作为较早进入“金三角”参与投资建设的能源央企，神华感叹于这方土地天然资源优势的同时，也为这里干旱缺水的自然气候环境所困扰。
煤炭生产，离不开水资源作为支撑。从开采、洗选、发电到煤制油化工，煤炭开发利用全产业链环节中对水资源均有高度需求。
需求旺盛，但水资源供给缺乏。“西部水资源比煤炭资源更重要。”作为煤炭开采水资源保护技术创新带头人，中国工程院院士、神华集团科技发展部总经理顾大钊强调。
面对供需失衡的外部生产环境，神华人寄望于打破煤炭生产与水资源利用的传统关系，另辟蹊径重构二者关系。
20年磨一剑，如今的神东矿区地下已深藏两个西湖容量的地下水库，矿井水在此转移循环，自然净化，为民所用。“水患”变“水利”，神华集团通过科技创新书写一段“治”水传奇。
水一停，生产停
业内，能源产业一直被视作“耗水大户”，其中尤以煤炭产业最为突出。
水资源消耗究竟达到何种程度，顾大钊向《国资报告》记者展示了一组来自国际能源机构(IEA)的统计数据：煤炭全产业链水资源消耗占能源产业水耗的一半以上，按照全球煤炭开发利用的水资源消耗量超过360亿吨计算，中国煤炭开发利用全产业链的水资源消耗每年超过180亿吨。
像是上天的一个玩笑，水资源严重缺乏的西部地区，恰恰是我国煤炭的主要生产区域。神华集团80%以上的煤炭产量集中在西部，这里显然已经成为水资源保护的主战场。
1995年，有着矿山工程与水文地质专业背景的顾大钊，受组织调配到神华集团，担任技术负责人。告别三尺讲台走进一线实践，顾大钊初衷明确：“希望学到的知识，到企业能够用上。”
初到神东矿区的顾大钊，已经察觉到水资源短缺的苗头。随着神东矿区生产规模和开采范围的不断扩大，地表水和潜水越来越多地转化为矿井水，矿区开发建设初期的哈拉沟、考考赖沟、石圪台沟、公涅尔盖沟供水水源地的水源，日渐缺水，甚至枯竭。
物以稀为贵。短缺的资源短缺，直接带来生产经营成本的高企。尤其当生产面临无水可用时，矿区更是难以为继。对此，大柳塔煤矿总工程师陈苏社体会颇深：“在上个世纪，水厂给矿上供水时有时无，水一停，整个井下生产就停了。”
事实上，矿区生产持续开展，必须化解煤炭-水资源协调开发难题。
在此后长达20年的时间里，顾大钊和他的“煤炭开采水资源保护利用与地表生态修复”科技创新团队，扎根于西部开始了一场旷日持久的科研攻坚战。
想法设法保住水
在煤炭生产中，一大问题值得关注：煤炭开采，必然产生大量矿井水。长期以来，煤炭开采过程中一直延续着矿井水外排的传统方法，矿井水利用率长期低于30%，资源浪费严重。
看着白白排放掉的矿井水，顾大钊开始带领团队围绕这一切入口做文章。“一方面缺少水，一方面水还要外排。以问题为导向，我们就琢磨怎么能把水保住，这是一个非常重要的转变。”顾大钊告诉记者。
从1996年起，顾大钊带领团队开始着手进行技术研发。当时，沿着三条技术路线平行向前推进：一是想办法让煤炭开采过程中不产生矿井水;二是如果有水，井下不敢存，能否将其存在地面?三是万不得已，把水存在井下。
不断地探索中，大量的试验证明前两种较为安全的创新路线，可行性上存在问题。首先，就第一种想法而言，西部大规模、高效率煤炭开采中，矿井上覆岩层里面的水必然要渗流至井下，必然产生矿井水，这是无法回避的客观规律。其次，就第二种方法来说，如果对外排的井水进行存储，由于西部干旱的气候环境造成矿井水大量蒸发，且污染地表。
一番比较过后，顾大钊最终选择了第三种方案——想方设法将矿井水留在地下。而这在煤炭产业的技术演变史上，还是一次毫无前例的尝试。
观念的颠覆式创新，意味着顾大钊带领着团队走上了一条完全自主的创新研发之路。以神东矿区为主要依托，这支团队在大胆假设之后，进入了小心求证的关键性阶段。
1996—1998年，通过测量、选址、库容确定、管路布置等基础数据的收集和计算，顾大钊带领团队始终在重复着一件事情，即探索能否在地下留住水的问题。
“实际上煤炭开采形成的采空区是由充满大量空隙的岩体组成，采空区周边有煤柱，把水存在采空区里面不就行了吗!”经过一系列的攻关，顾大钊发现了矿井储水的理论依据。
历时三年，沿着这一理论构想，1998年，大柳塔煤矿井下一水平2-2煤第一个采空区储水“龙宫”建成。虽然每一个工作面储水量仅有5万方，但至少已经完成由零到一的突破。
有了第一次成功的探索，大柳塔矿在持续开采的过程中，延续之前工艺增加工作面，然后再将每一个工作面进行连接，地下储水空间开始以倍数增长。直到2006年，神东矿区成功建成首个储水量达60万方的地下水库。
技术攻坚至此，至少已经证明矿井水地下存储已经成为可行方案。但是井下的水并没有完全存住，还需要向地面排出一部分，水资源污染和浪费的问题并未根本解决。
“之后我们设想，能否在不同煤层，不同区域做很多水库，将水库之间进行连接。”顾大钊提出了新阶段的设想。延续此思路，2010年，神东煤炭集团大柳塔煤矿成为最先建成的地下水库示范工程。产量在3500万吨左右的大柳塔矿，由四个水库组成，大总储水量约710万立方米，相当于一座中型水库规模。目前已成功实现大柳塔矿的矿井水不外排。
凭借强烈的专利成果保护意识，顾大钊及其团队的发明专利“一种矿井地下水的分布式利用方法”获第十七届中国专利奖金奖，而自奖项1989成立以来，煤炭行业仅有三项发明专利获得金奖。
不安全谁也不敢干
从地质构造来看，散布于神东矿区中心区的很多矿井，均是在薄基岩厚松散含水层下开采，煤层开采后会导通基岩裂隙水和第四系孔隙水。随着矿区生产规模和开采范围的不断扩大，地表水和潜水越来越多地转化为矿井水，对于生产安全的考量显得至关紧要。
传统意义上，矿井水大量外排的生产技艺，是基于安全生产的考虑。在顾大钊看来，将矿井水存于地下，其最大的难题也就是安全问题。围绕安全问题展开攻关，这是科技创新团队持续发展的着力点。二十年的攻关基础上，顾大钊信心十足：“我们已经实现安全条件下进行储水。”
这份信心究竟来自于何处?依旧从技术创新中寻求答案。
煤矿井下有“五害”：顶板、水、火、瓦斯和煤尘。其中，就煤矿水害而言，目前我国矿井水引起的事故占煤矿水害总事故的80%以上矿井水害事故占煤炭事故的80%左右。提及安全事故，顾大钊抛出了一个令人好奇的问题：矿井水都排出去了，怎么会成为水害呢?对此，他答道：“虽然我们是把矿井水排出来了，但更多时候你根本不知道矿井水在哪，根本没有排出来。”
对待这只“林中之虎”，神华人想出了一套独特的对策。煤矿地下水库坝体由安全煤柱和人工坝体组成，结构特殊，荷载复杂。对此，顾大钊带领这支创新团队建立了煤柱坝体和人工坝体参数计算模型，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。
“我们用人工坝体掏槽连接技术把水圈起来，水还是原来的水，但是我们理解，它已成了‘笼中之虎’。”顾大钊向记者描述。
此外，为了确保地下水库安全运行，神东与清华大学、中国煤炭科工集团常州研究院合作，开发了地下水库安全监测系统。
“每一个水库里面有多少水，它的水位有多少，水量有多少，水库周边的坝体的应力变形情况，在我们地面的检测中心各个人的手机上都可以实时反映出来，只有这样才能保证它的安全，不安全谁也不敢干。”顾大钊表示。
当矿井水实现安全存储后，按照顾大钊及其技术团队的构想，地下水库最终在于实现水资源的循环利用。因此，水质同样成为制约其安全性的关键因素。
近年来，煤矿地下水库库前沉淀、井下模块化处理、库内净化“三位一体”水处理技术得到突破，使采空区成为高效率、低成本的水处理工厂。
以大柳塔煤矿为例，技术人员与中国矿业大学(北京)清华大学等单位联手，进一步深化研究地下水库技术，创建了涵盖设计、建设和运行的煤矿分布式地下水库技术体系;建成了利用采空区空间储水、采空区矸石对水体过滤净化、自然压差输水的煤矿分布式地下水库，实现了矿井水不外排，有效保护了地下水资源，形成了较为完整的、功能全面、庞大的空间网络立体水循环利用系统。
技术的成熟带来了巨大的社会及经济效益。截至目前，神东矿区建成煤矿地下水库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，建设煤制油供水工程(1000万方/年)，并为周边电厂供水。近三年来，神东矿区因节水创造经济效益超过30亿元。
需求牵引法则
冲破传统煤炭生产技术的束缚，顾大钊及其科技创新团队的颠覆性价值在于，改变了矿井水外排的非可循环利用方式，实现煤炭开采过程中，不把水排到地表而是存在井下，不仅供井下循环使用，还供给地面的生产、生活和生态使用。成功探索出了一条煤炭开采水资源保护利用的科学路径。
针对此项技术，神华集团在委托国家知识产权局发展研究中心所作的知识产权评议报告里，有这样一项评议结论：神华集团是全球范围内，该领域主要的专利申请人和专利权人，目前没有能带来专利风险的竞争对手。
20年光阴，3亿总投入，当人们感慨于这支团队久久为功的毅力时，来自于企业组织的制度保障和创新土壤更值得关注和深思，恰恰是创新机制的作用的发挥，才更为深刻、持久。
“大家都认为这是不可能的事，并且也非常危险。为什么神华就可以完成?实际上，就是依靠需求牵引。”回顾艰辛的创新之路，顾大钊总结道。
与美、俄、澳等其他世界煤炭大国有所不同，中国面临着水资源极为匮乏的严峻局面。这一领域，中国企业没有成功技术和成熟经验可供借鉴。神华集团作为以煤炭为基础的能源央企，创新动力更多来自于危机感和责任意识。
以需求为牵引，集中体现为企业的研发投入力度。身处科技领域，顾大钊深知科技创新是一项“暴利”事业。因此，神华集团多年按需投入研发费用。也正是得益于需求牵引法则，神华科技项目通常按照实际生产需要来设置，项目完成后，科技创新成果也随之转化为企业生产力。
凭借创新成果的积累，2015年，神华集团“煤炭开采水资源保护与利用”国家重点实验室得到国家批复，这一国家最高研发平台的设立，更是被顾大钊看做是集团创新的一次里程碑事件。成立国家重点实验室的目的在于进一步发挥制度优势、整合创新资源、大幅提升重大原创能力，这对于神华集团而言，更像是科技创新的一次自我升级。
“为什么央企科技创新还未达到理想程度，主要原因还是激励机制不够，这是核心。央企重点实验室和学校、研发单位有所不同，不但要出技术、出人才，还要出机制。”谈及未来升级方向，顾大钊表示。
更大程度释放央企创新活力，源自机制层面更多的激励与松绑。实施公司“十百千万”人才工程，设立集团公司科技著作出版基金，制定实施科技成果转化创效分配机制，对获得国家和省部级奖的团队及个人予以配套奖励等改革举措，已被一一写进神华集团《关于推进科技创新工作的决定》之中，成为改革与创新的重点方向。
眼下，从技术到人才，从平台到机制，顾大钊及其创新团队依旧面临诸多挑战。以20年技术创新周期为节点再出发，他们的创新故事仍在延续。(原载于《国资报告》2017年第3期)
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