摘要:煤炭资源开采对环境的影响问题，是国际上广泛关注的焦点问题，更是影响中国社会与经济发展战略的重要问题之一从国家对煤炭工业发展要求出发，阐述了研究煤炭资源绿色开采的必要性和意义，对煤炭资源绿色开采的内涵作了进一步的阐述.在论述煤炭资源绿色开采技术体系框架的同时，对保水开采、煤与瓦斯共采、条带开采与充填开采、井下研石处理、煤炭地下气化等主要的关键问题与研究现状作了深入的分析，提出了进一步研究与发展的建议.
关键词:煤炭资源; 循环经济; 绿色开采; 关键层
中图分类号:TD 82 文献标识码:A
1资源与环境协调(绿色)开采的提出
1.1资源开采与政府的宏观政策
    由于经济高速发展，凸显发展对环境的影响.新型工业化道路以及循环经济的提出迫使人们考虑“绿色矿业”问题。近期国务院关于促进煤炭工业健康发展的若干意见中更具体对煤炭工业提出了要求.如:在指导思想中提出“走资源利用率高、安全有保障、经济效益好、环境污染少和可持续的煤炭工业发展道路”.同时提出要“统筹煤炭工业与相关产业协调发展、统筹煤炭开发与生态环境协调发展、统筹矿山经济与区域经济协调发展一在发展目标中具体提出“用3－5a时间，矿区生态环境恶化的趋势初步得到控制，再用5a左右时间，形成以煤炭加工转化、资源综合利用和矿山环境治理为核心的循环经济体系。”
    显然，若干意见中的3个统筹就是要把矿区资源优势变成经济优势，就是要把矿区变成矿工的绿色家园.煤炭是否能成为主体能源，关键是要解决煤炭开发与利用中对环境的影响问题.而煤炭工业能否健康发展，则需要综合研究资源经济特点，解决政策、机制、规划、价格、技术等诸多问题，并相应地提出举措，才能成功.
    显然，若干意见的发表促使煤炭企业在一系列问题上要作出回答，例如，在煤炭开发与生态环境协调发展方面应该如何应对.事实上，在意见发表前后作为以生产煤炭为主的煤炭企业也作了不少很有成效的探索，如:
    1)利用劣质煤和地面堆积如山的煤研石发电、制砖.
    2)利用煤矿坑下排水净化.
    3)利用瓦斯发电.
    4)开采塌陷区的复垦和景观化等.
    充州、潞安、新汉、神华、淮南等矿业集团都有自身特色的生态恢复系统.
1.2开发资源需思考的几个问题
    有的专家认为，事实上资源开采存在2种情况:
    其一，人类的索取超过了自然的生产力，生态资本出现赤字，人类将自食其果.
    其二，在向自然索取的同时，尊重自然意志，遵循自然规律，时刻不忘回馈自然和养护自然，从而在人类和自然之间建立起复合的生态平衡机制.
    显然，对于采矿来说就是在开采过程中不要让生态资本出现赤字.否则速度越高，经济效益越低，这是一种不可持续的(虚假)繁荣.
1.3煤炭开采与环境
    众所周知，矿区在开发建设之前与周围环境已形成了一定的协调方式，而一旦开发建设，强烈的人为活动便使环境发生巨大的变化，由此形成了独特的矿区的生态环境问题.因此有人提出警告:“莫让资源大省成为地质灾害大省”.
    煤炭开采形成的环境问题有:
    1)对土地资源的破坏和占用.煤炭开采对土地资源的破坏损害，井工开采以地表塌陷和研石山压占为主，而露天开采则以直接挖损和外排土场压占为主.
    2)对水资源的破坏和污染.煤炭开采破坏地下水资源表现在对其进行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，同时开采还可能污染地下水资源.
    3)对大气环境的污染.主要来自矿井排出的煤层瓦斯和煤矿研石山的自燃所形成的废气.
    以山西为例，由于山西煤炭产量占全国的1/4－1/3，因而开采对山西环境影响最大.1949一1998年间山西共生产原煤56亿t，造成地面塌陷破坏面积超过6 .7万h m²，其中40%是耕地;矸石山占地2khm².到1998年煤炭地下采空面积累计达1300 km²(全省面积的1%)，采煤破坏地下水4.2亿m³/a.这使本来缺水的山西环境受到进一步破坏.
    假若如报道那样，山西煤炭开采可能导致生态资本出现赤字.而煤炭的价值要依靠延长产业链形成，开采煤炭本身赢利很少，因而仅靠出售原煤，环境破坏得不到补偿，只会越挖越穷，而下游产业利用煤炭富裕起来，造成社会分配的不公平.
    山西提出了开征煤炭价格调节基金就是促使煤炭生产企业自觉履行治理环境污染的义务，建立生态补偿费制度，将煤炭工业生态破坏成本内部化.由此对经济情况并未完全好转的煤炭工业造成压力.
2资源与环境协调(绿色)开采的内涵
2 .1对原有矿井废弃(或有害)物观念的转变
    从广义资源的角度论，在矿区范围内的煤炭、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矿区的开发对象而加以利用.
    而在原来的定义中，矿井瓦斯(Mine gas)是[1]:矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体.事实上瓦斯是清洁能源，1m³瓦斯可发电3－3.5 kW•h.
    矿井水文地质类型(Hydrogeological type of mines)是: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.事实上水是资源，采矿应该将其调控.
    其它，如矸石作为塌陷地的复垦材料以及制砖利用等.
2 .2绿色开采技术涉及的范围
    1)采矿方法的改变.如:为保护地面建筑物而发展条带开采和条带充填技术、采空区以及离层区充填技术;煤与瓦斯共采技术;保护地下水资源开采技术一保水开采技术;地下气化技术;开采与土地保护.
    2)加强煤巷维护技术，从而不出或少出矸石.从经济原则出发，矸石在井下处理，或考虑地面处理以保护环境或将其进行制砖，填方等加以利用.
2.3绿色开采技术的基础理论问题
    开采的环境问题都是由于采动所引起，因此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).岩层运动不仅对矿山压力有影响，对环境而言是开采后形成岩层节理“裂隙场”，由此影响离层的发育状态及位置，引起地表沉陷，瓦斯与地下水在裂隙岩体内的渗流等.为此提出了岩层控制的关键层理论〔2〕.
2.4关键层的判别方法与程序
    关键层的判别可以用覆岩中的坚硬岩层的刚度条件和强度条件加以判别.两层邻近坚硬岩层在一起，可能形成同时破断复合效应，则:
    1)当相邻两硬岩层复合破断时，两硬岩层间将不会出现离层.
    2)当形成复合效应时，增大了关键层的破断距，在位置靠近采场时，将引起工作面来压步距的增大和变化。在仅有两层(h1和h2)坚硬岩层条件下，Σh2为h1到h2的距离，而Σh3则是h2到地表的距离.只要满足下述关系，硬岩层h1与h2将同时垮落:
Σh3+h2≥(Σh2+h1) (h2/h1)².
例如h2是h1的1倍则Σh3+h2只要等于或大于Σh2+h1的4倍,h2和h1将同时垮落.此时虽然h2远大于h1，但h2将不会产生离层.
    采动后岩体内的“裂隙场”，主要有以下特点:
    1)中心离层区的形成.关键层运动对离层产生、发展的时空分布起控制作用.覆岩中心最大离层区主要出现在关键层下采空区的中部.
    2)采动裂隙“O”形圈的形成.关键层初次垮落后，关键层在采空区中部离层趋于压实，而在采空区两侧仍各自保持一个离层区.此时，从平面看，在采空区四周存在一沿层面横向连通的离层发育区，称之为采动裂隙“O"形圈.