江宁教授：高潜水位采煤沉陷区治理与利用研究进展及展望

创新点

（1）从高潜水位采动地层损伤与演化规律、沉陷监测与预计、沉陷对地表环境影响及修复、沉陷积水的时空演化及与地下水水力联系4个方面介绍了高潜水位沉陷区治理利用基础理论研究新进展。

（2） 在梳理我国东部各个地区高潜水位采煤沉陷区治理与利用实践的基础上，提出了水陆协调发展技术，探讨了不同治理方向以及水陆平衡发展的技术优势和面临的挑战。

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高潜水位采煤沉陷区治理与利用研究进展及展望

作者：江宁^1,2,3, 蒋春林, 张根旺, 郭庆彪

单位：1. 山东科技大学 能源与矿业工程学院；2. 山东科技大学 矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地；3. 金属矿采空区精细探测与综合治理山东省工程研究中心；4. 安徽理工大学 空间信息与测绘工程学院

引用格式：

江宁，蒋春林，张根旺，等.高潜水位采煤沉陷区治理与利用研究进展及展望[J].绿色矿山，2024，2(4)：368−380.JIANG Ning，JIANG Chunlin，ZHANG Genwang，et al. Research progress and prospect of governance andutilization of coal mining subsidence areas with high groundwater level[J]. Journal of Green Mine，2024，2(4)：368−380.

摘要

我国高潜水位矿区主要位于人口稠密的东部地区，高强度的地下开采不仅导致地表形成大规模沉陷盆地，而且伴随产生大面积沉陷积水。大量耕地和建构筑物被淹没，增加了治理利用难度，引发一系列的生态恶化、土地破坏和用地矛盾等问题，成为了制约煤矿城市转型和高质量发展的关键因素。为加快推进其高效的生态治理与可持续利用，对我国高潜水位采煤沉陷区治理利用和研究的现状进行了梳理总结。首先通过文献计量软件VOSviewer对相关文献进行了统计分析，发现高潜水位采煤沉陷区生态治理利用在近10 a受到了学者的广泛关注，研究主要集中在沉陷积水和土壤的理化性质方面，且研究方法丰富，治理策略呈现多元化融合发展趋势。并从高潜水位采动地层损伤与演化规律、沉陷监测与预计、沉陷对地表环境影响及修复、沉陷积水的时空演化及与地下水水力联系4个方面介绍了高潜水位沉陷区治理利用基础理论研究新进展。通过梳理我国东部各个地区平原高潜水位采煤沉陷区治理与利用实践的基础上，提出了水陆协调发展技术，探讨了不同治理方向以及水陆平衡发展的技术优势和面临的挑战，并进行了研究展望，为进一步实现高潜水位采煤沉陷区科学治理利用提供了方向和思路。

引言

我国富煤、贫油、少气、缺铀的资源禀赋特点，决定了煤炭在我国的主体能源地位。作为我国能源安全的“压舱石”和“稳定器”，煤炭长期以来在保障我国能源安全、推动经济社会高质量平稳发展方面提供了持续动力。然而，煤炭的井工开采不可避免地会引起覆岩运移和地表下沉。随着我国煤炭资源长期高强度的开采，虽保障了能源的安全稳定供应，但同时也形成了大面积的采煤沉陷区，从而引发了一系列的矿区生态环境和社会问题，预计到2030年这一面积将达到280×10hm。对于我国高潜水位矿区而言，由于其地下潜水位较高且主要位于我国中东部地区，人口稠密，土地以平原为主，土壤肥沃，属于典型的煤粮复合区，地下煤炭开采后地表往往不仅出现大规模的沉陷盆地，而且同时会产生大范围积水，引发浅层地下水态势发生变化和土壤损伤，水质的恶化进一步加剧了矿区生态和耕地的破坏，增加了治理和利用的难度。据预测，我国高潜水位矿区采煤最终造成沉陷面积将达318×10hm，积水面积将超过191×10hm。为此，采煤沉陷区积水的治理与利用成为了高潜水位煤矿城市转型和高质量发展的关键途径。同时，随着采煤沉陷区治理政策的陆续完善，生态文明建设的加速推进以及“双碳”目标的提出，就如何科学实现高潜水位采煤沉陷区的修复治理利用，已成为了当前研究的重难点。

早期为控制地表沉陷和提高煤炭资源采出率，充填开采、条带开采、房柱式开采等源头减沉措施应运而生，被广泛研究和应用，但随着时间的演化和开采规模的扩大，地面沉陷程度也逐渐增大，于是学者们逐渐开始关注沉陷后土地的修复治理与多元化利用。其中在高潜水位采煤沉陷区治理与利用方面，胡炳南等根据采煤沉陷程度、积水与潜水、人居与土地等因素对全国重点采煤沉陷区进行了评价与排名，发现其中前40名中有35个县(市，区)位于我国东部高潜水位地区，地下水位平均5～15 m，而河北、河南、安徽、山东、江苏和黑龙江6个省份属于典型的煤粮复合区，经预测，这部分的采煤沉陷区面积将达到318×10hm，其中60%为沉陷积水区，其综合治理与修复越发受到关注。为此，许多学者开展了大量的研究与实践，如立足高潜水位采煤沉陷区水土转换特征，提出高潜水位矿区沉陷积水区资源化、能源化、功能化利用的构想；针对高潜水位沉陷区的水资源量与地下水水力联系进行探析；针对沉陷积水的时空演化特征进行研究；对沉陷积水区构建平原水库的路径与实践进行探索；分析高潜水位采煤沉陷区复垦治理路径；对光伏发电与采煤沉陷区综合治理的融合发展模式进行研究与实践；研究近郊采煤沉陷积水区人工湿地构建技术；针对沉陷区水土资源评价及生态修复技术进行探索等。先后逐渐形成了一批实用的土地复垦、建筑利用、生态修复、平原水库建设、新能源开发及多元化治理利用模式，均取得了一定的成效。

基于此，笔者通过收集国内外有关高潜水位采煤沉陷区治理利用研究文献和相关报道的基础上，分析了当下的研究热点与趋势，并立足我国绿色矿山建设的需求，对高潜水位采煤沉陷区治理方向、相关理论及工程实践的研究进展进行了梳理总结，分析不同治理方向研究中的不足并展望未来的发展趋势，以期为我国高潜水位采煤沉陷区治理利用的研究提供参考。

部分图片

图 1 研究热点及趋势可视化分析

图 2 多源沉陷监测与预计

图 3 煤炭开采地表变形规律示意

图 4 高潜水位沉陷区平原水库示意

图 5 挖深垫浅示意

图 6 山东蓝海领航电子商务产业园建筑利用

图 7 我国东部平原矿区沉陷积水

图 8 高潜水位沉陷区治理案例

作者简介

江宁，中共党员，山东肥城人，博士，教授，硕士生导师，山东省高等学校优秀青年创新团队负责人，全国煤炭青年科技奖、青岛市青年科技奖获得者。现任山东科技大学能源与矿业工程学院资源工程系副主任，兼任山东省金属矿采空区精细探测与综合治理工程研究中心副主任。

研究方向

采煤沉陷区工程建设利用、矿井特殊开采、充填开采

主要成果

主持国家自然科学基金面上/青年项目、山东省自然科学青年基金、中国博士后基金面上项目、山东省重大基础研究项目子课题等纵向课题9项，作为骨干参与国家重点研发计划项目1项，国家自然科学基金面上项目3项、山东省自然科学基金面上项目1项；主持企业委托课题35项。

获得山东省科技进步一等奖1项（R3，2019）、中国煤炭工业协会科技进步一等奖1项（R2，2022）、中国岩石力学与工程学会科技进步二等奖1项（R1，2018）、国家安全生产监督管理总局安全生产科技成果二等奖（R4）、中国煤炭工业协会科技进步二等奖3项（R3、R3、R5）、教育部科学技术进步二等奖（R8）等省部级科技奖励11项。

Journal of Central South University、Bulletin of Engineering Geology and the Environment、《煤炭学报》、《采矿与安全工程学报》等国内外高水平期刊发表学术论文30余篇（其中ESI高被引论文3篇）；出版学术专著1部；参编团体标准1项；首位授权日本等国家发明专利17项，转化应用6项。

指导学生获全国高校采矿工程专业学生实践作品大赛、山东省研究生创新成果奖、山东省大学生创业计划大赛等科技比赛8项。

策划丨郭晓炜

责编丨黄小雨

编辑丨李莎

审核丨常明然

期刊简介

为深入贯彻习近平生态文明思想，践行“绿水青山就是金山银山”理念，搭建绿色矿山建设领域高端学术交流平台，2023年5月，经国家新闻出版署批准，由中国煤炭科工集团主管、煤炭科学研究总院有限公司主办的中文科技期刊——《绿色矿山》（Journal of Green Mine）应运而生。《绿色矿山》为季刊，国内统一连续出版物号为：CN10-1912/TD，ISSN号：2097-3357，由《绿色矿山》编辑部负责策划、出版、发行。

刊登范围

绿色勘查、绿色开采、矿山地下空间利用、绿色选冶、矿山环境保护、低碳技术及节能减排、数字矿业、绿色低碳经济政策与评价等。

联系：常明然

电话： 010-87986451

邮箱：changmingran0216@163.com

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