地處毛烏素沙漠邊緣地帶的神東礦區(qū)，屬于我國重度缺水的能源“金三角”（寧東、鄂爾多斯和榆林）核心區(qū)域，然而，在它的下面卻深藏著35座庫容總量達3100萬立方米，相當于兩個西湖容量的地下水庫。這些水庫猶如一座座地下“龍宮”，礦井水在“龍宮”內(nèi)轉(zhuǎn)移循環(huán)，自然凈化，為民所用。它集井下供排水、礦井水處理、水災防治、環(huán)境保護和節(jié)能減排六大功能于一體，它就是著名的神東礦區(qū)地下水庫。

　　據(jù)統(tǒng)計，我國煤礦開采每年產(chǎn)生的礦井水約80億噸，而利用率僅為25%，每年造成的礦井水損失量約60億噸。礦井水長期被視為水害，通常外排地表，除很少部分利用外，絕大部分白白流失。礦井水外排地表后還存在大量的蒸發(fā)損失。

　　作為我國最大的煤炭生產(chǎn)企業(yè)，神東煤炭集團公司從2000年生產(chǎn)能力為2000多萬噸，到現(xiàn)在的2億噸煤炭生產(chǎn)基地，礦區(qū)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，生產(chǎn)隊伍不斷壯大，生產(chǎn)、生活需水量也在不斷增加，神東礦區(qū)中心區(qū)總用水量由2000年的805萬噸增長到2010年的2000多萬噸。

　　神東礦區(qū)地處毛烏素沙漠的邊緣地帶，屬于我國重度缺水的能源“金三角”（寧東、鄂爾多斯和榆林）核心區(qū)域，礦區(qū)煤炭資源豐富，煤層厚、埋藏淺，但自然生態(tài)條件非常脆弱、干旱少雨，歷史上年均降水量僅300—400毫米，而年蒸發(fā)量卻高達2000—2500毫米，礦區(qū)蒸發(fā)量是降水量的6倍以上，水資源顯得彌足珍貴，保水形勢十分嚴峻。

　　隨著神東礦區(qū)生產(chǎn)規(guī)模和開采范圍的不斷擴大，地表水和潛水越來越多地轉(zhuǎn)化為礦井水，礦區(qū)開發(fā)建設初期的哈拉溝、考考賴溝、石圪臺溝、公涅爾蓋溝供水水源地的水源，日漸缺水，甚至枯竭，已經(jīng)無法滿足礦區(qū)開發(fā)建設的需要。

　　“那時，大柳塔煤礦生產(chǎn)、生活用水全部依靠哈拉溝水廠供給，一立方米水要好幾塊錢?！贝罅旱V總工程師陳蘇社對當年的用水窘境記憶深刻。

　　為了擺脫花錢買水、受人制約的困窘，神東煤炭集團公司投資建設了污水處理廠。建成后，將井下污水全部抽排到地面污水處理廠處理。當時設計日處理能力達到12000立方米，礦井水經(jīng)處理后全部達標排放。而此時，井下依然沒有存水設施。

　　那時，礦區(qū)水資源非常短缺，看著經(jīng)過處理的礦井水白白排放掉，白白流失，當時還在生產(chǎn)辦的陳蘇社心里著實覺得可惜。如何能讓礦井水儲存起來，隨用隨取，將這寶貴的地下水資源收集保存起來，不再白白浪費掉？這個念頭一直縈繞在陳蘇社的心頭。

　　憑著對井下地質(zhì)條件的熟知，陳蘇社提出利用井下采空區(qū)儲水的大膽想法，得到礦里的贊同和支持。

　　于是，測量、選址、庫容確定、管路布置等基礎數(shù)據(jù)的收集和計算，填滿了陳蘇社的工作生活。多少個不眠之夜，多少次實地測量，多少回挑燈夜戰(zhàn)，陳蘇社手工繪制出一張2-2煤采空區(qū)儲水設計圖。從此，開啟了礦井地下儲水的新探索。

　　1998年，大柳塔煤礦井下一水平2-2煤第一個采空區(qū)儲水“龍宮”建成。當時1-2煤、2-2煤生產(chǎn)全部從這個“龍宮”取水，利用加壓泵加壓后向工作面供水，此時的井下生產(chǎn)不再使用地面生活用水。這第一座“龍宮”讓大柳塔煤礦如獲至寶，不但節(jié)省了一大筆用水資金，結(jié)束了“用水卡脖”的時代，同時也給陳蘇社和當時的礦領導班子帶來了新的啟發(fā)和思考。

　　隨著神東的發(fā)展，大柳塔煤礦的采掘范圍不斷擴大，礦井用水量也與日俱增。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，地面污水處理廠12000立方米的日處理能力日顯不足，處理不了的污水溢流后遭到地方環(huán)保部門的處罰。于是，陳蘇社和礦里的技術人員又產(chǎn)生了向井下采空區(qū)注入污水的想法。

　　經(jīng)過測量、打孔、開挖水倉、管道對接和安裝注水泵等，一系列基礎工作具備后，2003年，開始向井下采空區(qū)注入部分污水，實現(xiàn)了井下排上來的污水量不超過地面污水處理廠處理能力的目標。

　　“采空區(qū)儲水初試成功，解決了污水處理廠能力不足的問題，又免除了被環(huán)保局罰款的憂慮。但是，供水需要加壓泵，沒有實現(xiàn)自然壓差供水?！崩玫V井采空區(qū)進行儲水復用得到礦里及公司的支持，初嘗甜頭的喜悅讓陳蘇社倍添動力，同時也給他帶來更深度的思考。

　　緩解礦區(qū)生產(chǎn)生活需水量日益增大和地表水源地供水量日漸萎縮的矛盾，并非一日之功，利用采空區(qū)儲水也非一時之舉。如何建造堅不可摧的地下“龍宮”，實現(xiàn)收集、凈化、綜合利用，讓礦井水資源發(fā)揮更大效用，神華集團將這個新課題列為科技創(chuàng)新重大項目之一，神東及大柳塔煤礦，中國礦業(yè)大學及清華大學等相關單位技術人員和專家加入到研究設計的行列。

　　神東礦區(qū)中心區(qū)礦井均開采的是侏羅紀煤層，很多礦井在薄基巖厚松散含水層下開采，煤層開采后會導通基巖裂隙水和第四系孔隙水。隨著礦區(qū)生產(chǎn)規(guī)模和開采范圍的不斷擴大，地表水和潛水越來越多地轉(zhuǎn)化為礦井水，1998年建成的第一個采空區(qū)儲水設施，成功降服了地下“水老虎”，變廢為寶，實現(xiàn)了地下水的循環(huán)再利用。

　　號稱地下“龍宮”的儲水設施的安全性取決于煤柱壩體和人工壩體。由于煤層本身硬度較大，只要煤柱的尺寸留夠，煤柱壩體就是安全的；人工壩體則要按要求把強度設計足夠，保證施工質(zhì)量可靠。只要煤柱壩體和人工壩體都很安全了，地下水庫也就安全了。

　　為了保證施工質(zhì)量，當時身為生產(chǎn)辦設計工程師的陳蘇社連續(xù)十幾個小時盯守在井下施工現(xiàn)場。可是嚴格按照設計圖施工后的壩體還是出現(xiàn)少量滲漏水。陳蘇社上網(wǎng)查詢，請教相關專家后，在混凝土中添加了一種添加劑，它可以使混凝土在凝固過程中產(chǎn)生一定的膨脹性，能快速充滿壩體中的縫隙，使壩體密實無縫，漏水問題迎刃而解。如何讓壩體牢固不倒？近幾年，陳蘇社經(jīng)過認真研究，又想到了“T”字形人工壩體，在人工壩體中部加固一段垂直短墻，T”字形結(jié)構(gòu)具有三角形的穩(wěn)定性，既能強力支撐，又能節(jié)省材料，減小了工程量。

　　人工壩墻內(nèi)工字鋼采用里豎五、中橫三、外豎一的布置方式，壩墻外丁字形支撐墻內(nèi)工字鋼布置為橫三、豎一，工字鋼之間采用電氣焊焊接，頂幫均采用全錨螺紋鋼錨桿，并在工字鋼前后鋪設兩層鋼筋網(wǎng)。壩墻采用混凝土澆筑為一個整體，澆筑完成后采用噴砼的方式封頂及堵漏。經(jīng)清華大學水利專家論證后，墻體安全穩(wěn)定系數(shù)為3.0時，最大承載水位為60米，人工壩體結(jié)構(gòu)安全可靠、穩(wěn)定。

　　就這樣邊干邊探索，攻克了一系列技術難題。通過持續(xù)技術創(chuàng)新，煤礦分布式地下水庫技術應時而生、順勢而為。

　　從2008年到2015年的7年時間，是層間距為155米的一、二兩個水平聯(lián)合實施地下水庫技術階段，此時，井下生產(chǎn)供水直接從“龍宮”取清水，一水平1-2煤和2-2煤利用加壓泵加壓供水；二水平5-2煤通過垂直鉆孔利用自然壓差供水，除了7米大采高綜采面需加壓泵加壓供水以外，其余掘進面和噴霧系統(tǒng)自然壓差1.6-1.7MPa，均可滿足水壓要求，不需再加壓。

　　5-2煤的污水全部泵排至2-2煤，通過回灌設施注入到地下“龍宮”自然凈化。自2013年元月份開始，實現(xiàn)了污水近零升井，地面污水廠基本停用。地下“龍宮”還向洗選中心、橡膠壩和露天開采等通過泵排免費供水，經(jīng)深度處理廠給生活管網(wǎng)免費供水。

　　幾年來，在神華、神東兩級公司的指導和帶領下，大柳塔煤礦技術人員與中國礦業(yè)大學等單位聯(lián)手，進一步深化研究地下水庫技術，創(chuàng)建了涵蓋設計、建設和運行的煤礦分布式地下水庫技術體系；建成了利用采空區(qū)空間儲水、采空區(qū)矸石對水體過濾凈化、自然壓差輸水的煤礦分布式地下水庫，實現(xiàn)了礦井水不外排，有效保護了地下水資源，形成了較為完整的、功能全面、龐大的空間網(wǎng)絡立體水循環(huán)利用系統(tǒng)。

　　目前，大柳塔煤礦地下“龍宮”儲水量約710萬立方米，日回灌量約9790立方米，經(jīng)地下水庫矸石吸附過濾后供井下生產(chǎn)和地面生產(chǎn)生活使用，井下日均復用水量約7770立方米，地面日均使用水量約4500立方米。

　　凡事總是提前考慮謀劃，陳蘇社一直在技術工作上堅持“超前思考、系統(tǒng)思考、空間思考和全面思考”四個思考的工作方法和原則，這是陳蘇社多年的一個工作習慣。早在5-2煤建設初期，他就根據(jù)2-2煤的位置，提前測量、設計，預留了空間和相應硐室，反復思考，認真研究，提前拿出最佳方案。在22406-7綜采面回采結(jié)束后，對22406主運巷封閉時，就提前預留了3個用于水循環(huán)利用的連接5-2煤和2-2煤的垂直鉆孔的位置，鉆孔深度約155米，其中2個是清水抽采利用管道，主要供應5-2煤大巷的噴霧消塵用水和5-2煤采掘面的生產(chǎn)用水；1個是礦井水回灌管道。

　　“搞技術的就要超前考慮。在巷道施工前就要想到水庫的聯(lián)通和利用。這些超前工作得到礦領導的認可，也給了我們各方面的極大支持，所以地下‘龍宮’才得以順利建成連通和不斷完善。”潛心做好一件事，陳蘇社在辛苦中獲得成就感，也體味著其中的快樂。

　　為了確保地下水庫安全運行，實現(xiàn)實時監(jiān)測“龍宮”儲水情況，神東與清華大學和中國煤炭科工集團常州研究院合作，開發(fā)了地下水庫安全監(jiān)測系統(tǒng)。在采空區(qū)上方安裝了兩臺電容式水位計，監(jiān)測“龍宮”水位，通過GPRS信號將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)桨踩O(jiān)測中心；在“龍宮”工作區(qū)安裝了1臺防爆計算機，可以在現(xiàn)場隨時查看“龍宮”運行狀態(tài)和歷史數(shù)據(jù)；兩臺LED顯示屏，能夠?qū)崟r顯示“龍宮”的水位、水質(zhì)、流量、壓力等數(shù)據(jù)。在地面建立安全監(jiān)測系統(tǒng)，利用監(jiān)測系統(tǒng)客戶端，可以在神東信息網(wǎng)覆蓋區(qū)域內(nèi)，隨時監(jiān)測“龍宮”的運行情況。6座井下安全監(jiān)測站可以實現(xiàn)對地下“龍宮”水位、水壓、進出庫水量及壩體應力、應變、變形和滲漏等情況的實時監(jiān)測；5個地面水位觀測孔可以實施傳輸?shù)叵滤畮焖粩?shù)據(jù)，監(jiān)控中心對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，掌握地下“龍宮”的實時運行狀態(tài)。

　　此外，神東煤炭集團公司還制定了《礦井采空區(qū)儲水管理辦法》，嚴格控制地下“龍宮”的儲水高度，水位不得超過警戒水位線，通常壩體處儲水高度控制在6米以下，確保“龍宮”儲水的安全可靠。

　　在礦井生產(chǎn)實踐中，大柳塔煤礦的技術人員經(jīng)過17年的努力，不斷摸索、不斷研究保水開采新思路、新方法、新技術，充分發(fā)揮利用“水往低處流”的原理，首次在井下大膽建設了地下水庫，創(chuàng)造性地設計施工了安全可靠的地下水庫人工壩體，并將井下污水全部回灌到采空區(qū)自然凈化儲存利用，實現(xiàn)污水近零升井；同時，首次成功施工了155米的大垂深垂直鉆孔，并利用“連通器”原理，盡可能地實現(xiàn)自然壓差供水，合理高效循環(huán)利用，讓礦井水牢牢處于人的掌控之中，不僅保護了水資源、保護了環(huán)境，而且節(jié)省了能源，并創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益，為我國煤礦保水開采創(chuàng)造性地開辟了一條嶄新的道路。

　　在神東礦區(qū)萬里煤海，地下水庫技術得到全面推廣應用。截至2015年9月，神東礦區(qū)地下“龍宮”的儲水量達到2499.5萬立方米。其中，大柳塔、上灣、補連塔、榆家梁煤礦等15個礦井已經(jīng)建成35座地下水庫，平均儲水量約71.4萬立方米，歷史最大儲水量達到3100萬立方米。

　　游走于大柳塔煤礦的地下“龍宮”，從1號水庫到2號、3號水庫，一道一道人工壩體將地下“水老虎”牢牢封閉起來，壩體上監(jiān)控探頭如衛(wèi)兵般時刻駐守，不間斷地傳送著“龍宮”各處的運行數(shù)據(jù)。身在其中，耳邊不時傳來管道里“嘩嘩”的涌水聲。雖然看不到水，但我們與幾立方的水只有一墻之隔，心中難免升起恐懼。

　　“萬一哪處管道破裂或是壩體出現(xiàn)問題，那我們會被洪水沖出礦井吧！”

　　雖是句玩笑，但并非杞人之憂。

　　大柳塔總工程師陳蘇社帶記者來到1998年建成的2-2煤第一座水庫人工壩體前，指著銀白色閥門說：“這是最近剛換的兩個不銹鋼閥門，旁邊增加直徑300毫米的新管道與原有的管道連通，成為一道供水新路。原來的舊閥門和管路已經(jīng)封存在混凝土澆筑的綠色墻體內(nèi)，保證不會冒漏。白色壩體已經(jīng)加固并刷漆，做出明顯區(qū)分標志。壓力表實時監(jiān)控水壓情況。你的擔心我們都提前做了預控防護措施?！?/span>

　　“所以說做地下水庫雖是件好事，但是做不好可就成危險了。一旦保水造成水患，損失將無法挽回。因此要做就必須下決心做好、做牢靠！”陳蘇社感慨道。

　　十幾年傾心構(gòu)筑地下“龍宮”的工作經(jīng)歷，讓眼前這位總工有著高出常人的未雨綢繆的憂患意識。

　　“‘龍宮’里存的是黑煤水嗎？”“呵呵，‘龍宮’里注進去的是污水，流出來的是清水，就像鄂爾多斯的羊，吃進去的是草，擠出來的是奶。你來看看?！标愄K社擰開一個閥門，只見清凌凌的水瞬間流出。陳總解釋了“龍宮”儲水凈化的原理。

　　原來，地下水庫的設計建設與采掘活動同步進行，設計要提前研究、提前規(guī)劃，施工分步、分階段實施。采空區(qū)留存的矸石富含碳，結(jié)構(gòu)疏松，對水有很強的過濾和吸附凈化作用。陳蘇社在設計地下‘龍宮’時充分利用“水往低處流”的原理，盡可能利用自然壓差優(yōu)勢存水。采空區(qū)注水考慮選擇水庫底板地勢較高的地方注入，經(jīng)過一定凈化距離，一般在1000米以上，最少不低于500米，凈化距離越大效果越好。長距離流動，水中的懸浮物和有機物濃度明顯降低，并隨凈化距離和凈化時間的延長，凈化效果更為顯著。經(jīng)過檢測，處理后的水質(zhì)可以滿足工業(yè)和綠化用水要求。

　　礦井深處擺放的幾盆花吸引了記者的目光。原來這是陳蘇社親自挑選的發(fā)財樹、綠蘿等花卉，擺放在井下已經(jīng)3個月了，就是用來檢驗凈化后的水質(zhì)?；▋荷鷻C盎然的綠意給出了最好的答案。

　　“通過在各水庫之間安裝連通管道，將同一水平或不同水平的地下水庫之間相互連通，實現(xiàn)庫間水量調(diào)配和突發(fā)情況下水體緊急調(diào)運?！?/span>

　　“一號地下水庫22406礦井水回灌設施由8個回灌孔和配套管路、水泵以及配電設施組成，還有22613運順等5處回灌設施。這些回灌設施將5-2煤生產(chǎn)污水回灌至2-2煤地下水庫進行自然凈化，污水日回灌量約9700多立方米?！标愄K社一邊走一邊介紹。

　　經(jīng)過地下“龍宮”凈化后的礦井水，一部分作為井下生產(chǎn)用水，一部分到地面后，作為電廠冷卻、洗選加工、生態(tài)建設、農(nóng)田灌溉等工、農(nóng)業(yè)用水，經(jīng)深度處理后還可作為生活用水。

　　地下“龍宮”每天輸送約1500立方米的水到地面，供地面生產(chǎn)單位使用?？?，榆樹、山杏、沙棘，樟子松……經(jīng)過“龍宮”水澆灌，如今的大柳塔煤礦區(qū)綠樹掩映，郁郁蔥蔥。

　　分布式地下水庫技術的基本原理，是基于超大工作面開采后，留下的采空區(qū)自然邊界明顯、巖體空隙均勻以及地下水的賦存規(guī)律，對煤礦井下水資源進行保護，充分利用井下采空區(qū)而研發(fā)的地下儲水、循環(huán)再利用技術。大柳塔煤礦的地下“龍宮”既是一座無人、無設備、無電耗、無材耗的“四無”型天然污水處理廠，又是一套無需用泵、無需用電、無需用材、無需用人的“四無”型自然壓差供水系統(tǒng)。以大柳塔煤礦為例，井下生產(chǎn)每年用清水量為280萬立方米，由于井下生產(chǎn)污水實現(xiàn)了零升井，每年可以節(jié)約水費、污水處理費、電費、人工費等費用近6000萬元。

　　地下水庫有效實現(xiàn)了礦井水的循環(huán)利用，受到中國工程院院士的高度評價，以其經(jīng)驗總結(jié)形成的《生態(tài)脆弱區(qū)煤炭現(xiàn)代開采地下水和地表生態(tài)保護關鍵技術》榮獲2013年“中國煤炭工業(yè)科學技術一等獎”，獲得2014年國家科技進步二等獎。《神東礦區(qū)煤礦地下水庫關鍵技術研究與應用》也獲得省部級重獎。

　　目前，神東礦井水年產(chǎn)生量為9800多萬立方米，井上下復用量為6000多萬立方米，復用率達到62%以上，達標排放率100%；2014年累計節(jié)約外購水費、污水處理和外排費11.82億元。

　　神東還利用地下“龍宮”儲存的水資源，向周邊電廠、工業(yè)區(qū)、生活區(qū)和生態(tài)示范園等地供水，昔日的用水大戶以鳳凰涅槃般的執(zhí)著創(chuàng)新，成為地方重要的供水基地。

　　地下“龍宮”成效喜人，建設提高遠未止步。陳蘇社和礦里及相關單位的技術人員又開始規(guī)劃“龍宮”的下一步建設。在二水平5-2煤地下水庫選擇52503面作為規(guī)劃的首個備用地下水庫位置。在5-2煤開采5年后預計在2020年投用，15年后即2030年把2-2煤水庫的水轉(zhuǎn)移到5-2煤地下水庫，然后再開采2-2煤水庫下方煤炭資源；對地下水庫系統(tǒng)進一步檢查、完善、加固、優(yōu)化，不斷提高運行效果和效益。

　　基于對寶貴水資源的切身認識，神東根據(jù)礦區(qū)煤層及水資源的賦存條件，一方面通過創(chuàng)新地面“三區(qū)收集、三級處理、三類循環(huán)、三途徑利用”污水集約化收集處理利用模式，提高廢水利用率，減少污水外排，節(jié)省凈水資源；另一方面在創(chuàng)新超大工作面開采技術、實現(xiàn)地表擾動最小化的基礎上，通過進一步創(chuàng)新分布式地下水庫技術、地表生態(tài)引導修復與自修復促進技術等，在煤炭綠色開采、清潔生產(chǎn)、保護水資源方面探索出了一條光明大道。