资源与环境协调（绿色）开采

　　钱鸣高

　　（中国矿业大学，江苏徐州221008）

　　3.1煤与瓦斯共采技术原理

　　显然，卸压瓦斯的运移同岩层移动及采动裂隙的动态分布特征有着紧密的关系。由关键层理论建立的关键层破断后形成“O”形通道理论，在一些矿区的卸压瓦斯抽放中对钻孔布置起到指导作用。

　　（1）揭示了阳泉15煤综放面岩层移动对邻近层瓦斯涌出的影响规律，提出并实施了阳泉矿区巧煤综放面上邻近层卸压瓦斯高抽巷布置优化方案及初采期瓦斯超限治理方案。

　　（2）在淮北桃园煤矿开展了地面钻井抽放上覆远距离煤层卸压瓦斯的工业性试验。结果表明，上覆远距离煤层卸压瓦斯可通过“O”形圈大面积抽放出来。

　　（3）淮南矿区在潘一和潘三顶板岩层进行“O”形圈抽放，瓦斯纯量达19-20m³/nin，抽放率达48%以上。

　　因此，若在开采时形成采煤和采瓦斯两个完整的系统，则不仅有益于矿井的安全，而且采出的还是洁净能源。政府应从政策上给以支持。鉴于我国大部分煤层透气性低，因此在开采高瓦斯煤层的同时，利用岩层运动的特点将煤层气开发出来将是我国煤层气开发的一个重要途径。

　　3.2开采与地下水分布

　　开采后，随着地表的沉陷将改变地表水的流向；同时随着上覆岩层中关键层的破断，在该区域内地下水将形成下降漏斗。地下水能否恢复，则决定于上覆岩层中是否有软弱岩层事实上它是矸究地下水渗漏的关键层天随着工作面的推进，经重新压实并导致裂隙闭合而形成隔水带。若有隔水带，则随着雨水的再次补给，下降漏斗也将随之消失。另外，必须指出：

　　（1）保水开采与防止溃水是两个概念，后者是从安全考虑，而保水开采则必须矸究开采前后岩层的水文地质变化。

　　（2）我国西北地区保水开采是重点，必须研究所开采的岩层是否有隔水带，开采对地下水的破坏形成的漏斗以及降雨水后的恢复过程。

　　（3）地下水是全部流失还是保存在更深的岩层内形成地下水库而后再利用？

　　3.3减沉技术

　　减沉开采技术主要包括：条带开采、充填开采和离层区注浆减沉技术。

　　331条带开采

　　实验证明，主关键层对地表移动过程起控制作用，主关键层的破断将导致地表快速下沉，地表下沉速度随主关键层周期性破断而呈现跳跃性变化。因此，控制主关键层就是控制地表。对建筑物下开采设计的原则是构建成“条带煤柱－上覆岩层－主关键层”结构体系，因此首先应判别上覆岩层中的主关键层位置，在对主关键层破断特征进行矸究的基础上，通过合理设计条带参数、覆岩离层注浆等技术手段来保证覆岩主关键层不破断并保持长期稳定。

　　33.2充填技术

　　充填技术是解决“三下”开采技术的重要组成部分，在国外它与采矿技术密切相关。尤其在经济发达区，充填技术是解决建筑物下开采的特殊措施。

　　目前我国充填技术的使用成本高，但如果将“充填体－上覆岩层－主关键层”视为统一结构体来应对地面建筑，并使其达到最低廉的成本，将对地面有良好的控制效果。顺利解决上述问题将根本改变将来我国在经济发达区域的开采技术。

　　鉴于在形成结构体中对充填体强度与密实度的要求，因而应该考虑使用膏体充填。所谓膏体充填指的是把物料制作成不需脱水的牙膏状浆体，通过泵压和重力作用，经过管道输送到井下，在采空区形成

　　充填体的方法。

　　考虑到经济原则，采用充填技术可以是不一样的。为了减少吨煤成本，它可以是：①短壁间隔充填法；②长壁间隔充填法；③冒落区充填法。

　　33.3离层区注浆减沉技术

　　该技术的关键是：①关键层理论矸究认为，确定具体矿井覆岩中的主关键层位置，掌握其与下部岩层离层区发育较好及离层特征参数；②合理布置注浆钻孔。

　　利用条带开采间隔全工作面充填和离层区充填法等技术，完全可以做到保护地面建筑物而又尽可能回收煤炭资源。

　　3.4井下矸石的处理

　　绿色开采技术之一是井下矸石处理。首先是加强煤巷维护技术，从而少出或不出矸石。随着采深的增加，岩石巷的开掘将不可避免，因此矸石不上井，可作为充填材料。这就存在一个矸石井下处理技术与系统问题，关键是成本如何。另一种考虑能否将矸石在地面处理，变废为宝，如变为建筑材料、充填材料等，终究矸石的地面处理要比井下处理简单得多。

　　3.5煤炭地下气化

　　它是一种整体绿色开采技术。煤的地下气化作为绿色开采技术来理解，是指不将煤炭采出地面，而将其在地下直接气化，即是将地下煤炭通过热化学反应在原地转化为可燃气体的技术。它1912年开始于英国，美国始于1946，苏联始于1932年。

　　我国于1958-1960年曾在16个矿区进行试验，于1962年停止，1984年又开始了新的试验，1994年达到连续生产295d产气量为200m³/h，热值13.8-18.0MJ/m³，采用的是有井式、长通道、大断面的煤炭地下气化方法。

　　另外，地下煤炭气化燃烧产生的苯和酚是致癌物质，有可能毒化水资源。其次，燃烧形成的大量二氧化碳对空气也是严重的污染。上述问题均需要进行研究。

　　显然，目前我国煤的地下气化技术仍处于工业试验阶段，有很多问题需要去研究和探索。

　　4关于经济原则

　　随着经济发展和国家对环境的要求，绿色开采技术必将受到充分的重视。随着科技的发展；绿色开采中的部分技术可以成为产业，甚至可以利用变废为宝进一步降低开采成本。例如瓦斯发电与矿井地下水以及矸石资源的利用，地下残煤气化等。另一方面，若处理不好很容易增加煤矿企业的成本，一些开采成本较高的煤炭企业尤其难以接受。

　　为了满足国家经济发展对能源的要求，实现资源开发与环境的协调，必须从煤炭开采到利用的整个系统来考虑加以宏观调控，政府应根据各类情况在政策与税收等方面加以支持，使煤炭企业得到健康发展。

　　各个矿区开采对环境的影响是不同的，开采成本也不一样，因此必须分类作出成本核算，以便向政府争取相应的政策支持。

　　5结论

　　绿色采矿是形成绿色矿业及矿区绿色家园的重要组成部分。政府应该考虑赞源经济”的特点，对煤炭企业关心与支持，使煤炭企业健康发展。

　　在科学技术方面，应该将岩层运动对工作面的影响转为矸究开采后岩层运动对岩体内形成空隙的影响，以及气、液体在其中的渗流规律。另外，还应研究岩层运动可能形成的岩体结构对保护地表建筑物

　　的影响。几个重要标志是：

　　（1）对有一定含量的瓦斯应视为资源，变害为利，在采煤的同时形成地面或井下瓦斯共同开采系统。

　　（2）根据岩层的组成，确定保水采煤相宜的开采方法，不使水资源流失。

　　（3）根据具体条件，形成城镇及村庄下充填、条带开采、离层区注浆等保护建筑物及地面的技术；对塌陷的土地则采取复垦或者造景技术。

　　（4）根据经济原则形成矸石在井下的处理技术或者矸石在井上的利用技术。加强煤层内维护巷道技术的矸究。

　　（5）形成煤炭地下气化技术，并矸究其对地下水环境的影响。

　　作者简介：钱鸣高（1932-），男，江苏无锡人，中国矿业大学教授，中国工程院院士。