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中国农业大学 硕士学位论文 综采放顶煤开采技术对土地塌陷的影响研究 姓名王东飞 申请学位级别硕士 专业种植业 指导教师朱德举 20041201 摘要 煤炭资源在我国的国民经济建设中仍起着十分重要的作坞，台理开发和利用煤炭_ 资源是实现 我国经济可持续发展的关键。然而随着我国煤炭资源的进一步开发，其带来的社会平u 环境问题也 越来越严重。在煤炭开采中的地表沉降问题就是其中之一。为此，首先介缁了我国常用的开采方 法对地表塌陷的影响，然后又通过模拟试验和数值模拟分析了采动覆岩的动态移动破坏规律，并 得出如F 结论当层面的剪切力人丁．抗剪强度时，F 部岩层自重产生的弯曲盈r 人了上部岩层，从 而导致离层的产生．目【起地表沉陷。同时，还分折了采动程度对她表下沉量的影响，如果地表采 动系数小于临界采动系数时，地表的下 ；冗很小；反之，地表的下沉量则会很大。而且还根据实测 资料。得出了在极不充分采动条件F ，地表F 沉率和采动程度的线性关系。为了更好地估计在极 不充分采动条件F 的地表移动和变形，引入丁概率密度函数法进行估计，该方法不仅物理意义比 较明确，同时其精度也组高。此外，还对潞安矿区有关煤矿综采放l 页煤采眨开采的地表移动规律 分别进行了分析。 关键词可持续发展，地表塌陷，临界采动系数，极不充分采动，地表移动规律，综采放顶煤 开采技术 A b s t r a c t C o a lr e s o u r c e ss t i l lp l a ya nv e r yi m p o r t a n tr o l ei no u rn a t i o n a le c o n o m yc o n s t r u c t i o n ，t h e r e f o r e r e a s o n a b l ee x p l o r a t i o na n du t i l i z a t i o no fc o a lr e s o u r c e si st h ek e yt ok e e po u re c o n o m ys u c c e s s i v e d e v e l o p m e n t ．H o w e v e r , w i t ht h ef u r t h e re x p l o i t a t i o no fo u rn a t i o n a lc o a lr e s o u r c e s ，t h es o c i a la n d e n v i r o n m e n t a lp r o b l e m sb r o u g h tf o r t hb yi tb e c o m em o r ea n dm o r es e r i o u s ．T h ee a r t hs u r f a c es i n ki n t h ee x p l o i t a t i o no fc o a lr e s o u r c e si so n eo ft h ep r o b l e m s ，a n dt h i sp a p e rm a i n l yd i s c u s s e st h i sp r o b l e m ． F i r s t l y , i ti n t r o d u c e st h ei n f l u e n c eo f t h em i n i n gm e t h o d su s u a l l yu s e di n0 1 1 1 “ c o u n t r yo nt h es i n ko f t h e e a r t hs u r f a c e ，t h e na n a l y s e st h ed y n a m i cd a m a g el a wo ft h el y i n gr o c ki n f l u e n c e db ym i n i n gt h r o u g h s i m u l a t i o ne x p e r i m e n t sa n dv a l u es i m u l a t i o n ，a n dd r a w st h ec o n c l u s i o n w h e nt h es h e a rf o r c eb e t w e e n l a y e r si sa b o v et h ea n t i - s h e a rs t r e n g t h ，t h ec u r v eo f t h el o w e rr o c kl a y e ri sm o r et h a nt h a to f t h eu p p e r o n e ，a n dt h i sw i l ll e a dt ot h ed e p a r t u r eo f t h el a y e r s ，t h es i n ko f t h ee a r t hs u r f a c e ．A tt h es a m et i m e ，t h i s p a p e ra n a l y s e st h ei n f l u e n c eo ft h em i n i n gm o v i n gt ot h ed e s c e n da m o u n t ，i ft h ec o e f f i c i e n to ft h e m i n i n gm o v i n gi sl e s st h a nt h a to ft h ec r i t i c a lm i n i n gm o v i n g ，t h ea m o u n to f t h ee a r t hs u r f a c ei sv e r y l i R l e ．O t h e r w i s e ，t h ea m o u n tw i l lb eg r e a t ．A c c o r d i n gt om e a s u r i n gd a t a ，w ea l s og e tt h el i n e a r r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h es i n kr a t eo ft h ee a r t hs u r f a c ea n dt h ed e g r e eo ft h em i n i n gm o v i n go nt h e c o n d i t i o no f v e r yi n s u f f i c i e n t l ym i n i n gm o v i n g ．I no r d e rt oe s t i m a t et h em o v ea n dt r a n s f o r m a t i o nb e t t e r o nt h ec o n d i t i o no f v e r yi n s u f f i c i e n t l ym i n i n gm o v i n g ，w ea d o p tt h em e t h o do f r a n d o md e n s i t yf u n c t i o n ． T h em e t h o di sn o to n l yc l e a r e ri np h y s i c sd e f i n i t i o n ，b u ta l s oi t sa c c u r a c yi sm u c hb e a e r ．A tt h es a m e t i m e ，t h ep a p e ra l s od i s c u s s e st h em i n i n gm e t h o da n ds e q u e n c eu n d e rt h ei m p o r t a n tb u i l d i n g sw h i c hc a n b er e f e r r e db yt h es i m i l a r l yq u e s t i o n s ．A tl a s t ，w em a k ear e s p e c t i v e l ya n a l y s i so f t h em o v i n gl a wo f t h e g r o u n do f e v e r ym i n i n ga r e ai nL u ’a nm i n er e g i o n ． K e yw o r d s c o n t i n u o u sd e v e l o p m e n t ，e a r t hs u r f a c es i n k , c r i t i c a lm i n i n gm o v i n gc o e f f i c i e n t ，v e r y i n s u f f i c i e n t l ym i n i n gm o v i n g ，t h el a wo fe a r t hs u r f a c em o v i n g ，l o n g w a l lm i n i n gw i t h s u b l e v e lc a v i n g ，e x p l o i t a t i o ns k i l l 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名 时间如岁年，月，夕日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 保密的学位论文在解密后应遵守此协议 研究生签名 导师签名 时间，≯卯厂年，月，7 日 时间年月日 中国农业人学硕上学位论文第一章绪言 第一章绪言 1 ．1 煤炭工业可持续发展与中国2 1 世纪议程 1 ．1 ．1 可持续发展战略的提出与基本概念 发展是人类社会追求的永恒主题。人类的历史就是人类社会同大自然相互作用、共同进化、 协调发展的历史。在社会进步中，人类不断总结正反两方面的经验，在坚持总目标不变的情况下， 不断选择、修正自己的发展模式。 进入9 0 年代以来，可持续发展的概念和理性思考已开始在全世界推开，并且在1 9 9 2 年巴西 里约热内卢世界环境与发展大会上成为会议的主题，明确写入指导世界各国今后发展行动的2 l 世纪议程。作为一种全新的发展模式和发展战略，可持续发展的概念已经为世人普遍承认。 可持续发展的实质是，经济发展与社会发展、环境保护及资源的开发利用相互协调。“既满 足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害”⋯。这种发展观包含两个基本要点 一是要发展，二是要持续。放弃发展，持续将最终失去意义；只顾发展而不考虑持续，发展将最 终失去支持。同过去的种种发展模式相比较，可持续发展有其鲜明的特点．是对过去的发展观的 批判继承。主要有三个特点 1 可持续发展的核心是发展，正如邓小平同志指出的“发展才是硬道理”。但这种发展必 须是以不超越环境和资源的承载能力为前提，以不断改善和提高人类生活质景为目标的发展。 2 可持续发展必须考虑公平性，这种公平包括时间上的和空间上的要求。时间上的公平性 即要充分考虑后代人的发展能力．称代际公平性；空间上的公平性是承认不同国家和地区，不同 经济发达水平的人们都享有平等的发展权力与提高生活质量的权力．称同代公平性。 3 可持续发展首先承认自然环境的价值。定义“自然资源是指在一定的时间条件下．能够 产生经济价值以提高人类当前和未来福利的自然因素的总和”。自然环境是财富，是家园．更是 朋友。因此，主张人类与自然环境要和谐相处，并保持其不断发展和持续利用的能力。 中国作为发展中国家，积极响应国际社会提倡可持续发展的呼声，率先制定了中国2 1 世 纪议程。根据中国的历史和具体国情，制定了今后较长一段时期内中国可持续发展的宏伟目标 和实施领域对策。在国家制定的国民经济和社会发展“九五”计划和2 0 1 0 年远景目标纲要 中，全面纳入了这种战略思想，明确提出实施科教兴国战略和可持续发展战略，即要加快科技进 步，优先发展教育，控制人口增长，合理开发利用资源，保护生态环境，实现经济与社会相协调 和可持续发展。可以认为，中国实施可持续发展的计划已经进入启动实施阶段。 1 ．1 ．2 煤炭工业可持续发展的内涵 煤炭工业可持续发展的概念是，煤炭工业所属矿区的经济发展、社会进步、环境保护与资源 中国农业人学硕上学位论义 第一章绪言 的开发利用相互协调，并向社会提供洁净燃料、原料及电力；在运用市场机制、依靠科技进步及 寻求可替代资源的基础上，调控煤炭资源的最佳耗竭率，使煤炭丁业的发展既能满足当代人的需 要．又不对后代人满足其需要的能力构成危害。 煤炭工业可持续发展概念的内涵主要包括以F 各点 1 既符合国际上公认的可持续发展定义，又体现煤炭T 业的特点； 2 以矿区为基础。实现矿区的经济、社会、资源及环境保护的相互协调发展； 3 向社会提供洁净燃料、原料及电力； 4 在运用市场机制．依靠科技进步，寻求可替代资源的基础上，调控煤炭资源的最佳耗竭 率，以保证在煤炭替代资源未出现的历史时期内，煤炭可以持续开发利用。 1 ．2 煤炭在我国能源战略中的地位与作用 众所周知．能源工业是我国国民经济的基础。历史发展表明，从1 8 世纪产业革命以来，在 世界范围内，煤炭逐渐成为主要能源，但到本世纪中叶，石油、天然气将逐渐取代煤炭成为主要 能源，见表1 - 1 。随着人们对环保的重视，根据可持续发展的要求，一次能源充分利用太阳能、 风能、海洋能与地热能，逐步取代化石燃料成为主要能源是发展的必然趋势吐1 9 9 8 年，煤炭消 费比重已下降至2 3 ％。 1 ．2 ．1 中国能源的现状 1 能源的产量 近年来中国能源的生产有了很大的发展，以1 9 9 5 年的产量为例 原煤产量1 3 ．6 亿t ，增长4 ．7 3 ％； 袭1 - 1主要能源消费比重 ％ 石油产量1 ．5 亿t ，增长1 ．6 4 ％； 犬然气产量1 8 0 1 0 8m 3 ，增长3 ．3 0 ％ 水力发屯1 9 0 ．6 T W h ，增K8 ．5 l ％； 2 中国农业大学倾士学位论文第一章绪言 秦山、大弧湾核电站相继投入运行，核电1 2 ．8T w h 。 以上增长均为“八五”期间。 全国一次商品能源产量及构成，见表1 ．2 。 由表1 ．2 可知，中国的能源是以煤炭为主，但近儿年的市场变化值得注意，煤炭产量1 9 9 6 年1 3 ．9 7 亿t ，1 9 9 8 年1 2 ．5 亿t ，1 9 9 9 年控制在1 1 亿t ，而1 9 9 6 年消费量1 0 ．3 6 亿t ，1 9 9 8 年仅 为9 ．7 4 亿t ，但生产能力达1 6 ．5 亿t ，出现了严重的供大于求的情况。 2 能源消费构成 1 9 9 5 年中国一次商品能源消费量l3 1 0 M t c e ，消费构成是煤占7 4 ．6 ％，油 1 7 ．5 ％， 气，11 ．6 ％，煤 5 ．9 ％。农村有70 0 0 万人没有用上电．主要靠生物质能，据统计1 9 9 6 年的消 寰1 2 能源产■及构成 费量2 0 3M t c e 。其中秸秆占1 2 0M t c e ，薪柴占8 3M t c e 。因此，能源消费总量为l5 1 3M t c e 。 消费构成为煤占5 9 ．1 ％，生物质能1 8 ．8 ％，油1 5 ．9 ％，气1 ．6 ％，水电4 ．6 ％。 1 9 9 5 年中国能源供需的特点是 次能源供需总量平衡矛盾趋缓，煤炭有些积压，1 9 9 8 年以来严重积压，2 0 0 1 年之后 煤炭供应紧张。 电力生产增势稳定，缺电局面也逐步缓解。电力供需矛盾由过去既缺电力义缺电虽转而 为以缺电力为主，全国电力缺口约为1 0 ％。 石油进口剧增，1 9 9 3 年我国首次成为石油净进口国，1 9 9 5 年净进口12 0 0 万t 。 一次能源消费结构发生明显变化，石油、水电比重上升，煤炭比重下降。 节能率保持较高水平，能源消费弹性系数大幅降低。 3 能源资源与布局 截止到1 9 9 4 年末，全国累计探明煤炭储量为1 02 2 9 亿t ，保有储量为l O0 1 8 亿t ，其 中烟煤约占7 5 ％，无烟煤占1 2 ％，褐煤占1 3 ％。由表卜3 可知储量的8 3 ％集于中国北部。 据研究”1 ，我国以煤为主的能源格局在近期不会有多大变化，但煤资源集中于晋陕蒙。水能 资源比较丰富，但又集中于西南。因此开发、输送都很困难。一次能源以煤为主引起一系列问题， 如环境污染、运输等。我国能源总储量还可以，但折合为人均资源占有量则十分缺短。当然，随 着科学技术的发展，使用的能源也在扩大，如我国可开发的风能资源可达1 6 0G w 1 60 0 0 万k w ， 地热资源相当于3 2 0M t c e 3 20 0 0 万t 煤当量 ，还有太阳能等，因而潜力很大。 根据1 9 9 2 年世界能源会议公布的数据，若没有新的探明储量，石油与天然气将在几十年内 中国农业大学硕士学位论文第一章绪言 枯竭，而煤炭储量还可供开采2 0 0 ～3 0 0a 。 表1 - 3 中国煤炭储量地理分布 甲位亿t 事实上煤是宝贵的化工原料源，目前煤炭提供了我国6 0 ％～7 5 ％的化上原料，其中芳烃化 T 原料是石油产晶所不能替代的。 美国拥有世界上1 ／4 的探明煤储量，国内矿物能源中煤炭占9 4 ％，然而美国一次能源消费 中煤炭不足1 ／4 1 9 9 4 年为2 4 ％ ，而石油占4 0 ％以上 石油与天然气占6 6 ％ ，1 9 9 0 年美国 耗资4 8 0 亿美元，进口石油 已超过本国需求量的4 0 ％ 。 能源发展的良性循环一个国家拥有强大的充足的能源供戍，保证经济稳定发展一国家经济 实力不断提高一采取措施发展科技，改造企业，提高效率，保护环境、开发新能源。 恶性循环能源不足一国家经济实力上不去一无力考虑其它一切。 1 ．2 ．2 中国能源需求及供给预测 原来我国专家对今后能源需求有一预测，但考虑到C 0 2 的排放量，近期有若干替代方案，现 举洁净煤方案为例，见表卜4 。 寰1 4 能源供给预测 1 ．2 ．3 中国能源面临的主要问腿 1 ．2 ．3 ．1 煤炭与环境 在这里主要分析煤炭，煤炭一直是我国的主要能源，煤炭在国民经济发展中作出了很大贡献。 4 中国农业大学硕士学位论文第一章绪言 在预测期内，煤炭供应能力可以满足需求的增长。2 0 1 0 年后，各类煤矿企业通过公司制改组和改 造，国有煤矿和乡镇煤矿逐步融合。晋陕蒙曲煤炭基地占全国产量的比重，将由1 9 9 9 年的3 2 ％， 上升到2 0 5 0 年的5 0 ％，东部地区则由5 2 ％F 降到3 0 ％，预计到2 0 5 0 年将有7 0 ％的煤用于 发电，而1 3 ％的煤用来生产合成液体燃料。 煤炭作为能源在国民经济发展作山巨大的贡献的同时，目前尚存在以r 问题 生产严重过剩．社会煤炭库存在2 亿t 左右，大人超过正常水平，在市场经济企业相互 竞争条件卜，处境十分不利。 我国大部分国有重点煤矿用人过多，尤其是早期形成的煤炭城市，由于产品单一，效率 低F ，给煤炭企业带来沉重的包袱，煤炭企业应变狭义的自然资源观为广义资源观，不能对不可 再生的自然资源“竭泽而渔”，要兼顾环境、教育。使科技、资本、人力等社会资源逐步替代矿 产资源的同限，转化为源源不断的生产力。从技术上讲，目前．国内外先进的矿井均致力子集中 生产，有的采用超长工作面 2 9 0 ～4 3 0m ，日产量高达4 万t ，我国神华大柳塔矿2 3 0m 工作面 日产也近3 万t ，潞安王庄矿4 3 2 6 T 作面长2 7 0m ，最高月产量3 5 ．3 万t ，最高日产1 ．8 3 万t 。 兖州兴隆庄煤矿计划建成为年产原煤7 0 0 万t ，一井一面，_ T 作面年产6 0 0 万t ，面长3 0 0I l l ，回 产～I 效3 9 0t ，矿井原煤生产人员】5 0 0 】8 0 0 人，原煤生产工效1 8 ～2 0t ／工的现代化矿井。 乡镇煤矿失控，增产过度，竞争无序，资源浪费，事故严重。目前，乡镇及地方小煤矿 产量己超过全国产量的一半，这种情况若继续维持，当乡镇煤矿产量下滑，而国有煤矿基建又一 时难以跟上时，将赢接影响国家能源的需求。 铁路运煤能力不足。 缺水严重，全国4 0 ％的煤矿区严重缺水，山西省1 9 9 3 年因缺水损失下业总产值6 5 亿 元。 煤矿在开发与利用过程中带来一系列环境污染问题，产生等量能源，煤燃烧比石油和天 然气多排放2 9 ％和8 0 ％的碳，危及生态平衡与人类的生存。 中国是少数能源以煤为主的国家之一，能源对环境的影响主要是煤炭生产和利H j 对环境的危 害。据估计排放到大气中的5 0 2 及烟尘总量中分别有9 0 ％及7 0 ％来自燃煤。 在煤炭生产过程中对环境的主要危害是 采百万吨煤，造成地面塌陷面积约2 0 } l I 口2 ，截至1 9 9 0 年全国约有3 0 万h m 2 土地塌陷， 其中1 ／3 在平原地区，每年新增塌陷地1 ．3 3 ～2 万h m 2 矿井酸性水和洗煤厂废水污染； 每年煤矸石排出约1 亿t ，累计存量1 6 亿t ，全国15 0 0 座矸石山中有1 4 0 座自燃，对 人气和环境造成严重污染； 年排放c 儿超过5 0 亿m 3 。 在煤炭燃烧、利用过程中对环境的主要危害是 人气污染，1 9 9 6 年我国燃煤导致的s 0 。排放量达23 0 0 万t ，超过美国 16 0 0 万t ，煤 尘排放量在1 9 9 2 年已达14 1 6 万t 。 排放人量C O z 温室气体。我国年排放量 1 9 9 5 年 为3 0 亿t ，处于世界第2 位。 与煤伴生的常见有害元素有硫、磷、汞、砷、铅等1 0 多种，煤在燃烧时将不同的元素释放 到大气中，计有末燃烧的碳、硫磺和N O x 、C 嘎、C O 和其它微量元素。煤的无机部分在燃烧后成为 5 中国农业人学硕上学位论文第一章绪言 灰保留r 米，其中部分进入人气。有的对工业生产有害，更多的则是对生态环境保护方面有害。 当前，若I I 采取特别措施，使我国s o z 排放量保持1 9 9 0 年排放14 9 5 万t 已难做到，甚至控制到 1 9 9 5 年水平19 2 0 万t 都十分困难。1 9 9 3 年，据7 3 个城市统计，降水p H 年均值范嗣为3 ．9 4 ～ 7 ．6 3 ，低于5 ．6 的城市占4 9 ．3 ％，重庆、贵刚、长沙、南昌等城市已频繁出现酸雨，酸雨对农 田的危害的面积达5 ．3M h m 。。 1 ．2 ．3 ．2 提高煤炭能源效率与节能 近年米，由丁 大力推广节能技术和产品，淘汰高耗能机电产品和限制浪费能源的生产方式， 取得了显黄的成效。从1 9 8 1 年到1 9 9 0 年单位产值能耗下降3 0 ％，而1 9 9 1 ～1 9 9 5 年又F 降2 5 ％， 主耍耗能产晶单位能耗明显下降，自1 9 8 0 ～1 9 9 5 年 火电厂供电煤耗降低8 ％； 吨钢综合能耗降低2 5 ，6 ％； 水泥熟料综合能耗降低1 5 ％ 台成氨综合能耗降低3 2 ．4 ％。 1 9 9 6 年估计节能6O O O 万t 标准煤，尽管在节能方面取得较大进展，但仍普遍存在能源效率 低和浪费严重，单位产值能耗高，主要工业产品能耗比国际水平高4 0 ％，例如我国火电厂供煤 耗为每千瓦时4 1 2g 标准煤，而国际先进水平为3 1 7g 。 1 ．2 ．3 ．3 逐步改善能源的结构与布局 鉴于我国煤炭储量丰富，在相当长的时期内煤炭仍将是主要能源，但煤炭开采和燃烧过程带 来了不少环境问题，因此煤在能源结构中的比重必须考虑环境治理能力。要人力发展水电，积极 开发石油、犬然气，适当发展核电。积极推动风能、太阳能、地热能、海洋能等新能源的研究与 利用”“”1 。 1 _ 2 ．3 ．4 能源运输 能源是我国货运量最大的商品，目前占铁路货运量的4 9 ％，公路的2 6 ％，水运的3 7 ％， 内河和沿海主要港口货物吞吐量的5 1 ％，今后煤炭、石油开发重点将向西部转移。晋陕蒙煤炭 外运能力已成为能源_ J 业发展的制约因素。为此，建设坑口电站变输煤为输电和发展高效运输技 术是必经之路。 1 ．2 ．4 洁净煤技术 鉴丁煤炭作为主要能源是我国无法回避的问题，因而提出洁净煤技术．它包含煤的洁净开采， 煤炭燃烧前、燃烧中以及燃烧后净化技术及煤炭的转化技术”“⋯。 1 ．2 ．4 ．1 煤的洁净开采 首先应做到煤的洁净开采，其含义即为推广减少废弃物排放及对环境影响的开采技术，其中 包括①矸石井上下处理技术；②煤层瓦斯抽放技术．其一是由地面开采煤层气，即在煤层开采 前，从地面打钻孔采用类似常规天然气开采的方式，进行瓦斯抽放，而对于地面难丁抽放的瓦斯， 应建议发展与煤开采的同时抽放瓦斯，形成瓦斯与煤共同开采技术③煤的地下气化，即是将地 下煤炭通过热化学反应在原地转化为可燃气体的技术。它1 9 1 2 年开始于英国，后发展于1 9 4 9 ～ 1 9 5 6 年，共进行了6 0 次试验，烧煤50 0 0t 。美国始于1 9 4 6 年，现在还处于试验阶段。苏联始 6 中国农业大学硕士学位论文第一章绪言 ■●置■量量■■■■■| ■■皇■■■■■■●●■■■■■■■曾■■■■■■■■■●●●■■■■■_ I 篁 下1 9 3 2 年至1 9 6 5 年共生产煤气约2 0 亿I l l 3 ，后由于发现人量天然气和石油资源，而地下气化成 本高、热值低而逐渐关刚。其它如德国、法国、荷兰、西班牙都进行过试验，都由于热值低、成 本高而未得到发展。我国T - 1 9 5 8 ～1 9 6 0 年曾在1 6 个矿区进行试验，丁1 9 6 2 年停l r ，1 9 8 4 年又 开始了新的试验，1 9 9 4 年达到连续生产2 9 5d ，产气量为2 0 0m a ／h ．热值1 3 ．8 1 ～1 7 ．5 8M J ／m ‘． 采用的是有井式、长通道、大断面的煤炭地下气化方法；④我国北方地区是严重缺水地区，而矿 区开采又亩接影响到地下水的分布状态，甚至引起土地沙漠化；⑤减轻地表沉陷的开采技术，研 究对矿区环境的保护己十分重要，同时也应重视已塌陷区的复垦技术，保护矿区环境已迫在眉睫。 1 ．2 ．4 ．2 煤炭燃烧的净化技术 煤炭燃烧前、燃烧中及燃烧后的净化技术娃洁净煤技术中主要内容。选煤是合理利用煤炭资 源、保护环境展经济和有效的技术，也是使电站和 [ 业燃煤大大减少烟尘和s o 。排放量的晟经济 和有效的途径，是煤炭深加工的前提，是国际公认的洁净煤技术重点。型煤加工也是煤炭燃前的 洁净技术内容．环境效益也很高。将煤制成水煤浆，也能使燃烧时烟尘和s O 。排放远低于烧原煤。 煤炭燃烧中采用先进的燃烧器是燃烧中净化技术的重要课题。 我国正在开发的先进的层煤工业锅炉，可使原始排尘浓度降低6 0 ％，S O z 减排4 0 ％。煤炭 燃烧后的净化技术已有的常规煤粉炉发电厂，可用烟气净化技术，减少S O 。、N o x 的排量。烟道 气净化包括S 魄、N O 。和颗粒物控制。烟气脱硫 F G D 有干式和湿式两种方法。烟气脱氮有多种方 法，烟气通过催化剂，在3 0 0 ～4 0 0 ℃下加入氨，使N O ，分解成无害的氨和蒸汽。烟气除尘，目 前』“泛采用静电除尘器，除尘效率达9 9 ％以上。但投资运行费用较昂贵。 1 ．2 ．4 ．3 煤炭的转化技术 煤炭转化技术主要内容是煤炭气化和煤炭液化。 洁净煤技术是一项多层次、多学科的技术，其中有常规技术、高新技术和某些尖端技术。洁 净煤技术难度大，投入也较多，开发周期长；但是只要煤仍作为主要能源加以利用，就不可避免 地需要下人力气对其洁净技术，尤其是洁净燃烧以排除或减少有害气体对环境的污染进行研究。 因此，只有全面规划．通力合作，才能取得进展。 1 ．2 ．5 小结 1 中国能源工业的发展取得了举世瞩目的成就，作为能源工业主体的煤炭工业为保证国 民经济的高速发展做出了重大贡献，但能源供应总量不足问题依然存在，我国整体上能源的消费 水平还很低，人均水平不足t l I 界平均水平的一半。到2 0 5 0 年人均能耗2 ．3 ～2 ．7t c e ，大致相当 于目前世界平均水平。随着国民经济的持续增长，煤炭供求矛盾将得到解决，应该说，我国能源 的总量平衡矛盾将是长时期的。 2 随着经济的发展和人民生活水平的提高，石油、天然气等优质能源和适销对路的优质 煤炭供应将更为紧张，能源的结构性矛盾将成为制约经济发展的主要因素之一。 3 鉴于我国以煤为主的能源消费结构长时期难以改变，随着国民经济的发展，燃煤对环 境形成的压力将更为严重，因而，煤炭企业应积极组织和协调洁净煤技术的开发、示范和推广应 用工作，并使能源与环境保护达到同步发展。考虑到目前煤炭供大于求的情况，应坚持封存高硫 7 中国农业人学硕上学位论文 第一章绪言 煤的开采。 4 住目前市场经济条什F ，廊大力开展煤炭的高产高教高回收率低成本生产，优化煤炭 产业结构．协调供需矛盾，增加煤炭企业竞争能力。 5 我国应重点开发与研究包括水能、风能、太阳能、地热能等洁净能源，以减轻能源发 展中对环境引起的破坏作用。 1 ．3 煤炭开发利用中的环境问题 我国是煤炭资源大国，也是煤炭生产和消费大国，建国以来直至1 9 9 3 年，煤炭一直处于紧 缺状态。1 9 9 3 ～1 9 9 7 年，煤炭供应趋丁缓和，1 9 9 7 年后煤炭生产供过于求，不得不关井压产， 煤炭] 业的可持续性发展遇到了许多新的问题。近几年来，整个煤炭形势又逐步走出低谷，转亏 为盈。 煤炭生产之所以面临如此曲折变化的局面，既有客观周素，也有主观因素。既是煤炭生产进 入市场经济后．诸多的不适应的反应，也是煤炭生产长期所积累F 的问题所致。从客观上说，1 9 9 0 年以后，我国天然气、水电、核能及其它能源生产发展较快，加之1 9 9 9 年3 爿以前国际石油价 格低迷，石油进口迅速增加，冲击了煤炭市场，社会经济结构调整和高新技术的迅速应用，使得 许多企业能源效率提高，能耗降低，需求减少{ 而另一些尚处下调整之中的企业，则能源需求不 旺。从煤炭生产自身而言，近些年来，小煤矿以浪费资源和放弃安全保障为代价去获取较多的利 润，使大中型煤矿，在市场竞争中处于不利地位。同时，长期计划经济方式的运营，产品长期处 于供不应求状态，也造成煤炭生产布局、生产结构和消费结构存在诸多不合理之处；忽视安全生 产和效益，对煤矿开采和煤炭利用造成的环境影响和对策重视不够等等，都制约着煤炭的生产， 也是造成前儿年煤炭生产尴尬局面的重要原因。经过几年来的积极调整，从2 0 0 2 年r 年开始， 全国煤炭形势逐步走出低谷，目前大部分国有重点矿区已经取得了较好的效益。 建国以来，煤炭在我国一次能源消费中．始终占7 0 ％以上，这很人程度上是由我国能源资 源的客观条件所决定的．可以认为，我国在今后很长时期以煤炭为主要能源的格局将不会有明显 的变化，煤炭生产的可持续发展已成为国民经济和社会发展的必要保证。当然，煤炭工业的可持 续发展也必须要求煤炭工业结构有大的改善，要求在环境保护、经济效益和安全上有显著的提高。 为此，研究煤炭资源开发和利用的环境保护对策和综台开发利用矿区资源问题也就显得特别重 耍．成为煤炭企业可持续发展的重要问题，而这两个问题既相互联系和相互渗透，又互为促进。 I ．3 ．1 煤炭工业与环境保护必须协调发展 煤炭是我国的大宗矿产，煤炭对环境的影响是一个极为重要的问题，过去也的确给环境带来 不少的负面影响，随着社会对环境保护要求的日益增高，环境影响已成为制约我国煤炭生产的十 分重要的冈素。既然要煤炭在今后仍将作为主要的能源长期使用下去，那么就不能因噎废食，更 不可回避这个问题【B 】1 9 1 。 煤炭对环境的影响贯穿于煤炭的开发和利用的全过程之中，主要表现在两个环节，一是在煤 中周农业大学硕士学位论立 第一覃鳍言 炭的开采过程中，一是在煤炭加T 利用过程中；前者主要表现在开采地，后者的影响则更为广泛， 更为深刻。故，煤炭的环境保护上作也必须贯穿r 煤炭资源的勘查、规划、建设、开采、加．。l 和 利用的全过程之中，这是一个系统工程，只有对这一系列T 程进行逐个的有效的考虑，方可取得 最佳的效果。 对煤炭资源勘查而言，是煤炭结构调整和环境保护的基础性工作，土要是摸清资源的数量、 质量、分布，加J 利用方向、方法以及煤炭深加工的经济技术可能性，为规划、建设等后续阶段 下作提供依据。根据煤炭丁业的状况和环保的实际需要，当前主要是查清环保型、生态型煤炭资 源以及适合液化和气化的煤炭资源状况；杏清适合其它方式的煤炭深加上的资源及煤炭特征和加 ] 1 艺等等。其中．环保型、生态型煤炭资源的凋查和研究对我国西部大开发具有十分重要的意 义，所谓环保煤是低硫、低磷、低有害元素的煤炭资源，在其开发、加T 和利用过程中对环境的 不良影响小，符合国家及地区性环保要求生态煤则是指通过煤炭的开发利用，对保护当地的生 态环境能起到重要作用的那些煤炭资源，这些地区通常是一些经济欠发达，上农业发展水平低， 往往以草小为主要燃料和能源的地区，其中还包括一些植被稀疏，生态环境特别脆弱的地区。 对煤炭建设和开发而言．关键是如何在环境保护中开发和在开发中保护环境问题，过去对环 境的负面影响较大，则主要是因为重视不够、措施不力．如果在建设和开发一开始就足够重视和 采取措施则情况将大有不同。煤田水文局、遥感局利用不同时相的遥感资料对陕北一些主要的新 建矿区的生态环境作了解释，并进i T 地面调查，发现在矿区建设和开发先期对当地生态环境的 确造成了明显的破坏，但建设和开发完成以后，由于采取了一些针对性措施，不仅被破坏的生态 环境得到了恢复，而且在一定的范围内还得到了改善。事实上，虽然煤炭开发不可避免地要对当 地的环境产生一定程度的破坏，但采矿活动和收益也为改良当地的生态环境提供了必要的资金和 人力以及其它条件，在西北的广大地区生态环保工作必须有大量的资金和人力投入，而单纯依靠 国家则往往是不够的，发挥地方和企业的积极性显然是十分必要的，而且只要有好的规划和对策， 有了资金利人力，是可以把事情办好的。诸如，采矿引起的水资源破坏问题，矿区废弃物污染和 瓦斯散逸问题，土地沉陷问题等等都可以通过矿井水、煤矸石的资源化和矿区各类资源的综合开 发利用_ [ 作得到满意或较满意的解决。人类和环境之间是相互作用，相互影响的，各个地区的环 境条件均处于不断的演化之中，自然界自身对环境的变化虽然具有一定的调节能力，能承受某些 外部条件的不良变化，但