淺析綠色開采技術(shù)及發(fā)展前景

高永格，常 猛，盧全督，付 佳

（河北工程大學(xué) 資源學(xué)院，河北 邯鄲056001）

煤炭是中國主要能源，我國煤炭產(chǎn)量超過世界總量的三分之一，經(jīng)過幾十年科技理論技術(shù)的不斷創(chuàng)新，煤礦采掘基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)。近些年，煤礦產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展的同時(shí)，資源浪費(fèi)、環(huán)境污染等問題日益嚴(yán)重。黨的十六大報(bào)告中明確提出“走一條科技含量高，經(jīng)濟(jì)效益好，資源消耗低，環(huán)境污染少，人力資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揮的新型工業(yè)化路子”。因此，煤礦實(shí)現(xiàn)“綠色開采”建設(shè)“高效率，低排放，再利用”的綠色生態(tài)礦井對煤炭生產(chǎn)和國家能源可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略都具有十分重要的意義〔2〕。

1 礦山綠色開采的提出，現(xiàn)狀及其內(nèi)涵

1.1 國內(nèi)開采現(xiàn)狀

煤炭作為一次能源，消耗比重一直處于能源比重的70%以上，因而煤礦生產(chǎn)一直呈上升趨勢。我國煤炭科學(xué)研究起步較晚，煤層賦存地質(zhì)條件差，因此實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，綠色開采比較困難〔1〕。企業(yè)為了追求經(jīng)濟(jì)效益，綠色開采意識薄弱。煤礦“三廢”污染地下水資源，地表耕地以及建筑，并且回采率較低，資源浪費(fèi)情況都給我們生產(chǎn)和生活帶來了影響。針對我國資源相對貧乏，環(huán)境污染嚴(yán)重現(xiàn)狀，建設(shè)綠色環(huán)境友好型礦井生產(chǎn)體系尤為重要。

1.2 “綠色開采”的提出

環(huán)境問題破壞生態(tài)平衡，威脅人類健康，制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展。推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，建設(shè)環(huán)境友好型社會體系，就是要落實(shí)以人為本，全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的科學(xué)發(fā)展，努力實(shí)現(xiàn)人口、資源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。中國礦業(yè)大學(xué)錢鳴高教授在2003年在煤炭環(huán)境污染日益嚴(yán)重情況下，響應(yīng)國家能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提出“煤礦綠色開采”的問題。

1.3 “綠色開采”研究內(nèi)涵

綜合考慮資源效率與環(huán)境影響的現(xiàn)代模式，遵循循環(huán)經(jīng)濟(jì)中綠色工業(yè)的原則，采用與環(huán)境協(xié)調(diào)一致的“低開采，高利用，低排放”的開采技術(shù)。

主要包含三方面內(nèi)容：

①改變對礦井原有廢棄物（地下水、瓦斯、煤矸石、礦井地?zé)嵋约捌渌叵聦氋F資源）的認(rèn)識，加以利用回收。傳統(tǒng)意義上，煤礦只開采煤炭，廣義資源的角度，地下水資源，瓦斯與煤炭，煤矸石和礦井地?zé)岫伎梢宰鳛橹匾馁Y源進(jìn)行開發(fā)。

②掌握巖層破壞運(yùn)動規(guī)律，控制巖層運(yùn)動，減少環(huán)境破壞。煤層開采，原有巖層遭到破壞，在采動影響下，巖層應(yīng)力分布不均衡或引發(fā)巖層移動導(dǎo)致地表下沉。綠色開采就是基于掌握巖層的運(yùn)動規(guī)律，采取相應(yīng)措施，減小采動影響。

③對礦區(qū)受污染和破壞環(huán)境進(jìn)行生態(tài)治理與恢復(fù)。煤炭生產(chǎn)產(chǎn)生污水，有毒氣體，對生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。綠色開采就是從源頭采取措施，減少消除采礦對環(huán)境的污染破壞，而不是先污染后治理，要堅(jiān)持“全面規(guī)劃、合理布局、綜合利用、化害為利、依靠群眾、大家動手保護(hù)環(huán)境、造福人民”的環(huán)境治理方針。

2 綠色開采技術(shù)的實(shí)施

2.1 地下水保護(hù)利用開采技術(shù)

我國水資源相對比較貧乏，如今生態(tài)環(huán)境遭到破壞，水體污染嚴(yán)重，因此水資源的保護(hù)和水污染治理十分重要。中國主要礦區(qū)分布在嚴(yán)重缺失的西部干旱半干旱地區(qū)，煤礦生產(chǎn)的同時(shí)產(chǎn)生了大量的礦井水，水資源的回收和污水處理再利用意義重大。

地下水的保護(hù)與利用主要包涵了：避免采場發(fā)生突水事故，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)；采取措施減小煤炭開采對礦區(qū)水文環(huán)境的擾動量，有意識地對地下水資源進(jìn)行保護(hù)；對礦井地下水合理疏送排放進(jìn)行資源化利用，一定程度實(shí)現(xiàn)“煤水共采”，同時(shí)對已經(jīng)破壞水層井下恢復(fù)和再造。

根據(jù)不同的地質(zhì)構(gòu)造特征，水文地質(zhì)條件保水開采技術(shù)體系主要包含：水體下保水開采技術(shù)和承壓含水層上保水采煤技術(shù)。

水體下保水開采技術(shù)：①隔離水體技術(shù)措施；②疏降水體技術(shù)措施；③含水層采動破壞恢復(fù)與再造。

承壓含水層上保水采煤技術(shù)：①承壓含水層上安全煤巖柱留設(shè)；②帷幕注漿截流技術(shù)；③減少采動底板破壞深度；④底板注漿加固技術(shù)；⑤疏降底板水技術(shù)。

2.2 煤炭與瓦斯共采技術(shù)

煤層由孔隙煤塊、氣、水三相物質(zhì)組成，煤層中瓦斯賦存狀況包括游離狀態(tài)和吸附狀態(tài)。傳統(tǒng)煤礦開采，煤層瓦斯被視為一種有毒氣體，基本都是對瓦斯先進(jìn)行抽放處理，再進(jìn)行挖掘開采。實(shí)際瓦斯是一種潔凈能源，可用于居民生活，工業(yè)原料等，原始的瓦斯處理，造成了大量的資源流失。為了使資源得到充分利用開采，采取煤炭瓦斯共采技術(shù)，即在煤層開采的同時(shí)形成采煤和采瓦斯2個(gè)完整的系統(tǒng)。煤炭瓦斯共采技術(shù)有效地回采了浪費(fèi)的可利用資源，也降低了井下采場的瓦斯?jié)舛龋_保了安全生產(chǎn)，同時(shí)避免了有毒氣體的排放，對實(shí)現(xiàn)綠色開采有著重要意義。

2.3 減沉技術(shù)，保護(hù)土地資源和地面建筑

地下采礦活動引發(fā)覆巖移動，采空區(qū)周圍的巖層失去平衡，巖層產(chǎn)生復(fù)雜移動，使地表產(chǎn)生移動、變形和破壞，主要表現(xiàn)形式有：地表移動盆地，裂縫與臺階，塌陷坑。開采沉陷對地表建筑（房屋，鐵路，橋梁等）產(chǎn)生嚴(yán)重影響〔1〕。地表均勻下沉（僅在超臨界面積開采時(shí)才可能出現(xiàn)）的情況下，建筑物中一般不會產(chǎn)生附加應(yīng)力，隨著工作面推進(jìn)，建筑物承受地表“動態(tài)”變形影響，此時(shí)建筑物只產(chǎn)生整體垂直位移，受到的傷害不大。巖層受力不均勻時(shí)，地表傾斜、曲率、水平變形對建筑物都會產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞。減少開采沉陷的綠色開采技術(shù)體系主要包括井下開采措施和地上地面技術(shù)措施。

井下開采措施：①留設(shè)保護(hù)煤柱；②條帶開采；③房柱式開采；④充填開采；⑤分層開采。

地面技術(shù)措施：①建筑物上設(shè)置變形縫；②加設(shè)剛拉環(huán)，鋼筋混凝土圈梁；③設(shè)置緩沖溝。

3 綠色開采的經(jīng)濟(jì)評價(jià)和發(fā)展前景

煤炭資源是一種不可再生耗竭型稀缺自然資源，建立科學(xué)采礦體系就是采礦的外部成本內(nèi)部化，社會成本企業(yè)化。綠色開采的經(jīng)濟(jì)評價(jià)遵循煤炭開采完全成本，要求綜合考慮社會效益、環(huán)境效益、安全效益和經(jīng)濟(jì)效益〔6〕。煤礦企業(yè)建立保護(hù)水開采技術(shù)，減沉開采技術(shù)，煤炭與瓦斯共采技術(shù)等不同綠色開采技術(shù)相應(yīng)的系統(tǒng)評價(jià)體系。

中國現(xiàn)代化建設(shè)面臨著能源枯竭問題的嚴(yán)重挑戰(zhàn)，要根據(jù)我國實(shí)情建設(shè)一條節(jié)能優(yōu)先，改善能源結(jié)構(gòu)，環(huán)境保護(hù)與能源同步發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展道路。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，綠色開采中可以變廢為寶，降低開采成本，其技術(shù)也可以發(fā)展成產(chǎn)業(yè)。煤炭企業(yè)要樹立綠色價(jià)值觀，依靠科學(xué)技術(shù)，加強(qiáng)國際合作等多種手段提高綠色開采質(zhì)量。

4 結(jié)語

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們對環(huán)境保護(hù)的強(qiáng)烈要求，建設(shè)資源與環(huán)境友好發(fā)展型企業(yè)勢在必行，綠色開采技術(shù)是解決煤礦與環(huán)境問題的根本出路。目前我國綠色開采有待解決的問題有采動破裂煤巖體中水與瓦斯流動規(guī)律的研究，適合煤礦開采特點(diǎn)的充填材料工藝，瓦斯?jié)饪s分離技術(shù)，礦區(qū)綠色開采技術(shù)的評價(jià)和法規(guī)等。必須從可持續(xù)發(fā)展角度開發(fā)，根據(jù)不同礦井的自身特點(diǎn)，建立相應(yīng)的綠色開采體系，提高開采率，降低污染，提高資源利用率，建設(shè)綠色生態(tài)文明礦井。

〔1〕許家林.煤礦綠色開采〔M〕.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2011，05.

〔2〕繆協(xié)興，錢鳴高.中國煤炭資源綠色開采研究現(xiàn)狀與展望〔J〕.采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2009，03.

〔3〕顧義磊，龔書賢.礦山綠色開采技術(shù)淺析〔J〕.西部探礦工程，2010，05.

〔4〕劉宇博，趙柏竣，劉一博.淺談煤炭綠色開采技術(shù)的方法及原理〔J〕.山西焦煤科技，2012，07.

〔5〕盧明銀，王曉宇.綠色開采的概念、技術(shù)體系與發(fā)展趨勢〔J〕.化工礦物與加工，2007，04.

〔6〕張宏偉，郭忠平.礦區(qū)綠色開采技術(shù)〔M〕.徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2008，03.