煤炭綠色生態(tài)開采理念及技術(shù)體系

宋立平

(中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054)

0 引言

我國東部地區(qū)的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)告訴我們，東部地區(qū)煤礦的開發(fā)造成了井田內(nèi)土地發(fā)生大面積沉陷、建構(gòu)筑物等發(fā)生破壞，地面河流徑流大大減少，對地下水破壞非常嚴(yán)重，也因此造成了很多村莊的搬遷，甚至有的地區(qū)土地沙漠化非常嚴(yán)重。另外，由于礦物質(zhì)中的有害物質(zhì)進(jìn)入地下水，使得地下水資源受到了污染。

為了吸取東部地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)，伴隨西部的發(fā)展，有的學(xué)者提出了保水開采、綠色開采的概念。保水開采的理念是由范立民于1992年在研究鄂爾多斯盆地北部侏羅紀(jì)煤田獨(dú)特的礦床地質(zhì)條件時(shí)提出的，煤田地質(zhì)總局等單位隨后在1995—1998年期間針對保水開采開展了一系列的研究[1-9]。在上述研究的基礎(chǔ)之上，陜西煤田地質(zhì)局于2003年提出了保水開采的條件和相應(yīng)的技術(shù)措施。其基本內(nèi)容是在西部地區(qū)，通過優(yōu)化布局、合理設(shè)計(jì)、科學(xué)開采，使得煤炭在順利開采的同時(shí)對自然水資源進(jìn)行了有效的保護(hù)，使得開采與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。

同年，錢鳴高院士等[10-13]提出綠色開采的技術(shù)理念。綠色開采的內(nèi)涵是降低煤礦開采對周圍生態(tài)環(huán)境的破壞程度，達(dá)到資源開采相互之間及與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)的一種狀態(tài)。綠色開采技術(shù)，基本出發(fā)點(diǎn)就是從采動(dòng)影響的角度利用相關(guān)開采技術(shù)開采煤炭或其他資源時(shí)降低或減少對生態(tài)環(huán)境的不利影響；目標(biāo)是使開采者獲得最優(yōu)的資源經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和最大的社會(huì)效益。其中，保水開采屬于綠色開采內(nèi)容很重要的一部分。自保水開采提出以來，王雙明等[14-16]國內(nèi)專家開展了系統(tǒng)的研究，形成了一系列的科技成果。

1 煤炭綠色生態(tài)開采理念的提出

我國煤炭資源分布特點(diǎn)是“西部地區(qū)多、東部地區(qū)少”。東部和中部的煤炭資源占全國煤炭資源儲(chǔ)量的25%；西南部的煤炭資源占全國煤炭資源儲(chǔ)量的9%；而西部的煤炭資源占比高達(dá)66%，而埋深在1 000 m以上煤炭資源在東部地區(qū)逐年萎縮，已趨于枯竭。西部地區(qū)擁有6大煤炭基地，其煤層賦存條件簡單，適合建設(shè)千萬噸級和億噸級特大型礦井集群。因此我國開啟了西部大開發(fā)，以確保煤炭資源作為主體能源的主體地位長期不會(huì)改變，為我國的總體經(jīng)濟(jì)的發(fā)展保駕護(hù)航。根據(jù)煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃，我國各地區(qū)煤炭產(chǎn)量及占比見表1。

表1 我國各地區(qū)煤炭產(chǎn)量及占比Table 1 Coal output and proportion in different regions of China

伴隨西部淺煤層資源大開發(fā)，矸石、礦井水排放等引發(fā)植被枯死、矸石自然發(fā)火、水體受到污染以及地表塌陷等環(huán)境問題引發(fā)社會(huì)的關(guān)注與重視。2020年煤炭對環(huán)境的開發(fā)影響見表2。廢棄礦井現(xiàn)狀及預(yù)計(jì)如圖1所示。

表2 2020年煤炭開發(fā)對環(huán)境的影響Table 2 Influence of coal mining on environment

圖1 廢棄礦井現(xiàn)狀及預(yù)計(jì)Fig.1 Status and forecast of abandoned mines

2014年4月24日，十二屆全國人大常委會(huì)第八次會(huì)議表決通過了《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》，被稱為“史上最嚴(yán)厲”的環(huán)境保護(hù)法，體現(xiàn)了國家對環(huán)境問題的高度重視。2020年5月，習(xí)近平總書記在考察山西時(shí)指出，要牢固樹立“綠水青山就是金山銀山”的理念，發(fā)揚(yáng)“右玉精神”，統(tǒng)籌推進(jìn)山水林田湖草系統(tǒng)治理，抓好“兩山七河一流域”生態(tài)修復(fù)治理，扎實(shí)實(shí)施黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展國家戰(zhàn)略。因此，從自然生態(tài)環(huán)境的保護(hù)、資源的綜合利用、國家政策各方面出發(fā)，均要求盡快提出并形成“綠色生態(tài)開采技術(shù)”。

2 煤炭綠色生態(tài)開采的理念、概念與內(nèi)涵

2.1 煤炭綠色生態(tài)開采的理念

煤炭綠色生態(tài)開采理念是建立在煤炭綠色開采、生態(tài)保護(hù)建設(shè)的基礎(chǔ)上的，即建立集開采和生態(tài)保護(hù)為一體的現(xiàn)代煤炭開采生態(tài)保護(hù)系統(tǒng)，是綠色開采概念的延伸和補(bǔ)充。涉及關(guān)鍵層巖層控制理論和隔水層重構(gòu)理念。它充分利用了巖層控制理論—關(guān)鍵層理論以保證綠色開采，以及隔離層重構(gòu)理念保證開采后地下水資源及地表生態(tài)不被破壞。其概念是從廣義角度對待煤炭開采時(shí)產(chǎn)生的瓦斯、水、矸石、粉塵、熱能甚至廢棄礦井本身等作為一種資源去加以綜合利用。具體表現(xiàn)是集中體現(xiàn)礦區(qū)資源地上地下一體化開采、加工、利用，實(shí)現(xiàn)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)“零損害”“零排放”的綠色生態(tài)開采利用體系，即著眼于“源頭”設(shè)計(jì)，進(jìn)行布局、采取相關(guān)預(yù)防措施將污染物的產(chǎn)生或者其他對生態(tài)環(huán)境的破壞降到最小，把采前、采中、采后生態(tài)環(huán)境保護(hù)和資源綜合利用作為一項(xiàng)系統(tǒng)工程進(jìn)行整體規(guī)劃和長遠(yuǎn)謀劃，其目的是達(dá)到資源開采相互之間及與生態(tài)環(huán)境之間處于相協(xié)調(diào)發(fā)展的一種狀態(tài)，以期實(shí)現(xiàn)煤礦開采循環(huán)經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。取得最佳的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與社會(huì)效益。

2.2 綠色生態(tài)開采技術(shù)體系內(nèi)涵

綠色生態(tài)開采技術(shù)體系內(nèi)涵如圖2所示，共包含7個(gè)方面。對礦井原有廢棄物或有害物質(zhì)觀念的轉(zhuǎn)變，使得有害廢棄的物質(zhì)重新再利用，變害為寶、變廢為寶，以達(dá)到減少生態(tài)環(huán)境破壞的要求，例如矸石。從源頭上設(shè)計(jì)減少采動(dòng)影響對環(huán)境的破壞，例如保水開采?；趲r層運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)建立綠色開采的理論基礎(chǔ)，例如離層注漿減沉技術(shù)?；诟羲畬又貥?gòu)理念地下水的保護(hù)理論。對廢棄礦井觀念的轉(zhuǎn)變，使得廢棄礦井的有限空間得到利用，閑置土地、廠房等資源得到有效發(fā)揮。對熱能利用觀念的轉(zhuǎn)變，使得乏風(fēng)、地下水余熱回收再利用。對塌陷區(qū)的治理利用觀念的轉(zhuǎn)變，使得塌陷區(qū)治理后功能得到有效發(fā)揮，例如可以建設(shè)水庫、進(jìn)行光伏發(fā)電、生態(tài)旅游開發(fā)等。

圖2 煤炭綠色生態(tài)開采技術(shù)體系內(nèi)涵Fig.2 Connotation of green ecological coal mining technology system

3 煤炭綠色生態(tài)開采技術(shù)體系的主要內(nèi)容

煤炭綠色生態(tài)開采技術(shù)體系主要包括2方面內(nèi)容，一方面是綠色開采、一方面是生態(tài)保護(hù)。具體煤炭綠色生態(tài)開采技術(shù)體系框架如圖3所示。

3.1 技術(shù)體系框架

綠色開采技術(shù)原內(nèi)容包含5個(gè)部分。分別為減沉開采、保水開采、煤與瓦斯共采、煤層地下氣化技術(shù)、矸石減排。其中前4個(gè)部分仍保留在綠色開采體系內(nèi)，僅將矸石減排技術(shù)從綠色開采體系內(nèi)摘出，其原因是矸石減排技術(shù)本質(zhì)是把矸石當(dāng)作一種材料來考慮，因此會(huì)涉及相關(guān)技術(shù)。若作為充填材料用于保水開采，則屬于保水開采體系內(nèi)的井下充填開采技術(shù)的一種。若作為充填材料用于減沉開采，則屬于減沉開采技術(shù)的一種。矸石發(fā)電、制磚與開采沒有關(guān)聯(lián)，而與生態(tài)保護(hù)有很大關(guān)系，因此矸石減排技術(shù)屬于生態(tài)保護(hù)綜合防治技術(shù)體系的范疇。由于矸石是作為一種材料來進(jìn)行處理的，是對矸石的綜合利用，考慮對環(huán)境的保護(hù)，稱之為矸石零排放技術(shù)，納入生態(tài)保護(hù)綜合防治技術(shù)體系內(nèi)。

煤層氣利用技術(shù)主要指瓦斯發(fā)電技術(shù)；地下水庫儲(chǔ)水技術(shù)主要指利用采空區(qū)對水進(jìn)行凈化儲(chǔ)存的技術(shù)；煤水仿生共采技術(shù)指運(yùn)用“導(dǎo)—儲(chǔ)—用”的思路將水資源采出的技術(shù)；海綿礦井技術(shù)指最大限度實(shí)現(xiàn)雨水反補(bǔ)地下水及綜合利用，對井下污水、清水的綜合利用與適量存儲(chǔ)的技術(shù)；清潔利用技術(shù)指的是煤泥水處理技術(shù)、矸石零排放技術(shù)；節(jié)能減排技術(shù)指的是廢水循環(huán)利用技術(shù)、乏風(fēng)、水余熱利用技術(shù)；生態(tài)防護(hù)功能圈構(gòu)建技術(shù)指從生態(tài)學(xué)的基本原理出發(fā)，根據(jù)礦區(qū)自然條件與開發(fā)建設(shè)特點(diǎn)，科學(xué)進(jìn)行生態(tài)功能圈的劃分構(gòu)建技術(shù)；生態(tài)修復(fù)與功能優(yōu)化指采后沉陷區(qū)植被修復(fù)技術(shù)、生態(tài)功能優(yōu)化技術(shù)、微生物復(fù)墾等關(guān)鍵技術(shù)；廢棄礦井利用技術(shù)指充分利用廢棄礦井內(nèi)的可利用有效空間的技術(shù)，包括壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)、抽水蓄能技術(shù)以及儲(chǔ)油等技術(shù)；粉塵防治技術(shù)指有效預(yù)防、控制和降低粉塵造成的危害而采取的相關(guān)技術(shù)及措施；煙氣脫硫脫硝技術(shù)是應(yīng)用于多氮氧化物、硫氧化物生成化工工業(yè)的一項(xiàng)鍋爐煙氣凈化技術(shù)。這11個(gè)方面的內(nèi)容分別從瓦斯的綜合利用、水資源的儲(chǔ)存，凈化綜合利用、節(jié)能減排、清潔高效利用、塌陷區(qū)預(yù)防與治理、廢棄礦井空間利用、粉塵防治、有害氣體防治的角度來提高對資源的綜合利用和對生態(tài)的保護(hù)。因此，以上技術(shù)劃為生態(tài)保護(hù)綜合防治技術(shù)體系。

煤水仿生共采技術(shù)由張建民等[17]提出，地下水庫理論框架和技術(shù)體系由顧大釗院士[18-20]提出。采前生態(tài)防護(hù)功能圈構(gòu)建技術(shù)、采中清潔利用技術(shù)、采后生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)與功能優(yōu)化技術(shù)由楊俊哲、陳蘇社等人提出，相關(guān)技術(shù)文中不再詳細(xì)表述。中煤西安設(shè)計(jì)院開展了海綿礦井技術(shù)、原煤井下脫水技術(shù)、矸石零排放技術(shù)、廢棄礦井利用技術(shù)等相關(guān)研究探索，取得了一定的成果，以下著重從這幾個(gè)方面進(jìn)行論述。

3.2 海綿礦井技術(shù)

根據(jù)海綿城市的概念，結(jié)合煤礦的特點(diǎn)，提出了海綿礦井的概念。目前已取得相關(guān)專利3項(xiàng)，該技術(shù)一方面最大限度實(shí)現(xiàn)雨水反補(bǔ)地下水及綜合利用，另一方面從源頭上減少整個(gè)礦井的涌水量，并實(shí)現(xiàn)對井下污水、清水的綜合利用與適量存儲(chǔ)。該技術(shù)是一種海綿礦井綜合體，包括海綿型工業(yè)場地、條帶充填水質(zhì)凈化采空區(qū)、生態(tài)修復(fù)園區(qū)和地下水反向補(bǔ)給區(qū)；其中海綿型工業(yè)場地包括綠色屋頂、雨水花園、植草溝、地面透水鋪裝、地面生態(tài)蓄水池、地面排水管渠、深度水處理站。下雨時(shí)，建筑物的綠色屋頂所包含的土壤、耐旱植物可涵養(yǎng)部分雨水，多余雨水由建筑物的雨水立管流入雨水花園，對雨水進(jìn)行滲透、滯留、凈化作用，多余水量再進(jìn)入植草溝進(jìn)一步滲透、滯留、凈化，直至流入地面生態(tài)蓄水池；海綿型工業(yè)場地內(nèi)的廠區(qū)道路、非生產(chǎn)用途的廣場均采用透水磚或透水水泥鋪設(shè)，形成透水鋪裝，降雨時(shí)，一部分雨水經(jīng)透水鋪裝滲透至地下，另一部分進(jìn)入植草溝，經(jīng)滲透、滯留、凈化后流入地面生態(tài)蓄水池；地面生態(tài)蓄水池內(nèi)的水可用于地面綠化及澆灑道路，超標(biāo)雨水經(jīng)地面排水管渠排至生態(tài)修復(fù)園區(qū)。

該技術(shù)是將首采工作面布置在首采煤層中標(biāo)高最低處，井下采煤工作面采用條帶充填采煤工藝，減少采空區(qū)導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度，盡可能的避免關(guān)鍵含水層中水的漏失，從源頭上減少整個(gè)礦井涌水量；減少后的礦井采空區(qū)涌水及礦井頂板疏放水為清水，直接排至井底主水倉；井下污水收集后沿設(shè)置在水處理巷內(nèi)的污水管路排至條帶充填水質(zhì)凈化采空區(qū)，經(jīng)條帶充填水質(zhì)凈化采空區(qū)凈化后成為清水，流入臨時(shí)水倉，再經(jīng)臨時(shí)水倉處的排水泵經(jīng)清水管路排至井底主水倉；井底主水倉內(nèi)的清水再排至設(shè)置在地面上的深度水處理。

圖3的煤炭綠色生態(tài)開采技術(shù)體系框架站經(jīng)過處理后即可達(dá)到生活用水標(biāo)準(zhǔn)，可復(fù)用于全礦井生產(chǎn)生活用水，多余水量經(jīng)地面排水管渠排至生態(tài)修復(fù)園區(qū)，用于植被修復(fù)。進(jìn)一步，條帶充填水質(zhì)凈化采空區(qū)可以根據(jù)礦井的涌水規(guī)律及生產(chǎn)生活用水量，適當(dāng)存儲(chǔ)部分地下水資源，待需要時(shí)再進(jìn)行復(fù)用；當(dāng)該地區(qū)出現(xiàn)暴雨，面景觀水池水位超限，生態(tài)修復(fù)園區(qū)無法消納時(shí)，將多余水量經(jīng)地面排水管渠排至地下水反向補(bǔ)給區(qū)，通過多個(gè)滲井滲透至地下，用于補(bǔ)給地下水。從而實(shí)現(xiàn)對全礦井水資源的有序的綜合利用，實(shí)現(xiàn)海綿型礦井。海綿礦井綜合體具體如圖4所示。

圖4 海綿礦井綜合體示意Fig.4 Overall structure of sponge mine

3.3 原煤井下脫水技術(shù)

原煤井下脫水技術(shù)是創(chuàng)新性的將選煤廠煤泥水處理技術(shù)完善運(yùn)用于井下原煤脫水的一項(xiàng)技術(shù)。旨在解決井下原煤水量過大帶來的生產(chǎn)和安全問題。參考工藝路線為分級脫水+高頻篩回收粗煤泥+壓濾機(jī)回收細(xì)煤泥工藝，簡述如下：原煤經(jīng)20 mm(可調(diào))分級后，+20 mm物料直接作為原煤，-20 mm篩下末煤再經(jīng)1 mm脫水后，篩上直接入原煤；篩下煤泥水經(jīng)濃縮分級后通過高頻篩回收粗煤泥后入原煤，弧形篩和高頻篩篩下水進(jìn)入濃縮沉淀，底流經(jīng)壓濾機(jī)回收后，細(xì)煤泥通過轉(zhuǎn)載帶式輸送機(jī)返回原煤，濃縮沉淀后的溢流與壓濾機(jī)濾液一起泵送和自流至水倉，系統(tǒng)煤泥分級回收，煤泥水不外排。

原煤井下脫水技術(shù)首次將煤泥水處理工藝的末端——細(xì)煤泥的濃縮沉淀與壓濾工藝移植到井下煤泥水處理，工藝完善，人工清理量小。對于生產(chǎn)礦井，應(yīng)用原煤井下脫水技術(shù)涉及原運(yùn)輸系統(tǒng)改造、脫水硐室改造以及壓濾硐室的改造或新建等難點(diǎn)工作，此外，大斷面硐室和巷道也給支護(hù)設(shè)計(jì)與施工帶了很大困難。中煤能源研究院與母杜柴登煤礦開展了井下煤泥水處理技術(shù)的合作，目前該項(xiàng)目已成功投入運(yùn)營一年多，取得良好的效果，基本解決了皮帶打滑、機(jī)尾淤煤、稀煤竄倉、影響機(jī)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)、威脅職工人身安全等生產(chǎn)和安全問題，每年為企業(yè)創(chuàng)造近千萬的經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 矸石零排放技術(shù)

以新時(shí)代生態(tài)文明思想為根本遵循，以煤礦矸石井下充填為技術(shù)載體，圍繞礦井面臨的矸石排放、環(huán)境污染、無效提升等共性技術(shù)難題，集成跨界先進(jìn)技術(shù)，優(yōu)化生產(chǎn)適性技術(shù)，提升系統(tǒng)匹配技術(shù)，突破傳統(tǒng)技術(shù)瓶頸，構(gòu)建地區(qū)適應(yīng)型、工藝匹配型和經(jīng)濟(jì)高效型多態(tài)矸石充填理論、技術(shù)與裝備，實(shí)現(xiàn)矸石零排放、環(huán)境低損傷，簡稱矸石零排放技術(shù)。矸石零排放技術(shù)是把矸石當(dāng)作一種材料來利用，其用途分別為充填、減沉、制磚、發(fā)電等。根據(jù)充填的形態(tài)分為固體矸石、膏體、漿體?；诓煌嬖谛螒B(tài)及用途，將矸石零排放技術(shù)分為固體矸石充填模式、膏體充填模式、覆巖離層注漿充填模式和漿體管道充填模式、制磚發(fā)電等用途。其中覆巖離層注漿技術(shù)從矸石利用的角度可歸為矸石零排放技術(shù)。其技術(shù)體系如圖5所示。

圖5 矸石零排放技術(shù)體系示意Fig.5 Schematic diagram of gauge zero discharge technical system

矸石綜合利用：井下煤矸石可以用來發(fā)電、制磚鋪路、提取氧化鋁，還可以復(fù)墾綠化。

固體矸石充填模式：固體矸石充填模式是指將井下掘進(jìn)或地面洗選后的矸石經(jīng)過破碎后，利用矸石運(yùn)輸系統(tǒng)將矸石直接充填于井下廢棄空間，根據(jù)固體矸石充填位置的不同，可分為工作面固體矸石充填和巷道固體充填。工作面固體矸石充填利用充填液壓支架將矸石在采空區(qū)推壓密實(shí)；巷道固體充填利用高速動(dòng)力拋矸機(jī)，將矸石在廢棄巷道中堆積排放。目前固體矸石充填模式已在我國東西部30余對礦井進(jìn)行了應(yīng)用。

膏體充填模式：膏體充填模式是利用水泥作為膠結(jié)劑，以矸石、尾砂作為骨料，以粉煤灰等灰料作為輔料，按照一定比例加水配置成具有一定承載能力的無臨界流速的膏體，利用管道輸送將其輸送到工作面采空區(qū)或廢棄巷道中。該技術(shù)在我國陜北、蒙西、濟(jì)寧等礦區(qū)進(jìn)行了應(yīng)用。

覆巖離層注漿技術(shù)：該技術(shù)指將矸石作為充填材料在工業(yè)充填泵的作用下注入采空區(qū)上方的離層空間中，從而起到支撐上覆巖層、減緩巖層移動(dòng)下沉的作用。

漿體管道充填模式：傳統(tǒng)的矸石井下充填由于投資大、成本高，嚴(yán)重制約了充填技術(shù)的推廣和應(yīng)用。為了解決這一技術(shù)難題，亟需一種投資少、工程小、運(yùn)行成本低的矸石充填系統(tǒng)。中煤能源研究院矸石零排放研究團(tuán)隊(duì)提出漿體管道模式很好的契合了這一目標(biāo)，并且針對漿體管道充填模式的技術(shù)難點(diǎn)提出一種煤柱上方一孔多開式地面注漿充填方法和一種用于處理固體廢棄物的采空區(qū)循環(huán)注漿充填系統(tǒng)，完善了該技術(shù)體系，并且通過龍王溝煤礦、王家塔煤礦等工程設(shè)計(jì)案例得以驗(yàn)證，為我國礦山企業(yè)矸石的綠色處理提供了一種全新的方法。漿體管道充填模式基本原理是將地面矸石進(jìn)行破碎，并研磨成微小顆粒，然后以水為載體，以管路為通道，以工業(yè)泵為動(dòng)力，將固廢顆粒遷移至井下開采垮落后的殘余空間，利用“水-砂”混合物在開放空間的沉淀特性以及采空區(qū)的過濾能力，使得固廢顆粒滯留于井下廢棄空間，按照充填位置的不同分為高位、低位、鄰位注漿充填技術(shù)。該技術(shù)在內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾礦區(qū)進(jìn)行了推廣應(yīng)用。

3.5 廢棄礦井利用技術(shù)

廢棄礦井利用技術(shù)指的是把廢棄礦井當(dāng)作一種資源進(jìn)行綜合利用開發(fā)，分別有廢棄礦井儲(chǔ)氣技術(shù)、廢棄礦井儲(chǔ)能技術(shù)、廢棄礦井儲(chǔ)油技術(shù)、廢棄礦井儲(chǔ)水技術(shù)、廢棄礦井生態(tài)旅游等開發(fā)技術(shù)。廢棄礦井利用技術(shù)如圖6所示。對廢棄礦井的開發(fā)利用，可以減少閑置資源的浪費(fèi)。國外利用廢棄礦井比較早。在1936年，納粹德國就將一座硬石膏改造成為一個(gè)地下飛機(jī)工廠和軍火倉庫，美國的“班尼斯特、豪路曼斯”軍事中心利用的是一座廢舊的石灰石礦，瑞典利用長石礦井、石英礦井、鐵礦井儲(chǔ)存重燃料油和輕油；德國和法國利用鹽巖洞穴儲(chǔ)藏石油產(chǎn)品，同時(shí)美國利用鉀鹽礦儲(chǔ)存油庫，還有用作地下冷庫、防控掩護(hù)所、辦公室、生產(chǎn)車間、倉庫、醫(yī)院等。而我國對于關(guān)閉/廢棄礦井的開發(fā)利用尚處于起步階段。

圖6 廢棄礦井利用技術(shù)體系示意Fig.6 Schematic diagram of abandoned mine utilization technology system

中煤西安設(shè)計(jì)院就新集三礦廢棄礦井壓縮空氣儲(chǔ)能進(jìn)行了可行性研究。運(yùn)用數(shù)值模擬軟件就壓縮空氣儲(chǔ)能巷道和硐室的穩(wěn)定性、礦井壓縮空氣儲(chǔ)能主、副井筒的穩(wěn)定性、壓縮空氣儲(chǔ)能巷道和硐室支護(hù)及加固后的穩(wěn)定性、壓縮空氣儲(chǔ)能巷道和硐室的密封方案和密封性開展了相關(guān)的模擬研究，建立了廢棄礦井壓縮空氣儲(chǔ)能的安全性和穩(wěn)定性判識原則，提出了用于壓縮空氣儲(chǔ)能井巷和硐室的地質(zhì)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。提出了利用廢棄礦井的巷道和硐室進(jìn)行壓縮空氣儲(chǔ)能的支護(hù)及加固方法，并提出了采用丁基橡膠密封層作為巷道和硐室及端頭的高壓氣體密封方法。同時(shí)就廢棄礦井重力儲(chǔ)能、抽水蓄能等研究提出了解決方案，并獲得6項(xiàng)發(fā)明專利。

4 結(jié)語

煤炭資源開采、綜合利用與生態(tài)保護(hù)建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展的煤炭綠色生態(tài)開采技術(shù)是目前煤炭開采帶來的問題的根本解決途徑。因此要實(shí)現(xiàn)綠色生態(tài)開采，必須提前布局，優(yōu)化設(shè)計(jì)、統(tǒng)籌考慮、提高資源綜合利用技術(shù)，尤其要提高對采前、采中、采后、閉坑后的生態(tài)保護(hù)與建設(shè)的技術(shù)，分別從地質(zhì)勘探、設(shè)計(jì)、施工、生產(chǎn)、閉坑各階段實(shí)施相關(guān)的技術(shù)，以確保煤炭綠色生態(tài)開采的健康持續(xù)發(fā)展。