煤礦安全與綠色開采新技術(shù)
劉宏全
煤炭是我國的主要能源，是國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展不可缺少的物資基礎(chǔ)。中國作為世界上主要的發(fā)展中國家，今年在溫室氣體減排方面做了很多卓有成效的工作，全國各行業(yè)積極倡導(dǎo)和實施可持續(xù)發(fā)展、和諧發(fā)展及循環(huán)經(jīng)濟(jì)等技術(shù)理念。
一、 我國煤礦開采存在的問題
我國“富煤、貧油、少氣”的能源賦存狀況決定了能源消費必須以煤為主，一次能源消費中有70%-75%來源于煤炭，煤炭行業(yè)的健康發(fā)展關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的全局。多年煤炭開采帶來一系列環(huán)境和安全問題，屢屢為人詬病。
1、安全問題。國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局局長王顯政曾說：我們永遠(yuǎn)不要“帶血的煤”。229年12月21日，黑龍江龍煤集團(tuán)鶴崗分公司新興煤礦發(fā)生特別重大瓦斯爆炸事故，再次引發(fā)公眾對煤礦安全，特別是群死群傷的事件的關(guān)注和深層思考。煤礦事故頻發(fā)的原因何在，如何從根本上杜絕大型和特大型傷亡事故，不斷拷問著各級監(jiān)督、經(jīng)營和科研服務(wù)單位。我國煤炭安全事故頻發(fā)有著諸如井工開采量大、小煤礦安全裝備和生產(chǎn)工藝落后、行業(yè)多年安全欠賬嚴(yán)重、科技投入不足以及技術(shù)與管理人才流失嚴(yán)重等客觀原因。從2006年起，國家加大對煤礦安全投入和治理，煤礦安全的總體形勢是好轉(zhuǎn)的，在產(chǎn)量增加的同時，死亡人數(shù)逐年下降，多年來煤炭產(chǎn)量以近2億t/a的速度遞增，而百萬噸死亡率逐步下降。如何推動煤炭安全形勢的進(jìn)一步好轉(zhuǎn)，實現(xiàn)以人為本與本質(zhì)安全型的和諧礦區(qū)，是煤炭行業(yè)亟待解決的問題。
加強(qiáng)小煤礦安全隱患治理的措施。（1）切實加強(qiáng)小煤礦礦主和礦井干部的安全意識。（2）安全第一，教育為先，加大安全投入，建立礦井安全管理的長效機(jī)制。（3）進(jìn)一步落實礦井安全職責(zé)，加大風(fēng)險抵押和懲處力度。（4）堅持以人為本，依法治礦，標(biāo)本兼治，綜合治理，實現(xiàn)礦井標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化和規(guī)范化管理。（5）轉(zhuǎn)變煤礦安全生產(chǎn)管理理念，建立安全管理長效機(jī)制。（6）加強(qiáng)小煤礦安全生產(chǎn)的指導(dǎo)、分析、幫助，創(chuàng)建煤礦安全生產(chǎn)和諧氛圍。
2、環(huán)境問題。主要包括由于地下采掘引起的地面塌陷、水土流失、沙漠化、采煤廢水排放以及煤矸石露天堆放污染等。
我國煤炭開采主要采用冒落法管理采空區(qū)頂板，造成地面沉降和陷落，因而引發(fā)村鎮(zhèn)、鐵路、橋梁和地面管線設(shè)施破壞。大量的農(nóng)田因塌陷、鹽漬化和水土流失無法耕種。礦井開采過程中的大氣降水、地表水、地下水及生產(chǎn)用水涌入井下而成為礦井水，目前礦山的年排水量約為22億立方米。
我國現(xiàn)有煤矸石山1500余座，歷年堆積量達(dá)30億噸，占地超過500000平方米，在大氣降水淋溶時還會進(jìn)一步污染周圍水體、農(nóng)田和地下水。目前有自然現(xiàn)象的矸石山約140多座，自然過程中產(chǎn)生大量的硫化物等有毒有害氣體，成為大氣污染源。
礦井瓦斯主要是礦井中有煤層氣構(gòu)成的以甲烷為主的有害氣體。它既是煤礦重大安全事故的禍根，又是一種嚴(yán)重的溫室效應(yīng)氣體。研究顯示，甲烷造成的溫室效應(yīng)會在全球氣候變暖中所占份額為15%，僅次于二氧化碳。等量甲烷造成的溫室效應(yīng)是二氧化碳的21倍。據(jù)初步統(tǒng)計，我國2000m以淺范圍內(nèi)具有30萬億-35萬億立方米煤層氣資源，居世界前列。但由于我國煤層透氣性差，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1500余次，2001年由于瓦斯事故的死亡人數(shù)占煤礦總死亡人數(shù)的40%。煤礦每年排放瓦斯700億-190億立方米。
二、 綠色開采理論體系與總體框架
綠色開采理念是在科學(xué)采礦三原則（安全、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)）的指導(dǎo)下提出的，強(qiáng)調(diào)在現(xiàn)有采煤理論、方法和技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)展與創(chuàng)新采礦科學(xué)技術(shù)，從廣義資源的角度上認(rèn)識和對待煤、瓦斯和水等一切可以利用的各種資源。其基本出發(fā)點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，以期取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
煤礦開采引發(fā)的環(huán)境與安全問題無不源于采礦活動造成的巖層運(yùn)動，進(jìn)而引起周圍巖體的應(yīng)力場、節(jié)理裂隙場和瓦斯運(yùn)移場等相關(guān)物理場的變化。
在科學(xué)采礦的總體框架體系內(nèi)，主要包括保水開采和離層注漿減沉、煤巷支護(hù)和部分矸石井下處理以及煤炭地下氣化等五大技術(shù)方向。
三、 主要技術(shù)現(xiàn)狀
近40年來，我國共發(fā)生礦井突水事故2000余次，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)40多億元。據(jù)統(tǒng)計，我國國有煤礦中半數(shù)具有突水危險性，且突水危險越來越嚴(yán)重。煤炭采出后，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)，取決于隨著工作面的推進(jìn)，上覆巖層中是否含有軟弱巖層（事實上它是研究地下水滲漏的“關(guān)鍵層”），及其能否經(jīng)重新嚴(yán)實導(dǎo)致裂隙閉合而形成隔水帶。這說明從技術(shù)上把握了關(guān)鍵層的破斷規(guī)律，可以有條件開采受水患威脅的優(yōu)質(zhì)煤炭資源。
煤與瓦斯共采技術(shù)充分利用了煤炭開采后中上覆巖層的礦壓活動，著重對卸壓煤層的抽采時機(jī)把握和抽采工藝優(yōu)化。在這項技術(shù)上，以袁亮院士為代表的課題組，創(chuàng)造性地解決了我國淮南礦區(qū)低透氣性煤層群開采的關(guān)鍵問題。該技術(shù)將高瓦斯、高低壓和低透氣性煤層群的技術(shù)難題統(tǒng)一考慮，以沿空留巷的方式一體化解決高瓦斯、高地濕、高地壓、井巷失穩(wěn)、瓦斯突出和沖擊地壓等開采技術(shù)難題，通過通風(fēng)降溫和簡化采掘接替，實現(xiàn)連續(xù)開采，并為高效抽采瓦斯和治理煤層群瓦斯提供最佳的工作空間，提出基于快速留巷Y形通風(fēng)抽采卸壓瓦斯的煤氣共采技術(shù)路線。這項技術(shù)在排除低透氣性難抽瓦斯安全隱患的同時，改善了作業(yè)環(huán)境，扭轉(zhuǎn)了采掘銜接緊張的不利局面，較好地貫徹了安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的科學(xué)采礦三原則。
充填開采技術(shù)在我國的應(yīng)用源于撫順地區(qū)建筑物下開采，最早采用的是水砂充填。水砂充填工序復(fù)雜，難以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)．減沉效果有限，從20世紀(jì)80年代起，在井工煤炭開采中逐步淘汰?？上驳氖?，近期以中國礦業(yè)大學(xué)課題組．相繼提出了矸石充填、膏體充填和超高水充填理論體系，就各充填工藝的實施開展了卓有成效的科研工作，并取得了工業(yè)化試驗成功在一定程度上解決了煤矸石堆存和“三下”壓煤問題。同期基于關(guān)鍵層理論指導(dǎo)下的上覆巖層離層注漿減沉技術(shù)也逐步開展。但現(xiàn)有充填技術(shù)的推廣面有待擴(kuò)展，技術(shù)上有待進(jìn)一步完善。
