绿色开采的概念（课堂PPT）

1、1 绿色开采的概念与技术框架绿色开采的概念与技术框架23煤炭产量，亿煤炭产量，亿t t年度年度200020052015203010.0 21.932.038.0 中国煤炭产量预测中国煤炭产量预测p 制约我国经济发展的突出瓶颈是能源。p 我国煤炭资源量超过5.5万亿吨，居 世界第3位，是中国经济发展中最可 靠的能源保障。p 煤炭占我国一次能源的70%以上， 2050年仍将占50%以上。p 我国煤炭资源严重受安全与环境和区 位条件制约。 20092009年中国煤炭产量占世界比重年中国煤炭产量占世界比重20092009年中国能源结构年中国能源结构4 对土地资源的破坏地表塌陷、水土流失、沙漠化严重破坏

2、土地资源。地表塌陷、水土流失、沙漠化严重破坏土地资源。平均每采万吨原煤造成塌陷土地平均每采万吨原煤造成塌陷土地0.2-0.30.2-0.3公顷，每公顷，每年新增塌陷地约年新增塌陷地约3-43-4万公顷。万公顷。以山西省为例，截至以山西省为例，截至20072007年，煤炭地下采空面积占年，煤炭地下采空面积占全省面积的全省面积的6%6%（约（约5000km5000km2 2）。）。6塌陷区7年份采煤量（亿t）采空塌陷累积面积（km2） 采 空 区 面积(km2)采空区占山西省面积(%)产 量 增 长率（%）19992.281810000.6420002.5100013000.8313.642001

3、2.689145918501.197.5620023.7175926401.6937.620034.35231035542.2817.5720045.02294050003.2115.420055.5345070004.499.5620065.81413080005.135.6420076.55000100006.4111.88煤炭开采造成的地表塌陷调查煤炭开采造成的地表塌陷调查8山西省地面塌陷系数的确定山西省地面塌陷系数的确定年份历年采空塌陷面积净增量(km)吨煤塌陷(公顷/万t)20001820.7320014591.7120023000.8120035511.2720046301.252

4、0055100.9320066801.1720078701.34910 对地面建筑物及人文环境的破坏导致村庄被迫迁徙。以淮北矿业集团为例，2001年，13个村庄因采煤塌陷被迫搬迁，共计1412户、5535人迁徙。11“三下三下”压煤问题压煤问题 我国的煤炭资源我国的煤炭资源回收率仅为回收率仅为40%左右，左右，“三下三下”（村庄下、道（村庄下、道路下、水体下）压煤是路下、水体下）压煤是其重要根源。其重要根源。 新汶矿区新汶矿区“三下三下”压煤高达压煤高达2.67亿吨，占亿吨，占可采储量的可采储量的70%多。多。12 煤炭开采过程中，人为疏干排水和采动形成的导水裂隙对煤系含水层的自然疏干，破坏了

5、地下水资源。同时，造成区域含水层水位下降，形成大规模地下水降落漏斗，直接影响到区域水文地质条件。 开采产生的地表变形往往影响到地表水体(河流、湖泊、井泉等)，从而使部分沟泉水量减少甚至干涸，影响当地居民正常的生产生活，进而影响区域植被生长，甚至土地沙漠化。 这一问题在西部缺水地区显得尤为突出。 我国每年采煤破坏地下水22亿m3/a。 山西省通过对5403个煤矿排水量的统计，平均开采1t煤炭，矿井排水0.87t，使本来缺水的山西环境受到进一步破坏。 如晋祠泉在1954年的流量为2m3/min，由于晋祠泉域内西山煤田的大规模开采，泉水流量逐渐减少，于1994年5月断流。 由于煤矿开采破坏地下水而引

6、起当地居民失去饮用水源的情况在媒体上也时有报道。 以山西为例，采煤破坏地下水4.2亿m3/a，导致井水位下降或断流共计3218个，影响水利工程433处，水库40座，输水管道793890m；造成1678个村庄、812715口人、108241头牲畜饮水困难。使本来缺水的山西环境受到进一步破坏。16 煤矿突水灾害与水资源破坏煤矿突水灾害与水资源破坏我国我国60%的矿区为的矿区为石碳二叠系含煤地层石碳二叠系含煤地层,其其中中80%受到严重的突水受到严重的突水危险。危险。现在，我国每年排现在，我国每年排出矿井水出矿井水60亿亿m3左右，左右，只利用只利用25%左右，造成左右，造成矿区水源枯竭、水与生矿区

7、水源枯竭、水与生态环境的破坏。态环境的破坏。17Water inrush主要来自矿井排出的瓦斯和矸石山的自燃。瓦斯即煤层气，它是比CO2还严重21倍的温室气体，也是导致煤矿重大安全事故的根源。同时瓦斯又是最好的清洁能源。建国以来，我国煤矿发生煤与瓦斯突出事故1500余次，仅2001年由于瓦斯事故的死亡人数达2356人，为煤矿总死亡人数的40%。煤矿每年向大气排放瓦斯70-190亿m3。19煤矿瓦斯灾害与瓦斯排放煤矿瓦斯灾害与瓦斯排放 中国在地下中国在地下2000 m范围范围内具有内具有3035万亿万亿m3煤层煤层气资源气资源,每年排放煤矿瓦每年排放煤矿瓦斯斯70190亿亿m3。 煤矿瓦斯灾害严

8、重，煤矿瓦斯灾害严重，2004年底至年底至2005年初，年初，大平煤矿、陈家山煤矿、大平煤矿、陈家山煤矿、孙家湾煤矿接连发生孙家湾煤矿接连发生3起起一次死亡百人以上特大一次死亡百人以上特大瓦斯事故。瓦斯事故。高瓦斯及煤高瓦斯及煤与瓦斯突出与瓦斯突出低瓦斯低瓦斯20Gas explosion underground21我国现有矸石山我国现有矸石山1600余座，余座，堆积量超过堆积量超过45亿亿t，占地超，占地超过过15000 hm2。目前每年产。目前每年产矸量超过矸量超过3.5亿亿t。矸石山除了占用大量的土矸石山除了占用大量的土地资源外，还会严重污染地资源外，还会严重污染空气和地下水，甚至存在空

9、气和地下水，甚至存在滑坡与爆炸危险。滑坡与爆炸危险。 22 1966年在英国南威尔士的阿邦芳，年在英国南威尔士的阿邦芳，1座高达座高达60 m的矸石山的矸石山滑塌，滑塌，11万万m3的矸石垮塌下来，使的矸石垮塌下来，使100多人丧生。造成这次多人丧生。造成这次事故的原因是矸石堆在事故的原因是矸石堆在1个矿泉上，使矸石山内水量达到饱个矿泉上，使矸石山内水量达到饱和，降低了矸石山的稳定性。和，降低了矸石山的稳定性。 2004年年2月月28日，国投新集一矿煤矸石山坍塌，日，国投新集一矿煤矸石山坍塌，2人被埋。人被埋。救援过程中，煤矸石再次坍塌，又导致救援过程中，煤矸石再次坍塌，又导致6人被埋。人被埋

10、。2005年年5月月15日，河南平煤集团四矿矸石山爆炸后发生塌日，河南平煤集团四矿矸石山爆炸后发生塌方，煤灰和矸石从数十米高处喷涌而下，致使方，煤灰和矸石从数十米高处喷涌而下，致使100 m外外18间间民房不同程度地受损，造成民房不同程度地受损，造成8人遇难，人遇难，16日凌晨日凌晨1时矸石山中时矸石山中部又突然发生热气煤尘（碎矸石）喷出，致使抢险救灾人员部又突然发生热气煤尘（碎矸石）喷出，致使抢险救灾人员115人受伤。人受伤。 煤炭开采造成的环境破坏大大超出了矿区环境容量，煤炭开采造成的环境破坏大大超出了矿区环境容量，我国煤炭开采是以牺牲环境为代价的。而煤炭作为我国煤炭开采是以牺牲环境为代价

11、的。而煤炭作为我国的主要能源的状况在短期内难以改变，为了避我国的主要能源的状况在短期内难以改变，为了避免开采对矿区环境的继续破坏，响应国务院关于免开采对矿区环境的继续破坏，响应国务院关于促进煤炭工业健康发展的若干意见的要求，国家促进煤炭工业健康发展的若干意见的要求，国家和煤炭行业必须考虑煤炭资源与环境协调开采问题，和煤炭行业必须考虑煤炭资源与环境协调开采问题，转变煤炭开采理念，开展煤炭资源绿色开采技术研转变煤炭开采理念，开展煤炭资源绿色开采技术研究，依靠技术进步，将煤炭生产活动对自然资源和究，依靠技术进步，将煤炭生产活动对自然资源和生态环境的影响降低到最小程度。生态环境的影响降低到最小程度。提

12、出并尽快形成煤矿的“绿色开采技术”已迫在眉睫。事实上，中国矿业大学教授钱鸣高院士及其领导的课题组，从20世纪九十年代初已开始了有关“绿色开采技术”的研究和实践。在长期研究和实践的基础上，钱鸣高院士正式提出了煤矿绿色开采的理念及其技术体系。煤矿绿色开采的内涵 煤矿绿色开采以及相应的绿色开采技术,在基本概念上是从广义资源的角度上来认识和对待煤、瓦斯、水、土地、矸石等一切可以利用的各种资源；基本出发点是从开采的角度防止或尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响；基本手段是控制或利用采动岩层破断运动；目标是在取得经济效益的同时,实现最佳的环境效益和社会效益。煤矿绿色开采的特点之一 从广义资源的角度

13、论，在矿区范围内从广义资源的角度论，在矿区范围内的的煤炭；地下水；煤层内所涵的瓦斯；土地以至于煤矸石以及在煤层附近的其他矿床都应该是经营这个都应该是经营这个矿区的开发对象而加以利用。矿区的开发对象而加以利用。 矿井瓦斯定义：矿井中主要由甲烷为主的有害气体。-煤层气 瓦斯抽放-煤层气开采（抽采） 矿井水文地质类型：根据矿井水文地质条件、涌水量、水害情况和防治水难易程度，类型。煤矿绿色开采的特点之二 从开采的角度采取措施，从源头消除或减少采矿对环境的破坏；而不是先破坏后治理。因而，矸石的井上处理与土地复垦是属于环境治理问题，而不属于绿色开采问题。煤矿绿色开采的特点之三开采引起环境与主要安全问题的发

14、生都开采引起环境与主要安全问题的发生都与开采后造成的岩层运动有关（岩体不与开采后造成的岩层运动有关（岩体不破坏上述问题都不会发生），因而，绿破坏上述问题都不会发生），因而，绿色开采的重大基础理论为：色开采的重大基础理论为：1 1）采矿后岩层内的）采矿后岩层内的“节理裂隙场节理裂隙场”分布分布 以及离层规律；以及离层规律；2 2）开采对岩层与地表移动的影响规律）开采对岩层与地表移动的影响规律3）水与瓦斯在裂隙岩体中的渗流规律；）水与瓦斯在裂隙岩体中的渗流规律；4）岩体应力场分布规律及岩层控制技术）岩体应力场分布规律及岩层控制技术因而，一定程度上绿色开采技术可叫做因而，一定程度上绿色开采技术可叫做

15、“基于岩层控制的绿色开采技术基于岩层控制的绿色开采技术”。绿色开采符合： 科学采矿的要求 煤炭循环经济发展的要求科学采矿的三原则安全原则环保原则经济原则资源开采资源开采传统经济运行模式传统经济运行模式自然界自然界废物污染废物污染物品消费物品消费产品制造产品制造资源开采资源开采生产末端治理运行模式生产末端治理运行模式自然界自然界物品消费物品消费产品制造产品制造技术技术治理治理污染污染废物废物废水废水废气废气循环经济运行模式循环经济运行模式废弃物废弃物产品产品资源资源再循环再循环再利用再利用减量化减量化循环经济的三原则循环经济的三原则（3R原则）原则） 减量化原则（减量化原则（Reducing）

16、减物质化原则减物质化原则 再利用原则（再利用原则（Reusing） 反复利用原则反复利用原则1. 资源化原则（资源化原则（Recycling）再生利用原则）再生利用原则建建筑筑材材料料充充填填材材料料净净化化利利用用充充填填载载体体开采沉陷开采沉陷矿井废水矿井废水瓦斯涌出瓦斯涌出保保水水开开采采充充填填开开采采煤煤与与瓦瓦斯斯共共采采绿绿色色开开采采技技术术煤产品煤产品采场空区采场空区煤化工煤化工发电厂发电厂锅炉锅炉外排矸石外排矸石井下充填井下充填岩层移动岩层移动建筑损坏建筑损坏农田塌陷农田塌陷污染大气污染大气爆炸事故爆炸事故粉煤灰粉煤灰废渣废渣井巷矸石井巷矸石占用耕地粉碎破碎洁洁净净煤煤技技

17、术术煤炭开采煤炭开采煤炭循环经济技术途径煤炭循环经济技术途径建建筑筑材材料料充充填填材材料料净净化化利利用用充充填填载载体体开采沉陷开采沉陷矿井废水矿井废水瓦斯涌出瓦斯涌出保保水水开开采采充充填填开开采采煤煤与与瓦瓦斯斯共共采采绿绿色色开开采采技技术术煤产品煤产品采场空区采场空区煤化工煤化工发电厂发电厂锅炉锅炉外排矸石外排矸石井下充填井下充填岩层移动岩层移动建筑损坏建筑损坏农田塌陷农田塌陷污染大气污染大气爆炸事故爆炸事故粉煤灰粉煤灰废渣废渣井巷矸石井巷矸石占用耕地粉碎破碎洁洁净净煤煤技技术术煤炭采掘煤炭采掘煤炭循环经济技术途径煤炭循环经济技术途径42煤炭开采煤炭开采岩层移动岩层移动排放矸石排放

18、矸石地下水流失地下水流失与突水事故与突水事故瓦斯卸压流动、瓦斯事瓦斯卸压流动、瓦斯事故与排放瓦斯污染环境故与排放瓦斯污染环境地表塌陷、土地地表塌陷、土地与建筑物损害与建筑物损害占用土地占用土地污染环境污染环境保水开采保水开采煤与瓦斯共采煤与瓦斯共采减沉开采减沉开采矸石减排矸石减排地下气化开采地下气化开采绿色开采绿色开采关关键键层层理理论论一、煤矿绿色开采的技术框架44部分开采充填开采协调开采条带开采房柱式开采部分充填全部充填减缓地表沉陷、保护土地资源、回收建筑物下压煤减沉开采减沉开采技术体系减沉开采技术体系二、减沉开采技术体系二、减沉开采技术体系 45二、减沉开采技术体系二、减沉开采技术体系

19、46三、保水开采技术体系三、保水开采技术体系 保护地下水资源井下排水的净化与循环利用技术含水层不破坏或破坏后能恢复的采煤技术保水开采47四、煤与瓦斯共采技术体系四、煤与瓦斯共采技术体系 48 五、矸石减排技术体系五、矸石减排技术体系4950 CH4 TreeTreeHouseBuilding 2FactoryTreeTreeCH4 煤炭开采引起的一系列安全和环境问题都与煤炭开采引起的一系列安全和环境问题都与采动岩层破断与运动有关。采动岩层破断与运动有关。开采沉陷开采沉陷突水事故突水事故突水事故突水事故瓦斯抽放瓦斯抽放瓦斯事故瓦斯事故冒顶事故冒顶事故51 应力场变化应力场变化 裂隙场变化裂隙场变化 地表沉陷地表沉陷 顶板事故与冲击矿压顶板事故与冲击矿压 突水事故突水事故 瓦斯事故瓦斯事故 破坏土地与建筑破坏土地与建筑 破坏地下水资源破坏地下水资源 排放瓦斯污染大气排放瓦斯污染大气 52 煤层开采后，煤层开采后，岩层移动是如何由下往上发展直至岩层移动是如何由下往上发展直至地表的？地表的？岩层移动过程中内部岩体的应力、岩层移动过程中内部岩体的应力、裂隙、变形是如何分布的？裂隙、变形是如何分布的？53 采场覆岩移动的“横三区”与“竖三带” A