煤田地质与勘探

作者：王双明, 孙强, 李识博, 胡鑫, 谷超, 耿济世, 周书涛, 袁士豪, 宋世杰, 牛超, 吴云, 陈洋,

关键词：煤炭开采, 多圈层结构, 响应机制, 损害传导, 时空演化, 减损保障,

目的煤炭是我国的能源兜底保障。煤炭开采活动打破了原地应力平衡，引起包括岩体结构、地下水、地表环境等在内的从地下到地表的岩石圈、水圈、土壤圈、生物圈、大气圈等多个圈层传导和耦合响应，改变了原有圈层的结构关系、赋存要素和功能服务。当前，研究煤炭开采的多圈层结构演化及保护利用，支撑煤炭的能源兜底保障，成为破解煤炭工业高质量发展与生态文明建设矛盾的重要内容。方法围绕煤炭开采“深层扰动−浅层传导−表层显现−时空演化”(深−浅−表−时)的结构动态演化观念，从保障“生产、生活、生态”的角度，厘清煤炭资源开发的地质安全保障、生态保护、资源协调、区域可持续发展等多元价值需求，揭示赋存、开采地质条件和多圈层动态变化关系。立足系统地球科学思想，基于煤炭赋存及开采的多圈层耦合关系与关联响应，系统阐述煤炭资源开采地质保障与地质条件演化、多圈层物质循环、多维信息响应及生态环境保护一体化研究理念。结果从科学内涵、科学问题、实施路径等方面，提出煤炭开采多圈层响应与减损保障理论与技术，主要包括：(1)从“深−浅−表”三维地质结构和生态环境关系角度，理解煤炭资源赋存条件、安全开采地质条件、生态环境约束条件的关联性和多圈层关系的耦合性、多变性和复杂性，揭示多圈层结构体系下煤系资源与生态环境−水文地质的时空耦合关系；(2)获得煤炭开采应力−裂隙−渗流−化学等多场耦合关系和多圈层结构的时空响应及演化特征，阐明煤炭开采条件下多圈层结构和时空演化规律，研究采动损害能量和信息从深部岩层到地表土层的传导规律和圈层边界响应机理(如岩−水边界、水−土边界、土−生边界、水−生边界)，揭示地质赋存条件−煤炭开采扰动−生态环境约束的互馈机制；(3)建立基于“空−天−地−钻(井)−巷”的煤炭开采活动影响的“深−浅−表−时”多圈层结构全时空多源信息融合的智能感知及解译理论与方法，提取煤炭开采扰动下地质结构、水文循环和生态要素等多维度动态信息，构建服务煤炭安全绿色开采的多圈层结构−功能耦合演化模型，研发基于数据驱动的煤炭开采影响下多圈层响应的探测−监测−评价−优化−决策平台；(4)研究煤炭开采与地质环境互馈作用的多圈层结构及功能动态演化与调控机理，探索地质环境条件对开采活动的约束与通过开采工艺及模式调控的源头减损方法，建立基于地质适配约束的煤炭安全、绿色、生态理论，构建实现采前+采中地质服务\xrightarrow\quad 采掘空间利用与地质数据资源开发及生态环境保护的“地质−工程−环境−生态”全流程一体化系统科研与工程服务业态，形成“机理+技术”和“平台+服务”的地质保障模式。结论煤炭开采多圈层响应及减损保障研究可为破解资源开采与地质环境制约提供理论支撑和科学指导，对服务于国家重大战略需求、煤炭工业转型升级、生态文明建设和经济社会可持续发展有指导意义。

来源：2025年第10期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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