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1、2004年第1期能源技术与管理1专论与综述煤矿绿色开采技术的研究与实践钱鸣高,许家林,缪协兴(中国矿业大学,江苏徐州221008)[摘要]阐述了煤矿绿色开采的提出、概念及绿色开采技术体系。绿色开采技术的主要内容应包括:保水开采、建筑物下采煤与离层注浆减沉、条带与充填开采、煤与瓦斯共采、煤巷支护与部分矸石的井下处理、煤炭地下气化等,介绍了基于岩层控制的关键层理论开展的绿色开采技术研究与实践成果。[关键词]绿色开采;关键层理论;岩层移动[中图分类号]TD823[文献标识码]A[文章编号]100326083(2004)0120001204发生巨大的变化,由此形成了矿区独特的生态环1煤矿绿
2、色开采的提出境问题,如造成农田以及建筑物破坏,村庄迁徙,党的十六大报告明确提出“⋯⋯走出一条科矸石堆积,使河川径流量减少,以及地下水供水水技含量高,经济效益好,资源消耗低,环境污染少,源干枯,在地面导致的土地沙漠化,由于开采而使人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子。”矿物内的有害物质流入地下水中等。我国目前的因此,必须充分考虑我国资源相对短缺,环境比较煤矿生产是在以下两种情况下进行的:一是生产脆弱的基本特点,建立起适合我国国情的资源节成本不完全。如投入不足;技术装备落后;安全设约、环境友好的新型工业化发展道路。施欠帐;工人工资太低。二是相关费用支付不全。近期提出的循环经济(re
3、cyclingeconomy)是指如矿产资源费以及植被恢复,地面塌陷与水损失;遵循自然生态系统的物质循环和能量流动规律重污染治理等。提出并形成绿色开采技术是为了正[1]视开采对环境造成的影响和破坏,并有清醒的认构经济系统,将经济活动高效有序地组织成一个“资源利用—绿色工业—资源再生”的封闭型物识与足够的估量,以便提出必要的对策和对政府质能量循环的反馈式流程,保持经济生产的低消提出必要的政策建议。耗、高质量、低废弃,从而将经济活动对自然环境煤炭开采形成的环境问题主要为:的影响破坏减少到最低程度。它不同于传统经济(1)对土地资源的破坏和占用。煤炭开采对的“高开采、低利用、高排放”,而是
4、达到“低开采、土地资源的破坏损害,井下开采以地表塌陷和矸高利用、低排放”的可持续发展目标。显然,此处石山压占为主,而露天开采则以直接挖损和外排的“绿色工业”是广义的概念,应由各个工业部门土场压占为主。去实现。对矿业来说就是要实现“绿色矿业”。(2)对水资源的破坏和污染。煤炭开采过程“绿色矿业”的核心内容之一就是要实现“绿色开中,进行的人为疏干排水和采动形成的导水裂隙采”。对煤系含水层的自然疏干,破坏了地下水资源。“绿色开采”的内涵是努力遵循循环经济中绿同时开采还可能污染地下水资源。色工业的原则,形成一种与环境协调一致的,努力(3)对大气环境的污染。主要来自矿井排出去实现“低开采、高
5、利用、低排放”的开采技术。的煤层瓦斯抽放和煤矿矸石山的自燃。矿区在开发建设之前与周围环境是协调一致以山西省为例,1949～1998年共生产原煤562的,而进行开发建设后,强烈的人为活动便使环境亿多t,地面塌陷破坏面积达666000多hm,其中240%是耕地。矸石山占地2000多hm。至19982基金项目:国家自然科学基金资助项目(59674011,50374066);国年煤炭地下采空面积达1300km(全省面积的3家杰出青年科学基金项目(50225414)1%)。采煤破坏地下水412亿m/a,地表水迳流2钱鸣高等煤矿绿色开采技术的研究与实践2004年第1期减少,导致井水位下降或断流
6、共计3218个,影响下气化技术。这些内容构成的绿色开采技术体系水利工程433处,水库40座,输水管道793890m;简要表达如图1所示。造成1678个村庄,812715口人,108241头牲畜开采引起环境与主要安全问题的发生都与开饮水困难。使本来缺水的山西环境受到进一步破采后造成的岩层运动有关(岩体不破坏上述问题2坏。平均每采万t原煤造成塌陷土地012hm,每都不会发生),因此,绿色开采的重大基础理论为:2年新增塌陷地约2万hm。①采矿后岩层内的“节理裂隙场”分布以及离层规矿井瓦斯即煤层气,它是比CO2还严重的温律;②开采对岩层与地表移动的影响规律;③水与室气体,也是导致煤矿重大安
7、全事故的根源。据瓦斯在裂隙岩体中的渗流规律;④岩体应力场分初步估计,我国2000m浅范围内具有30～35万布规律及岩层控制技术。3亿m煤层气资源,居世界前列。但由于我国煤层透气性小,难以在开采前抽出。建国以来,我国煤矿发生煤与瓦斯突出事故1500余次,仅2001年由于瓦斯事故的死亡人数达2356人,为煤矿总死亡人数的40%。煤矿每年排放瓦斯70～1903亿m。同时瓦斯又是最好的清洁能源,因此必须加以利用,变害为宝。由此可见,提出并尽快形成煤矿的“绿色开采技术”已迫在眉
