煤炭資源的綠色開采

煤炭資源的綠色開采朱海賓【摘要】通過分析煤炭在我國能源結構中的重要地位及其開采對環(huán)境的影響，闡述了礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展和煤炭資源綠色開采的必要性，總結了綠色開采的內(nèi)涵及當前存在的綠色開采技術，從而論述了實施煤炭資源綠色開采的意義.【期刊名稱】《煤》【年(卷)，期】2009(018)009【總頁數(shù)】4頁(P12-14,39)【關鍵詞】煤炭;綠色開采;生態(tài)環(huán)境;可持續(xù)發(fā)展;綠色開采技術體系【作者】朱海賓【作者單位】新疆大學，新疆，烏魯木齊,830046【正文語種】中文【中圖分類】TD821我國〃十一五”規(guī)劃要求能源行業(yè)〃堅持節(jié)約優(yōu)先，立足國內(nèi)，煤為基礎，多元發(fā)展，構建穩(wěn)定、經(jīng)濟、清潔的能源結構體系”。在我國一次能源結構中，煤炭近幾年一直占70%左右，并將長期作為我國的主要能源。眾所周知，制約我國經(jīng)濟發(fā)展的突出瓶頸是能源，而能源中能比較主動解決的是煤炭(油氣在國外大量開發(fā)帶來的是能源安全問題)。因此，煤炭工業(yè)能否健康發(fā)展是事關我國能源安全與經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重大問題。多年來，為保證國民經(jīng)濟高速發(fā)展，我國的煤炭一直是在超能力生產(chǎn)，原煤產(chǎn)量從1996年的13.6億t上漲到2008年的28.1億t,年產(chǎn)量增長了一倍多。煤炭開采在為社會建設和消費提供能源的同時，也對生態(tài)環(huán)境造成了極大的破壞。采礦活動對礦區(qū)環(huán)境的破壞主要體現(xiàn)在以下三個方面：1） 破壞和污染水資源。一方面，在煤炭開采過程中，人為疏干排水以及采動影響形成的導水裂隙帶對煤系含水層的自然疏干，導致地下水位大面積、大幅度下降，地表植被干枯，自然景觀遭到破壞，農(nóng)業(yè)產(chǎn)量下降。另一方面，煤炭開采過程中產(chǎn)生的礦井水、洗煤水以及砰石淋溶水等廢污水，含有大量的硫化物、重金屬離子等有害物質，嚴重污染了周圍水環(huán)境。2） 破壞土地資源。煤炭開采對土地資源能造成嚴重破壞，井工開采以地表塌陷和砰石山壓占為主，露天開采則以直接挖損和外排土場壓占為主。據(jù)統(tǒng)計，目前，我國因煤炭開采弓I起的地表塌陷面積達55萬hm2，平均開采萬噸煤的地表沉陷達0.19hm2;而我國大中型煤礦已有砰石山近2000座，砰石堆放量達40億t,占地面積3.4萬hm2。3） 污染大氣環(huán)境。我國煤礦每年排入大氣中的瓦斯達120億m3，瓦斯的主要成分是CH4,其產(chǎn)生的溫室效應是CO2的21倍；每年排入大氣中的粉塵約47萬t,這不僅對礦區(qū)環(huán)境造成了嚴重污染，而且引發(fā)塵肺病患者達幾十萬人。此外，煤礦砰石自燃產(chǎn)生大量SO2、CO等有毒氣體，是大氣環(huán)境的另一個重要污染源。據(jù)統(tǒng)計，2008年我國國有煤礦中長期自燃的有450余座，嚴重污染礦區(qū)和周邊地區(qū)的大氣環(huán)境。在國際社會上，礦業(yè)開采造成的環(huán)境和生態(tài)問題一直受到廣泛關注。1963年，〃羅馬俱樂部”的報告就曾告誡世人，〃世界的資源將無法應對人類的消費”。世界上礦業(yè)發(fā)達的國家，如：美國、澳大利亞、德國等也早在20世紀70年代就開展了礦山環(huán)境保護和治理。礦產(chǎn)資源開發(fā)和環(huán)境保護一體化已成為當前國際礦業(yè)發(fā)展的一個重要趨勢。而在我國，目前，煤炭開采的〃高開采、高排放、低利用”現(xiàn)象還很嚴重，因此，提高資源利用率，減少開采對環(huán)境的破壞，實現(xiàn)煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和礦產(chǎn)資源的代際開發(fā)是擺在我們面前的重要課題。我國有必要形成煤炭資源開采與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的采礦模式，即〃煤炭開采一環(huán)境保護一礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展”的開采模式，也可稱為煤炭資源的綠色開采模式。煤炭資源的綠色開采是實現(xiàn)我國煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。2003年，中國工程院錢鳴高院士在國際上首次提出了“綠色開采”（GreenMining）的理念，并得到世界礦業(yè)屆人士的普遍認同。煤炭綠色開采具有以下特點和內(nèi)涵：1） 對礦井（區(qū)）廢棄物（有害物）的再認識。隨著社會的發(fā)展，對事物的認識更應該用辯證的眼光來看待。我們應轉變以往視礦井瓦斯、地下水、砰石等為有害物質的觀念，把它們當作該礦區(qū)的開發(fā)對象加以利用。從綠色開采角度而言，礦井瓦斯并非有害氣體，而是清潔能源，1m3的瓦斯可發(fā)電3-3.5kWh;礦井水也不是水害，可以在防治地下水的同時，將礦井水資源加以利用。2） 從源頭采取措施減輕開采對環(huán)境的破壞。煤礦綠色開采注重從開采的角度采取措施，從源頭消除或減少因采礦對環(huán)境的破壞，而不是先破壞再治理。如：通過綠色開采技術實現(xiàn)地下水的保護、控制采后地表的下沉量及減少瓦斯和砰石的排放等。3） 綠色開采技術的理論基礎。煤礦開采弓I起的環(huán)境問題都是由采動后上覆巖層的運動所導致的。巖層運動使巖體松動，形成巖體內(nèi)的〃裂隙場”，由此影響離層的發(fā)育狀態(tài)和地表沉陷，從而改變了瓦斯與地下水在裂隙巖體內(nèi)的流動規(guī)律。巖層中的關鍵層對整個巖層運動及巖體內(nèi)的〃裂隙場”起控制作用，與綠色開采密切相關。巖層控制的關鍵層理論是綠色開采的理論基礎。簡言之，煤炭資源綠色開采的內(nèi)涵是努力遵循循環(huán)經(jīng)濟中的綠色工業(yè)原則，形成一種與環(huán)境協(xié)調(diào)一致的〃低開采、低排放、高利用”的開采技術。煤礦綠色開采是從廣義資源的角度來對待煤、瓦斯、水等一切可以利用的各種資源，其主旨是將煤礦開采活動對自然環(huán)境和生態(tài)的破壞降到最低限度，防止或盡可能減輕因煤炭開采對環(huán)境和其他資源的不利影響。煤礦綠色開采技術體系簡要表達，見圖1。4.1保水開采煤層開采后，隨關鍵層的破斷，上覆巖層中出現(xiàn)裂隙帶，導致隔水層遭到破壞。這樣，在該區(qū)域內(nèi)，地下水將形成下降漏斗，從而導致地下水位的下降。地下水位能否恢復，取決于隨工作面的推進，上覆巖層中的軟弱層能否經(jīng)重新壓實形成新的隔水層。我國70%的礦區(qū)缺水，西部礦區(qū)缺水顯得更為嚴重，對于西部礦區(qū)保水開采是綠色開采的主要內(nèi)容。保水開采的目的是在防治采場突水的同時對水資源進行有意識的保護，使煤炭開采對礦區(qū)水文環(huán)境的擾動量小于水文環(huán)境容量。研究開采后上覆巖層的破斷規(guī)律和地下水漏斗的形成機理，從采礦方法、開采區(qū)域的選擇、留設防水煤（巖）柱以及地面注漿等措施實現(xiàn)礦區(qū)水資源的保護和綜合利用。4.2煤與瓦斯共采煤與瓦斯共采就是將煤炭和賦存于煤層中的瓦斯都作為礦井中的資源加以開采，實現(xiàn)兩種資源的共同開采。瓦斯抽采，因其回收了大量的資源又改善了煤礦的安全生產(chǎn)條件而得到廣泛應用，是煤炭綠色開采的一個重要組成部分。煤與瓦斯共采的技術途徑有：①采前預抽。在采煤前先將煤層瓦斯抽出，可改善煤礦安全。但由于我國煤層在開采前的煤體透氣性低，本層內(nèi)抽采有困難。②采后卸壓抽采瓦斯。采后圍巖壓力降低，大量瓦斯在采空區(qū)釋放，是瓦斯抽采的好時機，可形成煤與瓦斯共采體系。③廢棄礦井抽采。鑒于廢棄礦井煤層經(jīng)采動而充滿瓦斯，因而可以利用采動后巖體內(nèi)〃裂隙場”的分布及鉆孔，在井下安裝瓦斯抽放管，封閉井口進行瓦斯抽放。④回風井回收瓦斯。4.3砰石減排與處理我國煤炭開采的砰石排放量占原煤產(chǎn)量的15%~20%，按每年開采原煤25億噸計算，砰石的排放量每年達到4~5億t。減少排砰和將地面砰石進行處理是綠色開采技術的另一項重大任務。砰石減排與處理就是減少煤礦砰石排放量和砰石的堆積以及對已出礦井的砰石進行處理。減少砰石的出井量可通過優(yōu)化巷道布置，研究煤巷的支護技術，用煤巷代替巖巷等來完成。而當煤礦開采必須在地下開掘巖石巷道時，就要處理好砰石的利用問題，如：可以進行巷旁及廢棄巷道或采空區(qū)的充填；對于含碳大于20%的煤砰石可用于發(fā)電供熱，含碳低的可用于建筑材料；有砰石山堆積的礦區(qū)可將砰石山綠化等。4.4〃三下”采煤與減沉技術"三下"指水體下、建筑物下及鐵路下。煤炭的"三下"開采可導致采空區(qū)上方地表的下沉，從而破壞土地資源和危害地表建筑物。減沉技術就是減少開采弓I起的地表沉陷以保護土地資源和地面建筑物。為了保證〃三下”采煤既具有較好的經(jīng)濟效益，同時又能確保地面建筑物不受損害，關鍵在于根據(jù)具體條件下覆巖結構與關鍵層特征來研究確定合理的減沉開采技術及參數(shù)。研究表明，主關鍵層對地表移動過程起控制作用，主關鍵層的破斷導致地表快速下沉?；趲r層控制的關鍵層理論提出了條帶充填控制沉陷的思路，僅充填部分采空區(qū)，只要保證未充填采空區(qū)的寬度小于覆巖主關鍵層的初次破斷跨距，且充填條帶能保持長期穩(wěn)定，就可有效控制地表下沉。減沉開采技術的措施方法有很多，如：留設煤柱開采、覆巖離層帶充填、限厚開采、協(xié)調(diào)開采和〃采一注一采”三部法開采等。4.5煤炭地下氣化技術煤炭地下氣化是指在煤層賦存地點直接獲得可燃氣體的過程，即在地下將煤通過熱化學過程變?yōu)闅鈶B(tài)燃料，然后經(jīng)由鉆孔排至地面收集利用。煤炭地下氣化技術可以消除煤炭開采對環(huán)境的污染和煤炭燃燒對生態(tài)環(huán)境的不利破壞，是一種整體綠色開采技術。該技術的原理由前蘇聯(lián)漢學家門捷列夫于1888年提出，一些發(fā)達國家在20世紀40年代前后進行了成功試驗。目前我國的煤炭地下氣化技術還處于工業(yè)試驗階段，有很多問題需要研究和探索，如：怎樣控制煤炭氣化后產(chǎn)生的苯和酚的擴散，使其不污染毒害地下水資源等。4.6礦區(qū)生態(tài)治理與恢復礦區(qū)生態(tài)治理與恢復包括土地復墾、廢棄地治理和利用以及植被修復三個方面。目前，我國復墾利用的土地不到破壞土地的1%，而發(fā)達國家礦山土地復墾率已達到50%。在土地復墾技術中，生物復墾技術，如：細菌快速生物復墾法、無覆土生物復墾法、抗侵蝕被（先鋪后種）法等，是熱門研究的內(nèi)容，這些方法在控制復墾區(qū)土壤侵蝕、快速恢復植被方面效果十分顯著。礦區(qū)廢棄地生態(tài)修復的實質是礦區(qū)廢棄地基質改良、土壤侵蝕控制和植物種類的篩選，并在正確評價廢棄地類型、特征的基礎上，進行植被的恢復與重建，進而使生態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)自行恢復并達到良性循環(huán)。植被修復技術是一項新興的、有潛力的綠色植物技術，植物修復環(huán)境技術經(jīng)過10余年的研究，有些研究成果即將進入市場。1） 綠色開采有助于開采技術水平和企業(yè)可持續(xù)發(fā)展能力的提升。我國煤炭行業(yè)整體技術水平較低，長期走粗放型發(fā)展路子，生產(chǎn)集中化程度低。綠色開采必然要求多層面、多角度的技術創(chuàng)新，并將改善企業(yè)的管理模式、提升企業(yè)的管理水平，創(chuàng)建企業(yè)的核心競爭力。2） 綠色開采有助于提高資源利用率，減少因煤炭開采對環(huán)境和生態(tài)的破壞。綠色開采要求從廣義資源角度看待礦區(qū)內(nèi)的煤炭、瓦斯、砰石、地下水以及煤層附近的其他礦床等可以利用的資源，在追求最佳經(jīng)濟效益和社會效益的同時，盡可能減少對環(huán)境的負面影響。綠色開采有助于提升國民福利。綠色開采要求滿足人類需求的合理性和根本意義，真正以人為本。在追求生態(tài)大系統(tǒng)持續(xù)、穩(wěn)定、平衡運轉的目標命題下，實現(xiàn)的是國民長久效益的提升。綠色開采要求全面評價企業(yè)效益，綜合考慮生態(tài)環(huán)境。綠色開采以生態(tài)大系統(tǒng)的動態(tài)平衡作為出發(fā)點和目標，將企業(yè)納入到生態(tài)大系統(tǒng)中來看待、評價企業(yè)的經(jīng)濟活動，實現(xiàn)生態(tài)大系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展?？傊V區(qū)的開發(fā)不僅關乎礦區(qū)本身，更關乎區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展乃至全社會的發(fā)展。礦區(qū)開發(fā)不能以犧牲環(huán)境為代價，而應走可持續(xù)發(fā)展之路。綠色開采是礦區(qū)開發(fā)和確保礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展的必由之路，是惠及子孫后代的舉措。綠色開采技術的應用，真正還礦區(qū)以藍天、碧水、綠草，必將實現(xiàn)和諧生產(chǎn)，建成和諧礦區(qū)，最終實現(xiàn)構建和諧社會的宏偉目標?！鞠嚓P文獻】張宏偉，郭忠平.礦區(qū)綠色開采技術[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2008.杜計平，汪理全.煤礦特殊開采方法[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2005.杜計平，孟憲銳.采礦學[M