我國煤炭資源綠色開采及其建議

■ 張學(xué)民/張瀠文

(1.陽泉市煤炭工業(yè)局職工培訓(xùn)中心，山西 陽泉 045000；2.山西陽泉郊區(qū)和泰煤業(yè)有限公司，陽泉 045000；3.北京市豐臺區(qū)建筑市政設(shè)計所，北京 100071)

我國煤炭資源綠色開采及其建議

■ 張學(xué)民1,2/張瀠文3

(1.陽泉市煤炭工業(yè)局職工培訓(xùn)中心，山西 陽泉 045000；2.山西陽泉郊區(qū)和泰煤業(yè)有限公司，陽泉 045000；3.北京市豐臺區(qū)建筑市政設(shè)計所，北京 100071)

文章立足煤炭資源綠色開采的技術(shù)工程層面，系統(tǒng)闡述其內(nèi)涵要義、技術(shù)框架體系、技術(shù)目標和內(nèi)容等，認為煤礦資源的綠色開采是一項復(fù)雜性系統(tǒng)工程，主要涉及開采技術(shù)、環(huán)境保護、資源管理和安全技術(shù)四大關(guān)鍵核心內(nèi)容，并提出了構(gòu)建煤炭資源市場配置機制和深化科技創(chuàng)新與集成應(yīng)用的建議：全面深化改革，探索建立新型高效的煤炭資源市場配置機制和高效資源管理機制；踐行科技創(chuàng)新驅(qū)動的理念，形成一套符合我國特色、成熟可行的綠色開采技術(shù)理論和技術(shù)集成體系。

煤炭資源；綠色開采；技術(shù)體系；建議

黨的十八大明確提出“五位一體”的國家戰(zhàn)略構(gòu)想，推進生態(tài)文明，建設(shè)美麗中國首次上升到國家總體戰(zhàn)略布局中[1]。由于我國能源資源“富煤、貧油、少氣”的賦存特點在短期內(nèi)難以改變，在未來相當長的時間內(nèi)，煤炭作為最安全、最廉價的能源之一，仍將是國家能源安全和經(jīng)濟安全的基礎(chǔ)，是能源結(jié)構(gòu)的核心，是我國經(jīng)濟社會發(fā)展和民生保障的重要支撐[2]?；谶@一形勢研判，以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，研究探索推進煤炭資源的綠色開采問題，是破解能源壓力與推進生態(tài)文明戰(zhàn)略建設(shè)之間矛盾的重要著眼點和切入點[3-4]。為此，國土資源部高度重視綠色礦山建設(shè)，其內(nèi)涵涉及礦產(chǎn)資源的綠色開采理念、綠色規(guī)劃設(shè)計、綠色開發(fā)利用以及地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理等。土地、地質(zhì)、煤炭、環(huán)境等相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者和管理實踐人士也對以礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理、土地復(fù)墾等敏感問題給予了高度關(guān)注[5-9]。區(qū)別于以往，筆者結(jié)合自身多年在基層礦區(qū)的實踐工作經(jīng)驗認知和思考，嘗試研討煤炭資源的綠色開采關(guān)鍵性工程技術(shù)問題，深入剖析煤炭資源綠色開采的時代意義、技術(shù)體系、技術(shù)目標等內(nèi)容，以期構(gòu)建適合我國煤炭資源綠色開采的初步框架體系和技術(shù)路線，從而實現(xiàn)綠色能源、低碳經(jīng)濟的發(fā)展目標，助力美麗中國建設(shè)大計。

1 煤炭資源綠色開采的時代意義與地方實踐

煤炭開采在為社會經(jīng)濟發(fā)展提供能源保障的同時，也對我們的生態(tài)環(huán)境造成了巨大的破壞，并對礦井生產(chǎn)安全及礦區(qū)人民的生計帶來了諸如巖層移動破壞、地表塌陷損害、煤礦瓦斯事故與井下突水事故等一系列威脅[10]。截至2009年，全國損毀土地1.3億多畝。其中，生產(chǎn)建設(shè)活動損毀約1.1億畝，同時每年造成新?lián)p毀的土地約幾百萬畝，其中60%是耕地或其他農(nóng)用地，甚至包括基本農(nóng)田[11]。煤炭開采生產(chǎn)是造成土地損毀的主要生產(chǎn)建設(shè)活動之一，為了保障我國的耕地保護紅線和糧食安全的底線，積極推進煤炭資源的綠色開采，既是順應(yīng)時代潮流的必然選擇，也是唯一可行路徑。

隨著綠色開采理念的深入人心，現(xiàn)代煤礦開采與生產(chǎn)技術(shù)正在不斷研究發(fā)展與更新，一些地區(qū)也開展了大量的實踐探索。據(jù)調(diào)研，山東兗州礦業(yè)集團公司和新汶礦業(yè)集團在綠色開采方面起步較早，可謂獨樹一幟，在全國具有較強的示范效應(yīng)；其中似膏狀井下充填開采技術(shù)、以矸換煤開采煤柱技術(shù)、保水開采等已取得了成熟經(jīng)驗。同時，山西焦煤集團公司、山西煤炭運銷集團公司等大型煤炭集團公司在“十二五”期間對綠色開采也提出了專門的、完整的、科學(xué)的戰(zhàn)略規(guī)劃，包括加大薄煤層和高硫煤的配采技術(shù)、采煤采氣一體化開采技術(shù)、保水開采技術(shù)、矸石井下充填開采技術(shù)、掘沿空留巷和沿空送巷無煤柱開采技術(shù)、加大“三下一上”采煤技術(shù)和邊角煤田、采空巷道煤柱的地下氣化技術(shù)科技研究等，都將為我國全面實施綠色開采戰(zhàn)略，進而實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟、綠色經(jīng)濟、低碳生活、持續(xù)發(fā)展提供大量卓有成效的實踐支撐。

2 煤炭資源綠色開采的內(nèi)涵及技術(shù)框架體系

2.1煤炭資源綠色開采的內(nèi)涵

煤炭綠色開采的理念，是針對煤炭開采中造成煤礦瓦斯事故、井下突水事故、地表沉陷、滑坡、農(nóng)田及建筑設(shè)施的損壞、煤矸石占用良田且造成環(huán)境污染等一系列環(huán)境問題提出的。研究認為，煤炭資源的綠色開采，就是以循環(huán)經(jīng)濟、生態(tài)經(jīng)濟基本理念為總體指導(dǎo)，以綠色能源的標準為基本要求，以實現(xiàn)“精開采、高利用、低排放”為總體目標的一種資源生產(chǎn)、加工、利用的可持續(xù)模式。簡單地講，就是合理利用資源，優(yōu)化技術(shù)，高效、持續(xù)、協(xié)調(diào)的發(fā)展煤炭工業(yè)[12]，減少對環(huán)境的破壞，使煤炭開采對礦區(qū)環(huán)境的擾動量小于區(qū)域環(huán)境容量，實現(xiàn)資源開發(fā)利用最優(yōu)化、經(jīng)濟效益和社會效益的最大化和生態(tài)環(huán)境影響的最小化。

2.2 煤炭資源綠色開采的技術(shù)體系

煤炭資源綠色開采的實質(zhì)是與生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展的開采技術(shù)，核心是安全高效開采，最大限度地提高資源回收率和利用率，減少環(huán)境污染和破壞，控制矸石、礦井水、瓦斯的排放?？傮w結(jié)構(gòu)包括兩個邏輯層次：一是自上而下著眼于技術(shù)導(dǎo)向性理念，技術(shù)體系包含開采、環(huán)境、資源、安全等范疇，具體包括保水開采、煤與瓦斯共采、煤巷支護部分矸石井下處理、放頂煤開采、計算機自動化控制等共10項具體工程內(nèi)容。二是自下而上著眼于問題導(dǎo)向性理念，綠色開采技術(shù)體系聚焦巖層移動、矸石排放、資源丟失和安全四大關(guān)鍵問題，解析出地下資源流失與突水事故、占用農(nóng)田污染環(huán)境、煤礦五大災(zāi)害等8個常規(guī)問題。通過技術(shù)與問題的上下聯(lián)動和呼應(yīng)對接，形成一套科學(xué)、高效、可行的綠色開采的初步技術(shù)體系，詳見圖1。

3 煤礦資源綠色開采的關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容

煤炭資源綠色開采的技術(shù)體系是一個綜合性、系統(tǒng)性工程，主要涉及開采技術(shù)、環(huán)境保護、資源管理和安全技術(shù)四大關(guān)鍵核心內(nèi)容。

3.1 開采技術(shù)

一是加大新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新材料應(yīng)用和科技成果轉(zhuǎn)化力度，鼓勵采用高新技術(shù)和先進適用技術(shù)，發(fā)展綜合機械化采煤技術(shù)，推行壁式采煤，建設(shè)高產(chǎn)高效礦井。二是優(yōu)化礦井開拓和采區(qū)巷道布置設(shè)計，實施井巷支護新技術(shù)應(yīng)用，推廣全煤巷和小煤柱采掘技術(shù)；加大無煤柱開采和井下矸石充填的科技研發(fā)和應(yīng)用。三是加大采煤方法改革和薄煤層開采力度，鼓勵發(fā)展薄煤層機械化開采技術(shù)、井下充填、“三下一上”采煤、邊角煤回收等提高資源回收率的采煤技術(shù)，為全面提高煤炭資源回收率夯實堅強基礎(chǔ)。

3.2 環(huán)境保護

一是優(yōu)化井巷開拓布置方式、采區(qū)巷道布置方案，采用新材料、新工藝和先進的井巷支護方式，盡可能多掘煤巷、少掘巖巷，應(yīng)用井下煤矸石處理技術(shù)，減少煤矸石的產(chǎn)生；消除污染危害，實現(xiàn)保護生態(tài)環(huán)境的目的。二是開展地面煤層氣抽放技術(shù)科研攻關(guān)[13]。采用綜合抽采技術(shù)，提高抽放量和抽放效率。研究低濃度瓦斯回收和利用技術(shù)，減少瓦斯直接排放量，減少霧霾氣象，降低溫室效應(yīng)，保護大氣環(huán)境。三是開展“建筑物（村莊）、鐵路（公路）和水下（河流） 的“三下”采煤技術(shù)科學(xué)研究，采用井下充填條帶開采或離層區(qū)注漿4等保護建筑物技術(shù)，對采空塌陷區(qū)實施土地復(fù)墾技術(shù)，提高煤炭開采回收率和土地復(fù)墾率[14]。

3.3 資源管理

圖1 煤炭資源綠色開采技術(shù)體系

鑒于長期以來煤炭資源領(lǐng)域存在的私挖濫采和采富棄貧、資源丟棄等低效甚至浪費現(xiàn)象，全面提高煤炭資源回收率和利用率，綠色開采技術(shù)首當其沖。一是迫切需要積極引進和研發(fā)先進的煤炭開采和利用新技術(shù)，把綠色開采和潔凈煤產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展、最大限度地減少資源的丟失和浪費作為資源管理工作的重點，使煤炭資源回收和利用率提高到一個新水平。二是明確把握提高資源的回收率和利用率的主要技術(shù)要求，如中厚煤層一次采全，高、厚及特厚煤層采用放頂煤采煤方法，且規(guī)范薄—厚煤層、優(yōu)—劣煤層合理配采法規(guī)政策，依法辦礦，遵規(guī)采礦。三是加快建章立制工作，研究建立資源節(jié)約集約領(lǐng)域和高效管理長效工作機制，用新的體制機制為煤炭綠色開采技術(shù)體系的推廣應(yīng)用保駕護航，實現(xiàn)用制度管礦，用制度管資源[15-17]。

3.4 安全技術(shù)

安全問題始終是煤炭乃至各類資源生產(chǎn)工作的高壓線，必須明確樹立紅線意識和底線思維。當前，建設(shè)數(shù)字化礦井，實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)智能化管理技術(shù)、計算機自動控制和信息技術(shù)、安全在線實時監(jiān)控監(jiān)測技術(shù)等是煤炭開采安全技術(shù)的主體內(nèi)容。目前，國家要求煤礦安全避險必須裝備的監(jiān)測監(jiān)控、人員定位、緊急避險、壓風(fēng)自救、供水施救和通信聯(lián)絡(luò)“六大”系統(tǒng)，為煤礦實行綠色開采、實現(xiàn)安全生產(chǎn)、有效遏制重大事故的發(fā)生提供了強大保障，必須堅持不懈、規(guī)范推進[18]。同時，實施節(jié)能消耗、節(jié)能減排，淘汰落后產(chǎn)能，同樣與綠色開采技術(shù)體系相輔相成、融為一體[19]。

4 煤炭綠色開采的發(fā)展前景展望及建議

綠色開采是人類資源開發(fā)利用進程中的一項重大理念和技術(shù)創(chuàng)新，其重要意義一方面體現(xiàn)為多層次、多角度的技術(shù)集成創(chuàng)新，全面提高以煤炭為代表的各類資源能源開采技術(shù)水平，系統(tǒng)高效地利用資源；另一方面體現(xiàn)為從系統(tǒng)論和運籌學(xué)的綜合廣義視角，全面審視煤層氣、地下水、土地、煤矸石等可用資源，最大限度地發(fā)揮資源特別是煤炭資源的綜合效益，市場前景廣闊。但由于我國煤炭行業(yè)整體技術(shù)水平較低，存在長期走粗放型發(fā)展模式的慣性思維，資源生產(chǎn)集約化程度很低，客觀地講，距離綠色開采的技術(shù)標準和內(nèi)容要求仍有一定的距離。為此，結(jié)合我國實際，提出如下建議。

一是充分借助深入貫徹落實十八屆三中全會《決定》精神，全面深化改革的歷史機遇，從思想理念和體制機制入手，探索建立新型高效的煤炭資源市場配置機制和高效資源管理機制。主要包括：(1)妥善處理好政府和市場的關(guān)系，加快推進資源性產(chǎn)品價格改革，完善反映市場供求關(guān)系、資源稀缺程度、環(huán)境損害成本的生產(chǎn)要素和資源價格形成機制，從體制機制厘清政府和市場的邊界，發(fā)揮使市場在資源配置中起決定性作用和政府宏觀調(diào)控作用，解決資源高效配置的難題。(2)樹立資源綠色開發(fā)利用的新型價值觀，優(yōu)先在資源環(huán)境重點保護地區(qū)探索建立資源環(huán)境資產(chǎn)負債表，將其試點納入領(lǐng)導(dǎo)干部離任審計和目標責(zé)任考核工作體系。(3)加強國內(nèi)外交流合作的廣度和深度，積極借鑒國際成功經(jīng)驗和做法，探索資源節(jié)約集約利用和高效管理的新模式，為經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)的資源基礎(chǔ)保障。

二是踐行科技創(chuàng)新驅(qū)動的理念，加大科技投入和科研攻關(guān)，盡快形成一套符合我國特色、成熟可行的綠色開采技術(shù)理論和技術(shù)集成體系。具體包括：(1)創(chuàng)新探索應(yīng)用煤與瓦斯協(xié)調(diào)開采系統(tǒng)，采用“采煤—采氣一體化”的煤炭開發(fā)模式，合理抽采、變害為利，搞好瓦斯治理和綜合利用，是實現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)的重要途經(jīng)。(2)立足地層條件和水文地質(zhì)條件等，探索合理的保水開采方法，實現(xiàn)采煤采水一體化開采模式，減小煤炭開采過程中的水資源破壞，有效確保水資源的合理開發(fā)和利用。(3)開展“建筑物下、鐵路公路下、水體下和承壓水體上”的“三下一上”采煤技術(shù)科技攻關(guān)，采用井下充填條帶開采或離層區(qū)注漿等保護建筑物技術(shù)，采取對采空塌陷區(qū)的土地復(fù)墾技術(shù)，提高煤炭開采回收率，有效保護生態(tài)環(huán)境。(4)研發(fā)矸石井下處理技術(shù)或地面矸石利用技術(shù)，加強煤層巷道維護技術(shù)研究，減小礦山矸石排放量，推廣潔凈煤技術(shù)，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)和利用。(5)加強煤炭地下燃燒過程控制技術(shù)集成研究，使煤炭地下氣化盡快形成工業(yè)化規(guī)模，是加快煤炭開采新技術(shù)科技研發(fā)的主攻方向和煤炭工業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的必然選擇。

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Proposals for Green Mining of Coal Resources in China

ZHANG Xuemin1,2, ZHANG Yingwen3
(1. Employee Training Center of Yangquan Coal Industry Bureau, Yangquan, Shanxi 045000, China; 2, Yangquan Suburban Hetai Coal Co., Ltd. of Shanxi, Yangquan 045000, China; 3 Municipal Building Designing Institute of Fengtai District Beijing, Beijing 100071, China)

Through systematically explaining the technical framework system, technical target and content in relation to green mining of coal resources, this paper argues that this green coal mining technology is a systems engineering with complexity, which involves mining technology, environmental protection, resource management, and security technology. On this basis, this paper proposes some measures for establishing market allocation mechanism of coal resources, and deepening the innovation of science and technology and integrated applications. This means that we will comprehensively deepen reform and opening up, fulfill the notion of driving economic development through innovation and technology, and work to establish green mining technology theory and technology integration framework that is in line with the characteristics of China, and is mature and feasible.

coal resources; green mining; technology system; advice

F407.21；F062.1

C

1672-6995（2014）09-0025-04

2014-08-20；

2014-09-09

山西焦煤集團“十二五”循環(huán)經(jīng)濟規(guī)劃暨實施方案——煤炭綠色開采和潔凈煤產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項規(guī)劃項目

張學(xué)民(1955-)，男，山西省永濟市人，陽泉市煤炭工業(yè)局職工培訓(xùn)中心高級工程師，大學(xué)本科，長期從事煤礦工程宏觀戰(zhàn)略研究和煤礦開采技術(shù)工作。