0 引 言
我国缺油少气富煤的能源资源禀赋以及煤炭资源具有可靠、价格低廉、可洁净利用等属性，决定了煤炭作为我国主体能源的地位短时间内难以改变，但按照生态文明建设的总体部署，煤炭开采、加工、利用面临的生态环境约束将日益增大。煤炭作为传统能源，发展面临着“煤炭革命”的机遇与挑战[1-2]。
神东矿区地处黄土高原与毛乌素沙地过渡地带，生态环境脆弱，矿区建设初期，干旱少雨，多年平均降雨量 360 mm，年蒸发量2 300 mm；原生植被种类单调，平均植被覆盖率仅3%～11%，风蚀区面积占总面积的 70% ,是国家级水土流失重点监督区与治理区。在这种条件下，若采用传统的开采方式，将会导致矿区生态环境严重破坏：破坏地貌、植被，土地风蚀荒漠化趋势加重；破坏地下水资源和生态系统；水土流失、地表塌陷加剧；煤矸石地面堆积污染环境，恶化空气质量。如何解决超大规模煤炭资源开采与脆弱生态环境保护之间的突出矛盾，已有很多学者进行了研究探索。曹代勇等[3]从狭义和广义2方面论述了“绿色煤炭”概念，他认为，应用“绿色理念”开采煤炭和对煤炭进行“绿色加工”，以实现煤炭资源的绿色勘查、清洁开采和无污染使用。胡振琪[4]回顾总结了我国30年来在土地复垦与生态重建方面取得的成果，对露天矿、采煤沉陷区、煤矸石山等损毁土地复垦技术进行了反思，提出了系统的生态修复技术。邓念东等[5]为解决榆神矿区日益凸显的煤炭资源开采与脆弱的生态环境保护之间的矛盾，对榆神矿区保水采煤工程地质条件进行分区，实现榆神矿区“煤-水”双资源型矿井的科学开采。祁和刚等[6]认为我国大型矿区开发必须进一步强化绿色发展理念，将绿色环保理念全面落实到资源开发和循环转化的各个环节，要保持环保和发展同步。
很多学者仅研究了地表生态环境治理或者煤矿保水开采，具有一定的局限性，为此笔者在总结提炼神东矿区30多年来煤矿开采和地表生态环境治理经验的基础上，提出了煤矿井上井下立体生态环境治理技术，为煤炭绿色开采提供借鉴和参考。
1 煤矿井上井下立体生态环境
要解决大型矿区资源开采与脆弱生态环境保护之间的突出矛盾需要有系统思维和井上井下立体全局观念，故笔者提出了大型矿区煤矿井上井下立体生态环境概念，包括：煤矿井下生态环境、地表生态环境和大气生态环境。神东矿区通过多年的研究和探索，逐渐形成了一个煤矿井上井下立体生态环境综合治理体系，如图1所示。
图1 煤矿井上井下立体生态环境治理体系
Fig.1 Three dimensional ecological environment control system above and underground
1.1 煤矿井下生态环境
煤炭的高强度开采势必会造成顶板下沉、片帮、底鼓、瓦斯超限、粉尘超标、采空区自燃、地下水污染等问题，严重破坏了煤矿井下正常的生态环境，工人在这样的环境下工作，身体健康和生命安全受到严重威胁，通过采取有效治理措施，构建一个作业空间安全、空气干净、少粉尘的煤矿井下生态环境。
1.2 地表生态环境
煤炭的大规模开采会造成地表塌陷、植被破坏、地下水位下降。通过研究开采减损技术、生态修复技术、生态重建技术等，通过利用地表生态系统的自我恢复能力，辅以人工措施，使遭到破坏的地表生态系统逐步恢复或向良性循环方向发展。
1.3 大气生态环境
煤矿开采过程中，会产生地面粉尘、锅炉烟气、二氧化硫、二氧化氮、抽排的瓦斯等有害气体，如果排放到空气中将对矿区大气环境造成污染，通过采取封尘、瓦斯发电、热管乏风余热利用、风源热泵、烟气治理及二氧化碳捕捉封存等治理技术，打造一个空气清新的矿区大气生态环境。
2 煤矿井下生态环境治理技术
2.1 作业空间顶板管控技术
煤炭开采过程中易产生顶板下沉、片帮、底鼓、冒顶等问题，应强化设计，合理布局回采巷道，研究大断面巷道支护技术，回采巷道顶板及副帮均采用螺纹钢锚杆+钢筋网+锚索+W钢带支护，正帮采用玻璃钢锚杆+双层塑料网支护，综采工作面超前支护采用大阻力、高强度液压支架进行支护，有效缓减了超前压力影响范围内顶板下沉、底鼓、帮鼓等现象。采用泵送支柱+锚索补强支护技术，解决了综采工作面过大断面空巷难题。采取长、短钻孔分段水力压裂措施对上覆煤柱或坚硬顶板进行卸压治理，消除顶板应力集中问题[7]，治理效果如图2所示。建立基于微震监测技术和电液控制技术的矿压大数据分析和预警平台，对采场和巷道顶板和围岩进行监测，制定有效的管控措施，解决了顶板下沉、片帮、冒顶问题，改善了作业环境。
图2 定向长钻孔分段水力压裂效果
Fig.2 Effect of segmented hydraulic fracturing of directional long borehole
2.2 煤矿井下气体净化技术
煤矿井下瓦斯、粉尘、防爆车尾气、采空区涌出气体等构成了井下有害气体生态环境，需要采取有效净化治理措施，净化井下空气环境。
2.2.1 大断面、大风量、多通道、低负压通风技术
结合矿井开拓方式和高产、高效的开采特点，采用“大断面、大风量、多通道、低负压”的通风模式，多井筒进风、分区域回风，通风系统稳定可靠，风量充足有效，实现了降“压”减“漏”，矿井通风能力满足生产需求。回采工作面多采用两进一回、一进一回的“U”型或三进一回的“Y”型通风方式。双巷掘进工作面采用全风压和局部通风机供风相结合的方式。单巷掘进工作面根据巷道长度选用相匹配的局部通风机供风；大功率局部通风机配大直径柔性风筒解决了超大断面单巷超长距离掘进通风问题。
2.2.2 瓦斯抽采治理技术
坚持“区域治理为主、局部治理为辅，一矿一策、一面一策”原则，积极构建“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位”的瓦斯治理工作体系。牢固树立瓦斯超限就是事故的理念，落实“两个优化、五个超前”措施，即优化通风系统、优化抽采系统，超前规划、超前设计、超前施工、超前预抽、超前治理，从源头上将瓦斯灾害消灭在萌芽状态。
对高瓦斯矿井利用地面高、低压瓦斯抽采系统实施煤层预抽和采空区抽采，提前2年布置采掘工作面预抽钻孔实施超前预抽。掘进工作面采用顺层定向千米钻孔与短钻孔相结合预抽煤巷条带和区段的煤层瓦斯。回采工作面利用走向顺层千米钻孔和倾向顺层上下交叉短钻孔实施高负压超前预抽(图3)、边采边抽(图4)。采用大管径、大流量、低负压采空区滞后联巷埋管抽采，抽采半径30～150 m，抽采混合量一般在480～600 m3/min。通过以上瓦斯综合治理措施，工作面抽采率达到60%以上，矿井抽采率达到50%以上。
图3 综采工作面瓦斯预抽钻孔布置
Fig.3 Layout of gas pre drainage boreholes in fully-mechanized mining face
图4 综采工作面回采时瓦斯抽放管路布置
Fig.4 Layout of gas drainage pipeline when fully-mechanized mining face mining
对低瓦斯矿井采用井下移动抽放系统抽采采空区瓦斯，有效解决了回采工作面回风隅角瓦斯积聚问题。将采空区埋管改为插管抽采；利用在煤柱中施工ø600 mm大孔径钻孔，代替联巷进行采空区抽采，安全、经济，抽采效果显著，工作面回风隅角瓦斯浓度控制在0.20%左右。
2.2.3 火灾治理技术
1)内因火灾防治技术。矿井开采的煤种多为低阶长焰煤，挥发分高(32%～37%)，燃点低(270 ℃左右)，矿井多为浅埋深(30～230 m)、近水平(1°～8°)、近距离(10～50 m)煤层群开采，矿井井田面积大(8.8～192.0 km2)，主要巷道沿煤层条带式布置，采高大(1.5～8.0 m)、采场空间大(300 m×5 000 m)、开采过程中地表裂隙(宽度0.1～2.0 m)漏风，存在采空区自燃危险。采用大断面、大风量、多通道、低负压的通风模式，从系统上实现降“压”减“漏”。坚持快掘、快安、快采、快撤、快闭的“五快”原则，以快速防火。采取少留顶煤、清理浮煤、井上井下堵漏、人工检测、束管监测等综合预防措施。通过不断优化采掘部署，合理设计工作面巷道；采用切顶成巷、沿空留(掘)巷无煤柱开采技术，减少采空区遗煤，从源头上减小采空区遗煤自燃的概率。建成了井上井下预防性注浆防灭火系统。采取地面固定注浆站注浆、地面钻孔注浆和井下二次加压注浆相结合的方式，对工作面区段巷道及其300 m范围内重点区域实施预防性注浆，解决了依靠地面注浆站注浆受限的问题。
2)外因火灾防治技术。神华神东煤炭集团有限责公司(以下简称神东)矿井采掘机械化程度高，电气设备多，功率大、电压等级高，井下电缆长度超过4 000 km，输送带长度超过700 km，无轨胶轮车2 000多台，井下热源和可燃物多，管理不善，易引发外因火灾。针对外因火灾主要从完善消防洒水系统，输送机保护系统和安全监控系统着手，确保各类保护措施齐全有效；重点加强电气保护、车辆防火和可燃物管理。不断完善运输巷、机电硐室、煤仓等重点防火区域的监控传感器设置，优化监测范围。采取局部区域风流调度措施，提高矿井系统抗灾能力。在矿井主运巷和回风大巷之间联巷安设远程自动控制风门，实现远程风流调度，缩小火灾气体波及范围。健全消防系统，完善消防装备，提高火灾防治综合能力。现已装备了14套地面固定注浆系统，23套井下移动注氮系统，15套束管监测系统，2台井上井下液态二氧化碳直注设备，1套地面多功能移动注浆系统，14套电缆感温火灾预警装置，安设带式输送机各类保护装置2 860处，敷设消防管路2 330 km，能够满足矿井防灭火需要。
2.2.4 粉尘净化技术
按照“以人为本、预防为主、防治结合”的方针和“源头治理、科学防治、严格管理、强化监督”的总体要求。从采、掘、破、装、运、洗选、装车等产尘各环节抓起，采用通风排尘、注水减尘、封闭尘源、喷雾降尘、捕尘网捕尘、风机除尘、清理积尘、提高个体防护标准、开展职业健康教育培训和定期体检等措施，建成了从井下到地面、立体式、全方位综合防尘技术体系[8-9]，如图5所示。在回采工作面，试验了云雾除尘、导矸槽减尘新技术，从源头上降低粉尘浓度。在33个掘进工作面推广应用形成了“长压短抽”通风配合干式除尘风机的通风除尘技术，如图6所示，取得良好效果。综掘、掘锚工作面综合降尘率达95%，如图7a所示。综采工作面综合降尘率达70%以上，如图7b所示。
图5 综合防尘管理技术体系
Fig.5 Comprehensive dust control management technology system
图6 掘进工作面干式除尘示意
Fig.6 Schematic diagram of drydedusting at tunneling face
图7 防尘效果
Fig.7 Dust reduction effect
2.2.5 无轨防爆电动胶轮车
传统的无轨胶轮防爆运输车以柴油机为动力，使用中存在“三高一低一难”(高污染、高噪音、高油耗、低寿命和难维护)等问题。神东组织研发了防爆电动无轨胶轮车，具有零排放、低能耗、低噪音、低故障、高寿命、易维护等优势，百公里能耗成本约60元，井下综合工况满载续航里程大于95 km，出勤率高达94%，能耗成本仅为同类型柴油车的13%，杜绝了因使用柴油车辆带来的一氧化碳、氮氧化合物等有害气体对工人造成的伤害。据统计，1年可减少二氧化碳排放16 500 t，减少碳排放4 500 t，减少一氧化碳排放500 t，减少氮氧化合物排放70 t。
2.3 矿井水资源保护利用技术
2.3.1 煤矿分布式地下水库净化循环利用技术
对煤矿采空区边界煤柱和回采巷道口进行密闭加固防渗改造，构筑人工坝体工程，建成了充分利用采空区空间储水，采空区矸石对水体的过滤净化，自然压差输水的煤矿分布式地下水库，具有井下供水、井下排水、矿井水处理、水灾防治、环境保护和节能减排6大功能[10-11]。如大柳塔煤矿利用2-2煤和5-2煤(2层煤间距约155 m)的采空区建成了具有立体空间网络的煤矿分布式地下水库工程系统，如图8、图9所示，储水约710.49万m3。目前神东13个矿井共建成32座地下水库，储水总量2 700万m3。
图8 大柳塔矿分布式多层地下水库示意
Fig.8 Schematic diagram of distributed multi-layer underground reservoir in Daliuta Mine
图9 大柳塔矿分布式多层地下水库群示范工程
Fig.9 Distributed multi-layer underground reservoir group demonstration project in Daliuta Mine
煤矿地下水库建设，化害为利、变废为宝，既解决了矿区供水问题，又减少了矿井水的外排量，保证了矿区的可持续发展。
2.3.2 超纯水介质液压系统
为解决综采工作面液压支架乳化液对地下水的污染问题，开展煤矿综采纯水介质液压系统成套技术与装备研究。由于水的润滑能力和防锈性能较乳化液差很多，经过攻关解决了与水接触的零部件表面防锈难，密封表面易磨损导致高压水动密封难以及汽蚀与水锤冲击制约泵、阀的寿命的难题，形成了纯水制备工艺，装备及高效长距离纯水输送技术，智能供液动力系统，纯水液压支架[12]，纯水三机(刮板输送机，转载机、破碎机)，纯水自移机尾，及智能控制系统等关键技术。纯水介质自动化工作面装备系统组成如图10所示。矿用水源进入纯水制备装置，经过超滤、一二级反渗透和电去离子处理，生产出电阻率≥15 MΩ·cm的纯水。产出的纯水通过纯水高压泵供给支架及自移机尾的液压系统。纯水制备工艺如图11所示。
图10 纯水介质液压系统组成
Fig.10 Composition of pure water hydraulic system
图11 纯水制备工艺流程
Fig.11 Process flow of pure water preparation
纯水介质液压系统在锦界煤矿31408综采工作面成功应用，每年可减少乳化液消耗129.78 t，彻底杜绝乳化液对地下水的污染，进一步提高了煤矿清洁生产水平。
2.3.3 井下油脂综合管理技术
为避免油脂对井下地下水造成污染，加强了设备润滑油脂管理。采用小桶分装分运油脂，便于运输和设备加注，在各作业点设置可视化专用油箱柜，放置专用加油器具，从源头上减少油脂污染。发明集中注油装置，实现井下设备集中自动化注油，减少跑冒滴漏。严格管控设备的点检、润滑，按“定点、定质、定量、定期、定人”五定原则管控润滑油脂，加强油脂取样和化验分析管理，实现设备的零渗液和零漏液。同时井下设置分类垃圾箱，对各类固废及时回收，避免对环境造成污染。
3 矿区地表生态环境治理技术
3.1 超大工作面开采减损技术
煤炭开采导致岩层与地表塌陷是不可避免的，但可以通过改变塌陷方式，有效减轻开采对岩层与地表生态环境的影响[13]。以煤层赋存条件为基础，创新地布置了加长加宽综采工作面，研发了配套的采掘支护装备，使工作面的走向长度由2 000 m增加到6 000 m，宽度由200 m增加到450 m，采高由4 m增加至7 m。该技术减少了综采工作面布置数量、开采扰动次数和地表边缘裂缝数量，使均匀沉降区增加了40%以上，最大程度降低了对岩层与地表植被生态环境的破坏，如图12所示。
图12 综采工作面开采沉陷区修复
Fig.12 Restoration of subsidence area in fully-mechanized mining face
3.2 井下矸石处理技术
传统煤矿开采方式将产生大量的煤矸石，不仅压占土地，污染水源，而且易自燃，产生烟尘和有害气体，对环境造成极大危害。神东创新了井下“分层开拓、无盘区划分、全煤巷布置、立交巷道平交化”的无岩巷布置技术，实现了从源头上减少矸石产出，吨煤出矸率由20%下降到5%。同时在井下采用废巷充填技术(利用废弃巷道作为充填空间) ，贮矸硐室充填技术(在永久煤柱内开掘井下贮矸硐室，实现煤与矸石置换)，实现了矸石不升井。同时辅以地面矸石回填及矸石资源化利用(发电)，矿区建起3 座煤矸石热电厂，年处理煤矸石160万～200万t；剩余矸石采用分层堆放、分层覆土、封场复垦绿化等工艺将水土流失较为严重的沟壑改造为可永续利用的良田，避免了矸石山带来的环境污染。
3.3 地表生态自我修复技术
生态系统自我修复是指依靠生态系统的自我调节能力与自组织能力使其向有序方向进行演化，或者利用生态系统的自我恢复能力，辅以人工措施，使受损的生态系统逐步恢复或向良性循环方向发展。煤炭的开采活动，使地表生态受到了破坏，采用野外定点动态研究，遥感监测对比和根管定位监测方法，掌握了开采对地表生态的影响规律，对影响区域土壤和植物等的破坏程度分为轻度、中度和重度。采空区地表范围内，边界裂缝留存地表的时间会很长，原始地形地貌自修复能力比较差，需要辅助人工措施，采空区地表中部均匀沉降区产生的动态裂缝随着工作面推进经过一定周期能自动闭合修复，具有较强的自修复能力[14-16]。塌陷对植物的损伤程度依次为杨树最大、沙柳较小、沙蒿最小，3种植物的自修复周期依次为沙蒿10个月、沙柳15个月、杨树19个月。根据受损程度，采用自然恢复、人工与自然修复相结合、人工再造等不同的治理措施，通过现场跟踪观察，地表生态在采后2～3年逐步恢复到采前状态[17]。
3.4 “三期三圈”生态环境治理模式
面对大规模煤炭开采与脆弱生态环境保护的突出矛盾，神东摒弃了先开发后治理的传统做法，结合脆弱自然生态特征与大规模开采影响，创新“三期三圈”(采前防治期、采中控制期、采后营造期和外围防护圈、周边常绿圈、中心美化圈)水土保持、生态环境治理模式，如图13所示，走出了一条煤炭开采与生态环境协调治理的主动型绿色发展之路。
图13 回采“三期”治理体系
Fig.13 “Three Stage” mining treatment system
“三圈”按矿区生产与生态的空间特征划分：①外围防护圈：针对矿区外围流动沙地，以优化草本为主、草灌结合的林分结构，打造了面积276 km2的生态防护林，建成了沙漠绿洲。②周边常绿圈：针对矿井周边裸露高大山地，优化水土，建设了面积42 km2的周边常绿林与公路绿化带。③中心美化圈：针对生产生活环境，建设了森林化厂区、园林化小区，面积约12 km2，绿地率达40%以上，植被覆盖度达到了80%以上，美化了矿区环境。
3.5 “五维度”生态治理技术
神东摒弃边生产边治理与先生产后治理的被动做法，探索出一条以“先治后采、治大采小、采治互动、以采促治、三方共赢”为特征的“五维度”水土保持生态环境建设架构。①时间维度：在开采之前，控制性治理流动沙地面积103 km2；在开采时，及时修复了开采对地表局部生态环境的损伤。②水平维度：对矿区进行大范围水土保持治理，面积达到330 km2，提升了区域整体保水功能，有效控制了开采扰动对矿区生态环境的影响。③垂直维度：针对煤炭开采中矿井水、矸石、煤尘3大主要因素，通过采空区过滤净化技术、煤矸置换技术、煤炭采装运全环节封闭技术，结合地面生态修复，有效保护了地表生态环境。④资金维度：开发建设之初，建立0.45元/t专项资源用于水土保持工作，在全国煤炭系统中率先建立了水土保持资金长效保障机制。2009年以来先后使用水土保持补偿费、地质环境与土地复垦保证金等治理费用，形成了以采煤业发展促进生态治理，以生态治理保障采煤业发展的良性循环局面。⑤地企维度：神东积极促成“政府推动、农民受益、企业履责”的治理思路，在生态治理的基础上，大力打造经济林，形成了良好的政府、农民、企业三方共赢局面。
4 矿区大气生态环境治理技术
4.1 地面封尘技术
对地面原煤仓、产品仓、装车塔等储装运环节采取全封闭防尘措施，确保了矿区环境清洁。外运煤炭采取固化封尘，车厢喷洒固化剂，每年减少风损60万t，避免资源浪费的同时确保沿线环境清洁。
4.2 瓦斯利用技术
为了减少矿井抽排的瓦斯对大气造成污染，在保德煤矿刘家堰和枣林井田分别建成功率4×1.2 MW和6×1.2 MW低浓度瓦斯发电厂，采用目前国产最先进的低浓度燃气内燃瓦斯发电16缸机组，瓦斯抽放量200万m3/月(标况下)以上，用于瓦斯发电的有170万m3/月，瓦斯利用率85%，实现收入2 650万元/年，节约标准煤1.35万t/年，相当于减少二氧化碳排放42 945万m3/年。
4.3 烟气治理技术
供热锅炉全部安装脱硫、脱硝、除尘设施，并配套安装烟气治理设施和在线监测设备，确保锅炉烟气的达标排放。在供热集中区启动了百里矿区清洁绿色供热项目，用电厂热源和新能源替换燃煤锅炉，构建全新“煤水电热”产业生态链；供热相对独立区域新建高效煤粉锅炉，用电锅炉和天然气锅炉淘汰替换燃煤锅炉。先后淘汰、替换41台工业锅炉，提标改造88台，实现了全部达标排放，每年耗煤量降低6.2万t，减少二氧化硫排放量42 t，NOx排放量38 t，烟尘排放量91 t。
研发了二氧化碳捕集与封存技术。通过对煤直接液化项目中产生的烟气中的二氧化碳进行捕集、低温浓缩处理，采用罐车运往封存场地，并以高压将其注入指定储层中，封存于刘家沟组至马家沟组4个不同层位，层位埋深分别为1 690、1 907、2 196 m以及2 424 m。岩性以砂岩和灰岩为主，储盖层具有完整性高、渗透性低的特征。现已成功完成3.02×105 t二氧化碳封存，有效遏制温室气体增多，如图14所示。
图14 二氧化碳地质封存及监测示意
Fig.14 Schematic diagram of CO2 geological storage and monitoring
4.4 节能减排技术
采用回风源热泵技术，提取矿井回风中的热能，替换井口加热的燃煤热风锅炉，冬季用于进风井井口防冻供热，避免了燃烧产生的烟尘、二氧化碳和二氧化硫等污染物排放。建成了白家渠风井回风源热泵系统示范工程，减少燃煤3 600 t/a，减少二氧化碳排放量9 360 t/a，二氧化硫排放量72 t/a。
依据热管高效换热原理，利用低温热管余热回收技术，替代传统的燃煤锅炉，解决了锦界煤矿2号风井和上湾煤矿尔林兔风井的井口防冻问题。每年节省原煤消耗约8 000 t，减排二氧化碳约15 000 t，减排二氧化硫约50 t，减排氮氧化物约40 t。在矿区广泛应用太阳能路灯、太阳能浴水，在建筑物外表加装保温材料，树立节能就是减排的理念。
5 矿区环境治理效果
5.1 井下生态环境明显改善
井下生态环境的治理，有效减缓了顶板下沉、底鼓、帮鼓等现象。采煤工作面、掘进工作面粉尘浓度从原有的526.6、494.3 mg/m3分别降到8.6、4.8 mg/m3以下；高瓦斯矿井瓦斯抽采率达到50%以上，实现了低瓦斯回采；无轨防爆电动胶轮车的推广，避免了柴油车辆尾气对工人造成的伤害，提高了井下的空气质量；减少了油脂、乳化液以及各种固废垃圾对地下水环境造成污染。
5.2 矿区地表生态环境良性发展
神东通过始终坚持产环保煤炭，建生态矿区理念和开发与治理并重的方针，累计投入生态环境治理资金38亿元，治理面积330 km3；矿区植被覆盖率由开发初的3%～11%提高到64%；构建了“山水林田湖草”的生态空间结构，植物群落从以油蒿为主的草本群落演替为以沙棘为主的灌草群落，原有脆弱生态环境实现了正向演替；矿区风沙天数由25 d以上减少为3～5 d，降雨量少且年内年际不均匀现象明显改善，逆转了原有脆弱生态环境退化方向，形成了良性的生态系统，在荒漠地区建成一片绿洲(图15)。
图15 神东矿区生态治理前后对比
Fig.15 Comparison of ecological control in Shendong Mining Area
5.3 矿区大气质量明显提升
对神东矿区大气环境的治理，取得了明显效果，根据神东矿区空气质量指数(AQI)变化趋势(图16)，可以看出空气中度及以上污染天气数量明显减少，基本杜绝了严重污染天气。
图16 神东矿区空气质量指数(AQI)变化趋势
Fig.16 Change trend of air quality index(AQI) in Shendong Mining Area
6 结 论
1)提出了煤矿井下生态概念，从重构煤矿井下生态环境的角度，认识煤矿顶板下沉、片帮、底鼓、瓦斯超限、粉尘超标、采空区自燃、地下水污染等问题，并提出了治理技术。
2)提出了矿区地表生态概念，掌握并利用了地表生态自修复技术和超大工作面开采减损技术，创新了“三期三圈”水土保持生态环境防治模式，探索出一条以“先治后采、治大采小、采治互动、以采促治、三方共赢”为特征的主动型水土保持生态环境建设道路。
3)提出了矿区大气生态概念，从矿区大气生态环境重构的角度，提出了井下抽放瓦斯利用、锅炉烟气治理、地面粉尘治理和污染物治理技术，实现节能减排目的。
[1] 王双明，段中会，马 丽，等.西部煤炭绿色开发地质保障技术研究现状与发展趋势[J].煤炭科学技术,2019,47(2):1-6.
WANG Shuangming,DUAN Zhonghui,MA Li,et al.Research status and development trend of geological support technology for green coal development in Western China [J].Coal Science and Technology,2019,47(2):1-6.
[2] 王双明，范立民，杨宏科.陕北煤炭资源可持续发展之开发思路[J].中国煤田地质,2003,15(5):6-11.
WANG Shuangming，FAN Limin，YANG Hongke.Sustainable development of coal resources in Northern Shaanxi [J].China Coalfield Geology,2003,15 (5):6-11.
[3] 曹代勇,魏迎春,宁树正.绿色煤炭基础地质工作框架刍议[J].煤田地质与勘探,2018,46(3):1-5.
CAO Daiyong,WEI Yingchun,NING Shuzheng.The framework of basic geological works for green coal[J].Coal Geology & Exploration,2018,46(3):1-5.
[4] 胡振琪.我国土地复垦与生态修复30年：回顾、反思与展望[J].煤炭科学技术,2019,47(1):25-35.
HU Zhenqi.30 years of land reclamation and ecological restoration in China:review,reflection and prospect [J].Coal Science and Technology,2019,47(1):25-35.
[5] 邓念东，杨 佩，林平选，等.榆神矿区保水采煤工程地质条件分区研究[J].煤炭科学技术,2017,45(9):167-174,200.
DENG Niandong,YANG Pei,LIN Pingxuan,et al.Study on zone chart of engineering geological conditions of protected waterresources during coal mining in Yushen Mining Area[J].Coal Science and Technology,2017,45(9):167-174,200.
[6] 祁和刚，张 农，李 剑，等.煤矿“短充长采”科学开采模式研究[J].煤炭科学技术,2019,47(5)：1-11.
QI Hegang,ZHANG Nong,LI Jian,et al.Research on scientific mining model of “short-wall filling & long-wall mining” in coal mines[J].Coal Science and Technology，2019，47(5)：1-11.
[7] 杨俊哲,郑凯歌,赵继展,等.浅埋近距离上覆遗留煤柱应力集中灾害压裂治理技术研究[J].矿业安全与环保，2020，47(4):82-87.
YANG Junzhe,ZHENG Kaige,ZHAO Jizhan,et al.Study on fracture treatment technology of stress concentration disaster of coal pillar left over from shallow buried and close distance [J].Mining Safety and Environmental Protection,2020,47(4):82-87.
[8] 张小涛.高瓦斯突出煤层综采工作面注水降尘技术应用研究[J].煤炭科学技术,2019,47(1)：231-236.
ZHANG Xiaotao.Applied study on water injection and dust reduction technology of fully-mechanized coal mining face in high gassy and outburst seam[J].Coal Science and Technology，2019，47(1)：231-236.
[9] 程卫民,周 刚,陈连军，等.我国煤矿粉尘防治理论与技术20年研究进展与展望[J].煤炭科学技术,2020,48(2):1-20.
CHENG Weimin,ZHOU Gang,CHEN Lianjun,et al.Research progress and prospect of coal mine dust control theory and technology in the past 20 years [J].Coal Science and Technology,2020,48(2):1-20.
[10] 顾大钊.煤矿地下水库理论框架和技术体系[J].煤炭学报,2015,40 (2):239-246.
GU Dazhao.Theoretical framework and technical system of underground reservoir in coal mine [J].Journal of China Coal Society,2015,40 (2):239-246.
[11] 顾大钊，颜永国，张 勇，等.煤矿地下水库煤柱动力响应与稳定性分析[J].煤炭学报,2016,41 (7):1589-1597.
GU Dazhao,YAN Yongguo,ZHANG Yong,et al.Dynamic response and stability analysis of coal pillar in underground reservoir of coal mine [J].Journal of China Coal Society,2016,41 (7):1589-1597.
[12] 李 东，王海军，牟 东，等.液压支架纯水介质的技术研究[J].煤矿机械.2019，40(7):31-34.
LI Dong,WANG Haijun,MOU Dong,et al.Technical research on pure water medium of hydraulic support [J].Coal Mining Machinery,2019,40 (7):31-34.
[13] 王双明,申艳军,孙 强,等.西部生态脆弱区煤炭减损开采地质保障科学问题及技术展望[J].采矿与岩层控制工程学报,2020,2(4):5-19.
WANG Shuangming,SHEN Yanjun,SUN Qiang,et al.Scientific problems and technical prospects of geological support for coal mining in ecologically fragile areas of Western China [J].Journal of Mining and Rock Control Engineering,2020,2 (4):5-19.
[14] 毕银丽.丛枝菌根真菌在煤矿区沉陷地生态修复应用研究进展[J].菌物学报,2017,36(7):800-806.
BI Yinli.Research progress on application of arbuscular mycorrhizal fungi in ecological restoration of coal mine subsidence land [J].Acta Mycologica Sinica,2017,36 (7):800-806.
[15] 彭苏萍,毕银丽.黄河流域煤矿区生态环境修复关键技术与战略思考[J].煤炭学报,2020,45(4):1211-1221.
PENG Suping,BI Yinli.Key technology and strategic thinking of ecological environment restoration in coal mining area of Yellow River Basin [J].Journal of China Coal Society,2020,45(4):1211-1221.
[16] 赵艳玲,李素萃,肖 武.我国采煤沉陷领域研究现状可视化分析与展望[J].煤炭科学技术,2020,48(1):202-210.
ZHAO Yanling,LI Sucui,XIAO Wu.Visualization analysis and prospect of coal mining subsidence research in China [J].Coal Science and Technology,2020,48(1):202-210.
[17] 毕银丽，王 瑾，冯颜博,等.菌根对干旱区采煤沉陷地紫穗槐根系修复的影响[J].煤炭学报,2014,(8):1758-1764.
BI Yinli,WANG Jin,FENG Yanbo,et al.Effects of Mycorrhiza on root restoration of Amorpha fruticosa in coal mining subsidence land in arid area [J].Journal of China Coal Society,2014,(8):1758-1764.
