基于資源和地質(zhì)環(huán)境特征的河?xùn)|煤田煤炭綠色開(kāi)采戰(zhàn)略研究

劉漢斌，程芳琴

(1.山西大學(xué) 資源與環(huán)境工程研究所，山西 太原 030006；2.山西省煤炭地質(zhì)局，山西 太原 030006)

煤炭綠色開(kāi)采是指用最小的環(huán)境擾動(dòng)換取最大的煤炭資源開(kāi)采效益，實(shí)現(xiàn)煤炭開(kāi)采與生態(tài)環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展[1]。煤炭綠色開(kāi)采技術(shù)主要有充填開(kāi)采、保水開(kāi)采、煤與瓦斯共采、矸石不升井等開(kāi)采技術(shù)[2]。煤礦綠色開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用能夠最大限度減少煤炭開(kāi)采對(duì)礦區(qū)環(huán)境的擾動(dòng)，在滿足區(qū)域環(huán)境容量前提下，實(shí)現(xiàn)資源開(kāi)發(fā)利用最優(yōu)化和生態(tài)環(huán)境影響最小化。河?xùn)|煤田作為我國(guó)黃河流域重要的含煤盆地與煉焦煤生產(chǎn)基地，也是我國(guó)生態(tài)環(huán)境、地質(zhì)環(huán)境脆弱區(qū)，如何從整個(gè)煤田的角度分析和優(yōu)化全煤田煤炭綠色開(kāi)采戰(zhàn)略，最大限度地減少采煤引起的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境破壞，對(duì)于實(shí)現(xiàn)黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展國(guó)家戰(zhàn)略，保護(hù)黃河中游生態(tài)地質(zhì)環(huán)境具有重要的戰(zhàn)略和現(xiàn)實(shí)意義。彭建兵等[3]針對(duì)黃河流域高質(zhì)量發(fā)展面臨的地球科學(xué)問(wèn)題，提出包括安全黃河、綠色黃河、生態(tài)黃河在內(nèi)的“宜居黃河”科學(xué)構(gòu)想,認(rèn)為應(yīng)黃河流域開(kāi)發(fā)應(yīng)以特殊地質(zhì)環(huán)境、地貌特征和脆弱的生態(tài)環(huán)境為出發(fā)點(diǎn)，構(gòu)建人地協(xié)調(diào)的地質(zhì)安全保障策略。彭蘇萍等[4]從黃河流域煤礦區(qū)所處的戰(zhàn)略地位出發(fā)，剖析了黃河流域生態(tài)環(huán)境面臨的主要問(wèn)題，提出水的保護(hù)與利用是黃河流域中上游煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境修復(fù)的關(guān)鍵。胡海峰[5]針對(duì)山西黃土丘陵地貌的特點(diǎn)，分析和總結(jié)了山西黃土丘陵區(qū)采煤沉陷區(qū)地表、水資源、植被破壞類型，提出山西黃土丘陵區(qū)采煤后生態(tài)環(huán)境修復(fù)技術(shù)。河?xùn)|煤田是黃河中游的一個(gè)重要煤炭能源基地，面臨著煤炭開(kāi)采和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的雙重任務(wù)。傳統(tǒng)的“事后”修復(fù)老路顯然不能滿足新的黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的要求，因此，亟需從宏觀戰(zhàn)略角度來(lái)提前預(yù)判并規(guī)避或最大程度減輕或減緩因煤炭開(kāi)采所造成的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境、水資源破壞。筆者從河?xùn)|煤田地質(zhì)環(huán)境、地質(zhì)地貌特征和水文地質(zhì)條件出發(fā)，分析并提出河?xùn)|煤田未來(lái)煤炭綠色開(kāi)采的戰(zhàn)略路徑。

1 煤炭資源特征

河?xùn)|煤田位于黃河中游呂梁山西麓鄂爾多斯盆地東緣，為南北走向、傾向西的隱伏煤田，整體呈東西窄南北長(zhǎng)的長(zhǎng)條狀展布[6](圖1)。地域上跨越忻州、呂梁、臨汾、運(yùn)城 4 個(gè)地級(jí)市，含煤面積16 228 km2，是我國(guó)重要的煉焦煤產(chǎn)地[7]，也是我國(guó)重要的煤炭資源后備基地[8]，從南到北擁有4 個(gè)國(guó)家煤炭規(guī)劃礦區(qū)(圖2)，跨越晉北、晉中2 個(gè)國(guó)家煤炭生產(chǎn)基地。主要含煤地層為石炭–二疊系太原組和山西組，煤類主要有氣煤、肥煤、瘦煤、焦煤、長(zhǎng)焰煤等，共含煤11 層[8]。

圖1 河?xùn)|煤田地理位置與礦區(qū)分布Fig.1 Geographical location and mining area distribution of Hedong Coalfield

1.1 資源總量

河?xùn)|煤田保有煤炭資源總量為579.61 億t，占山西省保有煤炭資源總量的21.4%(表1)。其中，河?xùn)|煤田煉焦用煤、非煉焦用煤分別占河?xùn)|煤田煤炭資源總量的74.4%和25.6%。煉焦用煤中64.2%的煤炭資源為稀缺煉焦煤，占河?xùn)|煤田保有煤炭資源總量的47.8%，占全國(guó)稀缺煉焦煤總量的17.6%。而稀缺煉焦煤中焦煤和肥煤分別占比河?xùn)|煤田、山西和全國(guó)焦煤和肥煤保有煤炭資源總量的26.6%、34.7%和20.3%。河?xùn)|煤田是我國(guó)稀缺煉焦煤焦煤和肥煤中的重要產(chǎn)地，離柳礦區(qū)4 號(hào)主焦煤被譽(yù)為“國(guó)寶”。河?xùn)|煤田稀缺煉焦煤的長(zhǎng)期穩(wěn)定供應(yīng)對(duì)于我國(guó)乃至世界的焦炭和鋼鐵產(chǎn)業(yè)的安全具有重要意義，如何提高煉焦煤的回采率應(yīng)成為河?xùn)|煤田煤炭綠色開(kāi)采的戰(zhàn)略任務(wù)之一。

表1 河?xùn)|煤田煤炭資源總量和稀缺煉焦煤資源Table 1 Total coal resources and scarce coking coal in Hedong Coalfield

1.2 煤類及資源分布

河?xùn)|煤田的煤類主要有氣煤、焦煤、瘦煤、長(zhǎng)焰煤等。其中，瘦煤、焦煤主要分布于離柳和鄉(xiāng)寧礦區(qū)，保有資源量分別占全省瘦煤、焦煤資源量的37.9%和48.2%。1/3 焦煤、肥煤主要分布于離柳礦區(qū)，分別占比全省1/3 焦煤、肥煤資源量的27.8%和16.0%(表2)。

表2 河?xùn)|煤田不同礦區(qū)煤類及資源分布Table 2 Coal types and distribution in different mining areas of Hedong Coalfield

2 可采煤層分布與開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

2.1 可采煤層分布

河?xùn)|煤田各個(gè)礦區(qū)可采煤層整體分布特征見(jiàn)表3。河?xùn)|煤田可采煤層數(shù)目整體具有中部多，南北兩端少的特征；可采煤層總厚具有由北向南遞減的特征。其中，中厚及以上可采煤層、煤層總數(shù)與可采煤層總厚度整體由北向南逐漸遞減。可采薄煤層主要分布在煤田中部的離柳礦區(qū)和石隰礦區(qū)，具有層數(shù)多、總厚度大的顯著特征；可采薄煤層總層數(shù)平均占到全部可采煤層總層數(shù)的50%以上，可采薄煤層的總厚度占全部可采煤層的25%以上。其中，柳林北區(qū)和離石區(qū)的可采薄煤層層數(shù)占其總可采煤層數(shù)的60%以上，柳林北區(qū)和離石區(qū)、蒲縣區(qū)的可采薄煤層總厚度占其總可采煤層總厚度的30%以上。

表3 河?xùn)|煤田不同礦區(qū)可采煤層分布Table 3 Distribution of mineable coal seams in different mining areas of Hedong Coalfield

2.2 開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

為對(duì)比分析河?xùn)|煤田不同礦區(qū)的煤炭開(kāi)發(fā)利用程度，分析整理不同礦區(qū)的煤炭已勘查開(kāi)發(fā)面積、礦區(qū)保有資源儲(chǔ)量、煤礦占用資源量數(shù)據(jù)，見(jiàn)表4。

表4 河?xùn)|煤田已勘查區(qū)煤炭資源開(kāi)發(fā)利用占比Table 4 Proportion of coal resource development and utilization in the explored areas of Hedong Coalfield 單位：%

河?xùn)|煤田作為我國(guó)重要的煤炭后備礦區(qū)，整體開(kāi)發(fā)利用程度(36%)小于全省平均值(45%)，保有煤炭資源儲(chǔ)量(57%)和未占用煤炭資源量(65%)占比均高于全省六大煤田平均值，充分顯示河?xùn)|煤田煤炭資源開(kāi)發(fā)利用潛力巨大，綠色開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊。特別是石隰礦區(qū)整體未開(kāi)發(fā)利用，具有很高的整裝綠色開(kāi)發(fā)潛力。中部離柳礦區(qū)和北部河保偏礦區(qū)已開(kāi)發(fā)利用面積占比接近全省平均值，說(shuō)明河?xùn)|煤田離柳礦區(qū)和河保偏礦區(qū)的煤炭資源開(kāi)發(fā)利用程度最高，保有資源量占比全煤田最低。

3 地質(zhì)環(huán)境脆弱性分析

河?xùn)|煤田所處的呂梁山西麓廣大地區(qū)，地處黃土高原腹地，地表支離破碎，水土流失嚴(yán)重，植被稀疏，地質(zhì)環(huán)境整體較差。煤田4 個(gè)國(guó)家煤炭規(guī)劃礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性評(píng)價(jià)均為差等級(jí)，煤田整體以中等和較低環(huán)境承載力為主[10]，其中，石隰礦區(qū)的承載力以較低承載力和低承載力為主的地區(qū)合計(jì)占礦區(qū)總面積的97%。

3.1 水土流失嚴(yán)重

我國(guó)14 個(gè)大型煤炭基地中，黃河流域有9 個(gè)煤炭基地，其中，5 個(gè)位于黃土區(qū)，黃土區(qū)占黃河流域總面積的85%[4]。河?xùn)|煤田即位于這5 個(gè)黃土區(qū)煤炭基地中的晉北和晉中煤炭基地。黃土區(qū)先天氣候和環(huán)境條件惡劣，水土流失嚴(yán)重，煤炭開(kāi)采又加劇水土流失。河?xùn)|煤田所在的黃河晉陜峽谷兩岸地表溝壑縱橫，土壤侵蝕模數(shù)大，流域面積僅及黃河的15%，但來(lái)沙量占全黃河的56%，年產(chǎn)泥沙量占整個(gè)黃土高原土壤流失量的26%，是全球生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)和重點(diǎn)治理地區(qū)[11]。如河?xùn)|煤田北區(qū)河保偏–離柳北地區(qū)，地表為自重濕陷性黃土，黃土喀斯特地貌發(fā)育，水土流失嚴(yán)重，地面高程900～1 500 m，高差200～300 m，土壤侵蝕模數(shù)5 000～10 000 t/(km2·a)。南部離柳南–鄉(xiāng)寧礦區(qū)，地面高程1 000～1 300 m，高差100～200 m；地貌上表現(xiàn)為黃土梁和黃土峁。地表廣泛出露風(fēng)積及洪積黃土，沖溝發(fā)育，切割密度5 km/km2，土壤侵蝕模數(shù)大于10 000 t/(km2·a)，為山西省水土流失最嚴(yán)重的地區(qū)之一[12]。

3.2 地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)

黃土地質(zhì)災(zāi)害是黃土區(qū)一種廣泛分布的突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害[13]。河?xùn)|煤田是晉西黃土高原的主體部分，黃土地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)。據(jù)山西省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心統(tǒng)計(jì)，河?xùn)|煤田所在的晉西地區(qū)，黃土崩塌和滑坡地質(zhì)災(zāi)害占比晉西黃土區(qū)災(zāi)害總數(shù)的83%，地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)占全省地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的17%，地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)密度是全省平均災(zāi)害點(diǎn)密度是1.26 倍[12](圖2 和表5)。脆弱的生態(tài)環(huán)境和強(qiáng)烈的采礦活動(dòng)導(dǎo)致河?xùn)|煤田地質(zhì)災(zāi)害與地質(zhì)環(huán)境破壞事件頻發(fā)[14]，黃土崩塌、滑坡等黃土地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致的群死群傷事件時(shí)有發(fā)生[15](表 6)，給人民群眾生產(chǎn)生活安全帶來(lái)嚴(yán)重危害。發(fā)生概率高、危害嚴(yán)重的煤礦區(qū)黃土邊坡變形地質(zhì)災(zāi)害，為河?xùn)|煤田地質(zhì)災(zāi)害的典型特征[16-17]。

表5 河?xùn)|煤田所在的晉西地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害特征Table 5 Characteristics of geological hazards in Western Shanxi

表6 河?xùn)|煤田2003 年以來(lái)黃土崩滑地質(zhì)災(zāi)害Table 6 Geological disasters of loess collapse and landslide in Hedong Coalfield since 2003

圖2 河?xùn)|煤田地貌與河流及黃土地質(zhì)災(zāi)害(地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)據(jù)彭建兵等[3])Fig.2 Hedong coalfield landform and river and loess disasters(geological disaster points according to Peng Jianbing et al[3])

3.3 水文地質(zhì)條件復(fù)雜

河?xùn)|煤田位于呂梁山西麓向鄂爾多斯盆地深部地區(qū)過(guò)渡地帶，東部煤層露頭地區(qū)石灰?guī)r廣泛分布，巖溶地下水活動(dòng)強(qiáng)烈，由北到南分布天橋泉、柳林泉、龍子祠泉3 個(gè)寒武–奧陶紀(jì)巖溶大泉(圖3)，導(dǎo)致煤田東緣地區(qū)下組煤大多為強(qiáng)帶壓區(qū)。其中，尤以河?xùn)|煤田中部的柳林泉帶壓區(qū)范圍最大，占泉域面積的27%[17](表7)。由于河?xùn)|煤田整體為走向SN、傾向W 的隱伏狀煤田，煤田東緣一帶從南到北埋藏較淺，導(dǎo)致河?xùn)|煤田目前的生產(chǎn)煤礦大部均集中于此帶壓區(qū)域內(nèi)，水文地質(zhì)條件復(fù)雜多變，下組煤大多帶壓開(kāi)采，長(zhǎng)期以來(lái)一直采取排水降壓方式開(kāi)采下組煤，導(dǎo)致巖溶水資源大量損失，巖溶泉水位持續(xù)下降[18]。

表7 河?xùn)|煤田巖溶大泉泉域面積和下組煤帶壓區(qū)Table 7 Areas of karst springs and lower coal belt pressure zones in Hedong Coalfield

圖3 河?xùn)|煤田巖溶大泉分布范圍Fig.3 Distribution range of karst springs in Hedong Coalfield

4 綠色開(kāi)采戰(zhàn)略

河?xùn)|煤田是我國(guó)黃河流域的一個(gè)重要能源基地，同時(shí)也是生態(tài)脆弱區(qū)、水土流失嚴(yán)重區(qū)，面臨著能源開(kāi)發(fā)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、黃河中游水土涵養(yǎng)等多重戰(zhàn)略任務(wù)。因此，未來(lái)河?xùn)|煤田煤炭資源的開(kāi)發(fā)首先必須在頂層設(shè)計(jì)和戰(zhàn)略選擇上，從煤礦的全生命周期出發(fā)，從煤炭的開(kāi)采模式、地質(zhì)環(huán)境的保護(hù)和恢復(fù)治理上因地制宜、分類施策，統(tǒng)籌謀劃，兼顧煤炭資源開(kāi)發(fā)與生態(tài)環(huán)境和水資源保護(hù)，以水定產(chǎn)，在開(kāi)發(fā)金山銀山的同時(shí)最大限度地實(shí)現(xiàn)并保住綠水青山。

4.1 開(kāi)發(fā)程度控制與薄煤層開(kāi)采

我國(guó)煤炭資源豐富，但煉焦煤資源不足，僅占我國(guó)煤炭資源儲(chǔ)量的18.9%[19]。其中，優(yōu)質(zhì)的焦煤和肥煤占比不到10%[20-21]。稀缺煉焦煤作為煉焦用煤的主力煤種，儲(chǔ)量稀少但需求量巨大[22]。河?xùn)|煤田稀缺煉焦煤占全省稀缺煉焦煤資源的34.7%。其中，離柳礦區(qū)煤炭資源總量占全煤田的51.2%，煉焦用煤占全煤田的63.4%，稀缺煉焦煤占比全煤田的70.8%，焦煤和肥煤占全煤田的83.3%。合理開(kāi)發(fā)離柳礦區(qū)稀缺煉焦用煤，科學(xué)統(tǒng)籌河?xùn)|煤田煉焦煤資源的開(kāi)發(fā)利用，對(duì)于山西乃至全國(guó)焦化、鋼鐵行業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。但從表4可以看出，離柳礦區(qū)開(kāi)發(fā)利用面積占比、已利用資源量，煤礦占用資源量均顯著高于煤田平均值，表明離柳礦區(qū)的開(kāi)發(fā)強(qiáng)度高于其他礦區(qū)。因此，為了保證全省乃至全國(guó)稀缺煉焦煤的長(zhǎng)期連續(xù)供應(yīng)，未來(lái)必須適度控制離柳礦區(qū)的開(kāi)發(fā)強(qiáng)度，從開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略上重視和正視這一問(wèn)題。

薄煤層開(kāi)采不僅能提高煤炭資源利用率，還可以延長(zhǎng)煤礦生命周期。我國(guó)薄煤層資源豐富，但受開(kāi)采技術(shù)條件的限制，薄煤層往往被忽視，導(dǎo)致我國(guó)薄煤層的開(kāi)采量?jī)H占煤炭總產(chǎn)量的10%左右[23-24]。山西是我國(guó)的煤炭大省，薄煤層資源占全省煤炭資源總量的19.2%，但采收率卻只有30%左右[25]。河?xùn)|煤田薄煤層資源豐富，礦區(qū)薄煤層厚度平均占煤田可采煤層總厚的17.0%，中部的離柳和石隰礦區(qū)薄煤層厚度占其煤層總厚的近25.0%，并且煤類主要以焦煤為主。河?xùn)|煤田為我國(guó)的煉焦煤生產(chǎn)基地，尤其離柳礦區(qū)為我國(guó)主焦煤生產(chǎn)基地，石隰礦區(qū)開(kāi)發(fā)蓄勢(shì)待發(fā)。為充分和高效利用河?xùn)|煤田的煉焦煤資源，提高稀缺煉焦煤資源的采收率，在宏觀開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略上，急需對(duì)河?xùn)|煤田薄層可采煤層予以充分的重視，尤其是煤田中部的薄層煉焦煤資源。這樣既可以提高礦產(chǎn)資源利用效率，延長(zhǎng)煤礦生命周期，提高煤炭利潤(rùn)率，還可以在宏觀上提高煉焦煤的采收率，節(jié)約煉焦煤資源，客觀上也延長(zhǎng)了煉焦煤的供應(yīng)期。

4.2 充填開(kāi)采

充填開(kāi)采是近年發(fā)展起來(lái)的生態(tài)保護(hù)性開(kāi)采技術(shù)，能從源頭防止地表沉陷，實(shí)現(xiàn)煤炭開(kāi)采和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展[26]。河?xùn)|煤田作為黃河中游重要的水土涵養(yǎng)區(qū)和地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)，有責(zé)任和義務(wù)在煤炭資源的開(kāi)發(fā)上充分運(yùn)用充填開(kāi)采技術(shù)，在開(kāi)采煤炭資源的同時(shí)最大限度地減少采煤引發(fā)的地表生態(tài)環(huán)境損害和水土流失。

首先，充填開(kāi)采是保證居民生產(chǎn)生活用水的需要。河?xùn)|煤田所在的呂梁山西麓地區(qū)，居民的生活區(qū)主要位于溝谷區(qū)和梁峁區(qū)，尤其以沿著河道的河谷區(qū)為主。而這些地方居民的生產(chǎn)生活用水主要來(lái)源于三疊系砂巖的裂隙水和第三系紅黏土隔水層水。采煤引發(fā)的“上三帶”裂隙帶將導(dǎo)通三疊系砂巖隔水層和第三系保德靜樂(lè)組的紅黏土層，進(jìn)而漏失這兩層主要的居民生產(chǎn)生活用水，必須采取切實(shí)有效的措施，以阻止采煤裂隙帶延伸導(dǎo)通三疊系砂巖隔水層和含水層。因此，在客觀上要求河?xùn)|煤田必須進(jìn)行充填開(kāi)采。

其次，河?xùn)|煤田特殊的黃土地貌地質(zhì)條件要求充填可采。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，晉西黃土地區(qū)采礦引發(fā)的黃土滑坡地質(zhì)災(zāi)害占全省礦山滑坡地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)的45%[10]。筆者在保德礦區(qū)野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，煤礦開(kāi)采導(dǎo)致山頂和山坡產(chǎn)生大量地裂縫，山坡臨近溝谷端產(chǎn)生大量黃土滑坡，導(dǎo)致大量黃土堆積于溝谷底部，坡面上產(chǎn)生大片裸露黃土面。即形成煤礦開(kāi)采→地裂縫→黃土滑坡與崩塌→溝谷坡積物增加→入黃河泥沙量增大的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。而此處為黃河的一級(jí)支流，距黃河入口直線距離不超過(guò)9 km。在雨季來(lái)臨之后，這些新生的黃土堆積物無(wú)疑會(huì)增加流入黃河的泥沙量，進(jìn)而整體削弱區(qū)域植樹(shù)造林水土保持的效果。利用這些地表新產(chǎn)生的黃土堆積物，對(duì)地下深部煤炭資源進(jìn)行充填式開(kāi)采[27]，一方面可消除因采煤引發(fā)的黃土崩滑產(chǎn)生的大量黃土堆積，減少雨季流入黃河泥沙量，另一方面還可緩解充填注漿材料緊張，大幅降低注漿充填材料成本，提高煤礦噸煤利潤(rùn)率。

因此，在煤炭開(kāi)采方式上，未來(lái)河?xùn)|煤田的煤炭開(kāi)采須大力發(fā)展充填開(kāi)采，以最大限度減少地表塌陷和黃土邊坡的滑坡與崩塌等地質(zhì)災(zāi)害[28]，最大限度地減少采煤引發(fā)的水土流失和地表生態(tài)環(huán)境損害。充填材料的選擇上，可以充分利用當(dāng)?shù)氐狞S土資源與煤炭開(kāi)采產(chǎn)生的煤矸石等材料[29-30]?？紤]到河?xùn)|煤田，尤其是中北部的動(dòng)力煤生產(chǎn)煤礦大部配套坑口電廠，充填材料也可進(jìn)一步使用煤礦坑口燃煤電廠產(chǎn)生的粉煤灰[31]。

4.3 峰峰組上部地層保水采煤

保水采煤最早是在鄂爾多斯盆地榆神府礦區(qū)基于保護(hù)煤層上覆晚更新世薩拉烏蘇組砂層潛水而提出[32]，后來(lái)逐漸成為以保護(hù)生態(tài)水位為目標(biāo)的保水開(kāi)采體系[33]。目前已在我國(guó)華北和新疆廣泛應(yīng)用，效果顯著。不同于陜北榆林等地煤層埋深淺的侏羅紀(jì)煤田，黃河以東的河?xùn)|煤田石炭–二疊紀(jì)煤層埋深大，煤層上覆地層砂巖裂隙水相對(duì)少，水壓低，但與下部的奧陶系巖溶水距離近、水壓大，大部分地區(qū)為帶壓開(kāi)采區(qū)。“疏水降壓”是該區(qū)域煤礦針對(duì)帶壓區(qū)常見(jiàn)的煤層開(kāi)采方式。但由于河?xùn)|煤田的巖溶泉地下水是當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娚a(chǎn)生活的重要水源地，故傳統(tǒng)的排水降壓式煤炭開(kāi)采方式將極大破壞巖溶水資源，進(jìn)而威脅區(qū)域供水穩(wěn)定與安全。因此，從煤炭的綠色開(kāi)采戰(zhàn)略上，河?xùn)|煤田必須大力發(fā)展保水采煤技術(shù)[34-35]，以減少奧陶系灰?guī)r巖溶水的排采，保證巖溶大泉的水源穩(wěn)定。充分利用奧陶系灰?guī)r頂部相對(duì)隔水層及煤層底板注漿加固改造是華北石炭–二疊紀(jì)煤田保水采煤的2 種常見(jiàn)方式，后者在邯邢礦區(qū)應(yīng)用廣泛，但大規(guī)模注漿改造具有區(qū)域地下水環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)。而充分利用和評(píng)價(jià)奧陶系頂部峰峰組的富水性和隔水性能，可降低下組煤突水系數(shù)，提高煤炭資源采收率[36]。河?xùn)|煤田北部河保偏礦區(qū)保德煤礦位于天橋泉巖溶排泄區(qū)，在開(kāi)采太原組11 號(hào)煤時(shí)，充分利用峰峰組頂部灰?guī)r的相對(duì)隔水性，10 a 安全帶壓開(kāi)采[37]。中部離柳礦區(qū)賀西煤礦，屬于柳林泉巖溶水系統(tǒng)，10 號(hào)煤底板承受奧灰水最高壓力約6 MPa，但奧陶系峰峰組頂部地層富水性差，頂部10 m 左右古風(fēng)化殼可以作為相對(duì)隔水層處理[38]。興縣斜溝煤礦位于天橋泉西南部徑流區(qū)，主采的13 號(hào)煤層屬于帶壓開(kāi)采煤層，但抽水試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，峰峰組頂部約30 m 風(fēng)化層富水性微弱，可作為相對(duì)隔水層[39]。鄉(xiāng)寧礦區(qū)王家?guī)X煤礦位于禹門(mén)口泉域徑流帶，下組煤帶壓風(fēng)險(xiǎn)大，但抽水試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，峰峰組含水性弱，而隔水性強(qiáng)，可作為相對(duì)隔水層[40-41]。綜合來(lái)看，河?xùn)|煤田絕大部分地區(qū)峰峰組上段頂部地層富水性較差，在無(wú)構(gòu)造導(dǎo)通的情況下，可視為煤系與下部馬家溝組的相對(duì)隔水層[42]，充分評(píng)價(jià)和利用峰峰組上部地層的富水性和隔水性能，可有效保護(hù)帶壓區(qū)巖溶泉資源，保障巖溶泉的正常供應(yīng)。

5 結(jié)論

a.河?xùn)|煤田稀缺煉焦煤占比其總煤炭資源量的47.8%，其中尤以離柳礦區(qū)占比最大，為70.8%，但開(kāi)發(fā)強(qiáng)度遠(yuǎn)高于煤田其他礦區(qū)，應(yīng)從戰(zhàn)略上重視河?xùn)|煤田離柳礦區(qū)的稀缺煉焦煤資源，進(jìn)行保護(hù)性與節(jié)約式開(kāi)采；河?xùn)|煤田薄煤層平均占比煤田煤層總厚的17.0%，離柳和石隰礦區(qū)薄煤層占比其煤層總厚近25.0%，在進(jìn)行礦區(qū)整體規(guī)劃時(shí)，應(yīng)從戰(zhàn)略上重視河?xùn)|煤田的薄煤層開(kāi)發(fā)，尤其是離柳礦區(qū)和石隰礦區(qū)的薄層煉焦煤資源。

b.充填開(kāi)采是一種環(huán)境友好型的采煤方式，特別適用于河?xùn)|煤田生態(tài)和地質(zhì)環(huán)境脆弱區(qū)，充分利用河?xùn)|煤田地表的黃土資源與煤炭開(kāi)采產(chǎn)生的煤矸石、電廠粉煤灰等煤基固廢材料進(jìn)行充填式開(kāi)采，可減緩因采煤導(dǎo)致的崩塌滑坡等地質(zhì)災(zāi)害和水土流失，減少流入黃河泥沙量，保護(hù)黃河流域生態(tài)環(huán)境。

c.在無(wú)構(gòu)造導(dǎo)通的情況下，河?xùn)|煤田含煤地層下伏的峰峰組頂部地層具有一定的隔水性能，準(zhǔn)確全面評(píng)價(jià)河?xùn)|煤田下伏峰峰組上部地層的富水性和隔水性能，可大幅降低河?xùn)|煤田下組煤的突水系數(shù)，最大限度地減少采煤引發(fā)的地下巖溶水破壞，保護(hù)帶壓區(qū)巖溶大泉水資源。

d.河?xùn)|煤田是黃河中游重要的能源基地和稀缺煉焦煤生產(chǎn)基地，同時(shí)也是黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展國(guó)家戰(zhàn)略主戰(zhàn)場(chǎng)。煤炭綠色開(kāi)采技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)河?xùn)|煤田煤炭開(kāi)發(fā)利用最優(yōu)化和生態(tài)環(huán)境影響最小化，未來(lái)發(fā)展前景廣闊，應(yīng)用價(jià)值巨大，需要地質(zhì)、采礦和水土保持等多專業(yè)多學(xué)科學(xué)者共同參與。

致謝：河南理工大學(xué)郭紅玉教授和中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)魏迎春副教授對(duì)文章結(jié)構(gòu)提出了寶貴的意見(jiàn)和建議，在此表示衷心感謝。