煤礦綠色開采技術(shù)

1、煤礦綠色開采技術(shù)2008-09-23 21:58摘要:提出了煤礦綠色開采的概念，闡述了它的內(nèi)涵和技術(shù)體系.綠色開采的理論 基礎(chǔ)為:開采后巖層中的關(guān)鍵層運(yùn)動(dòng)形成的節(jié)理裂隙與離層規(guī)律以及瓦斯與地下 水在破斷巖層中的滲流規(guī)律.綠色開采技術(shù)的主要內(nèi)容包括：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)與部分殲石的 井下處理、煤炭地下氣化等.關(guān)鍵詞:綠色開采;關(guān)鍵層理論；巖層移動(dòng)；綠色開采技術(shù)體系1煤礦綠色開采的提出黨的十六大報(bào)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，我 們必須充分考慮我

2、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(dòng)規(guī)律重構(gòu)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)1,將經(jīng)濟(jì)活動(dòng)高效有序地組織成一個(gè)“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(dòng)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(gè)工業(yè)部門去實(shí)現(xiàn).對礦業(yè)來說就是要實(shí)現(xiàn)“綠

3、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”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(dòng)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，砰石堆積，使河川徑流量減少，以及地下水 供水水源十枯，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)是為了使我們正視開采對環(huán)

4、境造成的影響和破壞，并有活醒的認(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，井工開采以地表塌陷和石干石山壓占為主，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)行的人為疏十排水和采動(dòng)形成 的導(dǎo)水裂隙對煤系含水層的自然疏十，破壞了地下水資源.同時(shí)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.以山西省為例，1949-1998年共生產(chǎn)原煤56億多噸，地面塌陷破壞面積達(dá) 100多萬畝，其中40耕地.研石山占地3萬多畝

5、，至1998年煤炭地下采空面 積達(dá)1 300 km2（全省面積的1寫）.采煤破壞地下水4. 2億m3/a ,地表水逸流減 少，導(dǎo)致井水水位下降或斷流共計(jì) 3 218個(gè)，影響水利工程433處、水庫40座、 輸水管道793. 89 km;造成1678個(gè)村莊，81.2715萬人，10. 824 1 萬頭牲畜 飲水困難.使本來缺水的山西環(huán)境受到進(jìn)一步破壞.平均每采萬噸原煤造成塌陷 土地0. 2 hm 2,每年新增塌陷地約 2萬hm2.礦井瓦斯即煤層氣，它是比CO弛嚴(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(jì)，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

6、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(shí)瓦斯乂是最 好的活潔能源，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.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 以至于煤砰石以及在煤層附近的其他礦床，都應(yīng)該是經(jīng)營這個(gè)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

7、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(huì)效益.根據(jù)煤礦中土地、地下水、瓦斯以及砰石排放等，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)

8、;4） 煤層巷道支護(hù)技術(shù)與減少殲石排放技術(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。巖層移動(dòng)瓦斯卻壓流動(dòng)與 瓦斯事st排放 瓦斯污染環(huán)境煤Lj瓦斯共采條帶與充填耳采、高層 注漿減沉煤巷支護(hù) 部分科石 井下姓理t煤炭地下氣化躁色開來圖1煤礦綠色開采技術(shù)體系Fig. The r匏n technical system in coal mining開采引起環(huán)境與主要安全問題的發(fā)生都與開采后造成的巖層運(yùn)動(dòng)有關(guān)（巖體不破壞上述問題都不會(huì)發(fā)生），因此，綠色開采的重大基礎(chǔ)理論為：1）采礦后巖層 內(nèi)的“節(jié)理裂隙場”分布以及離層規(guī)律；2）開采對巖層與地表移動(dòng)的影響規(guī) 律；3）水與瓦斯

9、在裂隙巖體中的滲流規(guī)律；4）巖體應(yīng)力場分布規(guī)律及巖層控制技 術(shù).3巖層控制的關(guān)鍵層理論采場老頂巖層“砌體梁”結(jié)構(gòu)模型是針對開采過程中的礦山壓力控制而提 出來的.近年來，為了解決巖層控制中更為廣泛的問題，提出了巖層控制的關(guān)鍵 層理論2-4.關(guān)鍵層理論提出的目的是為了研究覆巖中厚硬巖層對層狀礦體開 采中節(jié)理裂隙的分布及其對瓦斯抽放與突水防治以及對開采沉陷控制等的影響.3.1相鄰硬巖層間相互作用的復(fù)合效應(yīng)關(guān)鍵層復(fù)合破斷研究表明，一定條件下相鄰兩層關(guān)鍵層會(huì)同步破斷.如假設(shè)相鄰兩關(guān)鍵層巖性相同，厚度分別為hl, h2,各自承擔(dān)的巖層組厚度分別為2 h2, Z h3,則按梁的破斷距計(jì)算公式可導(dǎo)出hl與h2

10、同時(shí)垮落應(yīng)滿足的條件為2 h3+h2= （ 2 h2+h1）（h2/h1） 2（1）例如:h2是h1的2倍，WJ Z h3 + h2只要等丁或大丁 Z h2 + h1的4倍， h2和h1將同時(shí)垮落.此時(shí)，雖然h2遠(yuǎn)大丁 h1,但上部關(guān)鍵層將不會(huì)產(chǎn)生離層. 3. 2關(guān)鍵層初次破斷前的離層與采動(dòng)裂隙“O'形圈1）沿工作面推進(jìn)方向，關(guān)鍵層下離層動(dòng)態(tài)分布呈現(xiàn)兩階段發(fā)展規(guī)律：即關(guān)鍵 層初次破斷前，隨著工作面推進(jìn)，離層量不斷增大，最大離層位丁采空區(qū)中部.關(guān)鍵層初次破斷后，關(guān)鍵層在采空區(qū)中部離層趨丁壓實(shí)，而在采空區(qū)兩側(cè)仍各自保持一個(gè)離層區(qū).工作面?zhèn)鹊碾x層區(qū)是隨著工作面開采而不斷前移的，工作面?zhèn)?離層

11、區(qū)最大高度僅為關(guān)鍵層初次破斷前最大離層量的1/3 1/4（參見圖2）.從平面看，在采空區(qū)四周存在圖3所示一沿層面橫向連通的離層發(fā)育區(qū)， 稱之為采動(dòng) 裂隙“O'形圈.圖2關(guān)鍵層破斷前后高層分布Fig* 2 The bed sepnratinn distribution wht-n i he key stratum brrak采塑區(qū)指走向氐度圈3采動(dòng)裂隙分布的形圖Fig. 3 The O-haped circle of the mining-induced fractures 黑中It字為離層率Efv陽回摩左兇乎我2）沿頂板高度方向，隨工作面推進(jìn)離層呈跳躍式由下往上發(fā)展.首先，第1層業(yè)關(guān)鍵

12、層下出現(xiàn)離層，當(dāng)其破斷后其下離層呈“O'形圈分布；此時(shí)，上部第2層業(yè)關(guān)鍵層下出現(xiàn)離層，當(dāng)其破斷后其下離層呈“O'形圈分布，如此發(fā)展直至主關(guān)鍵層.3）貫通的豎向裂隙是水與瓦斯涌人工作面的通道， 對“導(dǎo)氣”裂隙發(fā)育動(dòng)態(tài) 過程的研究表明，在開采初期，下位關(guān)鍵層的破斷運(yùn)動(dòng)對 “導(dǎo)氣”裂隙從下往上 發(fā)展的動(dòng)態(tài)過程起控制作用，導(dǎo)氣裂隙高度由下往上發(fā)展是非均速的，隨關(guān)鍵層的破斷而突變 .當(dāng)采空區(qū)面積達(dá)一定值后，“導(dǎo)氣”裂隙的分布也同樣呈“O'形圈特征，它是正?；夭善陂g鄰近層卸壓瓦 斯流向采空區(qū)的主要通道.上述成果對對“注漿減沉”及“卸壓瓦斯抽放”的鉆孔布谿起指導(dǎo)作用.3.3關(guān)鍵層對地

13、表移動(dòng)的影響實(shí)驗(yàn)及實(shí)測研究結(jié)果都證明5,主關(guān)鍵層對地表移動(dòng)過程起控制作用，主 關(guān)鍵層的破斷將導(dǎo)致地表快速下沉，地表下沉速度隨主關(guān)鍵層周期性破斷而呈現(xiàn) 跳躍性變化.關(guān)鍵層破斷后對地表變形的影響將與表土層的厚度有關(guān) .從而形成 基丁關(guān)鍵層理論的建筑物下采煤設(shè)計(jì)新原則.4綠色開采技術(shù)的主要內(nèi)容4.1開采對地下水分布的影響煤層開采后，隨著關(guān)鍵層的破斷，在該區(qū)域內(nèi)地下水將形成下降漏斗 .地下 水位能否恢復(fù)，則決定丁隨著工作面的推進(jìn)，上覆巖層中是否有軟弱巖層 （事實(shí) 上它是研究地下水滲漏的“關(guān)鍵層”）經(jīng)重新壓實(shí)導(dǎo)致裂隙閉合而形成隔水帶.若有隔水帶，則隨著雨水的再次補(bǔ)給，下降漏斗也將隨之消失.它對地面生態(tài)的

14、影響則決定丁漏斗形成與消失的時(shí)間間隔.淮北礦區(qū)沖積層中的第四含水層（簡稱四含）與煤系地層相連，煤層開采后四 含水位持續(xù)下降，形成了多個(gè)水位降落漏斗.目前淮北臨渙礦區(qū)四含水位下降范 圍已達(dá)40 km2,造成了四含水資源的永久破壞.以臨渙礦西風(fēng)井85-02四含水文 觀測孔為例,1985年水位是97. 2 m, 2001年水位降至205.8 m,16年間水位下 降了 108. 6 m.實(shí)際觀測表明，含水層的水位下降與開采形成的導(dǎo)水裂隙通道緊密相關(guān).圖4為淮北朱仙莊礦84-15四含水文觀測孔水位變化曲線，2000年3月以前水位緩 慢下降，200。年3月開始84-15鉆孔鄰近的84采區(qū)開采，導(dǎo)致了鉆孔水

15、位的急 劇下降.黃縣煤礦在進(jìn)行含水砂層下采煤試驗(yàn)中， 在1201面沿走向布谿一組觀測 鉆孔，在回采前后及整個(gè)回采過程中進(jìn)行了為期一年的水位觀測，結(jié)果如圖5及表1所示6.由表1可見，水位降與鉆孔孔底到開采煤層距離有關(guān).由圖5可 見，孔1水位短暫變化后水位恢復(fù)原狀，而孔 2,孔3,孔4,孔5的水位下降 后有所恢復(fù)，但在觀測期未能恢復(fù)原狀，而孔6則完全漏失了 .因此，為了保護(hù)地下水資源，形成的保水開采技術(shù)應(yīng)能使地下水位僅發(fā)生孔1所示的變化.圖4朱仙莊煤04-15四含說測孔水位變化Hg. 4 The water level change of the ourtb aquifer in 84 I 酣 b

16、ort- oJ obwm酗、叫bore of the ZhuxisnxhuAnc collier/ ;« 1 H舞媒礦1701工作面晚爵孔水位動(dòng)態(tài)' tWr walrfde*elupvrnt In Ibrt*rr iWt 1?Q1 workatKlh»cdlkf jR 9>I>* _-X3| §20 . 5】盤9水做功缶fr ft斯登化<rt(tnu, IP16. I 12，年 197313I。以怦” igw1474197419741*74Q?4月 4 710101 4 7hH0l 4 7 1010 4 710101 4 Till H 7

17、圖5跋縣煤礦125工作而逆孔水信動(dòng)忘F，r. S The wai<?r levc* dcvclupmcnt in the ohrvACiutil2i« 1201 wurkitig ffice of the Huangxian cotbtry用喪承工作面在通過鉆億iE下方的時(shí)間在一般地區(qū)要把地下水視為資源，在我國西北地區(qū)必須形成保水開采技術(shù)， 即開采后地表水暫時(shí)形成下降漏斗仍能恢復(fù)到原來狀態(tài)的開采技術(shù).另外還應(yīng)該 進(jìn)一步觀察和研究水位變化對地表生物根系的影響.對丁底板承壓水的防治，也 同樣應(yīng)遵循綠色開采原則.4.2建筑物下采煤與減沉技術(shù)1）基丁關(guān)鍵層理論的建筑物下采煤設(shè)計(jì)新原則基

18、丁巖層控制的關(guān)鍵層理論提出，可將保證覆巖主關(guān)鍵層不破斷失穩(wěn)作為建 筑物下采煤設(shè)計(jì)的基本原則.為了保證建筑物下采煤既具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，同 時(shí)乂確保地面建筑物不受到損害，關(guān)鍵在丁根據(jù)具體條件下覆巖結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵層特 征來研究確定合理的減沉開采技術(shù)及參數(shù).2）離層注漿減沉技術(shù)確定覆巖中的關(guān)鍵層位谿，掌握其離層與破斷特征參數(shù)，是注漿減沉技術(shù)應(yīng) 用可行性分析、鉆孔布谿與注漿工藝設(shè)計(jì)及減沉效果評價(jià)的基礎(chǔ)7.關(guān)鍵層初次破斷前的離層區(qū)發(fā)育、離層量大，易丁注漿充填 ；而一旦關(guān)鍵層 初次破斷后，關(guān)鍵層下離層量明顯變小，僅為關(guān)鍵層初次破斷前的1/3-1/4（參見圖2），注漿難度增加.因此，離層注漿必須在關(guān)鍵層臨初次破

19、斷前進(jìn)行 .鉆孔 布谿及最佳的注漿減沉效果應(yīng)保證關(guān)鍵層始終不發(fā)生初次破斷 .4.3采空區(qū)充填開采技術(shù)采空區(qū)充填開采技術(shù)是綠色開采技術(shù)的重要組成部分，尤其在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū) 解決建筑物下開采更應(yīng)受到重視.從理論上來說，充填采礦是解決煤礦開采環(huán)境 問題的理想途徑，但由丁目前充填采礦的成本相對偏高，限制了該項(xiàng)技術(shù)在煤礦的試驗(yàn)與應(yīng)用.在市場經(jīng)濟(jì)條件下，充填技術(shù)的關(guān)鍵是充填材料的選取及如何降低成本.另外就是充填技術(shù)本身，它應(yīng)該包括充填系統(tǒng)與開采系統(tǒng)的協(xié)調(diào)；充填運(yùn)輸系統(tǒng)的 暢通；充填后材料的力學(xué)特性等.順利解決上述問題將根本改變將來我國經(jīng)濟(jì)發(fā) 達(dá)區(qū)域的開采技術(shù).為了降低充填成本，基丁巖層控制的關(guān)鍵層理論，提出

20、了部 分充填（條帶充填）控制開采沉陷的思路:僅充填部分采空區(qū)，只要保證未充填采 空區(qū)的寬度小于覆巖主關(guān)鍵層的初次破斷跨距，且充填條帶能保持長期穩(wěn)定，就 可有效控制地表沉陷.4.4煤與瓦斯共米我國煤層普遍具有變質(zhì)程度高、滲透率低和含氣飽和度低的特點(diǎn)，70咖上煤層的滲透率小于1X 10-3 n2,這對我國開展煤層瓦斯采前預(yù)抽是極為不利 的.正因?yàn)槿绱耍覈雁@的200多口采前地面煤層氣井中，穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)井很少， 單井產(chǎn)量超3000 m3/d的也只有約30 口 8.實(shí)踐表明，一旦煤層開采引起巖層 移動(dòng)，即使是滲透率很低的煤層，其滲透率也將增大數(shù)十倍至數(shù)白倍， 為瓦斯運(yùn) 移和抽放創(chuàng)造了條件.因此若在開采時(shí)

21、形成采煤和采瓦斯兩個(gè)完整的系統(tǒng)，即形 成“煤與瓦斯共采”技術(shù)則不僅有益礦井的安全，而且采出的還是潔凈能源.因此在開采高瓦斯煤層的同時(shí)，利用巖層運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)將煤層氣開采出來將是我國煤 層氣開發(fā)的一條重要途徑.在“煤與瓦斯共采”技術(shù)方面，巖層運(yùn)動(dòng)中的關(guān)鍵層理論所得出的節(jié)理裂隙場分 布、離層規(guī)律將對上鄰近層瓦斯動(dòng)態(tài)涌出與下解放層開采最大卸壓高度的影響等 瓦斯抽出技術(shù)有重要參考作用9.4.5煤巷支護(hù)技術(shù)與減少砰石排放采礦引起的砰石排放對環(huán)境形成影響，而減少砰石排放的主要措施是將巷道 設(shè)谿在煤層內(nèi).巷道維護(hù)是煤礦的永恒主題.過去，鑒于煤巷圍巖是大變形且不可 抗拒，因此維護(hù)原理是：“大斷面預(yù)留量-可縮性支架

22、-巷旁充填”.目前推行錨 桿支護(hù)，首先是能否在煤巷中全面使用錨桿支護(hù).顯然，我們要形成“應(yīng)力場測 定-數(shù)值計(jì)算-支護(hù)設(shè)計(jì)-現(xiàn)場測定”完整技術(shù)以及煤巷錨桿支護(hù)理論.例如， 沿空巷道的維護(hù)方式與采動(dòng)后巖體內(nèi)的應(yīng)力重新分布及關(guān)鍵層的破斷和形成的 結(jié)構(gòu)有關(guān).而且直接影響支護(hù)參數(shù)的選擇（例如錨桿不完全受拉而是受剪切），因 而要形成抗剪切錨桿.砰石不上井涉及到煤巷維護(hù)問題，而且隨著采深的增加，巖石巷的開掘?qū)⒉?可避免.因此砰石不上井就存在一個(gè)研石井下處理系統(tǒng)，結(jié)果是成本如何？另一種 考慮能否將研石在地面處理，變廢為寶，如變?yōu)榻ㄖ牧?，充填材料等，終究砰 石的地面處理要比井下處理簡單得多.應(yīng)該說，在經(jīng)濟(jì)原則

23、下砰石的井下處理是綠色采礦問題.而砰石的井上處理 就像地面復(fù)懇一樣是環(huán)境治理問題，不屆于綠色開采技術(shù) 4.6煤炭地下氣化煤炭地下氣化是一種整體綠色開采技術(shù).它是將地下煤炭通過熱化學(xué)反應(yīng)在 原位將煤炭轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w的技術(shù)，是對傳統(tǒng)采煤方式的根本性變革.不僅極大地減少了井下工程及艱苦作業(yè)，而且消除了煤炭開采對環(huán)境的污染和煤炭燃燒對 生態(tài)環(huán)境的不利影響和危害.煤炭地下氣化技術(shù)在近10余年來經(jīng)余力教授等的實(shí)踐積累了一定的經(jīng)驗(yàn)， 為今后發(fā)展我國煤炭地下氣化打下了良好技術(shù)基礎(chǔ).今后地下氣化技術(shù)應(yīng)解 決：1）提高熱值和生產(chǎn)適合于用戶的氣體；2）建立起一套行之有效的測控系統(tǒng)，重 點(diǎn)放在燃燒位谿和燃燒速度的控制

24、技術(shù)上；3）燃燒后地下氣化爐體結(jié)構(gòu)變化及地 面沉降狀況的研究；4）如何使地下煤炭氣化產(chǎn)生的致癌物質(zhì)苯和酚不擴(kuò)散、不污 染和蠹化地下水資源.其次是如何處理燃燒形成的大量二氧化碳對空氣的污染.否則煤炭地下氣化就失去了綠色開采的意義.5結(jié)語綠色采礦首先要將巖層運(yùn)動(dòng)對工作面的影響轉(zhuǎn)為研究開采后巖層運(yùn)動(dòng)對巖體內(nèi)形成空隙的影響，以及瓦斯、地下水的滲流規(guī)律.另外，幾個(gè)重要標(biāo)志是：1) 將瓦斯作為資源，變害為利，在采煤的同時(shí)形成地面或井下瓦斯共同開采系統(tǒng)；2) 根據(jù)巖層的組成，確定保水采煤的地層判別以及相宜的開采方法；3) 根據(jù)具體條件，形成充填、條帶開采、離層區(qū)注漿等保護(hù)建筑物及地表的技術(shù)； 對東部發(fā)達(dá)地區(qū)

25、城鎮(zhèn)下采煤，充填與條帶開采是必然的選擇，因而如何降低充填 成本與提高充填技術(shù)是科學(xué)研究的方向；4) 形成在煤層內(nèi)維護(hù)巷道的技術(shù)，減少砰石排放量；5) 形成煤炭地下氣化技術(shù)，并研究其對地下水環(huán)境的影響.參考文獻(xiàn)：1 中國科學(xué)院可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略組.中國現(xiàn)代化進(jìn)程戰(zhàn)略構(gòu)想M.北京：科學(xué)出版 社，2002.2 錢鳴高，繆協(xié)興，許家林.巖層控制中的關(guān)鍵層理論研究J ?煤炭學(xué)報(bào)， 1996,21(3):225-230.3 許家林.巖層移動(dòng)與控制的關(guān)鍵層理論及其應(yīng)用D.徐外I：中國礦業(yè)大學(xué)，1999.4 錢鳴高，繆協(xié)興，許家林，等.巖層控制的關(guān)鍵層理論M.徐州：中國礦業(yè)大 學(xué)出版社，2000.5 許家林，錢鳴

26、高.關(guān)鍵層運(yùn)動(dòng)對覆巖及地表移動(dòng)影響的研究J.煤炭學(xué)報(bào)， 2000,25(2)：122-126.6 劉天泉.煤礦地表移動(dòng)與覆巖破壞規(guī)律及其應(yīng)用M.北京:煤炭工業(yè)出版社， 1981.146-147.7 許家林，錢鳴高.覆巖注漿減沉鉆孔布谿的研究J;中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998, 23(2)：28-30.8 黃盛初，朱超，劉馨，等.中國煤礦區(qū)煤層氣開發(fā)產(chǎn)業(yè)化前景A.煤炭信息研究院主編.2001年煤礦區(qū)煤層氣項(xiàng)目投資與技術(shù)國際研討會(huì)論文集C.上海:2001,11,5 一 119 許家林，錢鳴高.地面鉆井抽放上覆遠(yuǎn)距離卸壓煤層氣試驗(yàn)研究J.中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000, 29(1):綠色開采技術(shù)研究中心隸屬

27、于中關(guān)村能源與安全科技園與中國礦業(yè)大學(xué)留學(xué)創(chuàng)業(yè)園，以北京礦大能源安全科技有限公司為平臺建立起來的集 研究與開發(fā)、技術(shù)支持與工程應(yīng)用為核心的產(chǎn)、學(xué)、研一體化中心。中 心主要從事資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)的綠色礦山”應(yīng)用技術(shù)研究，通過技術(shù)研究與項(xiàng)目實(shí)踐對礦山開采產(chǎn)生的各種廢棄物進(jìn)行合理處置與 利用，實(shí)現(xiàn)真正意義上的綠色開采”。綠色開采的意義井下砰石直接回填處理可消除地面砰石山，減少侵占農(nóng)田，變害為 利；減少了對大氣和環(huán)境污染；消除砰石山坍塌或引爆危及人類的事故 隱患。砰石井下充填和綜合利用，加固的砰石帶作為地下結(jié)構(gòu)支撐體， 既可 回收部分建下煤炭資源，又可部分解決或降低地面沉降和塌陷問題，其 學(xué)術(shù)理

28、論研究意義重大，社會(huì)效益巨大。中心主要技術(shù)研究內(nèi)容1. 煤礦三下開米方式及工藝2. 充填方式選擇3. 巷道充填技術(shù)4. 采空區(qū)充填技術(shù)5. 砰石充填技術(shù)與工藝6. 砰石或其他介質(zhì)力學(xué)性能7. 各種充填方式關(guān)鍵技術(shù)及裝備8. 充填區(qū)域礦壓顯現(xiàn)規(guī)律9. 地表沉陷預(yù)測與觀測三下開采1. 三下開采研究內(nèi)容(1) 水體下開采。主要包括江河、湖海、水庫等地表明水體，松散層 含水體和砂巖、石灰?guī)r含水層等基巖含水體。(2) 建筑物下開采。如城鎮(zhèn)建筑物、民房、工農(nóng)業(yè)建筑、公路、橋梁 等。(3) 鐵路下開米。如國家級鐵路、礦區(qū)專用鐵路等。2. 三下開采意義：據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國國有煤礦三下壓煤達(dá)137億噸，許多礦 區(qū)可采

29、資源瀕臨枯竭，甚至新建、擴(kuò)建礦井也面臨嚴(yán)重的三下壓煤問題。解放三下煤景是我國煤炭行業(yè)面臨的重大研究課題，也是綠色開采體系中的重要內(nèi)容之一。3. 三下問題解決方法：巷道充填與采空區(qū)充填開采能較好地解決三下壓 煤和其它煤柱呆滯資源，并且能安全回收常規(guī)方法無法采出的煤炭，提 高煤炭資源采出率，實(shí)現(xiàn)砰石零排放、減輕塌陷災(zāi)害，同時(shí)緩解礦山壓 力和巖層移動(dòng)，提高礦井安全水平。巷道充填1. 巷道布置設(shè)計(jì)與工藝2. 拋砰技術(shù)工藝3. 密實(shí)技術(shù)1-可伸縮機(jī)頭 2-儲帶自動(dòng)張緊部 3-機(jī)身4-機(jī)尾5-調(diào)平、調(diào)偏機(jī)構(gòu)6 -底架總成 7-回轉(zhuǎn)工作臺8-履帶行走機(jī)構(gòu) 9-驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)10-拋射皮帶（六）采空區(qū)充填1. 架后

30、高位注式刮板輸砰充填2. 上端頭自流充填3. 地面漿體充填4. 采區(qū)設(shè)計(jì)與采空區(qū)處理技術(shù)摘要：介紹了煤炭開采對環(huán)境造成的破壞， 分析了推廣綠色開采技術(shù)的必要 性及可行性。關(guān)鍵詞：環(huán)境、危害、健康、綠色開采技術(shù)煤炭工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。根據(jù)我國的能源資源狀況，煤炭作為 我國最重要的一次能源，在未來 20年內(nèi)，其在能源構(gòu)成中的主體地位將不會(huì)改 變。目前煤炭經(jīng)濟(jì)正高速發(fā)展，2005年全國煤炭產(chǎn)量達(dá)到了 19億噸。但在繁榮 的同時(shí)，還帶來一系列十分嚴(yán)峻的社會(huì)問題， 其中之一就是煤炭開采對環(huán)境的影 響。煤炭開采對環(huán)境造成的破壞主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：一、對土地資源的破壞和占用。煤炭開采對土地資源

31、的破壞損害，以井工開 米為例：1、煤炭開采造成巖層移動(dòng)破壞，引起巖層中水與瓦斯的流動(dòng)，導(dǎo)致煤礦瓦斯事故與井下突水事故。同時(shí)，煤炭開采乂直接影響到地下水的流失，甚至引起土地沙漠化。據(jù)測算，煤炭開采全國平均煤水代價(jià)是2噸，最高達(dá)47噸，煤礦排 水量已占北方地區(qū)巖溶水資源的19%利用率僅有30%2、煤炭開采引起巖層移動(dòng)，進(jìn)而造成地表沉陷，導(dǎo)致農(nóng)田、建筑設(shè)施的損壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，全國因煤炭開采引起的破壞和占壓土地43萬公頃，平均每采萬噸煤塌陷土地0.2公頃，每年新增塌陷地約2萬公頃。3、煤炭開采排出的堆積在地面的砰石，占用了大量的土地。如果放任煤砰石的堆放，不僅壓占大量土地，影響生態(tài)環(huán)境。如果煤砰山堆存

32、方式不當(dāng)，還可 發(fā)生塌方、垮塌、崩塌等災(zāi)害事故。以山西為例，19491998年間山西共產(chǎn)原煤56億多噸，地面塌陷破壞土地面積達(dá) 100多萬畝，其中40%!耕地，砰石山 占地3萬多畝。二、對大氣環(huán)境的污染。主要來自礦井排出的瓦斯和煤砰石自燃所形成的廢 氣。煤礦瓦斯防治是煤礦安全的重中之重。我國一直采用被動(dòng)排放瓦斯的抽排法。 然而瓦斯的溫室效應(yīng)是二氧化碳的 22倍，對臭氧層的破壞是一氧化碳的 7倍， 被動(dòng)排放不僅浪費(fèi)了資源，也加重了環(huán)境污染。因煤砰石中含有一定的可燃物， 在一定條件下會(huì)發(fā)生自燃，排放出二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物和煙塵等有害 氣體，污染大氣環(huán)境，全國1500座砰石山中有140座在自

33、燃，嚴(yán)重影響到礦區(qū) 居民的身體健康。綠色開采技術(shù)與煤礦工業(yè)的健康發(fā)展為解決煤炭開采“后遺癥”，企業(yè)、政府投入了大量的資金用于砰山、塌陷 區(qū)、水資源等方面的治理與開發(fā)，也取得了一些可喜的成績。例如利用劣質(zhì)煤和 煤砰石發(fā)電、制磚，對塌陷區(qū)的復(fù)墾和砰山景觀化等。 但以上措施對于煤炭開發(fā) 與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展來講僅僅是治其標(biāo)不治本。要從根本上解決煤炭開采與環(huán)境 的協(xié)調(diào)問題，就是要積極探索、發(fā)展綠色開采新技術(shù)。那么什么叫“綠色開采” ？“綠色開采”是由中國工程院院士錢鳴高提出來的新理念與新技術(shù)。煤礦綠色開采是從廣義資源的角度上來認(rèn)識和對待煤、瓦斯、水、砰石、土地、拌生礦產(chǎn)等一切可以利用的各種資源。通過綠色

34、開采技術(shù) 的應(yīng)用，使煤炭開采對礦區(qū)環(huán)境的擾動(dòng)量小于區(qū)域環(huán)境容量，實(shí)現(xiàn)資源開發(fā)利用最優(yōu)化和生態(tài)環(huán)境影響最小化?！熬G色開采技術(shù)”主要包括：1、控制地表沉陷開采技術(shù)。近白年來逐漸發(fā)展形成了包括充填開采、聯(lián)合開采、協(xié)調(diào)開采、條帶開采、房柱式開采和離層區(qū)注漿等多種開采方法。充填開 采法在波蘭、德國應(yīng)用較多，主要采用水力和風(fēng)力充填方式， 將河砂、煤砰石和 電廠粉煤灰等充填材料對進(jìn)行采空區(qū)充填，充填后地表下沉系數(shù)為0.10.2。波蘭采用條帶開采配合使用水砂材料充填采空區(qū)，在控制地表下沉方面取得了好 的效果，已經(jīng)成功地開采了多座城市下的煤炭資源，采出率為45.860%,地表下沉系數(shù)為0.0090.036。以房柱式開采法控制地表沉陷主要應(yīng)用在美國、澳大利業(yè)等國家，其煤炭采出率一般5060%地表下沉系數(shù)為0.350.68。膏體 充填技術(shù)是七十年代末在德國金屆礦山發(fā)展起來的，九十年代初應(yīng)用在煤礦進(jìn)行 工作面采空區(qū)的充填。該項(xiàng)技術(shù)所具有的技術(shù)優(yōu)勢和良好效果在