摘要:煤炭資源開采對環(huán)境的影響問題，是國際上廣泛關(guān)注的焦點問題，更是影響中國社會與經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略的重要問題之一從國家對煤炭工業(yè)發(fā)展要求出發(fā)，闡述了研究煤炭資源綠色開采的必要性和意義，對煤炭資源綠色開采的內(nèi)涵作了進一步的闡述.在論述煤炭資源綠色開采技術(shù)體系框架的同時，對保水開采、煤與瓦斯共采、條帶開采與充填開采、井下研石處理、煤炭地下氣化等主要的關(guān)鍵問題與研究現(xiàn)狀作了深入的分析，提出了進一步研究與發(fā)展的建議.
關(guān)鍵詞:煤炭資源; 循環(huán)經(jīng)濟; 綠色開采; 關(guān)鍵層
中圖分類號:TD 82 文獻標識碼:A
1資源與環(huán)境協(xié)調(diào)(綠色)開采的提出
1.1資源開采與政府的宏觀政策
??? 由于經(jīng)濟高速發(fā)展，凸顯發(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)展的若干意見中更具體對煤炭工業(yè)提出了要求.如:在指導思想中提出“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”.同時提出要“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)展一在發(fā)展目標中具體提出“用3－5a時間，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化的趨勢初步得到控制，再用5a左右時間，形成以煤炭加工轉(zhuǎn)化、資源綜合利用和礦山環(huán)境治理為核心的循環(huán)經(jīng)濟體系?！?br /> ??? 顯然，若干意見中的3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，則需要綜合研究資源經(jīng)濟特點，解決政策、機制、規(guī)劃、價格、技術(shù)等諸多問題，并相應地提出舉措，才能成功.
??? 顯然，若干意見的發(fā)表促使煤炭企業(yè)在一系列問題上要作出回答，例如，在煤炭開發(fā)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展方面應該如何應對.事實上，在意見發(fā)表前后作為以生產(chǎn)煤炭為主的煤炭企業(yè)也作了不少很有成效的探索，如:
??? 1)利用劣質(zhì)煤和地面堆積如山的煤研石發(fā)電、制磚.
??? 2)利用煤礦坑下排水凈化.
??? 3)利用瓦斯發(fā)電.
??? 4)開采塌陷區(qū)的復墾和景觀化等.
??? 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)恢復系統(tǒng).
1.2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2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合的生態(tài)平衡機制.
??? 顯然，對于采礦來說就是在開采過程中不要讓生態(tài)資本出現(xiàn)赤字.否則速度越高，經(jīng)濟效益越低，這是一種不可持續(xù)的(虛假)繁榮.
1.3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)的生態(tài)環(huán)境問題.因此有人提出警告:“莫讓資源大省成為地質(zhì)災害大省”.
??? 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研石山壓占為主，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研石山的自燃所形成的廢氣.
??? 以山西為例，由于山西煤炭產(chǎn)量占全國的1/4－1/3，因而開采對山西環(huán)境影響最大.1949一1998年間山西共生產(chǎn)原煤56億t，造成地面塌陷破壞面積超過6 .7萬h m2，其中40%是耕地;矸石山占地2khm2.到1998年煤炭地下采空面積累計達1300 km2(全省面積的1%)，采煤破壞地下水4.2億m3/a.這使本來缺水的山西環(huán)境受到進一步破壞.
??? 假若如報道那樣，山西煤炭開采可能導致生態(tài)資本出現(xiàn)赤字.而煤炭的價值要依靠延長產(chǎn)業(yè)鏈形成，開采煤炭本身贏利很少，因而僅靠出售原煤，環(huán)境破壞得不到補償，只會越挖越窮，而下游產(chǎn)業(yè)利用煤炭富裕起來，造成社會分配的不公平.
??? 山西提出了開征煤炭價格調(diào)節(jié)基金就是促使煤炭生產(chǎn)企業(yè)自覺履行治理環(huán)境污染的義務(wù)，建立生態(tài)補償費制度，將煤炭工業(yè)生態(tài)破壞成本內(nèi)部化.由此對經(jīng)濟情況并未完全好轉(zhuǎn)的煤炭工業(yè)造成壓力.
2資源與環(huán)境協(xié)調(diào)(綠色)開采的內(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)所涵的瓦斯、土地以至于煤矸石以及在煤層附近的其他礦床都應該是經(jīng)營這個礦區(qū)的開發(fā)對象而加以利用.
??? 而在原來的定義中，礦井瓦斯(Mine gas)是[1]: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，1m3瓦斯可發(fā)電3－3.5 kW?h.
??? 礦井水文地質(zhì)類型(Hydrogeological type of mines)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，……類型.事實上水是資源，采礦應該將其調(diào)控.
??? 其它，如矸石作為塌陷地的復墾材料以及制磚利用等.
2 .2綠色開采技術(shù)涉及的范圍
??? 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)一保水開采技術(shù);地下氣化技術(shù);開采與土地保護.
??? 2)加強煤巷維護技術(shù)，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?qū)⑵溥M行制磚，填方等加以利用.
2.3綠色開采技術(shù)的基礎(chǔ)理論問題
??? 開采的環(huán)境問題都是由于采動所引起，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)境而言是開采后形成巖層節(jié)理“裂隙場”，由此影響離層的發(fā)育狀態(tài)及位置，引起地表沉陷，瓦斯與地下水在裂隙巖體內(nèi)的滲流等.為此提出了巖層控制的關(guān)鍵層理論〔2〕.
2.4關(guān)鍵層的判別方法與程序
??? 關(guān)鍵層的判別可以用覆巖中的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合效應，則:
??? 1)當相鄰兩硬巖層復合破斷時，兩硬巖層間將不會出現(xiàn)離層.
??? 2)當形成復合效應時，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是h1的1倍則Σh3+h2只要等于或大于Σh2+h1的4倍,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.