董书宁，研究员，博士生导师，矿山水文地质专家，国务院政府特殊津贴获得者，中国煤炭科工集团科技委副主任、一级首席科学家，陕西省煤矿水害防治技术重点实验室主任，兼任国家安全生产专家组煤矿地质灾害组组长、中国矿山安全学会水害防治专业委员会主任委员、中国煤炭工业协会技术委员会矿区勘探与水害防治专家委员会主任委员、国际矿井水协会中国国家委员会副主席、《煤田地质与勘探》主编、Mine Water & the Environment（SCI收录）副主编等职务。长期从事矿山水害防治与水资源保护理论技术研究与工程实践，主持（或主参）国家重点研发计划、国家科技支撑计划、UNDP资助项目、国家科技攻关、国家工业性试验等科研及大型技术工程服务项目30余项。在矿井突水灾害高效治理、水灾隐患超前处治与水资源保护等方面取得了多项创新性研究成果，推动了我国矿山防治水技术系统性变革与发展。研究成果获国家科技进步二等奖2项，省部级科技奖励特等奖1项、一等奖6项（排名第一），中国专利优秀奖2项；获何梁何利科学与技术创新奖、孙越崎能源大奖、杰出工程师奖等荣誉，被评为中国煤炭工业科技创新领军人才，创建了“矿山水害防治与水资源保护创新团队”。
煤炭是我国的主体能源，具有兜底保障的重要使命，尤其是我国华北地区，煤炭开发历史悠久，交通便利，外运条件好，是我国煤炭主要产区和重要的能源化工基地。太古界奥陶纪时期发生加里东运动，造成海侵作用，并在华北克拉通盆地沉积了巨厚而稳定的奥陶系石灰岩地层，最大厚度超过1000m。之后，该区沉积过程中普遍缺失了下石炭统、泥盆系、志留系、上奥陶统地层，使得石炭纪、二叠纪地层直接覆盖在巨厚的中奥陶统灰岩地层之上，形成了极为典型的华北型石炭—二叠纪煤田水文地质结构，将其称为“华北型煤田”。
▲ 华北型煤田煤层底板灰岩含水层充水结构示意图。根据华北型煤田地层结构，煤层回采后产生底板扰动破坏带，在隔水层较薄时裂隙带易直接导通底板含水层；同时，潜在的断层、陷落柱等垂向导水构造，易直接(或间接)导通底板太原组薄层灰岩含水层、奥陶系厚层灰岩含水层，造成底板突水事故。
奥陶系灰岩为高度非均质的岩溶裂隙强含水层，具有补给强、水压高、水量大等特点，成为石炭—二叠纪煤层开采过程中的主要威胁水源，加之多期的构造运动和水动力条件影响，发育大量断层、陷落柱等导水通道，频繁发生重(特)大煤层底板突水事故，往往会造成重大的人员伤亡和财产损失。1984 年，河北开滦范各庄煤矿发生了震惊中外的煤层底板奥灰含水层突水事故，最大突水量达2053m³/min，是人类采矿有史以来突水量最大的突水事故。近年来，随着华北型煤田浅部资源逐渐枯竭，部分矿井逐渐转向下组煤开采，矿井开采深度逐渐增加，开采煤层与奥灰含水层的间隔进一步减小，加之现阶段我国煤矿普遍采用大规模机械化开采工艺，对煤层顶板和底板岩层的扰动程度更高，奥陶系灰岩岩溶含水层突水威胁也愈发严重，严重制约了我国华北型煤田煤炭资源高效开发和稳定供给。
早在20 世纪60 年代，我国就开展了华北型煤田煤层底板灰岩含水层水害防治的系统研究，多年来在水害探查、监测、治理等方面取得了大量成果，支撑了我国华北型煤田煤炭资源的安全、高效开发。但是，随着煤矿开采深度和扰动程度的增加，以及新时期我国煤炭安全、高效、绿色、智能开发的需求，以往煤层底板水害防治技术存在着治理效率低、效果差、精细化水平有待提高等问题，严重影响了区域内矿井的正常生产。
“十三五”期间，针对我国公共安全领域煤矿安全的重大难题，立项了一批国家重点研发计划项目，旨在集中解决威胁我国煤矿安全的各类灾害难题，其中由中国煤炭科工集团西安研究院董书宁研究员作为项目负责人承担的“矿井突水水源快速判识与水灾防控关键技术研究”，就是要解决煤矿水灾抢险救援与超前预防方面的主要技术与装备能力不足的问题。
最近，该团队将项目研究成果关于煤层底板灰岩含水层水灾控制与超前预防的新技术进行了整理和凝练，结合他们以往在突水机理、水灾隐患探测等方面的大量研究成果，形成了《华北型煤田煤层底板水害防控关键技术与装备》一书。看到该书，我对书中提到的煤层底板含水层超前区域治理技术体系、过水大通道单孔双袋快速封堵截流等技术，以及研发的煤矿井下高水压硬岩层智能定向钻机和地面车载式高效注浆设备留下了深刻的印象，这些技术和装备解决了困扰行业多年的重特大突水灾害快速治理的工程科技难题。该书的出版标志着我国“十三五”期间在煤层底板水害防治方面取得了重大突破，煤层底板水害防治技术有了跨越式发展。
彭苏萍
中国工程院院士
2022 年11 月10 日
《华北型煤田煤层底板水害防控关键技术与装备》（董书宁等著．北京：科学出版社，2023.8）是中国煤科西安研究院承担的国家重点研发计划项目“矿井突水水源快速判识与水灾防控关键技术研究”(2017YFC0804100)中课题二、课题六的研究成果总结。
本书针对我国华北型石炭—二叠纪煤田煤层底板灰岩岩溶裂隙含水层水害防治难题，围绕含水层特征及突水机理、水害超前预防、突水灾后治理三个方面，开展岩溶含水层展布及充水特征，煤层底板岩溶裂隙含水层水害预防、矿井突水灾害快速封堵方面的相关技术与装备研究，形成系统的煤层底板灰岩含水层水害预防与灾害治理技术与装备体系。
我本人作为项目跟踪专家，全程参与了项目研究工作，对他们的成果较为熟悉，项目结题验收也取得了非常好的成绩。近期，董书宁项目组进一步凝练项目中2 个课题的成果，并补充了国内外近年来新的技术成果，撰写了《华北型煤田煤层底板水害防控关键技术与装备》一书，书中系统总结了华北型煤田煤层底板水害成因、水害超前区域治理，以及矿井突水灾后快速封堵方面的新技术、新装备，特别是形成系统的煤层底板灰岩含水层水害超前预防与灾后快速治理技术及装备体系，是我国“十三五”时期煤矿水害防治技术的重大跨越，也是我国公共安全领域的代表性成果，促进了煤矿水害防控技术向区域治理、治保结合的方向转变。该书是董书宁团队多年来在华北型煤田底板水害防治研究成果的总结与梳理，研究手段与方法先进，理论水平较高，工程实践丰富。
武 强
中国工程院院士
2022 年11 月15 日
本书主要内容包括以下几个方面：
1. 华北型煤田煤层底板水害成因及评价
系统介绍我国华北型煤田煤层底板奥陶系灰岩、石炭系太原组灰岩展布特征，分析煤层底板地层结构及典型水文地质结构特征，研究煤层底板充水因素及开采扰动致灾突水机制，并综合论述目前常用的煤层底板突水危险性评价方法。
▲ 煤层底板突水机理
2. 煤层底板灰岩含水层超前区域治理技术
根据煤层赋存、水文地质条件及装备性能，建立适用于不同矿区的超前区域治理模式及选择准则，揭示水平注浆钻孔注浆倾斜裂隙浆液扩散规律，构建出水平钻孔群高效注浆控制理论。研发定向钻孔施工过程中多元信息融合的隐伏导水通道判识，以及注浆效果全过程综合检验技术，最终构建出超前区域治理技术体系，提升我国煤层底板灰岩含水层水患超前区域治理的技术水平。
▲ 超前区域治理模式
3. 过水大通道快速封堵截流技术
提出基于保浆袋控制注浆矿井突水过水大通道封堵截流技术思路，研制大尺度过水大通道封堵模拟试验系统，开展矿井突水过水大通道封堵物理模拟试验，揭示了保浆袋囊堆积、运移与封堵机制。研制出单孔双袋囊投放、注浆专用钻具及超薄高强度保浆袋囊，研发保浆袋注浆材料及其配比、保浆袋囊对不同类型骨料及浆液的控制效应，形成基于单孔双袋控制注浆的过水大通道快速封堵截流技术体系。
▲ 动水条件下封堵体建造示意图
4. 煤层底板水害防控关键装备
针对我国现阶段煤层底板灰岩水害防治部分钻探、注浆装备性能不足问题，研制煤矿井下高水压硬岩层顶水定向钻进配套的冲击螺杆马达、专用钻头、钻杆内孔高压逆止阀、矿用旋转防喷器，研发出冲击回转复合动力定向钻进技术，实现煤矿井下硬灰岩含水层中的安全高效钻进；研发出撬装式结构智能化快速制浆注浆系统，集连续制浆与注浆系统、管汇系统、液压系统、动力系统及电气控制系统于一体，实现自动制浆、注浆以及浆液配比的智能化调整，提高矿山水灾应急抢险的装备水平。
▲ 硬岩层高水压顶水定向钻进装备系统组成
随着华北型煤田浅部煤层资源逐渐枯竭，大部分矿井将逐渐转入埋深更大的下组煤开采，所面临的水文地质条件也将更加复杂，深部煤层高水压、高地应力、复杂地质构造等综合影响下突水威胁更为严重，煤矿防治水工作任重而道远。《华北型煤田煤层底板水害防控关键技术与装备》在一定程度上代表了我国目前煤层底板灰岩含水层水灾预防与灾后治理技术及装备的前沿水平，必将为新时期华北型煤田的安全高效绿色开采提供保障，同时也将进一步支撑该区域内煤炭的智能开发。
王双明
中国工程院院士
2022 年11 月23 日
本文摘编自《华北型煤田煤层底板水害防控关键技术与装备》（董书宁等著．北京：科学出版社，2023.8）一书“前言”“序一”“序二”“序三”，有删减修改，标题为编者所加。
责任编辑：祝 洁
（18628452164）
本书系统阐述了我国华北型煤田开采水文地质条件，建立了“采前主动预防”与“灾后快速治理”的煤层底板水灾防控技术体系；运用水文地质学、工程地质学、采矿工程学、机械设计等多学科的理论与方法，综合研究并揭示了煤层底板灰岩含水层突水机理，论述了主要的水害评价方法和水灾隐患探查新技术，构建了煤层底板灰岩含水层水患超前区域治理技术体系，创建了矿井突水过水大通道快速封堵截流技术，并介绍了配套研发的高水压硬岩层顶水定向钻进智能化专用钻机、智能化快速制浆注浆系统及装备。
本书可供矿山水文地质、工程地质、采矿工程、环境地质等领域的专业技术人员、科研人员、管理人员等参考使用，也可供相关专业高校师生参考。（转载自：科学出版社）
