学科前沿讲座习题

一、煤矿开采中安全、高效、绿色开采技术现状如何？今后的发展？答：1.现状我国学者对煤炭资源安全绿色高效开发的研究主要集中在以下几个方面：煤炭资源安全绿色高效开发的概念及内涵研究；煤炭资源安全绿色高效开发评价体系研究；煤炭资源安全绿色高效开发模式研究；煤炭资源安全绿色高效开发技术路径研究；煤炭资源开发政策建议的相关研究。

（1）煤炭资源安全绿色高效开发的概念及内涵研究。

煤炭资源安全绿色高效开发的概念国内学者尚未有明确的定义，与之相关的已有概念是煤炭资源安全高效绿色开采。

尽管“开发”与“开采”只有一字之差，但内涵却不相同，“开发”包括了煤炭资源开采、深加工及转化等全过程，而“开采”仅仅是“开发”的一个环节；“绿色”与“高效”的位序不同，也代表了对环境资源的不同价值取向。

关于煤炭资源安全高效绿色开采的概念是由安全高效矿井和绿色开采概念演进而来。

1993年7月原煤炭部提出了安全高效矿井概念，1994 年规定了我国安全高效矿井( 露天) 建设标准、实施措施和评审程序，2002年中国煤炭工业协会提出了对安全高效矿井建设的修改意见。

随着煤炭开采对环境破坏程度的加剧，人们对矿区环境问题愈来愈重视。

2003年钱鸣高院士提出了绿色开采的概念并对其内涵进行了界定，认为“绿色开采”的内涵是努力遵循循环经济中绿色工业的原则，形成一种与环境协调一致的，努力去实现低开采、高利用与矿区生态环境保护的关系。

刘金平等认为绿色开采的终极目标是建立生态矿区和实现矿区可持续发展。

袁亮等提出了“安全高效绿色开采”这一概念，但未对其内涵进行界定。

钱鸣高等，谢和平等学者对科学采矿和科学产能相关问题进行了研究，所提出的科学采矿和科学产能的概念与内涵基本涵盖了安全高效绿色开采的内在要求。

（2）煤炭资源安全绿色高效开发评价体系研究。

比较典型的煤炭资源安全高效开采评价体系当属中国煤炭协会于2005年颁布的煤炭工业安全高效矿井（露天）标准。

该标准包括安全生产、经济效益、采煤机械化程度、采煤方法和采出率、信息化管理、矿井安全监测监控、矿井劳动定额管理、环境保护、矿井综合单产、矿井原煤工效、安全高效露天矿单产和原煤工效11个指标。

王晓宇等从社会发展、经济发展、资源开发利用和环境保护4个方面构建了基于可持续发展思想的绿色开采评价指标体系。

王晓宇等从经济发展、社会发展、露天煤矿绿色开采特征、协调性4个方面构建了露天煤矿绿色开采评价指标体系。

袁显平等研究了现代化矿井标准的演变，认为现代化矿井不仅要求高产、高效，而且还要求高安全、高环保和可持续发展等。

（3）煤炭资源安全绿色高效开发模式研究。

张东升等提出了高产高效矿井开采模式内涵与结构，建立了开采模式选择评判模型，并验证了该模型的可行性。

刘海滨等针对煤炭企业产品结构单一的问题，给出了可供选择的综合开发模式类型。

吕涛等研究了东部煤炭企业跨区域开采的转移模式、投资模式、产业与市场发展模式、组织管理模式等。

封建涛认为鄂尔多斯煤炭产业开采模式应从传统的“资源—产品—废物”的单向流动改变为“资源—产品—再生资源”循环流动模式。

秦增刚认为内蒙古煤炭节约与综合利用开发模式主要包括发展洁净开采和洁净煤生产技术、蒙西地区发展煤—焦—化产业链、蒙东地区发展煤—油—化产业链。

耿海清等认为目前内蒙古锡林郭勒盟初步形成的煤炭—火电—煤化工一体化开发的资源开发模式与区域主导生态功能存在尖锐冲突，提出适用的生态建设模式。

冯立杰等从时间、空间和功能上分析了采煤采气一体化开发模式。

（4）煤炭资源安全绿色高效开发技术路径研究。

相关研究主要集中于具体技术和技术路线图应用两个层面。

技术层面主要涉及煤与煤层气的开采技术、煤炭绿色开采、高效洁净化技术等。

袁亮等、都海龙、王家臣通过理论研究和工程实践，阐述了煤与煤层气共采技术的内涵与外延，提出了煤与瓦斯共采技术、极易离层煤岩支护工程技术等高瓦斯矿区复杂地质条件安全高效开采关键技术。

林建浩等、岳宗洪等、汪锋等、袁亮的研究表明，煤炭与煤层气共采不仅减少对矿区环境的污染，并为煤炭企业提供安全生产保障和创造经济效益。

屠世浩等、钱鸣高等对包括保水开采、条带与充填开采、煤与瓦斯共采、煤炭地下气化等绿色开采技术进行了研究。

刘萍等、张玉卓、谢克昌通过研究分析，认为包括煤化工在内的洁净煤技术在国民经济可持续发展中占有重要地位。

在技术路线图的应用方面，2003 年国家科技部和美国能源部举行了中国氢能技术路线图高级研讨会，2007年中国科学技术发展战略研究院启动了“半导体照明产业技术路线图”制定工作，2011年西安科技大学能源经济与管理研究中心将技术路线图方法用于陕西煤业化工集团煤炭资源安全高效绿色开采技术规划，为这一方法在煤炭资源开发领域的应用提供了有益的借鉴。

（5）煤炭资源开发政策建议的相关研究。

周平川等提出了完善税收政策、改革收费制度、调整财政分配体制、构建支持煤炭工业可持续发展的财税政策体系等。

吕建锁等认为财税政策的立足点应放在煤炭综合治理和可持续发展上。

李中东等认为煤矿企业安全生产的导向性财税政策缺失，需对引导煤炭企业强化安全生产的财税政策进行调整和再设计.邹绍辉等分析了现行煤炭资源税和资源补偿费政策的不足，提出了相关的税费改革建议。

高双喜等从正向激励和逆向限制两个层面就煤炭工业循环经济项目投资、技术研发、生产、消费、国际贸易等方面全面构建了整体财税支持框架。

王书伟认为促进煤炭行业循环经济发展，要充分运用财税政策调节和影响市场主体行为，建立起节约资源和保护环境的激励机制。

宿洪涛认为构建煤炭资源开发生态补偿机制，要解决“补偿主客体”、“补偿标准”及“如何补偿”3个关键问题，并从政策上做出保障。

缪协兴等认为政府应起到管理和监督资源开采中的环境保护职能，并且扶植与环境相协调的资源开采者创新技术研发工作。

刘明远等研究了鄂尔多斯盆地北部区煤炭绿色开采、生态保护与制度创新之间的关系，认为推动制度创新是实现采煤方式转变、保护生态环境最为有效的途径。

另外，一些学者从煤矿区发展循环经济的视觉提出了煤炭资源开发的相关对策建议，对煤炭资源合理开发政策的制定具有一定参考价值。

2.今后的发展方向（1）节水开采新技术我国主要的煤资源都位于严重缺水的华北和西北地区，因为传统采煤技术没有考虑水资源的保护，致使因为采煤每年破坏地下水22亿m³，保护水系、节水开采技术的研究已经十分紧迫。

节水采煤在水资源丰富的矿区，节水开采的主要目标主要是防治水害与减少水资源破坏；在缺水矿区的主要目标是水资源保护和利用。

节水开采技术的研究，应包含煤水共采、水资源保护以及水灾害防治等内容。

（2）煤与瓦斯共采瓦斯作为一种新能源能够广泛应用于人民的生活与社会的发展中，如在社会发展中可以用作化工原料、工业燃料、用于发电；在人们生活中可以用作居民生活燃料。

如果开采瓦斯的时候利用岩层运动的特点，这很有可能成为我国煤层气开发的一条重要途径。

这样做还能够有效预防安全事故的发生，减少巷道内的瓦斯含量，变高瓦斯煤层为低瓦斯煤层，从而实现安全生产。

（3）充填开采充填采矿法是解决高应力集中区、“三下”压煤等危险块段回收的有效开采方法，在很多地区已经得到了广泛应用。

这种开采方法是利用充填材料对采空区进行全部或部分充填，以达到控制上覆岩层垮落或处理废弃矸石目的。

充填方法得当能够有效减轻地表下沉和变形，缓和甚至消除因为工作面支承压力产生的矿压显现，对铁路、地面建筑等交通设施以及生态环境和水体进行有效保护。

现在常用的填充方法有水砂充填、矸石充填、高水材料充填、膏体充填等，需要进行相应的高效生产工艺的研究与材料（配料）研究。

（4）煤炭地下气化未来煤矿的发展方向是煤炭地下气化。

此方法对环境的污染较小，既不会产生矸石，也不会造成地表沉陷，并且受地质条件约束小，能够对难采的边角煤与深部煤层、薄煤层、遗留的煤柱等进行开采。

煤炭地下气化技术虽然经过了很长时间的实践与研究，然而现在只在很小一部分区进行了工业试验，其中还有很多亟待解决的问题，比如怎样对燃烧速率进行控制，怎样避免地下燃烧生成的有毒有害气体不污染地下水等。

二、巷道掘进如何实现安全、快速、经济？有哪些实用技术？答：1.安全、快速、经济化掘进（1）提高地质勘探水平，推广三维地震综合勘探方法在煤矿巷道掘进作业中，为避免或降低巷道掘进地质构造对掘进作业所带来的不利影响，则应充分重视地质构造勘探工作，通过采取科学的地质勘探技术，合理安排勘探工作，提高地质构造勘探结果准确性。

考虑到我国当前煤矿地质构造勘探技术水平，应积极应用并推广三维地震综合勘探方法。

在应用三维地震综合勘探方法进行煤矿巷道地质构造勘探时需要注意以下两点问题：其一，地质构造勘探以三维地震勘探为主，以地质钻探作为三维地震勘探方法的必要补充，保证勘探工作落实到位，针对新布置煤矿采区，要求采区优质煤炭储量占煤炭总储量的80%以上，并保证煤矿构造及煤层控制程度符合高产基本要求等；其二，结合煤矿企业生产规划及实际情况，在采区设计前完成三维地震综合勘探。

应用三维地震综合勘探方法，应探明5m 以上无煤区及落差断层，探明30m 以上陷落柱，地质探查准确率应控制在70%以上，从而为煤矿巷道掘进施工提供资料支持，保障掘进施工的安全性及稳定性。

（2）加强技术创新提高掘进装备水平提高巷道掘进设备装备水平，是提高煤矿巷道掘进效率的根本途径。

因当前我国掘进设备水平较低，为此，应充分借鉴国外先进的掘进技术经验，引进国外先进掘进设备，提高技术创新及自主研发力度，逐渐开发出满足巷道掘进与巷道支护平行作业的掘进设备，提高掘进设备应用水平，降低设备故障率。

针对我国当前大部分煤矿巷道所应用的掘进设备，应不断进行改造，提高掘进设备整体工作性能。

（3）优化巷道掘进施工工艺在巷道掘进作业过程中，满足掘进生产规章制度的基础上，应综合多道工序交叉作业的巷道掘进模式，通过有序交叉作业，提高煤矿巷道掘进速度及效率，实现巷道掘进与巷道支护平行进行，提高施工效率，保障巷道掘进安全性，合理分配不同工序作业时间，提高巷道掘进整体进度。

（4）提高施工组织管理水平，提高掘进设备利用率为提高煤矿巷道掘进效率，推广新型巷道掘进新技术、新工艺及新设备，煤矿企业需要提高管理水平，充分认识到新设备及新工艺应用对企业生产效率及综合效益的重要性，加大资金投入，支持新设备及新技术应用，不断提高煤矿巷道掘进自动化与机械化水平，降低工作人员劳动强度，全面提升巷道掘进效率。

改变不科学不合理的管理方式，应用现代化及科学化管理模式，合理设置煤矿企业生产计划，强化对煤矿生产中各个环节的监督与管理，采取动态管理及过程管理方式，提高煤矿巷道掘进技术管理水平。

企业管理中，应重视煤矿巷道掘进设备开发及研制工作，努力提升我国国产掘进设备综合性能及质量。