绿色开采减少对环境的破坏,使煤炭开采对矿区环境的扰动量小于区域环境容量,实现资源开发利用优化、经济效益和社会效益的大化和生态环境影响的小化。
煤炭资源绿色开采的实质是与生态环境和谐发展的开采技术,核心是安全开采,大限度地提高资源回收率和利用率,减少环境污染和破坏,控制矸石、矿井水、瓦斯的排放。
绿色开采是人类资源开发利用进程中的一项重大理念和技术创新,其重要意义一方面体现为多层次、多角度的技术集成创新,提高以煤炭为代表的各类资源能源开采技术水平,系统地利用资源;另一方面体现为从系统论和运筹学的综合广义视角,审视煤层气、地下水、土地、煤矸石等可用资源,大限度地发挥资源特别是煤炭资源的综合效益,市场前景广阔。
攻克难题,开拓保水开采新方向
2004年后,黄庆享带领团队面向“浅埋煤层开采与环境保护”难题,在新世纪人才支持计划和国家自然科学资助下,提出了浅埋煤层隔水关键层概念,揭示了“上行裂隙”和“下行裂隙”发育规律,建立了隔水层稳定性判据,提出了“自然保水开采、限高保水开采和特殊保水开采”分类。这些研究,奠定了绿色(保水)开采的理论基础。
随着大采高技术的普及和保水开采技术的发展,浅埋煤层岩层控制面临新的挑战。
2011年后,黄庆享在国家自然科学项目资助下,突破传统认识,提出了“等效直接顶”概念,建立了大采高“高位台阶岩梁”结构理论和煤壁“柱条”模型,丰富和发展了浅埋煤层大采高岩层控制理论,为大采高工作面顶板支护和片帮控制提供了科学依据。
以陕北普遍存在的风积沙为骨料,黄庆享带领团队开发了高沙充填材料,建立了条带充填隔水层稳定性判据,提出了“柔性条带”充填保水开采方法,出版了《浅埋煤层条带充填保水开采岩层控制》专著,发展了浅埋煤层保水开采岩层控制理论和技术。
团队在实践中应用上述理论,结合神府矿区煤层赋存条件,开发了综采工作面初采、末采、过薄基岩、过空巷、架后悬顶处理等采场岩层控制技术,保障了安全正常生产;提出了煤巷“极限平衡圈”支护理论,开发了井下立交巷道施工和支护技术,系统解决了巷道支护问题,绿色开采技术,提高了掘进速度。
截至今年3月,涪陵页岩气田已经累计供气突破100亿方,并且为长江经济带发展提供了源源不断的清洁能源。目前,页岩气的开发除了民用也逐渐形成了完整的商业产业链。面对页岩气开发这一难题,我国以智慧攻坚,用毅力克难,实现了清洁生产,绿色开采,废水循环再利用。
在中国,一个三口之家如果用燃气做饭,矸石回填绿色开采,一天大约用气0.5方。目前,中国石化江汉油田涪陵页岩气田日销售页岩气达1600万方,相当于3200万户居民每日用气需求。2017年3月,绿色开采,作为中国一个大型页岩气田——涪陵页岩气田累计供气突破100亿方,相当于一个1000万吨石油当量。涪陵页岩气田成为中国石化“气化长江经济带”行动的重要资源基础。页岩气源源不断地为长江经济带发展提供清洁能源,惠及沿线6省2市70多个大中型城市,上千家企业、2亿多居民从中受益。除民用外,我国页岩气商业开发也已经形成完整产业链。
美国是全球页岩气开发的领跑者。本世纪以来特别是2006年以后,美国页岩气开发取得突破,页岩气产量增长迅猛。2016年美国页岩气产量超4000亿方。我国有着与美国类似的地理条件,泥页岩分布广泛,页岩气资源非常丰富,绿色开采,具有巨大的资源潜力和勘探开发远景。但由于技术所限,我国页岩气勘探开发还处于探索起步阶段。
面对页岩气开发这一难题,中国石化江汉油田通过创新集成,形成页岩气藏综合评价、水平井优快钻井、长水平井分段压裂试气、试采开发和绿色开发为主的五大涪陵页岩气开发技术体系和近百项技术标准,部分成果达国际先进水平。
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