減少開采損害實現礦山綠色開采

(河南理工大學安全科學與工程學院 河南 焦作 454000)

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減少開采損害實現礦山綠色開采

王少強徐亮熊彥鈞

(河南理工大學安全科學與工程學院河南焦作454000)

近年來，煤礦開采規模逐漸擴大，相應的環境問題也越來越嚴重，主要表現為：農田及建筑物破壞、村莊遷徙、矸石堆積，河川徑流量減少、地下水供水水源干枯，在地面導致的土地沙漠化，礦物內的有害物質流入地下水中等。因此煤礦綠色開采顯得日益重要。本文詳細闡述了煤礦綠色開采技術的內涵、技術體系、實現方法等，對煤礦綠色開采具有指導與借鑒意義。

煤礦；綠色開采；技術體系

一、引言

我國是一個富煤、貧油、少氣的國家，煤炭在一次能源中占70%左右。在我國一次能源結構中，煤炭將長期是我國的主要能源。隨著煤礦開采規模越來越大，相應地也帶來了許多生態問題，如造成大量農田以及建筑物被破壞，矸石堆積成山，河川徑流量減少，以及地下水供水水源嚴重干枯，土地沙漠化，由于開采而使礦物內的有害物質流入地下水中等[1]。如何使煤礦的開采得到可持續的發展，這就需要采取合理的開采技術及有效的防治措施，走礦產資源開發利用與生態環境協調發展的綠色礦業之路。

二、綠色開采的內涵與技術體系

從廣義資源的角度論，在礦區范圍內的煤炭、地下水、煤層氣(瓦斯)、土地以至于煤矸石以及在煤層附近的其他礦床，都應該是經營這個礦區的開發對象而加以利用。

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.根據煤礦中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等，綠色開采技術主要包括以下內容：1)水資源保護-形成“保水開采”技術；2)土地與建筑物保護-形成離層注漿、充填與條帶開采技術；3)瓦斯抽放-形成“煤與瓦斯共采”技術；4)煤層巷道支護技術與減少殲石排放技術；5)地下氣化技術。

總之，綠色開采的內涵是減少采煤對環境的破壞，形成一種使資源與環境相互協調的開采技術。主要表現在：改革開采技術減輕對水土的破壞和地表的擾動；減少廢棄物排放；礦山廢棄物的資源化利用，實現循環經濟。其中，巖層控制理論是基礎，改革開采技術是根本。

三、煤礦開采對環境的破壞

1.煤礦開采對土地資源的破壞

礦山開采包括露天和地下開采兩種方式:露天開采以剝離挖損土地為主，明顯地影響土地耕作和植被生長，改變地貌并引發景觀生態的變化；煤炭地下開采需要開掘大量的巖石巷道，煤炭開采過程中形成的巷道和采空區，引起頂板和圍巖的垮落和下沉，勢必波及地表，引起地表塌陷，村莊被毀壞[2]。采煤塌陷還會引起丘陵、山地等發生山體滑落或泥石流，并危及地面水體、建筑物及鐵路與公路的安全。

2.煤炭開采污染大氣環境

煤礦開采過程中的大氣污染源主要來自礦井排出的煤層瓦斯和煤礦矸石山的自燃。煤矸石升井以后，煤矸石發熱自燃產生大量SO2、CO2、CO等有毒氣體，嚴重污染大氣環境，也損害了周圍居民的身體健康。礦井瓦斯中的主要成分甲烷是一種重要的溫室氣體，CH4產生的溫室效應是CO2的21倍。

四、實現綠色開采的途徑

1.保水開采

所謂保水開采就是采用合理的采煤工藝方法和地面注漿等措施，在煤炭開采過程中使地表和地下水資源不受破壞，實現礦井水資源的保護和綜合利用。煤層開采后，隨著上覆巖層中關鍵層的斷裂，在該區域內地下水將形成下降漏斗。例如山西大同礦區，頂板較多為厚堅硬巖層，煤層開采后，頂板裂縫從井下采空區貫穿地表，頂板上部含水層的水通過巖層裂縫漏失，造成區域地下水干枯[3]。地下水位能否恢復，取決于工作面推進后上覆巖層中有無軟弱巖層經重新壓實，導致裂隙閉合而形成隔水帶。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。現階段保水開采技術發展還有一定的局限性，相信在弄清上覆巖層運移規律之后，該項技術一定會較大的進步。

2.減沉開采

減沉開采技術主要包括條帶開采與充填開采。條帶開采技術存在的主要問題是采出率低、浪費大量煤炭資源；而傳統的全部充填開采技術存在的主要問題是充填成本相對煤炭價格偏高、充填材料來源受限、充填量大、充填工藝不能適應煤礦高效開采要求。為了降低充填成本，基于“關鍵層理論”，相關學者提出了部分充填(條帶充填)控制開采沉陷的思路，并推廣應用。

3.煤與瓦斯共采

瓦斯是一種新能源，既可以用來發電，也可用作工業燃料、化工原料和居民生活燃料。因此若在開采高瓦斯煤層的同時，利用巖層運動的特點將煤層氣開采出來將是我國煤層氣開發的一條重要途徑。減少巷道內的瓦斯含量，有效預防事故發生，讓高瓦斯煤層變成低瓦斯煤層，實現安全生產[4]。

4.煤矸石的綜合利用

煤礦企業減少矸石排放的主要措施是將巷道布置在煤層內，也可以根據煤矸石的特點，進行綜合利用。煤矸石分二類:一類是隨著礦井建設、開拓掘進而產生的矸石，俗稱“巖矸”，可以將井下巖巷掘進矸石不提升出井，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。另一類是煤炭洗煤加工而產生的附產品，如洗選黑矸、篩上物、煤泥等，此類矸石可用于發電、供熱，燃燒物還可用于制造磚、水泥、混凝土、砌磚、陶粒等。

5.煤炭地下氣化技術

煤炭地下氣化是一種整體綠色開采技術，我國于1958～1960年曾在16個礦區進行試驗。煤炭地下氣化的特點是把埋藏在地下的煤炭直接變為煤氣，通過管道把煤氣供給工廠、電廠等各類用戶，使現有的地下作業改為采氣作業，是開采煤炭的一種新工藝。目前我國的地下氣化技術仍處于工業試驗階段，有很多問題需要去研究和探索。

五、結束語

煤礦綠色開采技術對于美化礦區環境、改善能源結構、實現環境保護與能源同步發展等都具有重要意義。總之，在可持續發展的總戰略目標下，實現“綠色礦業”是社會、經濟、環境共同的需要，是堅持以科學發展觀統領經濟發展全局，努力建設資源節約型、環境友好型社會，建設創新型國家的必然要求。要實現綠色開采，需要相關學者綜合研究和解決政策、技術等諸多難題，花大力氣開展相關技術和政策的研究和創新，另外國家還應在政策與稅收等方面對綠色開采加以支持。

[1]中國科學院可持續發展戰略組.中國現代化進程戰略構想[M].北京:科學出版社，2002.

[2]錢鳴高，繆協興，許家林.巖層控制中的關鍵層理論研究[J].煤炭學報，1996,21(3):225-230.

[3]許家林.巖層移動與控制的關鍵層理論及其應用[D].徐州:中國礦業大學，1999.

[4]錢鳴高，繆協興，許家林，等.巖層控制的關鍵層理論[M].徐州:中國礦業大學出版社，2000.

王少強(1991-)，男，漢族，河南新密人，河南理工大學安全科學與工程學院安全工程專業；徐亮(1995-)，男，漢族，安徽宣城人，河南理工大學安全科學與工程學院安全工程專業；熊彥鈞(1995-)，男，漢族，江西南昌人，河南理工大學安全科學與工程學院安全工程專業。