刘建功，张党育，谢国强，等. 煤矿立体生态矿山建设技术研究[J].中国煤炭，2025，51（1）：2-11. DOI：10.19880/j.cnki.ccm.2025.01.001
LIU Jiangong，ZHANG Dangyu，XIE Guoqiang，et al.Research on the construction technology of three-dimensional ecological mines in coal mines[J].China Coal,2025,51（1）：2-11.DOI：10.19880/j.cnki.ccm.2025.01.001
煤矿充填开采技术是我国煤炭绿色开采战略和生态矿山建设的重要技术支撑，也是解决“三下”压煤困境、大宗固废排放以及矿区生态保护的理想选择，有助于实现煤矿区立体生态保护目标。当前，我国煤炭行业在生态建设过程中地面治理与井下开采尚未能有效融合，为此，提出了立体生态保护与环境重塑的理论框架，将地面生态环境与井下开采作为一个整体系统进行统一规划、保护和重构,研究各生态要素间的相互作用关系,揭示系统的动态秩序规则和结构演化机理,构建立体生态聚类决策模型。基于“源头规划和过程控制”的理念,强调在采前统一规划、采中同步治理和修复,加强资源开采与过程修复的耦合与优化调整机制,推动新材料、新技术和新方法与生态修复技术的融合,实现立体保护、系统修复和综合治理。以邢东矿区为例,根据井下地质构造分布及地表生态功能进行融合划分,每个采区对应不同的地表生态保护对象,采取针对性的工艺设计模式,如 “全区连续充填开采”“协调开采＋地面修复”“开采-充填-开采”的间隔采充工艺模式等,经过持续的科技创新,形成了矿井立体生态生产模式,最大限度地减少了对生态环境的干扰,增加了煤矸石固废的回收复用,实现了煤矿区立体生态建设的集群式效应。
首先，剖析了煤矿生态建设现存问题，当前煤矿生态建设中，地面治理与井下开采“分而治之”限制了生态建设的整体效能。由此提出了地面与井下融合的立体生态保护与环境重塑理论框架，将煤矿生态环境与井下开采视为整体系统，统一规划系统内各要素，研究其相互作用关系，揭示系统的动态秩序规则和结构演化机理，构建立体生态聚类决策模型，为矿区生态环境稳定性计算和环境重构提供方法。
其次，基于“源头规划和过程控制”理念，制定了立体生态保护与环境重构方案。通过数字化地质基座构建、开采与生态重构协同设计、智能化充填开采等关键技术，并集成应用于矿山建设和生产的各个系统，实现矿区生态环境保护、重构与煤炭开采的深度融合。根据邢东矿区地面环境、生态功能与井下地质条件，划分井下采区与地面生态功能区，明确各生态功能区的分类保护或重构方案，保护生态、再造地形、重构水系，形成山水相映、生态宜居的和谐环境。
再次，开展矿区地表保护与地下开采互融设计。根据邢东矿区井下地质构造和地表生态功能区融合划分5个采区，针对各采区煤层赋存、地质构造及地表生态功能保护标准。对地面环境、地质状况、水文条件、地下资源赋存进行详细探查，运用数字化动态地质基座融合主动保护开采理论，按地面保护要求制定生态保护与环境重构设计，分采区和工作面设计开采工艺，矿井开采过程与仿真实时交互，指导矿井建设和生产，做到以表定采、采前仿真、上下协同、动态控制、实时反馈，贯穿矿井全生命周期。
最后，呈现立体生态与环境再造技术应用成效。邢东矿自建矿之初便确立了立体化生态建设的理念，将矿区内外、井上井下的生态环境视为一个不可分割的整体系统，通过科学合理地布局资源开采路径，并采取一系列创新措施如地表-井下协同设计、采区优化布局、采掘工艺改进、水资源保护开采、智能化充填开采等手段，力求在保证经济效益的同时最大限度地减少对自然环境造成的破坏。通过开采控制地形来增加地表水体面积，重构“矿区-市区”水网系统，改善市域水文状况和生态环境，不仅增强了当地河流网络的稳定性和连续性，而且可以促进了不同水源之间的互补作用，极大地丰富了地区的水生生态系统多样性，形成了更加健康和谐的人与自然关系发展模式，改变了煤炭矿区“破坏、污染、粗放”的传统形象，保护甚至提升了矿区生态环境RESI指数，矿区范围内未因采矿造成水资源流失，没有形成我国矿区普遍存在的地下水“漏斗”，地下水位线反而逐渐上涨，有效起到了保护与涵养水源的效果。
未来，随着矿区生态文明建设理念的不断深入和技术的持续创新，煤矿立体生态矿山建设将面临更广阔的发展空间。煤炭行业应进一步加强技术研发与应用，推动绿色开采技术的智能化、高效化发展，为实现煤炭行业的可持续发展和生态文明建设提供坚实的技术支撑。
图1 立体生态矿山建设技术路线与目标
图2 煤矿区立体生态要素相互作用网络
图3 煤矿区生态保护与环境重构规划全景架构
图4 邢东矿区立体协同规划方案
图5 生态环境与开采立体互融设计
图6 邢东矿绿色花园式矿井
