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浅埋煤层岩层控制理论支撑大煤田安全绿色开采

我国西部神府东胜煤田探明储量2236亿吨，占***探明储量的15%，为世界七大煤田之一。煤田内建设有2个亿吨级特大型煤炭基地，对***经济建设具有重要支撑作用。但是我国煤炭物流市场由于种种原因，一直存在着以下问题：①多数煤炭企业以及煤炭需求企业对煤炭物流认识不足。但是，神府东胜煤田埋藏浅，覆岩薄，地表为厚沙土和黄土层，生态环境脆弱。浅埋煤层开采面临的突出问题是：采场顶板压力迅猛，严重威胁安全开采；地表***明显，煤炭开采与环境保护矛盾突出。要实现安全、绿色开采，必须攻克浅埋煤层岩层控制理论难题。

西安科技大学黄庆享***团队伴随神府东胜煤田开发，开始了长达22年的潜心研究，先后获得5项***自然科学等15项课题资助，不断创新，***浅埋煤层岩层控制理论与技术发展，有力支撑了浅埋大煤田的安全绿色开采。

自1993年神府东胜煤田开发之初，黄庆享就主持了该煤田首采工作面采前模拟实验，发现了顶板“台阶下沉”现象，拉开了研究的序幕。1998年完成博士***，2000年出版《浅埋煤层长壁开采顶板结构与岩层控制研究》专著。概率积分法预计地表沉陷参数：下沉系数q（下沉量与煤层法线厚度在铅垂方向的投影长度的比值。以单一关键层台阶下沉和双关键层大小周期来压为标志，提出了浅埋煤层和近浅埋煤层定义；建立了顶板初次来压的“非对称三铰拱”和周期来压的“台阶岩梁”结构理论，发展了砌体梁理论，揭示了顶板滑落失稳来压机理；测定了关键块端角挤压和端角摩擦系数，促进了顶板结构分析的定量化；提出了支架“给定失稳载荷”工作状态，建立了采场支架合理工作阻力确定的新方法，为采场支护提供了依据。

2001年后，在***自然科学资助下，黄庆享团队开发动态载荷实验，测定了松散层在顶板结构的载荷传递规律，提出了载荷传递因子，揭示了顶板动载机理，得到广泛采用。这项研究推动了浅埋煤层顶板动态结构理论发展，解开了浅埋煤层顶板动压控制难题。

绿色开采理念是一场头脑革命

近年来，通过多年的研究和探索，明确了一条走建设绿色开采、生态矿山的新思路，实现了以小的资源和环境成本，取得大的经济和社会效益，为煤炭行业发展闯出了一条新路。生态环境的严重***，造成外部不良经济状况日益突出，进而使得山西煤炭产业的后续发展能力不足。在煤炭开采的过程中，不只把煤炭看作是资源，更要把空气、土地、地下水等与煤炭相关，构成环境生态的各种因素，都当作是一种重要的资源，认真保护，科学开发，综合利用。

其核心理念是：按照矿山不同的生态、资源和人文环境，制定不同的生态矿山建设模式，指导矿山的设计与生产，把生态矿山技术创新并集成地嵌入生产过程中，使得矿山在设计和生产过程中就形成生态矿山运行机制，达到以小的生态扰动获取资源，以小的末端治理，还原和再造矿区的生态环境，终于实现矿山工程与生态环境融为一体。在我国西北地区必须研究所开采的岩层是否有隔水带，开采对地表和地下水系的***形成的漏斗在降雨后能否***。

我们通过绿色生态综合技术的应用，每年可以实现减排二氧化碳144万吨，消灭矸石180万吨，日处理污水16万M3以上，年节电1865万千瓦时。经过近２０年的技术攻关，研发了煤矿地下水库技术，将含水层的地下水疏导至采空区进行储存，并建设相应的水处理和抽采利用工程，对矿井水进行有效利用。用数字证明，煤矿不污染或低污染，照样能生产。采前青山绿水，采后依然要保持绿水青山，这是现代煤炭国企不可推卸的社会责任。

绿色开采的现状及重要性

在我国一次能源结构中，煤炭将长期是我国的主要能源，煤炭工业能否健康发展是事关我国能源安全和经济可持续发展的重大问题。2保水开采技术保水开采与防治溃水是两个概念，后者从安全考虑，而保水开采则必须开采前后岩层的水文地质变化。目前，尽管我国的煤炭产量和消费已占世界的1/3，但整个煤炭行业距离经济有竞争力、充分考虑安全与环境保护的健康发展还有很多问题没有根本解决。资源与环境协调开采是解决煤炭开采环境问题的根本出路。

关于资源与环境的几点认识：①环境是一种资源，自然环境是亿万年来自然力作用的结果。有些稀缺公共资源，***后很长时间得不到***，具有不可逆性。采煤无水区：该类型采煤不受水体成胁，可在覆岩结构类型为土基地段适当留设防塌煤柱。②环境通过各种各样过程转化为人类生产和消费产生废弃物的能力称为环境的自净能力，也称为环境容量。③矿产资源与土地、水、植被等环境要素紧密相关，大规模地开采将直接构成对环境的威胁和***。④过去由于环境资源没有进入经济系统的分析过程，导致环境不断恶化，环境资源稀缺程度不断提高，由此，生产与环境协调的技术创新就成为社会的，甚至市场的必然需求。

作力以煤炭开采为主的煤炭企业面临的两大任务是：为***“安全生产煤炭”和形成“煤炭开发与环境协调发展”的技术，***终将矿区建成绿色家园。据测算，山西省每挖1t煤造成的生态***、环境污染的损失约为61元，保守估算，1978～2004年全省产原煤70亿t，生态环境损失约5000亿元左右。资源开采的两种可能：①人类的索取超过了自然的生产力，生态资本出现赤宇，人类将自食其果。②在向自然索取的同时，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。

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，而一旦开发地层被采空和***，大量废弃物因此而产生，原有的环境系统发生了巨大的变化，由此形成了独特的矿区的生态环境问题。若不及时控制与治理，历史证明必将后患无穷。

事实上***是以***环境为国民经济做贡献。煤炭开采对环境的***和污染表现为： ①对土地资源的***。而绿色煤炭工业的核心是实现煤炭的绿色开采，扩展途径是大力发展综合利用与深加工技术。地下开采主要表现为地表塌陷和矸石山的压占。②对水资源的***和污染。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，***了地下水资源，同时开采以及堆积的砰石山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***和煤矿矸石山的自燃所形成的废气。