对煤炭资源绿色开采的简单探讨

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摘要：分析了研究煤炭资源绿色开采的必要性和意义，对煤炭资源绿色开采的内涵、技术体系框架、理论基础及发展前景做了初步介绍。

关键词：绿色开采 煤炭资源 绿色开采技术体系

中图分类号：TD82

文献标识码：A

文章编号：1007-3973(2011)010-123-02

1、引言

在我国能源资源储量中，煤炭的比重约占到92％；近年来，我国煤炭生产与消费约占整体能源的70％。在我国的经济发展中，煤炭作为最重要的一次性能源，在未来一段时间内，其在能源构成中的主体地位不可替代。随着社会经济的发展和工业化进程的提速，传统开采方式对煤炭资源的开采引起的资源破坏、环境污染等问题逐渐凸显。因此，如何综合考虑发展煤炭资源经济、减少煤炭开采对环境的破坏受到越来越多的重视、地位日渐重要。

2、煤炭资源绿色开采的提出

2.1传统的煤炭开采形成的主要环境问题

传统的煤炭开采形成的环境问题主要体现在以下三个方面：

(1)对水资源的破坏和污染。煤炭开采过程中进行的人为疏干排水和采动形成的导水裂隙对煤系含水层的自然疏干破坏了地下水资源，同时开采还可能污染地下水资源。在建国最初的50年里，仅山西省每年平均因采煤而破坏的地下水就达到4亿多立方米。

(2)对土地资源的破坏和占用。煤炭开采对土地资源的破坏和损害主要表现在两个方面：露天开采导致的挖损及外堆土场的压占；井工开采引起的地标塌陷和矸石山压占。

(3)对大气环境的污染。主要表现为煤矿矸石山的自燃以及矿井排出的瓦斯等温室气体。

2.2煤炭资源绿色开采的提出

上世纪60年代以后，随着社会经济、科学技术的发展、人口的增长，人类与自然环境的相互作用愈来愈明显。同时，人类对环境与社会经济协调发展的重要性的认识也不断提高，煤炭资源的绿色开采在此背景下应运而生。

2003年，中国工程院钱鸣高院士首次提出了绿色开采的概念和技术体系，为我国煤炭资源的合理、环保开采和研究指明了方向。

3、煤炭资源绿色开采体系

3.1煤炭资源绿色开采的基本思想

以钱鸣高院士为代表的中国煤炭绿色开采研究者认为，煤炭资源的绿色开采及相应的绿色开采技术，在基本概念上是从广义资源的角度上来认识和对待煤炭、瓦斯、水等一切可以利用的各种资源；其基本出发点是防止或尽可能减轻开采煤炭对环境和其它资源的破坏及不良影响；其最终目标是取得最佳的经济效益和社会效益。

3.2煤炭资源绿色开采的理论基础

我国研究煤炭资源绿色开采的学者普遍认为，煤炭开采引起的安全及环境的问题，与煤炭开采后造成的岩层运动有关。煤炭开采后，原岩应力被破坏，岩层运动导致岩体的松动，从而形成“裂隙场”，由此影响离层的发育状态及位置和地表沉陷，从而改变了瓦斯及地下水在裂隙岩体中的渗流规律。因此，煤炭资源绿色开采是建立在关键层理论、岩层控制与岩体应力场分布规律、水与瓦斯在裂隙岩体中的渗流规律和开采对地表的影响规律以及采动岩体“节理裂隙场”分布及其离层规律之上的。

3.3煤炭资源绿色开采技术体系

煤炭资源绿色开采是一项系统工程，包括环境保护、资源利用以及很多物力、化学小的专业分支，其内涵相当丰富。就目前绿色开采技术体系来看，主要包括以下几方面内容：(1)煤与瓦斯共采技术，即改变传统的瓦斯抽放方式，不再将煤层瓦斯看做一种灾害和负担，而是将煤层瓦斯作为一种资源和煤炭共同开采。(2)煤炭的地下气化技术。(3)煤层巷道支护技术与减少矸石排放技术。(4)水资源保护，形成“保水开采”技术。(5)土地与建筑物保护，形成离层注浆、充填与条带开采技术。以上这些内容综合构成的煤炭资源绿色开采技术体系简要表达如图1所示。

3.3.1保水开采

统计表明，我国水资源分布很不均衡，有70％左右的矿区缺水，尤其是西部矿区缺水更为严重，保水开采就显得尤为重要。西安科技大学提出的采动过程的“裂隙弥散技术”和地表的“裂隙弥合技术”为实现高效保水开采控制提供了有效途径，其基本理论是通过合理控制基岩运动实现隔水层“O”型集中裂隙带的“裂隙弥散”，防止或减弱导水裂隙的形成；同时从地表针对导水裂隙带主动控制加速裂隙弥合。

3.3.2煤与瓦斯共采

煤与瓦斯共采的基本思想是不再将煤层瓦斯视为有害气体处理，而是将其看作一种洁净能源开采。目前的技术途径主要有：煤与瓦斯共采，即利用采后围岩压力降低、大量瓦斯释放来实现煤与瓦斯的同时开采；采前抽放，即先抽后采：回风井回收瓦斯；废弃矿井抽采瓦斯。

3.3.3减沉技术

减沉技术的基本做法是通过条带开采、充填开采或离层注浆的方式，来减少因开采造成的地表沉陷以及对地面建筑物和农田的破坏。其理论基础是岩层破坏及移动规律和中国矿业大学提出的关键层理论。目前利用最多的是条带开采技术。但是条带开采存在资源浪费等明显不足，为此，很多学者致力于充填开采和离层注浆方面的研究。随着研究的深入，部分学者针对传统的充填开采技术提出了部分充填开采技术，通过对采空区的部分充填来实现减沉的目的。

3.3.4煤炭地下气化技术

英国最早于1912年开始研究煤炭地下气化技术，但是由于热值低、成本高等诸多问题而未得到发展。我国从上世纪50年代开始研究这项技术，直到1994年实现连续产气，2005年实现连续稳定生产优质水煤气和混合煤气，但至今仍存在诸多技术难题没有攻克。应该说，煤炭地下气化是煤炭资源绿色开采的重要研究方向，其前景和社会、经济效益都是不可估量的。但是目前这项技术仍处于工业试验阶段，尚有许多问题需要去研究和探索。

4、结语

随着社会经济的发展，煤炭资源的绿色开采是解决煤炭开采环境问题的根本出路，是社会、经济、环境的共同需要，是坚持科学发展观、统领经济发展全局、努力建设资源节约型、环境友好型社会的必然要求。相信随着绿色开采技术的不断完善和发展，煤炭资源的绿色开采一定会发挥越来越重要的作用并逐步取代传统的煤炭开采方式，为人类与自然的协调发展做出巨大的贡献。