低碳经济背景下煤矿绿色开采技术研究

引言

煤炭作为我国能源结构的重要组成部分，长期支撑经济发展，但传统开采模式带来的土地破坏、水资源污染、碳排放超标等问题，与低碳经济发展要求形成突出矛盾。随着“双碳”目标推进，煤炭行业需从“高耗低效”向“绿色低碳”转型，而绿色开采技术是实现这一转型的核心路径。当前，我国煤矿绿色开采技术虽在矿井水资源循环、煤矸石利用等领域取得进展，但仍存在技术体系不健全、协同性不足、中小型煤矿应用滞后等问题。因此，系统研究低碳经济背景下煤矿绿色开采技术的应用逻辑与优化方向，对推动煤炭行业可持续发展、实现生态效益与经济效益双赢具有重要现实意义。

一、煤矿绿色开采技术应用现状与传统开采问题

（一）绿色开采技术应用现状

当前我国煤矿绿色开采技术已形成多维度实践体系，在资源循环利用与生态保护领域成效显著。矿井水资源处理方面，多数大型煤矿建立“混凝沉淀-过滤-消毒”三级处理系统，处理后水质满足设备冷却、绿化灌溉等需求，部分矿区实现矿井水回注井下，构建水资源循环利用闭环。煤矸石综合利用突破传统堆存模式，通过破碎、烧结工艺制成建筑用砖，或与原煤混合用于发电，大幅降低固废堆存压力。瓦斯治理领域，高位钻孔、定向钻孔等精准抽采技术普及，抽采瓦斯多用于民用燃气或发电，同时降低瓦斯爆炸安全风险。此外，绿色爆破技术通过数码电子雷管与低爆速炸药组合，显著降低爆破粉尘与噪声，减少对周边生态与作业环境的扰动。

（二）传统开采模式的核心问题

传统煤矿开采模式难以适应低碳经济要求，存在多维度矛盾。资源利用效率方面，薄煤层开采因设备适应性不足，导致部分煤炭资源遗留；房柱式开采为支撑顶板保留的煤柱，造成永久性资源损失，整体资源回收率远低于绿色开采技术水平。生态保护层面，传统开采对采空区多采用垮落法处理，在人口密集区易引发地表塌陷，破坏农田与居民建筑；矿井水未经处理直接排放，其中悬浮物、重金属含量超标，导致矿区周边地下水污染，部分区域地下水位显著下降。碳排放控制方面，传统开采依赖燃油设备，运输、掘进环节碳排放强度较高，且缺乏瓦斯回收利用系统，大量甲烷直接排放，加剧温室效应。

二、低碳经济下煤矿绿色开采关键技术分析

（一）充填开采技术：解决采空区塌陷与资源浪费

充填开采技术通过重构采空区支撑体系，实现“开采-充填-护顶”一体化，是解决土地塌陷与资源浪费的核心技术。注浆胶结填补法以顶板冒落矸石为基础，注入由水泥、粉煤灰与添加剂组成的胶结材料，材料在矸石空隙固化后形成高强度充填体，可有效支撑顶板，大幅减少地表下沉。胶结充填法则以煤矸石、河砂为原料，制成半固态浆体通过管道输送至采空区，浆体自动流平密实后形成稳定结构体，适用于厚煤层开采，显著提升资源回收率。该技术不仅减少煤矸石外排，还通过充填体隔水作用，降低采空区地下水渗漏风险，实现“固废利用-顶板保护-水资源保护”三重效益。

（二）煤与瓦斯共采技术：兼顾安全与低碳

煤与瓦斯共采技术基于“卸压圈理论”，通过优化钻孔布局实现瓦斯高效抽采与煤炭安全开采协同。开采前抽采阶段，在煤层开采前数月施工定向钻孔，抽采煤层瓦斯至安全浓度以下，消除开采过程中瓦斯爆炸隐患；边开采边抽采阶段，利用采煤工作面推进形成的卸压空间，布置高位钻孔抽采卸压瓦斯，大幅提升抽采效率；采空区抽采阶段，通过密闭采空区并负压抽采残留瓦斯，实现瓦斯资源最大化利用。抽采的瓦斯经提纯后，既可作为矿区民用燃气，也可用于瓦斯发电，替代传统能源消耗，减少碳排放，实现“安全开采-清洁能源利用-低碳减排”的良性循环。

（三）保水开采技术：破解水资源保护难题

保水开采技术通过精准把控开采区域与开采参数，实现煤炭开采与水资源保护协同。开采前，技术人员通过三维地震勘探与地质雷达，探明含水层位置、厚度及富水性，避开重要隔水层布置开采工作面；开采过程中，采用长壁工作面快速推进工艺，使断裂岩层快速挤压闭合形成临时隔水层，减少地下水流失；同时预留合理宽度的防水煤柱，隔离含水层与开采区域，防止地下水涌入采空区。在陕北、晋西等干旱矿区应用表明，保水开采技术可大幅减少矿井水排放量，控制地下水位下降幅度，保障矿区及周边农业用水安全，破解“采煤必失水”的行业难题。

三、露天煤矿绿色开采技术协同优化方向

（一）构建“安全-绿色-高效-低碳”协同体系

露天煤矿作为煤炭开采的重要形式，需突破单一技术应用局限，构建多维度协同体系。安全层面，采用时效边坡控制技术，根据边坡岩体蠕变特性动态调整暴露时间，结合锚索、抗滑桩加固工艺，大幅降低边坡失稳风险；部署智能预警系统，通过大数据分析实时监测边坡位移、设备运行状态，缩短风险预警响应时间。高效层面，创新运输模式，推广电动矿卡替代燃油矿卡，降低能源成本与碳排放；应用无人机测量与智能采矿设计，提升短期开采计划执行率，减少无效剥采量。低碳层面，推行采矿源头生态减损技术，通过短工作线转向优化内排空间，减少外排占地；实施煤层精准选采，降低煤岩混合率，提升煤炭品质的同时减少洗煤环节碳排放。

（二）强化技术推广与标准建设

针对当前中小型露天煤矿绿色开采技术应用滞后问题，需建立“分级推广+标准支撑”机制。大型特大型煤矿重点推进智能化与低碳技术融合，如无人驾驶运输、瓦斯综合利用系统；中小型煤矿优先推广成熟适用技术，如煤矸石制砖、简易保水开采工艺，降低技术应用门槛。同时，加快制定露天煤矿绿色开采标准体系，明确生态修复、碳排放控制等指标，通过标准引领技术规范应用，推动全行业绿色转型。

结语

低碳经济背景下，煤矿绿色开采技术已从单一领域实践迈向多技术协同体系构建，充填开采、煤与瓦斯共采、保水开采等技术的应用，有效解决传统开采的资源浪费与生态破坏问题，为煤炭行业低碳转型提供核心支撑。未来，需进一步加强绿色开采技术的创新研发，重点突破中小型煤矿适用的低成本技术、煤矿与新能源融合的耦合技术；同时完善政策支持与市场机制，鼓励煤矿企业开展技术改造，推动绿色开采技术从“试点应用”向“全面普及”转变。通过技术创新与制度保障双轮驱动，煤炭行业可实现“开采低碳化、资源高效化、生态友好化”目标，为我国能源结构转型与“双碳”目标实现提供坚实保障。

参考文献

[1]李鑫,黄学超,常欣.低碳经济背景下煤矿绿色开采技术应用研究[J].煤炭新视界,2025(1):396-398

[2]白润才,付恩三,马力,赵浩,柴森霖.露天煤矿安全-绿色-高效-低碳协同开采技术体系[J].煤炭学报,2024,49(1):298-308