煤礦綠色開采技術及其成效與發展研究

周曉彬

（汾西礦業集團公司 中興煤業，山西 交城030500）

循環經濟是指遵循自然生態系統的自然循環和能量流動規律重構經濟系統，將經濟活動高效有序地組織成一個“資源利用一綠色工業一資源再生”的封閉型物質能量循環的反饋式流程，保持經濟生產的低消耗、高質量、低廢棄，從而將經濟活動對自然環境的影響和破壞降低到最低程度。綠色開采是綠色礦業的核心內容之一[1]。綠色開采技術主要包括以下內容：①水資源保護一形成“保水開采”技術；②土地與建筑物保護一形成離層注漿、充填與條帶開采技術；③瓦斯抽放一形成“煤與瓦斯共采”技術；④煤層巷道支護技術與減少矸石排放技術；⑤煤炭地下氣化技術。

1 煤礦綠色開采的重要性及意義

隨著礦山的開發，礦區排放大量廢水，它們主要來自礦山建設和生產過程中的礦坑排水，矸石堆受雨水淋濾、滲透溶解礦物中可溶成分的廢水，各種設備、車間、油庫等油類的污染源，地面雨、雪水或地表水體通過井口、地面塌陷區、斷層、裂隙等各種滲漏通道而進入井下的水，井下各種作業用水、漏水，廢舊巷道及老窯的積水及勘探鉆孔滲漏水等。礦井長年累月大量疏排地下水，破壞了地下水的天然平衡狀態。當礦山排水量和供水量大于地下水補給量時， 地下水位持續下降，造成水資源枯竭，礦業工業城市出現了困擾人們的水荒，從而影響工礦企業和城市的發展。環境是人類賴以生存和健康發展最重要的基本生態環境之一，我國地下水污染問題表現為大城市和重工礦城市地下水次生污染十分明顯。

隨著礦山的開發和利用，礦山環境問題和因其引起的各種次生地質災害現象已逐步顯露端倪，有的還造成嚴重后果[2]。 因此，“資源開采—環境保護一礦區可持續發展”的平衡關系，是進行資源開發所面臨的全局性課題。煤炭資源“綠色開采”是符合這一平衡關系的礦區開發模式，稱之為可持續發展的“綠色礦區”模式，其核心內容之一就是要實現綠色開采。 綠色開采的重大意義在于：

（1）綠色開采要求開采技術水平提升。 我國煤炭行業整體技術水平較低，長期走粗放型發展路子，生產集約化程度很低。綠色開采必然要求多層面、多角度的技術創新。 （2）綠色開采要求系統高效利用產品。綠色開采要求從廣義資源的角度看待礦區范圍內的煤炭、地下水、煤層氣、土地、煤矸石以及在煤層附近的其他礦床等可用資源，在追求最佳經濟效益和社會效益的同時，盡可能減少對環境的負面影響。（3）綠色開采要求全面評價企業效益，綜合考慮生態環境。 綠色開采以生態大系統的觀念來看待、評價企業的經濟活動，實現生態大系統的可持續發展。 這自然要求企業在追求自身經濟效益的同時，要全面考慮社會效益與環境效益。

2 煤礦綠色開采技術的應用與成效

煤礦綠色開采以及相應的綠色開采技術，在基本概念上是從廣義資源的角度上來認識和對待煤、瓦斯、水等一切可以利用的各種資源，基本出發點是防止或盡可能減輕開采煤炭對環境和其他資源的不良影響，目標是取得最佳的經濟效益和社會效益[3]。

2.1 保水開采

保水開采就是在采煤的過程中對地下水資源進行保護并對礦井排水進行資源化利用。我國西北干旱缺水礦區應重視保水開采技術的研究，將保水開采作為礦區綠色開采的重點。 保水開采技術體系如下圖1 所示。

圖1 保水開采技術體系

煤層開采后，隨著上覆巖層中關鍵層的破斷，在該區域內地下水將形成下降漏斗。地下水位能否恢復，取決于隨著工作面的推進，上覆巖層中無軟弱巖層經重新壓實導致裂隙閉合面形成的隔水帶。若有隔水帶，則隨著雨水的再次補給，下降漏斗將隨之消失，地下水位也隨之恢復。 而它對地面生態的影響則決定于漏斗形成與消失的時間間隔。我國西北部分地區煤層頂板為厚層堅硬巖層，表土層薄，煤層開采后頂板破、斷裂縫從井下采空區貫穿地表，原有頂板含水層的水全部通過巖層裂縫漏失，造成區域淺層地下水資源枯竭。 只有對巖層裂縫進行人工注漿封閉、阻斷地表雨水滲漏，才能逐步恢復原有含水層[4]。

2.2 煤與煤層氣（瓦斯）共采

煤與煤層氣（瓦斯）共采就是將煤炭和賦存于煤層中的瓦斯都作為礦井的資源加以開采，實現兩種資源的共同開采。 我國高瓦斯礦區應重視煤與煤層氣（瓦斯）技術的研究，將煤與煤層氣（瓦斯）共采作為礦區綠色開采的重點。煤層氣開采方法分為煤層采前預抽和采動卸壓抽采。針對煤礦瓦斯供應量的不穩定，周期也不很長的問題，德國開發了集裝結構的移動式綜合供暖發電廠，將所有供暖發電設備裝在集裝箱中，既有利于減少投資風險、縮小電廠空間、少占地，又能加快建廠速度。

2.3 減沉開采

所謂減沉開采就是減少開采所引起的地表深陷，以保護土地資源和地面建筑物。 我國東部礦區及糧食與煤炭復合主產區應重視 減沉開采技術的研究，將減沉開采作為礦區綠色開采的重點。 減沉開采技術體系如下圖2 所示。

圖2 減沉開采技術體系

充填技術是解決“三下”開采技術的重要組成部分，在國外它與采礦技術密切相關，目前我國充填技術的使用成本高，但如果將“充填體—上覆巖層—主關鍵層”視為統一結構體來應對地面建筑，并使其達到最低廉的成本，它將對地面有良好的控制效果，順利解決上述問題，將根本改變將來我國在經濟發達區域的開采技術。

2.4 矸石減排

矸石減排就是減少煤礦矸石排放量、消除矸石山的堆積。 我國所有煤礦都應重視矸石減排技術研究。 首先是少出或不出矸石，以煤巷取代巖巷，涉及到煤巷維護問題，需要不斷研發煤巷高效支護技術。矸石井下處理就是將井下巖巷掘進矸石不提升出井，通過建立井下矸石轉運、儲存與充填系統，將矸石充填到采空區，或進行巷旁與廢棄巷道充填及矸石充填置換井下煤柱等。矸石綜合利用包括將地面矸石作為減沉充填或復墾充填材料、矸石制磚、矸石發電等。

3 煤礦綠色開采的發展對策與前景分析

3.1 礦區開發要進行總體規劃

礦區開發可行性研究、礦區總體規劃、礦井運行可行性研究、礦井初步設計等應對綠色開采做出詳細論述。主管部門要依據國家和行業法律、法規、政策和標準對可行性研究中有關綠色開采的內容進行嚴格審查，對不符合規定的設計和規劃實行環保一票否決制[5]。

3.2 改革巷道部署，減少巖巷掘進量

采取“多做煤巷，少做巖巷”的原則，從根本上減少矸石排放量。全煤巷開拓部署方式已經成為國內外礦井建設的優選設計方案，它不僅有利于煤炭的綠色開采，而且建設投資少，見效快，建井期間就可出煤。

3.3 合理選擇開采工藝

煤炭開采工藝直接影響原煤質量和地面環境保護。應根據煤層賦存條件和生產技術條件，在生產安全、高產高效的原則下，選擇合理的開采工藝。這不僅減少了巷道工程量，簡化了開采程序，實現了工作面高產高效，而且減少了分層開采時矸石的混入量。對于特厚煤層，則推行放頂煤開采，選擇合理的放煤工藝，將有鏟降低含矸率。

4 結論

總之，目前我國在煤礦綠色開采技術的應用方面還有很長的路要走，由于受傳統開采方法的和眼前利益的影響，部分煤礦企業還處于高污染高排放的開采階段，因此國家和有關部門應給予資金和技術的大力支持，以推動煤礦綠色開采技術的快速發展。

［1］劉見中,申寶宏,姜鵬飛,周宏偉,任懷偉,吳剛.提高我國煤炭科學產能的技術對策[J].煤炭科學技術，2013（01）：21-24.

［2］公建祥,梁京園.低氣壓風力管道輸送技術在煤礦矸石充填過程中的應用[J].煤炭技術，2013（03）：93-95.

［3］郭力,何朋立.采空區充填效果的隨機規律研究[J].金屬礦山，2013（04）：36-39.

［4］李順云,董昶.基于計算機技術的煤礦綠色開采[J].煤炭技術，2012（05）：66-68.

［5］姚寶志.煤礦井下矸石充填技術與地面減沉效果[J].煤礦安全，2012（06）：47-49.