矿山充填开采的效益调查与分析(6稿).doc

矿山充填开采的效益调查与分析以中平能化十二矿为例矿山充填开采的效益调查与分析 以中平能化十二矿为例前 言31 当前我国“三下”采煤的方式和引发的问题41.1 当前我国 “三下”采煤的主要方式41.2 当前我国 “三下”采煤引发的主要问题41.2.1 经济问题41.2.2 生态环境问题51.2.3 社会问题82 煤炭充填开采技术简介92.1 充填技术原理92.2 充填开采技术的发展过程93 中平能化十二矿充填开采情况调查113.1 十二矿实施充填开采的原因113.2 充填工作面概况113.3充填工作面相关设备133.4 投料井及井上设备134 三种“三下”采煤方式的经济效益对比154.1 充填开采的经济效益分析154.2 搬迁开采的经济效益分析184.3 条带开采的经济效益分析204.4 充填开采与搬迁开采和条带开采效益对比215 充填开采的生态效益分析235.1 处理的煤矸石量235.2 减少煤矸石占地面积245.3 减轻空气污染255.4 控制地面沉降266 充填开采的社会效益分析287 结束语34参考文献35附件一37矿山充填开采的效益调查与分析 以中平能化十二矿为例摘 要：本文从我国“三下”采煤的常规技术和引发的问题入手，引入充填开采技术。并以中平能化十二矿己三采区为例，通过文献研究、定量计算、对比分析、问卷调查等方法分析并证明了充填开采比传统的开采方式具有更高的经济、生态和社会效益，从而得出充填开采具有较高的可行性。对于我国煤炭企业走可持续发展道路、构建和谐社会具有积极的促进作用。关键词：充填开采 经济效益 生态效益 社会效益Abstract：In this paper, we start from backfilling technology using raw waste in coal mine and the problems existed in mining, analyzing the status and prospect of this technology in mining of our country. And then we take Zhong Ping Energy Chemical Groups twelfth mine as an example, using the method of documentary research, quantitative analysis, comparative analysis and so on to verify that this technology has a higher profit in economy, ecology, society, proving the validity of it. This technology has a positive effect on coal enterprises going on the road of sustainable development, aimed at creating a harmonious society.前 言我国是一个多煤少油的国家，2010年煤炭占我国一次性能源生产和消费的比例高达60%。随着经济的飞速发展，煤炭资源消耗大幅增加，可开采量日益短缺。一方面由于煤炭可开采资源不断减少，开采深度下延，成本加大；另一方面建筑物下、水体下、铁路下(简称“三下”)压着大量可开采的煤炭资源无法有效开采出来。据统计我国现有煤炭储量约1.02万亿吨，但是有效开采量仅3000亿吨左右，而国有煤矿的建筑物、水体、道路下压煤量就达138亿吨。“三下”压煤直接影响了矿井接替，缩短矿井服务年限，同时煤炭开采中产生的煤矸石大量露天堆放，不仅严重污染生态环境而且对社会和经济发展危害极大。随着煤炭开采技术水平的提高，充填开采技术得到了极大发展。充填开采不仅能大量回采“三下”压煤，提高煤炭产量，而且能有效控制地表下沉，减少煤矸石对水资源、大气和土壤的污染，具有很高的经济、生态和社会效益。1 当前我国“三下”采煤的方式和引发的问题1.1 当前我国 “三下”采煤的主要方式当前我国“三下”采煤主要开采方式有两种：（1）搬迁开采：将压煤区地面上的建筑物或者村庄、道路等整体搬迁后，对煤炭资源进行跨落式开采；（2）条带开采是将要开采的煤层区域划分为比较正规的条带形状，采一条、留一条，使留下的条带煤柱能够支撑上覆岩层的载荷，使地表只发生轻微的、均匀的移动和变形，达到既回收一部分煤炭资源，又能控制地表沉陷的目的1。1.2 当前我国 “三下”采煤引发的主要问题当前我国采用搬迁或条带开采方式进行“三下”采煤，引发了诸多问题主要涉及经济、生态环境、社会等三大方面。造成的损害已经引起国家有关领导和全社会的高度关注。怎样解决“三下”采煤引发的各种问题，将开采损害控制到最低，实现矿区经济、环境和社会效益最大化，走可持续发展道路是煤炭企业亟待解决的重要问题。因此研究矿山安全开采模式，建立安全开采评价体系对于建设绿色矿山，具有重要的理论研究和实践意义，也是矿山可持续发展中必须解决的重要课题2。我国当前“三下”采煤主要引发以下三大方面的问题：1.2.1 经济问题当前我国进行三下开采主要采用搬迁开采和条带开采两种方式，其中搬迁开采需要将地面建筑物整体搬迁，搬迁成本巨大，导致煤炭企业经济效益降低，并且容易引发政府、企业和人民之间的经济纠纷问题。条带开采方式丢煤多，可采量不超过储量的40%，且掘进成本高，容易引发地面建筑物产生裂缝。条带开采需要控制地面建筑沉陷，修补建筑裂缝，收益低、支出大，经济效益低。1.2.2 生态环境问题地面沉降地下开采使上覆岩层发生断裂、垮落、移动、变形，这种形式反映到地表为沉陷盆地3。由于开采损害的复杂性、多样性，在沉陷盆地形成的过程中， 会形成以下问题：表1-1 “三下”开采对建筑物、道路、水体的影响对建筑物的影响对道路的影响对水体的影响地表下沉1、 地表不均匀下沉时，建筑物结构发生破坏；2、 下沉量大且浅水位高时，抵抗强度降低。1、 地表不均匀下沉时，车辆容易发生交通事故；2、 下沉量大且潜水位高时，影响其使用寿命。导水裂隙带可能会与水体沟通，严重时将会导致淹井灾害。倾斜变形倾斜变形较大时，造成建筑物结构中间折断，影响排水系统，威胁人身安全。引起路面倾斜，影响车辆正常运行。导致水体两侧的坝体、坝基受力不均，容易引发溃堤灾害。曲率变形地基反力重新分布，而使房屋墙壁在竖直面内产生附加的弯距和剪力作用，结构产生倒、正八字形裂缝。造成路面、轨面波浪起伏，高速行使的车辆会腾空，引发翻车事故，同时会加速路面的破坏。曲率变形对水体影响不太明显。水平变形由于结构的抗拉伸能力远小于抗压能力，地表建筑物容易遭受拉伸破坏。会引起公路路基、路面开裂破坏，同时还会引起铁路钢轨衔接处鱼尾板的断裂，轨缝闭合以及钢轨的纵向弯曲，严重时导致轨道脱离路基悬空。1、若受压缩水平变形，而且有利于水体下采煤；2、若拉伸水平变形，容易导致水体与导水裂隙带沟通，造成井下水灾事故。 “三下”安全开采的目的在于在保证安全的前提下，实现多出煤、降成本、高效率4，因此在“三下”开采之前必须对其进行大量安全可靠、技术可行、经济合理性等方面进行评价和准备。煤矸石占地问题搬迁开采和条带开采方式都会产生大量的煤矸石，矸石量占原煤总量的15%20%，世界上几个主要产煤大国，如美国、法国、德国等矸石的堆积量达到15亿吨以上。而在我国，现有煤矸石山约1 500多座，矸石堆放总量已超过30亿吨，且随着煤炭采、选工业的发展以每年约10%的速度增加，煤矸石已成为我国累积储存量最大、占地面积最广的固体工业废弃物。大气污染问题当前“三下”采煤对大气环境的污染问题主要表现在煤矸石自燃释放的污染气体，主要是CO（一氧化碳）、CO2（二氧化硫）、SO2（二氧化硫）、H2S（硫化氢），这些物质对大气环境的污染最为严重。CO：是煤矸石的含碳物质在不完全燃烧下产生的，大量的一氧化碳对周边人畜和其它动物构成严重的威胁，并且其浓度达到一定范围还会引起爆炸。CO2：是煤矸石中的含碳物质在氧气充分的情况下，充分燃烧形成的温室气体，是引起当前气候变暖的主要气体，对大气环境影响巨大。SO2和H2S：煤矸石内含有的大量黄铁矿，一部分充分燃烧氧化时生成二氧化硫，另一部分因氧气不足氧化时就生成硫黄，硫黄与氢气反应生成硫化氢。二氧化硫和硫化氢是刺激性气味很浓的有害气体，对人体危害很大。煤炭粉尘：煤矸石山在堆放过程中，表面因风化形成煤粉灰，这些粉粒被风吹起，形成雾尘，造成空气污染。水体污染问题“三下”采煤对水体的污染包括采煤对地下隔水层的破坏和煤矸石对地表水的污染。煤炭开采破坏地下隔水层的走向，影响地表水循环。同时地面煤矸石受大气降水影响，形成了淋滤液渗入地下含水层，污染水资源。由于风化和雨水淋溶，促进了有害重金属的活性，矸石山被溶解析出的有害元素有Cd(镉)、Pb(铅)、Hg(汞)、Cr(铬)、Cu(铜)、Zn(锌)、Al(铝)、Ca(钙)等还有一些酸性物质，能在环境中蓄积于动植物体内，对人体健康产生长远的不良影响5。土壤污染问题“三下”采煤剥离出来的煤矸石由于露天堆放，从原来的还原环境转化为氧化环境，经长期的风化、淋滤、浸泡作用，发生了一系列的物理、化学变化，释放出大量的污染物，并随淋滤水渗透进入土壤，造成土壤污染。对人们的生产生活产生了严重的不良影响。1.2.3 社会问题搬迁开采需要对地面建筑进行整体搬迁，从而会引发一系列的社会问题。搬迁过程中引起的社会矛盾，已成为当前社会一个焦点问题，因搬迁引发的矛盾冲突屡见不鲜。拆迁政策、拆迁补偿以及拆迁保障等方面出现的问题，引发了大量的显性和隐性的社会矛盾，对社会安定形成威胁，使人民生活质量及幸福指数有所下降，有碍我国社会主义和谐社会的建设。条带开采方式虽然不需要对村庄进行整体搬迁，但是还会产生一定的地面沉降，造成地面建筑物的破坏，采用什么方式对建筑物进行修补和补偿金额等问题引发了政府、企业和人民之间的矛盾，如果不能很好的处理这些矛盾和分析，对于所在地区居民的生产生活也会产生相当大的影响，对构建社会主义和谐社会产生不良影响。 随着科技的发展，“三下”采煤技术也不断提高。焦作煤业集团、中平能化集团等新引进的充填开采技术不仅能有效控制地表下沉，大量回采“三下”压煤，同时可以避免煤矸石污染，提高经济效益，减少社会矛盾。煤矿充填开采技术是提高煤矿开采安全可靠性的一项革命性举措，是具有我国自主知识产权的一项新技术，为煤炭企业解决煤矸石污染及安全、处理城市固体垃圾提供了一个新途径。2 煤炭充填开采技术简介 2.1 充填技术原理 充填开采技术直观来说就是用矸石体积换煤炭体积的置换工艺。充填混合物在地面进行破碎胶结后，通过投料井下放至井底储料仓，然后通过胶带输送机、胶带转载机等相关运输设备运至工作面支架后部的充填输送机上，利用充填输送机的卸料孔将充填物料充填入采空区内，最后利用夯实机将充填物压实并接顶。2.2 充填开采技术的发展过程目前我国充填开采技术主要经历了三个发展阶段：以废矸石为充填物的干式部分充填阶段，其目的主要是处理矸石和沿空留巷；由于技术和设备不完善，该阶段充填不够紧实，充填效果不理想，虽然可以处理一定的煤矸石，但是不能很好的控制地面沉降。以水砂充填为代表的阶段，曾作为控制地表沉陷、在建筑物下采煤的主要方法；但是该方法充填成本较高，并且造成煤矸石的浪费和污染，生态环境效益不突出。当前全部充填开采阶段，主要有两种充填方式：以高浓度膏体为充填物的全部充填工艺，该技术将煤矸石、粉煤灰等固体废弃物制作成膏状浆体，通过泵压或重力作用，经过管道输送到回采工作面，充填采空区。该充填技术具有材料选择广泛、采出率高、环保、安全性高等优点。以矸石粉煤灰等固体为充填物的全部充填工艺，充填材料为破碎后的煤矸石或固体废料，利用井下掘进矸石进行充填的置换开采技术可实现矿井矸石的井下处理，做到矸石不上井6。这也是目前煤矿经过试验证实比较适宜的两种充填工艺7，焦作煤业集团采用就是高浓度膏体充填技术，经实验充填成本较高。本文分析的中平能化集团十二矿采用的是以矸石等固体为充填物的充填开采技术，具有较高的经济、生态和社会效益。3 中平能化十二矿充填开采情况调查中平能化十二矿位于平顶山市区东部，距市区9Km，地势平坦，交通便利，环境优美，自然条件得天独厚，素以煤质优良而著称。煤种牌号为肥煤、焦煤、1/3焦煤，低硫、低灰、高热值，全部供洗选精煤，被誉为煤之“味精”。3.1 十二矿实施充填开采的原因中平能化集团十二矿剩余可采储量仅2894万吨，而工业广场、风井和村庄压煤就有1200万吨，这部分资源需要被安全高效地回采出来。为了达到最大限度利用煤炭资源，增加煤炭产量，提高经济效益。中平能化集团十二矿根据生产布局的状况，决定在己三采区13050、13080、17200三个工作面实施充填开采，其中首先在13080采面进行充填开采实验。3.2 充填工作面概况13080充填工作面地面标高+87m+90m，工作面标高-253m，走向长度353.8m，倾斜长度96.7m，回工作面积34000mm2，煤层平均厚度3m，有四条断层，影响不大，工作面可采储量124400t，工作面服务年限7月，巷道净断面14.72。表3-1 13080工作面位置及井上下关系表煤层名称己15水平名称一水平采区名称己三采区工作面名称己15-13080地面标高（m）+8790工作面标高（m）-275-253地面位置工业广场保护煤柱以南，蜜蜂王以西，正上方为东高皇村庄走向长度（m）352.5-355353.8倾斜长度（m）95.4-96.496.1工作面回采面积（m）34000.2图3-1 13080工作面煤层综合柱状图3.3 充填工作面相关设备 表3-2 充填工作面设备表设备型号支架ZC8800/20/38型六柱支撑式充填液压支架采煤机MG300/700-WD型采煤机转载机SZZ764/200型转载机运输机SGBC764/250型边双链刮板输送机SGZ764/500型中双链刮板输送机图3-2 充填开采支架工作示意图3.4 投料井及井上设备(1)投料井概况：采用510*12 mm耐磨钢管作为下料管，内径486 mm，设计能力450 t/h；储料仓直径5.0 m，深度16.7 m，放料孔直径1.3m； (2)地面设备：采用两台SD32标准型推土机及一台SL50W-2型装载机把矸石装进PE-1200*1500型鄂式破碎机内进行破碎，处理能力每小时达到400800t，破碎后颗粒直径不大于150mm，然后由SGZ-730/132型刮板输送机运输至投料井内，输送能力544t/h。4 三种“三下”采煤方式的经济效益对比矸石充填方法从井下开采方面着手，从根本上解决了我国“三下”压煤的开采问题，用煤矸石置换出煤炭资源，不仅缓解了我国煤炭资源相对短缺的压力，而且为煤炭企业带来了新的利润增长点，提高煤炭资源回收率，增加经济效益8。4.1 充填开采的经济效益分析结合杨宝贵等的研究分析9，充填开采的成本主要包括：充填材料成本C1、充填系统固定资产折旧费C2、充填电费C3、充填人工费C4和设备维修C5等其他费用，下面分别分析，并在此基础上计算充填成本。充填材料成本C1：包括煤矸石成本Cg和充填用水每立方米充填材料中，煤矸石和水的用量如下：煤矸石：1 m3，矸石山松散系数为1.6t/m3，用量为1.6 t。充填用水：0.4 t，用于稀释和胶结。煤矸石成本Cg：充填使用的煤矸石由破碎系统生产，其费用折算在电费、工人工资及系统设备折旧费内，因而一般仅考虑煤矸石的装运费用。参考其他煤矿情况，矸石装运费取Cg=10元t。充填用水：充填用水为矿并水，其费用也折算在电费及系统设备折旧费内，因而不需要单独计算费用。根据相应的充填材料成本及其用量情况，可以计算出每立方米充填材料的成本C1：C1=Cg*Wg =10*1.6=16（元）充填系统固定资产折旧费C2：煤矿充填系统的投资主要为设备投资，土建费用较少，因此在固定资产折旧计算中将系统的全部投资均按设备费计算。取充填系统的全部投资为I，设备残值为Ic，设备折旧时间为T，充填系统的年充填量Q，该矿充填系统设备投资为860万元，折旧时间为T=5(年)，设备残值C取5。中平能化十二矿己三采区计划充填开采105万吨，充填工作面年产量45万ta，折合年充填量Q=39.57万m3。所以充填系统固定资产折算到单位体积充填体的年折旧费用为：C2（IIc）TzQf=860*（15%）（5*39.57）=4.13 (元/m3)充填电费C3：充填系统同时运行的总负荷最大为Qe，电费单价为Ce，充填系统每小时充填能力为Qf ，充填系统设计装机同时运行的总负荷最大时约1200kw，考虑电费为Ce=0.83元/ kw* h，充填系统每小时充填能力为60.22m3h，所以每充填一立方米的电费为（单位：元/m3）：C3=Qe*CeQf=1200*0.8360.22=16.53 (元/m3) 充填人工费C4：充填系统月充填量为Qfm，人均月工资Cp，充填站人员编制为Np。则考虑一个充填班和一个检修班，另外考虑必要的值班人员，并考虑轮休的需要，充填站设置编制为75人。充填系统月充填量按照初期设计量为Qfm=3.29万m3月。按照人均月工资Cp为4000元/人，则单位体积充填体折合人工费为（单位：元/m3）：C4=Cp*NpQfm =75*400032900=9.12 (元/m3) 充填其它费用C5：充填其它费用包括充填系统设备易损件费用、一般检修费用和充填直接关系辅助材料费用与办公费用等，其它费用设为C5(单位：元/m3)。根据充填矿山的经验，取其它费用，如耗材费，工人安全设备、管理费等：C5=10(元/m3)项目材料用量（t/m3）单价（元/t）成本（元/m3）充填材料费 C1煤矸石1.61016.00资产折旧费 C24.13电费 C316.53人工费 C49.12其它 C510.00合计55.78表4-1 1m3充填体材料成本汇总综合以上，单位体积（每立方米）充填成本为上述5项费用之和： C1+C2+C3+C4+C5=16+4.13+16.53+9.12+10=55.78 (元/m3)该矿煤的容重为1.31 tm3，充填系数K=0.96，所以单位（每吨）充填成本为：55.78*0.961.31=40.88 (元/t)充填开采成本：C =105 *40.88 =4292.40万元中平能化集团十二矿己三采区共有三个工作面，分别为己3-13080，己3-13050，己3-17200工作面，采区可采储量为105万t，充填开采可以充填煤矸石96.18万m3，质量为153.89万t。根据市场交易价格，中平能化十二矿为优质气肥煤，单价以950元/t计算，采煤成本200元/t，则十二矿回采的吨煤利润为750元t，则其收入为：750*105=78750.00万元综合以上可得，充填开采的总经济效益为：收入-成本=78750.004292.40=74457.60（万元）4.2 搬迁开采的经济效益分析与充填开采相比，采用村庄搬迁的方式开采村庄下压煤的成本包括村庄搬迁费C5、矸石处理费C6。下面以中平能化十二矿己三采区为例分析搬迁开采的经济效益。己三采区位于平顶山市卫东区高皇村高皇组和庆庄组下，两组共有居民428户，1240口，耕地近1000亩。村庄搬迁费C5：根据2011年1月19日国务院第141次常务会议通过的国有土地上房屋征收与补偿条例，并参照河南省煤炭条例及河南省人民政府豫政【1989】113号河南省国家建设征用土地上附着物的补偿标准（修订本）等有关规定，结合平顶山其他地区房屋拆迁赔偿细则，村庄搬迁费分为以下几部分：房屋拆迁费（包括房屋造价费、附着物补偿费、公益设施费）、青苗补偿费、土地复垦费、新村征地及三通一平费及其他费用等。房屋拆迁费：包括房屋造价费、附着物补偿费、公益设施费，按照政府规定，考虑到物价上涨因素各项费用统计如下：房屋造价费：房屋造价费为每户10万元，共有居民428户，共4280万元；附着物补偿费：按房屋造价的15%补偿，每户1.5万元，共计642万元；公益设施费：按照房屋造价的20%补偿，每户2万元，共计856万元。所以房屋拆迁费为5778万元。青苗补偿费：根据平顶山市征地青苗及地上附着物补偿标准（平政【2009】14号）文件规定，该地区属于二类耕地每亩补偿标准为每亩1350元，因采矿而造成塌陷绝产的土地约有800亩，每年补偿108万元。土地复垦费：根据平顶山市土地复垦管理规定（平政【2003】8号）文件，结合商丘市压煤村庄搬迁补偿办法，耕地复垦费为10元/m2，共计800*10*666.66=533.33万元。复垦后的耕地，经验收合格的交原村民使用，考虑土地肥力恢复因素，企业应继续补偿二年的青苗补偿费为216万元。共计533.33+216=749.33万元。新址征地及三通一平费：根据GB村镇规划标准，新村占地按原村人数100m2/人计算，即搬迁人口1240人，需征地186.00亩。征地费根据河南省人民政府关于公布实施河南省征地区片价综合地价标准的通知（豫政【2009】87号）为10万元/亩，综合征地费约1860万元。通水、通电、通路、平整土地及建设学校和村委会2000万，两项共计3860万元。村庄搬迁费C5=5778+108+749.33+3860=10495.33万元矸石处理费C6：进行搬迁开采时，中平能化十二矿己三采区可采储量为105万t，矸石产率为15，回采吨煤所负担的矸石处理费用是依据矸石产率来计算的，矸石处理费用为20元/t。共计为：C6=105*1520=315万元搬迁全采的成本为：C5 +C6 =10495.33+315=10810.33万元表4-2 搬迁开采成本明细搬迁开采花费项目费用（万元）村庄搬迁 C510495.33煤矸石处理 C6315.合计10810.33根据经济学原理，收益等于收入减去支出：搬迁开采的经济效益为78750.0010810.33=67939.67万元4.3 条带开采的经济效益分析条带开采采出率一般不大于60%，留设煤柱以保证足够的稳定性为准。这种方法的缺点是巷道掘进量大、丢煤多，从以往的成功经验上看，损失的煤炭储量一般为40%60%。采用条带法开采，按总体40%计算采煤量，约可采出煤量42万t，条带法开采约损失煤量63万t，即损失采煤利润47250万元。掘进成本增加费C7：与充填开采和普通搬迁开采相比，采用条带开采方式多掘进2000多米巷道，按每掘进1m巷道成本为0.35万元计算，掘进成本增加700万。房屋维修费C8：条带法开采区域地表仍下沉约1000mm左右，一部分房屋仍会产生级裂缝损害，需要维修补偿。该地区共有428户居民，按级裂缝补偿，以每家100m2，砖混结构房屋每平方米补偿费为50元，每户补偿费为5000元，共需要补偿214万元。表4-3 矿区建筑物破坏与地表变形关系表破坏程度建筑物破坏情况地表变形值修缮程度倾斜(mm/m)曲率(10-3/m)水平变形(mm/m)I墙身出现少量的不超过4mm宽的裂缝。3.00.22.0不修II墙身出现410mm宽的裂缝,门窗歪斜，墙皮脱落，梁支撑处稍有异样。380.20.524小修III墙身出现1040mm宽的裂缝,门窗变形严重，墙身倾斜，梁头有抽动现象，室内地板开裂或鼓起。8140.51.046中修IV墙身裂缝宽达到20mm以上，墙上有水平裂缝，甚至错动，墙身严重倾斜并外鼓或内凹，梁头抽动较大，屋顶鼓起，墙身局部挤坏。141.06大修采用条带开采方式与充填开采和普通开采相比，多支出费用总计：C8+C9=700+214=914万元根据经济学原理，收益等于收入减去支出：条带开采的经济效益为750*42-914=30586万元4.4 充填开采与搬迁开采和条带开采效益对比开采方式村庄处理可采储量（万t）采煤利润(万元)实施费用（万元）经济效益（万元）充填开采不搬迁105787504292.4074457.60搬迁开采搬迁1057875010810.3367939.67条带开采不搬迁，修补423150091430586 表4-4 三种开采方式经济效益对比可见中平能化十二矿己三采区而言，充填开采的经济效益为74457.60万元，搬迁开采的经济效益为67939.67万元，条带开采的经济效益为30586万元，所以充填开采的经济效益最高。5 充填开采的生态效益分析我国的煤炭开采一直以来采用的是以牺牲环境为代价的生产方式。煤炭开采产生采空区，导致地面塌陷，地上建筑坍塌，滑坡及地表水土流失等，这已成为地域性矿山生态环境问题10。充填开采技术利用新设备，新工艺，从源头上尽量避免矸石及其衍生出的一系列固、气、液态污染物的污染，把煤炭开采对环境的污染和破坏降到最低，形成资源利用的良性循环，实现煤矿绿色开采。5.1 处理的煤矸石量按中平能化十二矿己三采区计划充填开采105万吨煤炭资源计算，根据公式：充填煤矸石体积 = 开采煤炭体积* 充填压缩比例*充填系数V=M/*120%*0.96 = 1051.31*120% *0.96= 92.33万m3式中：V充填煤矸石体积 M开采煤炭质量煤炭的容重1.31，120%充填压缩比例0.96充填系数可以计算出共计充填92.33万m3充填材料，其中每立方米充填体的材料用量情况如下：煤矸石：1 m3，矸石山松散系数为1.6t/m3，用量为1.6 t。充填用水：0.4 t，用于稀释和胶结。根据单位体积充填材料中煤矸石质量，得出共计可以处理煤矸石92.33*104m3，147.73*104t。5.2 减少煤矸石占地面积矸石山堆积角度B=16，矸石山安息角度P=40，矸石山高度H。已知矸石山的体积为92.33*104m3，质量为147.73*104t，矸石山松散系数为1.6t/m3。由公式：H= H/36tan2PtanB2tanp+3.14tanB *V11，H= 20/360.8390.8390.28720.839+3.140.287*92.33*104H=63.02m每座矸石山占地面积的计算：由公式A=(1tanBtanP+3.14tan2P) H 11,可得： A=(1tan16tan40+3.14tan40tan40) 2063.022 =(10.2870.839+3.140.8390.839) 2063.022=25341.51m2 =38.01亩式中: V矸石山体积，立方米；A矸石山占地面积，平方米； B矸石山堆积角度，按一般值为16计算12； P矸石山安息角度，平顶山各矿区煤矸石在地面自然成堆，自然安息角为3840,上述计算取4012。 H-矸石山高度； tan16=0.287； Tan40=0.839； =3.14 根据公式计算，中平能化十二矿计划充填开采105*104t煤炭，则需要充填92.33*104m3充填材料，即解决了147.73*104t煤矸石，减少占地38.01亩。5.3 减轻空气污染煤矸石是煤炭开采过程中产生的废渣，含有残煤、碳质泥岩、硫等可燃物，煤矸石山由于其堆积物的高含碳量，极易发生自燃，排出大量CO、CO2、SO2、H2S和氮氧化物等有害气体，是一类巨大的碳排放源。借用他人对阳泉矿区煤矸石山自燃的研究成果，转化为CO的碳约占矸石总量的6%，转化为CO2的碳约占矸石总量的13.49% 13，利用碳元素平衡法，可得147.73*104t煤矸石可减排的污染气体的量分别为：CO气体：147.73*1046%*（28/12）=206822tCO2气体: 147.73*10413.49%*(44/12)=730721.82t 所以采用充填开采的方式，避免矸石山自燃，可以减少CO气体排放206822t，减少CO2气体排放730721.82t。5.4 控制地面沉降采矿塌陷使耕地面积减少、质量退化，甚至导致耕地绝产，加剧了人地矛盾，还会引发一系列的社会问题，给矿区和资源型城市在资源衰竭后的经济社会可持续发展带来巨大的隐患。我国煤炭的地下开采量约占采煤总量的93%，如果不采取有效的防控措施，采空区上覆岩层的应力平衡被破坏后所产生的移动变形最终波及地表造成地面下沉14，形成下沉盆地、塌陷漏斗、地表裂缝等，会在一定范围和程度上影响一个区域的地质、地貌、水文、土壤和植被等地理因素，尤其在农田下方会造成耕地下沉，农田减产甚至绝产，影响人民的生产生活。煤矿地下开采，造成地面塌陷影响地表建筑物及土地的移动变形值，其因素主要有:地表下沉值、倾斜值和水平变形值、曲率值。通过分析，搬迁开采造成地表最大下沉5500mm、最大倾斜30.0mm/m、最大水平变形12.0mm/m、最大曲率变形-0.2510-3/m。己三采区采用搬迁开采方式对地面高皇村居民房屋的破坏等级达到了级以上，地面建筑受损严重，需要整体拆迁15。条带法开采方式引起地表最大下沉1000mm、最大倾斜6.0mm/m、最大水平变形2.5mm/m、最大曲率变形-0.0610-3/m。即己三采区采用条带法开采后，地面村庄的民房破坏等级一般为级，可采取维修处理，不需要大范围重建15。利用矸石充填方式采煤，能够大大减缓地表变形程度，有效保护地面建（构）筑物和耕地，保护土地资源。充填法开采后地表最大下沉不超过100mm，最大倾斜4.2mm/m、最大水平变形1.9mm/m、最大曲率变形-0.03210-3/m左右。基本接近于国家一级保护建筑物所规定的最大允许值(倾斜2.5 mm/m，水平变形1.5 mm/m) 16。据测算，在充填材料矸石的成分和特性一定情况下，地表的变形程度与充填空间的充填率成正比，填充率越高，地表变形程度越小。通过不同充填率条件下地表变形分析得知，矸石充填开采充满率每提高20%，减沉率提高约12%17。所以在煤矿利用矸石充填方式进行采煤，尤其是进行“三下”压煤开采时，必须对上部要保护的对象进行研究，确定其允许变形值。6 充填开采的社会效益分析 社会效益是一项工程对就业、增加收入、提高生活水平等社会福利方面所作各种贡献的总称，是指最大限度地利用有限资源满足社会上人们日益增长的物质文化需求。不论是采用充填开采方式还是使用传统的整体搬迁开采方式，维护当地的社会稳定，减少社会矛盾是最为重要的事情。中平能化十二矿己三采区位于平顶山市卫东区东高皇村高皇组和庆庄组正下方，地面共有居民428户，人口1240人，耕地近1000亩。如果采用传统开采方式需要对村庄进行整体搬迁，并且会造成近800亩耕地塌陷。搬迁村庄一方面要支付巨大的房屋拆迁费（包括房屋造价费、附着物补偿费、公益设施费）、青苗补偿费、土地复垦费、新村征地及三通一平费、煤矸石处理费等费用，同时搬迁村庄所带来的不可预见的社会治安管理费用等都是相当巨大。因为搬迁而引起的社会局部冲突和不安定因素会始终存在，并一直威胁当地的社会经济发展水平与和谐社会的建设步伐。为了更好地了解高皇村村民对于搬迁的态度和意见，我们采取了问卷调查的方法对该村村民村民进行了一次调查（调查问卷详见附件一）。确定调查对象和范围迁拆意愿调查问卷设计实施调查数据整理结果分析 图6-1 区域调查研究步骤图此次调查共发放问卷100份，回收问卷100份，具体统计情况如下：表6-1 拆迁意向调查统计表（单位：人）选项题号ABCDEFGH146542152155103101146334543781528359226683944976835687250605750442840985517201062265711684622201217331238137835545858384310143052144154825207注：其中第八题、第十一题和第十三题为多选题，其他均为单选题。在调查的100人中，男性占46%，男女比例基本平衡，其中年龄在3040岁的农村主要劳动力占55%，可以充分体现农村主要人群当前的心声。根据调查问卷第五题“您家庭收入的主要来源是什么？”统计该地区居民的主要收入来源比利（图6-2），其中工资性收入和耕地性收入和外出打工收入占前三位分别为35%、28%和22%。图6-2 高皇村居民经济收入主要来源分布图从图中可以看出该村村民的主要收入来源构成复杂，因此新村征地的选址以及搬迁后居民就业问题必须妥善解决，如若不然会严重制约搬迁的进程和搬迁后村庄社会稳定。选址不当，必定会造成居民工作不便，增加村民工作成本，引发社会矛盾。采煤必然造成耕地塌陷，严重的会造成土地绝产，给村民的生活带来严重的影响，怎样解决农民耕地和土地复垦问题也是必须认真考虑的问题。第七题对于当前新农村改造、房地产开发和矿区开采而进行的村庄搬迁，您的态度是什么？统计结果见如6-3：图6-3 居民拆迁意愿统计图从图中可以看出，由于当地位于煤矿附近，采煤塌陷、环境污染比较严重，所以居民对于搬迁并不是十分排斥，83%的村民表示只要赔偿合理愿意搬迁。但是不能忽略的是根第11题“如果不愿搬迁，原因主要有哪些”（见图6-4），68%的人认为是迁拆补偿太低；第13题“您认为目前拆迁政策中存在哪些问题”，78%的人认为补偿标准太低，54%的人认为补偿办法实际操作性低；同时第15题结果统计48%的村民表示如果补偿不合理绝不会同意拆迁，所以拆迁补偿费将成为整个拆迁过程的重中之重，是解决搬迁工程顺利与否的关键。图6-4 高皇村居民不愿拆迁的原因意见及人数雷达图第八题影响您对拆迁问题所持态度的因素有哪些？我们共设置了8个选项，生活环境、经济发展水平、教育条件、交通条件、医疗卫生条件、社会福利和保障、休闲娱乐文化生活和基础设施。统计结果见图6-5：图6-5 影响拆迁态度因素统计图由图可见，八个选项所占比例比较均衡，即村民对以上各个问题都比较关注，村民对迁入地的考虑要求较多，所以居民安置时要考虑各方面的问题。大量村民搬迁后生计方式的转变，使得搬迁选址以及以后适应过程中产生容易产生摩擦，会对社会的安定产生长远的影响。第九题拆迁是否会造成您心理上的焦虑或恐慌，结果显示（见图6-6）只有20%的人认为不会有影响。可见拆迁对人民的心理影响是比较严重的，如果中间再有诸个问题不能妥善解决，可能会造成大的群众事件。图6-6 拆迁对居民的心理影响图第十题如果拆迁您会选择什么赔偿方式？结果如图6-7：图6-7 高皇村居民关于赔偿方式意见图据统计，65%的村民选择“房屋和经济赔偿各占一部分”的赔偿方式，只有6%的村民希望可以得到等额经济赔偿的方式，但是现在政府拆迁多采用经济赔偿的方式，和村民的意愿有很大的差别，存在潜在的社会问题。由此可见拆迁会带来一系列经济、民事纠纷等问题，打破了大部分村民的正常生活，给他们带来了生产生活麻烦和心理的不安。如若搬迁问题处理失当，则有可能引起地方行政机关和企业单位与村民之间的纠纷，扰乱社会治安。而采用充填的开采的方式就完全避免了这个最为棘手的问题，不用搬迁村庄，一方面可以节约10495.33万元搬迁费，另一方面对于构建和谐社会做出了突出贡献，是煤炭企业可持续发展道路的体现。结合当前我国的发展形式和国家政策，构建和谐社会是我国的主要发展目标。采用充填开采的方式正是为煤炭企业构建和谐社会提供了一条行之有效的道路，结合生态效益与经济效益分析，充填开采的社会效益才是对社会的重大贡献。7 结束语经过大量的调查获得了真实有效的数据，通过定量分析得出中平能化十二矿己三采区充填开采的利润为74457.60万元，并与传统开采方式的效益进行相比经济效益显著。通过计算证实了充填开采的巨大生态效益，矸石不上井，减少矸石占地38.01亩，同时可以减少206822t CO气体和730721.82t CO2气体，避免了煤矸石引起的大气污染、水污染和土壤污染等问题。通过问卷法调查了村民对于搬迁的意见和态度，分析了充填开采对于稳定民心、构建和谐社会的积极作用。得出充填开采无论在经济效益、生态环保方面还是社会效益方面都具有非常大的优势。社会和谐、环境友好和技术创新是企业走可持续发展道路必须同时兼顾的三个方面。中平能化十二矿将社会和谐、环境友好和经济发展放在同等重要的地位，坚持全面、协调、可持续的道路，不断提高环保意识和企业自主创新能力，采用先进的技术装备，对矿产资源、水资源、土地资源进行综合开发与保护，获得了社会效益、环境效益和经济效益的三丰收!参考文献1 郭文兵，邓喀中，邹友峰.我国条带开采的研究现状与主要问题J.煤炭科学技术，2004-08，32（8）：7112 赵兵朝，余学义.矿区三下开采安全性评价与计算机仿真方法J 陕西煤炭，2008，2：363 吴侃，靳建明.采动损害鉴定方法探讨J，地矿测绘，2000，2：35364 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