摘　要：綠色開采是煤炭開采的發展方向,對提高煤炭采出率、保護生態環境和實現煤礦可持續發展都具有十分重要的意義。深入分析了我國煤炭開采的現存問題，總結分析了綠色開采技術，調查研究了相關保障技術的研究現狀和發展趨勢，對科學采礦具有一定的指導意義。
關鍵詞:工藝發展；綠色開采;保水開采;煤與瓦斯共采;充填開采;煤炭地下氣化

一、序言：
??? 煤炭開采造成巖層移動破壞,引起巖層中水與瓦斯的流動,導致煤礦瓦斯事故與井下突水事故;煤炭開采引起巖層移動,進而造成地表沉陷,導致農田、建筑設施的損壞;煤炭開采形成的大量堆積在地面的矸石,既占用良田,又造成環境污染;隨著我國礦井開采深度的不斷增加,礦山壓力顯現及沖擊地壓等動力災害發生的頻次增加,強度增大,危及礦井的安全生產。上述問題若得不到有效解決,在未來幾十年內,隨著能源總需求和煤炭產量的不斷增長,煤炭資源開采所帶來的礦區安全和生態環境問題將更為嚴重,人類的生存和社會發展環境將受到嚴重威脅。根據我國的能源資源狀況,煤炭作為我國最重要的一次性能源,在未來20年內,其在能源構成中的主體地位將不會改變。2020年我國煤炭消費量將達到40億t。屆時,煤炭產量很可能無法滿足工業需求。不能再單純地通過提高煤炭的產量緩解煤炭供應的壓力,而應該綜合考慮發展煤炭循環經濟,減少煤炭開采對環境的破壞,而且也應該把“發展煤炭循環經濟,實現煤炭綠色開采”作為理念,大力發展綠色的采煤技術。
?? （一）、當前中國煤炭開采的現狀
??? 煤炭在我國能源結構中約占75%，在國民經濟和社會發展中具有重要的地位和作用。開采煤炭過程中，地下水系統被人為強制性改變，一些可開發的地下水源不復存在，大部分礦井水沒有被處理而排放，引起地表環境的污染，我國煤礦區水資源普遍缺乏，煤炭開采對地下水資源的破壞也相當驚人，當前全國煤礦外排礦井水達22億t，選煤水0.28億t，其它工業廢水0.3億t，生活污水4億t；北方礦區平均噸煤破壞地下水資源約10m3，使生態環境惡化。特別是煤炭選洗加工及其他附屬工廠排出的工業污水，其危害更為嚴重，滲透流入農田，引起減產；排入河流、湖泊，會淤塞河道，抑制魚類生長甚至引起死亡，滲入地下污染飲用水源，尤其是洗煤水中的浮選藥劑及聚丙烯胺藥劑具有毒性，并可誘發多種疾病，對人體健康造成極大這些問題已經成為我國乃至世界各國政府和科技界共同關注的熱點問題。并且這些問題已不再是單一的環境要素問題，而成為影響我國社會、經濟和區域生態環境發展的綜合性制約因素的系統問題 ，因此對于新時期的大工業建設，環保節約型煤礦開采勢在必行。
?? （二）研究的方法和目的
??? 采用收集資料的方式，對目前中國煤礦開采過程中存在的環境問題問題進行論述，探討具體治理環境問題的對策以及實行以ISO14000環境管理標準為基礎的礦區生態環境管理體系和開發綠色開采技術的重要性。
二、煤礦開采工藝的發展
?? （一）我國煤礦開采技術的發展歷程
??? 采煤方法是煤炭工業的關鍵工藝技術，是建設現代化礦井的基礎，走依靠科學技術進步的發展之路，是我國煤炭工業發展的重要方針。采煤方法改革的根本出路在于發展機械化、自動化、工藝操作程序化，從而達到安全、高產、高效、資源損失少的目的，并努力達成或接近國際先進水平。
??? 建國初期，絕大多數煤礦設施極為簡陋，采煤方法多采用無支護的穿硐式和高落式。在三年經濟恢復時期（1949-1952）推行了以壁式體系為主的采煤方法。1950年開始對頂板進行分類，并采用了全部垮落法管理頂板。1952年，國營煤礦采用以長壁式為主的正規采煤方法，其煤炭出產量比重已由1949年的12.51%迅速增長到72.4%。
??? 第一個五年計劃期間（1953-1957），繼續開展采煤方法改革。1953年雙鴨山嶺西煤礦在長壁工作面上首次使用了框式聯合采煤機.1957年，全國采煤機械化程度達到12.75%，以長壁為主的正規采煤方法所占的產量比重已達92.27%，并創造性的發展了一批適合中國國情的采煤方法。1964年，我國首次在雞山礦務局小恒山礦使用了淺截式滾筒采煤機，對發揮長壁采煤法的優越性起了重要的作用。1965年以后，煤炭工業部組織推廣了一次多放炮、爆破裝煤、滾筒式采煤機采煤、使用金屬摩擦支柱和鉸接頂梁等12項先進經驗，使采煤方法得到進一步的完善和發展。1974年開始采用采用綜合機械化采煤技術設備，從此我國的采煤方法走上了現代化發展的道路。第五個五年計劃期間（1976-1980），1977年煤炭工業部召開了全國采煤方法工作會議，確定了采煤方法的發展方向。在大力推廣走向長壁采煤法機械化采煤的同時，因地制宜地積極推廣傾斜長壁采煤法、柔性掩護支架采煤法、對拉工作面采煤、無煤柱護巷，水力采煤等。80年代以后，我國出現了十余種新采煤方法和采煤工藝，采煤方法得到了迅速的發展。
回顧我國50年來采煤方法的沿革，總結正反兩方面的經驗教訓，使我們認識到，采煤方法的改革必須結合中國的國情來進行。當代中國由于采煤而帶來的環境問題日益嚴重，對周圍城鎮的居民生活造成了極大的影響，要實現新世紀中國現代化 “以人為本”的建設目標，環保型煤礦開采方法和系統管理模式的發展是勢在必行。
?? （二）、我國采煤技術的發展方向
???? 1、采煤工藝的高新技術應用
??? 繼續消化和吸收國外的先進采煤設備的技術，在采煤機、刮板輸送機的大功率、高可靠性、智能控制等方面開展深入研究，對采煤機滾筒的煤炭分界面的自動識別技術、液壓支架的電液控制技術及三機的自動控制技術深入研究并投入工業運行。以上技術的發展， 最終為實現無人采煤工作面打下基礎，從而極大地提高煤礦效率。
??? 研究放頂煤開采技術中的難點問題，使其成為真正的高產、高效、高回收率、高安全的開采方法。目前對于放頂煤條件下頂煤的破碎規律，破碎后頂煤與頂板相互作用的移動規律的認識仍不是特別清楚，從而導致支架架型的設計、回采工藝的選擇不合理、放煤率不高。所以，首先要開展進一步的基礎理論研究，在此基礎上，運用新技術研制新型的放煤支架，完善探測頂煤放出率的相關技術，提高回收率。另外，對于高瓦斯礦井、堅硬頂煤及頂板礦井的放頂煤實踐需進一步探討，合理地確定放頂煤的運用條件， 以及提高頂煤回收率的其它輔助方法。
??? 在煤層條件適宜的條件下使用大采高的開采技術。大采高開采技術一般指厚度大于3.8 m 的一次采全高綜采技術，目前，我國最高已采到5m，大采高開采技術的高產、高效、高回收率正受到越來越多的關注。采用大采高開采技術，由于設備大型化，支架高度大，因而使用新技術對大采高工作面的監測監控顯得尤為必要，否則，也不能充分發揮其潛力。采高大，采煤機的重量大，其自身的平衡與穩定對機械制造及設備配套提出新的要求。支架的高度加大，重心提高，也極易出現失穩，因而必須對支架的設計，特別是支架與上覆巖層的相關關系及支架的三維穩定性進入深入研究。另外，大采高技術的發展對回采工作面的運輸巷及回風巷的支護與掘進提出了新的要求。目前， 我國大采高的回采巷道高度一般在3m～4m ，采用錨桿、錨索等支護方式。一般情況下， 回采工作面與回采巷道之間出現一臺階，不僅浪費了煤炭資源，而且對回采工作面支架的穩定性及回采工藝造成了很大影響。因而，研究回采巷道高度在4 m 以上的巷道支護方式及掘進工藝，對于大采高技術的推廣應用無疑是非常重要的。
??? 2、基于環保問題的采礦技術發展
??? 深入研究長壁采煤法對巖層及地表的破壞規律，特別是對水資源的破壞規律。在這方面的研究，以前主要著眼于煤礦的安全問題，而現在應主要考慮環保問題。采用長壁全部垮落法后， 巖層產生大范圍的破壞移動， 如何控制這種破壞與移動以及它們與地下水破壞內在規律的研究是有實際意義的。從這一點考慮， 在選擇采煤方法時， 應充分利用新的理論方法，在開采順序、開采方法、工藝形成上進行分析比較。
??? 發展開采過程中的瓦斯處理技術。瓦斯排放是煤礦的另外一個主要污染源，它加劇了溫室效應，破壞臭氧層，給煤礦安全造成了嚴重的隱患。我國有多個煤炭企業有抽放瓦斯、變害為寶的實際經驗。但抽放率較低，這與抽放設備、抽放技術工藝有關， 特別和開采過程中對瓦斯的運移規律認識不清有關。因此，對于高瓦斯礦井的開采技術選擇應同時考慮瓦斯抽放技術的應用。隨著對開采過程中瓦斯逸出及運移規律的逐步認識，以及大孔徑、長距離抽放技術的成熟，開采中將從實體煤中抽出高純度的瓦斯，從而進一步降低對環境的污染。
三、煤炭綠色開采體系
??? 煤礦綠色開采以及相應的綠色開采技術,在基本概念上是要從廣義資源的角度上來認識和對待煤、瓦斯、水等一切可以利用的各種資源?；境霭l點是防止或盡可能減輕開采煤炭對環境和其他資源的不良影響。目標是取得最佳的經濟效益和社會效益。根據煤礦中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等,綠色開采主要包括以下內容:水資源保護-“保水開采”;瓦斯抽放-“煤與瓦斯共采”;土地與建筑物保護-“充填開采”;排放矸石占用土地污染環境-“煤炭地下氣化”等。2003年,中國礦業大學錢鳴高院士首次提出了煤礦綠色開采的概念和技術體系,隨后明確了實現煤炭資源開采和環境保護協調發展的綠色開采研究目標,為我國綠色開采技術的研究指明了方向。錢院士提出的綠色開采技術體系, 綠色開采理論依據:1、關鍵層理論。2、開采對巖層移動的影響及移動規律。3、水在裂巖體中的滲流規律。4、開采后巖層內節理裂隙分布發育規律等。
?? （一）保水開采
??? 保水采煤在不同的礦區有不同的技術內涵,缺水礦區要以水資源保護和利用為主;大水礦區,要以減少水資源破壞和防治水災害為主。因此,保水開采包含水資源保護、水資源利用(煤水共采)和水災害防治等多項重要內容。煤礦開采過程中破壞了地下含水層的原始徑流,大量排出地下水;采空區上方導水裂隙帶與地下水體貫通,形成大規模地下水降落漏斗,造成區域含水層水位下降,直接影響到區域水文地質條件。采動影響穩定后產生的地表沉陷往往影響到地表水體(河流、湖泊、井泉等)的原來形態,造成部分溝泉水量減少甚至干涸;影響當地居民正常的生產生活,進而影響區域植被生長,甚至土地沙漠化。我國大部分礦區處在干旱半干旱地區,而每年采煤破壞地下水22億m3,可見保水開采具有重要的意義。
?? （二）煤與瓦斯共采
??? 瓦斯既是礦井有害氣體也是潔凈能源。因此,應該使其資源化,其技術途徑有:
?? 1、采前抽采:若能在開采前將煤層內瓦斯抽出,則是利用瓦斯改善煤礦安全的最好辦法。但由于我國大部分煤體透氣性低,在本層內抽采瓦斯有難度。
?? 2、煤與瓦斯共采:開采后圍巖壓力降低,大量瓦斯在采空區釋放,有利于瓦斯抽采,因此形成煤與瓦斯共采體系。
?? 3、廢棄礦井抽采瓦斯。鑒于廢棄礦井煤層經過采動而充滿瓦斯,因而可以利用采動后巖體內裂隙場的分布及鉆孔,將瓦斯抽排管裝在井下、封閉井口后,抽出瓦斯。
?? 4、回風井回收瓦斯。
?? 5、煤與瓦斯共采的技術主要有:留巷鉆孔法、卸壓法等。
?? （三）充填開采
??? 我國多數煤礦存在建筑物下、水體下、鐵路下壓煤的問題,充填采礦法對解決這類問題具有重要的意義。充填開采法是用充填材料充填采煤工作面采空區的巖層控制方法。該法可以緩和工作面支承壓力產生的礦壓顯現,改善采場和巷道維護狀況,有效減少地表下沉和變形,提高煤礦采出率,保護地面建筑物、構筑物、生態環境和水體。按照充填材料的不同,充填采礦法分矸石充填、水砂充填和膏體充填。
??? 1、矸石充填利用井下采空區處置煤矸石的充填采煤方法,既可以減少煤礦固體廢棄物排放,又可以減輕開采沉陷災害、提高礦井資源回收率,是實現煤礦綠色開采的關鍵技術途徑之一。
??? 拋矸機拋矸充填。將巖巷和半煤巖巷掘進矸石用礦車運至井下矸石車場,經翻車機卸載后,矸石經破碎機破碎,而后進入矸石倉。通過矸石倉下口,膠帶或刮板輸送機將破碎后的矸石運入上下山,而后由膠帶或刮板輸送機轉載進入采煤工作面回風平巷,再由工作面采空區可伸縮膠帶輸送機運至工作面采空區拋矸膠帶輸送機尾部,由拋矸膠帶輸送機向采空區拋矸充填。
??? 刮板輸送機卸矸充填。充填裝備由后端帶懸梁的自移式液壓支架和充填刮板輸送機組成。在自移式液壓支架后端增加后懸臂等配件,采用可調高但掛鏈懸掛充填刮板輸送機溜槽,懸掛是為了增加充填垂直高度。輸送機中部溜槽按順序連接,并與機頭和機尾組成整部刮板輸送機。每2節中部溜槽設置1個溜矸孔,溜矸孔開在溜槽的中板上。由電機車牽引矸石礦車至采區矸石車場,通過翻車機卸載,矸石經轉載機、破碎機進入矸石倉。破碎后的矸石經上下山輸送機、平巷輸送機運至液壓支架后的充填刮板輸送機,在采空區卸載。
??? 風力拋矸充填。風力充填材料粒度的直徑不宜大于充填管道的1/2~1/3。并且要求充填材料沉縮率低、不自然、腐蝕性小。矸石經充填機、充填管路充填采空區。一般采煤機割兩刀煤充填一次,充填步距1.2~1.6 m,每次充填長度6~9 m,工作面每向前推進50~100 m,充填機前移一次。機械矸石充填對充填材料要求不嚴格,使用設備也較少,在我國山東礦區發展較快,有推廣趨勢。
??? 2、水砂充填水砂充填采煤法是利用水力通過管道把充填材料沙粒送入采空區的充填采煤法。我國早在20世紀初就開始應用水砂充填采煤法,目前水砂充填技術已經十分成熟。在地面用礦車將采出、破碎及篩分后的成品砂運到貯砂倉貯存。在貯砂室,砂與水混合成砂漿,經充填管路送至工作面采空區,并在采空區脫水,砂子形成充填體,廢水經采區流水上山和流水道流入采區沉淀池,經沉淀后,澄清的水流入水倉,用水泵經排水管將水排至地面貯水池,以供循環利用。水砂充填采煤法充填致密,可減少煤塵危害,能有效地控制地表下沉和變形,但井上下充填系統復雜,設備及設施投資大,充填材料昂貴,提高了噸煤成本。
??? 3、膏體充填膏體充填技術是1979年在德國的格倫德鉛鋅礦首先發展起來的,由于膏體充填具有料漿質量分數高、充填效率高、成本較低等優點,這項技術試驗成功以后在金屬礦山得到較快的發展,在包括中國在內的許多國家得到應用。為解放村莊壓煤,提高開采上限,提高煤炭資源采出率,延長礦井服務年限,太平煤礦與中國礦業大學合作開展了固體廢物膏體充填不遷村采煤技術的研究。太平煤礦膏體充填系統是我國煤礦第一個膏體充填示范工程,2006年5月工業性試采取得成功。膏體充填采煤技術主要由三部分組成,即充填材料、充填設備與工藝、采動巖層充填控制理論。膏體是由煤矸石、粉煤灰、水砂、水泥等組成,由地面設備加工而成的類似牙膏的流體,具有十分良好的流動性和可泵性。充填時,膏體通過巷道中的管路,由充填泵提供動力,輸送到液壓支架后的采空區。膏體充填技術的核心是膏體充填材料,膏體充填材料的強度對膏體充填的效果起決定作用。膏體充填后,地表下沉減小。膏體充填開采是綠色開采技術的重要組成部分,是解決煤礦開采環境問題的理想途徑,是解決村莊等建筑物下大量壓煤開采問題的迫切需要。
四、煤炭地下氣化
??? 煤炭地下氣化是指將地下煤炭通過熱化學反應在原位把煤炭轉化為可燃氣體。可以部分消除煤炭開采對環境的污染和煤炭燃燒對生態環境的不利影響與破壞。煤炭地下氣化是一種整體綠色開采技術。它開始于英國1912年,由于熱值低、成本高而未得到發展。我國于1958 -1960年曾在16個礦區進行試驗,于1962年停止,1984年又開始了新的試驗,1994年達到連續產氣295 d,產氣量為200 m3/h,熱值13. 81~17. 57 MJ /m3,采用的是有井式、長通道、大斷面的煤炭地下氣化方法。2005年中國礦業大學與重慶中梁山礦業集團合作實現了連續穩定生產優質水煤氣和混合煤氣。但是,地下煤炭氣化燃燒產生的苯和酚是致癌物質,有可能毒化水資源;燃燒形成的大量二氧化碳對空氣也是嚴重的污染。目前我國的地下氣化技術仍處于工業試驗階段,有很多問題需要去研究和探索。
五、結　語
??? 資源與環境協調的綠色開采是解決煤炭開采環境問題的根本出路。要實現綠色開采,需要綜合研究和解決經濟與技術等方面的問題。綠色采礦可以減少環境污染,還能帶來良好的社會經濟效益。綠色采礦是形成綠色礦業及礦區綠色家園的重要組成部分,相信隨著綠色開采的不斷發展和完善,煤礦綠色開采一定會發揮它應有的作用,為人類與自然的協調發展做出貢獻。
參考文獻:
??? 【1】錢鳴高．綠色開采的概念與技術體系[J]．煤炭科技，2003(4)：1-3.
??? 【2】劉開明.優化配煤生產優質焦炭[J].燃料與化工,2006,37(5):8-10.
??? 【3】繆協興,錢鳴高.中國煤炭資源綠色開采研究現狀與展望[J].采礦與安全工程學報, 2009(3):1-13.
??? 【4】黃慶享.煤炭資源綠色開采[J].陜西煤炭.2008(03):18-21.
??? 【5】馬　馳，余　力，梁　杰．中國煤炭地下氣化技術的發展[J]．中國能源，2003(2)：11-15.□

?