綠色開(kāi)采的概念（課堂PPT）

1、1 綠色開(kāi)采的概念與技術(shù)框架綠色開(kāi)采的概念與技術(shù)框架23煤炭產(chǎn)量，億煤炭產(chǎn)量，億t t年度年度200020052015203010.0 21.932.038.0 中國(guó)煤炭產(chǎn)量預(yù)測(cè)中國(guó)煤炭產(chǎn)量預(yù)測(cè)p 制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的突出瓶頸是能源。p 我國(guó)煤炭資源量超過(guò)5.5萬(wàn)億噸，居 世界第3位，是中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最可 靠的能源保障。p 煤炭占我國(guó)一次能源的70%以上， 2050年仍將占50%以上。p 我國(guó)煤炭資源嚴(yán)重受安全與環(huán)境和區(qū) 位條件制約。 20092009年中國(guó)煤炭產(chǎn)量占世界比重年中國(guó)煤炭產(chǎn)量占世界比重20092009年中國(guó)能源結(jié)構(gòu)年中國(guó)能源結(jié)構(gòu)4 對(duì)土地資源的破壞地表塌陷、水土流失、沙漠化嚴(yán)重破壞

2、土地資源。地表塌陷、水土流失、沙漠化嚴(yán)重破壞土地資源。平均每采萬(wàn)噸原煤造成塌陷土地平均每采萬(wàn)噸原煤造成塌陷土地0.2-0.30.2-0.3公頃，每公頃，每年新增塌陷地約年新增塌陷地約3-43-4萬(wàn)公頃。萬(wàn)公頃。以山西省為例，截至以山西省為例，截至20072007年，煤炭地下采空面積占年，煤炭地下采空面積占全省面積的全省面積的6%6%（約（約5000km5000km2 2）。）。6塌陷區(qū)7年份采煤量（億t）采空塌陷累積面積（km2） 采 空 區(qū) 面積(km2)采空區(qū)占山西省面積(%)產(chǎn) 量 增 長(zhǎng)率（%）19992.281810000.6420002.5100013000.8313.642001

3、2.689145918501.197.5620023.7175926401.6937.620034.35231035542.2817.5720045.02294050003.2115.420055.5345070004.499.5620065.81413080005.135.6420076.55000100006.4111.88煤炭開(kāi)采造成的地表塌陷調(diào)查煤炭開(kāi)采造成的地表塌陷調(diào)查8山西省地面塌陷系數(shù)的確定山西省地面塌陷系數(shù)的確定年份歷年采空塌陷面積凈增量(km)噸煤塌陷(公頃/萬(wàn)t)20001820.7320014591.7120023000.8120035511.2720046301.252

4、0055100.9320066801.1720078701.34910 對(duì)地面建筑物及人文環(huán)境的破壞導(dǎo)致村莊被迫遷徙。以淮北礦業(yè)集團(tuán)為例，2001年，13個(gè)村莊因采煤塌陷被迫搬遷，共計(jì)1412戶、5535人遷徙。11“三下三下”壓煤?jiǎn)栴}壓煤?jiǎn)栴} 我國(guó)的煤炭資源我國(guó)的煤炭資源回收率僅為回收率僅為40%左右，左右，“三下三下”（村莊下、道（村莊下、道路下、水體下）壓煤是路下、水體下）壓煤是其重要根源。其重要根源。 新汶礦區(qū)新汶礦區(qū)“三下三下”壓煤高達(dá)壓煤高達(dá)2.67億噸，占億噸，占可采儲(chǔ)量的可采儲(chǔ)量的70%多。多。12 煤炭開(kāi)采過(guò)程中，人為疏干排水和采動(dòng)形成的導(dǎo)水裂隙對(duì)煤系含水層的自然疏干，破壞了

5、地下水資源。同時(shí)，造成區(qū)域含水層水位下降，形成大規(guī)模地下水降落漏斗，直接影響到區(qū)域水文地質(zhì)條件。 開(kāi)采產(chǎn)生的地表變形往往影響到地表水體(河流、湖泊、井泉等)，從而使部分溝泉水量減少甚至干涸，影響當(dāng)?shù)鼐用裾５纳a(chǎn)生活，進(jìn)而影響區(qū)域植被生長(zhǎng)，甚至土地沙漠化。 這一問(wèn)題在西部缺水地區(qū)顯得尤為突出。 我國(guó)每年采煤破壞地下水22億m3/a。 山西省通過(guò)對(duì)5403個(gè)煤礦排水量的統(tǒng)計(jì)，平均開(kāi)采1t煤炭，礦井排水0.87t，使本來(lái)缺水的山西環(huán)境受到進(jìn)一步破壞。 如晉祠泉在1954年的流量為2m3/min，由于晉祠泉域內(nèi)西山煤田的大規(guī)模開(kāi)采，泉水流量逐漸減少，于1994年5月斷流。 由于煤礦開(kāi)采破壞地下水而引

6、起當(dāng)?shù)鼐用袷ワ嬘盟吹那闆r在媒體上也時(shí)有報(bào)道。 以山西為例，采煤破壞地下水4.2億m3/a，導(dǎo)致井水位下降或斷流共計(jì)3218個(gè)，影響水利工程433處，水庫(kù)40座，輸水管道793890m；造成1678個(gè)村莊、812715口人、108241頭牲畜飲水困難。使本來(lái)缺水的山西環(huán)境受到進(jìn)一步破壞。16 煤礦突水災(zāi)害與水資源破壞煤礦突水災(zāi)害與水資源破壞我國(guó)我國(guó)60%的礦區(qū)為的礦區(qū)為石碳二疊系含煤地層石碳二疊系含煤地層,其其中中80%受到嚴(yán)重的突水受到嚴(yán)重的突水危險(xiǎn)。危險(xiǎn)。現(xiàn)在，我國(guó)每年排現(xiàn)在，我國(guó)每年排出礦井水出礦井水60億億m3左右，左右，只利用只利用25%左右，造成左右，造成礦區(qū)水源枯竭、水與生礦區(qū)

7、水源枯竭、水與生態(tài)環(huán)境的破壞。態(tài)環(huán)境的破壞。17Water inrush主要來(lái)自礦井排出的瓦斯和矸石山的自燃。瓦斯即煤層氣，它是比CO2還嚴(yán)重21倍的溫室氣體，也是導(dǎo)致煤礦重大安全事故的根源。同時(shí)瓦斯又是最好的清潔能源。建國(guó)以來(lái)，我國(guó)煤礦發(fā)生煤與瓦斯突出事故1500余次，僅2001年由于瓦斯事故的死亡人數(shù)達(dá)2356人，為煤礦總死亡人數(shù)的40%。煤礦每年向大氣排放瓦斯70-190億m3。19煤礦瓦斯災(zāi)害與瓦斯排放煤礦瓦斯災(zāi)害與瓦斯排放 中國(guó)在地下中國(guó)在地下2000 m范圍范圍內(nèi)具有內(nèi)具有3035萬(wàn)億萬(wàn)億m3煤層煤層氣資源氣資源,每年排放煤礦瓦每年排放煤礦瓦斯斯70190億億m3。 煤礦瓦斯災(zāi)害嚴(yán)

8、重，煤礦瓦斯災(zāi)害嚴(yán)重，2004年底至年底至2005年初，年初，大平煤礦、陳家山煤礦、大平煤礦、陳家山煤礦、孫家灣煤礦接連發(fā)生孫家灣煤礦接連發(fā)生3起起一次死亡百人以上特大一次死亡百人以上特大瓦斯事故。瓦斯事故。高瓦斯及煤高瓦斯及煤與瓦斯突出與瓦斯突出低瓦斯低瓦斯20Gas explosion underground21我國(guó)現(xiàn)有矸石山我國(guó)現(xiàn)有矸石山1600余座，余座，堆積量超過(guò)堆積量超過(guò)45億億t，占地超，占地超過(guò)過(guò)15000 hm2。目前每年產(chǎn)。目前每年產(chǎn)矸量超過(guò)矸量超過(guò)3.5億億t。矸石山除了占用大量的土矸石山除了占用大量的土地資源外，還會(huì)嚴(yán)重污染地資源外，還會(huì)嚴(yán)重污染空氣和地下水，甚至存在空

9、氣和地下水，甚至存在滑坡與爆炸危險(xiǎn)?；屡c爆炸危險(xiǎn)。 22 1966年在英國(guó)南威爾士的阿邦芳，年在英國(guó)南威爾士的阿邦芳，1座高達(dá)座高達(dá)60 m的矸石山的矸石山滑塌，滑塌，11萬(wàn)萬(wàn)m3的矸石垮塌下來(lái)，使的矸石垮塌下來(lái)，使100多人喪生。造成這次多人喪生。造成這次事故的原因是矸石堆在事故的原因是矸石堆在1個(gè)礦泉上，使矸石山內(nèi)水量達(dá)到飽個(gè)礦泉上，使矸石山內(nèi)水量達(dá)到飽和，降低了矸石山的穩(wěn)定性。和，降低了矸石山的穩(wěn)定性。 2004年年2月月28日，國(guó)投新集一礦煤矸石山坍塌，日，國(guó)投新集一礦煤矸石山坍塌，2人被埋。人被埋。救援過(guò)程中，煤矸石再次坍塌，又導(dǎo)致救援過(guò)程中，煤矸石再次坍塌，又導(dǎo)致6人被埋。人被埋

10、。2005年年5月月15日，河南平煤集團(tuán)四礦矸石山爆炸后發(fā)生塌日，河南平煤集團(tuán)四礦矸石山爆炸后發(fā)生塌方，煤灰和矸石從數(shù)十米高處噴涌而下，致使方，煤灰和矸石從數(shù)十米高處噴涌而下，致使100 m外外18間間民房不同程度地受損，造成民房不同程度地受損，造成8人遇難，人遇難，16日凌晨日凌晨1時(shí)矸石山中時(shí)矸石山中部又突然發(fā)生熱氣煤塵（碎矸石）噴出，致使搶險(xiǎn)救災(zāi)人員部又突然發(fā)生熱氣煤塵（碎矸石）噴出，致使搶險(xiǎn)救災(zāi)人員115人受傷。人受傷。 煤炭開(kāi)采造成的環(huán)境破壞大大超出了礦區(qū)環(huán)境容量，煤炭開(kāi)采造成的環(huán)境破壞大大超出了礦區(qū)環(huán)境容量，我國(guó)煤炭開(kāi)采是以犧牲環(huán)境為代價(jià)的。而煤炭作為我國(guó)煤炭開(kāi)采是以犧牲環(huán)境為代價(jià)

11、的。而煤炭作為我國(guó)的主要能源的狀況在短期內(nèi)難以改變，為了避我國(guó)的主要能源的狀況在短期內(nèi)難以改變，為了避免開(kāi)采對(duì)礦區(qū)環(huán)境的繼續(xù)破壞，響應(yīng)國(guó)務(wù)院關(guān)于免開(kāi)采對(duì)礦區(qū)環(huán)境的繼續(xù)破壞，響應(yīng)國(guó)務(wù)院關(guān)于促進(jìn)煤炭工業(yè)健康發(fā)展的若干意見(jiàn)的要求，國(guó)家促進(jìn)煤炭工業(yè)健康發(fā)展的若干意見(jiàn)的要求，國(guó)家和煤炭行業(yè)必須考慮煤炭資源與環(huán)境協(xié)調(diào)開(kāi)采問(wèn)題，和煤炭行業(yè)必須考慮煤炭資源與環(huán)境協(xié)調(diào)開(kāi)采問(wèn)題，轉(zhuǎn)變煤炭開(kāi)采理念，開(kāi)展煤炭資源綠色開(kāi)采技術(shù)研轉(zhuǎn)變煤炭開(kāi)采理念，開(kāi)展煤炭資源綠色開(kāi)采技術(shù)研究，依靠技術(shù)進(jìn)步，將煤炭生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)自然資源和究，依靠技術(shù)進(jìn)步，將煤炭生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)自然資源和生態(tài)環(huán)境的影響降低到最小程度。生態(tài)環(huán)境的影響降低到最小程度。提

12、出并盡快形成煤礦的“綠色開(kāi)采技術(shù)”已迫在眉睫。事實(shí)上，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)教授錢鳴高院士及其領(lǐng)導(dǎo)的課題組，從20世紀(jì)九十年代初已開(kāi)始了有關(guān)“綠色開(kāi)采技術(shù)”的研究和實(shí)踐。在長(zhǎng)期研究和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，錢鳴高院士正式提出了煤礦綠色開(kāi)采的理念及其技術(shù)體系。煤礦綠色開(kāi)采的內(nèi)涵 煤礦綠色開(kāi)采以及相應(yīng)的綠色開(kāi)采技術(shù),在基本概念上是從廣義資源的角度上來(lái)認(rèn)識(shí)和對(duì)待煤、瓦斯、水、土地、矸石等一切可以利用的各種資源；基本出發(fā)點(diǎn)是從開(kāi)采的角度防止或盡可能減輕開(kāi)采煤炭對(duì)環(huán)境和其他資源的不良影響；基本手段是控制或利用采動(dòng)巖層破斷運(yùn)動(dòng)；目標(biāo)是在取得經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí),實(shí)現(xiàn)最佳的環(huán)境效益和社會(huì)效益。煤礦綠色開(kāi)采的特點(diǎn)之一 從廣義資源的角度

13、論，在礦區(qū)范圍內(nèi)從廣義資源的角度論，在礦區(qū)范圍內(nèi)的的煤炭；地下水；煤層內(nèi)所涵的瓦斯；土地以至于煤矸石以及在煤層附近的其他礦床都應(yīng)該是經(jīng)營(yíng)這個(gè)都應(yīng)該是經(jīng)營(yíng)這個(gè)礦區(qū)的開(kāi)發(fā)對(duì)象而加以利用。礦區(qū)的開(kāi)發(fā)對(duì)象而加以利用。 礦井瓦斯定義：礦井中主要由甲烷為主的有害氣體。-煤層氣 瓦斯抽放-煤層氣開(kāi)采（抽采） 礦井水文地質(zhì)類型：根據(jù)礦井水文地質(zhì)條件、涌水量、水害情況和防治水難易程度，類型。煤礦綠色開(kāi)采的特點(diǎn)之二 從開(kāi)采的角度采取措施，從源頭消除或減少采礦對(duì)環(huán)境的破壞；而不是先破壞后治理。因而，矸石的井上處理與土地復(fù)墾是屬于環(huán)境治理問(wèn)題，而不屬于綠色開(kāi)采問(wèn)題。煤礦綠色開(kāi)采的特點(diǎn)之三開(kāi)采引起環(huán)境與主要安全問(wèn)題的發(fā)

14、生都開(kāi)采引起環(huán)境與主要安全問(wèn)題的發(fā)生都與開(kāi)采后造成的巖層運(yùn)動(dòng)有關(guān)（巖體不與開(kāi)采后造成的巖層運(yùn)動(dòng)有關(guān)（巖體不破壞上述問(wèn)題都不會(huì)發(fā)生），因而，綠破壞上述問(wèn)題都不會(huì)發(fā)生），因而，綠色開(kāi)采的重大基礎(chǔ)理論為：色開(kāi)采的重大基礎(chǔ)理論為：1 1）采礦后巖層內(nèi)的）采礦后巖層內(nèi)的“節(jié)理裂隙場(chǎng)節(jié)理裂隙場(chǎng)”分布分布 以及離層規(guī)律；以及離層規(guī)律；2 2）開(kāi)采對(duì)巖層與地表移動(dòng)的影響規(guī)律）開(kāi)采對(duì)巖層與地表移動(dòng)的影響規(guī)律3）水與瓦斯在裂隙巖體中的滲流規(guī)律；）水與瓦斯在裂隙巖體中的滲流規(guī)律；4）巖體應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律及巖層控制技術(shù)）巖體應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律及巖層控制技術(shù)因而，一定程度上綠色開(kāi)采技術(shù)可叫做因而，一定程度上綠色開(kāi)采技術(shù)可叫做

15、“基于巖層控制的綠色開(kāi)采技術(shù)基于巖層控制的綠色開(kāi)采技術(shù)”。綠色開(kāi)采符合： 科學(xué)采礦的要求 煤炭循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求科學(xué)采礦的三原則安全原則環(huán)保原則經(jīng)濟(jì)原則資源開(kāi)采資源開(kāi)采傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式自然界自然界廢物污染廢物污染物品消費(fèi)物品消費(fèi)產(chǎn)品制造產(chǎn)品制造資源開(kāi)采資源開(kāi)采生產(chǎn)末端治理運(yùn)行模式生產(chǎn)末端治理運(yùn)行模式自然界自然界物品消費(fèi)物品消費(fèi)產(chǎn)品制造產(chǎn)品制造技術(shù)技術(shù)治理治理污染污染廢物廢物廢水廢水廢氣廢氣循環(huán)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式循環(huán)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式廢棄物廢棄物產(chǎn)品產(chǎn)品資源資源再循環(huán)再循環(huán)再利用再利用減量化減量化循環(huán)經(jīng)濟(jì)的三原則循環(huán)經(jīng)濟(jì)的三原則（3R原則）原則） 減量化原則（減量化原則（Reducing）

16、減物質(zhì)化原則減物質(zhì)化原則 再利用原則（再利用原則（Reusing） 反復(fù)利用原則反復(fù)利用原則1. 資源化原則（資源化原則（Recycling）再生利用原則）再生利用原則建建筑筑材材料料充充填填材材料料凈凈化化利利用用充充填填載載體體開(kāi)采沉陷開(kāi)采沉陷礦井廢水礦井廢水瓦斯涌出瓦斯涌出保保水水開(kāi)開(kāi)采采充充填填開(kāi)開(kāi)采采煤煤與與瓦瓦斯斯共共采采綠綠色色開(kāi)開(kāi)采采技技術(shù)術(shù)煤產(chǎn)品煤產(chǎn)品采場(chǎng)空區(qū)采場(chǎng)空區(qū)煤化工煤化工發(fā)電廠發(fā)電廠鍋爐鍋爐外排矸石外排矸石井下充填井下充填巖層移動(dòng)巖層移動(dòng)建筑損壞建筑損壞農(nóng)田塌陷農(nóng)田塌陷污染大氣污染大氣爆炸事故爆炸事故粉煤灰粉煤灰廢渣廢渣井巷矸石井巷矸石占用耕地粉碎破碎潔潔凈凈煤煤技技

17、術(shù)術(shù)煤炭開(kāi)采煤炭開(kāi)采煤炭循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)途徑煤炭循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)途徑建建筑筑材材料料充充填填材材料料凈凈化化利利用用充充填填載載體體開(kāi)采沉陷開(kāi)采沉陷礦井廢水礦井廢水瓦斯涌出瓦斯涌出保保水水開(kāi)開(kāi)采采充充填填開(kāi)開(kāi)采采煤煤與與瓦瓦斯斯共共采采綠綠色色開(kāi)開(kāi)采采技技術(shù)術(shù)煤產(chǎn)品煤產(chǎn)品采場(chǎng)空區(qū)采場(chǎng)空區(qū)煤化工煤化工發(fā)電廠發(fā)電廠鍋爐鍋爐外排矸石外排矸石井下充填井下充填巖層移動(dòng)巖層移動(dòng)建筑損壞建筑損壞農(nóng)田塌陷農(nóng)田塌陷污染大氣污染大氣爆炸事故爆炸事故粉煤灰粉煤灰廢渣廢渣井巷矸石井巷矸石占用耕地粉碎破碎潔潔凈凈煤煤技技術(shù)術(shù)煤炭采掘煤炭采掘煤炭循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)途徑煤炭循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)途徑42煤炭開(kāi)采煤炭開(kāi)采巖層移動(dòng)巖層移動(dòng)排放矸石排放

18、矸石地下水流失地下水流失與突水事故與突水事故瓦斯卸壓流動(dòng)、瓦斯事瓦斯卸壓流動(dòng)、瓦斯事故與排放瓦斯污染環(huán)境故與排放瓦斯污染環(huán)境地表塌陷、土地地表塌陷、土地與建筑物損害與建筑物損害占用土地占用土地污染環(huán)境污染環(huán)境保水開(kāi)采保水開(kāi)采煤與瓦斯共采煤與瓦斯共采減沉開(kāi)采減沉開(kāi)采矸石減排矸石減排地下氣化開(kāi)采地下氣化開(kāi)采綠色開(kāi)采綠色開(kāi)采關(guān)關(guān)鍵鍵層層理理論論一、煤礦綠色開(kāi)采的技術(shù)框架44部分開(kāi)采充填開(kāi)采協(xié)調(diào)開(kāi)采條帶開(kāi)采房柱式開(kāi)采部分充填全部充填減緩地表沉陷、保護(hù)土地資源、回收建筑物下壓煤減沉開(kāi)采減沉開(kāi)采技術(shù)體系減沉開(kāi)采技術(shù)體系二、減沉開(kāi)采技術(shù)體系二、減沉開(kāi)采技術(shù)體系 45二、減沉開(kāi)采技術(shù)體系二、減沉開(kāi)采技術(shù)體系

19、46三、保水開(kāi)采技術(shù)體系三、保水開(kāi)采技術(shù)體系 保護(hù)地下水資源井下排水的凈化與循環(huán)利用技術(shù)含水層不破壞或破壞后能恢復(fù)的采煤技術(shù)保水開(kāi)采47四、煤與瓦斯共采技術(shù)體系四、煤與瓦斯共采技術(shù)體系 48 五、矸石減排技術(shù)體系五、矸石減排技術(shù)體系4950 CH4 TreeTreeHouseBuilding 2FactoryTreeTreeCH4 煤炭開(kāi)采引起的一系列安全和環(huán)境問(wèn)題都與煤炭開(kāi)采引起的一系列安全和環(huán)境問(wèn)題都與采動(dòng)巖層破斷與運(yùn)動(dòng)有關(guān)。采動(dòng)巖層破斷與運(yùn)動(dòng)有關(guān)。開(kāi)采沉陷開(kāi)采沉陷突水事故突水事故突水事故突水事故瓦斯抽放瓦斯抽放瓦斯事故瓦斯事故冒頂事故冒頂事故51 應(yīng)力場(chǎng)變化應(yīng)力場(chǎng)變化 裂隙場(chǎng)變化裂隙場(chǎng)變化 地表沉陷地表沉陷 頂板事故與沖擊礦壓頂板事故與沖擊礦壓 突水事故突水事故 瓦斯事故瓦斯事故 破壞土地與建筑破壞土地與建筑 破壞地下水資源破壞地下水資源 排放瓦斯污染大氣排放瓦斯污染大氣 52 煤層開(kāi)采后，煤層開(kāi)采后，巖層移動(dòng)是如何由下往上發(fā)展直至巖層移動(dòng)是如何由下往上發(fā)展直至地表的？地表的？巖層移動(dòng)過(guò)程中內(nèi)部巖體的應(yīng)力、巖層移動(dòng)過(guò)程中內(nèi)部巖體的應(yīng)力、裂隙、變形是如何分布的？裂隙、變形是如何分布的？53 采場(chǎng)覆巖移動(dòng)的“橫三區(qū)”與“豎三帶” A