浅论煤矿绿色开采技术

高翔 郭庆

摘要：煤矿绿色开采是我国煤矿发展的必然方向，是和谐矿区建设的重要指导，有着以关键层理论为基础的实施依据，框架体系内主要技术的发展将为我国煤炭开采中实现安全高效、经济环保提供重要保障，达到煤炭行业“低开采、高利用、低排放”的可持续发展目标。

关键词：煤矿;绿色;开采技术

绿色开采的内涵是减少采煤对环境的破坏，为此形成一种使资源与环境相互协调的开采技术。近年来国内外许多专家、学者对于矿产资源的开采、利用、环境、生态及可持续发展问题均有系统的研究，并提出绿色开采的概念。对于“绿色开采”尽管其表述各有不同，但总的来说，“绿色开采”即是一种综合考虑资源效率与环境的影响的现在开采模式，其目标是矿山开采过程中资源开发效率最高，对生态影响最小，并使企业经济效益与社会经济效益协调优化。而“绿色开采”的内涵是努力遵循循环经济中绿色工业的原则，形成一种与环境协调一致的，努力实现“低开采、高利用、低排放”的开采技术。而绿色煤炭工业的核心是实现煤炭的绿色开采，扩展途径是大力发展综合利用与深加工技术。绿色开采技术的理念提出后，已得到国际采煤界的认同。

1煤炭绿色开采的概念和内涵

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，都应该是经营这个矿区的开发对象而加以利用。煤矿绿色开采，基本出发点是从开采的角度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、环境效益和社会效益。绿色开采的内涵是减少采煤对环境的破坏，形成一种使资源与环境相互协调的开采技术。主要表现在：改革开采技术减轻对水土的破坏和地表的扰动;减少废弃物排放;矿山废弃物的资源化利用，实现循环经济。其中，岩层控制理论是基础，改革开采技术是根本。

2绿色开采的影响因素

2.1自然因素包括煤层的地质构造、煤藏深度、煤化程度、煤层瓦斯的含量、煤矿所处的地点、煤的灰分、水分、挥发分、煤的结构，水文地质条件及煤中的矿物成分。

2.2人为因素包括开采规模、采煤方法、开拓方式、通风系统的选择、采空区的处理、机械化程度及人员素质。

3煤矿开采系统的分类

煤矿开采系统所研究的是综合利用现代化科学理论与相关工程技术，深入分析、研究煤矿开采复杂多变的客观条件，掌握和利用煤矿开采的基本规律，系统地研究和开发高效、安全、高资源回收率和舒适作业条件的现代化煤矿开采的科学理论与工程技术。它主要分为矿井通风系统和矿井运输系统：

3.1矿井通风系统

我们都知道矿井通风是矿井安全生产的基本保障。矿井通风指借助于机械或自然风压，向井下各用风点连续输送适量的新鲜空气，供给人员呼吸，稀释并排出各种有害气体和浮尘，以降低环境温度，创造良好的气候条件，并在发生灾变时能够根据撤人救灾的需要调节和控制风流流动路线的作业。矿井通風系统由影响矿井安全生产的主要因素所决定。

3.2矿井运输系统

对矿井运输设计时，应对井下煤炭、矸石、材料、设备及人员等的运输作统筹安排。运输方式与设备的选型，应根据矿井设计生产能力、煤层赋存条件、瓦斯情况、采煤方法等因素确定。

①采区运输：大、中型矿井的采区，要积极采用连续化运输，发展重载下运带式输送机。

②辅助运输：要采用高效能、适应性能强、单机服务范围广的设备，减少环节逐步发展集装箱运输，要根据条件采用单轨吊车、卡轨车、胶套轮机车、齿轨机车、无轨胶轮车或其他运输设备，逐步实现全矿井辅助运输的机械化、连续化。

③大巷运输：主要运输大巷的运输方式应根据运量、运距和技术经济效果优化确定。凡井型较大、采区生产集中、条件适合的矿井，可采用带式输送机，实现全矿井的连续运输。采用轨道运输的矿井，要发展底卸式或侧卸式矿车。要研制改造与底卸式矿车配套的双轨同步牵引电机车，大功率电机车和防爆柴油机车。

4我国煤矿开采存在的问题

我国“富煤、贫油、少气”的能源赋存状况决定了能源消费必须以煤为主，一次能源消费中有70～75%来源于煤炭，煤炭行业的健康发展关系到国民经济可持续发展的全局。多年煤炭开采带来一系列环境和安全问题，屡屡为人诟病。

4.1安全问题。

2009年12月21日，黑龙江龙煤集团鹤岗分公司新兴煤矿发生特别重大瓦斯爆炸事故，再次引发公众对煤矿安全，特别是群死群伤公众事件的关注和深层思考。煤矿事故频发的原因何在，如何从根本上杜绝大型和特大型伤亡事故，不断拷问着各级监管、经营和科研服务单位。我国煤炭安全事故频发有着诸如井工开采量大、小煤矿安全装备和生产工艺落后、行业多年安全欠账严重、科技投入不足以及技术与管理人才流失严重等客观原因。

4.2环境问题。

主要包括由于地下采掘引起的地面塌陷、水土流失、沙漠化、采煤废水排放以及煤矸石露天堆放污染等。

我国煤炭开采主要采用冒落法管理采空区顶板，造成地面沉降和陷落，因而引发村镇、铁路、桥梁和地面管线设施破坏。

矿井瓦斯主要是矿井中由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体。它既是煤矿重大安全事故的祸根，又是一种严重的温室效应气体。研究显示，甲烷造成的温室效应在全球气候变暖中所占份额为15%，仅次于二氧化碳。等量甲烷造成的温室效应是二氧化碳的21倍。我国2000m浅范围以内具有30～35万亿m3煤层气资源，居世界前列。但由于我国煤层透气性差，难以在开采前抽出。

5绿色开采的技术

5.1采空区充填开采技术。采空区充填开采技术是绿色开采技术的重要组成部分，尤其在经济发达地区解决建筑物下开采更应受到重视。从理论上来说，充填采矿是解决煤矿开采环境问题的理想途径，但由于目前充填采矿的成本相对偏高，限制了该项技术在煤矿的试验与应用。在市场经济条件下，充填技术的关键是充填材料的选取及如何降低成本。另外就是充填技术本身，它应该包括充填系统与开采系统的协调;充填运输系统的畅通;充填后材料的力学特性等。顺利解决上述问题将根本改变将来我国经济发达区域的开采技术。为了降低充填成本，基于岩层控制的关键层理论，提出了部分充填（条带充填）控制开采沉陷的思路：仅充填部分采空区，只要保证未充填采空区的宽度小于覆岩主关键层的初次破断跨距，且充填条带能保持长期稳定，就可有效控制地表沉陷。