煤炭资源的开采常伴随着大量矿井水的产生，我国吨煤开采产生矿井水约2吨，矿井水的外排、渗漏造成严重的水资源浪费。2014年6月13日在中央财经领导小组第六次会议上习近平总书记指出，煤炭大规模开发利用带来两大问题：一是煤炭开发带来的地下水破坏和地表生态损伤，二是煤炭利用带来的大气污染。

　　2018年，中国工程院设立了“2035我国矿井水保护利用战略与工程科技”重点咨询项目，经过近4年的探索研究，近日，国家能源集团顾大钊院士团队联合北京低碳清洁能源研究院、中煤科工西安研究院、安徽理工大学的科研人员通过总结分析我国煤矿矿井水保护技术、矿井水处理与利用技术发展历程与趋势，提出了“2+5+5+3”的我国煤矿矿井水保护利用工程科技，同时对矿井水高效利用提出了政策建议和保障措施。成果以《我国煤矿矿井水保护利用发展战略与工程科技》为题（点击查看原文），于6月29日在《煤炭学报》进行了网络首发。

　　我国煤矿矿井水保护技术发展历程

　　我国煤矿矿井水利用技术发展历程

　　与世界上绝大多数国家将矿井水直接排至地表相比，我国科技工作者研发了矿井水井下处理技术与装备，其中最具代表性的是煤矿地下水库采空区净化技术，该技术充分利用了采空区中冒落的岩体对矿井水的过滤、沉淀、吸附等作用，实现了矿井水的大规模低成本处理。

　　我国煤炭资源的开采强度和开采规模高于国外发达国家，产生的矿井水量较大，我国除了将矿井水回用于生活用水、生产用水、环境用水等常规利用方法之外，还依据产业特点，探索出了坑口电厂和煤化工等工业利用、矿区大范围综合生态恢复利用、专业化水务公司大区域调配利用等具有中国特色的新路径，有效提升了矿井水利用率，较大程度缓解了地区发展水资源短缺的矛盾。

　　一、我国煤矿矿井水资源现状与趋势

　　2018~2019年，顾大钊院士团队通过调研和统计分析得出，2018年全国煤矿矿井水平均利用率约为35%。2018年与2005年相比，矿井水产生总量由约42亿m³提高到68.8亿m³，矿井水平均利用率由20.3%提高到35%。

　　我国不同地区矿井水利用率具有以下特点：缺水矿区的利用率要高于不缺水矿区；矿井水水质好的矿区利用率高于水质差的矿区；矿区附近配套产业密集度高的利用率高于矿区配套产业密集度低的；国有大型煤矿的利用率高于地方中小煤矿。

　　根据预测，我国煤炭总产量将由2018年的36.8亿吨缓慢下降至2035年的34.5亿吨，矿井水总量将由2018年的68.8亿m³下降到2035年的60.2亿m³。同时，由于我国西部地区煤炭产量不断增加，西部地区煤矿矿井水量将由2018年的42.9亿m³上升到2035年的47.4亿m³。

　　二、我国煤矿矿井水保护利用工程科技发展趋势

　　我国矿井水保护技术的发展从无到有，逐步形成了以煤矿地下水库建设为代表的疏导法和以充填开采为代表的堵截法。因此，根据我国煤炭行业发展趋势并结合国家政策，我国煤矿矿井水保护技术的发展趋势将在疏导法和堵截法这两种矿井水保护方法的基础上不断拓展。

　　我国煤矿矿井水保护技术发展趋势

　　矿井水处理利用技术的发展除了受到新技术发展的影响外，还与国家政策、煤炭行业的发展等紧密相关。因此，根据我国煤炭行业发展趋势并结合国家政策，我国矿井水处理利用技术的发展有3个趋势。

　　我国煤矿矿井水利用技术发展趋势

　　三、我国煤矿矿井水保护利用工程科技与发展战略

　　1.指导思想

　　以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，坚持绿色发展理念，全面对接西部大开发、黄河流域生态保护和高质量发展等国家战略，根据2035建成美丽中国的总体要求，通过科技创新和体制机制创新，推动我国煤矿矿井水保护与利用水平不断迈上新台阶，支撑矿区生态修复和高质量发展，实现煤炭行业可持续发展。

　　2.预期目标

　　依托科技创新“2030—煤炭清洁高效利用”重大项目等国家科技项目及企业攻关项目，建立系统的的矿井水资源保护与处理技术理论框架和技术体系，突破煤矿矿井水大规模低成本处理技术，建立煤矿矿井水高效利用政策保障体系，不断优化体制机制，实现煤矿矿井水资源有效保护和高效利用。

　　到2025年，实现煤矿地下水库储水规模达到1亿m³、充填开采技术成本下降20%以上、全国煤矿矿井水利用率达到55%的目标。

　　到2030年，实现煤矿地下水库储水规模达到3亿m³、充填开采技术成本下降40%以上、全国煤矿矿井水利用率达到70%的目标。

　　到2035年，实现煤矿地下水库储水规模达到5亿m³、充填开采技术成本下降50%以上、全国煤矿矿井水利用率达到80%的目标。

　　3.技术路线

　　围绕国家经济社会发展战略需求，针对我国矿井水保护利用中关键科技瓶颈问题，大力支持相关基础研究，突破重大关键技术，建立示范工程，实现从煤炭开发源头保护矿井水资源，提高矿井水资源综合利用水平，为煤炭绿开发采和矿区高质量发展提供水资源保障。

　　2035我国矿井水保护与利用工程科技发展技术路线

　　4. 基础理论

　　煤层开采覆岩裂隙带发育规律与地下水运移机制研究：研究大规模高强度煤炭开采条件下上覆岩层导水裂隙带发育规，分析煤炭开采工艺参数与采动应力场、裂隙场和渗流场的关系；系统掌握采空区垮落岩体空隙空间分布与时空演变规律；建立煤层开采地下水运移物理试验模型，揭示矿井水在采空区和覆岩中的渗流路径和运移规律。

　　矿井水水-岩耦合化学作用机理研究：采用数值模拟和物理模拟试验相结合的方法建立典型地质和开采条件下水-岩耦合作用模拟模型，掌握矿井水运移和储存过程中水-岩耦合作用下地下水水质变化规律，揭示水-岩耦合化学作用的主要反应过程；探讨矿井水自净化过程的自发趋势，为矿井水存储和利用提供理论依据和应用指导。

　　5.关键技术

　　地下水赋存精准探测技术：研究复杂水文地质条件下煤炭开采上覆岩层结构和富水特征的精准探测技术，突破现有物探方法的局限性，重点研发精准探测仪器与装备，实现对矿井水源、水量及导水通道等矿井水文地质信息的精准探查和预测，为矿井水保护利用方案的制定和相关措施的精准实施提供支撑。

　　充填开采技术材料与装备：针对新型高效充填开采工艺和装备、低成本充填材料等开展技术攻关。通过研发高效充填支架及配套装备，降低充填工序对工作面回采效率的影响；在充分利用煤矸石等材料进行充填的同时，研发低成本、高强度充填材料，实现煤炭开采与水资源保护协调发展。

　　高矿化度矿井水大规模低成本处理技术：重点研发高矿化度矿井水井下处理技术与装备，突破浓盐水高效浓缩膜集成技术；研发高浓盐水井下采空区封存技术，充分利用矿区内工业余热、太阳能、地热能等低成本热源，突破低温多效蒸发、膜蒸馏等热法和膜法-热法耦合处理技术。最终形成高矿化度矿井水大规模低成本技术体系并大规模示范。

　　含特殊组分矿井水精准处理技术：针对矿井水中特殊组份，加强对特殊污染物的来源、赋存特征和迁移转化机理等基础理论的研究，重点研发特殊组分矿井水定向精准去除技术和大规模处理装备，实现特殊组分矿井水处理的标准化和规模化。

　　6.示范工程

　　蒙陕接壤区煤矿地下水库技术示范区：该区域是我国煤炭赋存条件最好的矿区，煤层厚，适合大规模高强度开发。在神东矿区煤矿地下水库工程基础之上，进一步向周边矿区进行技术推广应用，研发与突破大埋深、倾斜煤层、首采工作面条件下的地下水库建库理论与技术，重点在新街亿吨级新建矿区进行推广应用，在蒙陕地区建成超大规模煤矿地下水库群，储存矿井水超2亿m³，满足矿区及周边生产、生活和生态用水需求。

　　宁东、哈密高矿化度矿井水处理利用示范区：宁东和哈密矿区都属于我国大型煤电和煤化工基地，区域内煤电、煤化工项目对水资源需求巨大，但同时矿井水的矿化度普遍较高，区域内有丰富的工业余热、太阳能、地热能等低成本热源。在宁东和哈密重点开展高矿化度矿井水大规模低成本矿井水处理技术示范，满足区域内煤基能源产业用水需求。

　　蒙东草原区矿井水保护利用示范区：蒙东地区多以露天开采为主，对地表水系、浅层地下水和地表生态的破坏与井工矿具有较大区别。重点研发与应用以露天矿地下水库为主的矿井水资源保护利用技术，并结合草原区的生态特点，建立适合于生态恢复利用的矿井水处理利用体系，并应用于大规模草原生态恢复浇灌。

　　华北平原区充填开采水资源保护示范区：华北平原区煤炭资源日趋枯竭，开采深度大，区域地下水位持续下降，产生的矸石占用大量土地。另外矿区内村庄、道路等保护目标较多，需要控制地表沉陷。为保护地下水资源、处理矸石并保护地面建筑物，在华北平原区大力推广应用充填开采技术，研发大规模高效率低成本充填技术和成套装备，在确保煤炭生产效率的同时更好的保护地下含水层，实现煤炭开采与水资源保护协调发展。

　　两淮矿区废弃矿井水资源利用示范区：两淮地区由于资源枯竭和产能退出等原因，废弃矿井逐年增多，但废弃矿井中水资源未能得到有效治理和利用。应充分利用废弃矿井地下空间，重点突破与应用煤矿地下水库技术、污水地下处理技术、分布式抽水蓄能电站技术等，实现废弃矿井的矿井水资源充分利用。应充分利用废弃矿井地下空间，重点突破与应用煤矿地下水库技术、污水地下处理技术、分布式抽水蓄能电站技术等，实现废弃矿井的矿井水资源充分利用。

　　7.经济社会效益

　　以西部矿区为例，如果煤矿矿井水利用率由2018年的35%提高到2035年的80%，那么到2035年我国西部地区将新增利用23亿m³煤矿矿井水。新增利用的23亿m³的矿井水，能够支撑32万hm²的生态复垦（目前全国累计煤炭开采损伤土地面积100万hm²），1亿t煤制油和2000万t煤制烯烃生产，增加工业产值超过4000亿元.

　　四、政策保障

　　1.摸清家底，搞好规划。建立全国和省区层面的矿井水全生命周期管理信息系统，查清全国矿井水资源量，探索建立矿井水智慧水务系统；组织全国大型矿区完成制定矿井水利用规划方案，鼓励矿井水跨省、市、地区调配，明确将矿井水资源量纳入水权交易范畴，可与黄河水指标按一定比例进行置换。

　　2.加大技术研发，建立示范工程。尽快启动“面向2030——煤炭清洁高效利用”重大专项，加大对煤矿地下水库技术、矿井水井下处理关键技术研发与装备研制的支持；以国内优秀矿山企业为依托，推进建设“矿井水资源高效利用国家工程研究中心”，建立矿井水综合利用典型示范工程。

　　3.完善标准和政策，加强引导。修订《煤炭工业污染物排放标准（GB20426—2006）》；各煤炭主产省区根据区域水环境功能，科学界定矿井水“零排放”概念，因地制宜地科学制定矿井水生态利用的水质标准，避免盲目追求“零排放”和提高外排标准；扩大水资源税应用试点，适当拉大矿井水外排税率与回用税率，对矿井水处理利用工程在征地、用电价格上给予支持；对矿区周边企业实行矿井水与常规水源配额制，提高常规水源取水成本，鼓励企业优先使用矿井水；还原矿井水资源的物权属性，允许和鼓励企业将处理好的矿井水作为商品进行自由交易。

引用格式：顾大钊,李井峰,曹志国,吴宝扬,蒋斌斌,杨毅,杨建,陈要平.我国煤矿矿井水保护利用发展战略与工程科技[J/OL].煤炭学报:1-12[2021-06-30].https://doi.org/10.13225/j.cnki.jccs.2021.0917.