摘要:為了滿足國家經(jīng)濟發(fā)展對能源的要求，實現(xiàn)資源開發(fā)與環(huán)境的協(xié)調(diào)，綠色開采技術(shù)必然將受到充分的重視，綠色開采中的部分技術(shù)可以成為產(chǎn)業(yè)。通過矸究資源與環(huán)境協(xié)調(diào)綠色)開采的內(nèi)涵，包括煤矸石的利用和土地恢復(fù)，瓦斯的開采利用，保水開采，減沉技術(shù)等方面，提出了綠色開采技術(shù)涉及到的上覆巖層關(guān)鍵層理論，采動裂隙“O”，形圈理論，軟弱層對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。建議政府針對贊源經(jīng)濟”的特點，從煤炭開采到利用的整個系統(tǒng)來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;綠色開采
1資源與環(huán)境協(xié)調(diào)綠色開采的提出
??? 由于經(jīng)濟高速發(fā)展特顯出發(fā)展對環(huán)境的影響，新型工業(yè)化道路以及循環(huán)經(jīng)濟的提出迫使人們考慮“綠色礦業(yè)”問題。近期國務(wù)院《關(guān)于促進煤炭工業(yè)健康發(fā)展的若干意見》中更對煤炭工業(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)籌煤炭開發(fā)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，統(tǒng)籌礦山經(jīng)濟與區(qū)域經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展”的要求。
??? 三個統(tǒng)籌就是要把礦區(qū)資源優(yōu)勢變成經(jīng)濟優(yōu)勢，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)鍵是要解決煤炭開發(fā)與利用中對環(huán)境的影響問題。而煤炭工業(yè)能否健康發(fā)展，則需要綜合矸究資源經(jīng)濟特點，解決政策、機制、規(guī)劃、價格、技術(shù)等諸多問題，并相應(yīng)地提出舉措，才能成功。
??? 在煤炭開發(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?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)集團都有自身特色的生態(tài)恢復(fù)生產(chǎn)系統(tǒng)。
1. 1開發(fā)資源需思考的幾個問題
??? 有的專家認為，事實上資源開采存在兩種情況:
??? 其一:人類的索取超過了自然的生產(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，尊重自然意志，遵循自然規(guī)律，時刻不忘回饋自然和養(yǎng)護自然，從而在人類和自然之間建立起復(fù)合的生態(tài)平衡機制。
1. 2煤炭開采與環(huán)境
??? 眾所周知，礦區(qū)在開發(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，而一旦開發(fā)建設(shè)，強烈的人為活動便使環(huán)境發(fā)生巨大的變化，由此形成了獨特的礦區(qū)生態(tài)環(huán)境問題。
??? 煤炭開采形成的環(huán)境問題有:
??? 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，井工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。煤炭開采破壞地下水資源表現(xiàn)在對其進行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;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)營這個礦區(qū)的開發(fā)對象而加以利用。
??? 而原來的定義，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綠色開采技術(shù)涉及方面
??? (1)采礦方法的改變。如:為保護地面建筑物而發(fā)展條帶開采和條帶充填技術(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);保護地下水資源開采技術(shù)—保水開采技術(shù);地下氣化技術(shù);開采與土地保護。
??? (2)加強煤巷的維護，從而不出或少出矸石。從經(jīng)濟原則出發(fā)，矸石在井下處理，或考慮地面處理以保護環(huán)境或進行制磚、填方。
2. 3綠色開采技術(shù)的基礎(chǔ)理論問題
??? 開采的環(huán)境問題都由于采動所引起，因此與開采后造成的巖層運動有關(guān)(巖體不破壞上述問題都不會發(fā)生)。巖層運動不僅對礦山壓力有影響，對環(huán)境而言也是開采后巖層節(jié)理“裂隙場”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硬巖層的剛度條件和強度條件加以判別。兩層鄰近堅硬巖層在一起，可能形成同時破斷復(fù)合效應(yīng)，其結(jié)果:
(1)當(dāng)相鄰兩硬巖層復(fù)合破斷時，兩硬巖層間將不會出現(xiàn)離層。
??? (2)當(dāng)形成復(fù)合效應(yīng)時，增大了關(guān)鍵層的破斷距，在位置靠近采場時，將引起工作面來壓步距的增大和變化。
??? 在僅有兩層（h1和h2）堅硬巖層條件下，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將同時垮落。此時，雖然h2遠大于h1，但h2將不會產(chǎn)生離層。
??? 采動后巖體內(nèi)的“裂隙場”，主要有以下特點:
??? (1)中心離層區(qū)的形成。關(guān)鍵層運動對離層產(chǎn)生、發(fā)展的時空分布起控制作用。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，而在采空區(qū)兩側(cè)仍各自保持一個離層區(qū)。此時，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)，
稱之為采動裂隙“O”形圈。
3煤炭資源綠色開采技術(shù)體系
由此可構(gòu)建如圖1所示的煤炭綠色開采技術(shù)體系。鑒于各種綠色開采技術(shù)都具有各自的適用條件，各個礦區(qū)應(yīng)針對礦區(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，卸壓瓦斯的運移同巖層移動及采動裂隙的動態(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鉆孔布置起到指導(dǎo)作用。
??? (1)揭示了陽泉15煤綜放面巖層移動對鄰近層瓦斯涌出的影響規(guī)律，提出并實施了陽泉礦區(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)在淮北桃園煤礦開展了地面鉆井抽放上覆遠距離煤層卸壓瓦斯的工業(yè)性試驗。結(jié)果表明，上覆遠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)在潘一和潘三頂板巖層進行“O”形圈抽放，瓦斯純量達19-20m3/nin，抽放率達48%以上。
??? 因此，若在開采時形成采煤和采瓦斯兩個完整的系統(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。鑒于我國大部分煤層透氣性低，因此在開采高瓦斯煤層的同時，利用巖層運動的特點將煤層氣開發(fā)出來將是我國煤層氣開發(fā)的一個重要途徑。