關(guān)鶴偉

（義馬煤業(yè)集團(tuán)義海能源有限責(zé)任公司，青海 海西州 817200）

一、前言

如何使露天煤礦的開(kāi)采能夠?qū)崿F(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的可持續(xù)發(fā)展，是當(dāng)今國(guó)際熱點(diǎn)討論的課題，要想實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，就必須走綠色開(kāi)采之路，節(jié)能優(yōu)先，進(jìn)一步改善能源結(jié)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)與能源的同步發(fā)展。

二、露天煤礦綠色開(kāi)采的含義

習(xí)總書(shū)記提出的建設(shè)生態(tài)文明是關(guān)系人民福祉、關(guān)乎民族未來(lái)的大計(jì)，是實(shí)現(xiàn)中國(guó)夢(mèng)的重要內(nèi)容：“我們既要綠水青山，也要金山銀山。寧要綠水青山，不要金山銀山，而且綠水青山就是金山銀山”。

露天煤礦綠色開(kāi)采，基本出發(fā)點(diǎn)是從露天煤礦開(kāi)采布局，采剝的工作面設(shè)計(jì)等角度防止或盡可能減輕開(kāi)采露天煤礦對(duì)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、環(huán)境效益和社會(huì)效益。

露天煤礦綠色開(kāi)采對(duì)環(huán)境的破壞要從科學(xué)技術(shù)角度和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)方面更加重視。主要表現(xiàn)在：首先要根據(jù)煤田的位置和煤層的賦存情況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)和周邊的環(huán)境情況，科學(xué)合理做好初步設(shè)計(jì)工作；利用地形地勢(shì)選址：包括工業(yè)區(qū)選址、儲(chǔ)煤場(chǎng)選址、生活區(qū)選址，和剝離物料的堆棄選址。工業(yè)區(qū)選址要根據(jù)地理位置距離適中，若離采取過(guò)近特別在開(kāi)采階段因爆破等因素會(huì)對(duì)建筑物，設(shè)備和人員造成不安因素，距離較遠(yuǎn)會(huì)造成一定的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，生活區(qū)選址同樣要考慮到減少開(kāi)采因素造成的影響，長(zhǎng)期爆破形成的人為地震和剝離物料排棄時(shí)的灰塵等影響。特別是剝離物料選址更要在減少占地面積和不影響后期深部開(kāi)采的影響，不能因選址過(guò)近導(dǎo)致采深后上壓力作用對(duì)采區(qū)邊坡造成重力影響，出現(xiàn)大面積滑坡和局部滑塌，更嚴(yán)重的是因后期括邊造成的二次搬用。要從長(zhǎng)遠(yuǎn)出發(fā)，所以剝離物料堆棄場(chǎng)所特別要進(jìn)行深刻剖析研討后選取更優(yōu)的位置。避免后期搬運(yùn)造成巨額經(jīng)濟(jì)損失。如果有相對(duì)較深山谷為最佳，但也要根據(jù)山勢(shì)考慮好后期防排水、防滑坡和防泥石流，也要考慮方便后期的治理和綠化等因素。同時(shí)在開(kāi)采過(guò)程中使得礦山剝離物料科學(xué)資源化利用，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。其中，巖層控制理論是基礎(chǔ)，改革開(kāi)采技術(shù)是根本。

三、目前露天煤礦開(kāi)采現(xiàn)狀分析

1.露天煤礦開(kāi)采破壞了原地區(qū)的地形地貌，同時(shí)也破壞了原始地貌所具有的保持水土的功能。當(dāng)進(jìn)行露天煤礦建設(shè)以及露天煤礦的開(kāi)采工作時(shí)，很多時(shí)候都會(huì)在一定程度上影響土地的穩(wěn)固性，并且對(duì)原生土地表面所覆蓋的綠色植被造成很大破壞。另外，露天煤礦的開(kāi)采活動(dòng)引起的地面坍塌等現(xiàn)象也會(huì)不斷延伸，從而使得周邊一些地區(qū)的建筑物也受到影響，一般表現(xiàn)為，周邊的地表出現(xiàn)了分層，這些分層的高低不一樣，造成房屋裂縫或倒塌，進(jìn)一步擴(kuò)大了土層的侵蝕強(qiáng)度和水土流失。

2.在露天煤礦區(qū)進(jìn)行開(kāi)采活動(dòng)時(shí)，由于開(kāi)采的頻繁性以及開(kāi)采的力度不均等，導(dǎo)致了開(kāi)采過(guò)程中地表出現(xiàn)坍塌以及各種大小不一的裂縫，從而使得土壤的結(jié)構(gòu)越來(lái)越不穩(wěn)定，內(nèi)部出現(xiàn)了松散的現(xiàn)象，這樣土層中的一些淺層地下水就會(huì)沿著土壤中的裂縫不斷往下滲透和流失，使得在這些裂縫周圍的一些農(nóng)作物或者植物由于缺乏水分而生長(zhǎng)受到阻礙。

3.露天礦開(kāi)采的不合理，容易造成污染。尤其是在一些高瓦斯的礦井中，瓦斯不斷涌出，進(jìn)而進(jìn)入大氣中，污染其周圍的環(huán)境，在人為因素以及自然條件的影響下，有時(shí)候還會(huì)造成自燃和爆炸，對(duì)附近居民的生活造成很大的威脅。

四、露天煤礦綠色開(kāi)采新技術(shù)的應(yīng)用

（一）露天井工聯(lián)合開(kāi)采技術(shù)

隨著露天煤礦開(kāi)采年限的增加，采坑深度相對(duì)增加，開(kāi)采成本同時(shí)也會(huì)增加。當(dāng)采坑達(dá)到一定深度后，除經(jīng)濟(jì)效益不合理外還存在較大的安全隱患。那么深部資源怎么來(lái)更好地采出？就要科學(xué)合理地考慮充分利用露天礦坑，在合理的位置選址進(jìn)行井工設(shè)計(jì)開(kāi)采深部資源，也就形成了露天開(kāi)采與井工開(kāi)采同時(shí)進(jìn)行，即露天與井工聯(lián)合開(kāi)采，聯(lián)合開(kāi)采的優(yōu)點(diǎn)有：1.露天開(kāi)采與井工開(kāi)采屬一個(gè)礦，一些職能服務(wù)科室及管理人員可以共享共用；2.工業(yè)區(qū)和生活區(qū)可以共用在一起，減少新的選址和新的辦公生活區(qū)建設(shè);3.井工開(kāi)采的煤炭可以和露天煤礦開(kāi)采的煤炭共用一個(gè)儲(chǔ)煤場(chǎng)，避免了新的儲(chǔ)煤場(chǎng)選址，減少了占地面積。4.井工礦不需要選址新的矸石山，可利用露天煤礦現(xiàn)有的排土場(chǎng)排棄，同時(shí)也可以利用現(xiàn)有的設(shè)備，減少設(shè)備的投資。但露采與井工開(kāi)采必須協(xié)調(diào)，露天煤礦坑與井工要留設(shè)足夠厚的保安巖層、煤層，距離要以保證井工開(kāi)采工作面的巷板穩(wěn)定性。

（二）露天煤礦端幫靠幫開(kāi)采技術(shù)

端幫靠幫開(kāi)采是通過(guò)提高露天煤礦端幫邊坡角，增加煤炭資源回收、減少土地占用，提高開(kāi)采經(jīng)濟(jì)效果，其攻克難點(diǎn)為：靠幫開(kāi)采方式及判斷準(zhǔn)則。安家?guī)X露天煤礦和黑岱溝露天煤礦實(shí)施了端幫靠幫開(kāi)采，端幫角度從34°提高到了38°，平均每年回收端幫壓煤60 萬(wàn)噸。

（三）露天煤礦時(shí)效邊坡分析與二次設(shè)計(jì)技術(shù)

以往露天煤礦采區(qū)邊坡采用靜態(tài)、均一、永久性設(shè)計(jì)，采場(chǎng)端幫邊坡角緩。部分采場(chǎng)端幫同時(shí)還設(shè)置承載著運(yùn)輸?shù)耐ǖ篮团潘δ?，臺(tái)階相對(duì)寬度增加，邊坡進(jìn)一步變緩，造成端幫壓煤較多，并且占用土地相對(duì)增加。露天煤礦邊坡易滑區(qū)煤炭資源回收困難。時(shí)效邊坡考慮了采剝工程和邊坡動(dòng)態(tài)耦合關(guān)系，采用若干采礦措施，實(shí)現(xiàn)露天煤礦邊坡動(dòng)態(tài)分析與設(shè)計(jì)。易滑區(qū)煤炭回收技術(shù)采用“短途徑作業(yè)線、高強(qiáng)度推進(jìn)、快速回向”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)易滑區(qū)煤炭資源的安全回采。

（四）露天煤礦采區(qū)轉(zhuǎn)向方式設(shè)計(jì)技術(shù)

該技術(shù)包括:采區(qū)轉(zhuǎn)向方式分析技術(shù)、反向內(nèi)排技術(shù)、“樹(shù)枝狀”運(yùn)輸系統(tǒng)技術(shù)。中煤集團(tuán)安太堡露天煤礦在轉(zhuǎn)向期間實(shí)施反向內(nèi)排和樹(shù)枝狀運(yùn)輸系統(tǒng)增加了內(nèi)排土場(chǎng)的容量，縮短了運(yùn)輸距離2 千米，節(jié)省土地150 余畝。

五、煤炭資源綠色開(kāi)采的技術(shù)體系

鑒于各種綠色開(kāi)采技術(shù)根據(jù)地理位置，氣候環(huán)境等不同都具有各自不同的適用條件,各個(gè)礦區(qū)應(yīng)針對(duì)礦區(qū)的具體條件科學(xué)合理的設(shè)計(jì)選用合適的技術(shù),從而形成具有各自礦區(qū)不同特色的綠色開(kāi)采模式。

煤炭資源綠色開(kāi)采技術(shù)系統(tǒng)

（一）煤與瓦斯共采技術(shù)

隨著國(guó)內(nèi)開(kāi)采技術(shù)的不斷進(jìn)步，井下瓦斯抽放利用技術(shù)已逐步成熟。在露天煤礦地表巖層剝離的同時(shí)，地表層巖石擾動(dòng)或出現(xiàn)裂隙會(huì)造成瓦斯散逸到空氣中，對(duì)于瓦斯含量高的煤層，瓦斯抽儲(chǔ)利用有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，且對(duì)環(huán)境同時(shí)也有很大的保護(hù)。在露天巖層剝離的同時(shí)找準(zhǔn)煤層斷層方向或褶皺背斜的軸部等瓦斯容易集聚儲(chǔ)存的區(qū)域，合理布局瓦斯鉆孔，進(jìn)行抽放和儲(chǔ)存。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，在一些地區(qū)的卸壓瓦斯抽放中對(duì)鉆孔布置起一定指導(dǎo)作用。

1.揭示了陽(yáng)泉15 煤綜放面巖層移動(dòng)對(duì)鄰近層瓦斯涌出的影響規(guī)律，提出并實(shí)施了陽(yáng)泉礦區(qū)15 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.在淮北桃園開(kāi)展了地面鉆井抽放上覆遠(yuǎn)距離煤層卸壓瓦斯的工業(yè)性試驗(yàn)，結(jié)果表明，上覆遠(yuǎn)距離煤層卸壓瓦斯可通過(guò)“O”形圈大面積抽放出來(lái)。3.淮南礦區(qū)在潘一和潘三礦頂板巖層進(jìn)行“環(huán)”形圈抽放瓦斯純量達(dá)19-20 m3/min，抽放率達(dá)48%以上。

因此，若在露天煤礦開(kāi)采的同時(shí)形成采煤和采瓦斯2 個(gè)完整的系統(tǒng)，不僅有利于礦井的安全，減少因瓦斯事件造成的事故，而且采出的瓦斯也可以作為很好的清潔能源使用。地方政府應(yīng)從政策上給以支持和幫助，鑒于我國(guó)大部分煤層透氣性較差，因此在開(kāi)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(kāi)發(fā)出來(lái)將是我國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要途徑。

（二）保水開(kāi)采技術(shù)

所謂的保水開(kāi)采就是科學(xué)合理采用新的采煤工藝方法和地面注漿封堵等措施，使露天煤礦在開(kāi)采過(guò)程中使地表和地下水資源不受破壞，實(shí)現(xiàn)礦井水資源的科學(xué)保護(hù)和綜合利用。

露天煤礦巖層剝離開(kāi)采后，隨著上覆巖層中關(guān)鍵層隔水層的剝離或斷裂，在該區(qū)域內(nèi)地下水將形成下降漏斗。如山西大同礦區(qū)，煤層頂板較多為堅(jiān)硬隔水巖層。隨著露天礦開(kāi)采擾動(dòng)后，井下采空區(qū)下沉造成頂板裂縫貫穿地表，頂板上部含水層的水通過(guò)巖層裂縫滲透流失，造成部分區(qū)域地下水干枯。地下水位流失后能否恢復(fù)，取決于工作面推進(jìn)后上覆巖層中有無(wú)軟弱巖層，如有軟弱巖層在經(jīng)水浸泡后重新壓實(shí)，會(huì)使得導(dǎo)通裂隙重新填充膨脹，裂隙閉合而形成新的隔水帶，從而起到很好的隔水作用，上覆地表水將再次恢復(fù)。我國(guó)西北干旱缺水礦區(qū)更應(yīng)該重視保水開(kāi)采技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究，將保水開(kāi)采作為礦區(qū)綠色開(kāi)采的一個(gè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。西安科技大學(xué)相關(guān)學(xué)者正在開(kāi)展隔水層穩(wěn)定性研究，即通過(guò)合理控制巖層運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)隔水層“O”形集中裂縫帶的“裂隙彌散”，防止或減弱導(dǎo)水裂隙帶的形成。目前保水開(kāi)采技術(shù)發(fā)展還有較多的局限性，相信在弄清上覆巖層運(yùn)移規(guī)律之后和裂隙帶的分布情況后，該項(xiàng)技術(shù)會(huì)進(jìn)一步向前推進(jìn)并且會(huì)有較大的進(jìn)步。

（三）露天煤礦地下氣化技術(shù)

露天煤礦地下原煤氣化技術(shù)是一項(xiàng)整體全新的綠色開(kāi)采技術(shù)。我國(guó)于1958～1960 年曾在16 個(gè)礦區(qū)進(jìn)行地下原煤氣化技術(shù)試驗(yàn)。露天煤礦地下原煤氣化的特點(diǎn)是把埋藏在地下的原煤直接變?yōu)槊簹?，通過(guò)管道把煤氣供給工廠、電廠等各類用戶，使現(xiàn)有的地下作業(yè)改為采氣作業(yè)，是開(kāi)采露天煤礦的一種新工藝。目前我國(guó)的地下原煤氣化技術(shù)仍處于工業(yè)試驗(yàn)階段，諸如煤層的賦存條件、煤層厚度、原煤的變質(zhì)程度、構(gòu)造的復(fù)雜程度以及煤層上覆巖層的密閉性能等等此類很多問(wèn)題仍需要我們深入研究和探索。

六、綠色開(kāi)采發(fā)展前景

要解決中國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)所面臨的能源問(wèn)題，必須采取一條新的非傳統(tǒng)的發(fā)展模式和發(fā)展戰(zhàn)略，這一新的發(fā)展戰(zhàn)略其基本思路和主要內(nèi)容如下:

（一）節(jié)能優(yōu)先

靠建設(shè)大型露天煤礦為目標(biāo)增加能源供應(yīng)，露天與井工聯(lián)合開(kāi)采保證經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的發(fā)展模式。而消費(fèi)使用必將會(huì)加劇能源短缺，削弱資源基礎(chǔ)。此外，中國(guó)節(jié)能潛力巨大，實(shí)施這一戰(zhàn)略是中國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)、穩(wěn)定、協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)，也是減少大氣污染和排放的最經(jīng)濟(jì)途徑。

（二）改善能源結(jié)構(gòu)

當(dāng)前中國(guó)能源結(jié)構(gòu)存在的主要問(wèn)題是：露天煤礦比重大，水電和天然氣與其潛在的資源量極不相稱；一次能源轉(zhuǎn)換成電能比例和電力占終端能源消費(fèi)比例太低;工業(yè)用能比例偏高，交通運(yùn)輸和民用能源比例過(guò)低；農(nóng)村生活用能70%依靠化石生物能源；煤、電、運(yùn)發(fā)展不協(xié)調(diào);能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，能源供需的地區(qū)分布極不平衡。需以化石能源為基礎(chǔ)，利用好當(dāng)?shù)氐男履茉促Y源優(yōu)勢(shì)，更好地在能源結(jié)構(gòu)上進(jìn)行一定的支持和改革。

（三）環(huán)境保護(hù)與能源同步發(fā)展

目前，燃煤引起的環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)成為嚴(yán)重制約中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)因素，在一些重點(diǎn)城市和使用高硫煤的地區(qū)尤為突出。對(duì)于中國(guó)這樣一個(gè)燃煤大國(guó)來(lái)說(shuō)，唯一可行的就是大力發(fā)展綠色開(kāi)采技術(shù)。

科學(xué)采礦技術(shù)框圖

七、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的領(lǐng)導(dǎo)下，“走綠色礦業(yè)之路”是當(dāng)今社會(huì)和環(huán)境的共同需求，是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的必然要求。對(duì)露天煤礦綠色開(kāi)采技術(shù)還有待相關(guān)部門(mén)進(jìn)一步深入的研究和創(chuàng)新。