高潜水位采煤沉陷地生态治理关键技术及应用-自然资源部

附件9 一、项目名称 高潜水位采煤沉陷地生态治理关键技术及应用

二、提名意见 该项目创建了保护原有土源与环境的沉陷地边采边复技术，构建了井上下联动单元的时空响应机制，研发了复垦时机优选方法与采复时序耦合的“分层剥离、交错回填”土壤重构工艺。创立了环保生态型黄河泥沙充填复垦沉陷地技术，研制了一套管道输沙系统，首次提出了在充填泥沙中夹土壤的夹层式土壤重构原理及交替式多层多次充填工艺，高质量土地恢复率可达90%以上。研发了水系动态重构技术及湿地主动构建技术。研发了“星-空-地-井”立体融合的沉陷土地损毁监测技术，解决了InSAR沉陷监测时失干涉的难题，构建了耕地损毁边界计算模型，研发了土壤裂缝探测技术，实现了采煤沉陷的大范围动态监测。 该项目经在安徽、山东等6 省（市）50 多个地区的推广应用，生态治理沉陷地10余万亩，经济社会生态效益显著，引领了土地复垦事业发展。 该项目获得自主知识产权38项，其中授权发明专利28项。发表代表性论文283篇，其中SCI/EI检索97篇。相关成果获省部级科技进步一等奖2项。 提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖。 三、项目简介 生态文明建设是中华民族永续发展的千年大计。煤炭是我国最主要能源，但其开采已造成2000万亩的采煤沉陷地，使耕地荒芜、环境恶化、失地农民增加，直接威胁国家粮食安全、生态安全及人民福祉。因此，采煤沉陷地的生态治理是我国亟待解决的问题。万物土中生，土地是“绿水青山”的根本。高潜水位矿区80%以上为高标准粮田，人口密度大，地下矿产开采之后地面极易积水，导致耕地绝产、农田生态系统严重受损、人地矛盾激增，其耕地保护与恢复是世界性难题。采复一体、生态修复、全过程监控是国际采煤沉陷地治理的前沿趋势，但我国采煤沉陷地治理仍存在如下技术瓶颈： 1）高潜水位煤矿区土地沉陷深、多次沉陷、损毁时间长，原有技术大都是沉陷稳定后治理，难以实现边开采边治理；2）现有的充填技术大都采用矿山固体废弃物为充填材料，存在污染的风险，环保生态型、高质量的充填复垦技术突破难；3）沉陷积水区域的封闭性和非连续性以及陆地生态系统转变为水陆两相生态系统的复杂性，导致沉陷区生态系统修复难；4）采煤沉陷地损毁信息具有多类型、多时空维度、显性隐性共存等特征，单一监测技术无法满足需求，尤其是大量级形变的开采沉陷监测、典型隐伏损毁信息获取难。 该项目在国家科技支撑、部委项目、自然基金等支持下，历经近十余年科技攻关，取得了如下创新性成果：1）创建了采煤沉陷地边采边复技术，基于开采沉陷预计理论和格网分析原理，构建了井上下联动单元的时空响应机制，研发了复垦时机优选方法和与采复时序耦合的“分层剥离、交错回填”土壤重构工艺，解决了无外来土源情况下土地与环境保护难题。2）创立了环保生态型黄河泥沙充填复垦沉陷地技术，研制了一套管道输沙系统；首次提出了在充填泥沙中夹土壤的夹层式土壤重构原理及交替式多层多次充填工艺，高质量耕地恢复率可达90%以上。3）研发了水系动态重构技术及湿地主动构建技术，构建了采煤沉陷区生命共同体格局。4）研发了“星-空-地-井”立体融合的沉陷地监测监控技术，突出井下采矿信息的先导作用，解决了InSAR沉陷监测时失干涉的难题，构建了耕地损毁边界计算模型，研发了土壤裂缝探测技术，实现了采煤沉陷的大范围动态监测，满足生态治理要求。 成果经鉴定，认为：边采边复技术“成果总体达到国际先进水平，在井工煤矿沉陷区保土增地复垦、水系重构…等关键技术达到国际领先水平”，黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地技术“总体达到国际先进水平，在强化排水技术和交替多层多次充填复垦技术工艺方面达到国际领先水平”。美国著名采矿与复垦专家Yoginder. P. Chugh教授发表学术论文，特别指出“边采边复技术是采煤沉陷区复垦的先进技术，在世界上也是一种领先的技术。 支撑材料：获得自主知识产权38项，其中授权发明专利28项；获省部级科技进步一等奖2项、二等奖2项；发表代表性论文283篇，其中SCI/EI检索97篇，他引次数3354次。颁布国土资源行业标准8部。 成果在安徽、山东等8省（市）50多个地区应用，生态治理沉陷地10余万亩，引领和带动了我国土地复垦事业发展。 四、客观评价 (1)技术鉴定 1）高潜水位煤层群沉陷地边采边复关键技术及应用 2016年12月26日，中国煤炭工业协会组织鉴定委员会对成果鉴定认为：“开发了复垦范围与布局、复垦时机、复垦工艺的保土增地型边采边复技术”；“成果总体达到国际先进水平，在井工煤矿沉陷区保土增地复垦、水系重构…等关键技术达到国际领先水平，具有推广应用价值。” 2）黄河泥沙充填复垦采煤沉陷地关键技术 2016年12月26日，中国煤炭工业协会组织鉴定委员会对成果鉴定认为：“成果总体达到国际先进水平，在强化排水技术和交替多层多次充填复垦技术工艺方面达到国际领先水平。” 3）基于“3S”的煤矿区资源开发优化理论与关键技术 2010年12月25日，中国煤炭工业协会组织鉴定委员会对成果鉴定认为：“创新性的将现代空间信息技术与传统的资源环境监测方法有机的结合起来，研发了专门用于煤矿区三维空间信息采集、处理与分析、等的信息系统，有效的集成了高光谱遥感、InSAR、GPS等多种技术的天地一体化监测”，“该成果在利用“3S”技术支持煤炭资源和环境的协调开采方面达到了国际领先水平”。 4）兖州矿区塌陷土地及复垦的时空演变与治理对策 2009年12月29日，山东省科技厅组织鉴定委员会对成果鉴定认为：“建立了耕地损害边界的定量模型”；“提出了塌陷地信息快速提取方法”；“研究成果达到国际先进水平”。 (2) 国内外学术评价 1）美国采矿与复垦学会（American Society of Mining and Reclamation，ASMR）在《Reclamation Matter》（2009（3）：21~22）杂志中评价认为：“胡振琪及研究团队在解决矿区环境问题方面做出了卓越贡献”，并介绍了其在井工煤矿区环境影响评价诊断方法、土壤重构方法、沉陷地复垦新技术、……、基于探地雷达的复垦土地质量检测技术等七个方面的成就。由于这些方面的“卓越贡献”，特授予胡振琪2009年度“美国采矿与复垦学会土地复垦科技贡献奖”。 2）美国采矿与复垦学会（ASMR）秘书长、美国采煤沉陷地复垦首席专家、伊利诺伊大学Robert G. Darmody教授，2011年发表了关于中国煤矿复垦的学术论文，介绍了胡振琪在复垦方面的学术影响及团队在采煤沉陷地复垦方面研究成果，并在2011年的美国北达科达州召开的国际复垦年会上做专题报告进行介绍与推广（Proceedings of the National Meeting- American Society of Mining and Reclamation, page 153-165. Lexington, June 11 - 16, 2011. Published by ASMR）。 3）美国国家矿山土地复垦研究中心中西部分中心原主任、南伊利诺伊大学采矿工程系著名的采矿与复垦专家Yoginder. P. Chugh教授，2017发表了题为“中国采煤沉陷边采边复技术（Concurrent mining and reclamation for underground coal mining subsidence in China）”学术论文，介绍了胡振琪团队的研究成果，并认为“边采边复技术是采煤沉陷区复垦的先进技术，在世界上也是一种领先的技术(It is an advanced technology in subsidence land reclamation, and a leading technology in the world)”。 4）中国工程院院士韩德馨认为：“归纳总结出的矿区复垦农田景观生态重建的规划、控制及评价的一般适用标准和体系，对于推动我国相关领域研究具有重要意义。” 5）论文“试论井工煤矿区边采边复技术”入选2014年度顶尖学术论文“领跑者5000”。 (3)国内外重要科技奖励 该项目共获得省部级科学技术一等奖2项，二等奖2项，具体获奖名称、时间、等级、授奖单位等见表1所示。 表1 该项目获得省部级科技奖励情况 获奖项目名称 获奖时间 等级 授奖单位 煤矿区地表环境损伤多尺度立体监测关键技术及应用 2016 一等 测绘地理信息学会 采煤区损毁土地复垦与监管关键技术及应用 2015 一等 国土资源部 煤矿损毁土地复垦与生态重建技术及其应用 2010 二等 国土资源部 高潜水位采煤塌陷地动态预复垦技术研究 2009 二等 国土资源部 (4)其他评价 中国煤炭报2016年12月7日总第5184期“ 特别关注”栏目报道了“黄河泥沙来充填，采煤沉陷区变良田”，并获2016年度煤炭行业十大科技新闻。 五、推广应用情况 本技术自2005年至今共在山东、安徽、河南、河北等6省（市）50多个区域得到应用，共计复垦治理沉陷地10余万亩。由于损毁土地变废为宝的价值提升和复垦土地上的直接产出，可实现经济效益达37.57亿元。该项目典型应用证明见表2所示。 表2该项目技术典型应用证明

应用单位名称 应用技术 应用的起止时间 应用单位联系人/电话 应用情况

济宁市土地综合整治中心 整体应用 2005-2016 蔡德水/13805377531 生态治理及监测耕地15000亩

淮南矿业（集团）有限责任公司 边采边复、水系重构、监测等技术 2008-2016 陈永春 /0554-7625400

生态治理及监测面积18000

亩

山东龙美农业开发有限公司 边采边复技术，监测与管理技术 2010-2017 王昊/13465012345 生态治理及监测面积10000亩，

安徽省皖北煤电集团有限责任公司 边采边复、监测等技术 2005-2014 陈卓求 /0557-3982238

生态治理面积13235亩，监测

面积15000亩

临沂矿业集团有限责任公司 引黄充填复垦技术 2012-2015

武善元

/13516300108 充填复垦耕地800亩

齐河县国土资源局 黄河泥沙充填复垦技术 2014-2017

李永民 /13853442167 充填复垦沉陷地1000亩，“应

用于淤背工程”、“低洼地改造工程”10000亩 六、主要知识产权证明目录（不超过10件） 知识产权类别 知识产权具体名称 国家 （地区） 授权号 授权日期 证书编号 权利人 发明人 发明专利有效状态

发明专利 一种基于方格网法的地面动态沉陷预测与复垦方法 中国 ZL201510012722.3 2016.08.17. 2188027