總第119期.doi; 10.3969/j. isn. 1005 - 2798.2009.09.005煤炭資源的綠色開采朱海賓(新疆大學(xué),新疆烏魯木齊830046)摘要:通過分析煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)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(jié)了綠色開采的內(nèi)涵及當(dāng)前存在的綠色開采技術(shù)，從而論述了實(shí)施煤炭資源綠色開采的意義。關(guān)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(shù)體系中圖分類號:TD821文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1005- 2798(2009)09- 0012- 03Green Mining of Coal ResourceZHU Hai -bin(Xinjiang University , Urumqi 830046 ,China)Abstract:Through analyzing the important stalus of coal resource in resource structure of China and the infuence of coal mining to theenvironment, this thesis summarized the connotation of green mining and its current technical system. At the same time, the author ofthis thesis expounded the necessity of the green techniques as well as the sustainable development in coal mining. Thus the summarycan be concluded that the green mining is of great importance to the development of the regional economy, even to the whole society.Keywords :coal ;green mining; entironment ;sustainable development;technical system of green mining我國“十一-五”規(guī)劃要求能源行業(yè)“堅持節(jié)約優(yōu)積、大幅度下降,地表植被千枯,自然景觀遭到破壞,先,立足國內(nèi),煤為基礎(chǔ),多元發(fā)展,構(gòu)建穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)量下降。另一方面,煤炭開采過程中產(chǎn)生的清潔的能源結(jié)構(gòu)體系”。在我國一-次能源結(jié)構(gòu)中,煤礦井水、洗煤水以及矸石淋溶水等廢污水，含有大量炭近幾年一直占70%左右,并將長期作為我國的主的硫化物.重金屬離子等有害物質(zhì),嚴(yán)重污染了周圍要能源。眾所周知,制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的突出瓶頸水環(huán)境。是能源,而能源中能比較主動解決的是煤炭(油氣在2) 破壞土地資源。煤炭開采對土地資源能造國外大量開發(fā)帶來的是能源安全問題)。因此,煤炭成嚴(yán)重破壞，井工開采以地表塌陷和矸石山壓占為工業(yè)能否健康發(fā)展是事關(guān)我國能源安全與經(jīng)濟(jì)可持主,露天開采則以直接挖損和外排土場壓占為主。據(jù)續(xù)發(fā)展的重大問題。統(tǒng)計,目前,我國因煤炭開采引起的地表塌陷面積達(dá)55萬hm2 ,平均開采萬噸煤的地表沉陷達(dá)0.19 hm';1煤礦開采對環(huán)境的影響而我國大中型煤礦已有矸石山近2000座,矸石堆放多年來,為保證國民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,我國的煤炭量達(dá)40億t,占地面積3.4萬hm2。.一直是在超能力生產(chǎn),原煤產(chǎn)量從1996年的13.6億t3)污染大氣環(huán)境。 我國煤礦每年排入大氣中上漲到2008年的28.1億t,年產(chǎn)量增長了一倍多。的瓦斯達(dá) 120億m' ,瓦斯的主要成分是CH,其產(chǎn)生煤炭開采在為社會建設(shè)和消費(fèi)提供能源的同時，也的溫室效應(yīng)是CO2的21倍;每年排入大氣中的粉對生態(tài)環(huán)境造成了極大的破壞。采礦活動對礦區(qū)環(huán)塵約47萬1,這不僅對礦區(qū)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染,而境的破壞主要體現(xiàn)在以下三個方面:且引發(fā)塵肺病患者達(dá)幾十萬人。此外,煤礦矸石自.1)破壞和污染水資源。 一方面,在煤炭開采燃產(chǎn)生大量s0. C0簍右毒氣體,是大氣環(huán)境的另過程中,人為疏干排水以及采動影響形成的導(dǎo)水裂一個中國煤化工p我國國有煤礦中隙帶對煤系含水層的自然疏干,導(dǎo)致地下水位大面長期MYHCNMHG礦區(qū)和周邊地區(qū)收稿日期:2009 04-17作者簡介:朱海賓( 1984 - ),男,山東菏澤人,碩士研究生,研究方向?yàn)榈V床與區(qū)域成礦學(xué)。122009年9月朱海賓:煤炭資源的綠色開采第18卷葦9期的大氣環(huán)境。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(jì)中的綠色工業(yè)原則,形成一-種與環(huán)境協(xié)調(diào)2可 持續(xù)發(fā)展與綠色開采-致的“低開采、低排放、高利用”的開采技術(shù)。在國際社會上，礦業(yè)開采造成的環(huán)境和生態(tài)問4綠色開采的技術(shù)體系題一直受到廣泛關(guān)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(yīng)對人類的消煤礦綠色開采是從廣義資源的角度來對待煤、瓦費(fèi)”。世界上礦業(yè)發(fā)達(dá)的國家,如:美國、澳大利亞、斯、水等一切可以利用的各種資源,其主旨是將煤礦德國等也早在20世紀(jì)70年代就開展了礦山環(huán)境保開采活動對自然環(huán)境和生態(tài)的破壞降到最低限度,防護(hù)和治理。礦產(chǎn)資源開發(fā)和環(huán)境保護(hù)- -體化已成為止或盡可能減輕因煤炭開采對環(huán)境和其他資源的不當(dāng)前國際礦業(yè)發(fā)展的一個重要趨勢。利影響。煤礦綠色開采技術(shù)體系簡要表達(dá),見圖1。而在我國,目前,煤炭開采的“高開采、高排放、綠色開采技術(shù)低利用”現(xiàn)象還很嚴(yán)重,因此,提高資源利用率,減少開采對環(huán)境的破壞，實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和巖層移動體系煤礦開采技術(shù)生態(tài)治理與恢復(fù)技術(shù)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)展的采關(guān)鍵層理論 ]礦模式,即“煤炭開采- -環(huán)境保護(hù)- -礦區(qū)可持續(xù)發(fā)保少出1煤炭.廢棄}水矸石地下地地治.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(shí)現(xiàn)我國煤炭工業(yè)可持共采;"(化、續(xù)發(fā)展的必由之路。二3綠色開采的內(nèi)涵地下水流失瓦斯地表坍塌、王「排放研石、有害氣體排2003年,中國工程院錢鳴高院士在國際上首次與突水事故事故地與建筑物捌I 占用土地放、污染環(huán)境提出了“綠色開采" ( Green Mining)的理念,并得到煤礦開采損害世界礦業(yè)屆人土的普遍認(rèn)同。煤炭綠色開采具有以圖1 煤炭資源綠色開采技術(shù)體系下特點(diǎn)和內(nèi)涵:l) 對礦井(區(qū))廢棄物(有害物)的再認(rèn)識。4.1保水開采隨著社會的發(fā)展,對事物的認(rèn)識更應(yīng)該用辯證的眼煤層開采后,隨關(guān)鍵層的破斷，上覆巖層中出現(xiàn)光來看待。我們應(yīng)轉(zhuǎn)變以往視礦井瓦斯、地下水、矸裂隙帶,導(dǎo)致隔水層遭到破壞。這樣,在該區(qū)域內(nèi),石等為有害物質(zhì)的觀念,把它們當(dāng)作該礦區(qū)的開發(fā)地下水將形成下降漏斗,從而導(dǎo)致地下水位的下降。對象加以利用。從綠色開采角度而言,礦井瓦斯并地下水位能否恢復(fù),取決于隨工作面的推進(jìn),上覆巖非有害氣體,而是清潔能源,1m'的瓦斯可發(fā)電3~層中的軟弱層能否經(jīng)重新壓實(shí)形成新的隔水層。3.5 kWh;礦井水也不是水害,可以在防治地下水的我國70%的礦區(qū)缺水,西部礦區(qū)缺水顯得更為嚴(yán)重,對于西部礦區(qū)保水開采是綠色開采的主要內(nèi)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。容。保水開采的目的是在防治采場突水的同時對水煤礦綠色開采注重從開采的角度采取措施,從源頭資源進(jìn)行有意識的保護(hù),使煤炭開采對礦區(qū)水文環(huán)消除或減少因采礦對環(huán)境的破壞,而不是先破壞再境的擾動量小于水文環(huán)境容量。研究開采后上覆巖治理。如:通過綠色開采技術(shù)實(shí)現(xiàn)地下水的保護(hù)、控層的破斷規(guī)律和地下水漏斗的形成機(jī)理,從采礦方制采后地表的下沉量及減少瓦斯和矸石的排放等。法、開采區(qū)域的選擇、留設(shè)防水煤(巖)柱以及地面3)綠色開采技術(shù)的理論基礎(chǔ)。 煤礦開采引起注漿等措施實(shí)現(xiàn)礦區(qū)水資源的保護(hù)和綜合利用。的環(huán)境問題都是由采動后上覆巖層的運(yùn)動所導(dǎo)致4.2 煤與瓦斯共采的。巖層運(yùn)動使巖體松動,形成巖體內(nèi)的“裂隙煤與瓦斯共采就是將煤炭和賦存于煤層中的瓦場”,由此影響離層的發(fā)育狀態(tài)和地表沉陷,從而改斯都作為礦井中的資源加以開采，實(shí)現(xiàn)兩種資源的變了瓦斯與地下水在裂隙巖體內(nèi)的流動規(guī)律。巖層共中國煤化工了大量的資源又改善廣泛應(yīng)用,是煤炭中的關(guān)鍵層對整個巖層運(yùn)動及巖體內(nèi)的“裂隙場”MHCNMHG.煤與瓦斯共采的技起控制作用，與綠色開采密切相關(guān)。巖層控制的關(guān)鍵層理論是綠色開采的理論基礎(chǔ)。術(shù)途徑有:①采前預(yù)抽。在采煤前先將煤層瓦斯抽12009年9月朱海賓:煤炭資源的綠色開采第18卷第9期出,可改善煤礦安全。但由于我國煤層在開采前的采技術(shù)。該技術(shù)的原理由前蘇聯(lián)漢學(xué)家門捷列夫于煤體透氣性低,本層內(nèi)抽采有困難。②采后卸壓抽1888年提出,- -些發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)40年代前后采瓦斯。采后圍巖壓力降低,大量瓦斯在采空區(qū)釋進(jìn)行了成功試驗(yàn)。放,是瓦斯抽采的好時機(jī)，可形成煤與瓦斯共采體目前我國的煤炭地下氣化技術(shù)還處于工業(yè)試驗(yàn)系。③廢棄礦井抽采。鑒于廢棄礦井煤層經(jīng)采動而階段,有很多問題需要研究和探索,如:怎樣控制煤充滿瓦斯,因而可以利用采動后巖體內(nèi)“裂隙場”的炭氣化后產(chǎn)生的苯和酚的擴(kuò)散,使其不污染毒害地分布及鉆孔,在井下安裝瓦斯抽放管,封閉井口進(jìn)行下水資源等。瓦斯抽放。④回風(fēng)井回收瓦斯。4.6 礦區(qū)生態(tài)治理與恢復(fù)4.3矸石減排 與處理礦區(qū)生態(tài)治理與恢復(fù)包括土地復(fù)墾、廢棄地治我國煤炭開采的矸石排放量占原煤產(chǎn)量的理和利用以及植被修復(fù)三個方面。15% ~20% ,按每年開采原煤25億噸計算,矸石的目前,我國復(fù)墾利用的土地不到破壞土地的排放量每年達(dá)到4~5億t。減少排矸和將地面矸石1% ,而發(fā)達(dá)國家礦山土地復(fù)墾率已達(dá)到50%。在進(jìn)行處理是綠色開采技術(shù)的另- -項重大任務(wù)。土地復(fù)墾技術(shù)中,生物復(fù)墾技術(shù)，如:細(xì)菌快速生物矸石減排與處理就是減少煤礦矸石排放量和矸復(fù)墾法、無覆土生物復(fù)墾法、抗侵蝕被(先鋪后種)石的堆積以及對已出礦井的矸石進(jìn)行處理。減少矸法等,是熱門研究的內(nèi)容,這些方法在控制復(fù)墾區(qū)土石的出井量可通過優(yōu)化巷道布置,研究煤巷的支護(hù)壤侵蝕、快速恢復(fù)植被方面效果十分顯著。技術(shù),用煤巷代替巖巷等來完成。而當(dāng)煤礦開采必礦區(qū)廢棄地生態(tài)修復(fù)的實(shí)質(zhì)是礦區(qū)廢棄地基質(zhì)須在地下開掘巖石巷道時,就要處理好矸石的利用改良、土壤侵蝕控制和植物種類的篩選,并在正確評問題，如:可以進(jìn)行巷旁及廢棄巷道或采空區(qū)的充價廢棄地類型、特征的基礎(chǔ)上，進(jìn)行植被的恢復(fù)與重填;對于含碳大于20%的煤矸石可用于發(fā)電供熱,建,進(jìn)而使生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自行恢復(fù)并達(dá)到良性循環(huán)。含碳低的可用于建筑材料;有矸石山堆積的礦區(qū)可植被修復(fù)技術(shù)是一項新興的.有潛力的綠色植將矸石山綠化等。物技術(shù),植物修復(fù)環(huán)境技術(shù)經(jīng)過10余年的研究,有.4.4 “三下”采煤與減沉技術(shù)些研究成果即將進(jìn)人市場?！叭隆敝杆w下、建筑物下及鐵路下。煤炭的5綠色開采的意義“三下”開采可導(dǎo)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(shù)就是減少1)綠色開采有 助于開采技術(shù)水平和企業(yè)可持開采引起的地表沉陷以保護(hù)土地資源和地面建筑續(xù)發(fā)展 能力的提升。我國煤炭行業(yè)整體技術(shù)水平較物。低,長期走粗放型發(fā)展路子,生產(chǎn)集中化程度低。綠為了保證“三下”采煤既具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，色開采必然要求多層面、多角度的技術(shù)創(chuàng)新,并將改同時又能確保地面建筑物不受損害,關(guān)鍵在于根據(jù)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)具體條件下覆巖結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵層特征來研究確定合理的核心競爭力。的減沉開采技術(shù)及參數(shù)。研究表明,主關(guān)鍵層對地2)綠色開采有助于提高資源利用率,減少因表移動過程起控制作用,主關(guān)鍵層的破斷導(dǎo)致地表煤炭開采對環(huán)境和生態(tài)的破壞。綠色開采要求從廣快速下沉?；趲r層控制的關(guān)鍵層理論提出了條帶義資源角度看待礦區(qū)內(nèi)的煤炭、瓦斯矸石、地下水充填控制沉陷的思路,僅充填部分采空區(qū),只要保證以及煤層附近的其他礦床等可以利用的資源,在追未充填采空區(qū)的寬度小于覆巖主關(guān)鍵層的初次破斷求最佳經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的同時，盡可能減少對跨距,且充填條帶能保持長期穩(wěn)定,就可有效控制地環(huán)境的負(fù)面影響。表下沉。減沉開采技術(shù)的措施方法有很多,如:留設(shè)3)綠 色開采有助于提升國民福利。綠色開采煤柱開采、覆巖離層帶充填、限厚開采.協(xié)調(diào)開采和.要求滿足人類需求的合理性和根本意義,真正以人“采- -注一采" 三部法開采等。為本。在追求生態(tài)大系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定、平衡運(yùn)轉(zhuǎn)的目4.5煤炭地下氣化技術(shù)標(biāo)命題下,實(shí)現(xiàn)的是國民長久效益的提升。煤炭地下氣化是指在煤層賦存地點(diǎn)直接獲得可綠角開平更古今而評價業(yè)效益,綜合考燃?xì)怏w的過程,即在地下將煤通過熱化學(xué)過程變?yōu)閼]生中國煤化工系統(tǒng)的動態(tài)平衡作氣態(tài)燃料,然后經(jīng)由鉆孔排至地面收集利用。煤炭為出YHCNMHG態(tài)大系統(tǒng)中來看地下氣化技術(shù)可以消除煤炭開采對環(huán)境的污染和煤待 、評價企業(yè)的經(jīng)濟(jì)活動,實(shí)現(xiàn)生態(tài)大系統(tǒng)的可持續(xù)炭燃燒對生態(tài)環(huán)境的不利破壞,是一種整體綠色開發(fā)展。(下轉(zhuǎn)第39頁)12009年9肩楊永光:主斜井膠帶輸送機(jī)延伸技術(shù)改造第18卷第9期節(jié)螺栓,在滾簡位置調(diào)正完畢后,將調(diào)節(jié)螺栓頂緊軸8) 裝載點(diǎn)設(shè)置三個,每段長6 m的裝載架,承座。它由緩沖托輥、上托輥支架、下托輥、下托輥支架及6)卸載裝置由一個直徑1400mm卸載滾筒、左右擋板支架組成,托輥支架、擋板支架用螺栓與縱一個直徑800mm改向滾簡和卸載機(jī)架組成,卸載梁聯(lián)接,而左右擋架則用螺栓聯(lián)接于擋板支架上。滾筒采用高強(qiáng)度鑄焊結(jié)構(gòu),筒圈與主軸采用漲套連9)輸送機(jī)傾斜上運(yùn)， 采用重載車?yán)o裝置,接,并且為包膠滾簡。卸載機(jī)架為三角架形式,重量拉緊力為35kN,配重為3.5(不含重載車及機(jī)尾滾輕,結(jié)構(gòu)簡單,受力合理。合金清掃器為H型、P型,筒),拉緊行程9m,使膠帶在輸送機(jī)啟動時和正常保證了進(jìn)人滾筒膠帶的清潔。運(yùn)行時都保持恒定張力,保證皮帶機(jī)平穩(wěn)啟動,機(jī)尾7)機(jī)身沿斜巷縱向布置,采用螺栓聯(lián)接落地張緊滾筒為直徑1 250 mm,在機(jī)尾滾筒前方有一道鋼架結(jié)構(gòu),它由上托輥、上托輥支架、縱梁、擋煤裝置空段清掃器,確保機(jī)尾滾簡清潔。及支腿等組成。機(jī)身架所承受的重量加大,要求強(qiáng)4改造后的效果度要高,所以技改膠帶機(jī)選用中間架縱梁長度為3 m,材料為14'槽鋼,支腿為12"槽鋼與鋼板焊接結(jié)新的膠帶輸送機(jī)自2007年10月更新改造完畢構(gòu)件,左右支腿之間用橫擋連接,在整個輸送機(jī)方向并投人使用后,運(yùn)行效果良好,極大地提高了長距上帶斜撐的支腿與普通支腿交叉布置,以保證整個離、大運(yùn)量膠帶運(yùn)輸?shù)陌踩煽啃?。集團(tuán)公司下組機(jī)身有足夠的強(qiáng)度和剛度。在整機(jī)長度上,在適當(dāng)煤第一個工作面一- -8101 工作面于2008年6月2的位置裝上擋煤裝置,防止較大煤塊下滾。托輥直日正式投產(chǎn)出煤,最高月產(chǎn)原煤4萬t。石圪節(jié)形成徑為133 mm,采用鐵皮軸承座和迷宮密封方式,軸承了3"煤、8"煤和15*煤三個水平同時作業(yè)的生產(chǎn)格為礦用專用軸承,具有游隙大,轉(zhuǎn)動靈活,阻力小等特局,保證了下組煤的順利開發(fā),實(shí)現(xiàn)了老礦可持續(xù)發(fā)點(diǎn)。上托輥為四節(jié)深槽角布置,間距1.2 m,同時每展。20m配備~組調(diào)心托輥。下托輥為平形布置,間距3 m。[責(zé)任編輯:王玉梅](上接第14頁)業(yè)大學(xué)出版社,2005.3]杜計平,孟憲銳.采礦學(xué)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版6結(jié)語社2009.總之,礦區(qū)的開發(fā)不僅關(guān)乎礦區(qū)本身,更關(guān)乎區(qū)4] 許家林,錢鳴高.綠色開采的理念與技術(shù)框架[J].科技導(dǎo)報2007 ,25(7) :61 -64.域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展乃至全社會的發(fā)展。礦區(qū)開發(fā)不能以5] 錢鳴高,繆協(xié)興,許家林,等.論科學(xué)采礦[J].采礦與安犧牲環(huán)境為代價,而應(yīng)走可持續(xù)發(fā)展之路。綠色開全工程學(xué)報,2008 ,25(3):1 -10.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，6] 屠世浩,陳宜先.探討綠色開采技術(shù)保護(hù)礦區(qū)生態(tài)環(huán)是惠及子孫后代的舉措。綠色開采技術(shù)的應(yīng)用,真境[J].能源環(huán)境保護(hù),2003,17<4):10-14.正還礦區(qū)以藍(lán)天碧水、綠草,必將實(shí)現(xiàn)和諧生產(chǎn),建7] 黃慶享.煤炭資源綠色開采[J].陜西煤炭, 2008(1):成和諧礦區(qū),最終實(shí)現(xiàn)構(gòu)建和諧社會的宏偉目標(biāo)。18-21.8]黃溫剛， 張紹鵬.煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的工業(yè)化之路參考文獻(xiàn):[J].礦業(yè)快報,2008 ,9(9):1 -4.[1]張宏偉 ,郭忠平.礦區(qū)綠色開采技術(shù)[ M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2008.[2]杜計平 ,在理全.煤礦特殊開采方法[ M].徐州:中國礦中國煤化工MYHCNMHG39