3煤炭資源綠色開采技術(shù)體系
??? 構(gòu)建如圖1所示的煤炭綠色開采技術(shù)體系[3]鑒于各種綠色開采技術(shù)都具有各自適用條件，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)移與巖層移動(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[4-5].
??? 1)揭示了陽泉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)施了陽泉礦區(qū)15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)在淮北桃園礦開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“O"形圈大面積抽放出來.
??? 3)淮南礦區(qū)在潘一礦和潘三礦頂板巖層進(jìn)行“環(huán)”形圈抽放瓦斯純量達(dá)19-20 m3/ min，抽放率達(dá)48%以上.因此，若在開采時(shí)形成采煤和采瓦斯2個(gè)完整的系統(tǒng)，則不僅有益礦井的安全，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)將煤層氣開發(fā)出來將是我國(guó)煤層氣開發(fā)的一個(gè)重要途徑.
3.2開采與地下水分布
??? 開采后，隨著地表的沉陷將改變地表水的流向，同時(shí)隨著上覆巖層中關(guān)鍵層的破斷，在該區(qū)域內(nèi)地下水將形成下降漏斗.地下水位能否恢復(fù)，則決定于上覆巖層中有否軟弱巖層(事實(shí)上它是研究地下水滲漏的關(guān)鍵層)，隨著工作面的推進(jìn)，經(jīng)重新壓實(shí)并導(dǎo)致裂隙閉合而形成隔水帶.若有隔水帶，則隨著雨水的再次補(bǔ)給，下降漏斗也將隨之消失.另外，必須指出:
??? 1)保水開采與防止?jié)⑺?個(gè)概念，后者是從安全考慮，而保水開采則必須研究開采前后巖層的水文地質(zhì)變化.
??? 2)我國(guó)西北地區(qū)保水開采是重點(diǎn)，必須研究所開采的巖層是否有隔水帶，開采對(duì)地下水的破壞形成的漏斗以及在降雨水后的恢復(fù)過程.
??? 3)要研究地下水是全部流失還是保存在更深的巖層內(nèi)形成地下水庫(kù)而后再利用.
3.3減沉技術(shù)
??? 減沉開采技術(shù)主要包括:條帶開采、充填開采和離層區(qū)注漿減沉技術(shù).
??? 1)條帶開采:實(shí)驗(yàn)證明主關(guān)鍵層對(duì)地表移動(dòng)過程起控制作用，主關(guān)鍵層的破斷將導(dǎo)致地表快速下沉，地表下沉速度隨主關(guān)鍵層周期性破斷而呈現(xiàn)跳躍性變化.控制主關(guān)鍵層就是控制地表.對(duì)建筑物下開采設(shè)計(jì)的原則是構(gòu)建成“條帶煤柱上覆巖層主關(guān)鍵層”結(jié)構(gòu)體系.因此，首先要判別上覆巖層中的主關(guān)鍵層位置，在對(duì)主關(guān)鍵層破斷特征進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，通過合理設(shè)計(jì)條帶參數(shù)、覆巖離層注漿等技術(shù)手段來保證覆巖主關(guān)鍵層不破斷并保持長(zhǎng)期穩(wěn)定.
??? 2)充填技術(shù):充填技術(shù)是解決“三下”開采技術(shù)的重要組成部分，在國(guó)外它與采礦技術(shù)密切相關(guān).尤其在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)充填技術(shù)是解決建筑物下開采的特殊措施.
??? 目前我國(guó)充填技術(shù)的使用成本高，但如果將“充填體上覆巖層主關(guān)鍵層”視為統(tǒng)一結(jié)構(gòu)體來應(yīng)對(duì)地面建筑，并使其達(dá)到最低廉的成本，它將對(duì)地面有良好的控制效果.順利解決上述問題將根本改變將來我國(guó)在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域的開采技術(shù).
??? 鑒于在形成結(jié)構(gòu)體中對(duì)充填體強(qiáng)度與密實(shí)度要求，因而應(yīng)該考慮使用膏體充填.所謂膏體充填〔6〕指的是把物料制作成不需脫水的牙膏狀漿體，通過泵壓和/或重力作用，經(jīng)過管道輸送到井下，在采空區(qū)形成充填體的方法.
??? 考慮到經(jīng)濟(jì)原則采用充填技術(shù)可以是不同的，為了減少噸煤成本，它可以是:a.短壁間隔充填法，b.長(zhǎng)壁間隔充填法，c.冒落區(qū)充填法.
??? 3)離層區(qū)注漿減沉技術(shù)[7]:a.關(guān)鍵層理論研究認(rèn)為，確定具體礦井覆巖中的主關(guān)鍵層位置，掌握其與下部巖層離層區(qū)發(fā)育較好及離層特征參數(shù).b.合理布置注漿鉆孔.
??? 利用條帶開采、間隔全工作面充填和離層區(qū)充填法等技術(shù)，完全可以做到保護(hù)地面建筑物而又盡可能回收煤炭資源.
3.4井下研石的處理
??? 綠色開采技術(shù)之一是井下矸石處理.首先是加強(qiáng)煤巷維護(hù)技術(shù)，從而少出或不出矸石.隨著采深的增加，巖石巷道的開掘?qū)⒉豢杀苊?因此可以將矸石不上井，如作為充填材料.這樣就存在一個(gè)矸石井下處理技術(shù)與系統(tǒng)，關(guān)鍵是成本如何?另一種考慮能否將研石在地面處理，變廢為寶，如變?yōu)榻ㄖ牧希涮畈牧系?，終究矸石的地面處理要比井下處理簡(jiǎn)單得多.
3 .5煤炭地下氣化
??? 它是一種整體綠色開采技術(shù).煤的地下氣化作為綠色開采技術(shù)來理解，是指其不將煤炭采出地面，而將其在地下直接氣化，即將地下煤炭通過熱化學(xué)反應(yīng)在原地轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w的技術(shù).它1912年開始于英國(guó)，美國(guó)始于1946，蘇聯(lián)始于1932年.其它如德國(guó)、法國(guó)、荷蘭、西班牙都進(jìn)行過試驗(yàn)，但由于熱值低，成本高而未得到發(fā)展.
??? 我國(guó)于1958－1960年曾在16個(gè)礦區(qū)進(jìn)行驗(yàn)，于1962年停止，1984年又開始了新的試驗(yàn)，1994年達(dá)到連續(xù)生產(chǎn)295d，產(chǎn)氣量為200 m3 / h，熱值13 816 .44－17 584.56 kJ/ m3，采用的是有井式、長(zhǎng)通道、大斷面的煤炭地下氣化方法.
??? 另外，地下煤炭氣化燃燒產(chǎn)生的苯和酚是致癌物質(zhì)，有可能毒化水資源.其次燃燒形成的大量二氧化碳對(duì)空氣也是嚴(yán)重的污染.上述問題均需要進(jìn)行研究.
??? 顯然，目前我國(guó)的地下氣化技術(shù)仍處于工業(yè)試驗(yàn)階段，有很多問題需要去研究和探索.因此國(guó)家和有關(guān)部門應(yīng)給予資金等大力支持以推動(dòng)這方面的研究工作.煤炭地下氣化與常規(guī)的開采方法不同，而且還在試驗(yàn)階段，很不成熟，因而在這里不作詳細(xì)討論.
4關(guān)于經(jīng)濟(jì)原則
??? 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國(guó)家對(duì)環(huán)境的要求，綠色開采技術(shù)必然將受到充分的重視.隨著科技的發(fā)展，綠色開采中的部分技術(shù)可以成為產(chǎn)業(yè)，甚至可以利用變廢為寶以進(jìn)一步降低開采成本.例如瓦斯發(fā)電與礦井地下水以及研石資源的利用，地下殘煤氣化等.另一方面若處理不好很容易增加煤礦企業(yè)的成本，尤其使一些本來開采成本較高的煤炭企業(yè)難以接受.
??? 資源開發(fā)必須與環(huán)境協(xié)調(diào)，這是采礦者的責(zé)任.但首先必須解決煤炭開發(fā)的經(jīng)濟(jì)問題，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下礦業(yè)開發(fā)具有其本身的發(fā)展規(guī)律，例如煤炭的價(jià)值是由整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈系統(tǒng)表現(xiàn)出來，而具體的煤炭作為商品很難體現(xiàn)其在開采時(shí)的難度及技術(shù)含量.煤炭開采成本與售價(jià)不僅與技術(shù)有關(guān)，還與賦存狀況及區(qū)位等條件有關(guān)，這顯然與加工類型企業(yè)有本質(zhì)的區(qū)別.如:有些條件下煤質(zhì)雖差，但開采難度大(采深增加，構(gòu)造復(fù)雜等)，成本就很高，相反成本反而很低.
??? 因此為了滿足國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源的要求，而又要實(shí)現(xiàn)資源開發(fā)與環(huán)境的協(xié)調(diào)，必須從煤炭開采到利用的整個(gè)系統(tǒng)來考慮加以宏觀調(diào)控，政府應(yīng)根據(jù)各類情況在政策與稅收等方面加以支持，以使煤炭企業(yè)得到健康發(fā)展.
??? 各個(gè)礦區(qū)開采對(duì)環(huán)境影響是不同的，加上開采成本也不一樣，因此必須分類作出成本核算，以便提出希望政府給予的政策支持.
5結(jié)論
??? 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，政府應(yīng)該考慮“資源經(jīng)濟(jì)”的特點(diǎn)，對(duì)煤炭企業(yè)關(guān)心與支持，使煤炭企業(yè)健康發(fā)展.
??? 在科學(xué)與技術(shù)方面，應(yīng)該將巖層運(yùn)動(dòng)對(duì)工作面的影響轉(zhuǎn)為研究開采后巖層運(yùn)動(dòng)對(duì)巖體內(nèi)形成空隙的影響，以及氣、液體在其中的的滲流規(guī)律.另外，還應(yīng)研究巖層運(yùn)動(dòng)可能形成的巖體結(jié)構(gòu)對(duì)保護(hù)地表建筑物的影響.重要標(biāo)志是:
??? 1)將有一定含量的瓦斯應(yīng)視為資源，變害為利，在采煤的同時(shí)形成地面或井下瓦斯共同開采系統(tǒng).
??? 2)根據(jù)巖層的組成，確定保水采煤相宜的開采方法，不要使水資源流失.
??? 3)根據(jù)具體條件，形成城鎮(zhèn)及村莊下充填、條帶開采、離層區(qū)注漿等保護(hù)建筑物及地面的技術(shù);對(duì)塌陷的土地則采取復(fù)墾或者造景技術(shù).
??? 4)根據(jù)經(jīng)濟(jì)原則形成矸石在井下的處理技術(shù)或者矸石在井上的利用技術(shù).加強(qiáng)煤層內(nèi)維護(hù)巷道技術(shù)的研究.
??? 5)形成煤炭地下氣化技術(shù)，并研究其對(duì)地下水環(huán)境的影響.
參考文獻(xiàn):
[1]俞啟香.礦井瓦斯防治[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1993
[2]錢鳴高，繆協(xié)興，許家林，等.巖層控制的關(guān)鍵層理論[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2003 .
[3]錢鳴高，許家林，繆協(xié)興.煤礦綠色開采技術(shù)[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003 ,32(4) :343-348.
[4]許家林，錢鳴高.巖層采動(dòng)裂隙分布在綠色開采中的應(yīng)用[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004,32(2) :141-144.
[5]許家林，錢鳴高，金宏偉.基于巖層移動(dòng)的“煤與煤層氣共采”技術(shù)研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2004,29(2) :129-132.
[6]孫恒虎，黃玉誠(chéng)，楊寶貴.當(dāng)代膠結(jié)充填技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2002 .
[7]XU Jia-lin，LAI Wen-qi，QIAN Ming-gao.An approach to developing prospect and technical ways of fill mining in Chinese Collieries[J].Mining Research and Development，2004， 24(109) :26-30.