煤炭资源的绿色开采

煤炭资源的绿色开采朱海宾【摘要】通过分析煤炭在我国能源结构中的重要地位及其开采对环境的影响，阐述了矿业可持续发展和煤炭资源绿色开采的必要性，总结了绿色开采的内涵及当前存在的绿色开采技术，从而论述了实施煤炭资源绿色开采的意义.【期刊名称】《煤》【年(卷)，期】2009(018)009【总页数】4页(P12-14,39)【关键词】煤炭;绿色开采;生态环境;可持续发展;绿色开采技术体系【作者】朱海宾【作者单位】新疆大学，新疆，乌鲁木齐,830046【正文语种】中文【中图分类】TD821我国〃十一五”规划要求能源行业〃坚持节约优先，立足国内，煤为基础，多元发展，构建稳定、经济、清洁的能源结构体系”。在我国一次能源结构中，煤炭近几年一直占70%左右，并将长期作为我国的主要能源。众所周知，制约我国经济发展的突出瓶颈是能源，而能源中能比较主动解决的是煤炭(油气在国外大量开发带来的是能源安全问题)。因此，煤炭工业能否健康发展是事关我国能源安全与经济可持续发展的重大问题。多年来，为保证国民经济高速发展，我国的煤炭一直是在超能力生产，原煤产量从1996年的13.6亿t上涨到2008年的28.1亿t,年产量增长了一倍多。煤炭开采在为社会建设和消费提供能源的同时，也对生态环境造成了极大的破坏。采矿活动对矿区环境的破坏主要体现在以下三个方面：1） 破坏和污染水资源。一方面，在煤炭开采过程中，人为疏干排水以及采动影响形成的导水裂隙带对煤系含水层的自然疏干，导致地下水位大面积、大幅度下降，地表植被干枯，自然景观遭到破坏，农业产量下降。另一方面，煤炭开采过程中产生的矿井水、洗煤水以及砰石淋溶水等废污水，含有大量的硫化物、重金属离子等有害物质，严重污染了周围水环境。2） 破坏土地资源。煤炭开采对土地资源能造成严重破坏，井工开采以地表塌陷和砰石山压占为主，露天开采则以直接挖损和外排土场压占为主。据统计，目前，我国因煤炭开采弓I起的地表塌陷面积达55万hm2，平均开采万吨煤的地表沉陷达0.19hm2;而我国大中型煤矿已有砰石山近2000座，砰石堆放量达40亿t,占地面积3.4万hm2。3） 污染大气环境。我国煤矿每年排入大气中的瓦斯达120亿m3，瓦斯的主要成分是CH4,其产生的温室效应是CO2的21倍；每年排入大气中的粉尘约47万t,这不仅对矿区环境造成了严重污染，而且引发尘肺病患者达几十万人。此外，煤矿砰石自燃产生大量SO2、CO等有毒气体，是大气环境的另一个重要污染源。据统计，2008年我国国有煤矿中长期自燃的有450余座，严重污染矿区和周边地区的大气环境。在国际社会上，矿业开采造成的环境和生态问题一直受到广泛关注。1963年，〃罗马俱乐部”的报告就曾告诫世人，〃世界的资源将无法应对人类的消费”。世界上矿业发达的国家，如：美国、澳大利亚、德国等也早在20世纪70年代就开展了矿山环境保护和治理。矿产资源开发和环境保护一体化已成为当前国际矿业发展的一个重要趋势。而在我国，目前，煤炭开采的〃高开采、高排放、低利用”现象还很严重，因此，提高资源利用率，减少开采对环境的破坏，实现煤炭工业的可持续发展和矿产资源的代际开发是摆在我们面前的重要课题。我国有必要形成煤炭资源开采与环境协调发展的采矿模式，即〃煤炭开采一环境保护一矿区可持续发展”的开采模式，也可称为煤炭资源的绿色开采模式。煤炭资源的绿色开采是实现我国煤炭工业可持续发展的必由之路。2003年，中国工程院钱鸣高院士在国际上首次提出了“绿色开采”（GreenMining）的理念，并得到世界矿业届人士的普遍认同。煤炭绿色开采具有以下特点和内涵：1） 对矿井（区）废弃物（有害物）的再认识。随着社会的发展，对事物的认识更应该用辩证的眼光来看待。我们应转变以往视矿井瓦斯、地下水、砰石等为有害物质的观念，把它们当作该矿区的开发对象加以利用。从绿色开采角度而言，矿井瓦斯并非有害气体，而是清洁能源，1m3的瓦斯可发电3-3.5kWh;矿井水也不是水害，可以在防治地下水的同时，将矿井水资源加以利用。2） 从源头采取措施减轻开采对环境的破坏。煤矿绿色开采注重从开采的角度采取措施，从源头消除或减少因采矿对环境的破坏，而不是先破坏再治理。如：通过绿色开采技术实现地下水的保护、控制采后地表的下沉量及减少瓦斯和砰石的排放等。3） 绿色开采技术的理论基础。煤矿开采弓I起的环境问题都是由采动后上覆岩层的运动所导致的。岩层运动使岩体松动，形成岩体内的〃裂隙场”，由此影响离层的发育状态和地表沉陷，从而改变了瓦斯与地下水在裂隙岩体内的流动规律。岩层中的关键层对整个岩层运动及岩体内的〃裂隙场”起控制作用，与绿色开采密切相关。岩层控制的关键层理论是绿色开采的理论基础。简言之，煤炭资源绿色开采的内涵是努力遵循循环经济中的绿色工业原则，形成一种与环境协调一致的〃低开采、低排放、高利用”的开采技术。煤矿绿色开采是从广义资源的角度来对待煤、瓦斯、水等一切可以利用的各种资源，其主旨是将煤矿开采活动对自然环境和生态的破坏降到最低限度，防止或尽可能减轻因煤炭开采对环境和其他资源的不利影响。煤矿绿色开采技术体系简要表达，见图1。4.1保水开采煤层开采后，随关键层的破断，上覆岩层中出现裂隙带，导致隔水层遭到破坏。这样，在该区域内，地下水将形成下降漏斗，从而导致地下水位的下降。地下水位能否恢复，取决于随工作面的推进，上覆岩层中的软弱层能否经重新压实形成新的隔水层。我国70%的矿区缺水，西部矿区缺水显得更为严重，对于西部矿区保水开采是绿色开采的主要内容。保水开采的目的是在防治采场突水的同时对水资源进行有意识的保护，使煤炭开采对矿区水文环境的扰动量小于水文环境容量。研究开采后上覆岩层的破断规律和地下水漏斗的形成机理，从采矿方法、开采区域的选择、留设防水煤（岩）柱以及地面注浆等措施实现矿区水资源的保护和综合利用。4.2煤与瓦斯共采煤与瓦斯共采就是将煤炭和赋存于煤层中的瓦斯都作为矿井中的资源加以开采，实现两种资源的共同开采。瓦斯抽采，因其回收了大量的资源又改善了煤矿的安全生产条件而得到广泛应用，是煤炭绿色开采的一个重要组成部分。煤与瓦斯共采的技术途径有：①采前预抽。在采煤前先将煤层瓦斯抽出，可改善煤矿安全。但由于我国煤层在开采前的煤体透气性低，本层内抽采有困难。②采后卸压抽采瓦斯。采后围岩压力降低，大量瓦斯在采空区释放，是瓦斯抽采的好时机，可形成煤与瓦斯共采体系。③废弃矿井抽采。鉴于废弃矿井煤层经采动而充满瓦斯，因而可以利用采动后岩体内〃裂隙场”的分布及钻孔，在井下安装瓦斯抽放管，封闭井口进行瓦斯抽放。④回风井回收瓦斯。4.3砰石减排与处理我国煤炭开采的砰石排放量占原煤产量的15%~20%，按每年开采原煤25亿吨计算，砰石的排放量每年达到4~5亿t。减少排砰和将地面砰石进行处理是绿色开采技术的另一项重大任务。砰石减排与处理就是减少煤矿砰石排放量和砰石的堆积以及对已出矿井的砰石进行处理。减少砰石的出井量可通过优化巷道布置，研究煤巷的支护技术，用煤巷代替岩巷等来完成。而当煤矿开采必须在地下开掘岩石巷道时，就要处理好砰石的利用问题，如：可以进行巷旁及废弃巷道或采空区的充填；对于含碳大于20%的煤砰石可用于发电供热，含碳低的可用于建筑材料；有砰石山堆积的矿区可将砰石山绿化等。4.4〃三下”采煤与减沉技术"三下"指水体下、建筑物下及铁路下。煤炭的"三下"开采可导致采空区上方地表的下沉，从而破坏土地资源和危害地表建筑物。减沉技术就是减少开采弓I起的地表沉陷以保护土地资源和地面建筑物。为了保证〃三下”采煤既具有较好的经济效益，同时又能确保地面建筑物不受损害，关键在于根据具体条件下覆岩结构与关键层特征来研究确定合理的减沉开采技术及参数。研究表明，主关键层对地表移动过程起控制作用，主关键层的破断导致地表快速下沉。基于岩层控制的关键层理论提出了条带充填控制沉陷的思路，仅充填部分采空区，只要保证未充填采空区的宽度小于覆岩主关键层的初次破断跨距，且充填条带能保持长期稳定，就可有效控制地表下沉。减沉开采技术的措施方法有很多，如：留设煤柱开采、覆岩离层带充填、限厚开采、协调开采和〃采一注一采”三部法开采等。4.5煤炭地下气化技术煤炭地下气化是指在煤层赋存地点直接获得可燃气体的过程，即在地下将煤通过热化学过程变为气态燃料，然后经由钻孔排至地面收集利用。煤炭地下气化技术可以消除煤炭开采对环境的污染和煤炭燃烧对生态环境的不利破坏，是一种整体绿色开采技术。该技术的原理由前苏联汉学家门捷列夫于1888年提出，一些发达国家在20世纪40年代前后进行了成功试验。目前我国的煤炭地下气化技术还处于工业试验阶段，有很多问题需要研究和探索，如：怎样控制煤炭气化后产生的苯和酚的扩散，使其不污染毒害地下水资源等。4.6矿区生态治理与恢复矿区生态治理与恢复包括土地复垦、废弃地治理和利用以及植被修复三个方面。目前，我国复垦利用的土地不到破坏土地的1%，而发达国家矿山土地复垦率已达到50%。在土地复垦技术中，生物复垦技术，如：细菌快速生物复垦法、无覆土生物复垦法、抗侵蚀被（先铺后种）法等，是热门研究的内容，这些方法在控制复垦区土壤侵蚀、快速恢复植被方面效果十分显著。矿区废弃地生态修复的实质是矿区废弃地基质改良、土壤侵蚀控制和植物种类的筛选，并在正确评价废弃地类型、特征的基础上，进行植被的恢复与重建，进而使生态系统实现自行恢复并达到良性循环。植被修复技术是一项新兴的、有潜力的绿色植物技术，植物修复环境技术经过10余年的研究，有些研究成果即将进入市场。1） 绿色开采有助于开采技术水平和企业可持续发展能力的提升。我国煤炭行业整体技术水平较低，长期走粗放型发展路子，生产集中化程度低。绿色开采必然要求多层面、多角度的技术创新，并将改善企业的管理模式、提升企业的管理水平，创建企业的核心竞争力。2） 绿色开采有助于提高资源利用率，减少因煤炭开采对环境和生态的破坏。绿色开采要求从广义资源角度看待矿区内的煤炭、瓦斯、砰石、地下水以及煤层附近的其他矿床等可以利用的资源，在追求最佳经济效益和社会效益的同时，尽可能减少对环境的负面影响。绿色开采有助于提升国民福利。绿色开采要求满足人类需求的合理性和根本意义，真正以人为本。在追求生态大系统持续、稳定、平衡运转的目标命题下，实现的是国民长久效益的提升。绿色开采要求全面评价企业效益，综合考虑生态环境。绿色开采以生态大系统的动态平衡作为出发点和目标，将企业纳入到生态大系统中来看待、评价企业的经济活动，实现生态大系统的可持续发展。总之，矿区的开发不仅关乎矿区本身，更关乎区域经济的发展乃至全社会的发展。矿区开发不能以牺牲环境为代价，而应走可持续发展之路。绿色开采是矿区开发和确保矿区可持续发展的必由之路，是惠及子孙后代的举措。绿色开采技术的应用，真正还矿区以蓝天、碧水、绿草，必将实现和谐生产，建成和谐矿区，最终实现构建和谐社会的宏伟目标。【相关文献】张宏伟，郭忠平.矿区绿色开采技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,2008.杜计平，汪理全.煤矿特殊开采方法[M].徐州:中国矿业大学出版社,2005.杜计平，孟宪锐.采矿学[M