浅析绿色开采技术及发展前景

高永格，常 猛，卢全督，付 佳

（河北工程大学 资源学院，河北 邯郸056001）

煤炭是中国主要能源，我国煤炭产量超过世界总量的三分之一，经过几十年科技理论技术的不断创新，煤矿采掘基本实现机械化生产。近些年，煤矿产业高速发展的同时，资源浪费、环境污染等问题日益严重。党的十六大报告中明确提出“走一条科技含量高，经济效益好，资源消耗低，环境污染少，人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子”。因此，煤矿实现“绿色开采”建设“高效率，低排放，再利用”的绿色生态矿井对煤炭生产和国家能源可持续性发展战略都具有十分重要的意义〔2〕。

1 矿山绿色开采的提出，现状及其内涵

1.1 国内开采现状

煤炭作为一次能源，消耗比重一直处于能源比重的70%以上，因而煤矿生产一直呈上升趋势。我国煤炭科学研究起步较晚，煤层赋存地质条件差，因此实现安全生产，绿色开采比较困难〔1〕。企业为了追求经济效益，绿色开采意识薄弱。煤矿“三废”污染地下水资源，地表耕地以及建筑，并且回采率较低，资源浪费情况都给我们生产和生活带来了影响。针对我国资源相对贫乏，环境污染严重现状，建设绿色环境友好型矿井生产体系尤为重要。

1.2 “绿色开采”的提出

环境问题破坏生态平衡，威胁人类健康，制约经济发展。推进生态文明建设，建设环境友好型社会体系，就是要落实以人为本，全面、协调、可持续的科学发展，努力实现人口、资源、环境协调发展。中国矿业大学钱鸣高教授在2003年在煤炭环境污染日益严重情况下，响应国家能源可持续发展战略提出“煤矿绿色开采”的问题。

1.3 “绿色开采”研究内涵

综合考虑资源效率与环境影响的现代模式，遵循循环经济中绿色工业的原则，采用与环境协调一致的“低开采，高利用，低排放”的开采技术。

主要包含三方面内容：

①改变对矿井原有废弃物（地下水、瓦斯、煤矸石、矿井地热以及其他地下宝贵资源）的认识，加以利用回收。传统意义上，煤矿只开采煤炭，广义资源的角度，地下水资源，瓦斯与煤炭，煤矸石和矿井地热都可以作为重要的资源进行开发。

②掌握岩层破坏运动规律，控制岩层运动，减少环境破坏。煤层开采，原有岩层遭到破坏，在采动影响下，岩层应力分布不均衡或引发岩层移动导致地表下沉。绿色开采就是基于掌握岩层的运动规律，采取相应措施，减小采动影响。

③对矿区受污染和破坏环境进行生态治理与恢复。煤炭生产产生污水，有毒气体，对生态环境造成了严重的污染。绿色开采就是从源头采取措施，减少消除采矿对环境的污染破坏，而不是先污染后治理，要坚持“全面规划、合理布局、综合利用、化害为利、依靠群众、大家动手保护环境、造福人民”的环境治理方针。

2 绿色开采技术的实施

2.1 地下水保护利用开采技术

我国水资源相对比较贫乏，如今生态环境遭到破坏，水体污染严重，因此水资源的保护和水污染治理十分重要。中国主要矿区分布在严重缺失的西部干旱半干旱地区，煤矿生产的同时产生了大量的矿井水，水资源的回收和污水处理再利用意义重大。

地下水的保护与利用主要包涵了：避免采场发生突水事故，实现安全生产；采取措施减小煤炭开采对矿区水文环境的扰动量，有意识地对地下水资源进行保护；对矿井地下水合理疏送排放进行资源化利用，一定程度实现“煤水共采”，同时对已经破坏水层井下恢复和再造。

根据不同的地质构造特征，水文地质条件保水开采技术体系主要包含：水体下保水开采技术和承压含水层上保水采煤技术。

水体下保水开采技术：①隔离水体技术措施；②疏降水体技术措施；③含水层采动破坏恢复与再造。

承压含水层上保水采煤技术：①承压含水层上安全煤岩柱留设；②帷幕注浆截流技术；③减少采动底板破坏深度；④底板注浆加固技术；⑤疏降底板水技术。

2.2 煤炭与瓦斯共采技术

煤层由孔隙煤块、气、水三相物质组成，煤层中瓦斯赋存状况包括游离状态和吸附状态。传统煤矿开采，煤层瓦斯被视为一种有毒气体，基本都是对瓦斯先进行抽放处理，再进行挖掘开采。实际瓦斯是一种洁净能源，可用于居民生活，工业原料等，原始的瓦斯处理，造成了大量的资源流失。为了使资源得到充分利用开采，采取煤炭瓦斯共采技术，即在煤层开采的同时形成采煤和采瓦斯2个完整的系统。煤炭瓦斯共采技术有效地回采了浪费的可利用资源，也降低了井下采场的瓦斯浓度，确保了安全生产，同时避免了有毒气体的排放，对实现绿色开采有着重要意义。

2.3 减沉技术，保护土地资源和地面建筑

地下采矿活动引发覆岩移动，采空区周围的岩层失去平衡，岩层产生复杂移动，使地表产生移动、变形和破坏，主要表现形式有：地表移动盆地，裂缝与台阶，塌陷坑。开采沉陷对地表建筑（房屋，铁路，桥梁等）产生严重影响〔1〕。地表均匀下沉（仅在超临界面积开采时才可能出现）的情况下，建筑物中一般不会产生附加应力，随着工作面推进，建筑物承受地表“动态”变形影响，此时建筑物只产生整体垂直位移，受到的伤害不大。岩层受力不均匀时，地表倾斜、曲率、水平变形对建筑物都会产生严重的破坏。减少开采沉陷的绿色开采技术体系主要包括井下开采措施和地上地面技术措施。

井下开采措施：①留设保护煤柱；②条带开采；③房柱式开采；④充填开采；⑤分层开采。

地面技术措施：①建筑物上设置变形缝；②加设刚拉环，钢筋混凝土圈梁；③设置缓冲沟。

3 绿色开采的经济评价和发展前景

煤炭资源是一种不可再生耗竭型稀缺自然资源，建立科学采矿体系就是采矿的外部成本内部化，社会成本企业化。绿色开采的经济评价遵循煤炭开采完全成本，要求综合考虑社会效益、环境效益、安全效益和经济效益〔6〕。煤矿企业建立保护水开采技术，减沉开采技术，煤炭与瓦斯共采技术等不同绿色开采技术相应的系统评价体系。

中国现代化建设面临着能源枯竭问题的严重挑战，要根据我国实情建设一条节能优先，改善能源结构，环境保护与能源同步发展的可持续发展道路。随着科学技术的发展，绿色开采中可以变废为宝，降低开采成本，其技术也可以发展成产业。煤炭企业要树立绿色价值观，依靠科学技术，加强国际合作等多种手段提高绿色开采质量。

4 结语

随着国民经济的发展和人们对环境保护的强烈要求，建设资源与环境友好发展型企业势在必行，绿色开采技术是解决煤矿与环境问题的根本出路。目前我国绿色开采有待解决的问题有采动破裂煤岩体中水与瓦斯流动规律的研究，适合煤矿开采特点的充填材料工艺，瓦斯浓缩分离技术，矿区绿色开采技术的评价和法规等。必须从可持续发展角度开发，根据不同矿井的自身特点，建立相应的绿色开采体系，提高开采率，降低污染，提高资源利用率，建设绿色生态文明矿井。

〔1〕许家林.煤矿绿色开采〔M〕.徐州：中国矿业大学出版社，2011，05.

〔2〕缪协兴，钱鸣高.中国煤炭资源绿色开采研究现状与展望〔J〕.采矿与安全工程学报，2009，03.

〔3〕顾义磊，龚书贤.矿山绿色开采技术浅析〔J〕.西部探矿工程，2010，05.

〔4〕刘宇博，赵柏竣，刘一博.浅谈煤炭绿色开采技术的方法及原理〔J〕.山西焦煤科技，2012，07.

〔5〕卢明银，王晓宇.绿色开采的概念、技术体系与发展趋势〔J〕.化工矿物与加工，2007，04.

〔6〕张宏伟，郭忠平.矿区绿色开采技术〔M〕.徐州：中国矿业大学出版社，2008，03.