保水采煤研究30年回顾与展望

保水采煤理念和技术体系、工程实践孕育于陕北侏罗纪煤田(榆神府矿区)，发展和形成于陕北侏罗纪煤田，也在这里得到了较全面推广应用，因此，论述保水采煤的研究进展，笔者首先介绍陕北侏罗纪煤田的发现、勘探与开发简史，在此基础上，回顾保水采煤研究历史和成果，展望保水采煤研究方向。

1 保水采煤问题的提出

1.1 陕北侏罗纪煤田的发现

1980年煤炭工业部提出把鄂尔多斯盆地列为全国3大找煤区域之一，要求在2～3 a有所突破。当年6月，陕西煤田地质勘探公司一八五队(下称“一八五队”)在榆林，开始进行陕北侏罗纪煤田的勘查工作。

1982年12月8日一八五队提交了《陕北侏罗纪煤田榆(林)神(木)府(谷)勘探区普查找煤地质报告》，提交D级储量781.76亿 t，其中新增D级储量为633.76亿 t，重复D级储量134.77亿 t，宣告了陕北侏罗纪煤田的发现。这一发现改变了中国已探明煤炭资源的区域布局，确立了陕西煤炭资源大省地位，为我国煤炭工业战略西移奠定了基础。神府煤田具有“储量大、煤质好、易开采”三大特点[1]。

1)储量大。陕北侏罗纪含煤岩系以延安组为含煤层段，含煤10～15层，主要可采5～7层，累计可采厚度15～20 m，最大单层厚度12.49 m，资源储量位居全国之首，是世界级大煤田。

2)煤质好。绝大多数煤的灰分产率6%～8%，最低只有4%，平均硫含量小于0.6%，磷含量小于0.025%，发热量25～29 MJ/kg。属特低灰、特低硫、特低磷、中高发热量煤，是良好的动力用煤和化工用煤。

3)易开采。地质构造简单，总体为一向NWW缓倾的单斜，煤层近似呈水平状展布，煤层厚度稳定，构造、煤层结构简单，煤层埋藏浅，开采技术条件简单，适用大型机械化开采。

1.2 陕北侏罗纪煤田开发

根据规划分3期开发。第1期从1986年至1992年，形成生产能力600万 t；第2期从1992年至1995年，形成生产能力1 500万 t；第3期从1995年至2000年，形成生产能力3 000万 t。实际上，开发速度远远超前于规划，2003年区内产煤0.59亿 t，2017年达到4亿 t，2018年4.56亿 t，实际产能更大。而水源条件和环境效应是煤田开发最主要的制约因素。根据可研报告，神府矿区第1～3期建设总需水量33.53万 m3/d，而水源勘探报告可提供水资源只有13.23万 m3/d，尚缺20.3万 m3/d。

1.2.2 煤田开发中的环境问题

由于煤田地处干旱半干旱气候地区，主体为黄土高原粱峁地貌，部分地区为沙漠覆盖，地下水补给以大气降水入渗补给为主，在黄土粱峁区，降水很快形成地表径流，地下水补给和聚积条件差，岩层富水性弱，但在沙漠区及烧变岩裸露区，降水入渗条件好，也易于汇集，是水资源相对丰富的区域，地下水位埋深也相对较浅，因而，往往在地形低洼处溢出地表形成泉流。地下水埋藏较浅或者出露为旱区植被生长提供了宝贵的水源，湿生和中生植物等非地带性植被也在广袤的沙漠中健康生长，有效地抑制了沙漠化的发展。

尽管水资源短缺和生态环境脆弱两大制约煤炭资源开发的因素很早被研究者所指出，但这在早期的矿山开发建设过程中并未引起足够重视，引发了一系列矿山环境问题[2]，并成为社会关注热点。2006年陕西省人民政府在“陕北神木生态环境治理有关问题的报告”指出：2004年全县煤矿塌陷面积27.72 km2，受灾人口3 612人，损坏房屋2 160间，损坏水浇地、旱地、林地等共计41 500 hm2，由于采煤引起了矿井水害和地下水严重渗漏，区内已有数十条河流断流，数百处泉眼干涸，水体、湿地面积严重萎缩。据估算，窟野河流域每生产1 t煤炭损耗约0.6 m3的地下水水资源，1999—2013年窟野河衰减流量达2.28×108 m3，黄河一级支流窟野河已变为季节河，水资源供需矛盾不断加剧，影响到河流生态功能、供水能力等河流健康指标。

因此，水资源对于陕北侏罗纪煤田所处的脆弱环境具有重要生态价值和意义，在煤田开发中必须有效保护好。

1.3 保水采煤的提出

1)萌芽期(1990—1995年)。1990年4月20日，神东矿区前石畔井田某煤矿在掘进巷道过程中，发生了顶板冒落和突水溃沙事故，致使附近的饮马泉流量锐减，顺沟渠水库水位降低。同年12月，该矿井再次发生突水溃沙事故，顺沟渠水库水位进一步降低，直至干涸。范立民[2]发表在“水文地质工程地质”期刊上题为《神木矿区的主要环境地质问题》的论文述及此事，这是第一篇关于煤田开发引起地下水位下降问题的报道，同时也提出煤田开发中应将采煤、保水和生态环境保护作为一个系统工程统一规划的思路。同期，韩树青等[3]认为在萨拉乌苏组地下水丰富的区域，应该采用充填法进行煤层开采，从而达到保护地下水的目的。上述研究指出了萨拉乌苏组含水层在神府煤田的重要性，也明确了导水裂隙带是构成含水层破坏、地下水位降低的主要通道。这对后来矿区地质研究起到了重要的指导作用，从此开始重视含水层、隔水层分布规律与导水裂隙高度等研究工作。如一八五队在煤炭勘查阶段就编制了煤层覆岩(隔水层)厚度、含水层厚度、导水裂隙带预测高度等值线图和基岩顶面等高线图等，是保水采煤研究最宝贵的基础数据。因此，该时间段为保水采煤技术的萌芽阶段。

2)形成期(1995—2005年)。1995年，《中国西部侏罗纪煤田(榆神府矿区)保水采煤与地质环境综合研究》立项，由中国煤炭地质总局、一八五队(现陕西省一八五煤田地质有限公司)等单位联合承担。依此为基础，魏秉亮等[4]研究了影响榆神府区大保当井田保水采煤的地质因素，认为影响保水采煤的地质因素主要包括萨拉乌苏组的富水性、煤层上覆基岩及隔水层隔水性能、“三带”发育高度等。为了保护煤层上覆萨拉乌苏组地下水和侧方烧变岩地下水，提出了保水煤柱的计算方法。李文平等[5]总结了榆神府区工程地质条件特点，将榆神府区保水采煤工程地质条件划分为5种类型，并进一步指出沙土基型、沙基型和烧变岩型3种地质结构组合类型有保水开采的必要性，应根据区内更详细的工程地质条件，研究确定保水煤岩柱合理高度，以便实现直接保水采煤。在此基础上，叶贵均等[6]将研究区划分为3个区，即保水采煤区、采煤失水区和采煤无水区，并指出了每个分区中煤层开采方法，如留设煤柱、建立水源地、避开富水区和事先进行疏排等。显然这些方法都属于被动的保水采煤方法，而且也没有具体量化和实施。

这一研究奠定了保水采煤研究的基本框架，即以区域地质、水文地质工程地质条件为基础，研究保水采煤地质条件分区，依据各区地质环境条件，采用适当的采煤方法或工程措施，减少采煤对含水层的损害，以达到保水采煤目的。按照这一构想，范立民[7]提出了保水采煤的基本思路和实现途径，并呼吁“先保水后采煤”。这也意味着保水采煤技术基本形成。

3)发展期(2005—2010年)。众所周知，采煤必然会造成地下水渗漏，但保水采煤的效果应该如何评价的问题还未得到解决。范立民[7]针对陕北沙漠型河流及植被的特点，提出衡量保水采煤2个指标：①不至于造成泉水的干涸或大幅度减流；②对依赖地下水生植被的生长条件不产生大的影响。究其根本，若要实现保水采煤，就必须保证地下水埋深在合理的范围内，以维持生态环境良性循环。

陕北侏罗纪煤田整体上属于干旱荒漠区，地带性植被为荒漠植被，在地下水浅埋区常分布非地带性中生及旱生植被，对地下水依赖性较高。因此，邓盛明等[8]提出生态水位的概念，即满足非地带性植被生长所需水位埋深。但是水位埋深较浅时又会引起盐渍化，因此又出现了合理埋深的概念，即既能减少蒸发量又能满足旱区植被生长的水位埋深。杨泽元[9]认为毛乌素沙漠区4种典型植被与地下水水位埋深有着直接的相关关系，并指出陕北风沙滩地最佳水位埋深为1.5～5.0 m。王双明等[10]将该水位埋深作为矿保水采煤的水位约束条件，并提出了榆神府矿区保水开采分区。这一研究指明了保水采煤技术要求达到的地下水位阈值，也将保水采煤的研究拓展到地表生态环境保护领域。期间，另一个重要的突破是关键层理论被引入保水采煤的研究中[11-12]，由于其物理过程清晰，计算过程简洁，因而广泛应用于煤层上覆岩层移动变形机制及导水裂隙带发育规律的研究中。从此可知，2010年以前的研究使保水采煤的理论基础日臻完善，使其成为一个以煤层开采学、岩石力学、地下水动力学、生态学等为主的跨学科研究领域，每个学科的发展都为保水采煤技术进步带来新的活力。

4)成熟期(2011年至今)。2011年，王双明主持完成的《鄂尔多斯盆地生态脆弱区煤炭开采与生态环境保护关键技术》项目获得国家科学技术进步二等奖，标志着保水采煤技术体系的成熟。范立民等[13-14]总结了保水采煤研究的关键技术，这包括煤层与含(隔)水层空间关系、煤层覆岩结构类型，导水裂隙带发育规律，隔水层稳定性演化，以及合适的煤层开采方法，如充填开采、窄条带开采、限高(分层)开采、短壁机械化开采法、快速推进法等保水采煤技术得到较好的推广应用。

1.4 保水采煤概念及科学内涵

保水采煤问题提出后，主要针对我国西北干旱、半干旱地区开展研究，旨在实现高强度煤炭开采与含水层结构保护的统一，以保护西北稀缺的水资源和含水系统完整性。因此，笔者给出了保水采煤的概念是：在干旱半干旱地区煤层开采过程中，通过控制岩层移动维持具有供水意义和生态价值含水层(岩组)结构稳定或水位变化在合理范围内，寻求煤炭开采量与水资源承载力之间最优解的煤炭开采技术。

针对这一概念，保水采煤研究区主要在西北地区，包括我国建设的神东、陕北、黄陇、宁东、新疆等5个大型煤炭基地[14]。保水采煤着眼于西部干旱半干旱地区具有供水意义和生态价值的含水层，除此之外的各类含水层均不在保水采煤研究的范畴之中。保水采煤实现途径是以岩层控制理论和技术为基础而研发具有抑制导水裂隙发育的采煤技术。保水采煤实现对象为含水层结构和水位埋深，要求含水层结构稳定，或短暂失稳后造成的水位下降在一定时间后能恢复至不影响其供水能力的范围。保水采煤实现结果为优化煤炭资源开采和水资源供需平衡之间的矛盾，达到资源开发与水环境保护协调统一。

鄂尔多斯盆地北部第四系萨拉乌苏组(Q3s)含水层、侏罗系烧变岩(J2y)含水层和盆地南部奥陶系岩溶含水层、盆地西部及西南缘洛河组含水层均是保水采煤的保护对象。在干旱半干旱其他矿区，以河水-地下水关系为基础，对维持河流基流有重要贡献的含水层，以植被地下水关系为基础，对维系地表植被演替具有明显控制作用的含水层，及以水资源供需关系为基础被确定为供水水源的地表水库及深部含水层保护属于保水采煤研究的外延，也应纳入保水采煤研究体系之内。

2 保水采煤研究进展

自保水采煤问题提出以后，研究者围绕着不同地质条件下煤炭资源开采与生态环境保护开展了多维度研究，重点围绕保水采煤地质基础、保水开采技术与工艺、地表生态植被与地下水关系、导水裂隙带发育高度预测等进行了研究，取得了一系列研究成果。以下主要回顾这一领域的科研项目，论著，论文和研讨会方面的进展。

2.1 主要科研项目

1995年的《中国西部侏罗纪煤田(榆神府矿区)保水采煤与地质环境综合研究》项目分3个子课题，其中第一子课题《榆神府矿区保水采煤综合研究》，由一八五队承担，范立民与赵洪林、李文平、杨宏科等通过3年努力，首次系统地开展了保水采煤的地质基础研究，将煤层覆岩结构划分为土基型、沙土基型、沙基型、基岩型、烧变岩型等5种类型[5]，同时，绘制了覆岩结构类型分区图，在此基础上，根据导水裂隙带发育高度与含水层之间的关系，编绘了保水采煤分区图。该项目完成后，由于体制改革，原计划进行的第二期研究被迫搁浅。

2003年以来，王双明带领的研究团队对榆神矿区等一期开发区546 km2范围内的保水采煤条件进行详细研究，设计了各矿区合理开采范围及采煤方法，2003年11月22日在北京通过由钱鸣高院士、宋振骐院士、洪伯潜院士等组成的专家论证，为榆神矿区等一期开发区总体规划批准提供了依据。期间，王双明、范立民在陕西省软科学基金资助下，对陕北侏罗纪煤田可持续发展开发问题进行了深入研究。王安院士等对神东矿区水资源保护性开采进行研究。多个课题组连续开展保水采煤及关键科学问题研究探索，取得了一系列创新性成果(表1)，形成了以生态水位控制为核心的矿区地质环境保护技术体系。

2.2 主要论著

以“保水采煤”、“保水开采”、“水资源保护性开采”等为关键词进行检索，CNKI收录的论文共400篇，专著11本，学位论文69篇。这些论著主要有2类：一是现场实践总结，这类论文多数具有较多的实际数据支撑，可为理论研究和提升奠定数据基础；二是室内模拟试验的成果，多数是以某一矿区地质条件为原型，开展模拟试验研究，是指导保水采煤工程实践的理论基础。本文从专著、学位论文和期刊论文等方面对近30年来保水采煤论著进行初步总结，由于作者并不专门从事文献研究，仅对保水采煤(保水开采)类论著进行简单分析。

2.2.1 保水采煤专著

保水采煤领域的主要有2类：一是以博士学位论文为基础进行适当加工而成；二是专题研究成果。

前者特点是对某个问题的研究比较深入，如浦海[15]阐述了关键隔水层的概念及采动过程中的力学分析，结合神东矿区地质条件，采用物理模拟研究了关键隔水层的破断过程，采用数值模拟研究了采动覆岩关键隔水层的渗流特征。赵兵朝[16]以榆神府矿区为研究对象，综合采用现场调研、理论分析、物理模拟、数值模拟和数值计算等方法研究浅埋开采覆岩导水裂缝带发育高度，从能量释放角度解释了浅埋煤层条件下导水裂隙带的形成机理，给出了浅埋煤层条件下导水裂缝带广义损伤因子的定义，建立了以广义损伤因子为关键参数的导水裂缝带最大高度的预计模型。张东升等[17]基于神东矿区的地质条件，采用理论分析、物理模拟、数值计算、三维固液耦合模拟等方法和手段，对浅埋煤层覆岩移动规律和裂隙分布特征进行了综合研究。宁建国等[18]以鄂尔多斯市境内高家梁煤矿(87.41 km2)为例，研究了弱胶结岩体的物理力学参数及可采过程中顶板破断规律，即采用物探、模拟手段分析了导水裂隙带高度，采用地质资料分析目标含水层与煤层顶板距离，给出是否能够实现保水开采以及需要采取的措施。马立强[19]研究了神东矿区浅埋煤层覆岩地质特征、隔水岩层裂隙演变规律、研发了浅埋长壁工作面保水开采技术。

专题研究成果大多都经过长期的工程实践研究，在理论和实践方面都有突破。如顾大钊[20]研究了包括榆林、鄂尔多斯和宁东煤炭基地在内的能源“金三角”煤炭和水资源赋存条件以及现代煤炭开采技术，采用四维地震、高精度电法、地质雷达等勘探手段、现场观测以及物理模拟试验等综合研究方法，分析了现代开采对煤层上覆岩层和地下水资源运移的影响规律，提出了煤矿分布式地下水库技术体系。缪协兴等[21]从神东矿区水文地质结构分析、采动岩体裂隙演化与渗流分析等方面研究了矿井含导水构造的地质特征及条件、采动岩体结构破坏与裂隙演化及渗流突变规律、水资源保护性采煤理论与方法等科学问题。黄庆享[22]研究了砂基膏体充填材料及其性质，揭示了条带充填开采的隔水岩组变形、破坏和运移规律和机理，分析了充填体压缩量与隔水岩组稳定的关系，揭示了隔水层稳定性控制机理，为保水开采提供了理论基础。夏玉成[23]比较系统深入地分析了榆神矿区采动煤层覆岩移动破坏特征，揭示了萨拉乌苏组含水层在高强度采煤条件下地下水流场的变动规律，提出了生态潜水流场的优化调控策略及保水开采的关键参数。范立民等[24]系统总结了保水采煤问题的提出及研究历程、研究成果，厘定了保水采煤的概念和科学内涵，研究了保水采煤关键科学问题，研发了保水采煤技术并推广应用，系统调查评价了保水采煤的推广应用效果。

许家林[25]在专著《煤矿绿色开采技术》中有一章专门阐述了保水开采技术，认为保水采煤的概念包含3个方面的内涵：一是避免水害，实现工作面的安全高效开采；二是采取技术措施，避免采煤对地下水资源的破坏，保护地下水资源；三是实现地下水排水资源的利用，一定程度上实现“煤水共采”。同时，运用关键层理论和方法论述了采煤引起的导水裂隙带演化规律，阐述了水体下保水采煤技术和矿井水资源的利用。

2.2.2 保水采煤学位论文

以“保水采煤”或“保水开采”为关键词或出现在摘要中进行检索，截至2018年共发表博士论文12篇，硕士论文57篇。部分学位论文由于涉密或多种原因并未在CNKI发布，如马立强的博士论文[26]，是最早研究保水采煤的博士学位论文，四川大学刘玉洁的博士论文，研究了保水采煤类型识别与保水开采技术参数优化设计，冀瑞君、张红强等硕士论文均研究保水采煤问题，但并未在CNKI发布。

第1篇硕士论文发表于2004年，第1篇博士论文发表于2012年。2011年以前每年发表的学位论文少于5篇，2012年以学位论文每年发表文章都超过5篇，其中2013年3篇，2017年最多13篇(图1)。

保水采煤领域的学位论文来源单位及数量为：中国矿业大学27篇、西安科技大学25篇、安徽理工大学4篇、长安大学4篇、西北大学2篇，山东科技大学、石家庄经济学院、辽宁工程技术大学、重庆大学、辽宁师范大学、合肥工业大学、中国地质大学(北京)等各1篇。

学位论文研究区域主要集中在晋陕蒙地区，研究热点主要集中于岩体含水层结构开采扰动及水文地质条件变化和渗流力学研究、保水采煤地质基础条件、导水裂隙带高度研究、关键层岩层控制、充填材料等。

2.3 主要期刊论文

以关键词含“保水开采”、“保水采煤”在CNKI进行检索，截至2018年12月31日，共发表论文352篇(图2)。从图2可以看出，论文的发表时间分3个阶段：一是1998年保水采煤一词正式以论文形式刊出，至2002年论文发表数量较少；二是从2003年开始，论文发表进入迅速增长阶段；三是2008年至今一直处于论文发表处于稳步提升阶段。

论文发表期刊情况：中文核心期刊216篇，Ei检索期刊85篇(图3)。其中《煤炭学报》38篇，《采矿与安全工程学报》26篇，《煤炭科学技术》11篇，《中国矿业大学学报》10篇，《岩石力学与工程学报》8篇，《岩土力学》3篇。其余均发表在CSCD、中文核心、中国科技核心期刊。近几年随着保水采煤(保水开采)的研究热度在上升，论文发表的期刊质量也逐步提高，以《煤炭学报》为例，第一篇保水采煤论文发表于2000年，之后10年没有关注这一研究。一直到2010年才开始再次关注，2014年发表了2篇，2015年4篇，2016年3篇，2017年22篇(专辑1期26篇，部分没有使用“保水采煤”关键词)，2018年2篇。2019年预计超过30篇。

所检索论文中被引频次大于500次的1篇，是一篇涉及保水开采的绿色开采综述论文，400～500次的1篇，200～300次的1篇，100～200次的6篇，50～100次的9篇。在以上统计论文中，笔者发表论文41篇(其中第一作者27篇)，总被引1 778次，单篇平均被引45.59次。

在保水采煤研究综述方面，2011年范立民[27]阐述了以生态水位为核心的保水采煤技术体系新进展，2017年范立民[28]评述了保水采煤的研究历程，阐述了保水采煤基础研究、保水采煤地质条件分区研究及工程实践等领域完成的主要项目，并指明了研究方向，同时就生态约束、隔水层再造、水量约束、煤-水双资源开采和岩层控制等进行了综述[29]。孙学阳等报道了榆神府矿区保水采煤的主要进展[30-31]，白海波等[32]论述了神东矿区水资源保护的有关问题，提出了保水开采应对含隔水层渗透特性和水文地质特征等进行深入研究，鞠金峰等[33]阐述了含水层原位保护、采动扰动含水层的再恢复、漏失水资源的转移储存等水体下保水采煤问题。

2.4 保水采煤学术研讨会及期刊专辑

2016年9月22日陕西省地质环境监测总站联合《煤炭学报》编辑部在西安举办了“保水采煤的理论与实践学术研讨会”，来自中国矿业大学、西安科技大学、长安大学、陕西煤业化工集团有限公司、榆林能源集团公司等单位的62位专家学者参加研讨，范立民、王苏健、来兴平、马立强、马雄德等9位专家围绕保水采煤问题做了学术报告，并与与会者进行了深入讨论和交流。会议收到的优秀论文择优选择26篇集中发表在《煤炭学报》2017年第1期“保水采煤理论与实践”专辑(第一辑)，钱鸣高院士称其“很精彩，既有理论，又有实践，期待继续跟踪报道”。

2019年第3期《煤炭学报》出版了“保水采煤理论与实践”第二辑，收录了27篇论文。明确了保水采煤面临的科学问题，进一步观测研究了西北沙漠区采煤地下水位控制的阈值，划分了保水采煤矿井类型等级，研发了包括近距离煤层高效保水采煤方法，对保水采煤区采动条件下地下水渗流规律进行了刻画，提出了防控技术，研究、探测了导水裂隙带高度，开展了覆岩岩石物理力学性质、洛河组含水层精细分段研究，对复合采动覆岩损伤、地下水渗流进行了研究，开展了烧变岩体附近地下水帷幕注浆保护技术工程实践，尤其值得一提的是，在孟加拉国唯一的煤矿——孟巴煤矿110 m厚的UDT富含水砂岩层下厚煤层开采的水害威胁及含水层保护需求，应用厚煤层分层错距协调限高开采布置方式进行开采，避免了矿井水害，保护了含水层含水系统稳定，协调限高保水采煤技术走出国门，异域开花结果[34]。靳德武等[35]将陕北榆神矿区典型覆岩结构下煤层开采顶板水量损失过程划分为风化基岩失水和萨拉乌苏组-风化基岩复合失水两种模式，以采煤工作面为基本单元构建了2种水量损失的系统动力学模型，通过开采扰动区地下水流数值模拟，计算了两种模式下单位走向长度的水量损失强度，为工作面尺度上“保水采煤”理论和工程实践提供了新思路和新方法。

3 矿区生态水位合理埋深的确定

对于依赖地下水位的生态系统而言，地下水位在很大程度上控制着生态过程。地下水位过高时地下水蒸发会将可溶盐携带至地表聚集，导致土壤盐渍化。水位过低时依赖地下水植物无法利用地下水，导致植被遭受水分胁迫。榆神矿区东部和西部煤层埋藏深度和地质条件差异较大，因而在煤层开发中既遇到了水位剧烈下降问题，也出现了地下水溢出地表的现象。为了更加合理地管理水资源、保护生态环境，合理的地下水埋深是确保矿区生态环境良性循环的基础。

3.1 生态水位及合理埋深观测研究

保水采煤研究的目标是保护含水系统的稳定性和完整性，其目的是保障供水安全和保护生态安全。针对供水安全，大量水源地勘查工程进行了系统研究和论述，非本文研究内容。针对生态安全，长期的调查表明，水是毛乌素沙漠地区生态环境的主控要素，有水就有植被，水与植被发育的关系密切。

为了确定榆神府矿区沙漠植被与地下水的关系，2004年杨泽元等[36]主要在保水采煤策源地的榆神矿区秃尾河流域沙漠地貌条件下，植被生态发育与地下水的关系进行了长期观测研究，选择沙蒿、沙柳、小叶杨、旱柳等4种典型植被进行剖面开挖观测，发现秃尾河流域沙漠区地下水位埋深小于1.5 m出现盐渍化，1.5～3.0 m最适宜植被生长发育，3～5 m时乔木仍然可以正常生长发育，5～8 m时4种典型植被均出现病态，为警戒地下水位埋深，8～15 m乔木衰败，大于15 m乔木枯梢(表2，图4)，地表出现沙漠化现象。

程东会等[37]研究了毛乌苏沙地沙柳、旱柳、柠条、沙蒿、芨芨草、寸草、羊柴的主根系和侧根系发育深度进行了观测研究，其中沙蒿主、侧根系发育深度均不超过1.5 m，沙柳、羊柴、柠条最大侧根系发育深度8.0 m，旱柳5.0 m，芨芨草及寸草0.3～0.5 m，对不同地貌类型(沙丘、滩地、固定沙丘等)不同地下水位埋深条件下的植被种群进行了观测，得出了与杨泽元基本一致的结论。

地下水水位下降对植物的影响包括植物茎叶的水势变化、根系的重新分布、生物量的减少等方面。文献[38-39]研究发现“根区的水势压增高将导致植物的吸水困难，植物的茎、叶水势也随着发生变化，导致植物吸水困难”。水势负值达一定程度时，植物叶片脱落和枯萎，甚至导致死亡[40]，由于植物得不到充分的供水，生物量将减少，导致植被覆盖率降低，趋向沙漠化。

地下水位埋深不同，植被生长状态不同，也表现在典型植被的覆盖度方面，马雄德等[41]研究了不同地下水位埋深区的典型植被覆盖度，根据地下水位埋深与植被发育的关系，确定煤炭开采必须控制的地下水位埋深，即采用合适的保水采煤技术，使采煤后采空区的地下水位埋深保持在1.5～5.0 m，这一水位是适宜沙漠植被发育的最佳状态，称为“生态水位”[9-10]。

3.2 矿区地下水位下降的阈值

1)原位试验。通过监测榆神矿区天然状态下沙柳蒸腾量的变化、同期气象要素和土壤水、地下水动态，建立地下水变化与植被蒸腾量变化之间的关系，以此为基础采用数值模拟分析矿区地下水位在下降过程中对植被生长供水贡献率。

选择在长安大学与中国地调局西安地调中心共建的水与生态关系实验站开展原位监测，采用自动气象站监测气象要素(降水、蒸发、辐射等)，沙柳蒸腾量的变化由树干径流仪监测，选用一棵树龄在7～10 a的成年沙柳，8个探头分布包裹在沙柳灌丛8个不同方位的枝条上，采用TDR技术监测包气带土壤含水率变化(每20 cm安装1个探头，共7个)、采用地下水自动监测仪监测地下水位。数据采集全部为自动记录，每10 s记录一次。

试验期间(2014年4月27日至8月26日)总降水量71.8 mm，最大次降水量发生在7月1日至2日，累计35.2 mm。最低温度为6.6 ℃，最高温度为32.9 ℃，日平均温度为21.7℃；净辐射：白天为正值，夜间为负值，最大值为897 W/m2；相对湿度变化在20%～100%之间，日平均45%；最大风速为6.8 m/s，日平均风速为2 m/s。沙柳蒸腾日动态呈正弦变化特征，在降雨期间蒸腾量几乎为零；实测的8根枝条蒸腾量均值为0.000 65 m3/d。土壤剖面至地表向下由干燥变为湿润，土壤含水率在埋深0～40 cm介于0.04～0.10 cm3/cm；40～120 cm介于0.1～0.25 cm3/cm；120 cm以下大于0.3 cm3/cm。地下水位在降雨前一直处于下降状态，最小水位埋深140 cm，最大水位埋深185 cm。

2)数值模拟。根据试验区获取的参数及水文地质条件构建水文地质概念模型，采用天然条件下各类要素(气象、土壤水、地下水及沙柳蒸腾量等)的动态变化数据校正数学模型，再利用该模型模拟采矿造成地下水位下降过程中地下水对沙柳蒸散的贡献率动态变化。

根据前述内容，地下水位埋深215 cm是地下水对沙柳蒸散发贡献的临界值[42-45]，在榆神矿区沙漠地貌采矿条件下有2种情况会使地下水位埋深达到这个临界值：

1)矿区初始水位小于215 cm而煤炭开采导致地下水位埋深大于215 cm时，对沙柳生长将产生包括水势变化、根系重新分布、生物量改变、利用水源改变等方面。就利用水源而言，地下水水位下降后，沙柳将充分利用浅根系吸收土壤水分，以满足蒸腾的需求，沙柳生长将受控于气象因素，在遭遇连续的干旱年份时，其长势将呈现衰退现象。

2)初始水位埋深大于215 cm而煤层开采(导水裂隙带未导通含水层情况)引起地表下沉量大于水位下降量时，水位埋深减小，当地下水位埋深小于215 cm时，地下水将为沙柳蒸散提供水源，对于沙柳生长是有利的。

因此，在地下水浅埋区，地下水是沙柳蒸腾的主要水源，潜水埋深超过215 cm后地下水不再对沙柳生长提供水源，这也是沙柳对煤层开采地下水位下降的阈限。

榆神府矿区典型植被除了沙柳，还有沙蒿、旱柳、小叶杨、柠条、臭柏等，每种植被都有特定的与地下水位埋深的关系，不同的地下水位埋深条件下，植被的发育状态不同，因此，进一步对各种典型植被的监测研究是重要课题。

4 基于保水开采的浅埋煤层岩层控制理论与技术

岩层控制是采矿科学领域的重要学科，已经形成了完善的理论和科学技术体系[46]，随着我国西部浅埋煤层的开采，浅埋煤层的岩层控制理论与技术，成为近30 a来的重要研究课题。

4.1 浅埋煤层开采岩层控制理论

随着保水采煤研究的深入，实现含水层结构保护的采矿技术与理论创新亟待开展，为此，从20世纪90年代初开始，西安科技大学就提出浅埋煤层岩层控制的科学问题，并持续进行了深入研究，为保水开采奠定了岩层控制的理论基础和技术参数。

20世纪90年代初，侯忠杰等[47]对神府矿区大柳塔煤矿首采工作面进行了采前模拟，发现了“台阶下沉”和顶板切落现象，揭示了地表厚松散层浅埋煤层组合关键层自身不能形成三铰拱式平衡的机理，建立了浅埋煤层断裂带基本顶判别的理论公式，使20世纪50年代以来长期悬而未决的断裂带基本顶层位问题在理论上得以解决，为浅埋煤层合理开采高度设计提供了依据，实现了安全高效开采。

黄庆享[22]相继提出了以单一关键层和双关键层为重要指标的浅埋煤层及近浅埋煤层定义，建立了浅埋煤层初次来压的“非对称三铰拱”非稳态力学模型和周期来压期间的“短砌体梁”和“台阶岩梁”结构模型，揭示了浅埋煤层顶板非稳态结构滑落失稳动力灾害机理，阐明了浅埋煤层“埋藏浅、压力大”的科学成因。针对薄基岩厚沙土层的覆岩条件，发现了松散层载荷层的“动态载荷传递”现象，提出了载荷传递因子，揭示了顶板结构的动荷条件，促进了顶板灾变研究向动力学方向发展。上述研究，奠定了浅埋煤层采场顶板支护的理论基础，为浅埋煤层采场支护参数的确定提供了科学依据。

4.2 浅埋煤层隔水层稳定性与保水开采

浅埋煤层顶板动力灾害控制研究从顶板支护控制发展到隔水层稳定性控制及保水开采新阶段，张杰等[48]研究了隔水层破断机理；黄庆享发现了浅埋煤层覆岩“上行裂隙”和“下行裂隙”发育规律，提出了隔水关键层和采动隔水性概念，建立了隔水岩组采动隔水性判据，提出了保护生态水位的保水开采的分类分区新准则，以及“长壁保水位采煤技术”、“壁式窄条带充填置换保水位采煤技术”、“限高分层长壁保水位采煤技术”和“长壁间隔式推进留临时煤柱协调沉降保水开采”等技术对策；王双明团队编绘了我国首幅生态脆弱区保水开采分区规划图[10]，解决了高回采率采煤与生态水位保护并重的技术难题。近年来，针对浅埋煤层特殊保水开采条件，提出了柔性条带充填保水开采方法，构建了条带充填隔水岩组稳定性力学模型和判据，确定了合理充填宽度和间隔宽度的计算方法。

4.3 浅埋近距煤层群保水开采方法与技术

近年来，榆神府矿区部分区域的首层煤层已开采完毕，进入下部煤层开采。由于煤层间距一般小于40 m，属于浅埋近距离煤层群开采，其存在2大科学问题：①上煤层采空区下不同间隔层厚度的顶板结构和来压强度不同，上煤柱集中应力对下煤层开采具有显著影响，存在煤层群岩层控制和安全开采问题；②煤层群重复开采，对保水开采和地表环境构成严重威胁，煤层群绿色开采成为亟待解决的科学难题。

在解决煤层群开采问题时，宋选民等[49]依据旺采工作面的布置与开采情况，建立了飓风冲击理论预测模型，分析预测了浅埋煤层开采顶板整体切落时呈现的采空区飓风灾害程度。许家林等[50]对浅埋近距离煤层覆岩关键层结构进行了分类，建立了浅埋近距离煤层开采下煤层工作面进、出煤柱阶段关键层破断块体结构的力学模型，揭示了过煤柱阶段上煤层已采单一关键层结构失稳机理及发生动载矿压的原因。黄庆享等[51]基于间隔岩层“无关键层”、“单一关键层”和“双关键层”特征，提出了浅埋近距离煤层群分类，建立了3类煤层群的覆岩结构模型。

对于浅埋煤层群开采的隔水层稳定性和保水开采，浅埋煤层群采空区和煤柱下开采的覆岩结构理论和动压控制等均没有成熟的理论和技术支撑，是未来保水采煤面临的重要课题。

5 导水裂隙带发育高度探测

导水裂隙带是近年来出现频率较高的关键词，在理论计算及模拟研究方面，各煤炭类科研院所师生做了大量模拟试验研究，识别了影响导水裂隙带发育的因素，给出了导水裂隙带发育的数学模型，为煤矿防治水工作和水资源保护提供了依据[52-54]。

2013年之前，导水裂隙带发育高度预测一般采用经验公式和模拟试验方法，预测结果与实际差距较大，主要原因经验公式是20世纪80年代总结的，当时的采矿工作面与目前比较尺寸较小，开采高度一般不超过3.5 m。目前采煤工作面长度大，开采高度大，推进速度快，经验公式已经不适宜[55]。而采用模拟试验方法，由于参数选取与实际条件的差异，以及人为调参等因素影响，也存在较大误差。

因此，采用探测方法，实际探测导水裂隙带发育高度，总结符合榆神府矿区地质条件和采煤技术参数的导水裂隙带发育高度预测模型，才能较好地达到预测目的[56-57]。

1998年笔者在大柳塔煤矿开展了榆神府矿区首次导水裂隙带高度探测[58]，随后，一八五队在多个煤矿开展了导高探测，陕西境内各煤矿企业也进行了导水裂隙带高度探测工作，获取了一批基础数据[58-62]。

5.1 导水裂隙带探测方法

利用钻孔在煤矿采空区上方进行探测导水裂隙带发育高度(层段)，是最直观、也是最可靠的方法之一，探测过程中，主要观测岩心RQD值、钻孔钻进过程中的冲洗液漏失量、井下电视窥视、测井曲线变化等方法，判断导水裂隙带发育层段，分析判断导水裂隙带发育高度，为保水采煤提供技术参数。

5.2 探测结果

5.2.1 导水裂隙带及垮落带高度综合确定原则

目前采用钻探法确定导水裂隙带最高临界面位置时，主要的判定指标是钻孔冲洗液矢量，但是尚无统一的标准，本次利用前文所述各种指标相互参照，相互验证，最终综合确定导水裂隙带顶界面的位置，确定原则如下：

当钻孔冲洗液消耗量明显增大且随钻进有继续增大趋势，或全漏失(不返水)，并伴有钻孔水位降低时的起点，则判定为导水裂隙带顶界位置。继续钻进掉钻严重，并存在卡钻、跳钻、吸风量增大现象，则判定为垮落带顶界面。同时，配合岩心RQD值、井下窥视、测井曲线等综合确定导水裂隙带发育的顶界位置。

根据上述原则，整理了陕西煤业化工技术研究院与一八五队共同实施的榆神矿区部分导高探测钻孔数据，收集了部分公开发表的文献数据，发现榆神府矿区、神东矿区采高3.5～5.5 m或不超过7 m条件下，综采工作面导高一般是采高的21～30倍，平均约26倍(表3)。

注：大柳塔、张家峁、柠条塔、红柳林煤矿部分钻孔的导水裂隙带发育到地表，因此，裂采比无数据；探测数据来源于陕西省一八五煤田地质有限公司，陕煤化集团所属煤矿，榆林能源集团所属煤矿，神东矿业集团公司及部分公开发表的文献。

5.2.3 导水裂隙带的发育形态

金鸡滩煤矿首采工作面(12-2上101工作面)开采2-2煤层，施工了3个“三带”探测钻孔，工作面斜长300 m，采高为5.50 m，煤层埋深260 m左右。探测时至回采时4个多月，采空区基本稳定。钻孔布置12-2上101工作面的采空区中心及靠工作面巷道内侧15 m处。探测结果导水裂隙带高度最大为112.99 m，为采高的20.54倍；垮落带最大高度为23.14 m，为采高的4.2倍，导水裂隙带最大高度位于采空区中心位置，发育特征表现为沿工作面倾向呈中间最大，向两边工作面巷道位置低的明显“拱型”(图5)。

6 保水采煤地质条件分区

生态水位研究、导水裂隙带发育高度研究的目的是为保水开采提供理论依据和关键参数，在这些关键参数支撑下，最重要地质基础工作是划分保水开采分区，这是合理选择开采区域、选择合适采煤方法的科学依据。

近年来，围绕开采区域选择，用不同的分类指标进行了划分，归纳起来，有5个研究团队的保水开采分区方案(表4)，而且全部集中在榆林市境内，即神东煤炭基地(陕西境内)和陕北煤炭基地(榆神矿区)，神东煤炭基地(鄂尔多斯市境内)、宁东煤炭基地以及陕北煤炭基地榆横矿区等尚未见到保水采煤分区方案。值得关注的是，这5种划分方案，其中4种发表于《煤炭学报》，可见在保水采煤分区研究中，《煤炭学报》是作者的首选期刊。

6.1 基于含水层结构保护的保水采煤分区

1996—1998年笔者在叶贵钧教授领导下，完成了我国首次“保水采煤”的系统研究，首次划分了保水采煤分区，以当时正在开发的神木北部矿区(含神东、神南矿区)和正在准备前期开发工作的榆神矿区为研究对象，充分研究区内萨拉乌苏组含水层水文地质特征、底部隔水层厚度、分布稳定性及隔水性能、煤层上覆基岩及基岩风化带的工程地质特征、煤层赋存特征的基础上，划分了煤层覆岩结构类型，从水资源保护和尽可能多的布局煤矿的角度出发，对研究区划分了3个类型的分区，即保水采煤区(Ⅰ)、采煤失水区(Ⅱ)、采煤无水区(Ⅲ)，提出了保水采煤的实现途径，红碱淖内流区由于钻孔数据较少，没有归类划分(图6)。为了保持当时的认知水平，本文对这一划分的观点没有修改。

6.1.1 保水采煤分区

1)保水采煤区(Ⅰ)：该区域分布于榆神矿区西部(现在的榆神矿区三、四期开发区)及考考乌素沟以南部分区域，萨拉乌苏组含水层连续分布，富水性中等到强，是煤炭开发初期建立中等水源地的理想水源，如果不采取任何措施，在煤层浅部露头处，采煤引起的断裂带将导通含水层，使上部煤层浅埋区、深埋区上部的萨拉乌苏组及烧变岩地下水均可通过导水裂隙带涌入矿井，甚至形成水害，引起区域地下水位下降，并诱发环境问题。因此，这一区域必须对萨拉乌苏组地下水进行保水开采，其有利条件是萨拉乌苏组含水层底部大面积分布有隔水层，隔水层连续性较好，厚度较大，而且煤层埋藏深度适中，采煤保水的自然条件良好，在采取一定工程措施条件下，就可实现高强度采煤与保水的统一。

2)采煤失水区(Ⅱ)：这类区域分2种情况：第1种(Ⅱ1)主要分布在神东矿区活鸡兔井田一带及榆神矿区秃尾河以东地区等区域，萨拉乌苏组含水层零星分布，富水性弱，地下水资源贫乏，并且煤层上覆基岩厚度薄，隔水层分布不连续，如果留设防水煤柱，必然使大量煤层不能开采，同时，保水意义不大，采煤后，萨拉乌苏组地下水进入矿井，矿井涌水量也不会太大，对河川径流量、生态环境的影响有限(当时的认识)。第2种(Ⅱ2)主要分布于神东矿区石圪台～大柳塔～何家塔一带，萨拉乌苏组地下水富水性中等，应该保水，但该区煤层埋藏很浅，最上部主要可采煤层埋深一般不超过100 m，覆岩结构类型以沙基型为主，含水层与基岩之间没有黏土隔水层或隔水层很薄，煤层顶板至含水层底板之间间隔小于防水煤柱高度，采煤时，如不预先疏干，会发生突水溃沙事故，并造成地下水位下降甚至疏干，其地下水也只能作为临时水源地。

3)采煤无水区(Ⅲ)：主要分布于悖牛川以东、石圪台～大柳塔一带的分水岭区域和考考乌素沟以北地区，地表出露为黄土或基岩，煤层覆岩结构类型为土基或基岩型，没有萨拉乌苏组含水层分布，黄土的富水性微弱，采煤不受水害威胁，不存在水资源保护问题。

6.1.2 保水采煤的实现途径

1)浅部煤层留设防水煤柱或降低开采厚度，使导水裂隙带发育不到含水层底部，如大保当以北部分区域煤层厚度大于8 m，可分2层开采；以南12 m，可分3层开采(这是最早提出的分层开采构想)。

2)在烧变岩富水区建立浅部供水水源地，同时，对大保当井田、西湾一带的开采方式进行了分析，针对西湾一带萨拉乌苏组含水层厚度较大，富水性强的实际，建议不宜采用露天开采方式，避免损毁萨拉乌苏组含水层。

3)神东矿区尽量延长考考赖沟、哈拉沟、双沟、柳根沟、母河沟等临时水源地的供水时间，后期除了远处调水外，可采用矿井水作为供水水源(这是最早提出的利用矿井水建议，是采空区储水的早期构想)。

6.2 以生态水位保护为核心的保水采煤分区

6.2.1 基于生态水位保护的保水采煤分区

2008年作者在王双明院士领导下，划分了保水开采分区，识别了保水采煤的影响因素，在分析生态水位合理埋深、浅埋煤层岩层控制理论与厚煤层开采导水裂隙带发育高度的基础上，利用数千个钻孔数据编绘了一系列基于保水采煤的分析性图件，主要包括1-2、2-2煤层埋深等值线图、含水层厚度等值线图、潜水位埋深等值线图、侏罗系基岩顶面等高线图、煤层顶板基岩(隔水层)厚度等值线图、土层隔水层厚度等值线图及导水裂隙带发育顶界与含水层底界间距等值线图等，识别了4种煤层与含(隔)水层的组合类型，以这些基础图件和数据为基准，编绘了我国第一幅基于保水采煤的矿区规划图[10]，划分出无水开采区、可控保水开采区、保水限采区和自然保水开采区4种类型(图7)，对每个可采区域均进行了详细的论述。

1)无水开采区。主要分布于窟野河以东，地貌类型为片沙覆盖下的黄土沟壑区，第四系不含水，或含水性非常微弱，不存在含水层保护问题。该区域可以部署长壁综采工作面，进行高强度开采，开采后做好地面复垦和恢复治理工作。

2)保水限采区。该区域是第四系萨拉乌苏组含水层及烧变岩含水层的排泄地带，是泉水集中出露的地带(泉带)，含水层厚度较大，富水性中等到强，地下水资源相对丰富，是必须保护含水层的地区。榆神府矿区开采初期，大部分煤矿部署于这一区域，目前已经形成了“壮观”的煤炭经济带，泉带与煤炭经济带的叠加，势必造成泉域含水系统的强烈扰动，因此，划分为保水限采区。

3)可控保水开采区。煤层深度适中，煤层覆岩有一定厚度的土层、基岩隔水层，表层是萨拉乌苏组中等～强富水的含水层，同时也是煤层厚度最大的区域，该区域在榆神矿区中部最上部的可采煤层2-2煤层厚度达到10.00～12.49 m，如果一次开采全高，导水裂隙带必然发育到含水层，因此，需要控制导水裂隙带发育高度，而限制开采高度无疑是现阶段最有效的控制方法，故规划为可控保水开采区。

4)自然保水开采区。煤层埋藏深度大于400 m，煤层之上有厚度较大的土层、基岩隔水层，表层是富水性强的萨拉乌苏组含水层，最上部的可采煤层厚度5～8 m，其开采导水裂隙带发育的顶界会终止于基岩或土层中，自然条件下，可实现保水开采，规划为自然保水开采区。

6.2.2 基于生态水位保护的煤炭工业规划

基于上述保水开采条件分区，研究团队编制了基于生态水位保护的煤炭工业规划图(图8)，这是首次对榆神府矿区科学开采规划提出的路线图，有效地指导了陕西省煤炭工业“十二五”和“十三五”规划，促进了矿区水资源保护工作。

1)长壁综(开)采区。位于无水开采区，由于不涉及保水采煤问题，可部署长壁综采生产矿井。

2)长壁限定综(开)采区。位于保水限采区，是目前的煤炭经济带，现有大中型煤矿多数集中于这一地带，由于需要保护萨拉乌苏组排泄带地下水，需要限定开采条件，推广保水采煤技术。

3)长壁限高开采区。位于可控保水开采区，是厚煤层分布区，不能一次采全厚，需要分层开采，称其为长壁限高开采区。

4)长壁综采区。位于自然保水开采区即榆神矿区四期开发区，煤层埋深大，隔水层发育厚度大，隔水性能良好，是部署大型综采矿井的理想区域。

按照这一原理，作者对神南矿区(包括柠条塔、红柳林、张家峁煤矿)进行了保水开采分区，划分出严重失水区、一般失水区、轻微失水区和不失水区[63]，按照这一划分结果，在严重失水区的常家沟水库附近等均采取了相应的保水开采措施。

6.3 基于生态约束的保水采煤分区

保水采煤是基于地下水含水层结构保护与煤炭经济发展协调统一的采煤方法，将萨拉乌苏组和烧变岩地下水作为主要保护对象，目标是不造成泉流量大幅衰减和对沙漠地区植被不产生负面影响。

因此，以植被与地下水关系为基础，以煤层开采导致地下水位下降为判据，以依赖地下水的植被覆盖度不发生重大变化为核心划分保水采煤分区。

在萨拉乌苏组分布范围内按地下水埋深4 m为标准圈定植被对地下水依赖性较强的区域，划分为植被约束区，其余区域为地下水约束区；将萨拉乌苏组缺失、厚度薄、不连续、富水性弱区，划分为无约束区(图9)[41]。

1)植被约束区。地下水水位埋深小于4.0 m，主要分布于榆溪河上游河谷及滩地区、秃尾河上游河谷及红碱淖内流区一带，是榆神矿区第4期开发区的主体，该区植被根系发育到地下水位以下，地下水位下降将造成植被群落向旱生群落演替，植物的多样性减少。因此该区域煤炭开发要控制地下水位在3～5 m的埋深范围内。

2)地下水约束区。萨拉乌苏组分布范围水位埋深大于4 m 的区域，主要分布于乌兰木伦河上游、秃尾河中上游风沙区边缘及河谷漫滩后缘至阶地区，植物生长对地下水的依赖程度比较弱。但萨拉乌苏组含水层厚度大，富水性中等～强，煤层埋藏深度小于200 m，高强度采煤很容易导致地下水漏失和区域性地下水位下降，是保水采煤的重点区域。

3)无约束区。主要分布于潜水位埋深大于4.0 m的沙地沙梁和黄土沟壑丘陵区等区域，植被主要靠大气降水维持生长，地下水位下降不会直接引起植被群落发生明显变化，植被生长基本与地下水无关，另一方面地下水富水性弱，不具备供水意义，对安全开采不构成威胁(图9)。

6.4 保水采煤矿井分级类型

为了给榆神矿区三、四期规划区的总体规划及矿井开发提供地质依据，按照陕西省发展和改革委员会等四个厅局的要求，陕西煤业化工集团有限责任公司委托陕西省地质调查院开展榆神矿区水文地质补充勘探和煤炭开采对水资源影响研究。陕西煤业化工技术研究院、中国矿业大学等单位参与，一八五公司承担野外施工任务，通过2年多的研究，陕西省地质调查院王双明院士团队提交了《榆神矿区煤炭开采对水资源影响研究》报告，2017年12月通过评审验收。

该项目研究过程中，陕西煤业化工技术研究院王苏健、中国矿业大学李文平等开展了合作研究[64]，在研究榆神矿区生态-水-煤系地层空间赋存结构特征的基础上，将研究区划分为潜水沙漠滩地绿洲型、地表水沟谷河流绿洲型、地表径流(黄土)沟壑型和区域性(深埋)地下水富集型等几种地质环境类型，建立了环境工程地质模式的划分标准，总结出四种保水采煤环境工程地质模式，即环境友好型、环境渐变恢复型、环境渐变恶化型及环境灾变型(图10)。

其中环境友好型区域煤层开采后，导水裂隙带不能穿透隔水黏土层，萨拉乌苏组含水层结构不受采煤影响，采煤不破坏水资源。环境渐变恢复型区域煤层开采后，导水裂隙带顶界终止于基岩内或隔水黏土层中，基岩或隔水黏土层相对较薄的区域，萨拉乌苏组地下水会发生少量渗漏，采煤对生态环境的影响很小。环境渐变恶化型的区域煤层开采后，导水裂隙带穿透基岩或隔水黏土层，隔水层虽然还具有一定隔水性，但萨拉乌苏组地下水会大量漏失，水位下降，地表生态环境缓慢持续恶化。环境灾变型的区域煤层开采后，导水裂隙带直接发育到萨拉乌苏组含水层，地下水全部渗漏，水位下降到基岩面以下，地表生态环境短期内发生明显恶化(图11)。

将环境友好型、环境渐变恢复型矿井归类到正常开采矿井，不需要或采取一定的技术措施，可以实现保水开采。将环境渐变恶化型、环境灾变型矿井按照水资源丰富程度进一步细分，其中水资源贫乏的为保水采煤三级矿井，水资源中等的为保水采煤二级矿井，水资源丰富的为保水采煤一级矿井。一级矿井必须采取强制的保水采煤技术，二级矿井采取一定的保水采煤技术，三级矿井采煤影响的水资源很有限，无需采取保水采煤技术，但要加大矿区开采后的地质环境恢复治理力度，实现环境保护。但这一划分也有其不合理性，如把突水溃沙危险性严重的隆德煤矿及其周边的大部分划分为正常开采矿井，显然不合理。这一划分结果对榆神矿区三、四期的科学规划、科学开采有积极意义。

6.5 突水溃沙失水危险性分区

2013年笔者参加了国家“973计划”《我国西部煤炭高强度开采下地质灾害与环境保护基础研究》项目，重点研究西北煤矿区高强度开采条件下，突水溃沙地质灾害的发生机理、防控技术和环境效应等基础问题。

2015年项目中期检查时，跟踪专家提出了“哪里会发生突水溃沙地质灾害”这一基本问题，首席科学家请笔者回答，笔者指出了榆神府矿区发生突水溃沙危险性大的区域，并阐述了理由。随后，选取沙层厚度、有效隔水层厚度、含水层富水性和采动空间等作为关键因素，编制了无量纲图，采用熵权法确定了各因素的权重，在GIS平台下构建了基于多因素融合技术的突水溃沙预测模型，识别出突水溃沙危险性区域和分级(图12)[65-67]。

1990年以来的所有突水溃沙事件都发生在图10中的红色区域，也印证了这一分区的科学性。

近年来，按照控制水动力条件的原理，神东矿区内完成了多起突水溃沙防控工程，实现了薄基岩厚富水含水层下的安全开采[67]。

除了上述5种划分方案外，2017年邓念东等[68]将榆神矿区划分为沙-土-基型保水开采区、沙-土-洛-基型保水开采区、沙-基型保水开采区、无水开采区、烧变岩型保水开采区，实质是一种覆岩结构类型的分区。叶贵钧等[6]曾作了类似划分，由于当时勘查程度有限，划分精度较低。袁喜东等[69]划分了榆神矿区采煤失水危险性分区，但只分出了危险区和安全区，这一方案研究范围仅限于榆神矿区，特点是利用基础数据较多，各类地层厚度识别精度较高，但也存在一些不合理的地方，如危险区和安全区之间应该有1个过渡性区域，但文献[69]中没有识别出来。

7 保水采煤技术及推广应用

保水采煤技术是一种减小导水裂隙带发育高度的新技术，旨在通过减小矿井开采工作面尺寸、降低采高或对采空区充填或改变开采速度等方法，实现导水裂隙带高度的减小，采空区地下水位变化幅度较小，实现了生态水位的合理埋深保护(表5)，达到保水采煤目的。

7.1 窄条带保水采煤技术及应用

榆神矿区东南部分布有榆卜界、金牛、沙炭湾、二墩等10余处年产30万t左右的中小型煤矿，均为榆林市地方煤矿，2007年之前多采用房柱式采煤方法，煤炭采出率不足30%，资源浪费严重，房柱式开采后煤柱风化，诱发大面积冒顶，不仅对矿井安全生产造成威胁，同时对上覆萨拉乌苏组含水层予以疏干，使地下水位下降，环境变异，房柱式开采已经无法满足地下水保护和矿井安全的需求。2007年的煤炭资源整合过程中，改造为综合机械化生产，存在资源量不足、井田范围小，难以部署综采工作面的实际。为此，提出一种适合该区条件的保水采煤技术[70]，是这一区域煤炭工业持续健康发展的客观需求。

以榆卜界煤矿为例[71]，井田面积6.07 km2，2-2煤层厚4.35～5.57 m，平均5.23 m，埋深99～168 m。2-2煤层伪顶为厚度小于0.5 m的泥岩，直接顶为厚度2.40～6.67 m的粉砂岩，个别地段基本顶直接赋存于煤层之上，单轴抗压强度76.34 MPa；基本顶厚度大于20 m。2-2煤层底板为厚度不等的泥岩、粉砂岩、细砂岩，较稳定。萨拉乌苏组含水层是区内唯一含水层。

1)开采条带宽度：巷道煤柱对顶板的约束条件可依据煤柱支撑压力大小分为“简支梁”和“固定梁”两类。因此，开采宽度的计算也需要分类计算。顶板岩梁简化为简支梁时，开采条带极限宽度为12.7 m；岩梁简化为固定梁时，极限跨度为15.5 m。考虑到地质条件、采动影响等因素，现场开采宽度不超过12 m。

2)煤柱宽度：采用极限平衡理论求解的煤柱屈服宽度为2.9 m，采用经验公式确定的屈服宽度为2.4 m，根据煤柱高度，对煤柱稳定性判别，保证开采条带锚杆支护的可靠性，确定条带开采宽度不超过12 m，煤柱宽度不小于8 m时，弹性核区可达4.0 m以上，可保证长期稳定。

3)条带开采优化：通过数值模拟，分别对“隔离区采8留8”、“采12留8条带开采条带煤柱”、“隔离区采12留8区内煤柱”和“锚杆作用下采12留8隔离煤柱”的稳定性进行了计算研究，结果表明“采12留8”条带煤柱开采工作面布置便利，可实现长工作面超长距离推进，“隔离区采12留8”可进一步提高工作面采出率；煤柱稳定性并不受顶板锚杆约束，而是由预留煤柱尺寸决定。同时，对煤柱尺寸进行了物理模拟试验研究。

以留4 、6、8 m条带煤柱计算发现，留4 m条带煤柱时，将发生大多数煤柱片帮，存在大范围的覆岩垮落的危险；留6 m条带煤柱时，发生个别煤柱片帮现象，存在一定风险；留8 m条带煤柱时，煤柱安全系数达到2.80，可以保持长期稳定。

综上所述，采用“采12留8”条带开采较为稳妥，该方法既可以提升榆神矿区地方煤矿开采区开采机械化水平，又可以保持煤柱和覆岩长期稳定，抗御较为强烈的矿压，将垮落限制在一定范围，即可起到“保水开采”目的。这方面，文献[72-73]进行了深入论述。

7.1.3 采前、采后潜水水位变化分析

1)榆卜界煤矿采前、采后潜水水位变化。为了查明窄条带式保水采煤技术开采区的潜水水位埋深、水位标高，在214东翼工作面施工了1个探测孔(YBT1)，孔深12.02 m(图13)观测的地下水位埋深6.75 m，标高+1 140.77 m。煤炭开采前，2008年3月在同一位置施工的钻孔水位标高为+1 142.02 m，对比可知，从2008年至今，地下水水位下降1.25 m(表3)。

2)薛庙滩煤矿采前、采后潜水水位变化。薛庙滩煤矿开采3号煤层，煤厚4.11～7.22 m，平均厚度6.04 m。首采盘区为302盘区，形成采空区面积6.71 km2。采取长壁条带式保水采煤法，这样既保护了已有的基础设施，同时也保护了水资源。为了查明窄条带式保水采煤技术的采空区的潜水水位变化情况，在采空区施工了3个钻孔，其中XT1、XT2两个钻孔与2004年完成的ZK302、SZK303钻孔位置重合，XT3钻孔在ZK201钻孔附近(图14)。

将本次施工的XT1、XT2两个钻孔投影到水文地质剖面图上，发现采煤后地下水水位普遍下降(图15)，其中XT1和XT2钻孔水位下降了2.01、1.99 m，XT3上升了3.89 m(表3)，原因为钻孔附近排水坑积水使潜水水位抬升。

7.2 限高保水采煤技术及应用

7.2.1 矿井概况及地质条件

榆树湾煤矿公告生产能力10 Mt/a，矿井划分为4个开采水平，第一水平开拓2-2煤层，第二水平开拓3-1煤层，第三水平开拓4-3煤层，第四水平开拓5-3上煤层。矿井现开采2-2煤层，采用倾斜分层大采高再生顶板综合机械化采煤法，开采标高为+990—+1 090 m，截至目前，该矿已开采201盘区东翼6个工作面，形成采空区面积约12.43 km2，目前正在开采201盘区西翼。

榆树湾煤矿地层结构从上到下依次为萨拉乌苏组含水层、黏土隔水层、直罗组含水层和延安组隔水层、煤层。萨拉乌苏组含水层厚度0～35.21 m，一般14 m，水位埋深0.73～2.86 m。其下是黏土隔水层，厚度95.08～188.50 m，直罗组弱含水层厚0～57.52 m。延安组含煤，厚度246.47～290.56 m，开采2-2煤，平均煤厚11.62 m，埋深110～300 m，平均230 m。煤层上覆基岩隔水层厚度115.40～173.40 m。

7.2.2 限高保水采煤技术及合理采高

马立强等[74]研究了长壁工作面保水开采技术及应用范围，认为局部限高是实现保水采煤的途径之一，保水采煤的实现途径，就是控制采煤引起的导水裂隙带高度，使之发育高度达不到含水层中，研究表明，导水裂隙带高度与采高呈正相关，采高越大，导水裂隙带高度越高。因此，降低采高，无疑会有效降低导水裂隙带发育高度，同时也控制了突水溃沙的发生。

榆树湾煤矿现开采最上部的2-2煤层，煤层厚度11 m，榆树湾煤矿与西安科技大学联合开展了基于保水采煤的最大开采高度研究，可实行分层开采，若上分层采全7 m，全部垮落法管理顶板时，45%以上区域的萨拉乌苏组地下水将漏失，达不到保水采煤目标，若上分层采高5 m左右，可以实现大部分区域的保水开采[75]，建议煤矿按照上分层开采不大于5.50 m设计。

2012年以来，榆树湾煤矿按照5.50 m采高限采，截止到2015年，6个工作面已经回采完毕(图16)。

7.2.3 推广应用效果

保水采煤技术应用效果，主要通过2个指标评判：一是采动覆岩导水裂隙带发育高度；二是生态潜水水位变化幅度。采用前者判断导水裂隙带是否与生态潜水含水层沟通，采用后者判断水位是否大幅度下降，导致地表植被枯萎或枯稍、死亡等。

为了查明榆树湾煤矿采空区的地下水位变化情况，在完成开采的工作面实施了5个探孔(图16)，这5个探孔在采前均有准确的水位埋深(标高)数据，经过开采前、后水位对比，钻孔YTI—YT4采后水位比采前水位均有上升，分别为2.4、1.1、2.8、2.12 m；YT5号钻孔比采前Y10号钻孔水位下降2.22 m。

实地调查采空区植被发育状态良好，与未开采区没有明显差异。

7.3 充填保水采煤技术及应用

榆阳煤矿由于地处榆林市郊区，在市区扩容过程中，进行异地搬迁，并给予了2年的过渡期，这期间为了保证榆林市水源地的供水安全，榆阳煤矿必须采用保水采煤技术，保护水源地补给区潜水水位的相对稳定。为此，榆阳煤矿开展了充填保水采煤技术研究和工程实践[76-77]，有效控制了采煤沉降，保护了水资源，并控制沙漠化进程。

7.3.1 充填材料及工艺

充填试验在2307综采工作面进行，工作面长1149 m，宽150 m，北邻2301连采充填试验面(用于连采工作面的充填开采试验)，南部为未采区，开采3号煤层，煤厚3.45～3.85 m，平均3.50 m，埋深190 m，顶板稳定性较好。

充填材料以当地风积砂为骨料的似膏体充填材料，基本配比见表6，充填材料初始流动度≥190 mm，30 min流动度≥170 mm，可实现自流输送；充填材料的初凝时间≥2 h，终凝时间≤8 h；充填体充填12h后单轴抗压强度达到0.15 MPa，28 d时单轴抗压强度4 MPa，充填体长期强度稳定，结石率为90%～105%，利于实现充填体接顶。

充填系统由2套设计能力分别为180 m3/h的单系统组成，总能力为360 m3/h，自2012年11月27日开始试充填，到2013年11月底，工作面共推进310 m，充填量170 000 m3，采出煤量共21.3万t，安全运行17个月(含连采充填试验)，实际充填能力500 m3/h以上。

据实测，2307工作面推进至310 m时，形成采空区体积171 000 m3，累计充填料浆170 000 m3，平均充填率达98.5%，实现了控制岩层移动和含水层结构保护。

7.3.2 充填保水采煤技术应用效果

榆阳煤矿充填开采的采空区施工了3个水位观测孔，其中YYT1钻孔布置在老钻孔ZK906(井田外围)东南方向约400 m处，YYT2钻孔布置于老钻孔ZK905正南方向27 m处，YYT3钻孔布置在靠近终采线附近。经过对比，采前采后地下水水位变幅为下降0.45～2.76 m，走访当地村庄，该区域近年来地下水位变化不大。

另外，张文忠等[77]还开展了局部充填模拟实验研究；崔邦军等[78]介绍了离层空间充填保水开采技术，本文不再赘述。

2019年4月，榆林市地方煤矿上河、金牛煤矿充填保水采煤技术方案经过专家论证，即将开始新一轮的充填保水开采工程实践。

7.4 采充并行保水采煤技术及应用

针对目前长壁充填保水采煤方法存在的充填时间和充填空间不足、采煤与充填作业协调困难等问题，马立强等开发出一种能将快速机械化采煤和充填作业相结合的“多支巷布置、采充并行”壁式连采连充保水采煤方法[79]，解决了极薄阻隔层低损伤控制难题，可实现极近距浅表水下的高效保水采煤。

7.4.1 壁式连采连充保水采煤方法内涵

该方法在开采块段内采用负压通风，按正常壁式采煤工作面布置回采巷道，采用大断面宽巷(开采支巷或采煤支巷)掘进的方式进行采煤，并充填开采后的宽巷。该方法综合了旺格维利快速连续采煤法和宽巷式充填采煤法的优点，将传统的旺格维利柱式体系采煤法变革为高效的壁式连采连充采煤方法，实现大断面开采(采煤)支巷高效采煤、整体支护与主动充填接顶一体化，解决了极薄阻隔层低损伤控制难题，可有效控制极近距条件下浅表水资源的流失与生态环境的保护。

在长壁开采区段中，按照旺格维利法布置开采支巷，并进行多轮跳采，始终保持多条支巷充填与多条支巷采煤同时作业的“采充并行”高效开采模式(图17)。

开采前，将整个回采块段沿倾斜或垂直于运输巷方向划分出多条开采(采煤)支巷，并将支巷划分为多个开采阶段。按照开采顺序，采用连续采煤机间隔开采支巷，每条支巷开采完毕立即进行密闭并充填。上条支巷充填作业的同时进行下条支巷的开采，在采场内即形成“采充并行”充填保水开采模式，直至采场内所有支巷开采并充填完毕。

7.4.2 壁式连采连充保水采煤关键技术

1)高效充填与主动接顶技术。研制了以粉煤灰作为骨料，石灰、石膏、水泥、添加剂作为辅料的高水膨胀充填材料。确定了高水膨胀材料的关键配比范围，即水固比为(0.8～0.9)∶1.0，粉煤灰、石膏、石灰、水泥、添加剂的质量比为24.6∶0.8∶5.1：1.8∶1.0。制成水料的质量比为(1.3～1.5)∶1.0左右的充填料浆，充填材料的密度为1.5～1.6 g/cm3。料浆在2 h内呈液体状态，可实现自流输送。2小时以后开始固化，并有约10%的体积膨胀。在满足现场实际需要的凝结时间前提下，材料63 d强度、3 h膨胀率和泌水率可分别达到5.39～5.52 MPa、9.9%～10.8%和0.30%～0.33%。

充填工艺流程为充填骨料和辅料→成浆罐→钻孔管路→井下充填管路→运输主巷→充填巷。发明了控制覆岩裂隙和极薄阻隔层损伤的保水开采主动充填接顶方法，实现褶曲煤层、局部冒顶区域的充填体接顶，并可对开采支巷充实率和充填体凝固前后的压力进行实时动态监测。

2)“采-支-运”快速作业技术。为实现大断面开采支巷的快速掘进(采煤)，并减少支护成本、确保巷道安全稳定，提出煤巷快速经济支护技术，采用能够保证巷道安全稳定的最少的锚杆(索)等支护材料，关键在于如何在支护密度相对较低的情况下，实现巷道的可靠支护和快速施工，确定出高强度经济支护与快速施工方案与参数。形成了整体支护技术与工艺，并开发出快速装填矿用锚杆药卷锚固剂的方法和装置。

形成采装运一体化采煤方法，配合连续采煤机割煤和梭车装煤运煤，形成了快速采煤、支护和运输的“多支巷布置、采充并行”壁式高效采煤作业线。煤炭运输流程为：连续采煤机→梭车→连续输送机→刮板输送机→带式输送机。工作面投资不超过1 000万元，吨煤充填成本低于60元，日最高产量超3 500 t，年产量达1.0 Mt。

这种保水采煤技术已在山西晋煤集团王台铺煤矿成功应用，在内蒙古棋盘井矿区进行推广应用(根据现场实际情况，充填材料改为以矸石为主)，正在山东能源集团西部煤矿区推广应用。

7.5 地表水体下保水采煤技术及应用

陕煤集团张家峁煤矿在常家沟水库周边开采过程中，为了保护常家沟水库及地下水补给来源的含水层，采用合理留设地表水体保水煤柱[80]、水库周边施工注浆帷幕，实现了常家沟水库流域地下水系统的完整保护。

常家沟水库可通过留设防水煤柱，实现含水层及地表水库保护。根据不同煤层开采，将常家沟水库周边煤柱留设分为2类模式：一类是单一煤层开采模式，即 5-2煤层开采；一类是煤层群开采模式，即 4-2、4-3、4-4、5-2煤层开采。

根据矿山压力和水压力对煤体不同作用和影响，保护煤柱从防隔水功能上沿宽度方向可划分为矿压影响带、有效隔水带。因此，保护煤柱合理煤柱宽度为

式中：L为保护煤柱宽度，m；L1为矿压影响带煤柱宽度，m；L2为有效隔水带煤柱宽度，m。

对于单一煤层开采模式，矿压影响带以地表下沉 10 mm为边界，有效隔水带采用力学模型、《煤矿防治水细则》经验公式、极限平衡理论等计算综合得出。

对于煤层群开采模式，矿压影响带煤柱宽度L1为保证上层煤的保护煤柱不受采动影响而留设的宽度，L2为上层煤的保护煤柱宽度。

1)烧变岩含水层保水开采技术。针对常家沟水库周边4-2煤烧变岩含水层保护问题，采用帷幕注浆保护技术，保护含水层的完整性。以常家沟水库周边15207工作面开采为例，在西侧与4-2煤实体煤搭接，东侧靠近陈家塔水库，帷幕长度625 m，切断了15207，15208两个工作面与常家沟水库、烧变岩含水层的水力联系，实现了含水层地下水保护。

2)地下水异地储存保水开采技术。针对导水裂隙带沟通富水含水层可能造成矿井水害的问题，采用地面抽排异地储存(储存于常家沟水库)，地面抽排异地储存的方法主要适用于井田西南部分布的萨拉乌苏组含水层，当补、径、排条件进一步查清后，在工作面布置好后，开采之前，排干该含水层水并将其储存于常家沟水库之中，主要理由是该含水层分布面积不大，厚度较小，可以满足水资源的保护需求。

7.6 煤-水共采理念与工程实践

7.6.1 煤-水双资源型矿井开采概念和科学内涵

20世纪90年代开始，针对华北型煤田，武强等[81]提出了排-供-生态环保三位一体的煤炭开发与水资源利用、生态环境保护解决方案，近年来，武强、张建民等[82-83]研究了煤-水共采的理论与技术，并在部分矿井得到了很好的推广应用，促进了水资源保护和利用。按照武强院士的论述[80]，“煤-水”双资源型矿井开采概念是在确保矿井生产安全、水资源保护利用、生态环境质量的前提下实施的开采技术和方法，以达到水害防控、水资源保护利用与生态环境保护三位一体结合系统整体最优的目的。

其科学内涵是在煤炭资源开发中，将地下水视作资源，通过合理的开采技术方法，不仅消除其“灾害属性”的负效应，通过将矿井水资源化利用，挖掘其“资源属性”的正效应，同时尽量避免破坏扰动与煤系同沉积的含水层结构，达到煤炭和水的“双资源”共同开发与矿区生态环境保护的协调、可持续发展目的，最终实现煤矿区水害防控、水资源保护利用、生态环境改善的多赢目标。

7.6.2 煤-水双资源型矿井开采技术方法

一是优化开采方法和技术工艺，如采用短壁采煤法，采用限高或分层开采方法等；二是矿井水排、供、生态环保“三位一体”优化结合开采，实现矿井水排水、利用的科学结合；三是对隔水层进行加固改造，在大采高条件下，保持隔水层的稳定性；四是采用充填采煤技术，保持含水层结构的稳定等。

武强院士指导部分矿山实现了煤水共采和科学开采，阐述了“煤-水”双资源型矿井开采的概念与科学内涵，提出了根据矿井主采煤层的充水水文地质条件优化开采方法和参数工艺、多位一体优化结合、井下洁污水分流分排、水文地质条件人工干预、充填开采等“煤-水”双资源型矿井开采的技术和方法，在河北蔚县兴源矿进行了工程实践。煤水共采技术适合于窟野河流域煤层埋藏深度非常浅的区域，这一区域最上部的可采煤层埋深一般100 m，最下部煤层埋深也不超过300 m，在约200 m的含煤段内赋存3～5层。

7.6.3 含水层再造与采空区储水及应用

顾大钊院士[84]创建了煤矿地下水库的理论与技术体系，并在大柳塔煤矿等建成了35座地下水库，实现了干旱矿区水资源与煤炭资源共采的双赢和矿区生态环境的持续改善，建成了哈拉沟煤矿等国家级绿色矿山。

2006年笔者和张发旺几乎同时提出了“含水层再造”问题，笔者受烧变岩及烧变岩地下水形成的启发，提出对小流域煤层进行高强度、短时间快速开采，使采空区经过坍塌、压实后，与外围隔离形成独立的新的含水盆地，实现含水层自然再造[85]，之前，笔者主持大柳塔煤矿采煤工作面疏降水过程中(目的是防止发生突水溃沙灾害)，将抽取的矿井水异地储存，即从双沟泉域采煤工作面(1203、20601工作面)抽取的矿井水，全部异地排放到母河沟泉域，补给母河沟泉域萨拉乌苏组地下水，并对接受“人工补给”后的母河沟泉水水质情况进行了检测，未发生污染等，与未补给矿井水时的水质保持一致[86]，为含水层再造提供了支撑。

张发旺等[87]在神府～东胜煤田开展矿区水文地质研究过程中，结合大柳塔煤矿开采含水层水文地质条件变化规律，利用室内模拟、野外观测等手段，对含水层结构变化与地下水渗流之间的关系进行了深入研究，提出了“煤层顶板含水层再造”的概念，为我国西北煤矿区含水层保护及水资源利用提供了新思路和新技术。

近年来，随着采空区储水理论与实践的完善，文献[88-89]在神南矿区进行了采空区储水理论研究和实践探索，顾大钊等[20，84]在神东矿区大柳塔煤矿建立了地下水库，储存了水资源(包括含水层地下水渗漏资源和大气降水资源)，并进行了分质利用，实现了干旱半干旱矿区水资源的科学利用。

7.7 煤矿底板岩溶含水层保水采煤技术及应用

20世纪80年代以来，华北型煤田防治水工作取得重要进展，有效防止了煤层底板岩溶水的煤矿水害事故发生，保护了矿井安全。近十几年来，监测发现，华北型煤田陕西境内的渭北矿区岩溶水+380 m标高的地下水水位(岩溶水)出现了区域性下降现象，降落漏斗中心地下水位已经下降到+360 m左右，如果这一水位继续下降：一是造成工农业用水困难，二是对黄河合阳洽川湿地等生态环境生产不利影响。为此，澄合矿区坚持以含水层结构保护为目标，开展防治水工程，实现了煤矿安全、含水层保护、生态安全[90-91]的效果，同时，冀中能源集团公司在河北峰峰矿区等也开展了底板含水层保护开采技术研究和工程实践[92-93]。主要做法就是探查煤层底板隔水层厚度、岩性及构造发育状况，对构造薄弱地段进行注浆加固，增强隔水层隔水性，使煤层开采的底板破坏厚度减小，从而保护底板隔水层之下的岩溶含水层。

8 基于保水采煤需求的矿区地下水监测网

8.1 建设背景

2012年笔者调入陕西省地质环境监测总站(下称总站)工作，总站从1955年成立开始，就从事全省地下水监测工作，但笔者很快发现，地下水监测点主要集中于关中盆地，其他区域监测点很少，煤矿区是人类工程活动对地下水扰动最强烈的区域，却没有建设系统的监测网，无疑，这是一个空白区。

为此，2013—2015年在王双明院士的指导下，笔者系统开展了“榆神府矿区水工环专项调查”，整理了煤炭开发前8 914 km2范围内的井、泉及地表径流数据，逐一实地核查这些水文地质点20年来受采煤等要素影响的变化，发现1994年区内有2 580个泉，2015年仅剩376个，总流量也从4 997.059 7 L/s下降到996.392 L/ s。对534个民井水位的调查，水位下降大于8 m的区域高达758.9 km2，而且高强度采煤造成了地下水径流条件的变化，是造成地下水位下降、泉水衰减的主要因素。因此，从2013年开始，笔者就呼吁尽快完善陕西地下水监测网[94-95]。

8.1 建设条件

大型煤炭基地地下水监测网建设，已经具备了基本条件：

1)西北地区大型煤炭基地煤层、含(隔)水层及其空间组合特征、水文地质条件及其对煤矿生产的影响已经初步查明，监测层位选择具有科学依据。

2)积累了丰富的煤炭开发水害防控资料和技术，提出了西北煤矿区保水采煤思路和方法，跟踪了20年来萨拉乌苏组地下水动态，通过煤矿地下水监测数据分析，发现了高强度开采条件下地下水流场的变化规律，为煤层地下水监测网布点提供了科学依据。

3)依据《矿产资源法》、原国土资源部颁布的《矿山地质环境保护规定》等法律法规，矿山企业具有依法开展包含地下水在内的矿山地质环境监测法定义务和责任，企业负责地下水监测站点建设具有法律依据。

4)国家地下水监测工程的成功实施，使我国地下水监测技术日益成熟，为煤矿地下水监测网建设奠定了技术基础。

因此，大型煤炭基地地下水监测网建设的条件已经成熟。

8.2 地下水监测的主要层位

主要监测具有供水意义和生态价值的含水层，针对神东、陕北、黄陇大型煤炭基地地质环境条件，选择监测的主要含水层包括萨拉乌苏组含水层、烧变岩含水层、黄土含水层、洛河组含水层以及奥陶系岩溶含水层。其他对于煤矿区分布的具有供水意义和生态价值的含水层，也要一并考虑监测，如榆神府矿区局部分布的直罗组含水层等。

8.3 地下水监测工程建设

西北地区是我国煤炭主产区，为了保障地下水监测网工程顺利实施，最大限度促进《矿山地质环境保护与土地复垦方案》的落实，2013年以来作者就提出采取“政府指导、企业主导”的方式建设煤矿地下水监测井，具体做法就是由各省自然资源厅负责，由各省地质环境监测总站以国家规划矿区为单元，编制地下水监测工程建设方案，明确监测井的分布、监测层位、技术要求、信息采集等技术标准，由煤矿企业利用矿山地质环境保护与土地复垦基金建设其矿业权范围内的地下水监测点，建成后纳入省级地质环境信息网(陕西已建成)，统一负责数据接收、研判和分析利用。

2013年国家发展和改革委员会核准国家地下水监测工程，2015年开工建设，利用这次工程契机，作者再次提出加强煤矿区地质环境监测的建议，并希望首先建设地下水监测网[95-96]，这一建议很快得到了陕西省自然资源厅的重视，并于2017年2月决定建设煤炭矿山地下水监测井[97]，重点监测采煤影响显著的萨拉乌苏组含水层、洛河组及烧变岩含水层等[98-100]，总站作为技术支撑单位，编制了建设方案，制定了技术标准，于2018年底初步建成了涵盖神东、陕北、黄陇三个大型煤炭基地的地下水监测网。其中陕西境内的神东、陕北两个大型煤炭基地新建监测站点139个，同时将榆神矿区补充勘探阶段的73个地下水监测井纳入统一监测。

目前，这一监测网还在持续完善过程中。

9 保水采煤研究展望

保水采煤研究30年来，虽然取得了突出成就，理论研究和工程实践都有很大进展，但还有很多科学问题没有解决，如覆岩移动过程中裂隙场、应力场和渗流场演化规律，沙漠植被的需水量与水资源来源、大采高(采高大于8 m)及多煤层开采条件下导水裂隙带发育高度与预测模型，榆神府矿区开发的科学布局与科学产能等，以及大规模开采条件下地质环境的实时监测监控问题，虽然近期科学家们做了大量探索，但一些问题并没有得到很好的解决[101-103]。

1)合理规划布局，设置开发阈限。笔者及靳德武等针对榆神府矿区窟野河流域开发初期出现的水资源渗漏和生态环境问题，研究了高强度采煤过程中地下水渗漏损失过程和水量损失预测结果[104-108]，呼吁适度开采煤炭资源，关闭窟野河流域的小煤矿，秃尾河沿岸的浅埋煤层不宜大规模开采，榆神矿区深部可适当建设大型煤矿的建议[109-110]，并提出了陕北侏罗纪煤田可持续发展的开发思路[111]。谢克昌等[112]针对榆林、鄂尔多斯、宁东煤炭基地发展问题，也进行了战略研究，提出了在没有彻底解决水资源问题之前，区域原煤产能不宜超过10亿t/a的科学产能方案，2018年该区域的原煤产量约11.46亿t，已经超过了环境承载力，而且还在快速增长。因此，基于保水采煤的榆神府矿区合理开发规模、科学布局，至今没有一个清晰的蓝图。

2)强化煤水关系研究，制定环境约束红线。文献[101-102]研究了土隔水层厚度，分析了采空区水位恢复过程，研究了矿区地下水与植被、土壤(裸土)水分运移规律，研究了20年来高强度开采等因素对水体湿地变化的驱动作用，形成了一些初步认识。下一步重点需要研究榆神府矿区典型植被对地下水的依赖性，研究采煤引起的地下水位下降过程中饱气带水分变化规律及其植被响应机理，研究矿区地下水位骤降条件下植被的响应机理及控制技术，研究适宜于采空区水分变化的植被种群，为煤矿区生态恢复和保护提供理论和技术支撑。

另外，神东矿区(含窟野河流域所有煤矿)重点需要研究浅埋煤层多煤层开采后水位恢复机理及调控方法，研究沙漠淡水湖(如红碱淖)水域面积的演化规律及与煤炭开发的关系、调控技术，实现煤炭的精准开采和科学开采，划定地下水位和植被盖度红线，确保矿区环境的维系和改善。榆神、榆横矿区，需要研究深埋煤层开采后，潜水位相对上升机理及其环境效应，最大限度的保护脆弱环境的原始状态并使其好转。

3)持续开展钻孔验证，总结导水裂隙带发育规律。目前施工的导水裂隙带探测钻孔都是针对一次开采高度3.5～5.5 m的采煤工作面，针对7 m大采高工作面，杨俊哲[113]论述了神东矿区大柳塔煤矿5-2煤层开采的探测结果，工作面长度分别为147 m和301 m，3个钻孔实测导水裂隙带高度分别为137.32 m(裂采比为20.2)和121.7～134.0 m(裂采比为17.9～19.7)。2018年2月神东矿区第1个8.8 m大采高工作面已经完成，榆神矿区部分煤矿8.8 m大采高工作面也将投产，部分煤矿还采用放顶煤开采方式，这种高强度开采，势必对覆岩的扰动范围更大，损伤强度更严重，导水裂隙带发育高度会更大。因此，研究8 m以上大采高条件下以及多煤层重复采动条件下导水裂隙带预测模型，进行准确预测，无疑是保水采煤一个重要的研究方向。

4)加强岩层移动机理研究，丰富保水采煤技术体系。煤炭开采中的岩层移动是一个“黑箱”，目前仅仅在控制原理上得到解释，达到“灰箱”程度[114]，完全掌握和控制开采过程中的岩层移动还有很多工作。围绕浅埋煤层保水开采，重点研究“等效直接顶”的载荷效应与初撑力的关系，“高位台阶岩梁”与砌体梁组合结构及合理的支架工作阻力确定，大采高煤壁片帮机理与控制技术，系统解决浅埋煤层群采场顶板支护技术难题。开展浅埋煤层6～9 m大采高顶板开采装备与回采工艺优化研究，重点研究特殊保水开采区的“局部充填开采”隔水层动力灾害控制难题，研究采动覆岩“上行裂隙”发育高度和“下行裂隙”发育深度，建立保水开采隔水层稳定性控制理论和技术，研究局部充填条件下隔水层稳定性的判据。研究区域隔水关键层在采动影响下引起的潜水运移致灾机理，揭示裂隙发育规律和潜水渗流规律，确定隔水关键层保护层厚度准则，创建陕北矿区煤层采空区协同利用与绿色开采新技术。研发浅埋煤层充填(局部充填)保水开采技术，开发新型廉价的充填材料，研究充填条件下的隔水层稳定性，确定合理的充填参数，研发先进的充填工艺，创新浅埋煤层充填保水开采技术，如果高效、低成本、绿色充填保水采煤技术得到突破，王双明院士[115]提出“提高绿色煤炭资源的勘查精度、创建采煤保水技术体系、提升煤炭清洁利用地质保障程度”等是未来西部煤炭绿色矿区地质工作的重要研究方向。

致谢：2015年以来，不断有研究生询问保水采煤研究的“前世与今生”，笔者拟撰文介绍。2019年2月4日，《煤炭科学技术》编辑部杨正凯、代艳玲同志分别打电话邀约撰写这样一篇论文，与笔者的想法不谋而合，特别兴奋和感谢！2019年2月5日凌晨6点(春节)收到钱鸣高院士在5:39发来的电子邮件，询问、探讨保水采煤问题，指出西部煤炭科学开采的重要性及研究方向，这为我注入了很大的编写动力。本文是在阅读保水采煤(保水开采)领域全部公开发表的中文文献和部分英文文献基础上撰写的，限于篇幅未能逐一列出，特向所有作者致谢。在多年来的研究中，彭苏萍院士、武强院士、王双明院士以及靳德武、孙亚军、李文平、张东升、黄庆享、毕永华、李涛、苗霖田等专家给予鼓励、指导或帮助，靳德武研究员审阅本文初稿并提出修改意见，盲审专家提出了很好的意见和建议。在与西安科技大学、河南理工大学、中国矿业大学等院校研究生及教师交流过程中，也给予很多启发，在此一并表示衷心感谢！限于水平和阅历，不足之处，请批评指正！

[1] 王双明.鄂尔多斯盆地聚煤规律及煤炭资源评价[M].北京：煤炭工业出版社,1996.

[2] 范立民.神木矿区的主要环境地质问题[J].水文地质工程地质,1992,19(6)：37-40.

FAN Limin.Environmental geology in Shenmu Mining Area[J].Hydrogeology & Engineering Geology,1992,19(6)：37-40.

[3] 韩树青,范立民,杨保国.开发陕北侏罗纪煤田几个水文地质工程地质问题的分析[J].中国煤田地质,1992,4(1)：49-52.

HAN Shuqin,FAN Limin,YANG Baoguo.Some hydrogeological and engineering-geological problems concerning development of North Shaanxi Jurassic Coalfield[J].Coal Geology of China,1992,4(1)：49-52.

[4] 魏秉亮,范立民.影响榆神矿区大保当井田保水采煤的地质因素及区划[J].陕西煤炭,2000,19(4)：15-17.

[5] 李文平,叶贵钧,张莱,等.陕北榆神府矿区保水采煤工程地质条件研究[J] 煤炭学报,2000,25(5)：449-454.

LI Wenping,YE Guijun,ZHANG Lai,et al.Study on the engineering geological conditions of protected water resources during coal mining action in Yu-shen-fu Mining Area in the North Shanxi Province [J].Journal of China Coal Society,2000,25(5): 449-454.

[6] 叶贵钧,张莱,李文平,等.陕北榆神府矿区煤炭资源开发主要水工环问题及防治对策[J].工程地质学报,2000,8(4)：446-455.

YE Guijun,ZHANG Lai,LI Wenping,et al.The main hydro engineering environmental geologicalproblems arisen from the exploitation of coal resource in Yushenfu Mine Area of Northern Shanxi and Their Prevention Measures[J].Journal of Engineering Geology，2008,8(4)：446-455.

[7] 范立民.论保水采煤问题[J].煤田地质与勘探,2005,33(5)：50-53.

FAN Limin.Discussing on coal mining under water-containing condition[J].Coal Geology & Exploration,2005,33(5)：50-53.

[8] 邓盛明,陈晓军,祝向民.塔里木河流域水资源和生态环境问题及其对策思路[J].中国水利,2001(4)：31-32.

[9] 杨泽元.地下水引起的表生生态效应及其评价研究——以秃尾河流域为例[D].西安：长安大学,2004.

[10] 王双明,黄庆享,范立民,等.生态脆弱矿区含(隔)水层特征及保水开采分区研究[J].煤炭学报,2010,35(1)：7-14.

WANG Shuangming,HUANG Qingxiang,FAN Limin,et al.Study on overburden aquclude and water protection mining regionazation in the ecological fragile mining area[J].Journal of China Coal Society,2010,35(1)：7-14.

[11] 钱鸣高,缪协兴,许家林.岩层控制中的关键层理论[J].煤炭学报,1996,21(3)：225-230.

QIAN Minggao,MIAO Xiexing,XU Jianlin.Theoretical study of key stratum in ground control[J].Journal of China Coal Society,1996,21(3)：225-230.

[12] 缪协兴,浦海,白海波.隔水关键层原理及其在保水采煤中的应用研究[J].中国矿业大学学报,2008,37(1)：1-4.

MIAO Xiexing,PU Hai,BAI Haibo.Principle of water resisting key strata and its application in water preserved mining[J].Journal of China University of Mining & Technology,2008，37(1)1-4.

[13] 范立民,马雄德,冀瑞君.西部生态脆弱矿区保水采煤研究与实践进展[J].煤炭学报,2015,40(8)：1711-1717.

FAN Li min,MA Xiongde,JI Ruijun.The Progress of research and engineering practice of water-preserved coal mining in western eco-environment frangible area[J].Journal of China Coal Society,2015,40(8)：1711-1717.

[14] FAN Limin, MA Liqiang,YU Yihe,et al.Water-conserving mining influencing factors identification and weight determination in northwest China[J].International Journal of Coal Science & Technology,2019,6(1)：95-101.

[15] 蒲海.保水采煤的隔水关键层模型及力学分析[M].徐州：中国矿业大学出版社,2014.

[16] 赵兵朝.榆神府矿区保水开采覆岩导水裂缝带发育高度研究[M].徐州：中国矿业大学出版社,2016.

[17] 张东升,刘玉德,王旭锋.沙基型浅埋煤层保水开采技术及适用条件分类[M].徐州：中国矿业大学出版社,2009.

[18] 宁建国,谭云亮,刘学生,等.浅埋煤层弱胶结顶板破断演化规律及保水开采评价[M].徐州：中国矿业大学出版社,2018.

[19] 马立强.沙基型浅埋煤层采动覆岩导水通道分布特征及其控制研究[D].徐州：中国矿业大学,2007.

[20] 顾大钊.能源“金三角”煤炭开发水资源保护与利用[M].北京：科学出版社,2012.

[21] 缪协兴,孙亚军,蒲海.干旱半干旱矿区保水采煤方法与实践[M].徐州：中国矿业大学出版社,2011.

[22] 黄庆享.浅埋煤层条带充填保水开采岩层控制[M]. 北京：科学出版社,2014.

[23] 夏玉成,代革联.生态潜水流畅的采煤扰动与优化调控[M]. 北京：科学出版社,2015.

[24] 范立民,马雄德.保水采煤理论与实践[M].北京：科学出版社,2019.

[25] 许家林.煤矿绿色开采技术[M].徐州：中国矿业大学出版社,2011.

[26] 马立强,张东升.浅埋煤层长壁工作面保水开采机理及其应用研究[M].徐州：中国矿业大学出版社,2013.

[27] 范立民.生态脆弱区保水采煤研究新进展[J].辽宁工程技术大学学报：自然科学版,2011,33(5)：667-671.

FAN Limin .Development of coal mining method with water protection in frigile ecological region [J].Journal of Liaoning Technical University：Natural Science,2011,33(5)：667-671.

[28] 范立民.西部矿区保水采煤研究历程[C]// 2017中国环境科学学会科学与技术年会,2017：2211-2217.

[29] 范立民.西北高强度采煤区保水采煤研究现状[J].中国煤炭地质,2017,29(3)：48-53.

FAN Limin.Water-preserved mining status area in Northwest China intensively coal exploited area[J].Coal Geology of China ,2017,29(3)：48-53.

[30] 孙学阳,刘自强,李成,等.榆神府矿区保水采煤技术研究进展[J].煤矿安全,2018,(7)：66-70.

SUN Xueyang,LIU Ziqiang,LI Cheng,et al.Research progress on water-preserving mining in Yushenfu Mining Area[J].Safety in Coal Mines,2018,(7)：66-70.

[31] 孙学阳,梁倩文,苗霖田．保水采煤技术研究现状及发展趋势[J]．煤炭科学技术,2017,45(1)：54-59.

SUN Xueyang,LIANG Qianwen,MIAO Lintian.Research status and development trend of coal mining under water-preserving[J].Coal Science and Technology,2017,45(1)：54-59.

[32] 白海波,缪协兴.水资源保护性采煤的研究进展与面临的问题[J].采矿与安全工程学报,2009,26(3)：253-262.

BAI Haibo,MIAO Xiexing.Research progress and major problems of water preserved coal mining[J].Journal of Mining & Safety Engineering,2009,26(3)：253-262.

[33] 鞠金峰,许家林,李全生,等.我国水体下保水采煤技术研究进展[J].煤炭科学技术,2018,46(1)：12-19.

JU Jinfeng,XU Jialin,LI Quansheng,et al.Progress of water-preserved coal mining under water in China[J].Coal Science and Technology,2018,46(1)：12-19.

[34] 余学义,毛旭魏,郭文彬.孟巴矿厚松散含水层下协调保水开采模式[J].煤炭学报,2019,44(3)：739-746.

YU Xueyi,MAO Xuwei,GUO Wenbin.Coordinated waterproof mining mode under thick loose sand stratum in Barapukuria Coal Mine[J].Journal of China Coal Society,2019,44(3)：739-746.

[35] 靳德武,周振方,赵春虎,等,西部浅埋煤层开采顶板含水层水量损失动力学过程特征[J].煤炭学报,2019,44(3)：690-700.

JIN Dewu,ZHOU Zhenfang,ZHAO Chunhu,et al.Dynamics process analysis of groundwater quantity loss of roof aquifer with shallow seam mining in Western China[J].Journal of China Coal Society,2019,44(3)：690-700.

[36] 杨泽元,王文科,黄金廷,等.陕北风沙滩地区生态安全地下水位埋深研究[J].西北农林科技大学学报：自然科学版,2006,34(8)：67-74.

YANG Zeyuan,WANG Wenke,HUANG Jinting.Research on buried depth of eco-safety about groundwater table in the blown-sand region of the Northern Shaanxi Province[J].Journal of Northwest Agriculture and Forestry University：Natural Science Edition,2006,34(8)：67-74.

[37] CHENG Donghui,WANG Wenke,HOU Guangcai,et al.Survey on groundwater environment related to vegetation in desert[J].Meteorological and Environmental Research,2010,1(3)：88-92.

[38] TYREE M T,EWERS F W．The hydraulic architecture of trees and other woody plants[J]．New Phytologist,1991,119：345-360．

[39] SCOTT M L,LINES G C,AUBLE T G．Channel incision and patterns of cottonwood stress and mortality along the Mojave River,California[J]．Journal of Arid Environments,2000,44：399-444．

[40] DAVIS S D,EWERS F W,SPERRY J S,et al．Shoot dieback during prolonged drought in Ceanothus ( Rhamnaceae)chaparral of California：a possible case of hydraulic failure[J]．American Journal of Botany,2002,89：820-828．

[41] 马雄德,范立民,张晓团,等.基于植被地下水关系的保水采煤研究[J].煤炭学报,2017,42(5)：1277-1283.

MA Xiongde,FAN Limin,ZHANG Xiaotuan,et al.Water-preserved mining based on relationship between vegetation and groundwater[J].Journal of China Coal Society,2017,42(5)：1277-1283.

[42] 黄金廷,侯光才,尹立河,等.干旱半干旱区天然植被的地下水水文生态响应研究[J].干旱区地理,2011,34(5)：788-793.

HUANG Jinting,HOU Guangcai,YIN Lihe,et al.Eco-hydrological response of natural vegetation in arid and semi-arid area：a review[J].Arid Land Geography,2011,34(5)：788-793.

[43] 马雄德,范立民,严戈,等.植被对矿区地下水位变化的响应[J].煤炭学报,2017,42(1)：44-49.

MA Xiongde,FAN Limin,YAN Ge,et al.Numerical simulation of vegetation response to groundwater level change in mining area[J].Journal of China Coal Society,2017,42(1)：44-49.

[44] 范立民,马雄德,杨泽元.论榆神府区煤炭开发的生态水位保护[J].矿床地质,2010,29(S1)：1043-1044.

Fan Limin,Ma Xiongde,Yang Zeyuan.On the ecological water level of coal exploitation in Yushenfu area protection [J].Mineral Deposits,2010,29(S1)：1043-1044.

[45] 马雄德,黄金廷,李吉祥,等.面向生态的矿区地下水水位控制阈值[J].煤炭学报,2019,44(3)：675-680.

MA Xiongde,HUANG Jinting,LI Jixiang,et al.Ecology orientated groundwater level threshold in mining area[J].Journal of China Coal Society,2019,44(3)： 675-680.

[46] 钱鸣高,许家林.煤炭开采与岩层运动[J].煤炭学报,2019,44(4)：973-984.

QIAN Minggao,XU Jialin.Behaviors of strata movement in coal mining[J].Journal of China Coal Society,2019,44(4)：973-984.

[47] 侯忠杰.西部浅埋煤层矿压控制实践与研究[C]//西安科技学院科技会议论文集,西安：西安科技大学,2002：11-15.

[48] 张杰,余学义,成连华.浅煤层长壁间隔工作面隔水土层破坏机理[J].辽宁工程技术大学学报,2008,30(6)：801-804.

ZHANG Jie,YU Xueyi,CHENG Lianhua.Failure mechanism of soil layer in long wall face intermission advance in shallow seam mining[J].Journal of Liaoning Technical University ,2008,30(6)：801-804.

[49] 宋选民.活井旺采采空区飓风灾害的理论预测与防灾工程设计[J].太原理工大学学报,2006,37(1)：35-37.

SONG Xuanmin.Theory forecast of hurricane disaster and disaster-prevention project design in working mine[J].Journal of Taiyuan University of Technology:Social Sciences Edition,2006,37(1)：35-37.

[50] 许家林,朱卫兵,鞠金峰.浅埋煤层开采压架类型[J].煤炭学报,2014,39(8)：1625-1634.

XU Jialin,ZHU Weibing,JU Jinfeng.Supports crushing types in the longwall mining of shallow seams[J].Journal of China Coal Society,2014,39(8)：1625-1634.

[51] 黄庆享,曹健,贺雁鹏,等. 浅埋近距离煤层群分类及其采场支护阻力确定[J].采矿与安全工程学报,2018,35(6)：1177-1184.

HUANG Qingxiang,CAO Jian,HE Yanpeng,et al.Classification of shallow buried close seams group and support resistance determination[J].Journal of Mining & Safety Engineering,2018,35(6)：1177-1184.

[52] 王晓振,许家林,朱卫兵.主关键层结构稳定性对导水裂隙演化的影响研究[J].煤炭学报,2012,37(4)：606-612.

WANG Xiaozhen,XU Jialin,ZHU Weibing.Influence of primary key stratum structure stability on evolution of water flowing fracture[J].Journal of China Coal Society,2012,37(4)：606-612.

[53] 武强,许珂,张维.再论煤层顶板涌(突)水危险性预测评价的“三图-双预测法” [J].煤炭学报,2016,41(6)：1341-1347.

WU Qiang,XU Ke,ZHANG Wei.Further research on “ three maps-two predictions” method for prediction on coal seam roof water bursting risk[J].Journal of China Coal Society,2016,41(6)：1341-1347.

[54] 胡小娟,李文平,曹丁涛,等.综采导水裂隙带多因素影响指标研究与高度预计[J].煤炭学报,2012,37 (4)： 613-620.

HU Xiaojuan,LI Wenping,CAO Dingtao,et al.Index of multiple factors and expected height of fully mechanized water flowing fractured zone[J].Journal of China Coal Society,2012,37 (4)： 613-620.

[55] 许武,夏玉成,杜荣军,等.导水裂隙带预计经验公式的“三性”探究[J].矿业研究与开发,2013,26(6)：63-67.

XU Wu,XIA Yucheng,DU Rongjun,et al.Study on three properties of the empirical formula for estimating the height of water flowing fractured zone[J].Mining Research and Development,2013,26(6)：63-67.

[56] 耿耀强,王苏健,邓增社,等.神府矿区大型水库周边浅埋煤层开采水害防治技术[J].煤炭学报,2018,43(7)：1999-2006.

GENG Yaoqiang,WANG Sujian,DENG Zengshe,et al.Water disaster prevention and control technology in shallow coal seam around the large reservoir in Shenfu Coal Mine[J].Journal of China Coal Society,2018,43(7)：1999-2006.

[57] 马雄德,王苏健,蒋泽泉,等.神南矿区采煤导水裂隙带高度预测[J].西安科技大学学报,2016,36(5)：664-668.

MA Xiongde,WANG Sujian,JIANG Zequan,et al.Prediction on the height of water-flowing fractured zone in southern Shenmu mine[J].Journal of XI’an University of Science and Technology,2016,36(5)：664-668.

[58] 范立民,蒋泽泉.厚煤层综采冒(裂)落带高度的确定[J].中国煤田地质,2000,12(3)：31～33.

[59] 王宏科,蒋泽泉,郭亮亮.张家峁煤矿15204工作面导水裂隙带高度探测[J].陕西煤炭,2015,34(2)：31-34.

WANG Hongke,JIANG Zequan,GUO Liangliang.Study on the height of water flowing fractured zone in No.15204 working face of Zhangjiamao Coal Mine[J].Shaanxi Coal,2015,34(2)：31-34.

[60] 高亚飞,徐敏芝,张东锋.榆神矿区煤层开采导水裂缝带高度预测[J].陕西煤炭,2017,36(6)：47-50.

GAO Yafei,XU Minzlii,ZHANG Dongfeng.Prediction on the height of water diversion fracture zone in coal mining of Yushen mining area[J].Shaanxi Coal,2017,36(6)：47-50.

[61] 妙军科,蒋泽泉.综采工作面导水裂隙带高度的钻孔探测[J].陕西煤炭,2014,33(6)：33-36.

MIAO Junke,JIANG Zequan.Research on the height of water flowing fractured zone in the fully mechanized mining face by drilling exploration[J].Shaanxi Coal,2014,33(6)：33-36.

[62] 王振荣,赵立钦,康健,等.多煤层重复采动导水裂隙带高度观测技术研究[J].煤炭工程,2018,50(12)：82-85.

WANG Zhenrong,ZHAO Liqin,KANG Jian,et al.Technological study on height observation of water flowing fractured zone caused by repeated mining in multiple coal seam[J].Coal Engineering,2018,50(12)：82-85.

[63] 范立民,蒋泽泉,徐建民,等.神南矿区保水开采综合分区研究[J].工程地质学报,2011,19(S1)：210-215.

FAN Limin,JIANG Zequan,XU Jianmin,et al.The subarea study of mining with water protected in south shenmu mining area[J].Journal of Engineering Geology,2011,19(S1)：210-215.

[64] 李文平,王启庆,刘士亮,等.生态脆弱区保水采煤矿井(区)等级类型研究[J].煤炭学报,2019,44(3)：718-726.

LI Wenping,WANG Qiqing,LIU Shiliang,et al.Study on grade types of water-preserved-mining coalmines in ecologically fragile area[J].Journal of China Coal Society,2019,44(3)：718-726.

[65] 范立民,马雄德,蒋辉,等.西部生态脆弱矿区矿井突水溃沙危险性分区[J].煤炭学报,2016,41(3)：531-536.

FAN Limin,MA Xiongde,JIANG Hui,et al.Risk evaluation on water inrush and sand inrushin ecologically fragile coal mine[J].Journal of China Coal Society,2016,41(3)：531-536.

[66] 范立民,马雄德.浅埋煤层矿井突水溃沙灾害研究进展[J].煤炭科学技术,2016,44(1)：8-12.

FAN Limin,MA Xiongde.Research progress of water inrush hazard in shallow buried coal seam mine[J].Coal Science and Technology,2016,44(1)：8-12.

[67] 范立民.神府矿区矿井溃沙灾害防治技术研究[J].中国地质灾害与防治学报,1996,7(4)：35-38.

FAN Limin.Controlling Tecnological study on suffosion hazard of coal shaft in shenfu mining area[J].The Chinese Journal of Geological Hazard and Control,1996,7(4)：35-38.

[68] 邓念东,杨佩,林平选,等.榆神矿区保水采煤工程地质条件分区研究[J].煤炭科学技术,2017,45(9)：167-174.

DENG Niandong,YANG Pei ,LIN Pingxuan,et al.Study on zone chart of engineering geological conditions of protected water resources during coal mining in Yushen Mining Area[J].Coal Science and Technology,2017,45(9)：167-174.

[69] 袁喜东,邓念东,王克,等.榆神矿区采煤失水危险性分区研究[J].中国地质调查,2018,5(3)： 89-94.

YUAN Xidong,DENG Niandong,WANG Ke,et al.Study on risk zoning of coal mining water loss in Yulin-Shenmu coal mine area[J].Geological Survey China,2018,5(3)： 89-94.

[70] 邵小平,石平五,王怀贤.陕北中小煤矿条带保水开采煤柱稳定性研究[J].煤炭技术,2009,28(12)：58-61.

SHAO Xiaoping,SHI Pingwu,WANG Huaixian.Study on pillars stability by keeping water in strip mining for small and medium-sized mines in Northern Shaanxi Province[J].Coal Technology,2009,28(12)：58-61.

[71] 仵拨云,范立民,郑苗苗,等.窄条带式保水采煤技术及应用效果[J].工程地质学报,2018,26(S1)：423-429.

WU Boyun,FAN Limin,ZHENG Miaomiao,et al.The technology and application effect of water-preserved mining with narrow strip[J].Journal of Engineering Geology,2018,26(S1)：423-429.

[72] 邵小平,李鑫杰,武军涛,等.陕北保水区地方煤矿分层开采覆岩运移规律模拟研究[J].煤炭技术,2015,34(6)：1-4.

SHAO Xiaoping,LI Xinjie,WU Juntao,et al.Simulation Study of overlying strata movement laws at layer mining in Northern Shaanxi local coal mines lying protected areas[J].Coal Technology,2015,34(6)：1-4.

[73] 王怀贤,邵小平.浅埋煤层保水开采参数优化试验研究[C]//安全高效矿井建设与开采技术：陕西省煤炭学会2010年学术年会论文集,2010：161-167.

[74] MA Liqiang,JIN Zhiyuan,LIANG Jimeng.Simulation of water resource loss in short-distance coal seams disturbed by repeated mining[J].Environmental Earth Sciences,2015,74(7)：5653-5662.

[75] 王悦.榆树湾煤矿保水采煤技术方案研究[D].西安：西安科技大学,2012.

[76] 吕文宏,郑天斌,刘鹏亮,等.风积沙似膏体充填系统及高效充填采煤工艺研究[C]//煤矿绿色高效开采技术研究——陕西省煤炭学会学术年会论文集(2016),北京：煤炭工业出版社,2016：44-52.

[77] 张文忠,黄庆享.浅埋煤层局部充填开采上行裂隙发育高度研究[J].煤矿安全,2014,(4)：40-42.

ZHANG Wenzhong,HUANG Qingxiang.Research on the height of upward crack development in partial backfill mining of shallow seam[J].Safety in Coal Mines,2014,(4)：40-42.

[78] 崔邦军.浅埋煤层综采面离层注浆加固保水采煤技术[C]//煤矿绿色高效开采技术研究——陕西省煤炭学会学术年会论文集,北京：煤炭工业出版社,2016：57-59.

[79] 马立强,张东升,王烁康,等．“采充并行”式保水采煤方法[J]．煤炭学报,2018,43( 1) : 62-69．

MA Liqiang,ZHANG Dongsheng,WANG Shuokang,et al．Water-preserved mining with the method named“backfilling while mining”[J]．Journal of China Coal Society,2018,43( 1) : 62-69．

[80] 董书宁,杨志斌,姬中奎,等.神府矿区大型水库旁烧变岩水保水开采技术研究[J].煤炭学报,2019,44(3)：709-717.

DONG Shuning,YANG Zhibin,JI Zhongkui,et al.Study on water-preserved mining technology of burnt rock aquifer beside the large reservoir in Shenfu mining area[J].Journal of China Coal Society,2019,44(3)：709-717.

[81] 武强,董东林,石占华,等.华北型煤田排-供-生态环保三位一体优化结合研究[J].中国科学(D辑),1999,26(6)：567-573.

[82] 武强,申建军,王洋.“煤-水”双资源型矿井开采技术方法与工程应用[J].煤炭学报,2017,42(1)：8-16.

WU Qiang,SHEN Jianjun,WANG Yang.Mining techniques and engineering application for “Coal-Water” dual-resources mine[J].Journal of China Coal Society,2017,42(1)：8-16.

[83] 张建民,李全生,南清安,等.西部生态脆弱区现代煤-水仿生共采理念与关键技术[J].煤炭学报,2017,42(1)：66-72.

ZHANG Jianmin,LI Quansheng,NAN Qingan,et al.Study on the bionic coal & water co-mining idea and key technological system in the ecological fragile region of west China[J].Journal of China Coal Society,2017,42(1)：66-72.

[84] 顾大钊.煤矿地下水库理论框架和技术体系[J].煤炭学报,2015,40(2)：239-246.

GU Dazhao.Theory framework and technological system of coal mine underground reservoir[J].Journal of China Coal Society,2015,40(2)：239-246.

[85] 范立民,蒋泽泉.烧变岩地下水的形成及保水采煤新思路[J].煤炭工程,2006(4)：40-41.

FAN Limin,JIANG Zequan.Formation of underwater Water bellow burnt rock and new conception of coal mininng with water conservation[J].Coal Engineering,2006(4)：40-41.

[86] 范立民,杨宏科.沙层对矿井污水的净化作用与矿井水的利用[J].国土资源科技管理,2000,17(6)：21-23.

FAN Li min,YANG Hong ke.Purification of sand layer in mine- shaft sewage and a new approach to utilization of mine[J].Management Geological Science and Technology,2000,17(6)：21-23.

[87] 张发旺,周骏业,申保宏,等.干旱地区采煤条件下煤层顶板含水层再造与地下水资源保护[M].北京：地质出版社,2006.

[88] 李文平,李涛,陈伟,等.采空区储水——干旱区保水采煤新途径[J].工程地质学报,2014,22(5)：1003-1007.

LI Wenping,LI Tao,CHEN Wei,et al.Goaf water storace—a new way for water preserved mining in arid areas[J].Journal of Engineering Geology,2014,22(5)：1003-1007.

[89] 常金源,李文平,李涛,等.干旱矿区水资源迁移与“保水采煤”思路探讨[J].采矿与安全工程学报,2014,31(1)：72-77.

CHANG Jinyuan,LI Wenping,LI Tao,et al.Water migration in arid mining area and thought of“water preserved mining”[J].Journal of Mining & Safety Engineering,2014,31(1)：72-77.

[90] 叶东升,屈永利,杜飞虎.煤矿底板岩溶水水害防治的理论与实践[M].北京：地质出版社,2010.

[91] 马雄德,杜飞虎,齐蓬勃,等．底板承压水保水采煤技术与工程实践[J]．煤炭科学技术,2016,44(8)：61-66.

MA Xiongde,DU Feihu,QI Pengbo,et al.Technology and engineering practices on water preserved coal mining inseam with pressurized water floor[J]．Coal Science and Technology,2016,44(8)：61-66.

[92] 赵庆彪.煤矿岩溶水水环境保护安全开采技术[J].煤炭科学技术,2014,42(1)：14-17,22.

ZHAO Qingbiao.Safety mining technology under water environment protection of Karst Underground water in coal mine[J]．Coal Science and Technology,2014,42(1)：14-17,22.

[93] 刘建功,赵利涛.基于充填采煤的保水开采理论与实践应用[J].煤炭学报,2014,39(8)：1545-1551.

LIU Jiangong,ZHAO Litao.Theory of water protection and practice application in mining based on the backfilling mining technology[J].Journal of China Coal Society,2014,39(8)：1545-1551.

[94] 范立民.加强地质环境监测促进地质环境保护——陕西省地质环境监测工程综述[C]// 煤矿水害防治技术研究:陕西省煤炭学会学术年会论文集,北京：煤炭工业出版社,2013.

[95] 范立民.论矿山地质环境监测体系[J].陕西地质,2017,35(1)：61-64.

FAN Limin.Mine Geological Environment Monitoring System[J].Geology of Shaanxi,2017,35(1)：61-64.

[96] 范立民.西北大型煤炭基地地下水监测工程问题[J].中国煤炭地质,2018,30(6)：87-91.

FAN Limin.On Northwest China large coal bases groundwater monitoring engineering issues[J].Coal Geology of China,2018,30(6)：87-91.

[97] 于德福.全国首张矿山地下水监测网在陕西开建[N].中国国土资源报,2018-3-28(1).

[98] 仵拨云,彭捷,向茂西,等.榆神府矿区保水采煤受保护萨拉乌苏组含水层研究[J].采矿与安全工程学报,2018,35(5)：984-990.

WU Boyun,PENG Jie,XIANG Maoxi,et al.Research of Salawusu formation aquifer is protected by water-conserving mining in Yu-Shen-Fu mining area[J].Journal of Mining & Safety Engineering,2018,35(5)：984-990.

[99] 蒋泽泉.萨拉乌苏组水文地质特征[C]//安全高效矿井建设与开采技术—陕西省煤炭学会学术年会论文集,北京：煤炭工业出版社,2010：234-238.

[100] 马立强,孙海,王飞,等.浅埋煤层长壁工作面保水开采地表水位变化分析[J].采矿与安全工程学报,2014,31(2)：232-235.

MA Liqiang,SUN Hai,WANG Fei,et al.Analysis of the ground water level change of aquifer protective mining in longwall coal face for shallow seam[J].Journal of Mining & Safety Engineering,2014,31(2)：232-235.

[101] 李涛,王苏健,韩磊,等.生态脆弱矿区松散含水层下采煤保护土层合理厚度[J].煤炭学报,2017,42(1)：98-105.

LI Tao,WANG Sujian,HAN Lei,et al.Reasonable thickness of protected loess under loose aquifer in ecologically fragile mining area[J].Journal of China Coal Society,2017,42(1)：98-105.

[102] 马雄德,范立民,张晓团,等.榆神府矿区水体湿地演化驱动力分析[J].煤炭学报,2015,40(5)：1126-1133.

MA Xiongde,FAN Limin,ZHANG Xiaotuan,et al .Driving force analysis for water and wetlands evolution at Yushenfu mining area[J].Journal of China Coal Society,2015,40(5)：1126-1133.

[103] 彭捷,李成,向茂西,等.榆神府区采动对潜水含水层的影响及其环境效应[J].煤炭科学技术,2018,46 (2)： 156-163.

PENG Jie,LI Cheng,XIANG Maoxi,et al.Influence of coal mining on phreatic aquifer and its environmental effects in Yulin-Shenmu-Fugu Area[J].Coal Science and Technology,2018,46 (2)： 156-163.

[104] 范立民.保水采煤的科学问题[J].煤炭学报,2019,44(3)：667-674.

FAN Limin.Some scientific subjects in water-preserved coal mining[J].Journal of China Coal Society,2019,44(3)： 667-674.

[105] 孙魁,范立民,夏玉成,等.基于保水采煤理念的地质环境承载力研究[J].煤炭学报,2019,44(3)：830-839.

SUN Kui,FAN Limin,XIA Yucheng,et al.Research on carrying capacity of geological environment based on the concept of coal mining under water-containing[J].Journal of China Coal Society,2019,44(3)：830-839.

[106] 代革联,薛小渊,牛超,等.煤炭开采对相邻区域生态潜水流场的扰动规律研究[J].煤炭学报,2019,44(3)：701-708.

DAI Gelian,XUE Xiaoyuan,NIU Chao,et al.Disturbance characteristics of coal mining to the eco-phreatic flow field in adjacent regions[J].Journal of China Coal Society,2019,44(3):701-708.

[107] 范立民.黄河中游一级支流窟野河断流的反思与对策[J].地下水,2004,26(4)：236-237,241.

FAN Limin.Consideration & Countermeasure on water interception of kuye river 1st level branch in middle reaches of Yellow River[J].Groundwater,2004,26(4)：236～237,241.

[108] 范立民.陕北地区采煤造成的地下水渗漏及其防治对策分析[J].矿业安全与环保,2007,34(5)：62-64.

FAN Limin.Underground water seepage gaused by coal mining and its prevenment and control measures in North Shaanxi Region[J].Mining Safety & Environmental Protection,2007,34(5)：62-64.

[109] 范立民.论陕北煤炭资源的适度开发问题[J].中国煤田地质,2004,16(2)：1-3.

FAN Limin.On moderate exploitation of coal resources in Northern Shaanxi[J].Coal Geology of China,2004,16(2)：1-3.

[110] 范立民,冀瑞君.论榆神府矿区煤炭资源的适度开发问题[J].中国煤炭,2015,41(2)：40-44.

FAN Limin,JI Ruijun.Discussion on the problem of moderate coal mining intensity in Yushenfu mining area[J].China Coal,2015,41(2)：40-44.

[111] 王双明,范立民,杨宏科.陕北煤炭资源可持续发展之开发思路[J].中国煤田地质,2003,15(5)：6-8.

WANG Shuangming,FAN Limin,YANG Hongke.Some thoughts on sustainable development of northen shaanxi coal resources[J].Coal Geology of China,2003,15(5)：6-8.

[112] 谢克昌.能源“金三角”发展战略研究[M].北京：化学工业出版社，2019.

[113] 杨俊哲.7 m大采高综采工作面导水断裂带发育规律研究[J].煤炭科学技术,2016,44(1)：61-66.

YANG Junzhe.Study on development law of water conducted zone in fully-mechanized mining face with 7m mining height[J].Coal Science and Technology,2016,44(1)：61-66.

[114] 钱鸣高,许家林,王家臣.再论煤炭的科学开采[J].煤炭学报,2018,43(1)：1-13.

QIAN Minggao,XU Jialin,WANG Jiachen.Further on the sustainable mining of coal[J].Journal of China Coal Society,2018,43(1)：1-13.

[115] 王双明,段中会,马丽,等.西部煤炭绿色开发地质保障技术研究现状与发展趋势[J].煤炭科学技术,2019,47(2)：1-6.

WANG Shuangming,DUAN Zhonghui,MA Li,et al.Research status and future trends of geological assurance technology for coal greendevelopment in Western China[J].Coal Science and Technology,2019,47(2)：1-6.