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我国煤炭资源绿色开采及其建议

作者:煤矿安全网 来源:煤矿安全网 发布时间:2017-04-21

摘要:文章立足煤炭资源绿色开采的技术工程层面,系统阐述其内涵要义、技术框架体系、技术目标和内容等,认为煤矿资源的绿色开采是一项复杂性系统工程,主要涉及开采技术、环境保护、资源管理安全技术四大关键核心内容,并提出了构建煤炭资源市场配置机制和深化科技创新与集成应用的建议:全面深化改革,探索建立新型高效的煤炭资源市场配置机制和高效资源管理机制;践行科技创新驱动的理念,形成一套符合我国特色、成熟可行的绿色开采技术理论和技术集成体系。

关键词:煤炭资源,绿色开采,技术体系,建议

基金项目:山西焦煤集团“十二五”循环经济规划暨实施方案——煤炭绿色开采和洁净煤产业发展专项规划项目

党的十八大明确提出“五位一体”的国家战略构想,推进生态文明,建设美丽中国首次上升到国家总体战略布局中[1]。由于我国能源资源“富煤、贫油、少气”的赋存特点在短期内难以改变,在未来相当长的时间内,煤炭作为最安全、最廉价的能源之一,仍将是国家能源安全和经济安全的基础,是能源结构的核心,是我国经济社会发展和民生保障的重要支撑[2]。基于这一形势研判,以科学发展观为指导,研究探索推进煤炭资源的绿色开采问题,是破解能源压力与推进生态文明战略建设之间矛盾的重要着眼点和切入点[3-4]。为此,国土资源部高度重视绿色矿山建设,其内涵涉及矿产资源的绿色开采理念、绿色规划设计、绿色开发利用以及地质环境恢复治理等。土地、地质、煤炭、环境等相关领域的学者和管理实践人士也对以矿山地质环境恢复治理、土地复垦等敏感问题给予了高度关注[5-9]。区别于以往,笔者结合自身多年在基层矿区的实践工作经验认知和思考,尝试研讨煤炭资源的绿色开采关键性工程技术问题,深入剖析煤炭资源绿色开采的时代意义、技术体系、技术目标等内容,以期构建适合我国煤炭资源绿色开采的初步框架体系和技术路线,从而实现绿色能源、低碳经济的发展目标,助力美丽中国建设大计。

1煤炭资源绿色开采的时代意义与地方实践

煤炭开采在为社会经济发展提供能源保障的同时,也对我们的生态环境造成了巨大的破坏,并对矿井生产安全及矿区人民的生计带来了诸如岩层移动破坏、地表塌陷损害、煤矿瓦斯事故与井下突水事故等一系列威胁[10]。截至2009年,全国损毁土地1.3亿多亩。其中,生产建设活动损毁约1.1亿亩,同时每年造成新损毁的土地约几百万亩,其中60%是耕地或其他农用地,甚至包括基本农田[11]。煤炭开采生产是造成土地损毁的主要生产建设活动之一,为了保障我国的耕地保护红线和粮食安全的底线,积极推进煤炭资源的绿色开采,既是顺应时代潮流的必然选择,也是唯一可行路径。

随着绿色开采理念的深入人心,现代煤矿开采与生产技术正在不断研究发展与更新,一些地区也开展了大量的实践探索。据调研,山东兖州矿业集团公司和新汶矿业集团在绿色开采方面起步较早,可谓独树一帜,在全国具有较强的示范效应;其中似膏状井下充填开采技术、以矸换煤开采煤柱技术、保水开采等已取得了成熟经验。同时,山西焦煤集团公司、山西煤炭运销集团公司等大型煤炭集团公司在“十二五”期间对绿色开采也提出了专门的、完整的、科学的战略规划,包括加大薄煤层和高硫煤的配采技术、采煤采气一体化开采技术、保水开采技术、矸石井下充填开采技术、掘沿空留巷和沿空送巷无煤柱开采技术、加大“三下一上”采煤技术和边角煤田、采空巷道煤柱的地下气化技术科技研究等,都将为我国全面实施绿色开采战略,进而实现循环经济、绿色经济、低碳生活、持续发展提供大量卓有成效的实践支撑。

2煤炭资源绿色开采的内涵及技术框架体系

2.1煤炭资源绿色开采的内涵

煤炭绿色开采的理念,是针对煤炭开采中造成煤矿瓦斯事故、井下突水事故、地表沉陷、滑坡、农田及建筑设施的损坏、煤矸石占用良田且造成环境污染等一系列环境问题提出的。研究认为,煤炭资源的绿色开采,就是以循环经济、生态经济基本理念为总体指导,以绿色能源的标准为基本要求,以实现“精开采、高利用、低排放”为总体目标的一种资源生产、加工、利用的可持续模式。简单地讲,就是合理利用资源,优化技术,高效、持续、协调的发展煤炭工业[12],减少对环境的破坏,使煤炭开采对矿区环境的扰动量小于区域环境容量,实现资源开发利用最优化、经济效益和社会效益的最大化和生态环境影响的最小化。

2.2煤炭资源绿色开采的技术体系

煤炭资源绿色开采的实质是与生态环境和谐发展的开采技术,核心是安全高效开采,最大限度地提高资源回收率和利用率,减少环境污染和破坏,控制矸石、矿井水、瓦斯的排放。总体结构包括两个逻辑层次:一是自上而下着眼于技术导向性理念,技术体系包含开采、环境、资源、安全等范畴,具体包括保水开采、煤与瓦斯共采、煤巷支护部分矸石井下处理、放顶煤开采、计算机自动化控制等共10项具体工程内容。二是自下而上着眼于问题导向性理念,绿色开采技术体系聚焦岩层移动、矸石排放、资源丢失和安全四大关键问题,解析出地下资源流失与突水事故、占用农田污染环境、煤矿五大灾害等8个常规问题。通过技术与问题的上下联动和呼应对接,形成一套科学、高效、可行的绿色开采的初步技术体系,详见图1。

3煤矿资源绿色开采的关键技术内容

煤炭资源绿色开采的技术体系是一个综合性、系统性工程,主要涉及开采技术、环境保护、资源管理和安全技术四大关键核心内容。

3.1开采技术

一是加大新技术、新工艺、新设备、新材料应用和科技成果转化力度,鼓励采用高新技术和先进适用技术,发展综合机械化采煤技术,推行壁式采煤,建设高产高效矿井。二是优化矿井开拓和采区巷道布置设计,实施井巷支护新技术应用,推广全煤巷和小煤柱采掘技术;加大无煤柱开采和井下矸石充填的科技研发和应用。三是加大采煤方法改革和薄煤层开采力度,鼓励发展薄煤层机械化开采技术、井下充填、“三下一上”采煤、边角煤回收等提高资源回收率的采煤技术,为全面提高煤炭资源回收率夯实坚强基础。

3.2环境保护

一是优化井巷开拓布置方式、采区巷道布置方案,采用新材料、新工艺和先进的井巷支护方式,尽可能多掘煤巷、少掘岩巷,应用井下煤矸石处理技术,减少煤矸石的产生;消除污染危害,实现保护生态环境的目的。二是开展地面煤层气抽放技术科研攻关[13]。采用综合抽采技术,提高抽放量和抽放效率。研究低浓度瓦斯回收和利用技术,减少瓦斯直接排放量,减少雾霾气象,降低温室效应,保护大气环境。三是开展“建筑物(村庄)、铁路(公路)和水下(河流)的“三下”采煤技术科学研究,采用井下充填条带开采或离层区注浆4等保护建筑物技术,对采空塌陷区实施土地复垦技术,提高煤炭开采回收率和土地复垦率[14]。

3.3资源管理

鉴于长期以来煤炭资源领域存在的私挖滥采和采富弃贫、资源丢弃等低效甚至浪费现象,全面提高煤炭资源回收率和利用率,绿色开采技术首当其冲。一是迫切需要积极引进和研发先进的煤炭开采和利用新技术,把绿色开采和洁净煤产业创新发展、最大限度地减少资源的丢失和浪费作为资源管理工作的重点,使煤炭资源回收和利用率提高到一个新水平。二是明确把握提高资源的回收率和利用率的主要技术要求,如中厚煤层一次采全,高、厚及特厚煤层采用放顶煤采煤方法,且规范薄—厚煤层、优—劣煤层合理配采法规政策,依法办矿,遵规采矿。三是加快建章立制工作,研究建立资源节约集约领域和高效管理长效工作机制,用新的体制机制为煤炭绿色开采技术体系的推广应用保驾护航,实现用制度管矿,用制度管资源[15-17]。

3.4安全技术

安全问题始终是煤炭乃至各类资源生产工作的高压线,必须明确树立红线意识和底线思维。当前,建设数字化矿井,实现计算机网络系统智能化管理技术、计算机自动控制和信息技术、安全在线实时监控监测技术等是煤炭开采安全技术的主体内容。目前,国家要求煤矿安全避险必须装备的监测监控、人员定位、紧急避险、压风自救、供水施救和通信联络“六大”系统,为煤矿实行绿色开采、实现安全生产、有效遏制重大事故的发生提供了强大保障,必须坚持不懈、规范推进[18]。同时,实施节能消耗、节能减排,淘汰落后产能,同样与绿色开采技术体系相辅相成、融为一体[19]。

 

图1煤炭资源绿色开采技术体系

4煤炭绿色开采的发展前景展望及建议

绿色开采是人类资源开发利用进程中的一项重大理念和技术创新,其重要意义一方面体现为多层次、多角度的技术集成创新,全面提高以煤炭为代表的各类资源能源开采技术水平,系统高效地利用资源;另一方面体现为从系统论和运筹学的综合广义视角,全面审视煤层气、地下水、土地、煤矸石等可用资源,最大限度地发挥资源特别是煤炭资源的综合效益,市场前景广阔。但由于我国煤炭行业整体技术水平较低,存在长期走粗放型发展模式的惯性思维,资源生产集约化程度很低,客观地讲,距离绿色开采的技术标准和内容要求仍有一定的距离。为此,结合我国实际,提出如下建议。

一是充分借助深入贯彻落实十八届三中全会《决定》精神,全面深化改革的历史机遇,从思想理念和体制机制入手,探索建立新型高效的煤炭资源市场配置机制和高效资源管理机制。主要包括:(1)妥善处理好政府和市场的关系,加快推进资源性产品价格改革,完善反映市场供求关系、资源稀缺程度、环境损害成本的生产要素和资源价格形成机制,从体制机制厘清政府和市场的边界,发挥使市场在资源配置中起决定性作用和政府宏观调控作用,解决资源高效配置的难题。(2)树立资源绿色开发利用的新型价值观,优先在资源环境重点保护地区探索建立资源环境资产负债表,将其试点纳入领导干部离任审计和目标责任考核工作体系。(3)加强国内外交流合作的广度和深度,积极借鉴国际成功经验和做法,探索资源节约集约利用和高效管理的新模式,为经济社会可持续发展提供优质的资源基础保障。

二是践行科技创新驱动的理念,加大科技投入和科研攻关,尽快形成一套符合我国特色、成熟可行的绿色开采技术理论和技术集成体系。具体包括:(1)创新探索应用煤与瓦斯协调开采系统,采用“采煤—采气一体化”的煤炭开发模式,合理抽采、变害为利,搞好瓦斯治理和综合利用,是实现煤矿安全生产的重要途经。(2)立足地层条件和水文地质条件等,探索合理的保水开采方法,实现采煤采水一体化开采模式,减小煤炭开采过程中的水资源破坏,有效确保水资源的合理开发和利用。(3)开展“建筑物下、铁路公路下、水体下和承压水体上”的“三下一上”采煤技术科技攻关,采用井下充填条带开采或离层区注浆等保护建筑物技术,采取对采空塌陷区的土地复垦技术,提高煤炭开采回收率,有效保护生态环境。(4)研发矸石井下处理技术或地面矸石利用技术,加强煤层巷道维护技术研究,减小矿山矸石排放量,推广洁净煤技术,实现清洁生产和利用。(5)加强煤炭地下燃烧过程控制技术集成研究,使煤炭地下气化尽快形成工业化规模,是加快煤炭开采新技术科技研发的主攻方向和煤炭工业创新发展的必然选择。

作者简介:张学民(1955-),男,山西省永济市人,阳泉市煤炭工业局职工培训中心高级工程师,大学本科,长期从事煤矿工程宏观战略研究和煤矿开采技术工作。

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