??? [摘要]闡述了煤礦綠色開采的提出、概念及綠色開采技術(shù)體系。綠色開采技術(shù)的主要內(nèi)容應(yīng)包括:保水開采、建筑物下采煤與離層注漿減沉、條帶與充填開采、煤與瓦斯共采、煤巷支護(hù)與部分研石的井下處理、煤炭地下氣化等，介紹了基于巖層控制的關(guān)鍵層理論開展的綠色開采技術(shù)研究與實(shí)踐成果。
??? [關(guān)鍵詞]綠色開采;關(guān)鍵層理論;巖層移動
??? 1煤礦綠色開采的提出
??? 黨的十六大報告明確提出“……走出一條科技含量高，經(jīng)濟(jì)效益好，資源消耗低，環(huán)境污染少，人力資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揮的新型工業(yè)化路子。”因此，必須充分考慮我國資源相對短缺，環(huán)境比較脆弱的基本特點(diǎn)，建立起適合我國國情的資源節(jié)約、環(huán)境友好的新型工業(yè)化發(fā)展道路。
??? 近期提出的循環(huán)經(jīng)濟(jì)(recycling economy)是指遵循自然生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動規(guī)律重構(gòu)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)[’}，將經(jīng)濟(jì)活動高效有序地組織成一個“資源利用－綠色工業(yè)－資源再生”的封閉型物質(zhì)能量循環(huán)的反饋式流程，保持經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的低消耗、高質(zhì)量、低廢棄，從而將經(jīng)濟(jì)活動對自然環(huán)境的影響破壞減少到最低程度。它不同于傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)的“高開采、低利用、高排放”，而是達(dá)到“低開采、高利用、低排放”的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。顯然，此處的‘綠色工業(yè)”是廣義的概念，應(yīng)由各個工業(yè)部門去實(shí)現(xiàn)。對礦業(yè)來說就是要實(shí)現(xiàn)“綠色礦業(yè)”。“綠色礦業(yè)”的核心內(nèi)容之一就是要實(shí)現(xiàn)“綠色開采”。
??? “綠色開采”的內(nèi)涵是努力遵循循環(huán)經(jīng)濟(jì)中綠色工業(yè)的原則，形成一種與環(huán)境協(xié)調(diào)一致的，努力去實(shí)現(xiàn)“低開采、高利用、低排放”的開采技術(shù)。
礦區(qū)在開發(fā)建設(shè)之前與周圍環(huán)境是協(xié)調(diào)一致的，而進(jìn)行開發(fā)建設(shè)后，強(qiáng)烈的人為活動便使環(huán)境發(fā)生巨大的變化，由此形成了礦區(qū)獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境問題，如造成農(nóng)田以及建筑物破壞，村莊遷徙，矸石堆積，使河川徑流量減少，以及地下水供水水源干枯，在地面導(dǎo)致的土地沙漠化，由于開采而使礦物內(nèi)的有害物質(zhì)流入地下水中等。我國目前的煤礦生產(chǎn)是在以下兩種情況下進(jìn)行的:一是生產(chǎn)成本不完全。如投入不足;技術(shù)裝備落后;安全設(shè)施欠帳;工人工資太低。二是相關(guān)費(fèi)用支付不全。如礦產(chǎn)資源費(fèi)以及植被恢復(fù)，地面塌陷與水損失;污染治理等。提出并形成綠色開采技術(shù)是為了正視開采對環(huán)境造成的影響和破壞，并有清醒的認(rèn)識與足夠的估量，以便提出必要的對策和對政府提出必要的政策建議。
??? 煤炭開采形成的環(huán)境問題主要為:
??? (1)對土地資源的破壞和占用。煤炭開采對土地資源的破壞損害，井下開采以地表塌陷和矸石山壓占為主，而露天開采則以直接挖損和外排土場壓占為主。
??? (2)對水資源的破壞和污染。煤炭開采過程中，進(jìn)行的人為疏干排水和采動形成的導(dǎo)水裂隙對煤系含水層的自然疏干，破壞了地下水資源。同時開采還可能污染地下水資源。
??? (3)對大氣環(huán)境的污染。主要來自礦井排出的煤層瓦斯抽放和煤礦矸石山的自燃。
??? 以山西省為例，1949－1998年共生產(chǎn)原煤56億多t，地面塌陷破壞面積達(dá)666 000多h m2，其中40%是耕地。研石山占地2 000多h m2。至1998年煤炭地下采空面積達(dá)1 300 km2(全省面積的1 %)。采煤破壞地下水4.2億 m3 / a，地表水遷流減少，導(dǎo)致井水位下降或斷流共計3 218個，影響水利工程433處，水庫40座，輸水管道793 890 m ;造成1 678個村莊，812 715口人，108 241頭牲畜飲水困難。使本來缺水的山西環(huán)境受到進(jìn)一步破壞。平均每采萬t原煤造成塌陷土地0.2 hm2，每年新增塌陷地約2萬h m2。
??? 礦井瓦斯即煤層氣，它是比CO2還嚴(yán)重的溫室氣體，也是導(dǎo)致煤礦重大安全事故的根源。據(jù)初步估計，我國2 000 m淺范圍內(nèi)具有30 - 35萬億m3煤層氣資源，居世界前列。但由于我國煤層透氣性小，難以在開采前抽出。建國以來，我國煤礦發(fā)生煤與瓦斯突出事故1 500余次，僅2001年由于瓦斯事故的死亡人數(shù)達(dá)2 356人，為煤礦總死亡人數(shù)的40%。煤礦每年排放瓦斯70-190億m3。同時瓦斯又是最好的清潔能源，因此必須加以利用，變害為寶。
??? 由此可見，提出并盡快形成煤礦的“綠色開采技術(shù)”已迫在眉睫。事實(shí)上，筆者從20世紀(jì)90年代初已開始了有關(guān)“綠色開采技術(shù)”的研究和實(shí)踐。在長期研究和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，正式提出了煤礦綠色開采的理念及其技術(shù)體系[2]。
2綠色開采的內(nèi)涵與技術(shù)體系
??? 從廣義資源的角度論，在礦區(qū)范圍內(nèi)的煤炭、地下水、煤層氣(瓦斯)、土地以至于煤研石以及在煤層附近的其他礦床，都應(yīng)該是經(jīng)營這個礦區(qū)的開發(fā)對象而加以利用。
??? 而原來對礦井瓦斯的定義是:“礦井中主要由煤層氣構(gòu)成的以甲烷為主的有害氣體”。而在礦井水文地質(zhì)類型劃分中認(rèn)為:“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，劃為……類型”。顯然，上述概念將原本為礦區(qū)資源的瓦斯和水單純作為有害物來對待是不合適的。
煤礦綠色開采以及相應(yīng)的綠色開采技術(shù)，在基本概念上是從廣義資源的角度上來認(rèn)識和對待煤、瓦斯、水等一切可以利用的各種資源;基本出發(fā)點(diǎn)是防止或盡可能減輕開采煤炭對環(huán)境和其他資源的不良影響;目標(biāo)是取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。根據(jù)煤礦中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等，“綠色開采技術(shù)”主要包括以下內(nèi)容:①水資源保護(hù)—形成“保水開采”技術(shù);②土地與建筑物保護(hù)—形成離層注漿、充填與條帶開采技術(shù);③瓦斯抽放—形成“煤與瓦斯共采”技術(shù);④煤層巷道支護(hù)技術(shù)與減少矸石排放技術(shù);⑤地下氣化技術(shù)。這些內(nèi)容構(gòu)成的綠色開采技術(shù)體系簡要表達(dá)如圖1所示。?

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