小于1.5米，土壤又易盐碱化，也不利于植物生长。
揭示了陕北当地地表生态系统与地下水位埋深之间的依存关系，王双明提出了陕北煤炭开采过程中环境保护的核心是保护好生态水位的新理念。至此，在陕北，保生态就是保水位成为共识。推导在煤炭开采上，只要不破坏含水层，不打破当地的生态平衡，就不会对陕北的生态环境产生太大影响。
但新的矛盾又来了，含水层就位于煤层之上，要开采煤炭，如何做到不破坏含水层，不影响当地的生态系统？
找规律生态水位重塑煤炭产业发展格局
这一次，依然是为了找寻答案，王双明带领的团队开始寻找如何在进行煤炭开采的同时，不破坏当地的水环境。
彼时，陕西与邻省的一次煤炭产业布局“争夺战”也拉开了帷幕。2003年前后，国家发展煤制油项目，拟在全国范围选取两个省份试点，一个尝试直接液化；一个尝试间接液化。直接液化选点内蒙古，而间接液化则在陕西与邻省之间二选一。相比邻省，水资源紧缺、陕北生态环境脆弱，一度成为陕西争夺这一项目的最大短板。
经过长期努力，王双明他们已经有了一个重大发现：陕北的地形西北高、东南低，但地下的含煤岩层则相反，总体呈现出东南高、西北低，使得两者之间的隔水岩层从东南到西北是由薄变厚。
“因此可以通过对煤层上覆盖的隔水岩层厚度和采动损害高度的研究，将采动条件下隔水层隔水性变化划分为稳定区、变化区和损害区。稳定区鼓励开采，变化区限高开采，损害区限制开采，避免煤炭开采对含水层造成破坏，确保地下水位不发生明显变化，便可以维护当地的生态水位，维护当地的生态环境。”王双明说。
找到这一规律，王双明提出了一项矿区生态环境保护新技术：依据煤层、煤层上覆岩层与含水层的空间组合关系和隔水岩石的隔水性变化规律，建立开采分区：对于煤层上覆盖的隔水岩层厚度小于开采高度20倍的，称为限制开采区，必须采用回填等特殊方式，确保含水层不受破坏；对于煤层上覆盖的岩层厚度为开采高度20倍至30倍的，称为限高开采区，可以通过分层限高开采和协调开采方式，实现对含水层的保护；对于煤层上覆盖的岩层厚度大于开采高度30倍的，称为鼓励开采区，因开采对含水层影响很小，可以鼓励大型企业建设特大型机械化煤矿，追求高产高效。
理论提出后，实践中也得到有效验证。榆林市的榆阳煤矿位于隔水性损害区，充填开采试验取得了成功；榆树湾煤矿位于隔水性变化区，采用分层限高开采，实现了采煤保水共赢，避免了对生态的破坏……这项以构建煤水空间组合特征分区为基础，以控制隔水性损害为途径，实现生态水位保护的矿区地质环境保护新技术，赢得了专家的认可，也获得了国家科技进步二等奖。
正因有了这项技术，煤炭间接液化项目最终花落陕西。陕北乃至西北地区煤炭行业的发展因有了更好的环保技术，才有了进一步大力发展的可能。
寻突破全面推广依然任重道远
如今，国家在审批新增煤炭项目时，都会有煤炭资源开采与水资源利用关系分析这一项，倒逼企业从煤炭开采环节就要优化矿井设计、建设和生产方案，努力做到环保、科学，最大限度减少对环境的破坏，这正是基于王双明提出的生态水位一说。而这项通过保护生态水位实现矿区地质环境保护的煤炭开采新技术，也在被越来越多的企业采用。
尽管技术和工程实践是成功的，但煤炭开采都是由浅到深，不少中小型企业在开采过程中，考虑到开采成本，此项技术尚未全面推开。
“相比传统开采方式，采用充填式开采技术，企业的成本会增加，而浅层开采尽管开采成本小，但环境成本大，所以在煤炭开采上，我们应鼓励大型有实力的煤炭企业开采深部煤炭，对开采浅部煤炭的中小企业，则要引导他们采用充填式开采等特殊技术，减少对环境的破坏。”王双明表示。
如今，王双明他们正在对这项技术进行深化研究。3月19日，记者见到王双明时，他们研究的将限高分层开采技术提升为不破坏生态环境的全高开采技术已取得一定突破。
“比如我们可以运用柔膜支护技术，将柔膜制作成柱状体，采用特殊技术定点安放并注入充填物，让其成为柱子，支撑煤炭开采后的空间。”王双明信心满满，“如此一来，既不破坏隔水层，开采成本也能大大降低，陕北等地煤炭开采对环境影响的问题就能更好地解决了。”
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