煤炭资源的绿色开采

总第119期.doi; 10.3969/j. isn. 1005 - 2798.2009.09.005煤炭资源的绿色开采朱海宾(新疆大学,新疆乌鲁木齐830046)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。关键词:煤炭;绿色开采;生态环境;可持续发展;绿色开采技术体系中图分类号:TD821文献标识码:A文章编号:1005- 2798(2009)09- 0012- 03Green Mining of Coal ResourceZHU Hai -bin(Xinjiang University , Urumqi 830046 ,China)Abstract:Through analyzing the important stalus of coal resource in resource structure of China and the infuence of coal mining to theenvironment, this thesis summarized the connotation of green mining and its current technical system. At the same time, the author ofthis thesis expounded the necessity of the green techniques as well as the sustainable development in coal mining. Thus the summarycan be concluded that the green mining is of great importance to the development of the regional economy, even to the whole society.Keywords :coal ;green mining; entironment ;sustainable development;technical system of green mining我国“十一-五”规划要求能源行业“坚持节约优积、大幅度下降,地表植被千枯,自然景观遭到破坏,先,立足国内,煤为基础,多元发展,构建稳定、经济、农业产量下降。另一方面,煤炭开采过程中产生的清洁的能源结构体系”。在我国一-次能源结构中,煤矿井水、洗煤水以及矸石淋溶水等废污水，含有大量炭近几年一直占70%左右,并将长期作为我国的主的硫化物.重金属离子等有害物质,严重污染了周围要能源。众所周知,制约我国经济发展的突出瓶颈水环境。是能源,而能源中能比较主动解决的是煤炭(油气在2) 破坏土地资源。煤炭开采对土地资源能造国外大量开发带来的是能源安全问题)。因此,煤炭成严重破坏，井工开采以地表塌陷和矸石山压占为工业能否健康发展是事关我国能源安全与经济可持主,露天开采则以直接挖损和外排土场压占为主。据续发展的重大问题。统计,目前,我国因煤炭开采引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0.19 hm';1煤矿开采对环境的影响而我国大中型煤矿已有矸石山近2000座,矸石堆放多年来,为保证国民经济高速发展,我国的煤炭量达40亿t,占地面积3.4万hm2。.一直是在超能力生产,原煤产量从1996年的13.6亿t3)污染大气环境。 我国煤矿每年排入大气中上涨到2008年的28.1亿t,年产量增长了一倍多。的瓦斯达 120亿m' ,瓦斯的主要成分是CH,其产生煤炭开采在为社会建设和消费提供能源的同时，也的温室效应是CO2的21倍;每年排入大气中的粉对生态环境造成了极大的破坏。采矿活动对矿区环尘约47万1,这不仅对矿区环境造成了严重污染,而境的破坏主要体现在以下三个方面:且引发尘肺病患者达几十万人。此外,煤矿矸石自.1)破坏和污染水资源。 一方面,在煤炭开采燃产生大量s0. C0篓右毒气体,是大气环境的另过程中,人为疏干排水以及采动影响形成的导水裂一个中国煤化工p我国国有煤矿中隙带对煤系含水层的自然疏干,导致地下水位大面长期MYHCNMHG矿区和周边地区收稿日期:2009 04-17作者简介:朱海宾( 1984 - ),男,山东菏泽人,硕士研究生,研究方向为矿床与区域成矿学。122009年9月朱海宾:煤炭资源的绿色开采第18卷苇9期的大气环境。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2可 持续发展与绿色开采-致的“低开采、低排放、高利用”的开采技术。在国际社会上，矿业开采造成的环境和生态问4绿色开采的技术体系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煤矿绿色开采是从广义资源的角度来对待煤、瓦费”。世界上矿业发达的国家,如:美国、澳大利亚、斯、水等一切可以利用的各种资源,其主旨是将煤矿德国等也早在20世纪70年代就开展了矿山环境保开采活动对自然环境和生态的破坏降到最低限度,防护和治理。矿产资源开发和环境保护- -体化已成为止或尽可能减轻因煤炭开采对环境和其他资源的不当前国际矿业发展的一个重要趋势。利影响。煤矿绿色开采技术体系简要表达,见图1。而在我国,目前,煤炭开采的“高开采、高排放、绿色开采技术低利用”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岩层移动体系煤矿开采技术生态治理与恢复技术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关键层理论 ]矿模式,即“煤炭开采- -环境保护- -矿区可持续发保少出1煤炭.废弃}水矸石地下地地治.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共采;"(化、续发展的必由之路。二3绿色开采的内涵地下水流失瓦斯地表坍塌、王「排放研石、有害气体排2003年,中国工程院钱鸣高院士在国际上首次与突水事故事故地与建筑物捌I 占用土地放、污染环境提出了“绿色开采" ( Green Mining)的理念,并得到煤矿开采损害世界矿业届人土的普遍认同。煤炭绿色开采具有以图1 煤炭资源绿色开采技术体系下特点和内涵:l) 对矿井(区)废弃物(有害物)的再认识。4.1保水开采随着社会的发展,对事物的认识更应该用辩证的眼煤层开采后,随关键层的破断，上覆岩层中出现光来看待。我们应转变以往视矿井瓦斯、地下水、矸裂隙带,导致隔水层遭到破坏。这样,在该区域内,石等为有害物质的观念,把它们当作该矿区的开发地下水将形成下降漏斗,从而导致地下水位的下降。对象加以利用。从绿色开采角度而言,矿井瓦斯并地下水位能否恢复,取决于随工作面的推进,上覆岩非有害气体,而是清洁能源,1m'的瓦斯可发电3~层中的软弱层能否经重新压实形成新的隔水层。3.5 kWh;矿井水也不是水害,可以在防治地下水的我国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。容。保水开采的目的是在防治采场突水的同时对水煤矿绿色开采注重从开采的角度采取措施,从源头资源进行有意识的保护,使煤炭开采对矿区水文环消除或减少因采矿对环境的破坏,而不是先破坏再境的扰动量小于水文环境容量。研究开采后上覆岩治理。如:通过绿色开采技术实现地下水的保护、控层的破断规律和地下水漏斗的形成机理,从采矿方制采后地表的下沉量及减少瓦斯和矸石的排放等。法、开采区域的选择、留设防水煤(岩)柱以及地面3)绿色开采技术的理论基础。 煤矿开采引起注浆等措施实现矿区水资源的保护和综合利用。的环境问题都是由采动后上覆岩层的运动所导致4.2 煤与瓦斯共采的。岩层运动使岩体松动,形成岩体内的“裂隙煤与瓦斯共采就是将煤炭和赋存于煤层中的瓦场”,由此影响离层的发育状态和地表沉陷,从而改斯都作为矿井中的资源加以开采，实现两种资源的变了瓦斯与地下水在裂隙岩体内的流动规律。岩层共中国煤化工了大量的资源又改善广泛应用,是煤炭中的关键层对整个岩层运动及岩体内的“裂隙场”MHCNMHG.煤与瓦斯共采的技起控制作用，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。术途径有:①采前预抽。在采煤前先将煤层瓦斯抽12009年9月朱海宾:煤炭资源的绿色开采第18卷第9期出,可改善煤矿安全。但由于我国煤层在开采前的采技术。该技术的原理由前苏联汉学家门捷列夫于煤体透气性低,本层内抽采有困难。②采后卸压抽1888年提出,- -些发达国家在20世纪40年代前后采瓦斯。采后围岩压力降低,大量瓦斯在采空区释进行了成功试验。放,是瓦斯抽采的好时机，可形成煤与瓦斯共采体目前我国的煤炭地下气化技术还处于工业试验系。③废弃矿井抽采。鉴于废弃矿井煤层经采动而阶段,有很多问题需要研究和探索,如:怎样控制煤充满瓦斯,因而可以利用采动后岩体内“裂隙场”的炭气化后产生的苯和酚的扩散,使其不污染毒害地分布及钻孔,在井下安装瓦斯抽放管,封闭井口进行下水资源等。瓦斯抽放。④回风井回收瓦斯。4.6 矿区生态治理与恢复4.3矸石减排 与处理矿区生态治理与恢复包括土地复垦、废弃地治我国煤炭开采的矸石排放量占原煤产量的理和利用以及植被修复三个方面。15% ~20% ,按每年开采原煤25亿吨计算,矸石的目前,我国复垦利用的土地不到破坏土地的排放量每年达到4~5亿t。减少排矸和将地面矸石1% ,而发达国家矿山土地复垦率已达到50%。在进行处理是绿色开采技术的另- -项重大任务。土地复垦技术中,生物复垦技术，如:细菌快速生物矸石减排与处理就是减少煤矿矸石排放量和矸复垦法、无覆土生物复垦法、抗侵蚀被(先铺后种)石的堆积以及对已出矿井的矸石进行处理。减少矸法等,是热门研究的内容,这些方法在控制复垦区土石的出井量可通过优化巷道布置,研究煤巷的支护壤侵蚀、快速恢复植被方面效果十分显著。技术,用煤巷代替岩巷等来完成。而当煤矿开采必矿区废弃地生态修复的实质是矿区废弃地基质须在地下开掘岩石巷道时,就要处理好矸石的利用改良、土壤侵蚀控制和植物种类的筛选,并在正确评问题，如:可以进行巷旁及废弃巷道或采空区的充价废弃地类型、特征的基础上，进行植被的恢复与重填;对于含碳大于20%的煤矸石可用于发电供热,建,进而使生态系统实现自行恢复并达到良性循环。含碳低的可用于建筑材料;有矸石山堆积的矿区可植被修复技术是一项新兴的.有潜力的绿色植将矸石山绿化等。物技术,植物修复环境技术经过10余年的研究,有.4.4 “三下”采煤与减沉技术些研究成果即将进人市场。“三下”指水体下、建筑物下及铁路下。煤炭的5绿色开采的意义“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1)绿色开采有 助于开采技术水平和企业可持开采引起的地表沉陷以保护土地资源和地面建筑续发展 能力的提升。我国煤炭行业整体技术水平较物。低,长期走粗放型发展路子,生产集中化程度低。绿为了保证“三下”采煤既具有较好的经济效益，色开采必然要求多层面、多角度的技术创新,并将改同时又能确保地面建筑物不受损害,关键在于根据善企业的管理模式、提升企业的管理水平,创建企业具体条件下覆岩结构与关键层特征来研究确定合理的核心竞争力。的减沉开采技术及参数。研究表明,主关键层对地2)绿色开采有助于提高资源利用率,减少因表移动过程起控制作用,主关键层的破断导致地表煤炭开采对环境和生态的破坏。绿色开采要求从广快速下沉。基于岩层控制的关键层理论提出了条带义资源角度看待矿区内的煤炭、瓦斯矸石、地下水充填控制沉陷的思路,仅充填部分采空区,只要保证以及煤层附近的其他矿床等可以利用的资源,在追未充填采空区的宽度小于覆岩主关键层的初次破断求最佳经济效益和社会效益的同时，尽可能减少对跨距,且充填条带能保持长期稳定,就可有效控制地环境的负面影响。表下沉。减沉开采技术的措施方法有很多,如:留设3)绿 色开采有助于提升国民福利。绿色开采煤柱开采、覆岩离层带充填、限厚开采.协调开采和.要求满足人类需求的合理性和根本意义,真正以人“采- -注一采" 三部法开采等。为本。在追求生态大系统持续稳定、平衡运转的目4.5煤炭地下气化技术标命题下,实现的是国民长久效益的提升。煤炭地下气化是指在煤层赋存地点直接获得可绿角开平更古今而评价业效益,综合考燃气体的过程,即在地下将煤通过热化学过程变为虑生中国煤化工系统的动态平衡作气态燃料,然后经由钻孔排至地面收集利用。煤炭为出YHCNMHG态大系统中来看地下气化技术可以消除煤炭开采对环境的污染和煤待 、评价企业的经济活动,实现生态大系统的可持续炭燃烧对生态环境的不利破坏,是一种整体绿色开发展。(下转第39页)12009年9肩杨永光:主斜井胶带输送机延伸技术改造第18卷第9期节螺栓,在滚简位置调正完毕后,将调节螺栓顶紧轴8) 装载点设置三个,每段长6 m的装载架,承座。它由缓冲托辊、上托辊支架、下托辊、下托辊支架及6)卸载装置由一个直径1400mm卸载滚筒、左右挡板支架组成,托辊支架、挡板支架用螺栓与纵一个直径800mm改向滚简和卸载机架组成,卸载梁联接,而左右挡架则用螺栓联接于挡板支架上。滚筒采用高强度铸焊结构,筒圈与主轴采用涨套连9)输送机倾斜上运， 采用重载车拉紧装置,接,并且为包胶滚简。卸载机架为三角架形式,重量拉紧力为35kN,配重为3.5(不含重载车及机尾滚轻,结构简单,受力合理。合金清扫器为H型、P型,筒),拉紧行程9m,使胶带在输送机启动时和正常保证了进人滚筒胶带的清洁。运行时都保持恒定张力,保证皮带机平稳启动,机尾7)机身沿斜巷纵向布置,采用螺栓联接落地张紧滚筒为直径1 250 mm,在机尾滚筒前方有一道钢架结构,它由上托辊、上托辊支架、纵梁、挡煤装置空段清扫器,确保机尾滚简清洁。及支腿等组成。机身架所承受的重量加大,要求强4改造后的效果度要高,所以技改胶带机选用中间架纵梁长度为3 m,材料为14'槽钢,支腿为12"槽钢与钢板焊接结新的胶带输送机自2007年10月更新改造完毕构件,左右支腿之间用横挡连接,在整个输送机方向并投人使用后,运行效果良好,极大地提高了长距上带斜撑的支腿与普通支腿交叉布置,以保证整个离、大运量胶带运输的安全可靠性。集团公司下组机身有足够的强度和刚度。在整机长度上,在适当煤第一个工作面一- -8101 工作面于2008年6月2的位置装上挡煤装置,防止较大煤块下滚。托辊直日正式投产出煤,最高月产原煤4万t。石圪节形成径为133 mm,采用铁皮轴承座和迷宫密封方式,轴承了3"煤、8"煤和15*煤三个水平同时作业的生产格为矿用专用轴承,具有游隙大,转动灵活,阻力小等特局,保证了下组煤的顺利开发,实现了老矿可持续发点。上托辊为四节深槽角布置,间距1.2 m,同时每展。20m配备~组调心托辊。下托辊为平形布置,间距3 m。[责任编辑:王玉梅](上接第14页)业大学出版社,2005.3]杜计平,孟宪锐.采矿学[M].徐州:中国矿业大学出版6结语社2009.总之,矿区的开发不仅关乎矿区本身,更关乎区4] 许家林,钱鸣高.绿色开采的理念与技术框架[J].科技导报2007 ,25(7) :61 -64.域经济的发展乃至全社会的发展。矿区开发不能以5] 钱鸣高,缪协兴,许家林,等.论科学采矿[J].采矿与安牺牲环境为代价,而应走可持续发展之路。绿色开全工程学报,2008 ,25(3):1 -10.采是矿区开发和确保矿区可持续发展的必由之路，6] 屠世浩,陈宜先.探讨绿色开采技术保护矿区生态环是惠及子孙后代的举措。绿色开采技术的应用,真境[J].能源环境保护,2003,17<4):10-14.正还矿区以蓝天碧水、绿草,必将实现和谐生产,建7] 黄庆享.煤炭资源绿色开采[J].陕西煤炭, 2008(1):成和谐矿区,最终实现构建和谐社会的宏伟目标。18-21.8]黄温刚， 张绍鹏.煤炭工业可持续发展的工业化之路参考文献:[J].矿业快报,2008 ,9(9):1 -4.[1]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.[2]杜计平 ,在理全.煤矿特殊开采方法[ M].徐州:中国矿中国煤化工MYHCNMHG39