0 引 言
神华神东煤炭集团的大柳塔煤矿是最早开始探索兴建煤矿地下水库的，其坐落于黄土高原地带和毛乌素沙地边缘的干旱半干旱地带，常年干旱少雨，年均降水量低于400 mm，但蒸发量却达到2 500 mm左右。区内对工农业生产和生活具有供水意义的含水层主要是第四系萨拉乌苏组含水层。然而，由于该区煤层埋藏浅、煤层厚度大、上覆基岩薄，一次采全高开采覆岩导水裂隙带必然会导通含水层，造成地下水渗漏流失，煤炭开发与水资源保护之间的矛盾日益突出[1-3]。针对这一情况，神华集团曾采用传统的以“堵截”地下水渗漏为主要特征的被动保水开采技术，如应用充填开采、短壁开采等技术来限制覆岩破坏高度，从而避免含水层结构破坏，但这些技术具有开采效率低和煤炭采出率低等问题，无法从根本上解决问题[4-5]。水资源匮乏是影响西部煤炭开采和保障生态安全的主导因素，如何能在煤炭开采的过程中有效保护水资源，是我国西部煤炭开发过程中面临的重大技术问题。
大柳塔煤矿的工程技术人员通过监测和研究，总结出了在煤矿井田范围内，地下水会向开采区域(采空区)汇集的规律[6]。根据推算，每万吨煤炭产生1 000～1 600 m3的空隙空间，这些空间为储存矿井水提供了条件，是矿井水的储存的理想场所。1998年，陈苏社等开展了煤矿采空区储水试验工程，尝试在大柳塔煤矿地下100多米处的2号煤层选择一处采空区建设首个单采空区储水设施，水容量为5万m3，证实煤矿井下采空区储水是可行的[7]。到2007年采空区储水方案已基本成熟完善，神东大部分矿井均利用采空区进行储水复用。基于采空区垮落空间特征，借鉴传统地下水库建设的思路[8-9]，顾大钊针对我国西部矿区煤炭开采水资源外排蒸发损失现象，采用传统的“堵截”为主要特征的保水开采技术在西部地区难以实现的情况，提出了利用采空区垮落带建设煤矿地下水库实现矿井水井下储用的新理念，开辟了适合西部生态脆弱区煤炭开采水资源保护利用新途径。截至2015年底，神东矿区已建成煤矿地下水库35座，储水总量约为3 100万m3，实现了煤炭资源安全高效开采与水资源保护利用的和谐共赢。
近年来，已有不少学者开展了煤矿地下水库理论与技术体系的研究，取得了丰硕的成果。笔者在充分总结前人研究成果的基础上，对煤矿地下水库的相关理论与技术研究进展、以及有待进一步研究的问题进行综述和展望，以期为煤矿地下水库保护利用地下水提供参考。
1 煤矿地下水库的储水原理
煤矿地下水库是针对西部生态脆弱区煤层埋藏浅、厚度大、保水开采地质条件较差等特点，传统保水开采技术难以有效保护地下水的背景下提出的，是以“导储用”为核心，突破了原有“堵截法” 保水理念，实现了由“被动保水”向“主动保水”的转变。
煤矿地下水库的概念是利用煤炭开采形成的采空区垮落岩体空隙，将安全煤柱用人工坝体连接形成水库坝体，同时建设矿井水入库设施和取水设施，对矿井水进行分时分地储存及分质分期利用(图1)[10]。它包含3层意思：①煤矿地下水库位于煤层开采形成的采空空间中，储水空间由采空区垮落岩体间的自由空隙组成；②强调煤矿地下水库具有人为控制坝体安全和调控利用水资源的作用；③强调煤矿地下水库具有分布性，不同开采水平的地下水库可以进行连通。
图1 煤矿地下水库储水示意 [10]
Fig.1 Schematic diagram of water storage in coal mine underground reservoir[10]
2 煤矿地下水库六大关键技术
煤矿地下水库涵盖规划与设计、建设、运行与监控的技术体系，包括水源预测、水库选址、库容设计、坝体构建、安全运行和水质保障等六大关键技术。本节主要介绍煤矿地下水库六大关键技术的研究进展。
2.1 水源预测
西部缺水矿区煤炭高强度开采引起覆岩结构遭到破坏，含水层水体以层间水平径流向垂向径流为主的新水循环模式转变，使得大部分顶板砂岩弱含水层及第四系潜水含水层地下水渗流至煤矿采空区，导致区域地下水赋存、补给、循环模式发生改变。储水预测是建设煤矿地下水库的首要工作，包括水的来源、水的渗流路径和水资源量3个部分。
1)水的来源。对于西部浅埋深薄基岩煤层，高强度开采导水裂缝带极易导通第四系松散含水层和基岩含水层，必然产生大量矿井水，因此，水源主要为第四系孔隙水和基岩裂隙地下水。神东矿区约200余个钻孔的长期观测结果表明，随着煤层开采，第四系含水层水位逐渐下降，但下降20%～30%后会趋于稳定，第四系孔隙水只是矿井水的初期来源。以大柳塔矿为例，涌水量长期稳定在400 m3/h，基岩裂隙水长期渗流井下,是矿井水长期稳定的来源[11]。除了地下水之外，地下水库补给水量还包含大气降水、地表水。
2)水的渗流路径。含水层渗流导致采场区域地下水流场重新分布，形成以导水裂隙带为渗流中心、采空区为地下水汇聚地的地下水漏斗[12]。由采动裂隙分布的“O”形圈特征可知，地下水渗流路径主要分布在工作面煤壁、开切眼及两巷附近的覆岩裂隙[13]。
3)水资源量。煤矿地下水库储水量必须满足水资源的“使用-补给”的平衡关系，即储水量能满足矿井各方面的用水需求。煤层开采后的涌水量由静储量和动储量组成，静储量为顶板垮落带内岩石的孔隙水和裂隙水，其大小由储水系数、给水度、垮落带空间和水位降深等来决定。动储量是垮落带、断裂带内水头降低，导致周围一定范围内含水层的水向采空区流动形成的侧向补给[14]。
2.2 煤矿地下水库库容
煤矿地下水库主要利用采空区垮落岩体间空隙进行储存矿井水，采空区储水范围内垮落岩体的空隙总量就是水库的库容。考虑采动覆岩破坏规律的影响因素，水库库容与工作面开采尺寸、开采方法，覆岩力学性质及垮落岩体块度、堆积形态、碎胀性、有效应力等密切相关。其中，采空区垮落岩体空隙率与碎胀性是确定库容的关键参数[15]。煤矿地下水库库容采用储水系数来表征采空区的储水能力，将储水系数定义为单位体积采空区的储水量。
大柳塔煤矿活鸡兔井采空区积水的探放水试验结果表明，采空区平均储水系数为0.158，与物理模拟试验结果一致，为库容设计提供了工程数据支持[16]。国内众多学者针对煤矿地下水库库容问题，开展了研究。采矿地质资料不足的情况下可以借鉴《煤矿防治水规定释义》中老空区积水量的估算公式初步获得煤矿地下水库库容[17]；顾大钊[10]基于储水系数的概念，提出了不同储水水位高度时的煤矿地下水库库容计算模型。鞠金峰等[18]将覆岩垮落带空间形态模型视为由关键层破断下沉的类抛物曲线与边界煤岩体和底板包络的空间，计算了覆岩垮落带自由空隙量，根据覆岩垮裂带内储水水位变化，建立了3种水位条件下的储水容量的数学模型，成功指导了李家壕煤矿地下水库工程实践。汪北方等[19]选用Menger海绵分形模型建立了采空区垮落岩体空隙结构模型，基于垮落岩体空隙率和残余碎胀系数公式，建立了采空区垮落岩体空隙储水量的计算模型。笔者[16]建立了采空区垮落带、断裂带范围内不同高度破裂岩体的空隙率模型，概化了采空区垮落带空间模型，提出了不同顶板岩性条件下煤矿地下水库库容计算模型。庞义辉等[20]认为煤矿地下水库的主要储水空间为垮落带与块体铰接带，分析了垮落带、块体铰接带和底板岩层分界岩层的垂直位移轨迹曲线，利用各分界岩层垂直位移量的差值计算顶板岩层断裂后的体积增量，即得出煤矿地下水库的有效储水空间。姜琳婧等[21]开发了基于GIS与CAD的煤矿地下水库库容计算平台，实现了库容的快速精确计算。相关的库容计算模型见表1。
续表
文献来源煤矿地下水库计算模型备注文献[19]V=Vk(K'p-1)Vk为垮落带体积;K'p垮落岩体残余碎胀系数文献[16]V=∫Hcos θ0(a1-2zcot φ)(b1-2zcot φ)×(1.05-11+0.028σc)dza1为工作面走向长度;b1为工作面倾向长度;θ0为煤层倾角;φ为顶板冒落角;σc为直接顶单轴抗压强度;z为储水水位
2.3 煤矿地下水库选址
地下水库位置的选择应达到相应的地质和水文地质条件要求，须考虑一系列因素。总体而言，煤矿(分布式)地下水库选址时要遵循三原则：即煤层底板不漏水、采空区域可聚水、开采规划好调水。按照地质和水文标准以及岩体工程方面划分界限，确定选址区，其要求包括：煤层底板具有相应厚度和一定黏土矿物的泥岩、弱的或隐伏的断裂结构、没有或很少岩相和构造各向异性和较小的岩体渗透性等方面[22]。煤矿地下水库选址基本要求如下：
1)在岩性和工程力学特性上，要求煤、岩柱力学性能较好、其稳定性较高；而那些易于软化、变形破坏的煤体及膨胀性和塑性岩体，则不利于煤、岩柱稳定，煤柱坝体稳定性差。同时要求采空区底板及周边围岩体为隔水或极弱透水层，且达到一定的厚度。这些岩层能避免地下水库水渗入更深地层中。如果所选不透水岩层厚度达不到规定厚度，就需要进行修补。同时也应尽量避免埋深过大，造成深部高地应力作用和增加施工困难等。
2)在地质构造上，应选择断裂少且规模较小及岩体结构比较简单的地区。区域性断层破碎带及裂隙密集的软弱带，不利于坝体稳定和易于造成煤矿地下水库库水渗漏，应尽量避开。当煤矿地下水库位于褶曲岩层中时，应设计地下水库位于向斜核部。虽然向斜轴部地应力相对较高、岩体挤压破碎，但该部位煤岩层渗透性差，有利于地下水富集和储存。
3)煤层顶板岩石水理性方面，煤矿地下水库建设位置的煤层顶板岩石耐崩解性要求较好，膨胀性较差。否则，当顶板垮落后形成的破碎岩石遇水膨胀、崩解，极易膨胀堵塞裂隙导储通道，不仅容易大大降低水库库容，同时也非常不利于库间的调水和用水。
4)在补给水源上，只有在有充足水源分布的地区，煤层开采覆岩导水裂缝带导通水源后，才能源源不断渗流进入采空区，才能形成可以利用的采空区储水，汇入采空区的水量取决于含水层富水程度。
5)在水源补给通道上，煤层开采后覆岩导水裂隙带为采空区储水的补给通道，只有在采深较浅，基岩和土层隔水层厚度小、通道与水源沟通或基本沟通时，水才会汇入采空区。
6)在地势方面，对于煤矿井下地势相对较低的地方，周围地下水会自然流向于此，成为地下水富集区。因此，煤层底板标高较低的区域，煤层开采后首先形成煤矿地下水库，以利于通过自然渗流快速形成储水空间。
7)在采动影响方面，在后续开采下部和邻近煤层时，对已建地下水库采动影响尽可能小。
根据以上7条选址要求，以大柳塔矿首座地下水库选址为例，该矿2-2煤层地下水库规划由3座地下水库组成，在首采工作面选择时，选取地势较低、构造简单、水体调运便利的老六盘区(7个工作面)作为首座地下水库库址。李全生等[23]提出了基于导水裂隙带高度的地下水库适应性评价方法，选定了李家壕煤矿建设地下水库的适宜区域；庞义辉等[24]分析了补连塔煤矿8.0 m大采高工作面的涌水量、储水空间及导水裂隙带高度，指出利用8.0 m大采高形成的采空区建设煤矿地下水库的可行性。孟召平等[25]根据煤层底板岩性和结构特征，将大柳塔煤矿2-2煤地下水库场地条件划分为好、较好、中等和差4种类型(图2)。煤矿地下水库选址合理与否是保水能否成功的先决条件，基于影响选址的地质因素、开采因素和生态环境因素，构建出煤矿地下水库选址综合评价指标体系和模型是亟需解决的难题之一。
图2 2-2煤层地下水库场地选址评价
Fig.2 Site selection evaluation map of No. 2-2 coal seam groundwater reservoir at Daliuta Coal Mine
2.4 储水结构稳定性
2.4.1 储水的坝体结构
煤矿地下水库坝体是开采设计留设的开采边界保安煤柱、防水煤柱及人工坝体的混合体(图3)，形成了地下水库周边的结构，起到承重、阻水和防渗的作用。煤矿地下水库坝体具有非连续、变断面、非均质等特性，相对于地面水库坝体来说受力十分复杂，主要受到采动矿压、水压、覆岩压力、采空区垮落岩体侧向压力、地震和矿震等众多非线性力的联合作用。
图3 煤矿地下水库坝体结构
Fig.3 Dam structure of coal mine groundwater reservoir
针对安全煤柱稳定性，很多学者开展了大量的研究工作，分析了采矿与地质条件(采动应力分布、静水压力、顶底板岩性、采高、开采深度)等对煤柱的影响，提出了一系列煤柱屈服区宽度的理论计算公式[26-28]，对煤矿安全煤柱留设具有指导意义。
煤矿地下水库储水浸泡作用对煤柱坝体强度具有一定软化作用，且随着浸水时间的增加煤柱单向抗压及抗拉强度均有所下降，从而现场煤柱坝体容易遭到破坏[29]。为了比较重力坝体、地下水库煤柱坝体和无覆岩煤柱坝体3种工况下煤柱坝体的抗震性，颜永国浇筑了这3种工况的物理模型，试验结果表明水平煤层地下水库煤柱坝体的抗震性最好，无覆岩的煤柱坝体抗震性次之，重力坝体抗震性最差[30]。姚强岭等[31]运用弹塑性力学理论建立了考虑覆岩压力、水压力以及水的弱化作用下煤柱坝体宽度计算模型，发现煤层采厚对煤柱坝体宽度的影响最大。
人工坝体多以混凝土坝为主，其稳定性的研究多集中在水工结构工程中[32-33]，在采矿工程领域研究比较少。针对人工坝体稳定性问题，白东尧等[34]构建了人工坝体简化模型，得到了关于坝体的应力函数表达式，发现人工坝体外表面底边中点处在地下水库水压作用下最易发生失稳破坏，依据所建模型计算得出李家壕煤矿地下水库人工坝体的极限水头值为17.8 m。顾大钊等[35]通过构建煤矿地下水库相似材料模型平台，研究了6～10度地震波荷载烈度下煤柱坝体动力响应，指出随着地震波荷载烈度增加，坝体顶部的最大加速度与坝体最大剪切应变逐渐增大，认为煤矿地下水库坝体较地面水库坝体具有更好的抗震安全性。姚强岭等[36]以大柳塔煤矿地下水库人工坝体所使用的C30混凝土试样为例，研究了人工坝体在吸水-失水、采动及矿震等循环作用下强度变化规律，发现循环荷载作用影响下混凝土试样强度下降最大为16.73%；而后对试样继续进行饱水，其强度最大下降幅度达45%。另外，人工坝体的结构形式对其抗震安全性有较大的影响，同等条件下，拱形人工坝体的抗震安全性要远远优于平板式人工坝体[37]。
人工坝体与煤柱坝体的连接是保证水库安全性的关键。目前使用最多的一种是“T”形结构，即在两个煤柱之间嵌入人工坝体，坝墙内布置有工字钢、锚杆等，再用混凝土浇筑，坝墙外有“T”形墙体支撑。人工坝体墙体厚度及其嵌入围岩的深度是连接成功与否的关键参数，相关学者提出了这两个参数的计算模型，根据模拟分析和现场工程实践，计算出了神东矿区煤矿地下水库人工坝体厚度为1 m左右，嵌入围岩深度为0.3～0.5 m。此外，如果水库坝体在各种力的作用下产生裂隙，还需采用注浆加固的方法实施坝体强度强化工程。
2.4.2 储水的围岩结构
储水的围岩体结构包括水库底板和垮落空间侧方岩体。煤矿地下水库底板渗流是其安全运行的关键问题，文志杰等[38]研制了用以模拟煤矿地下水库底板渗流的物理模拟试验系统，揭示了渗流演化规律，为预防水库底板渗流失稳提供了一种试验途径和方法。梁冰等[39]认为煤矿地下水库储水结构稳定性的因素包括地质因素、储水结构特征和其他人为因素，并基于AHP理论建立了储水结构的多级模糊综合评价体系。
以大柳塔煤矿J60号钻孔区域地层结构为地质原型建立相似材料模型(图4)，试验结果表明，2-2煤层覆岩导水裂隙带发育至地表，5-2煤层覆岩导水裂隙带导通了2-2煤采空区，2-2煤采空区结构失稳。大柳塔煤矿52306工作面顶板导水裂隙带现场探测结果表明[40]，5-2煤层7 m大采高层开采覆岩导水裂隙带高度为137.32 m，5-2煤层导水裂隙带与2-2煤层底板采动裂隙贯通，层间岩层全部遭到破坏。由此可见，下部煤层开采会威胁上层煤地下水库安全，采前必须对上层煤水库下采煤的安全性进行评价。上层煤水库下采煤的安全性需要满足一定的条件，如图5所示：①当上煤层地下水库侧下方煤层开采时，地下水库坝体产生的拉伸变形小于其能承受的允许变形值，应留设足够的水平安全距离；②当上煤层地下水库正下方煤层开采时，应保证层间关键层稳定。
图4 大柳塔煤矿主采煤层开采覆岩破坏分布
Fig. 4 Overburden failure diagram of main coal seam at Daliuta Coal Mine
目前，在储水的围岩结构稳定性方面研究还较少，需要在煤矿地下水库底板渗流演化、下层煤开采覆岩采动裂隙对上煤层水库的影响以及矿(地)震对储水围岩结构稳定性的影响等方面加强研究。
2.5 安全运行
煤矿地下水库安全运行包括坝体安全监测、库内水位水压自动监测和特殊工况下水库应急保障三大技术，对人工坝体的应力应变、水压和水位、清水抽采量、矿井水回灌量、水质等进行24 h实时自动监测[41]。坝体安全监测主要指坝体变形及其应力应变演化监测，变形监测的目是对挡水坝体与围岩相对位移、特别是接触缝的位移进行观测，监测仪器采用振弦式基岩变位计。应力监测的目是对挡水坝体的应力应变和覆岩压力进行观测，监测仪器采用振弦式应变计。特殊工况下水库应急保障三大技术包括防溃坝技术、防渗漏技术和防淤技术，通过在煤柱坝体内布置应力应变传感器和渗流压力器，实时监测坝体应力变化和渗漏量，一旦超过预警值，监控中心便可调整水库中的水体或通过库间水体调运技术将该水库调至稳定状态，并对渗漏严重部位实施防渗工程。
1—煤矿地下水库；2—采空区；3—煤柱坝体；4—岩层断裂线；5—岩层移动线；β—岩层移动角；H—中间岩层厚度；h—储水高度；D—水平安全距离
图5 上层煤地下水库与下煤层工作面布置
Fig.5 Layout of upper coal underground reservoir and lower coal seam working face
基于影响地下水库安全运行的关键因素，曹志国等[42]应用软件工程设计方法建立了煤矿地下水库运行安全监测系统框架，系统模块包括数据管理部分、地下水库可视化部分、安全预警模块、安全应急控制模块和系统管理5个部分，并成功布置在了大柳塔煤矿目前运行的2-2煤层的3座地下水库，对其运行状况进行了实时监控，取得了良好的效果。煤矿分布式地下水库是通过管道将多个地下水库相互连接起来从而相互连通，可以实现水库间水量联合调度，刘晓丽等[43]分析了地下库容-水位之间的关系，进行了分布式地下水库水资源的优化调度，确保了水库储水量的合理规划和储水安全。
2.6 水质保障
煤矿地下水库水-岩作用下矿井水净化机理是水质保障中的关键，采空区内堆积着具有裂隙、空隙属性的垮落岩体，与矿井水的水岩作用包括水解作用、吸附作用，可溶矿物的溶解作用。在长期水-岩作用下，煤矿地下水库岩体与矿井水产生物理化学作用，对矿井水中COD、悬浮物等沉淀、过滤和吸附发挥着重要作用[44]。针对西部矿区排出的矿井水中有机氮和无机氮(硝酸盐氮、亚硝酸盐氮或氨氮)含量较高的问题，张庆等[45]通过室内模拟实验，开展了矿井水中有机氮及“三氮”在地下水库的迁移转化规律研究。于妍等[46]利用三维荧光光谱技术分析了地下水库矿井水中溶解性有机物的变化特征。张凯等[47]通过水-岩相互作用模拟实验，揭示了大柳塔煤矿地下水库发生的主要水-岩相互作用为阳离子交换反应，黄铁矿氧化、以及方解石、白云石以及硅酸盐矿物的溶解。这些研究成果从机理上揭示了水岩作用，解释了煤矿地下水库储存后水质得到净化及Na+增多和Ca2+减少的离子变化规律。
神华集团研发了煤矿地下水库“三位一体”的水质保障技术，即入库前沉淀池过滤→库内岩体自然净化→井下矿井水专门处理。大柳塔煤矿2号地下水库矿井水应用该技术后，悬浮物、总硬度、溶解性有机质等指标含量大幅度降低，其水质完全可以满足工业和绿化用水要求，实现了矿井水高效资源化利用。
3 煤矿地下水库水资源的利用
据统计，我国煤矿开采每年产生的矿井水约80亿t，而利用率仅为25%，每年造成的矿井水损失量约60亿t。矿井水长期被视为水害，排到地表上不仅污染环境，而且很少被利用。如今，煤矿地下水库技术实现了地下水资源的保护性利用，经过水库的自然过滤净化后的清水按照分质分期利用的原则，主要供井下生产和地面生产、生态和生活利用。
1)主要采用自流供水方式供矿井井下生产利用。例如，大柳塔煤矿2-2煤分布式地下水库净化后的清水，通过联通管道，利用自然水压向5-2煤掘进工作面生产和喷雾降尘供水；利用加压泵向5-2煤层大采高综采工作面开采供水。
2)主要采用泵排供水方式供地面生产、生态和生活利用。地下水库存储的水资源，向周边的电厂、工业区、生态修复区和生活区等地供水，由“耗水大户”变成了“供水大户”，成了当地重要的供水基地。例如，大柳塔煤矿洗煤厂、热电厂、橡胶坝及露天开采等部分用水由地下水库供给。哈拉沟煤矿沉陷区综合治理工程治理面积为3.8 km2，规划灌溉能力为每天9 000 m3，所有这些灌溉用水全部是通过地下管网，从煤矿的地下水库抽上来的。地下水库自然过滤净化后的清水再经水深度处理厂处理后向大柳塔矿生活小区生活管网供水。
抽水蓄能电站是目前最可靠、最经济的储能装置，德国鲁尔区Prosper-Haniel煤矿创造性的将原矿地址改造为综合性的抽水蓄能电站[48]。从水资源-能源耦合系统的协同开发考虑，构建煤矿地下水库矿井水循环利用与抽水蓄能发电一体化技术，为煤矿地下水库水资源的开发利用和可再生能源产业发展提供了新的方向和思路[49]。神东矿区某矿地下水库进行了抽水蓄能调峰系统整体布置设计，达到了调蓄水资源、矿井水循环利用、抽蓄水力发电等多重目标[50]。
4 煤矿地下水库工程实践及应用
神东矿区大柳塔煤矿主采1-2煤、2-2煤和5-2煤，一水平2-2煤和二水平5-2煤，层间距为155 m，目前2-2煤已经采完，正在开采5-2煤。目前在2-2煤层四盘区、老六盘区和新六盘区建设了3座地下水库，在5-2煤正在建设4号地下水库。上下层煤的地下水库通过供排水管道系统，实现了同层及不同层地下水库的相互连通，清水通过管道自流供下层煤生产使用，两层煤的污水通过6个注水点全部回灌到2-2煤采空区，循环利用。大柳塔煤矿分布式地下水库由一水平2-2煤三座地下水库、二水平5-2煤2个水利用硐室、6个污水回灌点和相关水循环泵管组成，实现了层间距为 155 m 的2个水平的互联互通，形成了一个庞大的具有立体空间网络的煤矿地下水库工程系统[51]。
目前地下水库污水日回灌量约9 790 m3，经地下水库矸石沉淀过滤吸附净化后供井下生产和地面生产生态和生活使用，井下清水日均复用水量约7 770 m3，地面日均使用水量约4 500 m3，地下水库总储水量约710.5万m3。通过建设煤矿分布式地下水库工程，大柳塔矿已经实现了矿井水不外排，保护了宝贵的地下水资源，产生了显著的经济效益和社会效益。
目前，神华集团在宁东、新疆、乌海等所属西部矿区建成、在建和规划了50多座地下水库，地下水库技术也在中西部晋陕蒙宁甘地区的13个千万吨矿井成功应用。自然资源部也已将煤矿地下水库技术作为保水先进技术在全国推广应用。
5 结论与展望
煤矿地下水库对于我国西部煤炭开采水资源保护具有重要意义，应用前景广阔。由于煤矿地下水库建设涉及多众多学科及其交叉前沿理论，可见其复杂性和挑战性之巨大，系统的煤矿地下水库建设研究才刚刚起步。根据近年来开展煤矿地下水库建设研究进展，结合神东矿区大柳塔等煤矿地下水库建设的实践经验，初步提出下一步应该重点关注及开展的主要研究方向。
1)煤矿地下水库建设的核心是将地表及地下水转移到井下采空区进行储存，这会导致地下水系统变化；但局部区域水资源过度转移，会造成潜水水位下降，引发地质环境问题。因此，煤矿地下水库汇集地下水的过程及其对区域地下水系统的影响规律，亟需结合地质和开采条件进行深入研究，这对于区域生态环境保护具有重要意义。
2)煤矿地下水库储水后的长期稳定性是保水成功的关键，一旦发生溃坝、库底渗漏，将严重威胁着煤矿安全开采。因此，煤柱坝体应力-渗流耦合特性及承载稳定性，水库坝体和库底的防渗方法，多煤层开采不同层位地下水库安全距离计算方法等关乎地下水库稳定性的基础理论都亟需开展系统的研究。
3)煤矿地下水库建设理念最早是针对西北缺水矿区水资源保护提出的，取得了良好的应用效果。对于我国东部大水矿区和东部草原区露天煤矿，尤其是“煤-水”双资源型矿井，可以借鉴西北缺水矿区利用煤矿采空区建设地下水库的经验，以解决煤炭资源安全绿色开采、水资源供给、生态环境之间的矛盾。例如，徐州市对城市规划区内煤矿采空区储水空间、矿井水水质保障、调储能力以及采空区储体结构稳定性分析表明，规划区内煤矿采空区具备建设地下水库的可行性，可为徐州城市应急供水提供新水源。
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