煤礦綠色開(kāi)采技術(shù)及其成效與發(fā)展研究

周曉彬

（汾西礦業(yè)集團(tuán)公司 中興煤業(yè)，山西 交城030500）

循環(huán)經(jīng)濟(jì)是指遵循自然生態(tài)系統(tǒng)的自然循環(huán)和能量流動(dòng)規(guī)律重構(gòu)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，將經(jīng)濟(jì)活動(dòng)高效有序地組織成一個(gè)“資源利用一綠色工業(yè)一資源再生”的封閉型物質(zhì)能量循環(huán)的反饋式流程，保持經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的低消耗、高質(zhì)量、低廢棄，從而將經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境的影響和破壞降低到最低程度。綠色開(kāi)采是綠色礦業(yè)的核心內(nèi)容之一[1]。綠色開(kāi)采技術(shù)主要包括以下內(nèi)容：①水資源保護(hù)一形成“保水開(kāi)采”技術(shù)；②土地與建筑物保護(hù)一形成離層注漿、充填與條帶開(kāi)采技術(shù)；③瓦斯抽放一形成“煤與瓦斯共采”技術(shù)；④煤層巷道支護(hù)技術(shù)與減少矸石排放技術(shù)；⑤煤炭地下氣化技術(shù)。

1 煤礦綠色開(kāi)采的重要性及意義

隨著礦山的開(kāi)發(fā)，礦區(qū)排放大量廢水，它們主要來(lái)自礦山建設(shè)和生產(chǎn)過(guò)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(shè)備、車(chē)間、油庫(kù)等油類(lèi)的污染源，地面雨、雪水或地表水體通過(guò)井口、地面塌陷區(qū)、斷層、裂隙等各種滲漏通道而進(jìn)入井下的水，井下各種作業(yè)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(zhǎng)年累月大量疏排地下水，破壞了地下水的天然平衡狀態(tài)。當(dāng)?shù)V山排水量和供水量大于地下水補(bǔ)給量時(shí)， 地下水位持續(xù)下降，造成水資源枯竭，礦業(yè)工業(yè)城市出現(xiàn)了困擾人們的水荒，從而影響工礦企業(yè)和城市的發(fā)展。環(huán)境是人類(lèi)賴以生存和健康發(fā)展最重要的基本生態(tài)環(huán)境之一，我國(guó)地下水污染問(wèn)題表現(xiàn)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(kāi)發(fā)和利用，礦山環(huán)境問(wèn)題和因其引起的各種次生地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象已逐步顯露端倪，有的還造成嚴(yán)重后果[2]。 因此，“資源開(kāi)采—環(huán)境保護(hù)一礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展”的平衡關(guān)系，是進(jìn)行資源開(kāi)發(fā)所面臨的全局性課題。煤炭資源“綠色開(kāi)采”是符合這一平衡關(guān)系的礦區(qū)開(kāi)發(fā)模式，稱之為可持續(xù)發(fā)展的“綠色礦區(qū)”模式，其核心內(nèi)容之一就是要實(shí)現(xiàn)綠色開(kāi)采。 綠色開(kāi)采的重大意義在于：

（1）綠色開(kāi)采要求開(kāi)采技術(shù)水平提升。 我國(guó)煤炭行業(yè)整體技術(shù)水平較低，長(zhǎng)期走粗放型發(fā)展路子，生產(chǎn)集約化程度很低。綠色開(kāi)采必然要求多層面、多角度的技術(shù)創(chuàng)新。 （2）綠色開(kāi)采要求系統(tǒng)高效利用產(chǎn)品。綠色開(kāi)采要求從廣義資源的角度看待礦區(qū)范圍內(nèi)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(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的同時(shí)，盡可能減少對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。（3）綠色開(kāi)采要求全面評(píng)價(jià)企業(yè)效益，綜合考慮生態(tài)環(huán)境。 綠色開(kāi)采以生態(tài)大系統(tǒng)的觀念來(lái)看待、評(píng)價(jià)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)大系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。 這自然要求企業(yè)在追求自身經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，要全面考慮社會(huì)效益與環(huán)境效益。

2 煤礦綠色開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用與成效

煤礦綠色開(kāi)采以及相應(yīng)的綠色開(kāi)采技術(shù)，在基本概念上是從廣義資源的角度上來(lái)認(rèn)識(shí)和對(duì)待煤、瓦斯、水等一切可以利用的各種資源，基本出發(fā)點(diǎn)是防止或盡可能減輕開(kāi)采煤炭對(duì)環(huán)境和其他資源的不良影響，目標(biāo)是取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[3]。

2.1 保水開(kāi)采

保水開(kāi)采就是在采煤的過(guò)程中對(duì)地下水資源進(jìn)行保護(hù)并對(duì)礦井排水進(jìn)行資源化利用。我國(guó)西北干旱缺水礦區(qū)應(yīng)重視保水開(kāi)采技術(shù)的研究，將保水開(kāi)采作為礦區(qū)綠色開(kāi)采的重點(diǎn)。 保水開(kāi)采技術(shù)體系如下圖1 所示。

圖1 保水開(kāi)采技術(shù)體系

煤層開(kāi)采后，隨著上覆巖層中關(guān)鍵層的破斷，在該區(qū)域內(nèi)地下水將形成下降漏斗。地下水位能否恢復(fù)，取決于隨著工作面的推進(jìn)，上覆巖層中無(wú)軟弱巖層經(jīng)重新壓實(shí)導(dǎo)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(bǔ)給，下降漏斗將隨之消失，地下水位也隨之恢復(fù)。 而它對(duì)地面生態(tài)的影響則決定于漏斗形成與消失的時(shí)間間隔。我國(guó)西北部分地區(qū)煤層頂板為厚層堅(jiān)硬巖層，表土層薄，煤層開(kāi)采后頂板破、斷裂縫從井下采空區(qū)貫穿地表，原有頂板含水層的水全部通過(guò)巖層裂縫漏失，造成區(qū)域淺層地下水資源枯竭。 只有對(duì)巖層裂縫進(jìn)行人工注漿封閉、阻斷地表雨水滲漏，才能逐步恢復(fù)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(kāi)采，實(shí)現(xiàn)兩種資源的共同開(kāi)采。 我國(guó)高瓦斯礦區(qū)應(yīng)重視煤與煤層氣（瓦斯）技術(shù)的研究，將煤與煤層氣（瓦斯）共采作為礦區(qū)綠色開(kāi)采的重點(diǎn)。煤層氣開(kāi)采方法分為煤層采前預(yù)抽和采動(dòng)卸壓抽采。針對(duì)煤礦瓦斯供應(yīng)量的不穩(wěn)定，周期也不很長(zhǎng)的問(wèn)題，德國(guó)開(kāi)發(fā)了集裝結(jié)構(gòu)的移動(dòng)式綜合供暖發(fā)電廠，將所有供暖發(fā)電設(shè)備裝在集裝箱中，既有利于減少投資風(fēng)險(xiǎn)、縮小電廠空間、少占地，又能加快建廠速度。

2.3 減沉開(kāi)采

所謂減沉開(kāi)采就是減少開(kāi)采所引起的地表深陷，以保護(hù)土地資源和地面建筑物。 我國(guó)東部礦區(qū)及糧食與煤炭復(fù)合主產(chǎn)區(qū)應(yīng)重視 減沉開(kāi)采技術(shù)的研究，將減沉開(kāi)采作為礦區(qū)綠色開(kāi)采的重點(diǎn)。 減沉開(kāi)采技術(shù)體系如下圖2 所示。

圖2 減沉開(kāi)采技術(shù)體系

充填技術(shù)是解決“三下”開(kāi)采技術(shù)的重要組成部分，在國(guó)外它與采礦技術(shù)密切相關(guān)，目前我國(guó)充填技術(shù)的使用成本高，但如果將“充填體—上覆巖層—主關(guān)鍵層”視為統(tǒng)一結(jié)構(gòu)體來(lái)應(yīng)對(duì)地面建筑，并使其達(dá)到最低廉的成本，它將對(duì)地面有良好的控制效果，順利解決上述問(wèn)題，將根本改變將來(lái)我國(guó)在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域的開(kāi)采技術(shù)。

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(guó)所有煤礦都應(yīng)重視矸石減排技術(shù)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(hù)問(wèn)題，需要不斷研發(fā)煤巷高效支護(hù)技術(shù)。矸石井下處理就是將井下巖巷掘進(jìn)矸石不提升出井，通過(guò)建立井下矸石轉(zhuǎn)運(yùn)、儲(chǔ)存與充填系統(tǒng)，將矸石充填到采空區(qū)，或進(jìn)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(fù)墾充填材料、矸石制磚、矸石發(fā)電等。

3 煤礦綠色開(kāi)采的發(fā)展對(duì)策與前景分析

3.1 礦區(qū)開(kāi)發(fā)要進(jìn)行總體規(guī)劃

礦區(qū)開(kāi)發(fā)可行性研究、礦區(qū)總體規(guī)劃、礦井運(yùn)行可行性研究、礦井初步設(shè)計(jì)等應(yīng)對(duì)綠色開(kāi)采做出詳細(xì)論述。主管部門(mén)要依據(jù)國(guó)家和行業(yè)法律、法規(guī)、政策和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)可行性研究中有關(guān)綠色開(kāi)采的內(nèi)容進(jìn)行嚴(yán)格審查，對(duì)不符合規(guī)定的設(shè)計(jì)和規(guī)劃實(shí)行環(huán)保一票否決制[5]。

3.2 改革巷道部署，減少巖巷掘進(jìn)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(kāi)拓部署方式已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外礦井建設(shè)的優(yōu)選設(shè)計(jì)方案，它不僅有利于煤炭的綠色開(kāi)采，而且建設(shè)投資少，見(jiàn)效快，建井期間就可出煤。

3.3 合理選擇開(kāi)采工藝

煤炭開(kāi)采工藝直接影響原煤質(zhì)量和地面環(huán)境保護(hù)。應(yīng)根據(jù)煤層賦存條件和生產(chǎn)技術(shù)條件，在生產(chǎn)安全、高產(chǎn)高效的原則下，選擇合理的開(kāi)采工藝。這不僅減少了巷道工程量，簡(jiǎn)化了開(kāi)采程序，實(shí)現(xiàn)了工作面高產(chǎn)高效，而且減少了分層開(kāi)采時(shí)矸石的混入量。對(duì)于特厚煤層，則推行放頂煤開(kāi)采，選擇合理的放煤工藝，將有鏟降低含矸率。

4 結(jié)論

總之，目前我國(guó)在煤礦綠色開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用方面還有很長(zhǎng)的路要走，由于受傳統(tǒng)開(kāi)采方法的和眼前利益的影響，部分煤礦企業(yè)還處于高污染高排放的開(kāi)采階段，因此國(guó)家和有關(guān)部門(mén)應(yīng)給予資金和技術(shù)的大力支持，以推動(dòng)煤礦綠色開(kāi)采技術(shù)的快速發(fā)展。

［1］劉見(jiàn)中,申寶宏,姜鵬飛,周宏偉,任懷偉,吳剛.提高我國(guó)煤炭科學(xué)產(chǎn)能的技術(shù)對(duì)策[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2013（01）：21-24.

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

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

［4］李順云,董昶.基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的煤礦綠色開(kāi)采[J].煤炭技術(shù)，2012（05）：66-68.

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