淺析制約煤炭綠色開采的關鍵因素

1、淺析制約煤炭綠色開采的關鍵因素陶金遼寧工程技術大學資源與環(huán)境工程學院，遼寧阜新（123000）摘要：綠色開采的理念是針對煤炭大量開采造成的環(huán)境問題提出的，本文闡述了煤炭綠色開采的重要性和現(xiàn)實意義，介紹了當前我國煤炭綠色開采的現(xiàn)狀，分析了影響礦山發(fā)展綠色開采的關鍵因素，既自然因素、技術因素和法律體系因素，最后，對綠色開采的長遠發(fā)展提出了問題。關鍵詞：綠色開采;內(nèi)涵;必要性;現(xiàn)狀;關鍵因素中圖分類號：TD8220. 引言煤碳是工業(yè)的糧食，改革開放以來，在我國的能源結構中煤炭約占70%到75%，我國是世界上少有的以煤碳為主要能源的國家。近年來，隨著煤炭的大量開采，資源的不斷消耗，礦山生產(chǎn)已對環(huán)境造成

2、了嚴重的破壞，因此，要想高效可持續(xù)發(fā)展就必須大力實施綠色開采，一時間，綠色開采成為了熱點話題。當前，我國的“綠色開采”尚處于起步階段，諸多技術環(huán)節(jié)還有待完善，影響礦山綠色開采的關鍵因素也需進一步探討和解決。1. 綠色開采的內(nèi)涵、必要性及現(xiàn)狀1.1綠色開采的內(nèi)涵何為“綠色開采”？煤礦綠色開采是從廣義資源的角度上來認識和對待煤、瓦斯、水、矸石、土地、拌生礦產(chǎn)等一切可以利用的各種資源。通過綠色開采技術的應用，使煤炭開采對礦區(qū)環(huán)境的擾動量小于區(qū)域環(huán)境容量，實現(xiàn)資源開發(fā)利用最優(yōu)化和生態(tài)環(huán)境影響最小化1。其內(nèi)涵是努力遵循循環(huán)經(jīng)濟中綠色工業(yè)的原則，形成一種與環(huán)境協(xié)調(diào)一致的，努力去實現(xiàn)“低開采，高利用，地排放

3、”的開采技術2。簡單的講就是合理利用資源，優(yōu)化技術，高效、持續(xù)、協(xié)調(diào)的發(fā)展煤炭工業(yè)，減少對環(huán)境的破壞。1.2綠色開采的必要性 凡事都有兩面性，開采煤炭雖然為國家獲得了能源，但同時卻對壞境造成了破壞，大多煤礦企業(yè)只注重效益，其實效益背后的負面影響是巨大的，如過度開采帶來的“三廢”污染、土地破壞、水資源破壞、動力地質(zhì)問題等等，如不有效解決，煤炭工業(yè)將會崩潰，因此，提倡綠色開采，發(fā)展綠色開采對環(huán)境保護、減少浪費、高效可持續(xù)發(fā)展具有舉足輕重的作用，同時，對我國煤炭事業(yè)的未來具有積極的推動作用和科學意義。 總之，綠色開采已迫在眉睫。1.3我國綠色開采的現(xiàn)狀 由于科學技術的原因，我國的綠色開采起步比較晚，

4、生產(chǎn)力水平還比較地下，多數(shù)企業(yè)仍把經(jīng)濟利益放在第一位，綠色開采的思想意識淡薄。對于開采現(xiàn)狀，生產(chǎn)力低、利用率低、安全性差、污染破壞嚴重的現(xiàn)象仍然存在。近年來，煤炭企業(yè)紛紛重組整合，經(jīng)過全面優(yōu)化生產(chǎn)，上述問題有所改觀，但要想實現(xiàn)真正的綠色開采還需全員動員，從思想上轉變認識，努力提高技術，從而走新型工業(yè)化道路，建設綠色礦山體系。2.影響礦山綠色開采的關鍵因素2.1自然因素 包括煤層的地質(zhì)構造、煤藏深度、煤化程度、煤層瓦斯含量、煤礦所處的地點、煤的灰分、水分、揮發(fā)分、煤的結構水文地質(zhì)條件及煤中的礦物成分3。這些因素都是自然形成的，不是人為決定的，它在綠色開采中起著決定性作用，可以說，自然條件的好壞直

5、接影響著礦山能否實施綠色開采技術。2.2技術因素（人為因素） 包括開采規(guī)模、采煤方法、開拓方式、通風系統(tǒng)的選擇、采空區(qū)的處理、機械化程度及人員素質(zhì)。人員的技術水平是關系到生產(chǎn)系統(tǒng)能否發(fā)揮最大效能的重要因素，是綠色開采技術發(fā)展的關鍵4。從總體上看，綠色開采技術主要包括以下內(nèi)容:1)水資源保護形成“保水開采”技術;2)土地與建筑物保護形成離層注漿、充填與條帶開采技術;3)瓦斯抽放形成“煤與瓦斯共采”技術;4)煤層巷道支護技術與減少殲石排放技術;5)地下氣化技術.綠色開采的技術體系5簡要表達如圖1。 保水開采技術 煤礦開采過程中破壞了地下含水層的原始徑流，導致地下水大量排出。采空區(qū)上方導水裂隙帶與受

6、地下水體貫通，也會形成大規(guī)模地下水降落漏斗，造匠成區(qū)域含水層水位下降，直接影響到區(qū)域水文地質(zhì)條件。由于我國大部分煤礦處于中西部缺水地區(qū)，因它煤炭開采所造成的地下水流失嚴重影響到中西部脆弱的生態(tài)環(huán)境。保水開采的關鍵技術在于通過對開采方法、巖層控制技術以及開采與巖層水流動相互關系的研究，解決因煤炭開采造成的水資源流失和土壤沙漠化問題，研究地下水因開采而形成的滲透、流動規(guī)律。近年來，我國研究人員將巖層控制關鍵層理論與采動巖體滲流理論相結合，為礦區(qū)水災治理及水資源保護與利用提供了新的技術途徑。還通過建立保水開采的結構力學模型，提出保水開采機理，建立頂板含水層保水開采技術，以及以采煤工作面頂板含水層為主

7、要研究對象，研究采動巖體關鍵層、含水層及隔水層的結構耦合效應等。充填與條帶開采技術 傳統(tǒng)的長臂垮落式頂板控制6方法常常會引起地表大面積沉降，影響地下水的徑流，對環(huán)境造成不可恢復性影響。綠色開采技術中的條帶開采法是沿煤層的走向或傾向，將開采區(qū)劃分為若干個寬度相等或不等的條帶開采一條，保留一條，利用留下的條帶煤柱支撐頂板，以達到減小地表沉降的目的。這種方法的優(yōu)勢是簡單易行，投資少等，但資源采出率低，對礦井頂板硬度要求較高，且隨著開采面積的增大，老煤柱強度降低，支撐力下降，可能造成嚴重的 大面積垮落事故。相比而言充填開采具有更為廣闊的發(fā)展前景，尤其對解決三下(建筑物下、水體下、鐵路下)壓煤有著獨特的

8、優(yōu)勢。目前可行的充填方法可分為采空區(qū)充填和覆巖離層區(qū)填充。現(xiàn)階段研究重點在于研發(fā)新型充填材料，盡可 能利用礦井固體廢料，減少固體污染。例如以固體廢棄物(電廠粉煤灰、矸石等)為骨料，以PL、SL系列為膠結材料，形成固體廢物膏體材料充填井下采空區(qū)，解決了地表開采沉陷、地下水流失破壞以及采出率低等重大科學技術問題。近年來，中國礦業(yè)大學在低成本膏體充填材料的開發(fā)研制和充填工藝的研究方面取得了突破性的進展，達到國際先進水平。煤與瓦斯共采技術 煤層氣即瓦斯，長期以來被看作危害礦井安全的罪魁禍首，以往煤礦對其處理方法都是直接排人大氣 ，這在一定程度上加劇 了全球的溫室效應，也是一種資源的浪費。煤層氣作為一種

9、高效、清潔的能源，其中蘊藏著巨大的經(jīng)濟效益、環(huán)境利益。我國的煤層氣儲量非常豐富，有著十分廣闊的應用前景。綠色開采技術中的煤與煤層氣共采技術，利用煤炭開采過程中巖層移動形成的離層與裂隙分布規(guī)律，及開采卸壓原理 ，使原聚集在煤炭微裂隙中的瓦斯通過“導氣”裂隙逐步釋放，實現(xiàn)煤與煤層氣共采。近年來，隨著對關鍵層破斷前后裂隙分布規(guī)律（見圖2）以及采動礦山壓力引起的巖層移動規(guī)律的深入研究，我國學者提出了“0”形圈理論1。當采空區(qū)面積達到一定值后，“導氣”裂隙的分布呈現(xiàn)“0”形圈特征(見圖3)，它是正?；夭善陂g鄰近層卸壓瓦斯流向采空區(qū)的主要通道，這對卸壓瓦斯抽放具有重要意義。煤層巷道支護技術與減少殲石排放技

10、術 井下大量排出的矸石往往堆積形成矸石山，既占用了大量的土地資源，也會對周圍環(huán)境產(chǎn)生污染。綠色開采技術中的少出矸石技術強調(diào)多布置煤巷，少布置巖巷，或多開煤巷以儲存井下矸石的矸石井下處理技術，盡量減少矸石出井量，甚至做到矸石不出井。煤巷支護的關鍵技術在于采用高性能預拉力錨桿支護技術有效控制軟散、動壓及高應力區(qū)域等復雜地質(zhì)條件下的圍巖穩(wěn)定性現(xiàn)階段的研究成果如下：系統(tǒng)研究和揭示了。深部、動壓巷道圍巖塑性區(qū)的發(fā)生、發(fā)展過程，以及松脫型和擠壓型2類冒頂?shù)膶嵸|(zhì)，科學地解釋了動壓巷道底鼓過程、冒頂及其原理；提高支護效能，及時主動有效加固頂板，消除松脫型冒頂；增大錨固范圍，削弱層狀頂板沿弱面的漸次離層和垮冒；

11、建立“楔形”的強化承載結構，防止錨固區(qū)外離層和擠壓型冒頂。地下氣化技術 煤炭地下氣化技術是指采用有控制地燃燒處于地下的煤炭，使煤在熱作用及化學作用下產(chǎn)生可燃氣體，并將建井、采煤、氣化三大工藝合而為一，變物理采煤為化學采煤。煤炭地下氣化技術具有安全、投資少、污染小、效益高等特點，特別適用于回收報廢礦井中的煤炭資源，也可進行“三下”及深部煤層的開采。目前，煤炭地下氣化技術已取得的研究成果有：結合現(xiàn)有高瓦斯礦井中量大面廣的殘煤資源回收開發(fā)特點，建立了地下煤層復孔介質(zhì)耦協(xié)場燃燒氣化理論和氣化采場圍巖固流熱質(zhì)耦協(xié)場污染物滲移理論模型；研制了以虛底移動導控注氣為核心，輔以條帶多孔爐型、富氧碳水復合氣化劑、

12、井工降溫凈化、火壁推進位態(tài)監(jiān)控、井工啟動點火與收作熄火等技術群的地下導控氣化新技術；形成一套“能源一資源環(huán)境”(ERE)三者協(xié)調(diào)的綠色安全復采技術體系；建立了中梁山高瓦斯礦井殘煤地下導控氣化試驗基地7。2.3法律體系因素 目前我國綠色開采的法律體系條塊分割嚴重，立法水平較低，法律協(xié)調(diào)較差，保護力度不夠，綠色開采不僅僅是環(huán)境問題，還是安全生產(chǎn)，勞動保護的重要內(nèi)容，更是一個國際性問題。我國的綠色開采沒有一個全面的法律保護體系，法律體系還不夠完善，沒有經(jīng)濟、快速、健康、持續(xù)、和諧發(fā)展的立法理念或者說重視的側重點不統(tǒng)一，存在一定的矛盾和法律不健全的現(xiàn)象4。3有關問題 下幾方面是綠色開采未來發(fā)展必須解決

13、的8、9。(1)綜合機械化放頂煤和短壁開采方法、高產(chǎn)高效綜合機械化開采診斷技術與保障系統(tǒng)以及信息化、可視化開采系統(tǒng)。(2)新材料制備及充填工藝系統(tǒng)、矸石井下處理技術及實驗系統(tǒng)。(3)綠色開采條件下的巖層控制與監(jiān)測技術、巷道支護新理論、新材料與新技術、礦震動力現(xiàn)象監(jiān)測系統(tǒng)等。(4)地下氣化開采及相關新能源開發(fā)的模擬實驗系統(tǒng)，研究解決燃燒環(huán)境下的上覆關鍵巖層破斷與滲流問題、礦壓作用下的煤層燃燒控制技術與優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定產(chǎn)氣新工藝以及相關新能源開發(fā)試驗平臺 4結束語 綠色開采是煤炭事業(yè)發(fā)展的必然趨勢，在科技飛速前進的今天，我國的綠色開采技術必須謀求進步，以適應新的發(fā)展需求和社會形勢。要想真正實現(xiàn)綠色開采，需

14、要綜合研究和解決政策、經(jīng)濟、技術等諸多難題，需要花大力氣開展相關技術和政策的研究和創(chuàng)新，使得其技術上可行、經(jīng)濟上合理。此外，在細節(jié)上，我們還應在理性思考的基礎上不斷解決制約綠色開采的關鍵因素，深入研究，積極探討，力爭煤炭綠色開采。 參考文獻1錢鳴高，許家林，繆協(xié)興.煤炭綠色開采技術J.中國礦業(yè)大學學報，2003(4).343-348.2錢鳴高.綠色開采的概念與技術體系J.煤炭科技，2003(4).3汪海平，王慶，蘭永偉.煤礦的綠色開采J.煤炭技術，2007(9).52.4顧義磊，龔書賢.礦山綠色開采淺析J.西部探礦工程，2010(5),99-100.5錢鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制M.徐州

15、:中國礦業(yè)大學出版社。2003.1746閆少宏，張華興.我國目前填充開采技術現(xiàn)狀J.2008.3(3).7司光耀，張強.綠色開采技術的研究現(xiàn)狀J.露天采礦技術.2009(3).41-42.8張國橋，李 鋼煤炭綠色開采技術及其應用J中國煤炭，34，(8)：112113 9中煤網(wǎng)/煤炭科技.EBOLhttp;/www.3jjj.corn/coal_newasp?nid=77930&lid=59，2004 -05-14Coal mining constraints of the key factors of greenTaoJinDepartment of Resources and Env

16、ironmental Engineering, Liaoning Technical University,Liaoning Fuxin (123000)AbstractThe idea is for green mining coal mining caused a large number of environmental issues, the paper expounds the importance of green mining of coal and practical significance, on the current status of China's coal green mining, analysis of impact