煤炭資源的綠色開(kāi)采

總第119期.doi; 10.3969/j. isn. 1005 - 2798.2009.09.005煤炭資源的綠色開(kāi)采朱海賓(新疆大學(xué),新疆烏魯木齊830046)摘要:通過(guò)分析煤炭在我國能源結構中的重要地位及其開(kāi)采對環(huán)境的影響,闡述了礦業(yè)可持續發(fā)展和煤炭資源綠色開(kāi)采的必要性,總結了綠色開(kāi)采的內涵及當前存在的綠色開(kāi)采技術(shù)，從而論述了實(shí)施煤炭資源綠色開(kāi)采的意義。關(guān)鍵詞:煤炭;綠色開(kāi)采;生態(tài)環(huán)境;可持續發(fā)展;綠色開(kāi)采技術(shù)體系中圖分類(lèi)號:TD821文獻標識碼: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”規劃要求能源行業(yè)“堅持節約優(yōu)積、大幅度下降,地表植被千枯,自然景觀(guān)遭到破壞,先,立足國內,煤為基礎,多元發(fā)展,構建穩定、經(jīng)濟、農業(yè)產(chǎn)量下降。另一方面,煤炭開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的清潔的能源結構體系”。在我國一-次能源結構中,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(cháng)期作為我國的主的硫化物.重金屬離子等有害物質(zhì),嚴重污染了周?chē)茉?。眾所周?制約我國經(jīng)濟發(fā)展的突出瓶頸水環(huán)境。是能源,而能源中能比較主動(dòng)解決的是煤炭(油氣在2) 破壞土地資源。煤炭開(kāi)采對土地資源能造國外大量開(kāi)發(fā)帶來(lái)的是能源安全問(wèn)題)。因此,煤炭成嚴重破壞，井工開(kāi)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)濟可持主,露天開(kāi)采則以直接挖損和外排土場(chǎng)壓占為主。據續發(fā)展的重大問(wèn)題。統計,目前,我國因煤炭開(kāi)采引起的地表塌陷面積達55萬(wàn)hm2 ,平均開(kāi)采萬(wàn)噸煤的地表沉陷達0.19 hm';1煤礦開(kāi)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(lái),為保證國民經(jīng)濟高速發(fā)展,我國的煤炭量達40億t,占地面積3.4萬(wàn)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(cháng)了一倍多。的瓦斯達 120億m' ,瓦斯的主要成分是CH,其產(chǎn)生煤炭開(kāi)采在為社會(huì )建設和消費提供能源的同時(shí)，也的溫室效應是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(dòng)對礦區環(huán)塵約47萬(wàn)1,這不僅對礦區環(huán)境造成了嚴重污染,而境的破壞主要體現在以下三個(gè)方面:且引發(fā)塵肺病患者達幾十萬(wàn)人。此外,煤礦矸石自.1)破壞和污染水資源。 一方面,在煤炭開(kāi)采燃產(chǎn)生大量s0. C0簍右毒氣體,是大氣環(huán)境的另過(guò)程中,人為疏干排水以及采動(dòng)影響形成的導水裂一個(gè)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,導致地下水位大面長(cháng)期MYHCNMHG礦區和周邊地區收稿日期:2009 04-17作者簡(jiǎn)介:朱海賓( 1984 - ),男,山東菏澤人,碩士研究生,研究方向為礦床與區域成礦學(xué)。122009年9月朱海賓:煤炭資源的綠色開(kāi)采第18卷葦9期的大氣環(huán)境。簡(jiǎn)言之,煤炭資源綠色開(kāi)采的內涵是努力遵循循環(huán)經(jīng)濟中的綠色工業(yè)原則,形成一-種與環(huán)境協(xié)調2可 持續發(fā)展與綠色開(kāi)采-致的“低開(kāi)采、低排放、高利用”的開(kāi)采技術(shù)。在國際社會(huì )上，礦業(yè)開(kāi)采造成的環(huán)境和生態(tài)問(wèn)4綠色開(kāi)采的技術(shù)體系題一直受到廣泛關(guān)注。1963年,“羅馬俱樂(lè )部”的報告就曾告誡世人,“世界的資源將無(wú)法應對人類(lèi)的消煤礦綠色開(kāi)采是從廣義資源的角度來(lái)對待煤、瓦費”。世界上礦業(yè)發(fā)達的國家,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70年代就開(kāi)展了礦山環(huán)境保開(kāi)采活動(dòng)對自然環(huán)境和生態(tài)的破壞降到最低限度,防護和治理。礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)和環(huán)境保護- -體化已成為止或盡可能減輕因煤炭開(kāi)采對環(huán)境和其他資源的不當前國際礦業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢。利影響。煤礦綠色開(kāi)采技術(shù)體系簡(jiǎn)要表達,見(jiàn)圖1。而在我國,目前,煤炭開(kāi)采的“高開(kāi)采、高排放、綠色開(kāi)采技術(shù)低利用”現象還很?chē)乐?因此,提高資源利用率,減少開(kāi)采對環(huán)境的破壞，實(shí)現煤炭工業(yè)的可持續發(fā)展和巖層移動(dòng)體系煤礦開(kāi)采技術(shù)生態(tài)治理與恢復技術(shù)礦產(chǎn)資源的代際開(kāi)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(kāi)采與環(huán)境協(xié)調發(fā)展的采關(guān)鍵層理論 ]礦模式,即“煤炭開(kāi)采- -環(huán)境保護- -礦區可持續發(fā)保少出1煤炭.廢棄}水矸石地下地地治.展”的開(kāi)采模式,也可稱(chēng)為煤炭資源的綠色開(kāi)采模式。煤炭資源的綠色開(kāi)采是實(shí)現我國煤炭工業(yè)可持共采;"(化、續發(fā)展的必由之路。二3綠色開(kāi)采的內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(qián)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(kāi)采" ( Green Mining)的理念,并得到煤礦開(kāi)采損害世界礦業(yè)屆人土的普遍認同。煤炭綠色開(kāi)采具有以圖1 煤炭資源綠色開(kāi)采技術(shù)體系下特點(diǎn)和內涵:l) 對礦井(區)廢棄物(有害物)的再認識。4.1保水開(kāi)采隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展,對事物的認識更應該用辯證的眼煤層開(kāi)采后,隨關(guān)鍵層的破斷，上覆巖層中出現光來(lái)看待。我們應轉變以往視礦井瓦斯、地下水、矸裂隙帶,導致隔水層遭到破壞。這樣,在該區域內,石等為有害物質(zhì)的觀(guān)念,把它們當作該礦區的開(kāi)發(fā)地下水將形成下降漏斗,從而導致地下水位的下降。對象加以利用。從綠色開(kāi)采角度而言,礦井瓦斯并地下水位能否恢復,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%的礦區缺水,西部礦區缺水顯得更為嚴重,對于西部礦區保水開(kāi)采是綠色開(kāi)采的主要內同時(shí),將礦井水資源加以利用。2)從源頭采取措施減輕開(kāi)采對環(huán)境的破壞。容。保水開(kāi)采的目的是在防治采場(chǎng)突水的同時(shí)對水煤礦綠色開(kāi)采注重從開(kāi)采的角度采取措施,從源頭資源進(jìn)行有意識的保護,使煤炭開(kāi)采對礦區水文環(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(dòng)量小于水文環(huán)境容量。研究開(kāi)采后上覆巖治理。如:通過(guò)綠色開(kāi)采技術(shù)實(shí)現地下水的保護、控層的破斷規律和地下水漏斗的形成機理,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(kāi)采區域的選擇、留設防水煤(巖)柱以及地面3)綠色開(kāi)采技術(shù)的理論基礎。 煤礦開(kāi)采引起注漿等措施實(shí)現礦區水資源的保護和綜合利用。的環(huán)境問(wèn)題都是由采動(dòng)后上覆巖層的運動(dòng)所導致4.2 煤與瓦斯共采的。巖層運動(dòng)使巖體松動(dòng),形成巖體內的“裂隙煤與瓦斯共采就是將煤炭和賦存于煤層中的瓦場(chǎng)”,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(kāi)采，實(shí)現兩種資源的變了瓦斯與地下水在裂隙巖體內的流動(dòng)規律。巖層共中國煤化工了大量的資源又改善廣泛應用,是煤炭中的關(guān)鍵層對整個(gè)巖層運動(dòng)及巖體內的“裂隙場(chǎng)”MHCNMHG.煤與瓦斯共采的技起控制作用，與綠色開(kāi)采密切相關(guān)。巖層控制的關(guān)鍵層理論是綠色開(kāi)采的理論基礎。術(shù)途徑有:①采前預抽。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(kāi)采第18卷第9期出,可改善煤礦安全。但由于我國煤層在開(kāi)采前的采技術(shù)。該技術(shù)的原理由前蘇聯(lián)漢學(xué)家門(mén)捷列夫于煤體透氣性低,本層內抽采有困難。②采后卸壓抽1888年提出,- -些發(fā)達國家在20世紀40年代前后采瓦斯。采后圍巖壓力降低,大量瓦斯在采空區釋進(jìn)行了成功試驗。放,是瓦斯抽采的好時(shí)機，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)試驗系。③廢棄礦井抽采。鑒于廢棄礦井煤層經(jīng)采動(dòng)而階段,有很多問(wèn)題需要研究和探索,如:怎樣控制煤充滿(mǎn)瓦斯,因而可以利用采動(dòng)后巖體內“裂隙場(chǎng)”的炭氣化后產(chǎn)生的苯和酚的擴散,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 礦區生態(tài)治理與恢復4.3矸石減排 與處理礦區生態(tài)治理與恢復包括土地復墾、廢棄地治我國煤炭開(kāi)采的矸石排放量占原煤產(chǎn)量的理和利用以及植被修復三個(gè)方面。15% ~20% ,按每年開(kāi)采原煤25億噸計算,矸石的目前,我國復墾利用的土地不到破壞土地的排放量每年達到4~5億t。減少排矸和將地面矸石1% ,而發(fā)達國家礦山土地復墾率已達到50%。在進(jìn)行處理是綠色開(kāi)采技術(shù)的另- -項重大任務(wù)。土地復墾技術(shù)中,生物復墾技術(shù)，如:細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墾法、無(wú)覆土生物復墾法、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(mén)研究的內容,這些方法在控制復墾區土石的出井量可通過(guò)優(yōu)化巷道布置,研究煤巷的支護壤侵蝕、快速恢復植被方面效果十分顯著(zhù)。技術(shù),用煤巷代替巖巷等來(lái)完成。而當煤礦開(kāi)采必礦區廢棄地生態(tài)修復的實(shí)質(zhì)是礦區廢棄地基質(zhì)須在地下開(kāi)掘巖石巷道時(shí),就要處理好矸石的利用改良、土壤侵蝕控制和植物種類(lèi)的篩選,并在正確評問(wèn)題，如:可以進(jìn)行巷旁及廢棄巷道或采空區的充價(jià)廢棄地類(lèi)型、特征的基礎上，進(jìn)行植被的恢復與重填;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)系統實(shí)現自行恢復并達到良性循環(huán)。含碳低的可用于建筑材料;有矸石山堆積的礦區可植被修復技術(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),植物修復環(huán)境技術(shù)經(jīng)過(guò)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(chǎng)?！叭隆敝杆w下、建筑物下及鐵路下。煤炭的5綠色開(kāi)采的意義“三下”開(kāi)采可導致采空區上方地表的下沉,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(kāi)采有 助于開(kāi)采技術(shù)水平和企業(yè)可持開(kāi)采引起的地表沉陷以保護土地資源和地面建筑續發(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(cháng)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)濟效益，色開(kāi)采必然要求多層面、多角度的技術(shù)創(chuàng )新,并將改同時(shí)又能確保地面建筑物不受損害,關(guān)鍵在于根據善企業(yè)的管理模式、提升企業(yè)的管理水平,創(chuàng )建企業(yè)具體條件下覆巖結構與關(guān)鍵層特征來(lái)研究確定合理的核心競爭力。的減沉開(kāi)采技術(shù)及參數。研究表明,主關(guān)鍵層對地2)綠色開(kāi)采有助于提高資源利用率,減少因表移動(dòng)過(guò)程起控制作用,主關(guān)鍵層的破斷導致地表煤炭開(kāi)采對環(huán)境和生態(tài)的破壞。綠色開(kāi)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內的煤炭、瓦斯矸石、地下水充填控制沉陷的思路,僅充填部分采空區,只要保證以及煤層附近的其他礦床等可以利用的資源,在追未充填采空區的寬度小于覆巖主關(guān)鍵層的初次破斷求最佳經(jīng)濟效益和社會(huì )效益的同時(shí)，盡可能減少對跨距,且充填條帶能保持長(cháng)期穩定,就可有效控制地環(huán)境的負面影響。表下沉。減沉開(kāi)采技術(shù)的措施方法有很多,如:留設3)綠 色開(kāi)采有助于提升國民福利。綠色開(kāi)采煤柱開(kāi)采、覆巖離層帶充填、限厚開(kāi)采.協(xié)調開(kāi)采和.要求滿(mǎn)足人類(lèi)需求的合理性和根本意義,真正以人“采- -注一采" 三部法開(kāi)采等。為本。在追求生態(tài)大系統持續穩定、平衡運轉的目4.5煤炭地下氣化技術(shù)標命題下,實(shí)現的是國民長(cháng)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(kāi)平更古今而評價(jià)業(yè)效益,綜合考燃氣體的過(guò)程,即在地下將煤通過(guò)熱化學(xué)過(guò)程變?yōu)閼]生中國煤化工系統的動(dòng)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)大系統中來(lái)看地下氣化技術(shù)可以消除煤炭開(kāi)采對環(huán)境的污染和煤待 、評價(jià)企業(yè)的經(jīng)濟活動(dòng),實(shí)現生態(tài)大系統的可持續炭燃燒對生態(tài)環(huán)境的不利破壞,是一種整體綠色開(kāi)發(fā)展。(下轉第39頁(yè))12009年9肩楊永光:主斜井膠帶輸送機延伸技術(shù)改造第18卷第9期節螺栓,在滾簡(jiǎn)位置調正完畢后,將調節螺栓頂緊軸8) 裝載點(diǎn)設置三個(gè),每段長(cháng)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(gè)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(gè)直徑800mm改向滾簡(jiǎn)和卸載機架組成,卸載梁聯(lián)接,而左右擋架則用螺栓聯(lián)接于擋板支架上。滾筒采用高強度鑄焊結構,筒圈與主軸采用漲套連9)輸送機傾斜上運， 采用重載車(chē)拉緊裝置,接,并且為包膠滾簡(jiǎn)。卸載機架為三角架形式,重量拉緊力為35kN,配重為3.5(不含重載車(chē)及機尾滾輕,結構簡(jiǎn)單,受力合理。合金清掃器為H型、P型,筒),拉緊行程9m,使膠帶在輸送機啟動(dòng)時(shí)和正常保證了進(jìn)人滾筒膠帶的清潔。運行時(shí)都保持恒定張力,保證皮帶機平穩啟動(dòng),機尾7)機身沿斜巷縱向布置,采用螺栓聯(lián)接落地張緊滾筒為直徑1 250 mm,在機尾滾筒前方有一道鋼架結構,它由上托輥、上托輥支架、縱梁、擋煤裝置空段清掃器,確保機尾滾簡(jiǎn)清潔。及支腿等組成。機身架所承受的重量加大,要求強4改造后的效果度要高,所以技改膠帶機選用中間架縱梁長(cháng)度為3 m,材料為14'槽鋼,支腿為12"槽鋼與鋼板焊接結新的膠帶輸送機自2007年10月更新改造完畢構件,左右支腿之間用橫擋連接,在整個(gè)輸送機方向并投人使用后,運行效果良好,極大地提高了長(cháng)距上帶斜撐的支腿與普通支腿交叉布置,以保證整個(gè)離、大運量膠帶運輸的安全可靠性。集團公司下組機身有足夠的強度和剛度。在整機長(cháng)度上,在適當煤第一個(gè)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(wàn)t。石圪節形成徑為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(gè)水平同時(shí)作業(yè)的生產(chǎn)格為礦用專(zhuān)用軸承,具有游隙大,轉動(dòng)靈活,阻力小等特局,保證了下組煤的順利開(kāi)發(fā),實(shí)現了老礦可持續發(fā)點(diǎn)。上托輥為四節深槽角布置,間距1.2 m,同時(shí)每展。20m配備~組調心托輥。下托輥為平形布置,間距3 m。[責任編輯:王玉梅](上接第14頁(yè))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結語(yǔ)社2009.總之,礦區的開(kāi)發(fā)不僅關(guān)乎礦區本身,更關(guān)乎區4] 許家林,錢(qián)鳴高.綠色開(kāi)采的理念與技術(shù)框架[J].科技導報2007 ,25(7) :61 -64.域經(jīng)濟的發(fā)展乃至全社會(huì )的發(fā)展。礦區開(kāi)發(fā)不能以5] 錢(qián)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(jià),而應走可持續發(fā)展之路。綠色開(kāi)全工程學(xué)報,2008 ,25(3):1 -10.采是礦區開(kāi)發(fā)和確保礦區可持續發(fā)展的必由之路，6] 屠世浩,陳宜先.探討綠色開(kāi)采技術(shù)保護礦區生態(tài)環(huán)是惠及子孫后代的舉措。綠色開(kāi)采技術(shù)的應用,真境[J].能源環(huán)境保護,2003,17<4):10-14.正還礦區以藍天碧水、綠草,必將實(shí)現和諧生產(chǎn),建7] 黃慶享.煤炭資源綠色開(kāi)采[J].陜西煤炭, 2008(1):成和諧礦區,最終實(shí)現構建和諧社會(huì )的宏偉目標。18-21.8]黃溫剛， 張紹鵬.煤炭工業(yè)可持續發(fā)展的工業(yè)化之路參考文獻:[J].礦業(yè)快報,2008 ,9(9):1 -4.[1]張宏偉 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