摘要:為了滿足國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源的要求，實(shí)現(xiàn)資源開(kāi)發(fā)與環(huán)境的協(xié)調(diào)，綠色開(kāi)采技術(shù)必然將受到充分的重視，綠色開(kāi)采中的部分技術(shù)可以成為產(chǎn)業(yè)。通過(guò)矸究資源與環(huán)境協(xié)調(diào)綠色)開(kāi)采的內(nèi)涵，包括煤矸石的利用和土地恢復(fù)，瓦斯的開(kāi)采利用，保水開(kāi)采，減沉技術(shù)等方面，提出了綠色開(kāi)采技術(shù)涉及到的上覆巖層關(guān)鍵層理論，采動(dòng)裂隙“O”，形圈理論，軟弱層對(duì)上覆巖體水的影響等基礎(chǔ)理論，以及技術(shù)應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)原則。綠色采礦是形成綠色礦業(yè)及礦區(qū)綠色家園的重要組成部分。建議政府針對(duì)贊源經(jīng)濟(jì)”的特點(diǎn)，從煤炭開(kāi)采到利用的整個(gè)系統(tǒng)來(lái)綜合考慮加以宏觀調(diào)控，在政策與稅收等方面給予支持，使煤炭企業(yè)健康發(fā)展。
關(guān)鍵詞:資源;環(huán)境;綠色開(kāi)采
1資源與環(huán)境協(xié)調(diào)綠色開(kāi)采的提出
??? 由于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展特顯出發(fā)展對(duì)環(huán)境的影響，新型工業(yè)化道路以及循環(huán)經(jīng)濟(jì)的提出迫使人們考慮“綠色礦業(yè)”問(wèn)題。近期國(guó)務(wù)院《關(guān)于促進(jìn)煤炭工業(yè)健康發(fā)展的若干意見(jiàn)》中更對(duì)煤炭工業(yè)提出了具體要
求。如:在指導(dǎo)思想中提出“走資源利用率高、安全有保障、經(jīng)濟(jì)效益好、環(huán)境污染少和可持續(xù)的煤炭工業(yè)發(fā)展道路”。同時(shí)提出“統(tǒng)籌煤炭工業(yè)與相關(guān)產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展，統(tǒng)籌煤炭開(kāi)發(fā)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，統(tǒng)籌礦山經(jīng)濟(jì)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展”的要求。
??? 三個(gè)統(tǒng)籌就是要把礦區(qū)資源優(yōu)勢(shì)變成經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，就是要把礦區(qū)變成礦工的綠色家園。煤炭是否能成為主體能源，關(guān)鍵是要解決煤炭開(kāi)發(fā)與利用中對(duì)環(huán)境的影響問(wèn)題。而煤炭工業(yè)能否健康發(fā)展，則需要綜合矸究資源經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，解決政策、機(jī)制、規(guī)劃、價(jià)格、技術(shù)等諸多問(wèn)題，并相應(yīng)地提出舉措，才能成功。
??? 在煤炭開(kāi)發(fā)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展方面應(yīng)該如何應(yīng)對(duì)?以生產(chǎn)煤炭為主的煤炭企業(yè)已作了不少很有成效的探索，如:
???? ①利用劣質(zhì)煤和煤矸石發(fā)電、制磚。很多礦山原來(lái)堆積的矸石山已不復(fù)存在。
???? ②煤礦坑下排水凈化后利用。
???? ③利用瓦斯發(fā)電。
???? ④開(kāi)采塌陷區(qū)的復(fù)墾和景觀化等。
??? 徐州、充州、潞安、新漢、神華、淮南等礦業(yè)集團(tuán)都有自身特色的生態(tài)恢復(fù)生產(chǎn)系統(tǒng)。
1. 1開(kāi)發(fā)資源需思考的幾個(gè)問(wèn)題
??? 有的專家認(rèn)為，事實(shí)上資源開(kāi)采存在兩種情況:
??? 其一:人類的索取超過(guò)了自然的生產(chǎn)力，生態(tài)資本出現(xiàn)赤字，人類將自食其果。
??? 其二:在向自然索取的同時(shí)，尊重自然意志，遵循自然規(guī)律，時(shí)刻不忘回饋?zhàn)匀缓宛B(yǎng)護(hù)自然，從而在人類和自然之間建立起復(fù)合的生態(tài)平衡機(jī)制。
1. 2煤炭開(kāi)采與環(huán)境
??? 眾所周知，礦區(qū)在開(kāi)發(fā)建設(shè)之前與周圍環(huán)境已形成了一定的協(xié)調(diào)方式，而一旦開(kāi)發(fā)建設(shè)，強(qiáng)烈的人為活動(dòng)便使環(huán)境發(fā)生巨大的變化，由此形成了獨(dú)特的礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。
??? 煤炭開(kāi)采形成的環(huán)境問(wèn)題有:
??? ①對(duì)土地資源的破壞和占用。煤炭開(kāi)采對(duì)土地資源的破壞損害，井工開(kāi)采以地表塌陷和矸石山壓占為主，而露天開(kāi)采則以直接挖損和外排土場(chǎng)壓占為主。
??? ②對(duì)水資源的破壞和污染。煤炭開(kāi)采破壞地下水資源表現(xiàn)在對(duì)其進(jìn)行人為疏干排水和采動(dòng)形成的導(dǎo)水裂隙對(duì)煤系含水層的自然疏干;同時(shí)開(kāi)采還可能污染地下水資源。
??? ③對(duì)大氣環(huán)境的污染。主要來(lái)自礦井排出的煤層瓦斯和煤礦矸石山的自燃所形成的廢氣。
2資源與環(huán)境協(xié)調(diào)綠色矸采的內(nèi)涵
2. 1對(duì)原有礦井廢棄或有害物觀念的轉(zhuǎn)變
??? 從廣義資源的角度論，在礦區(qū)范圍內(nèi)的煤炭、地下水、煤層內(nèi)所含瓦斯、土地以至于煤矸石以及在煤層附近的其他礦床都應(yīng)該是經(jīng)營(yíng)這個(gè)礦區(qū)的開(kāi)發(fā)對(duì)象而加以利用。
??? 而原來(lái)的定義，礦井瓦斯(gas content in coal seam)是:礦井中主要由煤層氣構(gòu)成的以甲烷為主的有害氣體。事實(shí)上瓦斯是清潔能源，1 m3瓦斯可發(fā)電3 3.5 kWh。
??? 礦井水文地質(zhì)類型(hydrogeological type of mine)是:根據(jù)礦井水文地質(zhì)條件、涌水量、水害情況和防治水難易程度區(qū)分的類型。事實(shí)是水是資源，采礦應(yīng)該將其調(diào)控。
??? 其他，如矸石作為塌陷地的復(fù)墾材料以及制磚利用等。
2. 2綠色開(kāi)采技術(shù)涉及方面
??? (1)采礦方法的改變。如:為保護(hù)地面建筑物而發(fā)展條帶開(kāi)采和條帶充填技術(shù)、采空區(qū)以及離層區(qū)充填技術(shù);煤與瓦斯共采技術(shù);保護(hù)地下水資源開(kāi)采技術(shù)—保水開(kāi)采技術(shù);地下氣化技術(shù);開(kāi)采與土地保護(hù)。
??? (2)加強(qiáng)煤巷的維護(hù)，從而不出或少出矸石。從經(jīng)濟(jì)原則出發(fā)，矸石在井下處理，或考慮地面處理以保護(hù)環(huán)境或進(jìn)行制磚、填方。
2. 3綠色開(kāi)采技術(shù)的基礎(chǔ)理論問(wèn)題
??? 開(kāi)采的環(huán)境問(wèn)題都由于采動(dòng)所引起，因此與開(kāi)采后造成的巖層運(yùn)動(dòng)有關(guān)(巖體不破壞上述問(wèn)題都不會(huì)發(fā)生)。巖層運(yùn)動(dòng)不僅對(duì)礦山壓力有影響，對(duì)環(huán)境而言也是開(kāi)采后巖層節(jié)理“裂隙場(chǎng)”形成的原因，由此影響離層的發(fā)育狀態(tài)及位置、地表沉陷、瓦斯與地下水在裂隙巖體內(nèi)的滲流規(guī)律等。為此提出了厚硬巖層在巖層控制的關(guān)鍵層理論。
??? 關(guān)鍵層的判別可以用覆巖中堅(jiān)硬巖層的剛度條件和強(qiáng)度條件加以判別。兩層鄰近堅(jiān)硬巖層在一起，可能形成同時(shí)破斷復(fù)合效應(yīng)，其結(jié)果:
(1)當(dāng)相鄰兩硬巖層復(fù)合破斷時(shí)，兩硬巖層間將不會(huì)出現(xiàn)離層。
??? (2)當(dāng)形成復(fù)合效應(yīng)時(shí)，增大了關(guān)鍵層的破斷距，在位置靠近采場(chǎng)時(shí)，將引起工作面來(lái)壓步距的增大和變化。
??? 在僅有兩層（h1和h2）堅(jiān)硬巖層條件下，Σh2為h1到h2的距離，而Σh3則是h2到地表的距離。只要滿足下述關(guān)系，硬巖層h1與h2將同時(shí)垮落:
(Σh3＋h2)= (Σh2＋h1)? (h2/h1)2
??? 例如h2=2h1厚度，則(Σh3+h2)只要等于或大于(Σh2+h1)的4陪，h2和h1將同時(shí)垮落。此時(shí)，雖然h2遠(yuǎn)大于h1，但h2將不會(huì)產(chǎn)生離層。
??? 采動(dòng)后巖體內(nèi)的“裂隙場(chǎng)”，主要有以下特點(diǎn):
??? (1)中心離層區(qū)的形成。關(guān)鍵層運(yùn)動(dòng)對(duì)離層產(chǎn)生、發(fā)展的時(shí)空分布起控制作用。覆巖中心最大離層區(qū)主要出現(xiàn)在關(guān)鍵層下采空區(qū)的中部。
??? (2)采動(dòng)裂隙“O”，形圈的形成。關(guān)鍵層初次垮落后，關(guān)鍵層在采空區(qū)中部離層趨于壓實(shí)，而在采空區(qū)兩側(cè)仍各自保持一個(gè)離層區(qū)。此時(shí)，從平面看，在采空區(qū)四周存在一沿層面橫向連通的離層發(fā)育區(qū)，
稱之為采動(dòng)裂隙“O”形圈。
3煤炭資源綠色開(kāi)采技術(shù)體系
由此可構(gòu)建如圖1所示的煤炭綠色開(kāi)采技術(shù)體系。鑒于各種綠色開(kāi)采技術(shù)都具有各自的適用條件，各個(gè)礦區(qū)應(yīng)針對(duì)礦區(qū)的具體條件采用合適的技術(shù)，從而形成具有各自礦區(qū)特色的綠色開(kāi)采模式。
3. 1煤與瓦斯共采技術(shù)原理
顯然，卸壓瓦斯的運(yùn)移同巖層移動(dòng)及采動(dòng)裂隙的動(dòng)態(tài)分布特征有著緊密的關(guān)系。由關(guān)鍵層理論建立的關(guān)鍵層破斷后形成“O”形通道理論，在一些礦區(qū)的卸壓瓦斯抽放中對(duì)鉆孔布置起到指導(dǎo)作用。
??? (1)揭示了陽(yáng)泉15煤綜放面巖層移動(dòng)對(duì)鄰近層瓦斯涌出的影響規(guī)律，提出并實(shí)施了陽(yáng)泉礦區(qū)巧煤綜放面上鄰近層卸壓瓦斯高抽巷布置優(yōu)化方案及初采期瓦斯超限治理方案。
??? (2)在淮北桃園煤礦開(kāi)展了地面鉆井抽放上覆遠(yuǎn)距離煤層卸壓瓦斯的工業(yè)性試驗(yàn)。結(jié)果表明，上覆遠(yuǎn)距離煤層卸壓瓦斯可通過(guò)“O”形圈大面積抽放出來(lái)。
??? (3)淮南礦區(qū)在潘一和潘三頂板巖層進(jìn)行“O”形圈抽放，瓦斯純量達(dá)19-20m3/nin，抽放率達(dá)48%以上。
??? 因此，若在開(kāi)采時(shí)形成采煤和采瓦斯兩個(gè)完整的系統(tǒng)，則不僅有益于礦井的安全，而且采出的還是潔凈能源。政府應(yīng)從政策上給以支持。鑒于我國(guó)大部分煤層透氣性低，因此在開(kāi)采高瓦斯煤層的同時(shí)，利用巖層運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)將煤層氣開(kāi)發(fā)出來(lái)將是我國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要途徑。