我國(guó)煤炭資源綠色開(kāi)采及其建議

摘要：文章立足煤炭資源綠色開(kāi)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(biāo)和內(nèi)容等，認(rèn)為煤礦資源的綠色開(kāi)采是一項(xiàng)復(fù)雜性系統(tǒng)工程，主要涉及開(kāi)采技術(shù)、環(huán)境保護(hù)、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(chǎng)配置機(jī)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(chǎng)配置機(jī)制和高效資源管理機(jī)制;踐行科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的理念，形成一套符合我國(guó)特色、成熟可行的綠色開(kāi)采技術(shù)理論和技術(shù)集成體系。

關(guān)鍵詞：煤炭資源，綠色開(kāi)采，技術(shù)體系，建議

基金項(xiàng)目：山西焦煤集團(tuán)“十二五”循環(huán)經(jīng)濟(jì)規(guī)劃暨實(shí)施方案——煤炭綠色開(kāi)采和潔凈煤產(chǎn)業(yè)發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃項(xiàng)目

黨的十八大明確提出“五位一體”的國(guó)家戰(zhàn)略構(gòu)想，推進(jìn)生態(tài)文明，建設(shè)美麗中國(guó)首次上升到國(guó)家總體戰(zhàn)略布局中[1]。由于我國(guó)能源資源“富煤、貧油、少氣”的賦存特點(diǎn)在短期內(nèi)難以改變，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，煤炭作為最安全、最廉價(jià)的能源之一，仍將是國(guó)家能源安全和經(jīng)濟(jì)安全的基礎(chǔ)，是能源結(jié)構(gòu)的核心，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和民生保障的重要支撐[2]。基于這一形勢(shì)研判，以科學(xué)發(fā)展觀(guān)為指導(dǎo)，研究探索推進(jìn)煤炭資源的綠色開(kāi)采問(wèn)題，是破解能源壓力與推進(jìn)生態(tài)文明戰(zhàn)略建設(shè)之間矛盾的重要著眼點(diǎn)和切入點(diǎn)[3-4]。為此，國(guó)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(kāi)采理念、綠色規(guī)劃設(shè)計(jì)、綠色開(kāi)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(shí)踐人士也對(duì)以礦山地質(zhì)環(huán)境恢復(fù)治理、土地復(fù)墾等敏感問(wèn)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(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)認(rèn)知和思考，嘗試研討煤炭資源的綠色開(kāi)采關(guān)鍵性工程技術(shù)問(wèn)題，深入剖析煤炭資源綠色開(kāi)采的時(shí)代意義、技術(shù)體系、技術(shù)目標(biāo)等內(nèi)容，以期構(gòu)建適合我國(guó)煤炭資源綠色開(kāi)采的初步框架體系和技術(shù)路線(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)綠色能源、低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展目標(biāo)，助力美麗中國(guó)建設(shè)大計(jì)。

1煤炭資源綠色開(kāi)采的時(shí)代意義與地方實(shí)踐

煤炭開(kāi)采在為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供能源保障的同時(shí)，也對(duì)我們的生態(tài)環(huán)境造成了巨大的破壞，并對(duì)礦井生產(chǎn)安全及礦區(qū)人民的生計(jì)帶來(lái)了諸如巖層移動(dòng)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(guó)損毀土地1.3億多畝。其中，生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)損毀約1.1億畝，同時(shí)每年造成新?lián)p毀的土地約幾百萬(wàn)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(kāi)采生產(chǎn)是造成土地?fù)p毀的主要生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)之一，為了保障我國(guó)的耕地保護(hù)紅線(xiàn)和糧食安全的底線(xiàn)，積極推進(jìn)煤炭資源的綠色開(kāi)采，既是順應(yīng)時(shí)代潮流的必然選擇，也是唯一可行路徑。

隨著綠色開(kāi)采理念的深入人心，現(xiàn)代煤礦開(kāi)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(kāi)展了大量的實(shí)踐探索。據(jù)調(diào)研，山東兗州礦業(yè)集團(tuán)公司和新汶礦業(yè)集團(tuán)在綠色開(kāi)采方面起步較早，可謂獨(dú)樹(shù)一幟，在全國(guó)具有較強(qiáng)的示范效應(yīng);其中似膏狀井下充填開(kāi)采技術(shù)、以矸換煤開(kāi)采煤柱技術(shù)、保水開(kāi)采等已取得了成熟經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，山西焦煤集團(tuán)公司、山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)公司等大型煤炭集團(tuán)公司在“十二五”期間對(duì)綠色開(kāi)采也提出了專(zhuān)門(mén)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(kāi)采技術(shù)、保水開(kāi)采技術(shù)、矸石井下充填開(kāi)采技術(shù)、掘沿空留巷和沿空送巷無(wú)煤柱開(kāi)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(guó)全面實(shí)施綠色開(kāi)采戰(zhàn)略，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、綠色經(jīng)濟(jì)、低碳生活、持續(xù)發(fā)展提供大量卓有成效的實(shí)踐支撐。

2煤炭資源綠色開(kāi)采的內(nèi)涵及技術(shù)框架體系

2.1煤炭資源綠色開(kāi)采的內(nèi)涵

煤炭綠色開(kāi)采的理念，是針對(duì)煤炭開(kāi)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(wèn)題提出的。研究認(rèn)為，煤炭資源的綠色開(kāi)采，就是以循環(huán)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)基本理念為總體指導(dǎo)，以綠色能源的標(biāo)準(zhǔn)為基本要求，以實(shí)現(xiàn)“精開(kāi)采、高利用、低排放”為總體目標(biāo)的一種資源生產(chǎn)、加工、利用的可持續(xù)模式。簡(jiǎn)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(duì)環(huán)境的破壞，使煤炭開(kāi)采對(duì)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(kāi)發(fā)利用最優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)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(kāi)采的技術(shù)體系

煤炭資源綠色開(kāi)采的實(shí)質(zhì)是與生態(tài)環(huán)境和諧發(fā)展的開(kāi)采技術(shù)，核心是安全高效開(kāi)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(gè)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(kāi)采、環(huán)境、資源、安全等范疇，具體包括保水開(kāi)采、煤與瓦斯共采、煤巷支護(hù)部分矸石井下處理、放頂煤開(kāi)采、計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制等共10項(xiàng)具體工程內(nèi)容。二是自下而上著眼于問(wèn)題導(dǎo)向性理念，綠色開(kāi)采技術(shù)體系聚焦巖層移動(dòng)、矸石排放、資源丟失和安全四大關(guān)鍵問(wèn)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(gè)常規(guī)問(wèn)題。通過(guò)技術(shù)與問(wèn)題的上下聯(lián)動(dòng)和呼應(yīng)對(duì)接，形成一套科學(xué)、高效、可行的綠色開(kāi)采的初步技術(shù)體系，詳見(jiàn)圖1。

3煤礦資源綠色開(kāi)采的關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容

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

3.1開(kāi)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(lì)采用高新技術(shù)和先進(jìn)適用技術(shù)，發(fā)展綜合機(jī)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(kāi)拓和采區(qū)巷道布置設(shè)計(jì)，實(shí)施井巷支護(hù)新技術(shù)應(yīng)用，推廣全煤巷和小煤柱采掘技術(shù);加大無(wú)煤柱開(kāi)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(kāi)采力度，鼓勵(lì)發(fā)展薄煤層機(jī)械化開(kāi)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(shí)堅(jiān)強(qiáng)基礎(chǔ)。

3.2環(huán)境保護(hù)

一是優(yōu)化井巷開(kāi)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(jìn)的井巷支護(hù)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(shí)現(xiàn)保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的。二是開(kāi)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(hù)大氣環(huán)境。三是開(kāi)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(kāi)采或離層區(qū)注漿4等保護(hù)建筑物技術(shù)，對(duì)采空塌陷區(qū)實(shí)施土地復(fù)墾技術(shù)，提高煤炭開(kāi)采回收率和土地復(fù)墾率[14]。

3.3資源管理

鑒于長(zhǎng)期以來(lái)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(fèi)現(xiàn)象，全面提高煤炭資源回收率和利用率，綠色開(kāi)采技術(shù)首當(dāng)其沖。一是迫切需要積極引進(jìn)和研發(fā)先進(jìn)的煤炭開(kāi)采和利用新技術(shù)，把綠色開(kāi)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(fèi)作為資源管理工作的重點(diǎn)，使煤炭資源回收和利用率提高到一個(gè)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(zhǎng)效工作機(jī)制，用新的體制機(jī)制為煤炭綠色開(kāi)采技術(shù)體系的推廣應(yīng)用保駕護(hù)航，實(shí)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(wèn)題始終是煤炭乃至各類(lèi)資源生產(chǎn)工作的高壓線(xiàn)，必須明確樹(shù)立紅線(xiàn)意識(shí)和底線(xiàn)思維。當(dāng)前，建設(shè)數(shù)字化礦井，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)智能化管理技術(shù)、計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制和信息技術(shù)、安全在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控監(jiān)測(cè)技術(shù)等是煤炭開(kāi)采安全技術(shù)的主體內(nèi)容。目前，國(guó)家要求煤礦安全避險(xiǎn)必須裝備的監(jiān)測(cè)監(jiān)控、人員定位、緊急避險(xiǎn)、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(shí)行綠色開(kāi)采、實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)、有效遏制重大事故的發(fā)生提供了強(qiáng)大保障，必須堅(jiān)持不懈、規(guī)范推進(jìn)[18]。同時(shí)，實(shí)施節(jié)能消耗、節(jié)能減排，淘汰落后產(chǎn)能，同樣與綠色開(kāi)采技術(shù)體系相輔相成、融為一體[19]。

圖1煤炭資源綠色開(kāi)采技術(shù)體系

4煤炭綠色開(kāi)采的發(fā)展前景展望及建議

綠色開(kāi)采是人類(lèi)資源開(kāi)發(fā)利用進(jìn)程中的一項(xiàng)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(lèi)資源能源開(kāi)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(yùn)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(chǎng)前景廣闊。但由于我國(guó)煤炭行業(yè)整體技術(shù)水平較低，存在長(zhǎng)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(guān)地講，距離綠色開(kāi)采的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)容要求仍有一定的距離。為此，結(jié)合我國(guó)實(shí)際，提出如下建議。

一是充分借助深入貫徹落實(shí)十八屆三中全會(huì)《決定》精神，全面深化改革的歷史機(jī)遇，從思想理念和體制機(jī)制入手，探索建立新型高效的煤炭資源市場(chǎng)配置機(jī)制和高效資源管理機(jī)制。主要包括：(1)妥善處理好政府和市場(chǎng)的關(guān)系，加快推進(jìn)資源性產(chǎn)品價(jià)格改革，完善反映市場(chǎng)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(jià)格形成機(jī)制，從體制機(jī)制厘清政府和市場(chǎng)的邊界，發(fā)揮使市場(chǎng)在資源配置中起決定性作用和政府宏觀(guān)調(diào)控作用，解決資源高效配置的難題。(2)樹(shù)立資源綠色開(kāi)發(fā)利用的新型價(jià)值觀(guān)，優(yōu)先在資源環(huán)境重點(diǎn)保護(hù)地區(qū)探索建立資源環(huán)境資產(chǎn)負(fù)債表，將其試點(diǎn)納入領(lǐng)導(dǎo)干部離任審計(jì)和目標(biāo)責(zé)任考核工作體系。(3)加強(qiáng)國(guó)內(nèi)外交流合作的廣度和深度，積極借鑒國(guó)際成功經(jīng)驗(yàn)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(jì)社會(huì)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(dòng)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(guó)特色、成熟可行的綠色開(kāi)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(kāi)采系統(tǒng)，采用“采煤—采氣一體化”的煤炭開(kāi)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(shí)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(kāi)采方法，實(shí)現(xiàn)采煤采水一體化開(kāi)采模式，減小煤炭開(kāi)采過(guò)程中的水資源破壞，有效確保水資源的合理開(kāi)發(fā)和利用。(3)開(kāi)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(kāi)采或離層區(qū)注漿等保護(hù)建筑物技術(shù)，采取對(duì)采空塌陷區(qū)的土地復(fù)墾技術(shù)，提高煤炭開(kāi)采回收率，有效保護(hù)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(qiáng)煤層巷道維護(hù)技術(shù)研究，減小礦山矸石排放量，推廣潔凈煤技術(shù)，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)和利用。(5)加強(qiáng)煤炭地下燃燒過(guò)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(kāi)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。

作者簡(jiǎn)介：張學(xué)民(1955-)，男，山西省永濟(jì)市人，陽(yáng)泉市煤炭工業(yè)局職工培訓(xùn)中心高級(jí)工程師，大學(xué)本科，長(zhǎng)期從事煤礦工程宏觀(guān)戰(zhàn)略研究和煤礦開(kāi)采技術(shù)工作。

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