煤炭科学开采与开采科学.pdf

第4 1 卷第 1 1 期 2 0 1 6年 1 1 月 煤 炭 学 报 J OUR NAL OF C HI N A CO AL S OC I E T Y Vo 1 ． 41 NO V． No． 1 1 2 01 6 王家臣， 刘峰， 王蕾． 煤炭科学开采与开采科学[ J ] ． 煤炭学报 ， 2 0 1 6， 4 1 1 1 2 6 5 1 2 6 6 0 ． d o i 1 0 ． 1 3 2 2 5 ／ j ． c n k i ． j C O S ． 2 0 1 6 ． 1 3 9 5 Wa n g J i a c h e n ， L i u F e n g ， Wa n g L e i ． S u s t a i n a b l e c o a l m i n i n g a n d mi n i n g s c i e n c e s [ J ] ． J o u r n a l o f C h i n a C o a l S o c i e t y ， 2 0 1 6 ， 4 1 1 1 2 6 5 1 2 6 6 0 ． d o i 1 0 ． 1 3 2 2 5 ／ j ． c n k i ． j C C S ． 2 0 1 6 ． 1 3 9 5 煤炭科 学开采与开采科学 王家臣 ， 刘 峰 ， 王 蕾 1 ． 中国矿业大 学 北京 资源 与安全工程学 院 ， 北京1 0 0 0 8 3 ； 2 ． 中国煤 炭学会 ， 北京1 0 0 0 1 3 ； 3 ． 放顶煤 开采煤炭 行业工 程研究 中心 ， 北 京 1 0 0 0 8 3 ； 4 ． 中国煤炭学会 煤矿系统工程专业委员会， 北京1 0 0 0 1 3 摘要 从安全生产、 机械化或 自动化开采、 共伴生资源共 同开采、 保护环境、 降低开采直接 成本、 资 源利用最大化、 科学规划等方面详细阐述了煤炭科学开采的基本要求。介绍 了国 内外在煤炭科学 开采方面的研 究现状与进展 ， 对比分析 了国内外科 学开采的共 同点与差异。提 出了我 国实现煤炭 科学开采需要从技术进步、 思想观念 、 法律法规 、 基础研 究与人才培养等方面入手。提 出了煤炭开 采今后需要在采矿 开挖卸荷与偏应力作用、 采动应 力场动态变化、 深部煤岩体的力学行为、 煤岩柱 的长期强度、 采场的 系统刚度等 1 0个方面加强研 究。 关键词 科学开采 ； 责任开采； 安全生产； 环境保护 ； 可持续发展 中图分类号 T D 8 2 1 文献标志码 A 文章编号 0 2 5 3 9 9 9 3 2 0 1 6 1 1 2 6 5 1 1 0 Su s t a i n a b l e c o a l mi n i ng a n d mi n i ng s c i e n c e s WAN G J i a ． c h e n ， ， L I U F e n g ， WANG L e i 1 ． C o l l e g e o fR e s o u r c e a n d S a f e t y E n g i n e e r i n g， C h i n a U n i v e r s i t y o fMi n i n g a n d T e c h n o l o g y B e ij i n g ， B e r i n g 1 0 0 0 8 3， C h i n a ； 2 ． C h i n a C o a l S o c i e t y ， B e ij i n g 1 0 0 0 1 3． C h i n a 3 ． C o a l l n d t r y E n g i n e e r i n g R e s e a r c h C e n t e r o fT o p c o a l C a v i n g Mi n i n g ， B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 ， C h i n a； 4 ． S y s t e m E n g i nee r i n g C o mm i t t e e ， C h i n a C o a l S o c i e t y ， B e ifi n g 1 0 0 0 1 3 ， C h i n a Abs t r a c t T h e b a s i c r e q u i r e me n t s o f s u s t a i n a b l e c o a l mi n i n g we r e d e s c r i b e d i n de t a i l f r o m v a r i o u s a s p e c t s s a f e mi n i n g， a u t o ma t i c mi n i n g， C O - mi n i n g o f c o a l a nd a c c o mp a n y r e s o u r c e s ， e n v i r o nme n t p r o t e c t i o n， d i r e c t c o s t r e d u c t i o n o f mi n i n g， ma x i mi z a t i o n o f r e s o u r c e u t i l i z i n g a n d s u s t a i n a b l e p l a n n i n g ． O v e r s e a s a n d d o me s t i c r e s e a r c h s t a t u s a n d p r o g r e s s o f S U S t a i n a b l e c o a l mi n i n g we r e i n t r o d u c e d t o ma k e a c o mp a r a t i v e a n a l y s i s f o r s i mi l a r i t i e s a n d d i f f e r e n c e s ． A c c o r d i n g l y ， t h e r e a l i z a t i o n o f d o me s t i c s u s t a i n a b l e c o a l mi n i n g wa s p r o p o s e d t o f o c us o n fiv e a s p e c t s t e c h n i c a l d e v e l o pme n t ， i d e o l o g i c a l p r o g r e s s ， o p t i mi z a t i o n for l a ws a nd r e g u l a t i o ns ， b a s i c r e s e a r c h e s a nd t a l e n t c u l t i v a t i o n． At l a s t ， c o a l mi n i n g wa s s ug g e s t e d t o be c o n t i n uo u s l y s t u d i e d fro m a l l t e n a s pe c t s mi n i ng i nc l u d i n g u n l o a d i n g a n d d e v i a t o r i c s t r e s s ， d y n a mi c c h a n g e i n mi n i n g s t r e s s f i e l d， me c h a n i c a l b e h a v i o r o f d e e p c o a l - r o c k ma s s ， l o n g t e r m s t r e n g t h o f c o a l r o c k p i l l a r ， s t i f f ne s s o f s t o p e s y s t e m ， e t c ． Ke y wo r ds s us t a i n a b l e c o a l mi n i n g； r e s po n s i b l e mi ni ng； s a f e mi n i n g； e n v i r o n me n t p r o t e c t i o n； s u s t a i n a b l e d e v e l o p me n t 煤炭是我 国基础能源 ， 也是重要的化工原料 。煤 炭的安全、 高效与环境协调开采以及煤炭的清洁高效 利用是煤炭行业面临 的两大根本任务。2 0 0 2 --2 0 1 1 年 ， 煤炭开采业得到了快速发展 ， 煤炭产量从 2 0 0 2年 的1 3 ． 8 亿 t 增加到 2 0 1 2年的 3 6 ． 5 亿 t ， 占世界煤炭 产量 的4 7 ． 5 ％ ， 这也就是所谓 的“ 煤炭黄金 1 0 a ” 。 在煤炭快速发展的同时， 也暴露 了一些问题 ， 如产能 增长过快 、 损害环境 、 资源回收率较低 、 开采技术和安 收稿 日期 2 0 1 6 0 9 2 0 修回 日期 2 0 1 6 1 0 2 6 责任编辑 常琛 基金项目 国家自 然科学基金资助项 目 U 1 3 6 1 2 0 9 ， 5 1 6 7 4 2 6 4 ； 中国工程院咨询研究资助项目 2 0 1 5 一 N Y 一 2 作者简介 王家臣 1 9 6 3 一 ， 男， 黑龙江方正人， 教授， 博士生导师。T e l 0 1 0 6 2 3 3 9 0 6 1 ， E - m a i l w a n g j i a c h e n v i p ． s i n a ． c o m 2 6 5 2 煤 炭 学 报 2 0 1 6 年第4 1 卷 全状况发展不平衡等 ， 为此钱鸣高院士提出了煤炭科 学开采的概念和基本要求 ， 这对促进我国煤炭开采健 康发展起到 了巨大作用。 近几年 ， 尤其是 2 0 1 2年下半年以来 ， 煤炭行业遇 到了前所未有的困难 ， 煤价持续走低 、 产能过剩 、 行业 亏损等 ， 加之环境和大气保护要求越来越严格 ， 对煤 炭 的生产和利用提出了许多严格的条件 ， 这就更加迫 切需要研究煤炭科学开采的一些 问题。煤炭科学开 采是一个宏观要求 ， 真正实现煤炭的科学开采又是一 个系统工程 ， 涉及到开采及相关技术 、 政策与法规 、 人 才队伍 、 管理水平 、 资源与环境经济 以及开采 的基础 科学等， 本文仅就煤炭科学开采及地下开采中的一些 基础理论问题进行论述。 1 煤炭科学开采的基本要求 煤炭一直是我国的基础和主体能源， 尽管 目前我 国煤炭行业处于困难时期 ， 以煤炭为代表的化石能源 在开发与利用过程 中造成 的环境污染等问题 已成为 社会焦点 ， 但由于我国资源禀赋特点 ， 近期我国又不 得不以煤炭作为主体能源 ， 若想改变这一现状 ， 必须 在新能源开发与利用技术方面取得实质性突破 ， 否则 较长一段时期 内不会发生根本性改变 ， 煤炭在一次能 源消费中不会低 于 5 0 ％。然而在社会对安全 、 环境 、 健康等要求越来越高的情况下 ， 对一直依靠大规模开 挖获取煤炭资源的煤炭开采业提出了更高的要求 ， 这 也就迫使煤炭生产方式必须发生改变 。 煤炭科学开采是运用系统科学 思想 ， 基 于相关 科学与技术进步 ， 提升煤炭行业开采技 术水平与理 念 ， 兼顾资源 、 安全 、 环境 、 生 产 与社会 的一种符 合 现代社 会 要求 与 人类 社会 发 展潮 流 的科 学 思想 。 煤炭科学 开采 的提 出并不 是说 以往 的煤炭开 采不 依靠科学 技术 ， 仅仅 是凭借 经验 的粗放式 开采 ， 而 是在更高层 次上要 求煤炭 生产 的规划 和开采 能够 更加科学 。 煤炭科学开采是一个相对抽象概念 ， 但也有其具 体的定义和要求 ， 概括地说就是在煤与 自然 、 环境 、 人 文相协调下 ， 安全高效地开采 出煤炭及共伴生资源 ， 在钱呜高院士提出的科学采矿概念基础上 ， 煤炭科学 开采 的具体要求可以理解为如下几个方面 。 1 ． 1 安 全生产 煤炭科学开采的安全生产是指煤炭开采 的主要 安全指标达到或接近国际先进采煤国家水平 ， 或者煤 炭开采的安全状况好于或者接近全国其他基础行业 的安全状况。 安全生产是一切从事生产活动所必须的 ， 我国煤 炭开采 由于受 自然条件 、 生产技术 、 安全技术 、 安全意 识与管理水平等因素制约 ， 以及多年来的安全生产状 况不容乐观 ， 因此煤矿的安全生产尤其受到关注 ， 至 今仍然以百万 吨死亡率 为安全生产的衡量指标。安 全生产并不应该理解为开采过程 中一定要达到零 伤 亡事故 ， 任何一个生产行业都无法真正做到无事故 、 零伤亡 ， 而应该是尽可能地降低伤亡事故 ， 追求零 伤 亡 目标 。 2 0 1 4年美国煤矿的百万吨死亡率为 0 ． 0 1 6 、 澳大 利亚为 0 ． 0 1 4， 我 国 2 0 1 5年煤矿 的百万 吨死亡率 为 0 ． 1 5 9， 较 1 0 a前 有 了 大 幅 度 降 低 2 0 0 5 年 为 2 ． 8 1 1 ， 与俄罗斯 、 波兰水平相 当， 但仍然是美 国和 澳大利亚的 l 0倍左右 ， 这里有 自然条件 和开采方式 的差异 ， 如美 国和澳大利亚 6 0 ％ 的煤炭产量来 自于 更加安全的露天开采 ， 而我 国只有 1 5 ％ 的煤炭产 量 来 自露天开采等； 但是也有生产技术 、 安全技术 、 安全 理念与管理等方 面的原因。我 国煤矿安全生产状况 在最近 1 0 a有 了很大改观 ， 但在 国内各行业从业 人 员的死亡人数中 ， 煤炭开采业仍然位居前列 2 0 1 5年 死亡 5 8 8人 ， 与建 筑行 业 相 当 2 0 1 2年死 亡 6 2 4 人 ； 借鉴美 国和澳大利亚等 国的先进经验 ， 煤炭 开采可以成为安全的行业 。 1 ． 2机械化或 自动化开采 我国目前煤炭开采机械化水平参差不齐 ， 有世界 最先进大采高 、 放顶煤等综合机械化工作面 ， 也有许 多 自动控制工作面和机械化充填开采工作 面等 ， 但在 一 些条件复杂的矿区， 还有一些劳动强度大的炮采工 作面等。巷道掘进也是综掘与炮掘并存。近几年来 通过关闭小煤矿 、 煤矿技术改造与升级 ， 使我 国煤矿 的整体机械化水平有 了很大提高 ， 目前全 国煤矿总体 的机械化程度在 8 0 ％ 以上 ， 这还是 低于世界其他采 煤先进国家的水平 9 5 ％ ～1 0 0 ％ 。 机械化或者 自动化开采 ， 不仅仅是提高开采效率 和产量 ， 同时也具有减少作业人员 、 改善工人劳动强 度 、 保 障作业安全 、 改善作业条件 、 提高职业健康水平 的作用。未来的 目标应该是智能化 、 无人化开采 ， 但 这至少还需要 1 0 a的时间。 1 ． 3 提高煤炭及共伴生资源采出率 煤炭采出率 也称回收率 、 回采率 一直是困扰 我 国煤炭开采的核 心问题 之一 ， 也是一直受 到业 外 人士抨 击 的话题 之一 。事实 上我 国 国有地 下煤 矿 的煤炭资源采出率并不低于世界其他先进采煤 国 家地下 煤矿 的采 出率 。前些 年 由于一些小 煤矿 的 非正规 开采 ， 导 致这些 煤矿 的采 出率 偏低 、 技术 落 后 ， 极大地影响了煤炭行业 的整体形 象。相关部 门 第 1 1 期 王家臣等 煤炭科学开采与开采科学 最近的一次调查 统计结 果表 明全 国煤矿 平均采 区 采出率 8 3 ． 2 9 ％ 2 0 1 1年数据 ， 而且一些开采薄煤 层的矿井 ， 采出率会 高一些。在进 行煤炭科学开采 的同时， 除 了要 提高煤 炭资 源采 出率外 ， 更重要 的 是要提高与煤炭共伴 生的瓦斯 、 水 、 铀 、 铝等其它资 源的采 出率 ， 达 到开采效 益 和资源 回收 的最 大化 。 化石能源 资源 是地球在数千万年以前形成的宝 贵资源 ， 最 大 限度 地采 出 、 利 用和 节约是人 类必 须 面对的课题 。 1 ． 4 保护环境与修复 一 切开采都会破坏地球的原始状态和环境 ， 这 是毋庸置疑的 ， 由于煤炭开采 的面积大和采 出量 大 更加 引起 关 注。煤炭 开 采造 成 地 表塌 陷 、 植 被破 坏 、 地下与地表水 流失 、 河 流和 大气污染 等是 社会 对开采行业颇多微词 的原 因之一 ， 但是 这些 破坏 和 对 自然环境 的扰动 又是 不可避 免 的。开采 的 目的 是为 了促进经 济发展 ， 满足人类 生产 、 生 活 的各 种 需要 ， 逐步改善和提高生活质量 。但是开采 的结 果 又破坏了自然环境， 降低了人类与 自然的和谐程度 以及生活质量 ， 尤其对 于矿区的居 民影 响更 大。因 此如何 寻求 开采 与环境 和谐 共存 ， 既要保 护 环境 ， 又要进行适 当的开采 ， 从现实 和长远 的意义上 寻求 平衡 ， 以及环境与社会可 以共 同接受 的量值是煤炭 科 学开采所要研究 的重要 内容 。 自然环境 、 生态和地下水等在经历开采扰动后 ， 会产生破坏。若 扰动和破坏 的规模不大 、 程度不严 重 ， 它们经过一段时间后可以实现全部或局部的自我 修复 ， 这在国内外 的开采实践中业已证明。然而这种 自我修复的程度是有 限的， 我们还不能过多地依赖环 境的自我修复能力， 还是要研究和实现煤炭开采最大 限度地减少对环境等的破坏 ， 并利用环境 自我修复特 性和人工干预对环境进行保护和修复 ， 在环境 、 生态 和水资源等 的承载能力 环境容量 内进行开采 ， 达 到开采与环境协调共存 的目的。 1 ． 5 降低煤炭开采的直接成本 煤炭开采是国家主要税收来源之一 ， 同时 由于煤 炭地下开采的特殊性 ， 安全投入大 ， 大面积开采 占地 和村庄搬迁 、 用人多等 ， 导致煤炭开采过程中税赋 、 安 全投入、 占地、 人工等费用高， 这也是区别其它行业的 主要差别之一， 使我国煤炭开采成本高于周边甚至全 世界其他国家。通过研发先进的开采技术与装备， 降 低煤炭开采直接成本， 提高劳动效率， 改善作业条件 势在必行 ， 这也是煤炭科学开采需要研究 的重要内容 之 一 。 我 国煤炭产量居世界首位 ， 我国煤炭从业人员数 量也 位 居 世 界 首 位 ， 人 员 成 本 占有 很 大 比例 ， 达 4 0 ％ ～ 5 0 ％ ， 美 国为 3 3 ％。我 国煤炭行业从 业人员 多是一个难 以解决而又迫切需要 解决 的重要 问题。 初步估计我国煤炭从业人员总数达 6 0 0 万人， 国有重 点煤矿约 2 5 0万人 、 地方 国有煤矿 1 3 0万人 、 乡镇煤 矿 2 2 0万人 。近年来煤炭经济形势急转直下， 影响了 煤炭就业 ， 煤炭从业人员数量会有所减少 ， 但是流失 的人员会 以技术人员和有特长的管理人员为主， 庞大 的基础人员 队伍不会有很大变化。减少从业人员数 量 ， 尤其是井下辅助作业人员和后勤与管理人员数量 非常迫切。 在世界范围内基本有个共识 ， 就是煤矿的全员效 率为 1 0 0 0 0 t ／ 人 a ， 是煤矿企业获得较好收益 的 平衡点 ， 美国煤矿全员效率为 1 2 8 0 0 t ／ 人 a ， 澳 大利亚为 1 2 9 0 0 t ／ 人 a ， 而我 国不足 7 0 0 t ／ 人 a 。我 国煤炭开采的全员效率低 ， 从业人员数量 大， 近 3 a 来 ， 煤炭市场严重下滑 ， 煤炭企业全面亏损 ， 通 过技术升级和科技进步来减人提效是必经之路。 1 ． 6 实行煤炭开采完全成本 煤 炭地 下开采 的作业 条件 差 、 安全风 险大 、 劳 动 时间长在短期 内难 以根本 改变 ， 因此增加煤 矿井 下作业 人员 以及 从 业 人员 工 资待 遇 、 吸引优 秀 人 才、 提高从业人员素质应该成为煤炭行业的基本策 略 。一方 面要通过技术进步减人提效 ， 降低 总体 工 资成本 比例 ， 另一方 面需要 提 高个 体工 资水平 ， 吸 引人才 。除 此之 外 ， 要 认 真研 究 煤 炭完 全 成 本构 成 ， 煤炭开采成 本 中需计人 环境修 复 、 工人 安全风 险 、 资源枯竭 、 转 产等方 面 的成本 。表 1是 中美两 国煤矿从业人员工 资对 比， 可以看 出我 国煤矿从业 人员 的周工 作时 问是美 国的 1 ． 2 6倍 ， 每 天工作 时 间近 1 2 h 。煤 矿从 业人员 的年平 均工 资是社会 平 均工资的 1 ． 1 3倍 ， 而美 国则为 1 ． 6 5倍 。表 2是我 国煤矿从 业人 员文 化程度 统计 ， 可 以看 出， 煤矿 从 业人员 中初 中及 以下文化程度人员 占比偏大 ， 这与 煤矿行业 劳动 强度 大 、 工 资低 、 安全 风险 高有直 接 关 系。 表 1 2 0 1 4年我 国与美 国煤矿从业 人员薪酬统计 对比 Ta b l e 1 Co mp a r i s o n o f c o a l mi n e e mp l o y e e ’ S s a l a r y b e t we e n Ch i n a a n d U S ． i n 2 0 1 4 2 6 5 4 煤 炭 学 报 2 0 1 6 年 第4 1 卷 表 2 2 0 1 3年不 同企业类型的煤矿从业人员文化程度 Ta b l e 2 Ed u c a t i o n a l l e v e l o f c o a l m i n e e mp l o y e e s i n di ffe r e nt t y pe s o f e nt e r pr i s e i n 2 01 3 ％ 1 ． 7 实现产业循环经济 ， 资源利用最大化 随着社会思想和技术进步 ， 煤炭开采理念也发生 了巨大变化 ， 煤炭开采 的一些副产 品， 如煤矸 石 、 瓦 斯 、 矿井水 、 地热等在传统意义上均作为废品处理 ， 但 是随着环保标准提高和资源逐渐紧缺 ， 它们既是煤矿 开采的副产品， 同时也是宝贵的资源。如何最大化利 用这些煤矿生产的副产品 、 延伸产业链 ， 实现煤矿生 产的大系统零排放 ， 保持对环境友好非扰动也是科学 开采所要求的基本 内容之一 。 煤矸石 、 瓦斯 、 矿井水 、 矿井热能利用与保水开采 等方面已经取得了一定进展 ， 但是利用的途径仍然过 于单一 ， 低浓度瓦斯利用 、 风排瓦斯利用 、 矿井热能利 用等还有很长的路要走 。 1 ． 8 矿井全生命周期的科学规划与利用 煤炭 的科学开采不仅仅体 现在煤炭 的生产过程 中， 而应该贯穿煤矿设计 、 生产 、 关井及矿井后续处理 的全过程 中。因此科学开采要求下 的矿井科学规划 与设计 、 资源枯竭矿井的关井及后续合理利用尤其重 要 ， 很多矿井生产中遇到的问题是由于矿井 当初规划 与设计中留下 的隐患 ， 主要表现为矿井设计 中的短期 利益行为， 缺少系统的科学规划 。废弃矿井也是宝贵 的资源 ， 含有大量的可利用地下空间、 矿井水 、 瓦斯气 体等 ， 同时地面也含有大量的塌陷土地资源。科学规 划 、 合理开发 、 变废为宝 ， 重振老矿区经济也是煤炭科 学开采需要解决的问题之一。 2 煤炭 科学开采现状 煤炭开采是大规模获取煤炭资源的基本方式 ， 尽 管从 2 0世纪 5 0年代世界上开始 了煤炭地下气化研 究 ， 但是至今仍然没有进入商业化 阶段 ， 煤炭开采依 然是 采 用 物 理 方 式 ， 人 和机 电设 备 通 过 各 种 井 、 巷 露天开采的斜坡道 进入到采煤工作面进行直接 开采为惟一方法 。 2 ． 1 国内煤炭科学开采现状 我国煤炭资源开发从 2 0世纪 9 O年代 的可持续 发展与循环经济到 2 l 世纪初 的绿色开采 ， 再 到 目前 的煤炭科学开采的理念， 历经2 O 余年的探索， 钱呜高 院士 、 谢和平院士等科学家对于推动我 国煤炭的科学 开采做出了巨大贡献。简单地说 ， 可持续发展与循环 经济侧重于煤炭产业链的延伸与无废排放 ， 绿色开采 侧重于煤炭开采与环境的协调与治理 ， 科学开采包含 更加广泛的内容 ， 如开采技术 、 安全状态 、 环境保护与 治理 、 经济与社会效益等诸多要素。钱鸣高院士等结 合我国社会进步与煤炭开采现状 ， 2 0 0 3年提 出了煤 矿绿色开采 j 、 2 0 0 8年提 出了科 学采矿的概念 卜 ， 谢和平 院士等 2 0 1 0年提出了煤炭科学产能概念及内 涵 ， 为我国煤炭开采的发展提出了建设性意见 。 2 0 0 3年钱 呜高 院士提 出了煤矿 绿色开 采 的概 念 、 适用于煤炭绿色开采的技术 ， 旨在尽可能 的防止 或减少煤炭开采对环境和其它负面影响 ， 兼顾经济效 益与社会效益协调发展 ； 印度学者 A ． K ． G h o s e 认 为中国专家提出的绿色开采技术可以改变煤矿开采 作为环境破坏者 的面貌。而后于 2 0 0 7年对绿色开采 的概念和技术框架进行 了完善 ， 分别对减沉开采 、 煤 与瓦斯共采 、 保水开采和矸石减排开采的技术体系及 适用条件进行 了研究 ， 同时从 经济与管理 的角度 出 发 ， 分析了煤炭绿色开采存在 的困难 ， 为我国不 同矿 区的绿色开采提 出建议与措施 。2 0 0 9年提 出了 “ 从点到面” 实现煤炭绿色开采的内容 ， 包括基础理 论研究 、 关键技术研究 、 政府职责和 国家法律法规研 究 ⋯。杜祥琬院士于 2 0 1 1 年提出了能源的科学 、 绿 色 、 低碳战略 ， 认为能源的科学发展是依 赖于强有力 的科技支撑 ， 即 基础性研究 、 技术创新 、 重大工程项 目与战略性产业支持⋯ 。 2 0 1 0和 2 0 1 2年 ， 谢和平院士等针对我国煤炭行 业在安全与环境等方面的社会形象不佳， 提出了煤炭 科学产能概念 ， 以及论述 了我 国煤炭科 学产能 的规 模 、 布局和发展潜力等 ， 以促进我 国煤炭工业 可持续 发展。提出科学产能是指在具有保证持续发展储量 前提下 ， 用科学 、 安全和环境 友好 的方法将煤炭资源 最大限度采出的年度生产能力 ， 并提出了我 国煤炭向 科学产能发展 的战略部署和措施建议 一 。 除上述的重要论述 以外 ， 笔者 2 0 1 1年提 出了科 学采矿人才培养基本思路 ， 认为科学开采的实现是依 靠技术进步和人才培养 ， 而对于煤炭开采人才的培养 首先要培养其科学开采 的意识 、 知识和技 能， 要培养 复合型人才 。要有坚实 的数学 、 力学 、 经济学的基础 理论 ， 也要有矿山机电、 矿井通风与安全 、 资源与环境 第 1 1期 王家臣等 煤炭科学开采与开采科学 等方面的知识 ， 培养 的人才不仅能够从事煤炭开采工 作， 也要 了解 矿业经 济 、 资本 运作 与企业 管理 等 知 识 1 2 1 。2 0 1 4年对煤炭科学 开采 的内涵 给出 了进一 步的解释 ， 认为实现煤炭科学开采的核心是支撑技术 的发展和进步 ， 如果没有技术进步 ， 科学开采难 以实 现 ， 总结 了我 国在厚煤层开采 、 煤与瓦斯共采 、 大倾角 开采 、 充填开采 、 矿区微生物复垦和煤 机制造等方面 取得 的长足进步 ， 同时提出工人的作业条件不但要安 全还要舒适 j 。2 0 1 2年 ， 李东印的博士论文“ 科学采 矿评价指标体系与量化评价方法 ” 构建 了一些 科学 采矿评价指标 ， 提出了研究科学采矿量化评价方法 ， 用科学采矿指数 S C MC 和科学采矿等级 S C MR 从 不 同侧 面反映矿井 的科 学采矿水 平 1 3 3 。2 0 1 5年王 蕾 的博士论文 “ 煤炭科学开采 系统协调度研究及应 用 ” 以煤炭科学开采定义和 内涵为基础 ， 提出了反 映 煤炭科 学开 采 内涵的 S T E E M 系统 ， 即 安 全 S a f e t y 、 技术 T e c h n o l o g y 、 经济 E c o n o m y 、 环境 E n v i r o n me n t 和管理 M a n a g e m e n t ， 首次将科学管理 系统 纳入煤炭科学开采主体系统 ， 并对实际开采矿井进行 了科学开采的评价 。 总体来说 ， 煤炭的科学开采是基于可持续发展理 论 、 循环经济理论和绿 色开采理论发展而来 的， 但有 其独 自的行 业 特 征， 更适 用 于 煤 炭行 业 。科 学 开 采 采矿 这一名词从提出到现在不过 l 0余年时间， 但是已经被煤炭行业广泛接受 ， 并在科学开采 内涵 、 科学产能 、 支撑技术 、 科学开采 系统 、 评价指标 、 人才 培养的要求等方面开展了一些研究 ， 许多已经达成共 识， 但仍有许多问题需要我们进行更深层次的讨论与 研究 ， 如科学开采指标 的选取与量化、 科 学开采 的标 准 、 科学管理 、 政策法规 、 发展模式等 ， 尤其是煤炭科 学开采需要深入研究的基础理论 问题等。 2 ． 2 国外科学开采现状 国外并没有明确提出科学开采的概念 ， 一般是 以 “ 可 持 续 开 采 S u s t a i n a b l e Mi n i n g ”和 “ 责 任 开 采 R e s p o n s i b l e Mi n i n g ” 的概念出现 ， 与我 国提出的 科学开采有相似之处 ， 即涉及 到社会 群体 、 经济 、 环 境 、 安全 、 资源开采和利用效率等问题 ， 但其着眼点在 于资源与人类社会 的和谐发展 ， 以及 与矿业开采 、 环 境保护相关 的法律法规制定。 1 9 8 7年首次定义了“ 可持续发展” 的概念 “ 在保 护环境的条件下既满足当代人的需求， 又不损害后代 人需求的发展模式” 【 15 ] 。社会、 经济、 环境协调发展 是可持续发展的三大支柱。可持续发展 的概念首次 在矿业 中提 出是在 1 9 9 2年的里 约峰会 上 ， 1 9 9 3年 V o n B e l o w提 出矿业可持续开采是通过不断 的勘探 ， 技术的革新 以及环境 的修 复来实现 的 。1 9 9 5年 A l l a n在发表的 未来的可持续开采 一文 中提出， 可 持续开采的实现一方面指资源使用率不应超过新探 明资源率 ， 另一方面指的是开采所 占用地不应该破坏 空气 、 水 、 土地和生物群 ， 在开采前就应对环境进行控 制 1 7 ] 。1 9 9 9年 J a me s 进一步解释了可持续开采的内 容， 他认为可持续开采应包括社会 、 环境和经济 3个 方面。1 9 9 9年英国学者 S a r a h J ． C o w e l l 等在 可持续 性与开采行业 理论与实践 一文中利用 固定资本和 机会成本理论对开采行业 的可持续性进行 了理论与 实际的分析 ， 聚焦于 固定资本理论 的生态学家、 工程 师和一些科学家认为有限资源的耗竭是不可避免的， 而机会成本理论则认为资源可以通过替代品 、 循环利 用和技术的进步来扩展资源的生命周期 ， 因此资源枯 竭并 非不可避免 1 8 ] 。2 0 0 0年 H i l s o n和 M u r c k提 出 了可持续开采的 6点建议 ① 提升规划 的重要性 ； ② 促进环境管理 ； ③ 实施 清洁技术 ； ④ 增加利益相关 者参与； ⑤ 构建合作关系 ； ⑥ 增加员工培训。 进入 2 1世纪以来 ， 国外对可持续开采也有一些 争论， 主要集中在不可再生资源是否可以实现真正意 义 的可持续发展。2 0 0 5年 R a j a r a m认为矿产是不存 在可持续开采的， 这主要是 因为短期的集 中开采所带 来的价值高于资源的长期开采。对此 R a j a r a m提出 了对可持续开采的定 义 只有平衡经济 、 环境和社会 之间的关系时才能对矿产资源进行可持续开采 ， 这三 者的关系是一个“ 三角底线” 。2 0 0 7年美 国针对 阿帕 拉契亚地 区露天煤矿开采展开争论 ， 尽管该矿区提供 了美 国煤炭产量的 7 ％， 为 当地创造 了就业机会 ， 但 同时也破坏了当地 的生态环境 ， 超过 8 0 0 m的河流被 填埋 ， 到 2 0 1 2年为止 ， 这种严重 的环境破坏面积超过 美 国特拉华州 费城 的面积 ， 煤尘和岩粉污染 了当 地的水资源 ， 影响 了空气 质量。也正是 因为这一矛 盾 ， “ 可持续开采” 一词在矿业 中有所争议。 针对可持续开采是否能够实现的争论 ， 2 0 0 8年 J a c k A ． C a l d w e l l在 其 矿 业 可持续 发展 情 况 与展 望 一书中阐明了矿业可持续发展的概念 ， 将可持续 发展分为学术上的和实际上的 ， 他认 为学术上的“ 可 持续 ” 一词就是保持无限的发展 ， 这实际是扭 曲了其 本质的意思 ， 他认为矿业真正的可持续发展是在矿产 资源被开采后或者闭坑之后 ， 利用先进的技术 ， 使得 矿工依 旧可 以依 赖其土地 生活 。2 0 0 8年波 兰人 Wo j c i e c h S u w a l a 讨论了煤炭行业可持续发展的模型， 构建了煤炭供给平衡系统模型 ， 该模型由煤炭供给和 煤炭平衡组成 ， 其有利于对波兰煤炭行业的发展进行 理性规划_ 2 。2 0 0 9年 J ． A ． B o t i n主编 的 采矿可持 煤 炭 学 报 2 0 1 6 4 l 卷 续开采管理 一书中阐述 了矿业 可持续发展 的概念 ， 应包括环境的可持续发展 、 经济的可持续 发展和社会 与文化的可持续发展， 其中环境的可持续发展主要指 自然资源有能力提供人类赖以生存的清洁环境 ； 经济 可持续发展足指保持或提升人们的生活水平 ， 同时强 调， 以绿 色 G D P代替传统 G D P来衡量经 济发展； 社 会与文化的可持续发展强捌社会公正， 即如何分配采 矿带 来 的经 济 效 益 与 责 任 。 2 0 0 9年 L a t u ．e I 1 t 和 s o b l e 认 为“ 三J 1 j 底线” 忽 略 r 2个事实