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《環境與生活》雜志:“黑科技”讓采礦行業綠色化
——訪中國煤炭地質總局副局長潘樹仁
發布日期:2019-10-10 瀏覽次數: 字號:[ ]

 

說起煤礦的開采,許多讀者會聯想到“黑色”,如安全事故、塌方、滑坡等地質災害,以及后續的尾礦污染、地表塌陷等問題。但是,煤炭是我國的主體能源,我國的煤炭開采和利用還將持續很長時間。可喜的是,煤炭行業近年來也在向“綠色礦山”積極轉型。近日,《環境與生活》雜志記者采訪了中國煤炭地質總局副局長潘樹仁,聽他講了不少采礦行業綠色化的“黑科技”。

 

 

“黑科技”讓采礦行業綠色化——訪中國煤炭地質總局副局長潘樹仁

中國煤炭地質總局副局長潘樹仁在辦公室接受《環境與生活》雜志專訪

7月8日下午,《環境與生活》雜志記者來到北京西客站附近的中國煤炭地質總局,見到了潘樹仁副局長。記者一進辦公室,就被墻上的一幅地圖所吸引,因為它既不是常見的中國行政區劃圖,也不是地形圖,而是中國地質地圖。“上天容易入地難”,潘樹仁副局長就從我國的地層、地震帶以及主要礦產資源分布情況開始談起,介紹了煤炭領域是如何投身生態文明建設大潮的。

全生命周期的綠色資源理念

在中國煤炭地質總局的官網上,“實施創新驅動,打造具有核心競爭力的世界一流的地質與生態文明企業建設集團”的標語非常醒目。

潘樹仁副局長首先介紹了他對 “綠色礦山”的理解。他認為,“綠色礦山”其實不局限于采礦這個環節,而是“全生命周期的綠色資源”理念,它包括礦產的綠色勘查、綠色開采、清潔利用以及恢復綠色四大環節,在每一個環節都務必做到綠色和環境友好。

潘樹仁說,近年來中國煤炭地質總局一直致力于打造生態文明建設的國家隊和主力軍,著力開展煤系礦產資源的綠色協同勘查開發、新型能源為主的清潔能源開發利用、礦山固體廢棄物無害化處理、礦井水減排等礦山綠色安全生產地質保障,以及以土壤和地下水污染治理為主的現代農業地質技術服務等。

新型注漿技術防采空區塌陷

潘樹仁說,傳統意義上的采礦就是通過礦井和巷道,采挖礦石轉運至地面處理,久而久之會在地下形成采空區,容易引發地面塌陷,帶來人員和財產損失。因而防止地面塌陷就是諸多采礦企業繞不開的難點。

就拿煤礦開采來說,煤炭被采挖運出后形成采空區,上面的巖層因缺少支撐就會下沉,積少成多,就容易引發地表塌陷。

潘樹仁介紹,利用“新型覆巖離層注漿技術”,可有效解決這種因采礦可能引發的地表塌陷問題,具體方法就是通過地表鉆孔至“離層”并注漿來繼續支撐上覆巖層,所謂“離層”就是指采空區上覆巖層因其強度不同發生差異沉降而產生的空間。“這種注漿的材料都是廢棄物回收利用,其主要來源是煤礦本身廢棄的煤矸石、礦井水、煤泥和發電廠廢棄的粉煤灰以及煤化工廢棄煤渣,再配以添加劑,經過精確的配比和濃度、壓力等參數測算后,注入離層,凝固硬化后支撐上覆巖層。”

 

 

“黑科技”讓采礦行業綠色化——訪中國煤炭地質總局副局長潘樹仁

覆巖離層注漿技術原理示意圖

潘樹仁副局長說,“新型覆巖離層注漿技術”不僅能用于老舊礦山的減沉修復,更廣泛應用于生產礦山,“比如河北、山西等煤炭資源開發強度較大的地區,因資源開發時未實施減沉處理,多年后資源采完,地表塌陷,再做礦坑修復,可能修復所用的錢比賣煤賺的錢都多。踐行‘綠色礦山’理念,就要終止這種惡性循環,通過向巖層注漿維持其原來應力,確保不發生沉降塌陷的情況下,實現安全開采。同樣,在高速公路、鐵路、輸電設施等壓覆下的煤炭資源,也可以利用這種注漿技術解放資源。”

 

 

“黑科技”讓采礦行業綠色化——訪中國煤炭地質總局副局長潘樹仁

煤層底板水平定向分支井注漿技術原理示意圖

那么,這種新技術的經濟成本是否能接受,潘樹仁透露:“這種技術非常經濟,每噸煤的成本增加不超過50塊錢,目前在山西長治潞安集團的夏店煤礦已經成功運用,效果非常好。”

入地五千米 利用干熱巖新能源

很多人會以為,中國煤炭地質總局的業務只涉及煤炭這種傳統化石能源的勘探和開采,其實不然。潘樹仁向記者介紹了該局近年來在新能源領域取得的一系列進展。

 

 

“黑科技”讓采礦行業綠色化——訪中國煤炭地質總局副局長潘樹仁

中國煤炭地質總局青海貴德干熱巖鉆井現場

比如“干熱巖”這個詞,有的讀者可能會一頭霧水,更想不到這也是一種新型能源。潘樹仁介紹,地熱能非常豐富,除了我們常見的從地表到200米左右的淺層地溫能外,地下更深處蘊藏的熱能資源更大,“干熱巖就是地下數千米處的巖石,它們在高溫高壓下蘊含著巨大的熱能,我們現在勘查利用干熱巖的技術已經日益成熟。我們目前在青海省貴德縣打的一口干熱巖井,深達4700多米,井底的終孔溫度超過200攝氏度,通過向巖層注水后會產生大量蒸汽,可用于地熱發電和綜合利用。作為新型清潔能源,干熱巖可為青海及周邊省區的能源優化和經濟高質量發展提供能源保障”。為此青海省已作出規劃,全省逐步用可再生能源取代化石能源。

 

 

“黑科技”讓采礦行業綠色化——訪中國煤炭地質總局副局長潘樹仁

青海貴德干熱巖鉆井放噴試驗現場

此外,潘樹仁副局長還介紹了中國煤炭地質總局在青海首次發現陸域天然氣水合物,對其勘查和評價已逐步提上日程。

廢礦修復方法很多

 

 

“黑科技”讓采礦行業綠色化——訪中國煤炭地質總局副局長潘樹仁

浙江湖州大煤山石灰石礦在做邊坡生態環境修復前的地貌

采礦完成后的廢棄礦山(廢礦)修復一直是個老大難問題,廢棄的礦井不僅嚴重影響當地生態環境,還容易引發山體滑坡和泥石流等地質災害。潘樹仁強調,各個地方的礦產資源不同,地質條件也千差萬別,廢棄修復必須因地制宜,選擇當地最適合的治理方法。潘樹仁介紹,針對采石場等露天開采所留下的廢礦,一般會有陡峭的邊坡,容易形成滑坡、崩塌等地質災害,對此可采用“削坡”、“噴播”技術,即對陡峭的邊坡進行坡度改造,再噴灑含有微生物的超強粘性活性土壤液體,讓巖層保持水分生成苔蘚等,逐步形成植被覆蓋,讓廢礦最終實現綠色化,“我們在江浙一帶做的多個采石場修復,就采用了這種技術,恢復了原來的綠水青山。”

 

 

“黑科技”讓采礦行業綠色化——訪中國煤炭地質總局副局長潘樹仁

浙江湖州大煤山石灰石礦開始邊坡生態環境治理

潘樹仁介紹,江浙地區的土地資源寶貴,寸土寸金,有的廢礦就被改造為駕校的練車場,有的坑太深,則注水改造為池塘養魚。

 

 

“黑科技”讓采礦行業綠色化——訪中國煤炭地質總局副局長潘樹仁

浙江湖州大煤山石灰石礦邊坡生態環境治理取得初步成效,邊坡開始泛綠。

對地下數百米的廢礦所形成的礦坑,潘樹仁說:“沒必要把它們全部填平再做修復,這會造成極大的人財物浪費。可以通過離層注漿技術加固后,因勢利導發展相關的產業。比如地下主題游樂園、巖穴酒店等,相信到地下幾百米深處的餐廳里吃頓飯,對不少人會有吸引力。我就去過北京良鄉一個用廢棄礦坑改裝的飯店,夏天,市區溫度40攝氏度,可到了那里面我吃火鍋還要披著大衣。”

 

 

“黑科技”讓采礦行業綠色化——訪中國煤炭地質總局副局長潘樹仁

煤炭地質總局實施的浙江湖州大煤山石灰石礦邊坡生態環境治理工程,經過修復后的礦坑邊坡都已實現綠化。

母巖分析法讓涪陵榨菜美味依舊

由于尾礦含有大量重金屬元素,無論在尾礦上發展林業、農業還是漁業,都必須對土壤成分進行分析并對癥下藥。中國煤炭地質總局在土壤修復方面也有突破,可通過物理、化學以及微生物等方法將土壤中的重金屬元素提取出或將其“鈍化”,使土壤得到凈化,使其適宜開展農業活動。與分析土壤中的重金屬原理相似,可通過地球化學的方法研究構成土壤的母巖,分析特殊土壤中的特殊成分,這基本就屬于農業地質范疇。潘樹仁副局長介紹了一個成功案例,“多年前,涪陵榨菜一直很受消費者歡迎,可三峽庫區蓄水后,這種榨菜的原產地被淹沒,其他地方的榨菜真沒原來那個味道。地質技術人員借助母巖分析法,得出涪陵榨菜原產地母巖所含的礦物質成分,再選擇有相似母巖的地區種植榨菜,這樣產出的涪陵榨菜就美味依舊了。”

清潔燃煤技術與垃圾處理接軌

我國煤炭儲量豐富,而油氣資源相對短缺,放棄煤炭轉用石油天然氣是不太可能的。潘樹仁說:“如果全部棄用煤炭的話,我國的能源缺口是無法彌補的。大力推廣應用煤炭清潔利用技術才是比較現實可行的道路。”

現在,全國正在大力推進垃圾分類處理,潘樹仁介紹,該局研發了一種新型的小型煤與有機固廢協同燃燒爐,同時可用來進行垃圾處理和煤炭的清潔利用。他說:“我國居民日常生活中所產的垃圾很大一部分是廚余垃圾,含有豐富的有機物,這些可以通過燃燒處理掉。我們研發了一種新型爐灶,已經申請專利,這種爐子有兩個爐膛,內膛燒煤,外膛可燒廚余垃圾,也就是對垃圾進行熱解,充分利用其熱能。把廚余垃圾置于外膛,先用燃煤發出的熱量熱解垃圾,形成可燃氣體燃燒提供熱能,通過凈化裝置后排放。這項技術的關鍵就是把清潔燃煤與垃圾處理相融合,能大幅推動居民垃圾減量化。我們計劃先往餐飲企業推,下一步小型化后可推廣至千家萬戶。”

關鍵技術 大幅降低礦難死亡率

曾幾何時,礦難的消息頻現媒體,重大人員傷亡事故讓國人悲痛不已。然而,從2010年開始,我國煤炭產量逐年增加,但百萬噸煤死亡率卻大幅減少。據國家煤礦安全監察局網站公布的數字,2018年全國煤礦共發生事故224起、死亡333人,同比下降0.9%和13.1%,百萬噸煤死亡率為0.093,這是我國采煤史上該指標首次降至0.1以下。

 

 

“黑科技”讓采礦行業綠色化——訪中國煤炭地質總局副局長潘樹仁

中國百萬噸煤死亡率下降與煤炭產量上升對比曲線圖

對于百萬噸煤死亡率大幅降低的原因,潘樹仁副局長解釋,除了那些難以保證安全生產條件的中小型煤礦被關停外,最主要的因素還是在技術上實現了突破。就拿煤礦透水事故防范來說,中國煤炭地質總局正在推廣的“水平定向羽狀分支井注漿技術”,就是預防透水事故的有力王牌。“在采煤過程中,采掘巷道下方的地下水突然涌出,專業術語叫‘底板突水’,這會導致礦井被淹,更會帶來嚴重人員傷亡。而我們這項技術的具體操作就是先從地表垂直鉆井到煤層底板,然后造斜沿煤層底板水平繼續鉆進,但這個水平方向的井并不是平直的一條,而是呈樹枝或羽毛狀向兩端散開。這種鉆井技術最早用于石油工業,但我們加以改進了,他們是為了抽取石油,我們是通過這種支狀井系統進行注漿,對煤層底板進行改造,就跟前面提到的覆巖離層注漿技術一樣,使用煤矸石和粉煤灰為主再用適當添加劑,目的就是防止透水。這項技術的使用大幅降低了煤礦透水事故的發生幾率,在去年還創造了十幾億元的收入。目前,這項技術在華北地區奧陶灰巖水害發育的煤礦中廣泛使用。”

針對煤炭開采過程中可能發生的瓦斯爆炸事故,也有新技術來有效應對。潘樹仁說,“瓦斯與煤層伴生,但由于氣體特性,會沿巖層縫隙四處散發,一旦進入采煤作業區,極易發生爆炸造成重大人員傷亡。其實,這種瓦斯主要為煤系地層中的天然氣,專業術語叫煤系氣。目前,已有較為成熟的低濃度瓦斯抽放和發電等治理與利用技術,達到變廢為寶,作為清潔能源進行使用。”

減少人為誘發地質災害

針對近年來不斷被媒體報道的地面塌陷、山體滑坡、泥石流等地質災害,潘樹仁副局長說,地質災害是地質動力活動與人類活動相互作用的結果,地質災害是一種必然現象,而且有不確定性和隨機性。人類無法避免地質災害,但可以正確認識和有效預防,作為普通人,首先要樹立正確的生態意識,不要去破壞地質環境,減少人為因素誘發的地質災害,如對山體和植被的破壞容易引發泥石流和滑坡,對礦產資源的不當開發會引起地面塌陷等;其次要預防自然條件變化引起的自然災害,最典型的就是強降雨導致的山體滑坡、泥石流等。

變物理采煤為化學采煤

在我國北方和西部地區,煤層自燃很嚴重,既浪費了寶貴的煤炭資源,更對空氣環境造成嚴重污染,還可能危及附近居民的生命安全。

潘樹仁說:“治理地下煤火是一個世界性難題,地下煤火在人類出現前就已存在,地下煤火既有人為因素、也有自然因素,因天然裂隙或人為破壞性開采,使煤與空氣接觸,長時間會引發煤炭自燃。一旦發生自燃,由于溫度高還釋放大量有毒有害氣體,嚴重影響生態環境。對這樣的難題,我們也在開拓煤炭資源的開發思路,比如不用人工或機械通過礦井和巷道的物理方法采煤,轉而采用人為可控的煤炭地下氣化、燃燒方式,從而置換出我們能加以應用的能源。這就是煤炭地下氣化技術(化學采煤法),隨著這種技術日益成熟并普及推廣后,采礦業對地質環境的破壞程度就會實現根本性的下降。”

“透明地球”技術給地球做CT

除了以上建設“美麗地球”的大動作,中國煤炭地質總局近年來還積極推進“透明地球”和“數字地球”的建設。那么,什么是“透明地球”和“數字地球”呢?潘樹仁副局長介紹,“科技界有句話說,‘上天容易入地難’,意思是我們能把衛星發射到太空,但對地下的情況還所知甚少。其實,我們局對地下深層空間的探測技術也日益成熟。我們有個口號是‘給地球做CT’,就是利用地球物理勘探的方法,通過地震、重力、磁法、電法等技術對地下空間做掃描,把握地層運動規律,對各種地下賦存的資源、災害源以及人類活動相關的地下和地表設施做體檢,尋找資源、發現隱患,而數字地球則是對前述地球體檢信息的精準及時共享,在二者充分融合的基礎上共建美麗地球。”

 

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