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记中国工程院院士王双明

2018-03-14 09:59:00    来源: 中国国土资源报    作者:王文昭 乔佳妮 党予卿

近日,王双明院士在接受记者采访时说,他的“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年之后,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,是从陕西省地质调查院退休两年之后,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的第一位院士。

找资源,为国家煤炭工业西移战略提供资源保障

上世纪80年代初,面对东部煤炭资源枯竭,国家提出了煤炭工业西移战略。鄂尔多斯盆地具有承东启西的地理优势,但生态环境脆弱、煤炭资源总量不清等因素严重制约煤炭工业西移战略的部署和规划。对此,刚刚从中国地质大学读完研究生的王双明和他的团队临危受命,踏上了漫长的找煤之路。

通过对鄂尔多斯盆地的长期野外勘查,王双明建立了用地震探测煤层厚度,用磁法测定煤层自燃边界,用少量钻孔采集测试样品的综合勘查技术体系,把煤层自燃边界探测精度由375米提高到了25米以内,分岔位置及冲刷范围提高到了50米以内,使煤炭后期开采中的勘查费用降低70%,施工周期缩短60%,减少植被损毁约100公顷。通过对1456个钻孔及102处实测剖面的实际研究,发现了电阻率、密度、放射性组合标志和垂直层序横向变化规律,建立了等时地层格架和含煤地层综合层序,确定了主要可采煤层的沉积类型和分布范围,并提出了大地构造背景转换过程控制成煤期,沉积体系转换部位控制成煤区的理论观点。

根据这一理论,鄂尔多斯盆地是世界级大煤田、是中国最大含煤盆地。王双明主持完成的“鄂尔多斯盆地聚煤规律与煤炭资源评价”项目,首次估算出盆地2000米以浅的煤炭资源量为19765亿吨,约占全国煤炭资源总量的40%。鄂尔多斯盆地煤炭资源量的探明,使国家煤炭工业西移战略成为现实。

王双明在主持完成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中,以超前的意识敏锐地提出了保护生态环境课题,即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保护生态水位的理念,明确了陕北地区保生态就是保水位的概念,也为陕西乃至我国西部等生态脆弱地区煤炭开采提供了更为科学环保的开采理念,有效解决了煤炭资源开采与生态环境保护的矛盾。

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?全省并没有统一的意见。

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涌现出来。

“面临煤炭开采后有的水源地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?这些都成为当时经济社会发展面临的重大问题。”王双明回忆道,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,王双明正是项目负责人。

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~5米之间。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,王双明据此提出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。因此推导,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。

找规律,生态水位重塑煤炭产业发展格局

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?

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进行煤炭开采的同时,不破坏当地的水环境。

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~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。

这一理论提出后,在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。

如今,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。

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