第17届中国专利奖获奖名单上，“一种矿井地下水的分布式利用方法”荣获中国专利奖金奖，成为自1989年该奖项设立以来煤炭行业获得的第三个中国专利金奖。
今年9月国家科技部公布了第三批企业国家重点实验室建设名单，神华集团“煤炭开采水资源保护与利用”国家重点实验室正式获批，成为整个煤炭行业仅有的8个国家级重点实验室之一！
赫赫荣誉和卓越的科技创新水平，将这个二十年来专注如一，行事低调的团队——神华集团“煤炭开采水资源保护利用与地表生态修复”科技创新团队带进了公众的视野。
需求引领换思维——着力将矿井水有效储存
我国人均水资源量仅占世界的四分之一左右，且水资源分布严重不均。水资源既是制约我国经济社会发展的重要因素，也是全球紧缺的重要战略资源。
据中国工程院院士、煤炭开采水资源保护与利用重点实验室主任顾大钊介绍，中国西部的晋、陕、蒙、宁、甘五个省区，煤炭储量占我国探明的三分之二左右，产量占全国的70%左右，但水资源量仅占3.9%。水资源短缺、生态脆弱和煤炭资源开发利用之间存在巨大矛盾。
煤炭开采过程中，每生产1吨煤平均产生2吨矿井水，我国煤炭年产量约38亿吨，每年约产生矿井水80亿吨。但矿井水利用率仅为25%左右，尤其西部矿区，蒸发量是年降雨量的6倍左右，大量矿井水外排后很快蒸发损失。“水资源短缺已成为我国西部煤炭开发和经济社会发展的瓶颈，如何保护利用好宝贵的矿井水资源意义重大。”顾大钊说道。
作为团队核心人物，顾大钊早在20年前，就已经意识到这个问题，并和其团队开始进行煤炭开采水资源保护利用项目的技术研发。从此理论与实践并行，无数次模拟分析，无数个加班日夜。“顾院士经常加班，甚至是周末都在集团，导致我们集团的保安都认识顾院士”这是神华集团内部关于顾大钊的一个“小段子”。
科技创新和技术研发不能靠运气，他们从1996年开始研发这个项目，设想了三条技术路：一是想办法在煤炭开采过程中不产生矿井水；二是如果避免不了矿井水，能不能把水存在地面；三是把水存在井下。三条技术路线同时进行。
为了不产生矿井水，团队曾经想过充填开采技术和限高开采技术，但都会造成大量煤炭资源无法开采。也就是说想要在西部大规模、高效率开采煤炭，必然产生矿井水。同时，该团队也曾研究过在地表做一个类似于水库的设施，来储存矿井水，但因西部地区蒸发量过大，水根本存不住。最终，团队把目光锁定在第三条技术路线上。
1996到1998年，建成了第一个工作面储水设施，存水5万方，同时，把每一个工作面加大，将好多工作面连到一块，扩大了储水空间；
1998到2006年，建成了第一个地下水库，储水60万方，但是水还会外排；
2006到2010年，在不同煤层、不同区域做很多的水库，然后把水库连接，到2010年，终于大柳塔煤矿建成了第一个分布式地下水库，储水710万方，由四个水库组成，同时实现了矿井水不外排。
截至2015年底，神东矿区已建成煤矿地下水库35座，年供水超过6000万方，供应了矿区95%的用水，保障了世界唯一2亿吨级水资源供应。
直面矿井水隐患——建立地下水库安全防护
常说煤矿有“五害”：水、火、瓦斯、煤尘、顶板，而水害事故是煤炭发生概率最高的事故类型，相关数据显示，仅2008至2012年我国煤矿水害事故就有212起，其中采空区透水事故占水害事故总数的90%以上。据安监总局网站消息，仅今年6月下旬至7月初，贵州省、山西省就连续发生4起煤矿水害事故。
正是由于这样的“恩怨”，多年来为了井下安全生产，将矿井水抽采到地面导致矿井水的利用率低。但安全生产是不可逾越的红线，地下水库面临最关键的技术攻关，就是安全问题。
为了保障安全，团队对煤矿地下水库关键技术进行了一一攻克，预测地下水库来水量；发明由储水系数和储水体积确定煤矿地下水库库容的方法；针对煤柱坝体和人工坝体连接处，结构的薄弱环节，研发了人工坝体掏槽连接技术。
神东煤炭集团有限公司副总工程师贺安民指出，团队研发地下水库 “三重防护”技术，一是库间调水技术，保障每个水库的水量都不超标；二是实时监控地下水库坝体应力变形技术；三是应急泄水技术，保障在突发情况下的突然冒水时可以及时泄水，保障安全。同时，提出了地震（矿震）条件下煤矿地下水库安全性评价方法，模拟研究表明，同等条件下，煤矿地下水库较地面水库更安全。
如今，在神东矿区，每一个水库里面有多少水，水位有多少，水量有多少，水库周边的坝体的应力变形是什么样的，地面每个人的手机上都可以实时反映出来。
解决了安全储水问题，还要考虑安全用水问题。团队研发了库前沉淀、井下模块化处理、库内净化“三位一体”水处理技术，使采空区成为高效率、低成本的水处理工厂，使处理后的矿井水更加符合用水标准。、
化解敌对为共赢——实现安全经济社会效益
目前，研发的煤矿地下水库技术在世界最大的井工矿区—神东矿区已经全面推广应用。
“神东矿区外购1吨水需要13.5元。原来将矿井水抽到地表要花钱，在地表处理水要花钱，处理完了外排还要花钱，外排1吨矿井水需要花费3元至5元。如果没有这项技术，神东矿区用1吨水的成本在15元以上。使用矿井水的完全成本为每吨2元左右。因为在井下建水库充分利用了原有设施和自然条件，成本低。”顾大钊说，神东矿区已由耗水大户变成了水源地，原来沙漠化的地表生态变成了绿洲。
以2011年～2013年为例，神东矿区地下水库给矿区井下供水4000万方，给地面供水4500万方，三年累计节水8500万方，因节水和减排矿井水节约费用新增利润15.91亿元，应用地下水库技术提高了煤炭回收率，仅大柳塔煤矿三年累计多回收煤炭1922.6万吨。
而近三年，煤矿地下水库供水量近2亿方，节约购水费用、矿井水外排处理费用28.52亿，为矿区发展提供了水资源保障。
除了为本矿区供水，神东矿区地下水库还向神华集团电厂及煤制油项目供水。因此，这一技术成果已在神华所属的乌海能源公司、包头能源公司、大雁集团推广应用，并在神宁煤业集团、神新能源公司、神宝能源公司、神延煤炭公司等规划实施。
煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室副主任李全生讲到，大柳塔煤矿的地下水库不仅实现了自给自足，还免费向周边的居民提供生活用水，用于灌溉、畜牧业等。
首创的煤矿地下水库技术相继被国土资源部、国家发改委和科技部作为先进技术在全国进行推广应用，世界煤炭协会制作了煤矿地下水库专题案例，在世界主要煤炭国家推广应用。
据顾院士介绍，西部地区矿井大部分适合建设地下水库。如果在西部矿区推广这一技术，每年可有效保护30多亿吨矿井水，相当于1.5亿千瓦装机容量火电厂（耗水14亿吨）、1亿吨煤制油（耗水6亿吨）、1000亿立方米煤制天然气（耗水7亿吨）、2万口页岩气井（耗水3亿吨）一年所需的水资源总量，预计5-10年，我国西部煤炭开采矿井水利用率将由目前的不足30%提高到60%！
而这个低调科研的团队，实现了让煤炭和水这两种战略资源，从“水火不容”到协同发展。
