淺析制約煤炭綠色開采的關(guān)鍵因素

1、淺析制約煤炭綠色開采的關(guān)鍵因素陶金遼寧工程技術(shù)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧阜新（123000）摘要：綠色開采的理念是針對(duì)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(shí)意義，介紹了當(dāng)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(guān)鍵因素，既自然因素、技術(shù)因素和法律體系因素，最后，對(duì)綠色開采的長遠(yuǎn)發(fā)展提出了問題。關(guān)鍵詞：綠色開采;內(nèi)涵;必要性;現(xiàn)狀;關(guān)鍵因素中圖分類號(hào)：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(jié)構(gòu)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(duì)環(huán)境造成

2、了嚴(yán)重的破壞，因此，要想高效可持續(xù)發(fā)展就必須大力實(shí)施綠色開采，一時(shí)間，綠色開采成為了熱點(diǎn)話題。當(dāng)前，我國的“綠色開采”尚處于起步階段，諸多技術(shù)環(huán)節(jié)還有待完善，影響礦山綠色開采的關(guān)鍵因素也需進(jìn)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(rèn)識(shí)和對(duì)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(shù)的應(yīng)用，使煤炭開采對(duì)礦區(qū)環(huán)境的擾動(dòng)量小于區(qū)域環(huán)境容量，實(shí)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(jì)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(shí)現(xiàn)“低開采，高利用，地排放

3、”的開采技術(shù)2。簡單的講就是合理利用資源，優(yōu)化技術(shù)，高效、持續(xù)、協(xié)調(diào)的發(fā)展煤炭工業(yè)，減少對(duì)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(shí)卻對(duì)壞境造成了破壞，大多煤礦企業(yè)只注重效益，其實(shí)效益背后的負(fù)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(dòng)力地質(zhì)問題等等，如不有效解決，煤炭工業(yè)將會(huì)崩潰，因此，提倡綠色開采，發(fā)展綠色開采對(duì)環(huán)境保護(hù)、減少浪費(fèi)、高效可持續(xù)發(fā)展具有舉足輕重的作用，同時(shí)，對(duì)我國煤炭事業(yè)的未來具有積極的推動(dòng)作用和科學(xué)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(xué)技術(shù)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(jì)利益放在第一位，綠色開采的思想意識(shí)淡薄。對(duì)于開采現(xiàn)狀，生產(chǎn)力低、利用率低、安全性差、污染破壞嚴(yán)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(shí)現(xiàn)真正的綠色開采還需全員動(dòng)員，從思想上轉(zhuǎn)變認(rèn)識(shí)，努力提高技術(shù)，從而走新型工業(yè)化道路，建設(shè)綠色礦山體系。2.影響礦山綠色開采的關(guān)鍵因素2.1自然因素 包括煤層的地質(zhì)構(gòu)造、煤藏深度、煤化程度、煤層瓦斯含量、煤礦所處的地點(diǎn)、煤的灰分、水分、揮發(fā)分、煤的結(jié)構(gòu)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(shí)施綠色開采技術(shù)。2.2技術(shù)因素（人為因素） 包括開采規(guī)模、采煤方法、開拓方式、通風(fēng)系統(tǒng)的選擇、采空區(qū)的處理、機(jī)械化程度及人員素質(zhì)。人員的技術(shù)水平是關(guān)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(shù)發(fā)展的關(guān)鍵4。從總體上看，綠色開采技術(shù)主要包括以下內(nèi)容:1)水資源保護(hù)形成“保水開采”技術(shù);2)土地與建筑物保護(hù)形成離層注漿、充填與條帶開采技術(shù);3)瓦斯抽放形成“煤與瓦斯共采”技術(shù);4)煤層巷道支護(hù)技術(shù)與減少殲石排放技術(shù);5)地下氣化技術(shù).綠色開采的技術(shù)體系5簡要表達(dá)如圖1。 保水開采技術(shù) 煤礦開采過程中破壞了地下含水層的原始徑流，導(dǎo)致地下水大量排出。采空區(qū)上方導(dǎo)水裂隙帶與受

6、地下水體貫通，也會(huì)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(yán)重影響到中西部脆弱的生態(tài)環(huán)境。保水開采的關(guān)鍵技術(shù)在于通過對(duì)開采方法、巖層控制技術(shù)以及開采與巖層水流動(dòng)相互關(guān)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(dòng)規(guī)律。近年來，我國研究人員將巖層控制關(guān)鍵層理論與采動(dòng)巖體滲流理論相結(jié)合，為礦區(qū)水災(zāi)治理及水資源保護(hù)與利用提供了新的技術(shù)途徑。還通過建立保水開采的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，提出保水開采機(jī)理，建立頂板含水層保水開采技術(shù)，以及以采煤工作面頂板含水層為主

7、要研究對(duì)象，研究采動(dòng)巖體關(guān)鍵層、含水層及隔水層的結(jié)構(gòu)耦合效應(yīng)等。充填與條帶開采技術(shù) 傳統(tǒng)的長臂垮落式頂板控制6方法常常會(huì)引起地表大面積沉降，影響地下水的徑流，對(duì)環(huán)境造成不可恢復(fù)性影響。綠色開采技術(shù)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(gè)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(dá)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(duì)礦井頂板硬度要求較高，且隨著開采面積的增大，老煤柱強(qiáng)度降低，支撐力下降，可能造成嚴(yán)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(duì)解決三下(建筑物下、水體下、鐵路下)壓煤有著獨(dú)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?，F(xiàn)階段研究重點(diǎn)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(jié)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(xué)技術(shù)問題。近年來，中國礦業(yè)大學(xué)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(jìn)展，達(dá)到國際先進(jìn)水平。煤與瓦斯共采技術(shù) 煤層氣即瓦斯，長期以來被看作危害礦井安全的罪魁禍?zhǔn)祝酝旱V對(duì)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(yīng)，也是一種資源的浪費(fèi)。煤層氣作為一種

9、高效、清潔的能源，其中蘊(yùn)藏著巨大的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境利益。我國的煤層氣儲(chǔ)量非常豐富，有著十分廣闊的應(yīng)用前景。綠色開采技術(shù)中的煤與煤層氣共采技術(shù)，利用煤炭開采過程中巖層移動(dòng)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(dǎo)氣”裂隙逐步釋放，實(shí)現(xiàn)煤與煤層氣共采。近年來，隨著對(duì)關(guān)鍵層破斷前后裂隙分布規(guī)律（見圖2）以及采動(dòng)礦山壓力引起的巖層移動(dòng)規(guī)律的深入研究，我國學(xué)者提出了“0”形圈理論1。當(dāng)采空區(qū)面積達(dá)到一定值后，“導(dǎo)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(duì)卸壓瓦斯抽放具有重要意義。煤層巷道支護(hù)技術(shù)與減少殲石排放技

10、術(shù) 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(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生污染。綠色開采技術(shù)中的少出矸石技術(shù)強(qiáng)調(diào)多布置煤巷，少布置巖巷，或多開煤巷以儲(chǔ)存井下矸石的矸石井下處理技術(shù)，盡量減少矸石出井量，甚至做到矸石不出井。煤巷支護(hù)的關(guān)鍵技術(shù)在于采用高性能預(yù)拉力錨桿支護(hù)技術(shù)有效控制軟散、動(dòng)壓及高應(yīng)力區(qū)域等復(fù)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(dòng)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?shí)質(zhì)，科學(xué)地解釋了動(dòng)壓巷道底鼓過程、冒頂及其原理；提高支護(hù)效能，及時(shí)主動(dòng)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(qiáng)化承載結(jié)構(gòu)，防止錨固區(qū)外離層和擠壓型冒頂。地下氣化技術(shù) 煤炭地下氣化技術(shù)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(xué)作用下產(chǎn)生可燃?xì)怏w，并將建井、采煤、氣化三大工藝合而為一，變物理采煤為化學(xué)采煤。煤炭地下氣化技術(shù)具有安全、投資少、污染小、效益高等特點(diǎn)，特別適用于回收?qǐng)?bào)廢礦井中的煤炭資源，也可進(jìn)行“三下”及深部煤層的開采。目前，煤炭地下氣化技術(shù)已取得的研究成果有：結(jié)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(diǎn)，建立了地下煤層復(fù)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(dòng)導(dǎo)控注氣為核心，輔以條帶多孔爐型、富氧碳水復(fù)合氣化劑、

12、井工降溫凈化、火壁推進(jìn)位態(tài)監(jiān)控、井工啟動(dòng)點(diǎn)火與收作熄火等技術(shù)群的地下導(dǎo)控氣化新技術(shù)；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(fù)采技術(shù)體系；建立了中梁山高瓦斯礦井殘煤地下導(dǎo)控氣化試驗(yàn)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(yán)重，立法水平較低，法律協(xié)調(diào)較差，保護(hù)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(dòng)保護(hù)的重要內(nèi)容，更是一個(gè)國際性問題。我國的綠色開采沒有一個(gè)全面的法律保護(hù)體系，法律體系還不夠完善，沒有經(jīng)濟(jì)、快速、健康、持續(xù)、和諧發(fā)展的立法理念或者說重視的側(cè)重點(diǎn)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(guān)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(jī)械化放頂煤和短壁開采方法、高產(chǎn)高效綜合機(jī)械化開采診斷技術(shù)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(shù)及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。(3)綠色開采條件下的巖層控制與監(jiān)測技術(shù)、巷道支護(hù)新理論、新材料與新技術(shù)、礦震動(dòng)力現(xiàn)象監(jiān)測系統(tǒng)等。(4)地下氣化開采及相關(guān)新能源開發(fā)的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，研究解決燃燒環(huán)境下的上覆關(guān)鍵巖層破斷與滲流問題、礦壓作用下的煤層燃燒控制技術(shù)與優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定產(chǎn)氣新工藝以及相關(guān)新能源開發(fā)試驗(yàn)平臺(tái) 4結(jié)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(jìn)的今天，我國的綠色開采技術(shù)必須謀求進(jìn)步，以適應(yīng)新的發(fā)展需求和社會(huì)形勢。要想真正實(shí)現(xiàn)綠色開采，需

14、要綜合研究和解決政策、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等諸多難題，需要花大力氣開展相關(guān)技術(shù)和政策的研究和創(chuàng)新，使得其技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理。此外，在細(xì)節(jié)上，我們還應(yīng)在理性思考的基礎(chǔ)上不斷解決制約綠色開采的關(guān)鍵因素，深入研究，積極探討，力爭煤炭綠色開采。 參考文獻(xiàn)1錢鳴高，許家林，繆協(xié)興.煤炭綠色開采技術(shù)J.中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003(4).343-348.2錢鳴高.綠色開采的概念與技術(shù)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(shù)，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(xué)出版社。2003.1746閆少宏，張華興.我國目前填充開采技術(shù)現(xiàn)狀J.2008.3(3).7司光耀，張強(qiáng).綠色開采技術(shù)的研究現(xiàn)狀J.露天采礦技術(shù).2009(3).41-42.8張國橋，李 鋼煤炭綠色開采技術(shù)及其應(yīng)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