减少开采损害实现矿山绿色开采

(河南理工大学安全科学与工程学院 河南 焦作 454000)



减少开采损害实现矿山绿色开采

王少强徐亮熊彦钧

(河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000)

近年来，煤矿开采规模逐渐扩大，相应的环境问题也越来越严重，主要表现为：农田及建筑物破坏、村庄迁徙、矸石堆积，河川径流量减少、地下水供水水源干枯，在地面导致的土地沙漠化，矿物内的有害物质流入地下水中等。因此煤矿绿色开采显得日益重要。本文详细阐述了煤矿绿色开采技术的内涵、技术体系、实现方法等，对煤矿绿色开采具有指导与借鉴意义。

煤矿；绿色开采；技术体系

一、引言

我国是一个富煤、贫油、少气的国家，煤炭在一次能源中占70%左右。在我国一次能源结构中，煤炭将长期是我国的主要能源。随着煤矿开采规模越来越大，相应地也带来了许多生态问题，如造成大量农田以及建筑物被破坏，矸石堆积成山，河川径流量减少，以及地下水供水水源严重干枯，土地沙漠化，由于开采而使矿物内的有害物质流入地下水中等[1]。如何使煤矿的开采得到可持续的发展，这就需要采取合理的开采技术及有效的防治措施，走矿产资源开发利用与生态环境协调发展的绿色矿业之路。

二、绿色开采的内涵与技术体系

从广义资源的角度论，在矿区范围内的煤炭、地下水、煤层气(瓦斯)、土地以至于煤矸石以及在煤层附近的其他矿床，都应该是经营这个矿区的开发对象而加以利用。

煤矿绿色开采以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、瓦斯、水等一切可以利用的各种资源;基本出发点是防止或尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响;目标是取得最佳的经济效益和社会效益.根据煤矿中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等，绿色开采技术主要包括以下内容：1)水资源保护-形成“保水开采”技术；2)土地与建筑物保护-形成离层注浆、充填与条带开采技术；3)瓦斯抽放-形成“煤与瓦斯共采”技术；4)煤层巷道支护技术与减少歼石排放技术；5)地下气化技术。

总之，绿色开采的内涵是减少采煤对环境的破坏，形成一种使资源与环境相互协调的开采技术。主要表现在：改革开采技术减轻对水土的破坏和地表的扰动；减少废弃物排放；矿山废弃物的资源化利用，实现循环经济。其中，岩层控制理论是基础，改革开采技术是根本。

三、煤矿开采对环境的破坏

1.煤矿开采对土地资源的破坏

矿山开采包括露天和地下开采两种方式:露天开采以剥离挖损土地为主，明显地影响土地耕作和植被生长，改变地貌并引发景观生态的变化；煤炭地下开采需要开掘大量的岩石巷道，煤炭开采过程中形成的巷道和采空区，引起顶板和围岩的垮落和下沉，势必波及地表，引起地表塌陷，村庄被毁坏[2]。采煤塌陷还会引起丘陵、山地等发生山体滑落或泥石流，并危及地面水体、建筑物及铁路与公路的安全。

2.煤炭开采污染大气环境

煤矿开采过程中的大气污染源主要来自矿井排出的煤层瓦斯和煤矿矸石山的自燃。煤矸石升井以后，煤矸石发热自燃产生大量SO2、CO2、CO等有毒气体，严重污染大气环境，也损害了周围居民的身体健康。矿井瓦斯中的主要成分甲烷是一种重要的温室气体，CH4产生的温室效应是CO2的21倍。

四、实现绿色开采的途径

1.保水开采

所谓保水开采就是采用合理的采煤工艺方法和地面注浆等措施，在煤炭开采过程中使地表和地下水资源不受破坏，实现矿井水资源的保护和综合利用。煤层开采后，随着上覆岩层中关键层的断裂，在该区域内地下水将形成下降漏斗。例如山西大同矿区，顶板较多为厚坚硬岩层，煤层开采后，顶板裂缝从井下采空区贯穿地表，顶板上部含水层的水通过岩层裂缝漏失，造成区域地下水干枯[3]。地下水位能否恢复，取决于工作面推进后上覆岩层中有无软弱岩层经重新压实，导致裂隙闭合而形成隔水带。我国西北干旱缺水矿区应重视保水开采技术的研究，将保水开采作为矿区绿色开采的重点。现阶段保水开采技术发展还有一定的局限性，相信在弄清上覆岩层运移规律之后，该项技术一定会较大的进步。

2.减沉开采

减沉开采技术主要包括条带开采与充填开采。条带开采技术存在的主要问题是采出率低、浪费大量煤炭资源；而传统的全部充填开采技术存在的主要问题是充填成本相对煤炭价格偏高、充填材料来源受限、充填量大、充填工艺不能适应煤矿高效开采要求。为了降低充填成本，基于“关键层理论”，相关学者提出了部分充填(条带充填)控制开采沉陷的思路，并推广应用。

3.煤与瓦斯共采

瓦斯是一种新能源，既可以用来发电，也可用作工业燃料、化工原料和居民生活燃料。因此若在开采高瓦斯煤层的同时，利用岩层运动的特点将煤层气开采出来将是我国煤层气开发的一条重要途径。减少巷道内的瓦斯含量，有效预防事故发生，让高瓦斯煤层变成低瓦斯煤层，实现安全生产[4]。

4.煤矸石的综合利用

煤矿企业减少矸石排放的主要措施是将巷道布置在煤层内，也可以根据煤矸石的特点，进行综合利用。煤矸石分二类:一类是随着矿井建设、开拓掘进而产生的矸石，俗称“岩矸”，可以将井下岩巷掘进矸石不提升出井，将矸石充填到采空区，或进行巷旁与废弃巷道充填及矸石充填置换井下煤柱等。另一类是煤炭洗煤加工而产生的附产品，如洗选黑矸、筛上物、煤泥等，此类矸石可用于发电、供热，燃烧物还可用于制造砖、水泥、混凝土、砌砖、陶粒等。

5.煤炭地下气化技术

煤炭地下气化是一种整体绿色开采技术，我国于1958～1960年曾在16个矿区进行试验。煤炭地下气化的特点是把埋藏在地下的煤炭直接变为煤气，通过管道把煤气供给工厂、电厂等各类用户，使现有的地下作业改为采气作业，是开采煤炭的一种新工艺。目前我国的地下气化技术仍处于工业试验阶段，有很多问题需要去研究和探索。

五、结束语

煤矿绿色开采技术对于美化矿区环境、改善能源结构、实现环境保护与能源同步发展等都具有重要意义。总之，在可持续发展的总战略目标下，实现“绿色矿业”是社会、经济、环境共同的需要，是坚持以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，建设创新型国家的必然要求。要实现绿色开采，需要相关学者综合研究和解决政策、技术等诸多难题，花大力气开展相关技术和政策的研究和创新，另外国家还应在政策与税收等方面对绿色开采加以支持。

[1]中国科学院可持续发展战略组.中国现代化进程战略构想[M].北京:科学出版社，2002.

[2]钱鸣高，缪协兴，许家林.岩层控制中的关键层理论研究[J].煤炭学报，1996,21(3):225-230.

[3]许家林.岩层移动与控制的关键层理论及其应用[D].徐州:中国矿业大学，1999.

[4]钱鸣高，缪协兴，许家林，等.岩层控制的关键层理论[M].徐州:中国矿业大学出版社，2000.

王少强(1991-)，男，汉族，河南新密人，河南理工大学安全科学与工程学院安全工程专业；徐亮(1995-)，男，汉族，安徽宣城人，河南理工大学安全科学与工程学院安全工程专业；熊彦钧(1995-)，男，汉族，江西南昌人，河南理工大学安全科学与工程学院安全工程专业。