◎本刊记者 郑挺颖 季江云 ◎实习生 王猛
说起煤矿的开采，许多读者会联想到“黑色”，如安全事故、塌方、滑坡等地质灾害，以及后续的尾矿污染、地表塌陷等问题。但是，煤炭是我国的主体能源，我国的煤炭开采和利用还将持续很长时间。可喜的是，煤炭行业近年来也在向“绿色矿山”积极转型。近日，《环境与生活》杂志记者采访了中国煤炭地质总局副局长潘树仁，听他讲了不少采矿行业绿色化的“黑科技”。
中国煤炭地质总局副局长潘树仁在办公室接受《环境与生活》杂志专访
7月8日下午，《环境与生活》杂志记者来到北京西客站附近的中国煤炭地质总局，见到了潘树仁副局长。记者一进办公室，就被墙上的一幅地图所吸引，因为它既不是常见的中国行政区划图，也不是地形图，而是中国地质地图。“上天容易入地难”，潘树仁副局长就从我国的地层、地震带以及主要矿产资源分布情况开始谈起，介绍了煤炭领域是如何投身生态文明建设大潮的。
全生命周期的绿色资源理念
在中国煤炭地质总局的官网上，“实施创新驱动，打造具有核心竞争力的世界一流的地质与生态文明企业建设集团”的标语非常醒目。
潘树仁副局长首先介绍了他对 “绿色矿山”的理解。他认为，“绿色矿山”其实不局限于采矿这个环节，而是“全生命周期的绿色资源”理念，它包括矿产的绿色勘查、绿色开采、清洁利用以及恢复绿色四大环节，在每一个环节都务必做到绿色和环境友好。
潘树仁说，近年来中国煤炭地质总局一直致力于打造生态文明建设的国家队和主力军，着力开展煤系矿产资源的绿色协同勘查开发、新型能源为主的清洁能源开发利用、矿山固体废弃物无害化处理、矿井水减排等矿山绿色安全生产地质保障，以及以土壤和地下水污染治理为主的现代农业地质技术服务等。
新型注浆技术防采空区塌陷
潘树仁说，传统意义上的采矿就是通过矿井和巷道，采挖矿石转运至地面处理，久而久之会在地下形成采空区，容易引发地面塌陷，带来人员和财产损失。因而防止地面塌陷就是诸多采矿企业绕不开的难点。
就拿煤矿开采来说，煤炭被采挖运出后形成采空区，上面的岩层因缺少支撑就会下沉，积少成多，就容易引发地表塌陷。
潘树仁介绍，利用“新型覆岩离层注浆技术”，可有效解决这种因采矿可能引发的地表塌陷问题，具体方法就是通过地表钻孔至“离层”并注浆来继续支撑上覆岩层，所谓“离层”就是指采空区上覆岩层因其强度不同发生差异沉降而产生的空间。“这种注浆的材料都是废弃物回收利用，其主要来源是煤矿本身废弃的煤矸石、矿井水、煤泥和发电厂废弃的粉煤灰以及煤化工废弃煤渣，再配以添加剂，经过精确的配比和浓度、压力等参数测算后，注入离层，凝固硬化后支撑上覆岩层。”
覆岩离层注浆技术原理示意图
潘树仁副局长说，“新型覆岩离层注浆技术”不仅能用于老旧矿山的减沉修复，更广泛应用于生产矿山，“比如河北、山西等煤炭资源开发强度较大的地区，因资源开发时未实施减沉处理，多年后资源采完，地表塌陷，再做矿坑修复，可能修复所用的钱比卖煤赚的钱都多。践行‘绿色矿山’理念，就要终止这种恶性循环，通过向岩层注浆维持其原来应力，确保不发生沉降塌陷的情况下，实现安全开采。同样，在高速公路、铁路、输电设施等压覆下的煤炭资源，也可以利用这种注浆技术解放资源。”
煤层底板水平定向分支井注浆技术原理示意图
那么，这种新技术的经济成本是否能接受，潘树仁透露：“这种技术非常经济，每吨煤的成本增加不超过50块钱，目前在山西长治潞安集团的夏店煤矿已经成功运用，效果非常好。”
入地五千米 利用干热岩新能源
很多人会以为，中国煤炭地质总局的业务只涉及煤炭这种传统化石能源的勘探和开采，其实不然。潘树仁向记者介绍了该局近年来在新能源领域取得的一系列进展。
中国煤炭地质总局青海贵德干热岩钻井现场
比如“干热岩”这个词，有的读者可能会一头雾水，更想不到这也是一种新型能源。潘树仁介绍，地热能非常丰富，除了我们常见的从地表到200米左右的浅层地温能外，地下更深处蕴藏的热能资源更大，“干热岩就是地下数千米处的岩石，它们在高温高压下蕴含着巨大的热能，我们现在勘查利用干热岩的技术已经日益成熟。我们目前在青海省贵德县打的一口干热岩井，深达4700多米，井底的终孔温度超过200摄氏度，通过向岩层注水后会产生大量蒸汽，可用于地热发电和综合利用。作为新型清洁能源，干热岩可为青海及周边省区的能源优化和经济高质量发展提供能源保障”。为此青海省已作出规划，全省逐步用可再生能源取代化石能源。
青海贵德干热岩钻井放喷试验现场
此外，潘树仁副局长还介绍了中国煤炭地质总局在青海首次发现陆域天然气水合物，对其勘查和评价已逐步提上日程。
废矿修复方法很多
浙江湖州大煤山石灰石矿在做边坡生态环境修复前的地貌
采矿完成后的废弃矿山（废矿）修复一直是个老大难问题，废弃的矿井不仅严重影响当地生态环境，还容易引发山体滑坡和泥石流等地质灾害。潘树仁强调，各个地方的矿产资源不同，地质条件也千差万别，废弃修复必须因地制宜，选择当地最适合的治理方法。潘树仁介绍，针对采石场等露天开采所留下的废矿，一般会有陡峭的边坡，容易形成滑坡、崩塌等地质灾害，对此可采用“削坡”、“喷播”技术，即对陡峭的边坡进行坡度改造，再喷洒含有微生物的超强粘性活性土壤液体，让岩层保持水分生成苔藓等，逐步形成植被覆盖，让废矿最终实现绿色化，“我们在江浙一带做的多个采石场修复，就采用了这种技术，恢复了原来的绿水青山。”
浙江湖州大煤山石灰石矿开始边坡生态环境治理
潘树仁介绍，江浙地区的土地资源宝贵，寸土寸金，有的废矿就被改造为驾校的练车场，有的坑太深，则注水改造为池塘养鱼。
浙江湖州大煤山石灰石矿边坡生态环境治理取得初步成效，边坡开始泛绿。
对地下数百米的废矿所形成的矿坑，潘树仁说：“没必要把它们全部填平再做修复，这会造成极大的人财物浪费。可以通过离层注浆技术加固后，因势利导发展相关的产业。比如地下主题游乐园、岩穴酒店等，相信到地下几百米深处的餐厅里吃顿饭，对不少人会有吸引力。我就去过北京良乡一个用废弃矿坑改装的饭店，夏天，市区温度40摄氏度，可到了那里面我吃火锅还要披着大衣。”
煤炭地质总局实施的浙江湖州大煤山石灰石矿边坡生态环境治理工程，经过修复后的矿坑边坡都已实现绿化。
母岩分析法让涪陵榨菜美味依旧
由于尾矿含有大量重金属元素，无论在尾矿上发展林业、农业还是渔业，都必须对土壤成分进行分析并对症下药。中国煤炭地质总局在土壤修复方面也有突破，可通过物理、化学以及微生物等方法将土壤中的重金属元素提取出或将其“钝化”，使土壤得到净化，使其适宜开展农业活动。与分析土壤中的重金属原理相似，可通过地球化学的方法研究构成土壤的母岩，分析特殊土壤中的特殊成分，这基本就属于农业地质范畴。潘树仁副局长介绍了一个成功案例，“多年前，涪陵榨菜一直很受消费者欢迎，可三峡库区蓄水后，这种榨菜的原产地被淹没，其他地方的榨菜真没原来那个味道。地质技术人员借助母岩分析法，得出涪陵榨菜原产地母岩所含的矿物质成分，再选择有相似母岩的地区种植榨菜，这样产出的涪陵榨菜就美味依旧了。”
清洁燃煤技术与垃圾处理接轨
我国煤炭储量丰富，而油气资源相对短缺，放弃煤炭转用石油天然气是不太可能的。潘树仁说：“如果全部弃用煤炭的话，我国的能源缺口是无法弥补的。大力推广应用煤炭清洁利用技术才是比较现实可行的道路。”
现在，全国正在大力推进垃圾分类处理，潘树仁介绍，该局研发了一种新型的小型煤与有机固废协同燃烧炉，同时可用来进行垃圾处理和煤炭的清洁利用。他说：“我国居民日常生活中所产的垃圾很大一部分是厨余垃圾，含有丰富的有机物，这些可以通过燃烧处理掉。我们研发了一种新型炉灶，已经申请专利，这种炉子有两个炉膛，内膛烧煤，外膛可烧厨余垃圾，也就是对垃圾进行热解，充分利用其热能。把厨余垃圾置于外膛，先用燃煤发出的热量热解垃圾，形成可燃气体燃烧提供热能，通过净化装置后排放。这项技术的关键就是把清洁燃煤与垃圾处理相融合，能大幅推动居民垃圾减量化。我们计划先往餐饮企业推，下一步小型化后可推广至千家万户。”
关键技术 大幅降低矿难死亡率
曾几何时，矿难的消息频现媒体，重大人员伤亡事故让国人悲痛不已。然而，从2010年开始，我国煤炭产量逐年增加，但百万吨煤死亡率却大幅减少。据国家煤矿安全监察局网站公布的数字，2018年全国煤矿共发生事故224起、死亡333人，同比下降0.9%和13.1%，百万吨煤死亡率为0.093，这是我国采煤史上该指标首次降至0.1以下。
中国百万吨煤死亡率下降与煤炭产量上升对比曲线图
对于百万吨煤死亡率大幅降低的原因，潘树仁副局长解释，除了那些难以保证安全生产条件的中小型煤矿被关停外，最主要的因素还是在技术上实现了突破。就拿煤矿透水事故防范来说，中国煤炭地质总局正在推广的“水平定向羽状分支井注浆技术”，就是预防透水事故的有力王牌。“在采煤过程中，采掘巷道下方的地下水突然涌出，专业术语叫‘底板突水’，这会导致矿井被淹，更会带来严重人员伤亡。而我们这项技术的具体操作就是先从地表垂直钻井到煤层底板，然后造斜沿煤层底板水平继续钻进，但这个水平方向的井并不是平直的一条，而是呈树枝或羽毛状向两端散开。这种钻井技术最早用于石油工业，但我们加以改进了，他们是为了抽取石油，我们是通过这种支状井系统进行注浆，对煤层底板进行改造，就跟前面提到的覆岩离层注浆技术一样，使用煤矸石和粉煤灰为主再用适当添加剂，目的就是防止透水。这项技术的使用大幅降低了煤矿透水事故的发生几率，在去年还创造了十几亿元的收入。目前，这项技术在华北地区奥陶灰岩水害发育的煤矿中广泛使用。”
针对煤炭开采过程中可能发生的瓦斯爆炸事故，也有新技术来有效应对。潘树仁说，“瓦斯与煤层伴生，但由于气体特性，会沿岩层缝隙四处散发，一旦进入采煤作业区，极易发生爆炸造成重大人员伤亡。其实，这种瓦斯主要为煤系地层中的天然气，专业术语叫煤系气。目前，已有较为成熟的低浓度瓦斯抽放和发电等治理与利用技术，达到变废为宝，作为清洁能源进行使用。”
减少人为诱发地质灾害
针对近年来不断被媒体报道的地面塌陷、山体滑坡、泥石流等地质灾害，潘树仁副局长说，地质灾害是地质动力活动与人类活动相互作用的结果，地质灾害是一种必然现象，而且有不确定性和随机性。人类无法避免地质灾害，但可以正确认识和有效预防，作为普通人，首先要树立正确的生态意识，不要去破坏地质环境，减少人为因素诱发的地质灾害，如对山体和植被的破坏容易引发泥石流和滑坡，对矿产资源的不当开发会引起地面塌陷等；其次要预防自然条件变化引起的自然灾害，最典型的就是强降雨导致的山体滑坡、泥石流等。
变物理采煤为化学采煤
在我国北方和西部地区，煤层自燃很严重，既浪费了宝贵的煤炭资源，更对空气环境造成严重污染，还可能危及附近居民的生命安全。
潘树仁说：“治理地下煤火是一个世界性难题，地下煤火在人类出现前就已存在，地下煤火既有人为因素、也有自然因素，因天然裂隙或人为破坏性开采，使煤与空气接触，长时间会引发煤炭自燃。一旦发生自燃，由于温度高还释放大量有毒有害气体，严重影响生态环境。对这样的难题，我们也在开拓煤炭资源的开发思路，比如不用人工或机械通过矿井和巷道的物理方法采煤，转而采用人为可控的煤炭地下气化、燃烧方式，从而置换出我们能加以应用的能源。这就是煤炭地下气化技术（化学采煤法），随着这种技术日益成熟并普及推广后，采矿业对地质环境的破坏程度就会实现根本性的下降。”
“透明地球”技术给地球做CT
除了以上建设“美丽地球”的大动作，中国煤炭地质总局近年来还积极推进“透明地球”和“数字地球”的建设。那么，什么是“透明地球”和“数字地球”呢？潘树仁副局长介绍，“科技界有句话说，‘上天容易入地难’，意思是我们能把卫星发射到太空，但对地下的情况还所知甚少。其实，我们局对地下深层空间的探测技术也日益成熟。我们有个口号是‘给地球做CT’，就是利用地球物理勘探的方法，通过地震、重力、磁法、电法等技术对地下空间做扫描，把握地层运动规律，对各种地下赋存的资源、灾害源以及人类活动相关的地下和地表设施做体检，寻找资源、发现隐患，而数字地球则是对前述地球体检信息的精准及时共享，在二者充分融合的基础上共建美丽地球。”
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