煤炭绿色开采的方式创新

　关键词：绿色开采 保水开采 煤与瓦斯共采 充填开采 煤炭地下气化
　　一、绿色开采的基础理论
　　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。绿色开采的基础理论为：
　　（1）采矿后岩层内的“节理裂隙场”分布及离层规律；
　　（2）开采对岩层与地表移动的影响规律；
　　（3）水与瓦斯在裂隙岩体中的渗流规律；
　　（4）岩体应力场的分布规律及岩层控制技术。
　　二、绿色开采的内涵与技术体系
　　从广义资源的角度论，在矿区范围内的煤炭、地下水、煤层气瓦斯、土地以至于煤矸石以及在煤层附近的其他矿床，都应作为经营这个矿区的开发对象而加以利用。原来对矿井瓦斯的定义是：“矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体。”而在矿井水文地质类型划分中认为：根据矿井水文地质条件、涌水量、水害情况和防治水难易程度，划为……类型。”显然，上述概念将原本为矿区资源的瓦斯和水单纯作为有害物来对待是不合适的。煤矿绿色开采及相应的绿色开采技术在基本概念上是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。
　　针对煤矿中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等，“绿色开采技术”主要包括以下内容：
　　（1）水资源保护--形成“保水开采”技术；
　　（2）土地与建筑物保护--形成离层注浆、充填与条带开采技术；
　　（3）瓦斯抽放--形成“煤与瓦斯共采”技术；
　　（4）煤层巷道支护技术与减少矸石排放技术；
　　（5）地下气化技术。这些内容构成的绿色开采技术体系。
　　三、绿色开采技术
　　1、保水开采
　　保水采煤在不同的矿区有不同的技术内涵，缺水矿区要以水资源保以水资源保护和利用为主；大水矿区要以减少水资源破坏和防治水灾害为主。因此，保水开采包含水资源保护、水资源利用（煤水共采）和水灾害防治等多项重要内容。中国大部分矿区处在干旱半干旱地区，而每年采煤破坏地下水22亿立方米，可见保水开采具有重要的意义。
　　2、煤与瓦斯共采
　　瓦斯既是矿井有害气体也是洁净能源，应该使其资源化。煤与瓦斯共采的技术主要有留巷钻孔法、卸压法等。其主要共采有：
　　（1）采前抽采 若能在开采前将煤层内瓦斯抽出，则是利用瓦斯改善煤矿安全的最好办法。但由于中国大部分煤体透气性低，在本层内抽采瓦斯有难度。
　　（2）煤与瓦斯共采 开采后围岩压力降低，大量瓦斯在采空区释放，有利于瓦斯抽采，因此形成煤与瓦斯共采体系。
　　（3）回风井回收瓦斯。
　　（4）废弃矿井抽采瓦斯。鉴于废弃矿井煤层经过采动而充满瓦斯，因而可以利用采动后岩体内裂隙场的分布及钻孔，将瓦斯抽排管装在井下、封闭井口后，抽出瓦斯。
　　3、充填开采
　　中国多数煤矿存在建筑物下、水体下、铁路下压煤的问题，充填采矿法对解决这类问题具有重要的意义。充填开采法是用充填材料充填采煤工作面采空区的岩层控制方法。该法可以缓和工作面支承压力产生的矿压显现，改善采场和巷道维护状况，有效减少地表下沉和变形，提高煤矿采出率，保护地面建筑物、构筑物、生态环境和水体。按照充填材料的不同，充填采矿法分矸石充填、水砂充填和膏体充填。
　　（1）矸石充填
　　利用井下采空区处置煤矸石的充填采煤方法，既可以减少煤矿固体废弃物排放，又可以减轻开采沉陷灾害、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。具体可分为：（1）抛矸机抛矸充填。（2）刮板输送机卸矸充填。（3）风力抛矸充填。
　　（2）水砂充填
　　该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。我国早在20世纪初就开始应用水砂充填采煤法，目前水砂充填技术已经十分成熟。
　　（3）膏体充填
　　该技术是1979年在德国的格伦德铅锌矿发展起来的，是绿色开采技术的重要组成部分，由于膏体充填具有料浆质量分数高、充填效率高、成本较低等优点，这项技术试验成功以后，在金属矿山得到较快的发展，许多国家得到应用。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。膏体是由煤矸石、粉煤灰、水砂、水泥等组成，由地面设备加工而成的类似牙膏的流体，具有十分良好的流动性和可泵性。太平煤矿与中国矿业大学合作开展了固体废物膏体充填不迁村采煤技术的研究。2006年5月工业性试采取得成功。该技术是解决煤矿开采环境问题的理想途径，是解决村庄等建筑物下大量压煤开采问题的迫切需要。
　　4、煤炭地下气化
　　煤炭地下气化是指将地下煤炭通过热化学反应在原位把煤炭转化为可燃气体。可以部分消除煤炭开采对环境的污染和煤炭燃烧对生态环境的不利影响与破坏。它是一种整体绿色开采技术。中国采用井式、长通道、大断面的煤炭地下气化方法，1994年达到连续产气295 d，产气量为200 m3/h，热值13. 81～17. 57 MJ /m3。2005年中国矿业大学与重庆中梁山矿业集团合作实现了连续稳定生产优质水煤气和混合煤气。但是，地下煤炭气化燃烧产生的苯和酚是致癌物质，有可能毒化水资源；燃烧形成的大量二氧化碳对空气也是严重的污染。目前中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。
　　四、绿色开采若干待研究的问题
　　（1）采动破裂煤岩体中水与瓦斯流动规律的研究；
　　（2）基于岩层移动与关键层理论的开采沉陷预测与建筑物下采煤的定量设计方法；
　　（3）适合煤矿特点的充填采矿材料与工艺系统；
　　（4）煤矿绿色开采技术的经济评价方法与法规。
　　参考文献：
　　[1]钱鸣高，许家林，缪协兴。煤矿绿色开采技术[J].中国矿业大学学报，2003，32（ 4） ：343-348
　　[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（3）：1-13.