论文部分内容阅读
摘 要：近年来，煤矿开采规模逐渐扩大，相应的环境问题也越来越严重，主要表现为：农田及建筑物破坏、村庄迁徙、矸石堆积，河川径流量减少、地下水供水水源干枯，在地面导致的土地沙漠化，矿物内的有害物质流入地下水中等。因此煤矿绿色开采显得日益重要。本文详细阐述了煤矿绿色开采技术体系、实现方法等，对煤矿绿色开采具有指导与借鉴意义。
关键词： 煤矿掘进；绿色开采
引 言：我国是一个富煤、贫油、少气的国家，煤炭在一次能源中占70%左右。在我国一次能源结构中，煤炭将长期是我国的主要能源。随着煤矿开采规模越来越大，相应地也带来了许多生态问题。如何使煤矿的开采得到可持续的发展，这就需要采取合理的开采技术及有效的防治措施，走矿产资源开发利用与生态环境协调发展的绿色矿业之路，率先实现“低开采、高利用、低废弃”集约化经营的行业可持续发展目标，建设绿色煤炭工业体系。本文就绿色开采技术的内涵以及我国煤矿开采对环境破坏的现状做出分析，并提出必要的对策和建议。
1.煤炭绿色开采体系
煤矿绿色开采以及相应的绿色开采技术，在基本概念上是要从广义资源的角度上来认识和对待煤、瓦斯、水等一切可以利用的各种资源。基本出发点是防止或尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响。目标是取得最佳的经济效益和社会效益。根据煤矿中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等，绿色开采主要包括以下内容：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。2003年，中国矿业大学钱鸣高院士首次提出了煤矿绿色开采的概念和技术体系，随后明确了实现煤炭资源开采和环境保护协调发展的绿色开采研究目标，为我国绿色开采技术的研究指明了方向。
2煤矿开采对环境的破坏
2.1煤矿开采对水资源的破坏和污染
我国是世界上人均占有水资源量较低的国家，且水资源分布极不平衡，从含煤地区分布看，富煤地区往往也是贫水地区。全国91个国有重点煤矿中有75%的煤矿缺水，其中44%的煤矿严重缺水。煤矿开采过程中破坏了地下含水层的原始径流，大量排出地下水，造成区域含水层水位下降，形成大规模地下水降落漏斗，直接影响到区域水文地质条件。开采产生的地表变形往往影响到地表水体，从而使部分沟泉水量减少甚至干涸，严重影响了当地居民正常的生产生活。另一方面开采造成地表及地下水污染。矿井水中普遍含有煤粉、岩粉悬浮物及可溶性的无机盐类，开采煤炭过程中，由于排水处理费用高，所以，大部分污染水未经处理就排掉，对地面水、地下水以及周边的水系造成了污染，破坏了地下水资源，矿区生产造成的水污染已成为影响人民生活和当地经济可持续发展的重要因素。
2.2 煤矿开采对土地资源的破坏
矿山开采包括露天和地下开采两种方式：露天开采以剥离挖损土地为主，明显地影响土地耕作和植被生长，改变地貌并引发景观生态的变化；煤炭地下开采需要开掘大量的岩石巷道，煤炭开采过程中形成的巷道和采空区，引起顶板和围岩的垮落和下沉，势必波及地表，引起地表塌陷，村庄被毁坏。采煤塌陷还会引起丘陵、山地等发生山体滑落或泥石流，并危及地面水体、建筑物及铁路与公路的安全。另外矿山开采伴随产生大量矸石，这些矸石山占用了大量的土地资源，并形成粉尘、烟尘、污水等污染源，而且矸石中的硫化物及其他有害物质遇雨水后将产生酸性水，严重污染矿区土地资源。
2.3 煤炭开采污染大气环境
煤矿开采过程中的大气污染源主要来自矿井排出的煤层瓦斯和煤矿矸石山的自燃。煤矸石升井以后，煤矸石发热自燃产生大量SO2、CO2、CO等有毒气体，严重污染大气环境，也损害了周围居民的身体健康。矿井瓦斯中的主要成分甲烷是一种重要的温室气体，CH4产生的温室效应是CO2的21倍。
3. 实现绿色开采的途径
3.1保水开采
所谓保水开采就是采用合理的采煤工艺方法和地面注浆等措施，在煤炭开采过程中使地表和地下水资源不受破坏，实现矿井水资源的保护和综合利用。煤层开采后，随着上覆岩层中关键层的断裂，在该区域内地下水将形成下降漏斗。例如山西大同矿区，顶板较多为厚坚硬岩层，煤层开采后，顶板裂缝从井下采空区贯穿地表，顶板上部含水层的水通过岩层裂缝漏失，造成区域地下水干枯。地下水位能否恢复，取决于工作面推进后上覆岩层中有无软弱岩层经重新压实，导致裂隙闭合而形成隔水带。我国西北干旱缺水矿区应重视保水开采技术的研究，将保水开采作为矿区绿色开采的重点。西安科技大学相关学者正在开展隔水层稳定性研究，即通过合理控制岩层运动，实现隔水层“O”形集中裂缝带的“裂隙弥散”，防止或减弱导水裂隙带的形成。现阶段保水开采技术发展还有一定的局限性，相信在弄清上覆岩层运移规律之后，该项技术一定会较大的进步。
3.2减沉开采
减沉开采技术主要包括条带开采与充填开采。条带开采技术存在的主要问题是采出率低、浪费大量煤炭资源；而传统的全部充填开采技术存在的主要问题是充填成本相对煤炭价格偏高、充填材料来源受限、充填量大、充填工艺不能适应煤矿高效开采要求。为了降低充填成本，基于“关键层理论”，相关学者提出了部分充填（条带充填）控制开采沉陷的思路，并推广应用。近年来，我国在兖州、抚顺、大屯等矿区应用采空区上方离层裂隙注浆充填法也起到了减缓下沉速度和下沉量的作用，但开发廉价、性能优良的充填材料和提高对岩层移动控制规律的认识势在必行。
3.3煤与瓦斯共采
瓦斯是一种新能源，既可以用来发电，也可用作工业燃料、化工原料和居民生活燃料。因此若在开采高瓦斯煤层的同时，利用岩层运动的特点将煤层气开采出来将是我国煤层气开发的一条重要途径。减少巷道内的瓦斯含量，有效预防事故发生，让高瓦斯煤层变成低瓦斯煤层，实现安全生产。
3.4煤矸石的综合利用
煤矿企业减少矸石排放的主要措施是将巷道布置在煤层内，也可以根据煤矸石的特点，进行综合利用。煤矸石分二类：一类是随着矿井建设、开拓掘进而产生的矸石，俗称“岩矸”，可以将井下岩巷掘进矸石不提升出井，将矸石充填到采空区，或进行巷旁与废弃巷道充填及矸石充填置换井下煤柱等。另一类是煤炭洗煤加工而产生的附产品，如洗选黑矸、筛上物、煤泥等，此类矸石可用于发电、供热，燃烧物还可用于制造砖、水泥、混凝土、砌砖、陶粒等。
3.5煤炭地下气化技术
煤炭地下气化是一种整体绿色开采技术，我国于1958～1960年曾在16个矿区进行试验。煤炭地下气化的特点是把埋藏在地下的煤炭直接变为煤气，通过管道把煤气供给工厂、电厂等各类用户，使现有的地下作业改为采气作业，是开采煤炭的一种新工艺。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。
4.结语
绿色开采是针对煤炭大量开采造成的环境问题提出的，本文主要阐述了煤炭绿色开采的方法，并介绍了当前我国煤炭绿色开采的现状。绿色开采不仅能减少环境污染，还能带来良好的社会经济效益。绿色采矿是形成绿色矿业及矿区绿色家园的重要组成部分，因此，绿色开采的进一步实施能为人类与自然的协调发展做出应有的贡献。
参考文献
[1]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）.
[2]强岱民.浅析我国煤矿的绿色开采技术[J].山西焦煤科技，2010（07）.
[3]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（3）：1-13.
关键词： 煤矿掘进；绿色开采
引 言：我国是一个富煤、贫油、少气的国家，煤炭在一次能源中占70%左右。在我国一次能源结构中，煤炭将长期是我国的主要能源。随着煤矿开采规模越来越大，相应地也带来了许多生态问题。如何使煤矿的开采得到可持续的发展，这就需要采取合理的开采技术及有效的防治措施，走矿产资源开发利用与生态环境协调发展的绿色矿业之路，率先实现“低开采、高利用、低废弃”集约化经营的行业可持续发展目标，建设绿色煤炭工业体系。本文就绿色开采技术的内涵以及我国煤矿开采对环境破坏的现状做出分析，并提出必要的对策和建议。
1.煤炭绿色开采体系
煤矿绿色开采以及相应的绿色开采技术，在基本概念上是要从广义资源的角度上来认识和对待煤、瓦斯、水等一切可以利用的各种资源。基本出发点是防止或尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响。目标是取得最佳的经济效益和社会效益。根据煤矿中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等，绿色开采主要包括以下内容：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。2003年，中国矿业大学钱鸣高院士首次提出了煤矿绿色开采的概念和技术体系，随后明确了实现煤炭资源开采和环境保护协调发展的绿色开采研究目标，为我国绿色开采技术的研究指明了方向。
2煤矿开采对环境的破坏
2.1煤矿开采对水资源的破坏和污染
我国是世界上人均占有水资源量较低的国家，且水资源分布极不平衡，从含煤地区分布看，富煤地区往往也是贫水地区。全国91个国有重点煤矿中有75%的煤矿缺水，其中44%的煤矿严重缺水。煤矿开采过程中破坏了地下含水层的原始径流，大量排出地下水，造成区域含水层水位下降，形成大规模地下水降落漏斗，直接影响到区域水文地质条件。开采产生的地表变形往往影响到地表水体，从而使部分沟泉水量减少甚至干涸，严重影响了当地居民正常的生产生活。另一方面开采造成地表及地下水污染。矿井水中普遍含有煤粉、岩粉悬浮物及可溶性的无机盐类，开采煤炭过程中，由于排水处理费用高，所以，大部分污染水未经处理就排掉，对地面水、地下水以及周边的水系造成了污染，破坏了地下水资源，矿区生产造成的水污染已成为影响人民生活和当地经济可持续发展的重要因素。
2.2 煤矿开采对土地资源的破坏
矿山开采包括露天和地下开采两种方式：露天开采以剥离挖损土地为主，明显地影响土地耕作和植被生长，改变地貌并引发景观生态的变化；煤炭地下开采需要开掘大量的岩石巷道，煤炭开采过程中形成的巷道和采空区，引起顶板和围岩的垮落和下沉，势必波及地表，引起地表塌陷，村庄被毁坏。采煤塌陷还会引起丘陵、山地等发生山体滑落或泥石流，并危及地面水体、建筑物及铁路与公路的安全。另外矿山开采伴随产生大量矸石，这些矸石山占用了大量的土地资源，并形成粉尘、烟尘、污水等污染源，而且矸石中的硫化物及其他有害物质遇雨水后将产生酸性水，严重污染矿区土地资源。
2.3 煤炭开采污染大气环境
煤矿开采过程中的大气污染源主要来自矿井排出的煤层瓦斯和煤矿矸石山的自燃。煤矸石升井以后，煤矸石发热自燃产生大量SO2、CO2、CO等有毒气体，严重污染大气环境，也损害了周围居民的身体健康。矿井瓦斯中的主要成分甲烷是一种重要的温室气体，CH4产生的温室效应是CO2的21倍。
3. 实现绿色开采的途径
3.1保水开采
所谓保水开采就是采用合理的采煤工艺方法和地面注浆等措施，在煤炭开采过程中使地表和地下水资源不受破坏，实现矿井水资源的保护和综合利用。煤层开采后，随着上覆岩层中关键层的断裂，在该区域内地下水将形成下降漏斗。例如山西大同矿区，顶板较多为厚坚硬岩层，煤层开采后，顶板裂缝从井下采空区贯穿地表，顶板上部含水层的水通过岩层裂缝漏失，造成区域地下水干枯。地下水位能否恢复，取决于工作面推进后上覆岩层中有无软弱岩层经重新压实，导致裂隙闭合而形成隔水带。我国西北干旱缺水矿区应重视保水开采技术的研究，将保水开采作为矿区绿色开采的重点。西安科技大学相关学者正在开展隔水层稳定性研究，即通过合理控制岩层运动，实现隔水层“O”形集中裂缝带的“裂隙弥散”，防止或减弱导水裂隙带的形成。现阶段保水开采技术发展还有一定的局限性，相信在弄清上覆岩层运移规律之后，该项技术一定会较大的进步。
3.2减沉开采
减沉开采技术主要包括条带开采与充填开采。条带开采技术存在的主要问题是采出率低、浪费大量煤炭资源；而传统的全部充填开采技术存在的主要问题是充填成本相对煤炭价格偏高、充填材料来源受限、充填量大、充填工艺不能适应煤矿高效开采要求。为了降低充填成本，基于“关键层理论”，相关学者提出了部分充填（条带充填）控制开采沉陷的思路，并推广应用。近年来，我国在兖州、抚顺、大屯等矿区应用采空区上方离层裂隙注浆充填法也起到了减缓下沉速度和下沉量的作用，但开发廉价、性能优良的充填材料和提高对岩层移动控制规律的认识势在必行。
3.3煤与瓦斯共采
瓦斯是一种新能源，既可以用来发电，也可用作工业燃料、化工原料和居民生活燃料。因此若在开采高瓦斯煤层的同时，利用岩层运动的特点将煤层气开采出来将是我国煤层气开发的一条重要途径。减少巷道内的瓦斯含量，有效预防事故发生，让高瓦斯煤层变成低瓦斯煤层，实现安全生产。
3.4煤矸石的综合利用
煤矿企业减少矸石排放的主要措施是将巷道布置在煤层内，也可以根据煤矸石的特点，进行综合利用。煤矸石分二类：一类是随着矿井建设、开拓掘进而产生的矸石，俗称“岩矸”，可以将井下岩巷掘进矸石不提升出井，将矸石充填到采空区，或进行巷旁与废弃巷道充填及矸石充填置换井下煤柱等。另一类是煤炭洗煤加工而产生的附产品，如洗选黑矸、筛上物、煤泥等，此类矸石可用于发电、供热，燃烧物还可用于制造砖、水泥、混凝土、砌砖、陶粒等。
3.5煤炭地下气化技术
煤炭地下气化是一种整体绿色开采技术，我国于1958～1960年曾在16个矿区进行试验。煤炭地下气化的特点是把埋藏在地下的煤炭直接变为煤气，通过管道把煤气供给工厂、电厂等各类用户，使现有的地下作业改为采气作业，是开采煤炭的一种新工艺。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。
4.结语
绿色开采是针对煤炭大量开采造成的环境问题提出的，本文主要阐述了煤炭绿色开采的方法，并介绍了当前我国煤炭绿色开采的现状。绿色开采不仅能减少环境污染，还能带来良好的社会经济效益。绿色采矿是形成绿色矿业及矿区绿色家园的重要组成部分，因此，绿色开采的进一步实施能为人类与自然的协调发展做出应有的贡献。
参考文献
[1]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）.
[2]强岱民.浅析我国煤矿的绿色开采技术[J].山西焦煤科技，2010（07）.
[3]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（3）：1-13.