浅谈煤炭资源的绿色开采

浅谈煤炭资源的绿色开采摘要：摘要:针对传统煤炭开采导致的环境破坏等问题，提出煤炭开采应进行绿色开采。阐述了绿色开采的必要性和理论基础，通过开展煤炭绿色开采技术探索研究，总结了煤与瓦斯共采、保水开采、减沉技术、矸石充填和煤炭地下气话等煤炭绿色开采技术，分析了煤炭绿色开采技术及其应用，并结合实际提出煤炭绿色开采建议。关键词：绿色开采，煤与瓦斯共采，保水开采，矸石充填1引言随着世界能源形式的持续紧张，我国对煤炭的需求量急剧增长。然而伴随着煤炭产量增长的同时，因煤炭开采所引起的环境问题也日益突出。近年来国内外许多专家、学者对于矿产资源的开采、利用、环境、生态及可持续发展问题均有系统的研究，并提出了绿色开采技术体系。绿色开采技术立足于煤炭开采的源头，通过对采煤方法和工艺、岩层控制及相关技术的研究，改变传统采煤工艺造成的生态与环境问题，实现煤炭资源的环保、高效、高回收率和安全开采，根木解决煤炭开采资源采出率低、地表沉陷与生态环境破坏严重等问题，实现采矿工业的可持续发展。近几年来，我国的绿色开采理论有了长足的发展：现已构建了煤炭资源绿色开采的理论与技术框架，初步建设了绿色开采的实验研究平台，在绿色开采技术的一些方面取得了突破和进展。2煤炭绿色开采2.1煤炭绿色开采的内涵矿区开采对环境的破坏和污染表现为：①对土地资源的破坏。地下开采主要表现为地表塌陷和矸石山的压占；②对水资源的破坏和污染。表现为人为疏干排水和采动形成的导水裂隙对煤系含水层的自然疏干。开采形成的污水和废弃物可能污染水资源；③对大气环境的污染。主要来自矿井排出的煤层瓦斯和煤矿矸石山的自燃所形成的废气。绿色开采概念的就是针对以上破坏和污染而提出的，所以绿色开采的内涵主要表现在，改革开采技术减轻对地表的扰动和水土的破坏，减少废弃物排放；矿山废弃物的资源化利用，实现循环经济。2.2煤炭绿色开采的基本思想改革开采技术，形成开采与环境协调发展：煤炭开采对环境的影响很多是不可逆的，尤其在生态环境比较脆弱的西部地区大规模开采对环境的影响不可忽视。长期以来，煤炭开采技术主要是保证安全、提高回收率、高产高效。显然，必须要形成“资源与环境协调开采技术”，使开采导致的环境破坏控制在环境允许容量内。煤矿资源开采与地面环境建设一体化：必须在开采地下资源的同时，进行地面的环境保护和绿化作为补偿，实现地下与地面的一体均衡发展。提倡资源开发环境损害最小化：必须要依靠技术进步，在损害环境最小的状态下取得最大量的资源或者在同样环境损害状态下达到最大资源回收率，使得环境损害/单位资源最小。23绿色开采技术的理论基础开采的环境问题都由采动所引起，与开采后造成的岩层运动有关。岩层运动使岩体松动，形成岩体内“裂隙场”，由此影响离层的发育状态及位置和地表沉陷，从而改变了瓦斯与地下水在裂隙岩体内的渗流规律。因此，绿色开采的理论基础为：①采动岩体“节理裂隙场”分布以及离层规律；②开采对地表的影响规律；③液体与气体在裂隙岩体中的渗流规律；④岩层控制(主要是煤巷支护)与岩体应力场分布规律。岩层中的关键层对整个岩层运动及岩体内“裂隙场”起控制作用，与绿色采矿密切相关，岩层控制的关键层理论是绿色采矿的基础理论。2.4绿色开采技术体系综述绿色开采技术体系主要包括以下内容：①水资源保护一形成“保水开采技术”；②土地与建筑物保护—形成离层注浆、充填与条带开采技术；③瓦斯抽放一形成“煤与比斯共采”技术；④煤层巷道支护技术与减少矸排放技术；⑤地下气化技术。这些内容构成的绿色开采技术体系简要表达如图1。图1绿色开采技术体系3绿色开采技术3.1煤与瓦斯共采技术煤层气即瓦斯，长期以来被看作危害矿井安全的罪魁祸首，以往煤矿对其处理方法都是直接排入大气，这在一定程度上加剧了全球的温室效应，也是一种资源的浪费。煤层气作为一种高效、清洁的能源，其中蕴藏着巨大的经济效益、环境利益。我国的煤层气储量非常丰富，有着十分广阔的应用前景。绿色开采技术中的煤与煤层气共采技术，利用煤炭开采过程中岩层移动形成的离层与裂隙分布规律，及开采卸压原理，使原聚集在煤炭微裂隙中的瓦斯通过“导气”裂隙逐步释放，实现煤与煤层气共采。近年来，随着对关键层破断前后裂隙分布规律以及采动矿山压力引起的岩层移动规律的深入研究，我国学者提出了“O”形圈理论。当采空区面积达到一定值后，“导气”裂隙的分布呈现“O”形圈特征（见图2）。它是正常回采期间邻近层卸压瓦斯流向采空区的主要通道，这对卸压比斯抽放具有重要息义。图2采动裂隙的“O”形圈分布规律3.2保水开采技术我国水资源分布很不均衡，约有70%的矿区缺水，尤其西部矿区缺水更为严重，对于西部矿区保水开采是绿色开采的主要内容。矿区开发大量使用地表水和地下水，煤炭开采要对地下水资源人为疏干，采动形成的导水裂隙对煤系含水层形成自然疏干过程，这些都将对当地生态环境产生严重影响。地下水位能否恢复，决定于上覆岩层中是否有可再生的隔水层。研究采动基岩和隔水层的移动规律，揭示导水裂隙形成规律和采动隔水层稳定性是实现保水开采的基础。在保水开采研究中应注意以下问题：①保水开采与防止溃水的概念。保水开采必须研究开采前后岩层的水文地质变化，后者是从安全考虑。②在我国西部地区必须研究采动覆岩内是否有隔水层，开采对地表和地下水系的破坏在降雨前后能否恢复，能否再造相应的隔水层。③地下水的利用是减轻和修复开采对水资源破的重要途径。近年来，我国研究人员将岩层控制关键层理论与采动岩体渗流理论相结合，为矿区水灾治理及水资源保护与利用提供了新的技术途径。还通过建立保水开采的结构力学模型，提出保水开采机理，建立顶板含水层保水开采技术，以及以采煤土作面顶板含水层为主要研究对象，研究采动岩体关键层、含水层及隔水层的结构耦合效应等。3.3矸石充填与减沉技术我国矸石排量占原煤产量的15%—20%。按年产25亿t煤计算，矸石排量在4亿一5亿t。减少排矸和进行矸石利用是绿色开采技术的一大任务。我们通过优化巷道布置，多开煤巷少掘岩巷，开发煤巷护巷技术，减少矸石量。另外，随着矸石充填液压支架、高速动力抛矸机等关键设备的矸制成功，以及矸石充填开采在邢东矿区和新汶矿区的工业性试验取得的初步成功，使得矸石充填开采的成功实施成为可能。这种新的开采方法不但可以在保证一定采出率基础上有效的控制岩层和地农移动、保护地表建筑物，而且还能实现矸石不升井、直接充填采空区，达到促进资源开采和环境保护协调发展的目的。减少因开采造成地表沉陷对地面建筑物和农田破坏的办法是：采用条带与充填开采办法减沉，对破坏的农川复垦。但条带开采与传统开采都存在明显的不足之处。研究表明，主关键层对地表移动过程起控制作用，主关键层的破断将导致地表快速下沉。因而，通过主关键层控制地表沉陷，形成“条带煤柱或充填体—上覆岩层一主关键层”结构体系控制地表沉陷。基于以上认识，提出了煤矿部分充填开采技术：它仅对采空区的局部或离层区与垮落区进行充填，靠覆岩关键层结构、充填体及部分煤柱共同支撑覆岩控制开采沉陷。按部分充填的位置分为3种部分充填开采技术：采空区膏体条带充填、覆岩离层分区隔离注浆充填和条带开采垮落区注浆充填。3.4煤炭地下气化技术煤炭地下气化技术是贯彻科学发展观，实现煤炭资源的绿色开采的重要途径。煤炭地下气化技术将埋藏在地下的煤炭通过可控的化学反应，变成为高质量、高洁净度的可燃性煤气，通过竹道输送给发电厂、化工厂、居民用户等，不仅可使地下煤炭资源回收率大大提高，而目开辟了煤炭资源洁净生产的新途径，可避免煤炭生产产生的大量废水、煤矸石向空气和地面排放，对矿区和周围环境造成严重污染；可消除粉尘、噪音对作业人员的危害；可大幅度降低煤炭开采后地面的下沉和变形，很好地保护矿区生态环境。但是，地下煤炭气化燃烧产生的苯和酚是致癌物质，有可能毒化水资源；燃烧形成的大量CO2对空气也会造成严重的污染。目前，我国的煤炭地下气化技术仍处于工业试验阶段，有很多问题需要去研究与探索。4结论煤炭是不可再生能源，在储量逐渐降低、生产利用成本加大环境污染加剧的今天，实施煤炭绿色开采，对矿井安全生产和生态环境保护有重要意义。（1）煤炭作为主体和可靠能源，绿色开采是其可持续发展的主要内容之一，突出特点是考虑对环境的保护，形成开采与环境协调发展。（2）在开采技术方面，涉及到充填和复垦、瓦斯抽采、保水技术、矸石利用、煤巷支护和地下气化等。开采后岩层运动是导致环境破坏的基本原因，岩层控制的关键层理论等是实施绿色开采技术研究的基础。（3）各个矿区应根据自身的条件和特点，积极研究实施适合自己的绿色开采模式。（4）煤炭绿色开采技术是一个系统工程，目前只形成了基本的技术框架，还有许多有待于解决的问题。参考文献司光耀,张强.绿色开采技术的研究现状.露天采矿技术,2009,3..谢中