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【摘要】针对传统煤炭开采方式给自然环境与人文环境造成的破坏，本文介绍了绿色开采技术的概念与现状，并着重介绍了保水开采技术、煤与瓦斯共采技术、充填开采技术、煤炭地下气化技术等绿色技术的特点与应用，它对我国建设资源节约型社会具有重要指导意义。
【关键词】绿色开采；保水开采技术；煤与瓦斯共采技术；充填开采技术；煤炭地下气化技术
引言
传统煤炭开采方式会在不程度上给自然环境与人文环境造成污染和破坏。首先，开采产生的大量矸石通过矿车托运到地表，浪费了广阔的土地资源，且有自然发火的危险，不利于人们的生命财产安全；其次，传统方式破坏了原岩结构，容易造成瓦斯逸散，给煤炭生产埋下了安全隐患；再者，传统开采容易造成矿区地表深陷，进而影响周边居民的生产与生活。
基于以上认识，半个世纪以来我国许多专家和学家开展了对如何提高煤炭安全生产效率、节约生产成本并改善生态环境的研究，其中中国矿业大学钱鸣高院士是最具有代表性的人物之一，他早在2003年便提出了绿色开采的概念与技术体系。绿色开采技术指的是通过研究采煤工艺、方法、岩层控制等相关技术，对煤炭开采工艺进行改进，从而提升煤炭开采的环保性、高效性和安全性，以提高煤炭采出率，和避免开采过程造成的地表沉陷、大气污染、水污染等问题。其技术体系主要包括以下内容：水资源保护—“保水开采”；瓦斯抽放—“煤与瓦斯共采”；土地与建筑物保护—“充填开采”；排放矸石占用土地污染环境—“煤炭地下气化”等。
1、保水开采技术
保水开采在定义上与防治溃水存在差别，防治溃水是煤矿开采时防止水溃入工作面从而保证工作面安全高效的开采，而保水开采是避免采空区上下岩层移动破坏，从而保持原来的水文地质条件。不同的煤层覆盖条件，不同地区的煤炭开采给水资源所造成的影响各不相同。很多地区煤矿开采是在河流、湖泊甚至海下进行采煤，显然这些地区煤矿开采对水资源的影响较小。有一些地区，煤矿开采后对水文地质的影响不大，煤矿开采后暂时可能会形成下降漏斗，但随着地表雨水的供应，下降漏斗会慢慢变小并最终消失。而在另一些地区，煤矿开采后会使水文地质发生巨大变化，造成水资源的巨大损失，给生态环境造成巨大的破坏。
保水开采技术作为整个绿色开采系统的一个非常重要的部分，是解决水资源问题的根本途径。它是以关键层理论、矿山岩层移动规律及岩层裂隙岩体渗流理论作为理论指导，通过留设防水煤柱和注浆加固的方式来控制导水通路的发展，能有效延缓潜水的渗流速率并保证隔水层的稳定，从而达到保水开采的目的。近年来，保水开采技术被普遍运用到工程实践中，并取得不错的效果，同时，工程应用也推动了保水开采技术的发展，使得其应用范围得到不断的拓展。
2、煤与瓦斯共采技术
瓦斯主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，又称煤层气，它既是矿井有害气体也是洁净能源。“有害”是指瓦斯浓度达到一定数值后能与空气结合产生大爆炸，严重威胁着煤矿生产安全，而“洁净”是指瓦斯作为一种燃料不会给环境造成影响。因此，在经过彻底研究了瓦斯的两面性之后，我们应该利用它的经济价值和社会价值来服务于矿区生产。其主要技术途径有：
1）采前抽采。采前抽采的方式有穿层钻孔采前抽采、顺层钻孔抽采和枝状长钻孔抽采等，是通过卸压机理而实现，它能有效地改善煤矿安全生产环境，但还是存在一些技术上的难题，如在煤体透气性差的区域采前抽采效果不太理想。
2）煤與瓦斯共采。该技术主要采用卸压瓦斯抽放方式，由于采动影响围岩的应力会重新分布，此时瓦斯会从重高应力区向低应力区流动，我们可以运用这个原理通过钻孔或埋管将瓦斯抽出。抽放瓦斯的部位通常可设在邻近层、采空区、掘进巷道等区域。
3）废弃矿井抽采瓦斯。由于附近煤层群开采的影响，瓦斯会从岩体裂隙逸出进而使废弃矿井充满瓦斯，因而我们可以在此处的裂隙场内钻孔，然后布置瓦斯抽排管，在封闭井口后将抽出瓦斯。
3、充填开采技术
我国煤炭开采大多数处于“三下”环境（铁路下，水体下，建筑物下），不同程度存在着地面深陷问题，显然这不是我们希望看到的局面。然而对于该种情况充填开采技术有着很好的适应性，通过充填的方式可以缓和工作面和巷道内的矿压显现，进而抑制其对地貌和地面设施的影响。具体而言，它可以分为矸石充填、水砂充填和膏体充填三种方式。
1）矸石充填。矸石充填采煤法是利用巷道掘进矸石、采煤机割岩矸石和井下采空区处置煤矸石填充采空区的采煤方法，它既可以减少煤矿固体废弃物排放，减轻开采沉陷灾害，又可以提高矿井资源回收率，是实现煤矿绿色开采的关键技术途径之一。
2）水砂充填。水砂充填采煤法是利用水力通过管道把充填材料沙粒送入采空区的充填采煤法。具体步骤为：①在地面用矿车将采出、破碎及筛分后的成品砂运到贮砂仓贮存；②在贮砂室内将砂与水混合成砂浆，经充填管路送至工作面采空区，砂子脱水后形成充填体。此后，脱出的废水会经采区流水上山和流水道流入采区沉淀池，然后流入水仓。这部分的水可用水泵抽至地面贮水池，以供循环利用。水砂充填采煤法具有充填致密的特点，它不仅可减少煤尘危害，而且能有效地控制地表下沉和变形。但水砂充填系统过于复杂，且设备及设施投资较大，充填材料昂贵，因此实际应用价值不如矸石充填。
3）膏体充填。采煤技术主要由三部分组成，即充填材料、充填设备与工艺、采动岩层充填控制理论。充填时，膏体通过管路，由充填泵提供动力，输送到液压支架后的采空区。膏体充填技术的核心是膏体充填材料，膏体充填材料的强度对膏体充填的效果起决定作用。膏体充填具有料浆质量分数高、充填效率高、成本较低、充填后地表下沉减小等优点。膏体充填开采是绿色开采技术的重要组成部分，是解决煤矿开采环境问题的理想途径。
4、煤炭地下气化技术
煤炭地下气化技术实质上是通过热化学反应将地下产煤转化为可燃气体的一种化学煤炭开采方式。它使得不宜用井工开采的煤层得到开发利用，不但改善了矿井劳动条件，而且对环境的破坏较小，是煤炭开采的一种新工艺。但地下煤炭气化燃烧产生了大量的二氧化碳等温室气体，同时燃烧产生的的致癌物质（如苯、酚等）有可能毒化水资源。目前我国的地下气化技术仍处于工业试验阶段，有很多问题需要去研究和探索。
5、结论
由以上分析得出，相较于传统煤炭开采技术而言，绿色开采技术在保护自然环境与人文环境、有效利用资源和创造社会经济价值等方面具有与天独厚的优势，它能从根本上改变我国煤炭生产长期以来的劣根性，是保护煤炭开采环境、协调自然与人类社会共同进步和推动煤炭产业发展的根本出路。
参考文献
[1]周加启,李钱坤.推广综采充填技术 实现矿井绿色开采[J].山东煤炭科技,2011(01).
[2]曹伟康,徐建文,高鹏飞,张海君.发展循环经济 推进绿色开采[J].煤炭技术,2011(01).
[3]李鹏.煤炭绿色开采技术的必要性[J].沧桑.2013(06).
作者简介
梁志伟，男，目前就职于河南神火集团刘河煤矿。
【关键词】绿色开采；保水开采技术；煤与瓦斯共采技术；充填开采技术；煤炭地下气化技术
引言
传统煤炭开采方式会在不程度上给自然环境与人文环境造成污染和破坏。首先，开采产生的大量矸石通过矿车托运到地表，浪费了广阔的土地资源，且有自然发火的危险，不利于人们的生命财产安全；其次，传统方式破坏了原岩结构，容易造成瓦斯逸散，给煤炭生产埋下了安全隐患；再者，传统开采容易造成矿区地表深陷，进而影响周边居民的生产与生活。
基于以上认识，半个世纪以来我国许多专家和学家开展了对如何提高煤炭安全生产效率、节约生产成本并改善生态环境的研究，其中中国矿业大学钱鸣高院士是最具有代表性的人物之一，他早在2003年便提出了绿色开采的概念与技术体系。绿色开采技术指的是通过研究采煤工艺、方法、岩层控制等相关技术，对煤炭开采工艺进行改进，从而提升煤炭开采的环保性、高效性和安全性，以提高煤炭采出率，和避免开采过程造成的地表沉陷、大气污染、水污染等问题。其技术体系主要包括以下内容：水资源保护—“保水开采”；瓦斯抽放—“煤与瓦斯共采”；土地与建筑物保护—“充填开采”；排放矸石占用土地污染环境—“煤炭地下气化”等。
1、保水开采技术
保水开采在定义上与防治溃水存在差别，防治溃水是煤矿开采时防止水溃入工作面从而保证工作面安全高效的开采，而保水开采是避免采空区上下岩层移动破坏，从而保持原来的水文地质条件。不同的煤层覆盖条件，不同地区的煤炭开采给水资源所造成的影响各不相同。很多地区煤矿开采是在河流、湖泊甚至海下进行采煤，显然这些地区煤矿开采对水资源的影响较小。有一些地区，煤矿开采后对水文地质的影响不大，煤矿开采后暂时可能会形成下降漏斗，但随着地表雨水的供应，下降漏斗会慢慢变小并最终消失。而在另一些地区，煤矿开采后会使水文地质发生巨大变化，造成水资源的巨大损失，给生态环境造成巨大的破坏。
保水开采技术作为整个绿色开采系统的一个非常重要的部分，是解决水资源问题的根本途径。它是以关键层理论、矿山岩层移动规律及岩层裂隙岩体渗流理论作为理论指导，通过留设防水煤柱和注浆加固的方式来控制导水通路的发展，能有效延缓潜水的渗流速率并保证隔水层的稳定，从而达到保水开采的目的。近年来，保水开采技术被普遍运用到工程实践中，并取得不错的效果，同时，工程应用也推动了保水开采技术的发展，使得其应用范围得到不断的拓展。
2、煤与瓦斯共采技术
瓦斯主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，又称煤层气，它既是矿井有害气体也是洁净能源。“有害”是指瓦斯浓度达到一定数值后能与空气结合产生大爆炸，严重威胁着煤矿生产安全，而“洁净”是指瓦斯作为一种燃料不会给环境造成影响。因此，在经过彻底研究了瓦斯的两面性之后，我们应该利用它的经济价值和社会价值来服务于矿区生产。其主要技术途径有：
1）采前抽采。采前抽采的方式有穿层钻孔采前抽采、顺层钻孔抽采和枝状长钻孔抽采等，是通过卸压机理而实现，它能有效地改善煤矿安全生产环境，但还是存在一些技术上的难题，如在煤体透气性差的区域采前抽采效果不太理想。
2）煤與瓦斯共采。该技术主要采用卸压瓦斯抽放方式，由于采动影响围岩的应力会重新分布，此时瓦斯会从重高应力区向低应力区流动，我们可以运用这个原理通过钻孔或埋管将瓦斯抽出。抽放瓦斯的部位通常可设在邻近层、采空区、掘进巷道等区域。
3）废弃矿井抽采瓦斯。由于附近煤层群开采的影响，瓦斯会从岩体裂隙逸出进而使废弃矿井充满瓦斯，因而我们可以在此处的裂隙场内钻孔，然后布置瓦斯抽排管，在封闭井口后将抽出瓦斯。
3、充填开采技术
我国煤炭开采大多数处于“三下”环境（铁路下，水体下，建筑物下），不同程度存在着地面深陷问题，显然这不是我们希望看到的局面。然而对于该种情况充填开采技术有着很好的适应性，通过充填的方式可以缓和工作面和巷道内的矿压显现，进而抑制其对地貌和地面设施的影响。具体而言，它可以分为矸石充填、水砂充填和膏体充填三种方式。
1）矸石充填。矸石充填采煤法是利用巷道掘进矸石、采煤机割岩矸石和井下采空区处置煤矸石填充采空区的采煤方法，它既可以减少煤矿固体废弃物排放，减轻开采沉陷灾害，又可以提高矿井资源回收率，是实现煤矿绿色开采的关键技术途径之一。
2）水砂充填。水砂充填采煤法是利用水力通过管道把充填材料沙粒送入采空区的充填采煤法。具体步骤为：①在地面用矿车将采出、破碎及筛分后的成品砂运到贮砂仓贮存；②在贮砂室内将砂与水混合成砂浆，经充填管路送至工作面采空区，砂子脱水后形成充填体。此后，脱出的废水会经采区流水上山和流水道流入采区沉淀池，然后流入水仓。这部分的水可用水泵抽至地面贮水池，以供循环利用。水砂充填采煤法具有充填致密的特点，它不仅可减少煤尘危害，而且能有效地控制地表下沉和变形。但水砂充填系统过于复杂，且设备及设施投资较大，充填材料昂贵，因此实际应用价值不如矸石充填。
3）膏体充填。采煤技术主要由三部分组成，即充填材料、充填设备与工艺、采动岩层充填控制理论。充填时，膏体通过管路，由充填泵提供动力，输送到液压支架后的采空区。膏体充填技术的核心是膏体充填材料，膏体充填材料的强度对膏体充填的效果起决定作用。膏体充填具有料浆质量分数高、充填效率高、成本较低、充填后地表下沉减小等优点。膏体充填开采是绿色开采技术的重要组成部分，是解决煤矿开采环境问题的理想途径。
4、煤炭地下气化技术
煤炭地下气化技术实质上是通过热化学反应将地下产煤转化为可燃气体的一种化学煤炭开采方式。它使得不宜用井工开采的煤层得到开发利用，不但改善了矿井劳动条件，而且对环境的破坏较小，是煤炭开采的一种新工艺。但地下煤炭气化燃烧产生了大量的二氧化碳等温室气体，同时燃烧产生的的致癌物质（如苯、酚等）有可能毒化水资源。目前我国的地下气化技术仍处于工业试验阶段，有很多问题需要去研究和探索。
5、结论
由以上分析得出，相较于传统煤炭开采技术而言，绿色开采技术在保护自然环境与人文环境、有效利用资源和创造社会经济价值等方面具有与天独厚的优势，它能从根本上改变我国煤炭生产长期以来的劣根性，是保护煤炭开采环境、协调自然与人类社会共同进步和推动煤炭产业发展的根本出路。
参考文献
[1]周加启,李钱坤.推广综采充填技术 实现矿井绿色开采[J].山东煤炭科技,2011(01).
[2]曹伟康,徐建文,高鹏飞,张海君.发展循环经济 推进绿色开采[J].煤炭技术,2011(01).
[3]李鹏.煤炭绿色开采技术的必要性[J].沧桑.2013(06).
作者简介
梁志伟，男，目前就职于河南神火集团刘河煤矿。