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澳洲10二期计划:《煤炭学报》创刊60周年——“卓越科学家”│袁亮院士:高潜水位采煤沉陷区资源化、能源化、功能化利用构想与实践

澳洲10二期计划年03月28日 14:21  点击:[]

        3月22日,《煤炭学报》创刊60周年——“卓越科学家”专题重磅上线,其中重点报道了澳洲10二期计划袁亮院士的理论文章《高潜水位采煤沉陷区资源化、能源化、功能化利用构想与实践》。

        创新点:

        (1)提出高潜水位采煤沉陷区资源化、能源化和功能化利用构想。

        (2)系统阐述了“三化”面临的科学问题,如采煤沉陷水域水资源量和水生态环境演变规律、地表残余变形规律。

        (3)从产业融合、资金筹集、科技创新、区域统筹等方面提出了具体的政策建议。

        研究背景:

        高潜水位煤矿区(以下简称“高潜水位矿区”),即潜水位较高(潜水埋藏深度较浅),且蕴藏有煤炭资源的地区。高潜水位矿区在我国主要分布于东部的河北、河南、安徽、山东、江苏等。谟惺拇竺禾炕刂械牧交椿、鲁西基地、河南基地、冀中基地和蒙东(东北) 基地,地形以平原为主,土地肥沃,人口众多,粮食产量占全国的34.18%,人口密度是全国平均水平的3.73倍,是典型的煤粮复合区,浅层地下水埋深5~15 m,埋深较小的区域不足3 m。因此,高潜水位矿区煤炭井工开采通常导致地表大面积沉陷积水。据预计,我国高潜水位矿区采煤最终造成的沉陷面积将达318×104 hm2,积水面积将超过191×104 hm2。开采沉陷改变了高潜水位矿区生态环境,造成土地(耕地) 资源减少,但必须辩证地看到,沉陷积水区的形成过程也是矿区土?水资源转换过程,客观上增加了地表水资源存储空间和水资源量,具有缓解区域水资源短缺的巨大潜力;利用沉陷区开发清洁能源,发展风力发电和水面光伏发电,建设风光互补的可再生能源基地,有着得天独厚的条件;统筹规划沉陷区国土空间,因地制宜差异化治理,将沉陷区不同区域分别打造成农业用地、建设用地和生态用地,其多元功能价值属性将进一步凸显。面向未来,立足高潜水位采煤沉陷区土地?水资源转换特征,统筹区域国土空间规划和功能定位,坚持“两山”理念,推动系统治理,使治理后的沉陷区资源价值最大化,能源清洁、低碳化,土地功能多元化,是必然趋势。鉴于此,笔者提出高潜水位采煤沉陷区资源化、能源化和功能化(统称“三化”)利用构想,针对“三化”利用面临的关键科学技术问题展开讨论,并给出具体的政策建议。

        摘要:

        高潜水位矿区井工开采往往造成地表大面积沉陷积水,矿区生态环境发生变化,沉陷区国土资源由以土地资源为主转变为水资源为主、水土资源共存的局面。目前,采煤沉陷区水资源开发利用不充分,可再生能源开发、多能互补利用和废弃矿井抽水蓄能等方面具有得天独厚的条件和巨大发展潜力,采煤沉陷区国土空间功能也需结合现有条件重新定位与建构。在此背景下,提出高潜水位采煤沉陷区资源化、能源化和功能化利用构想。系统阐述了“三化”面临的科学问题,如采煤沉陷水域水资源量和水生态环境演变规律、地表残余变形规律;“三化”涉及的关键技术与模式,包括监测与评价技术,如“天?空?地?水?井”一体化协同监测技术体系、采煤沉陷区水生态环境调查评价方法、采煤沉陷区建设场地地基稳定性评价方法,以及治理利用技术及模式,如采煤沉陷区水生态环境修复技术模式、采煤沉陷区水资源保持与高效利用技术模式、水资源区域协调开发与高效利用技术模式、风光互补模式、制氢?合成氨?掺氨燃烧发电模式、废弃矿井抽水蓄能模式、农业用地功能构建(复垦地土壤重构)技术、建设用地功能构建(采空区注浆地基加固)技术、生态用地功能构建(地表水系重构与生态湿地建设) 技术;并从产业融合、资金筹集、科技创新、区域统筹等方面提出了具体的政策建议。

图1研究框架图

图2 “天?空?地?水?井”一体化监测

图3 淮南潘谢矿区采煤沉陷水域水资源量分布

图4 光纤监测示意

图5 淮南潘谢矿区采煤沉陷水域时空演变

图6 采煤沉陷区水资源环境监测示意

图7 淮北临涣采煤沉陷区平原水库

图8 废弃矿井抽水蓄能示意

图9 不同结构组分和不同覆土厚度的充填复垦土壤剖面重构模式

图10 夹心层式复合结构充填复垦土壤剖面重构模式

图11 采空区注浆地基加固示意

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