(河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院 河南 焦作 454000)

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減少開(kāi)采損害實(shí)現(xiàn)礦山綠色開(kāi)采

王少?gòu)?qiáng)徐亮熊彥鈞

(河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院河南焦作454000)

近年來(lái)，煤礦開(kāi)采規(guī)模逐漸擴(kuò)大，相應(yīng)的環(huán)境問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為：農(nóng)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(dǎo)致的土地沙漠化，礦物內(nèi)的有害物質(zhì)流入地下水中等。因此煤礦綠色開(kāi)采顯得日益重要。本文詳細(xì)闡述了煤礦綠色開(kāi)采技術(shù)的內(nèi)涵、技術(shù)體系、實(shí)現(xiàn)方法等，對(duì)煤礦綠色開(kāi)采具有指導(dǎo)與借鑒意義。

煤礦；綠色開(kāi)采；技術(shù)體系

一、引言

我國(guó)是一個(gè)富煤、貧油、少氣的國(guó)家，煤炭在一次能源中占70%左右。在我國(guó)一次能源結(jié)構(gòu)中，煤炭將長(zhǎng)期是我國(guó)的主要能源。隨著煤礦開(kāi)采規(guī)模越來(lái)越大，相應(yīng)地也帶來(lái)了許多生態(tài)問(wèn)題，如造成大量農(nóng)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(yán)重干枯，土地沙漠化，由于開(kāi)采而使礦物內(nèi)的有害物質(zhì)流入地下水中等[1]。如何使煤礦的開(kāi)采得到可持續(xù)的發(fā)展，這就需要采取合理的開(kāi)采技術(shù)及有效的防治措施，走礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的綠色礦業(yè)之路。

二、綠色開(kāi)采的內(nèi)涵與技術(shù)體系

從廣義資源的角度論，在礦區(qū)范圍內(nèi)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(yīng)該是經(jīng)營(yíng)這個(gè)礦區(qū)的開(kāi)發(fā)對(duì)象而加以利用。

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

總之，綠色開(kāi)采的內(nèi)涵是減少采煤對(duì)環(huán)境的破壞，形成一種使資源與環(huán)境相互協(xié)調(diào)的開(kāi)采技術(shù)。主要表現(xiàn)在：改革開(kāi)采技術(shù)減輕對(duì)水土的破壞和地表的擾動(dòng)；減少?gòu)U棄物排放；礦山廢棄物的資源化利用，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。其中，巖層控制理論是基礎(chǔ)，改革開(kāi)采技術(shù)是根本。

三、煤礦開(kāi)采對(duì)環(huán)境的破壞

1.煤礦開(kāi)采對(duì)土地資源的破壞

礦山開(kāi)采包括露天和地下開(kāi)采兩種方式:露天開(kāi)采以剝離挖損土地為主，明顯地影響土地耕作和植被生長(zhǎng)，改變地貌并引發(fā)景觀生態(tài)的變化；煤炭地下開(kāi)采需要開(kāi)掘大量的巖石巷道，煤炭開(kāi)采過(guò)程中形成的巷道和采空區(qū)，引起頂板和圍巖的垮落和下沉，勢(shì)必波及地表，引起地表塌陷，村莊被毀壞[2]。采煤塌陷還會(huì)引起丘陵、山地等發(fā)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(kāi)采污染大氣環(huán)境

煤礦開(kāi)采過(guò)程中的大氣污染源主要來(lái)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(fā)熱自燃產(chǎn)生大量SO2、CO2、CO等有毒氣體，嚴(yán)重污染大氣環(huán)境，也損害了周?chē)用竦纳眢w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(chǎn)生的溫室效應(yīng)是CO2的21倍。

四、實(shí)現(xiàn)綠色開(kāi)采的途徑

1.保水開(kāi)采

所謂保水開(kāi)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(kāi)采過(guò)程中使地表和地下水資源不受破壞，實(shí)現(xiàn)礦井水資源的保護(hù)和綜合利用。煤層開(kāi)采后，隨著上覆巖層中關(guān)鍵層的斷裂，在該區(qū)域內(nèi)地下水將形成下降漏斗。例如山西大同礦區(qū)，頂板較多為厚堅(jiān)硬巖層，煤層開(kāi)采后，頂板裂縫從井下采空區(qū)貫穿地表，頂板上部含水層的水通過(guò)巖層裂縫漏失，造成區(qū)域地下水干枯[3]。地下水位能否恢復(fù)，取決于工作面推進(jìn)后上覆巖層中有無(wú)軟弱巖層經(jīng)重新壓實(shí)，導(dǎo)致裂隙閉合而形成隔水帶。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)?，F(xiàn)階段保水開(kāi)采技術(shù)發(fā)展還有一定的局限性，相信在弄清上覆巖層運(yùn)移規(guī)律之后，該項(xiàng)技術(shù)一定會(huì)較大的進(jìn)步。

2.減沉開(kāi)采

減沉開(kāi)采技術(shù)主要包括條帶開(kāi)采與充填開(kāi)采。條帶開(kāi)采技術(shù)存在的主要問(wèn)題是采出率低、浪費(fèi)大量煤炭資源；而傳統(tǒng)的全部充填開(kāi)采技術(shù)存在的主要問(wèn)題是充填成本相對(duì)煤炭?jī)r(jià)格偏高、充填材料來(lái)源受限、充填量大、充填工藝不能適應(yīng)煤礦高效開(kāi)采要求。為了降低充填成本，基于“關(guān)鍵層理論”，相關(guān)學(xué)者提出了部分充填(條帶充填)控制開(kāi)采沉陷的思路，并推廣應(yīng)用。

3.煤與瓦斯共采

瓦斯是一種新能源，既可以用來(lái)發(fā)電，也可用作工業(yè)燃料、化工原料和居民生活燃料。因此若在開(kāi)采高瓦斯煤層的同時(shí)，利用巖層運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)將煤層氣開(kāi)采出來(lái)將是我國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)的一條重要途徑。減少巷道內(nèi)的瓦斯含量，有效預(yù)防事故發(fā)生，讓高瓦斯煤層變成低瓦斯煤層，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)[4]。

4.煤矸石的綜合利用

煤礦企業(yè)減少矸石排放的主要措施是將巷道布置在煤層內(nèi)，也可以根據(jù)煤矸石的特點(diǎn)，進(jìn)行綜合利用。煤矸石分二類(lèi):一類(lèi)是隨著礦井建設(shè)、開(kāi)拓掘進(jìn)而產(chǎn)生的矸石，俗稱(chēng)“巖矸”，可以將井下巖巷掘進(jìn)矸石不提升出井，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。另一類(lèi)是煤炭洗煤加工而產(chǎn)生的附產(chǎn)品，如洗選黑矸、篩上物、煤泥等，此類(lèi)矸石可用于發(fā)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(shù)

煤炭地下氣化是一種整體綠色開(kāi)采技術(shù)，我國(guó)于1958～1960年曾在16個(gè)礦區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)。煤炭地下氣化的特點(diǎn)是把埋藏在地下的煤炭直接變?yōu)槊簹?，通過(guò)管道把煤氣供給工廠、電廠等各類(lèi)用戶，使現(xiàn)有的地下作業(yè)改為采氣作業(yè)，是開(kāi)采煤炭的一種新工藝。目前我國(guó)的地下氣化技術(shù)仍處于工業(yè)試驗(yàn)階段，有很多問(wèn)題需要去研究和探索。

五、結(jié)束語(yǔ)

煤礦綠色開(kāi)采技術(shù)對(duì)于美化礦區(qū)環(huán)境、改善能源結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)與能源同步發(fā)展等都具有重要意義。總之，在可持續(xù)發(fā)展的總戰(zhàn)略目標(biāo)下，實(shí)現(xiàn)“綠色礦業(yè)”是社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境共同的需要，是堅(jiān)持以科學(xué)發(fā)展觀統(tǒng)領(lǐng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展全局，努力建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家的必然要求。要實(shí)現(xiàn)綠色開(kāi)采，需要相關(guān)學(xué)者綜合研究和解決政策、技術(shù)等諸多難題，花大力氣開(kāi)展相關(guān)技術(shù)和政策的研究和創(chuàng)新，另外國(guó)家還應(yīng)在政策與稅收等方面對(duì)綠色開(kāi)采加以支持。

[1]中國(guó)科學(xué)院可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略組.中國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程戰(zhàn)略構(gòu)想[M].北京:科學(xué)出版社，2002.

[2]錢(qián)鳴高，繆協(xié)興，許家林.巖層控制中的關(guān)鍵層理論研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，1996,21(3):225-230.

[3]許家林.巖層移動(dòng)與控制的關(guān)鍵層理論及其應(yīng)用[D].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，1999.

[4]錢(qián)鳴高，繆協(xié)興，許家林，等.巖層控制的關(guān)鍵層理論[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2000.

王少?gòu)?qiáng)(1991-)，男，漢族，河南新密人，河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院安全工程專(zhuān)業(yè)；徐亮(1995-)，男，漢族，安徽宣城人，河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院安全工程專(zhuān)業(yè)；熊彥鈞(1995-)，男，漢族，江西南昌人，河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院安全工程專(zhuān)業(yè)。