现代采矿技术理论的发展历史、及其发展动力分析

现代采矿技术理论的发展历史、发展动力分

析及我国煤炭工业在新世纪的发展战略 现代采矿技术的发展与采矿理论的发展是密切相关的，它们相互依存、相互促进、共同发展。现代采矿理论与系统工程紧密相联，系统工程理论和方法渗透到采矿工程中的各个方面，使采矿理论有了新的进展，更适应现代化的管理和决策。

一、采矿技术及发展过程

我国是世界产煤最多的国家，地域辽阔，煤炭赋存条件各异，有许多种不同类型的采矿方法以与技术，其发展过程具有很强的代表性。下面就我国的采矿技术进行论述。

1、 原始的采煤技术

早在六、七千年前，我国就已开始进行煤炭的矿业开采。1840年鸦片战争后，我国的采煤方法仍然非常落后，采用原始的穿峒式、残柱式、高落式等采煤方法，采掘等主要工作，仍然依靠工人繁重的体力劳动。

1895年以后，日、英、德帝国主义相继在我国开矿，20世纪30年代，日本帝国主义占领了我国东北，以掠夺中国煤炭资源作为其穷兵黩武的重要政策。掠夺性的采煤方法日趋严重，滥采滥挖，开采的煤炭资源损失率高达70%~80%以上；矿工的劳动条件极端恶劣，煤矿的安全状况极差，伤亡事故严重。

2、旧中国采煤方法的改造（1949~1957）

新中国成立后，即对旧中国的采煤方法进行改革。1950年5月，燃料工业部在全国煤矿会议上作出了国营煤矿推行生产方式改革和安全生产的决议，提出要有计划、有步骤地进行生产改革。首先从改革采煤方法开始，把落后的穿峒式、残柱式、高落式等旧采煤方法，改为新的长壁式采煤方法，有利于提高煤炭资源回收率，保护国家资源。强调在安全的原则下进行生产，改善矿井通风，改善工人的劳动环境和安全生产条件，通过了《关于全国煤炭全面推行新的采煤方法的决定》，强调指出“采煤方法的改革是煤炭工业的一次革命”。在缓倾斜薄及中厚煤层中，将穿峒式和残柱式改为单一长壁工作面采煤方法；在缓倾斜、倾斜厚煤层中，将高落式等采煤方法改为倾斜分层下行垮落采煤法，少数特厚煤层改用走向长壁上行水砂充填采煤方法，对急倾斜厚煤层则改用了水平分层下行垮落采煤法。到1957年，国营煤矿以长壁式为主的新采煤方法的产量比重达到了92.6%，采区回采率提高到70%左右，工人的劳动环境和安全生产条件得到了明显改善。

3、长壁式采煤方法的巩固与发展（1957~1974年）

我国长壁式采煤方法的巩固与发展，是在不断改善顶板管理和提高采煤机械化程度的过程中实现的。在顶板管理方面，改变了旧采煤方法的无支护状况，采煤工作面从采用各种形式的木支架到推广应用金属摩擦支护和铰接顶梁。在缓倾斜、倾斜厚及特厚煤层，主要推行和完善倾斜分层下行垮落采煤法，改进人工假顶铺设，采用竹笆假顶、荆条假顶、金属网假顶等代替木板假顶，发展了以金属网为主要假顶材料铺网工艺；并推行黄泥灌浆等措施以形成稳定的再生顶板；同

时，在缓倾斜特厚煤层中，推行了分层上行水砂充填采煤方法。对急倾斜薄及中厚煤层开采，先后推广应用了风镐落煤倒台阶采煤法及爆破落煤单一长壁采煤法。对急倾斜厚煤层，主要推行水平分层和倾斜分层采煤法，并在试用掩护支架采煤方法的基础上，创新了伪倾斜柔性掩护支架采煤法，大大丰富了急倾斜采煤方法的内容。与此同时，对工作面无支护的各种急倾斜煤层采煤方法，如仰斜条带式仓储采煤方法、伪斜走向长壁仓储式采煤方法、小阶段爆破采煤方法、巷道长壁采煤法等，都进行了试验和应用，取得了一定效果。

4、长壁式采煤方法多种采煤工艺的发展及采煤方法的现状（1974~1990年）

为了进一步发展长壁式采煤方法，我国参照国外发展采煤机械化的经验，进行了综合机械化采煤设备的研制与试验，1974年完成了第一批自行设计，为更快、更好地发展我国地综合机械化采煤打下良好的基础。

1978年，中国共产党十一届三中全会以后，我国国民经济进入了一个新的发展时期，1979年年初，原煤炭工业部召集了有关专家，系统研制和制定了我国第一个较全面的《煤炭工业技术政策》，并于同年9月颁布执行，明确了综合机械化采煤的发展方向。

随着改革开放，先后从国外引进了100多套综采设备，在主要技术性能方面，接近国外80年代先进水平。从而使我国综合机械化采煤有了较大的发展，并推动了采煤方法的进一步完善。为了适应煤炭工业发展的需要，1987年又修订和颁布了新的《煤炭工业技术政策》，进一步指出要加快发展综合机械化采煤。为了简化采区生产系统，从70年代起，在倾角较小的煤层，推广采用了倾斜长壁采煤法。这种采煤方法减少了生产环节及巷道工程量，经济效益显著。目前采用这种采煤方法的产量约占统配煤矿产量的12%左右，并有进一步发展的趋势。

70年代末开始，我国试验和推广了无煤柱护巷，沿空掘巷和沿空留巷技术都有较大进展，特别是沿空留巷巷旁充填技术试验获得成功，为无煤柱护巷的发展开辟了更加广阔的前景，也为采用前进式开采创造了条件。此外，成功地应用了垮上山、垮石门回采，改善了巷道维护条件，增加了工作面推进长度，减少了煤炭损失，也进一步完善了长壁式采煤方法。

我国水力采煤始于上世纪50年代，60年代实现了落煤水压由初期的5~6Mpa提高到12~14Mpa，进入70年代，我国试验成功了20Mpa高压大射流水力落煤技术。目前落煤水射流压力已普遍达到10Mpa以上，采用漏斗式和小阶段式水力采煤方法，开采倾角达8~15°以上，厚度0.7~14m的各类煤层，尤其在不稳定煤层、岩浆侵入、煤尘大、不易布置长壁工作面等一些特殊条件的煤层均可用水力采煤方法，可以取得其他方法不能够取得的效益。在水力复采方面，也积累了一定的经验。而且对金属掩护网下水采、特厚煤层倾斜分层综采配以水射放顶煤，以及高压细射流机水结合落煤工艺等都进行了探索和试验。

随着综合机械化、普通机械化采煤和炮采的发展，长壁采煤方法逐步完善，急倾斜煤层的各种采煤方法以及水力采煤方法也都有不同程度的提高，形成了以长壁式采煤方法为主的多种采煤方法并存的现状。

二、采煤方法发展的途径及主要经验

采煤方法的发展涉及到多种因素，这些因素有互相制约的方面，又有相互促进的方面。若能处理好这些因素的关系，就能促进采煤方法的发展，总结四十年来这方面工作的经验，对今后采煤方法的发展有重要的指导意义。

1、煤矿机械化水平的提高是采煤方法发展中最重要的因素

建国初期，国营煤矿淘汰了手镐落煤的穿峒式采煤方法和高落式采煤方法，采用电钻打眼、爆破落煤、人工装煤、小型V形输送机运煤，采煤工作面采用木支架支护、密集支柱放顶管理。

60年代，借鉴和引进国外浅截深滚筒式采煤机和可弯曲刮板输送机，研制成功了MLQ—64浅截深滚筒式采煤机和SGW—44型可弯曲刮板输送机，并进行了工业性试验，试验工作面采用金属摩擦支柱和铰接顶梁，用摩擦支柱密集放顶，滚筒采煤机骑在可弯曲输送机上紧靠煤壁割煤，割煤后即挂上铰接顶梁，用千斤顶把可弯曲输送机推到紧靠新割出的煤壁，随后支设金属摩擦支柱，及时支护新暴露出的顶板。由于滚筒为螺旋式、截深浅，提高了机械化的装煤效果。试验取得了良好的技术经济效果。

70年代初，我国开始组织了综采设备的技术攻关，首先进行了液压支架研制，为满足发展的需要，又从国外引进了部分成套综采设备（1974年），不仅加快了综采的发展速度，而且也使我国综采设备的设计、制造质量得到较快地提高，特别是液压支架的性能和质量迅速地达到了较先进的国际水平。

我国煤矿机械设备制造技术的发展和提高，也促进和加快了我国普通机械化采煤设备的更新换代及生产的发展，1990年，单体液压支柱普采产量比重占统配煤矿的24.2%。

回顾我国采煤机械化的发展过程，可以看到，采煤工艺的发展对采煤设备提出了新的要求，而新的采煤设备又会促进采煤工艺的革新。我国采煤机械化的实践表明，采煤机械水平的提高，特别是综合机械化采煤的发展，极大地推动了长壁式采煤方法的发展和完善。显然，采煤机械化水平的提高，是推动采煤方法发展最重要的因素。

2、采准巷道布置及系统地改革为采煤工艺进一步发展和完善创造了条件

50年代，采准巷道和主要大巷大多数均布置在煤层内，巷道多为木支护和刚性矿用工字钢支护，大巷有的用钢筋混凝土支护或砌碹支护。在长壁式炮采工艺的采煤方法使用初期，由于采煤工作面和采区走向长均较短，巷道服务时间短，采煤工作面的产量较小，上述采区巷道采用煤巷基本可以适应。

60年代初期，淮南等矿务局在开采煤层群时采用集中岩石巷和设置采区煤仓的联合布置采区，在采区内实行多工作面同采，提高了采区生产能力，改善了巷道维护，取得了良好的效果。70年代中期以后，综合机械化采煤技术的发展速度加快，普通机械化采煤也有长足的进步，使采煤工作面推进速度大大地加快。

对倾角较小的煤层，为了简化生产系统及减少工程量，推广采用了倾斜长壁的巷道布置，取得了良好的经济效果。

综采工作面设备吨位重、推进速度快，生产高度集中，要求巷道布置简单、可靠，并要有足够大的巷道断面。为提高矿井生产的技术经济效果，减少同时使用的设备类型，加大单个煤层的开采强度是适宜的，因而综采巷道布置有向分层布置发展的趋势，煤巷的开掘量越来越大。

我国采区巷道布置改革的实践表明，随着采煤工艺的发展和生产集中程度的提高，对采区巷道布置提出了新的要求，而采区巷道布置的改革又能为采煤工艺的发展创造更好的条件，使生产集中化程度进一步提高。

3、围岩控制及支护的改进是采煤方法改革的重要内容

支护技术是顶板控制的重要手段，矿山压力的研究成果是发展新的支护技术的主要依据。

在回采巷道的支护方面，50年代主要是木支架。从1960年以后，我国开始研制矿用工字钢支架和U型钢支架，为加大巷道断面和改善巷道维护创造了条件。使回采巷道的断面由4~5m2加大到8~12m2，巷道维护状态得到改善，维护时间得到加长。80年代以来，U型钢可缩性金属支架发展到30种规格，并形成了系列产品。在条件适宜地区，推广采用煤巷锚杆支护，提高了效益。

通过对软弱岩层的巷道破坏及其控制的研究，提出以下三种控制途径进行支护：采取及时支护的方法，缩短无支护巷道的暴露时间，降低巷道围岩的变形速度和变形量；二是在应力降低区布置巷道，或是在较硬岩层中布置巷道；三是采用高强度支护方法，目前流行的是联合支护，利用锚杆、喷射混凝土、金属网、钢带、锚索、棚架等。采取上述措施，改善了软弱层的巷道维护及生产条件。

从上面例证不难看出，围岩控制及支护技术的改进，不仅是采煤方法改革的重要内容，而且推动着采煤方法的发展。

4、安全技术水平的提高是推动采煤方法发展的重要保障

采煤方法的安全性，是评价采煤方法的重要依据。因此，采煤方法的发展从某种程度讲，将依赖于对防治水、火、瓦斯、煤尘、冒顶和冲击地压的技术水平（目前，还出现了热害、矿震等灾害）。

从安全的角度看，采煤工作面的支架从木支架过渡到金属摩擦支柱、单体液压支柱，从单体液压支柱过渡到自移式液压支架，由较弱的支撑能力到目前达到一个支架就具有1000t的支撑能力，使采煤工作面顶板控制安全技术不断提高，从而保证了采煤工艺向纵深方向发展。回采巷道支护从刚性木支护到可缩性的金属支架和锚杆支架的发展，从而保证了采区巷道布置改革的顺利进行。

对有煤和瓦斯突出危险的煤层，采用开采解放层、水力冲孔、松动爆破和突出的预测预报等安全技术措施，不仅解放了有煤与瓦斯突出的煤层，而且使这类煤层的采煤方法得到了发展和逐步完善。

在防降尘安全技术方面，煤层注水防尘技术在全国获得较广泛应用，并取得良好降尘效果；煤电钻湿式作业和水炮泥防尘安全技术的应用，兼有降温、降低有害气体的作用，水炮泥还具有熄灭爆焰的功能。降尘喷雾安全技术已广泛的运用在采煤机、掘进机、输送机、转载机、巷道空气净化等各个方面，取得了良好的降尘效果。所有这些，不仅保证了采煤机和掘进机得以安全使用，而且进一步使普通机械化采煤工艺和综合机械化采煤工艺得以完善。

三、世界范围采矿技术发展历史及其发展动力分析

（一）采矿技术发展史

1、 矿产资源与社会文明

采矿活动与矿物利用推动了人类历史的进步。每一个历史阶段，人类的生活水平和生产力都较前一个阶段有了很大的提高，一个主要原因就是新的、性能更优越的矿物的开采和利用，为人类提供了效能更高的工具和燃料。首先，非金属矿产拉开了人类社会文明时代的大门；旧石器时代，随着石灰石、石英岩、砂岩、花岗岩、燧石等。非金属矿被不断的发现，在新石器时代（10000年前），通过磨制、钻孔、装木柄等工艺制成石斧、石锄、带尖石的枪矛等工具，推动人类社会文明向前进步。随后，金属矿产资源促进人类社会由初级文明向高级文明的演

化：青铜器时代（7000年前的铜锡合金）、铁器时代（4000年前尼罗河流域的格泽（GERZEH），即匕首、幼发拉底河流域的乌尔（UR），即铁珠）、中国的商代（铁刃青铜）。

矿物能源的工业利用是人类社会文明发展的一个重大里程碑，18世纪末的工业革命使人类开始步入工业文明，也揭开了人类大规模开发、利用矿产资源的新纪元。工业革命以来短短的200年间，科学技术的飞速进步、生产力的大幅提高和人类财富的快速积累，均是以矿产资源的大规模开发和创造性利用为基础的。自18世纪中叶英国产业革命开始，煤、石油、天然气、铀等的开发和利用，促进了人类的文明和发展。

现代文明有三大支柱，即能源、材料和信息。矿产资源则构成了能源和材料两大支柱的主体。能源结构：矿物能源（石油、天然气、煤、铀）占95％，非矿物能源（木材、水电、太阳能、风能）占5％。中国1998年数据：煤炭占能源量的71.6％，石油仅占19.8％； 80％以上的工业原材料及70％以上的农业生产资料（如结构材料、功能材料、工程材料、农用化肥、电子材料、光电材料、超导材料、纳米材料（锗、镓、硅、铌、锆、钛、稀土、石英等））均来自于矿产资源。

2 矿产资源与国民经济

矿产资源是社会新财富的一种至关重要的源泉，而这种财富不是依赖提供服务所能创造的，而是通过矿业开发来创造的。矿产资源开发利用是一个国家提高综合国力的重要途径。

矿业开发为国民经济创造了巨大经济价值。矿产资源的消费强度和消费特征取决于一个国家所处的工业化阶段和社会经济发展水平。根据矿产资源消费生命周期理论，在工业化初期（人均GDP低于1000美元），矿产资源的消耗强度快速增长；在工业化全面发展时期（人均GDP1000~2000美元），矿产资源的消费强度继续增长，进入矿产资源的高消费阶段；在后工业化时期，（人均GDP高于2000美元），矿产资源消耗强度呈下降趋势。这一由增长到成熟再到衰落的过程，形成了矿产资源消费生命周期的倒“U”字型。

我国是发展中国家，社会经济发展刚刚从工业化初期进入工业化全面发展时期，因此在未来走向发达的相当长的一个时期内，我国将处于矿产资源高消费阶段。可见，采矿业对我国社会经济发展至关重要。

（二） 开采技术发展动力浅析

1、开采技术发展的内部动力

首先是人们对安全生产的渴望：“五大灾害”控制技术的进步、开拓布置与开采方法的改革；其次是人们对高产高效和高额利润的渴望：破岩技术与设备的进步、运输技术与设备的进步。

2 开采技术发展的外部动力

采矿工业的每次发展和变革在很大程度上依赖于与之相关的科学技术的成就。这些相关的学科和领域包括：数学、物理、机械、自动化、化学、材料、经济学、管理学、计算机等科学技术等；建立了矿山地质与测量、矿山岩体力学、岩石破碎及工艺、露天矿开采方法与工艺、地下采矿方法与工艺、特殊采矿方法与工艺、采掘机械、凿岩爆破技术、提升运输、矿山系统工程与管理、采矿安全

与卫生工程、矿井通风、矿山环境保护、矿山办公自动化与管理信息系统等一系列专门的知识体系，使采矿真正形成了一门独立的学科。

四、开采技术成果及展望

开采技术的长期发展，就固态矿物而言，在露天开采方面和地下开采方面都取得了显著的研究成果。露天开采方面分别在开采方法、开采设备、爆破技术与器材、边坡工程、自动调度系统几个方面取得了丰富的经验。例如，在开采方法上，已形成了两种成熟的基本方法，即台阶式开采和条带剥离式开采，前者主要用于开采金属矿床以及其他硬岩矿床；后者主要用于开采煤炭。这两种基本露天开采方法几十年来没有根本的变化。在地下开采方面也取得了丰硕的成果，在矿井开拓与井巷掘进、采矿方法、矿压控制、生产机械化与自动化、采矿设计、管理与办公自动化、采矿安全及环境保护几方面随着时代的前进而飞速发展，自动化技术和计算机及以计算机为核心的信息技术推广应用，使采矿业从开始的机械化步入又一个新的时代，信息时代。

开采技术的发展不断向前步，对其在未来的发展方向主要分为以下几类。

1、在岩体力学方面的发展

矿床开采的工作对象是岩体，开采过程是两个目的相反且相互矛盾的过程，即破坏与反破坏的矛盾统一：一个是对岩石原始平衡状态的破坏；另一个是对形成的开挖体的稳定性的维护。要想把有用矿物从地壳中开采出来，这两个行为缺一不可。解决这对矛盾的学科分支是岩体力学，这是开拓、采矿方法选择和各种设计参数选取的基础，是采矿学的基础学科分支之一。岩体力学发展非常快，在今后的发展主要在矿山岩体力学与岩层控制方面、岩石非线性本构理论、微观岩石力学与分形、地下工程失稳的分析和混沌研究、岩石计算力学的研究、岩石流变力学、藕合岩石力学、非连续岩体力学等。

2、矿业信息与决策

在工程实践中，人们需要做大大小小的决策，决策过程实际上就是在有限的可利用资源条件下，从多个可供选择的方案中选出最佳方案。掌握矿业信息对决策有重要影响。例如在对矿山工程项目的投资效益评价上，要从不同的方案进行评价，进行决策。

3、开采方法创新发展

开采技术在二十一世纪的发展方向是采取选用露天采矿与地下采矿联合的方式进行开采，并且还要发展一些特殊开采技术，例如超深矿井开采技术、煤炭地下汽化与液化、容浸采矿、海洋与月球采矿、生物采矿等。这些创新是在各门学科发展到一定的程度上提出的，在日新月异的二十一世纪，各门学科都在飞速发展，相信在美好的明天，我们的采矿方法会发展更快，更新。

五、 新世纪的煤炭工业

（一）、煤炭——新世纪经济发展的动力

1、煤炭的重要性

1）、煤炭在能源构成中的比重

近代煤炭工业起始于18世纪60年代的产业革命。从世界范围来看，煤炭从

产业革命至上世纪60年代中期，一直占据着世界一次能源的首位，作为近代欧美各国工业化的燃料动力基础，对世界经济和社会发展起了举足轻重的作用。1913年世界煤炭产量为13.2亿t，占世界一次能源总产量的92.2%。从上世纪20年代开始，世界能源结构逐步由煤炭转向石油，特别是第二次世界大战之后，石油工业进一步崛起，因以其廉价、高效、低污染的特点，更能满足现代经济发展的需要，并于本世纪60年代中期在世界一次能源的生产与消费结构中超过了煤炭，居于首位，煤炭退居第二位，见表1。

尽管如此，煤炭仍然是世界一次能源的重要组成部分。战后60多年来，煤炭始终保持着稳步发展的态势，总产量从50年代的18.2亿t增长到80年代末的48.66亿t，增长1.67倍，年平均增长率为2.55%。90年代之后虽然有所下降，但发展仍呈回升趋势（表2）。

近30年来，煤炭在世界一次能源消费中的比重大体在30%左右变化，对一些国家来说仍是主要的能源（表3）。

表1 世界一次能源生产结构变化

2）、煤炭的贡献

我们可以从以下几个方面来说明：

（1）、目前，世界电力45%左右来自燃煤电站，1991年，美国国家用于发电的煤占煤炭总产量的87%，英国为78.3%，加拿大为96.6%，德国为63.5%，法国为43.4%，日本为23.9%；

（2）、钢铁、建材、化工等行业对煤炭的需求连年上升；

（3）、煤炭出口创汇，一些产煤国家把煤炭出口作为重要的创汇来源。美国全国煤炭协会1990年提供的资料，煤炭工业对美国经济的直接贡献为每年210亿美元，加上间接贡献，共达每年810亿美元。

（4）、煤炭的其它作用，每一个煤炭工业工作岗位可为其它部门提供7个就业机会（90年资料）。煤炭的衍生物可生产25000多种消费品和工业品，在世界经济中占有重要地位。

2、地球可利用能源构成及利用

21世纪中，煤炭在能源和经济发展中的地位和作用如何，是否会退出历史舞台，这是人们十分关心的问题。煤炭能否进一步发展，主要取决于三个因素，即：①替代煤炭的可再生能源或新能源开发与应用的程度；②煤炭与其它矿物燃料资源的优劣对比态势；③煤炭开发利用与环境保护能否协调发展。

1）、构成：

（1）、非再生能源，包括煤炭、石油、天然气，铀等；

（2）、再生能源包括水能、风能、太阳能等。

世界拥有能源的总资源量是十分巨大的。根据前苏联专家测算，非再生能源为77×109万亿t标准燃料，再生能源为每年10×1012万亿t标准燃料，见表4。1973年中东战争触发的第一次石油危机，标志着世界能源结构进入一个新的转变时期，即以石油为主的能源系统转向以可再生能源为基础的持久能源系统。然而这一转变是一个相当漫长的过程。

再生能源中最为丰富的是太阳能。尽管太阳能的利用在世界范围内已取得成效，如美国加利福尼亚州莫哈韦沙漠太阳能电站的总装机容量已达354MW（35.4万千瓦），成为世界之最，但作为大规模工业化的能源还为时过早。又如在非再生能源中，受控热核聚变反应的能量十分巨大，科学家曾誉为这将是人类最理想的能源，是人类能源的根本出路。因为其原料丰富，价格低廉。海水中的氘经聚变反应放出的能量足够人类使用几十亿年，且运行安全可靠，放射性废物少，无核扩散危险。但聚变能目前尚处于研究阶段，离实用还有相当距离，科学家们预言至少在50年内难以实现。此外，一种新能源在能源市场上所占的份额由1%上升到50%，约需上百年的时间。因此，在可以预期的将来，能够大规模开发利用的能源仍主要是目前占世界一次能源消费90%以上的矿物燃料。（月球上的一种物质，氦-3，据说是一种非常好的能源，无核危害且利于时间长，效率高）

3）、矿物燃料

在矿物燃料资源中煤炭是最丰富、最稳定和最可靠的资源。根据英国石油公司1995年出版的《世界能源统计评论》提供的最新资料，1994年世界煤炭探明储量为10438亿t，按目前的生产水平，可满足200多年的消费需要。我国已探明的煤炭储量（较新的数据）56000亿吨，按目前的生产水平，可满足700多年的消费需要。世界的石油与天然气的储量则仅能满足40余年和60余年的消费需要，我国也仅几十年。煤炭在世界上具有可采储量的国家有84个，而石油与天然气具有可采储量的国家分别为53个和42个。据有关专家估算，采用热中子堆技术的铀也只能供应世界半个世纪左右的需要。因此，煤炭在矿物燃料资源中的优势是无可比拟的。

3、社会发展需求预测

1）、煤炭开发利用存在的问题

目前，煤炭开发利用所面临的最大问题是全球环境问题。80年代以来，首先在美国兴起的洁净煤技术，目前已发展为一种国际潮流，成为世界各国解决环境问题的主导技术。美国研究开发的几十项洁净煤技术，绝大部分可望在本世纪前10年得到商业性应用，其它国家发展的洁净煤技术有相当一批业已成熟，美国预测，到2010年全世界洁净煤技术市场总值将达到达2700亿美元左右。煤炭成为一种高效、洁净的能源已指日可待，彻底实现与环境的协调发展已为期不远，如水煤浆技术。

2）、需求预测

基于上述原因，煤炭在世界一次能源中的重要地位将继续保持下去，仍将是新世纪世界经济发展的动力。根据世界能源委员会1992年预测（表5），在加速经济发展条件下，到2020年煤炭占世界一次能源的比重将超过石油，重新成为第一能源。

4、中国的情况介绍

1）、概况

我国是世界上少数几个以煤为主要能源的国家之一，是世界上最大的煤炭生产国和消费国。1994年煤炭产量达1239.9Mt，占世界总产量的27.9%，消费量1285.3Mt，占世界总消费量的26.6%；在国内占一次能源总产量的74.6%，占一次能源消费量的75.0%。

2）、储量与开采

我国是煤炭资源比较丰富、石油与天然气资源相对短缺的国家。1500m深度内煤炭的总资源量约56000亿t，其中1000m深度内可靠和比较可靠的资源量约20000亿t。据1993年全国油气资源评价结果，石油资源量88.8Gt，天然气资源量39000Gm3，探明程度分别只占总资源量的20%和3%。在我国探明的矿物资源中，煤炭占到95%以上。这就决定了我国在今后相当长的时期内必须以煤炭作为主要能源。

3）、用煤的情况

煤炭是我国工业化的燃料动力基础。1994年用于生产建设的煤炭达1154.85Mt，占全国煤炭总消费量的89.85%。其中发电用煤达400.53Mt，占煤炭

总消费量的31.16%，为全国提供了76%的发电能源；炼焦用煤139.48Mt，占煤炭总消费量的10.85%；其它工业用煤542.8Mt，占煤炭总消费量的42.23%。今后发电用煤将大幅度增长，预计2010年将达到960Mt。

煤炭是我国化学工业的主要原料。1990年化学工业能源总消费量为89.56Mtce，其中煤和焦炭为49.66Mtce，煤电19.32Mtce，两项合计煤炭占化工能源总消费量的77.0%。用作化工原料的能源为37.80Mtce，占化学工业能源总消费量的42.2%，其中煤炭和焦炭26.39Mtce，占化工原料总消费量的69.8%。我国化工能源消费量的58%用于氮肥生产，而氮肥原料的2/3是煤。煤炭是生产碳素制品、磺化煤、活性炭的主要原料。另外，煤炭的衍生物可以生产农药、合成树脂、合成纤维、塑料、染料、化学药品等许多化工产品。

煤炭是我国主要的民用燃料。1994年全国民用煤消费量为130.47Mt，占民用商品能源总消费量的60.5%。今后，城镇民用能源直接烧煤的数量和所占比例将逐步减少，但间接用煤，如用电、煤气等还会增加，而且广大农村的民用能源正由生物质转向商品能源，民用煤的总量将继续增加。

煤炭正成为我国重要的出口商品。1994年出口煤炭24.2Mt，占全国煤炭产量的1.95%，世界煤炭贸易量的5.9%；1995年煤炭出口量达到26Mt。我国动力煤在国际市场特别是亚太市场具有竞争优势，2000年出口量超过了50Mt，成为世界第四大煤炭出口国。

十分清楚，煤炭在我国经济发展和社会发展中的地位与作用是显而易见的。根据国民经济发展对能源需要的预测，我国煤炭最低的需求量2010年为3000Mt，2020年为3500Mt，2050年为5000Mt，到2050年煤炭占一次能源需求的比例（不计生物质能）仍约55%。届时，石油供需缺口预计将达到400Mt以上，全靠进口是不可能的，还需依靠煤炭生产合成液体燃料来替代。从这个意义上来说，煤炭在未来我国能源系统中的地位将更为重要。

（二）、现代化——新世纪煤炭工业的必由之路

1、现代化的起源

1）、现代化提出的背景

党的十一届三中全会以后，我国经济建设确定了分三步走的战略目标，提出“到下个世纪中叶，人均国民生产总值达到中等发达国家水平，人民生活比较富裕，基本实现现代化”。

实现国家现代化，是我国各族人民近半个世纪以来梦寐以求的目标。国家要实现现代化，作为国民经济重要基础的煤炭工业，当然也要实现现代化。现代化无疑应成为新世纪煤炭工业腾飞的必由之路。

2）、现代化的概念

要实现现代化，我们首先应对什么是现代化有一个基本的理解。在今天，虽然现代化已经成为众多专家学者热切关心、潜心研究的时代主题，但还没有一个完整明确的定义。如何理解现代化的概念，是许多人关心的内容，它不是一个简单的定义，而是有不同理解的内涵。

（1）、社会学家的第一认知：社会现代化是一种特殊形式的社会变革，它涉及到社会生活的各个方面，是一个综合发展的过程。在这个过程中，不仅要改变社会物质生产的面貌，而且也要改变人们的社会关系，改变整个社会的结构，改变人们的生活方式和思维方式。

（2）、社会学家第二认知：现代化是一个历史范畴的概念，是一个动态历史

过程。社会现代化并不是指向一个固定僵化、凝滞不变的目标迈进的过程，而是一个不断变化、发展的过程。

（3）、理解①、随着人类社会的不断发展进步，现代化的内容、目标也在不断变更；在不同的时代、不同的社会，现代化的具体过程与形态也各不相同。②、经济的发展是社会现代化的基础，在现代化的过程中起着决定性作用。但经济发展绝不是现代化的全部内容，也不是现代化程度的唯一衡量标志，不象说“达到了小康水平”一样简单。伴随着社会现代化而来的，是整个社会生活的一个全新的时代。美国现代化问题专家普林斯顿大学历史系教授布赖克认为，在整个人类历史上，能够与今天的社会现代化相提并论的社会变革，只有两次，一次是人类的诞生，另一次是文明的出现，而社会现代化则是人类历史上第三次最伟大的历史变革。③、在现代化的道路上，没有一个国家可以说已经完全达到终点，现代化过程不会终结。④、社会现代化是社会变迁的形式之一，它是指以科学技术的发展为先导，经济发展为基础，包括社会各方面的总体变革过程。从广度上说，现代化是一个国际性的发展问题，从深度上说，它已引起整个世界的深刻变革。实现现代化，其基本思想就是把本国的传统和现状同国际上的现代成就相结合的创造性发展过程。

2、煤炭工业现代化的标志

煤炭工业是国民经济的基础产业，属工业范畴，既具有社会现代化的一般特性，遵循其发展规律，同时也有它的特殊内涵和具体标志。

1）、科学技术真正成为第一生产力，科技进步成为煤炭工业的主导力量。

（1）、现代化与科学技术

1991年5月23日，江泽民在中国科协第四次全国代表大会上说：“当今世界，科学技术飞速发展并向现实生产力迅速转化，日益成为现代生产中最活跃的因素和最主要的推动力量”，“国际间的竞争，说到底是综合国力的竞争，关键是科学技术的竞争”。实现工业的现代化，首先必须实现科学技术的现代化。

（2）、衡量标准

以科学进步对产业产值增长的贡献率来衡量。

（3）、煤炭工业情况

上世纪初，发达国家科技进步对国民经济总产值增长的贡献率为5%～20%，中叶上升到50%，80年代上升到60%～80%，末期为80%以上；明显超过资本和劳力的作用。而我国，“六五”期间（1981～1985）仅为10%左右，末期为30%左右；煤炭工业更差。1953～1984年，科技进步速度为0.78%，科技进步在总产值增长速度中的贡献为9.2%（表6），位于17个行业最后，低于全国工业平均水平（1.82%，20%）。80年代，进步速度为0.91%，贡献率为17.5%，1984～1993年，科学进步贡献为23.13%（较好的企业）。

所以，煤炭工业企业产值增长中起主要作用的仍然是劳动力和资金，因此，实现煤炭工业现代化必须依靠科技进步，使科技进步贡献率至少达到60%以上。

（4）、煤炭工业科技进步的实施

①用现代科学技术对煤炭工业逐步进行改造。60年代全面发展机械化；70年代大规模发展综采；80年代，高产高效综产技术；90年代，微电子技术推广使用；新世纪，从劳动密集型向技术密集型发展。大功率、高产量、高科技、高层次管理；（传统方法，人员多，1991年，761万煤矿工人，乡镇企业都加上，及与煤或煤加工关联的人共有2000万人）。比国外所有产煤国家煤矿工人总和

（约450万人）还多70%。

提高劳动者素质，使他们真正成为新技术的应用者和推广者。机械化初级阶段，体力劳动和脑力劳动比例为9:1，在中等机械代条件下，为6:4；在全自动化条件下，为1:9。发达国家，如美国，1990年煤矿工人高中与高中以上文化程度的占工人总数的77%；70%以上完成高等教育。澳大利亚规定煤矿工人最低文化程度为10年级，职工必须经过12年的文化教育；德国规定，工人需经过9～10年普通教育后，再进行3 年的职业教育；加拿大，必须接受12年的文化教育。

中国，大矿，文盲半文盲占12.1%，小学占30.8%，初中占30.7%，高中占16.8%，大专仅占0.6%。

③实施科学管理，保证科学技术真正成为第一生产力，把科学管理渗透到煤矿生产中，如自动监测系统、计算机绘图系统、预测预报系统、自动化控制系统、专家系统等；

2）、煤炭工业的技术与经济水平达到发达产煤国家的平均水平或先进水平

（1）、反映生产技术水平的指标

有以下几项：采煤机械化程度、事故死亡率、煤矿全员效率、生产集中化程度等；90年代中期各国的指标情况见表7。从此表中可以看出，我国与国外发达产煤国家有很大差距。

（2）采煤机械化程度从1950年0.78%，上升到1992年的72.36%，年增长

1.72%，这是国有重点煤矿的。若以全国来衡量，1992年仅27.8%，年增长0.6%。尽管我国的采煤机械化水平在近几十年有显著提高，但总体水平与国外相差较大，相当于于发达国家30～40年前的水平。

3）、煤矿职工收入的提高，保证能够进入小康生活水平。煤矿生产条件苦，工作累，较危险。所以工资较高。欧美国家，比其它工业部门高20%～50%； 美国，比制造业高50%～60%，比其它矿业高10%～20%；年均4万美元。苏联高65%，波兰为100%；澳大利亚2倍（100%）。

（三）、跨世纪煤炭工业发展的战略——可持续发展

1、可持续发展的提出

是产业革命以来人类社会发展反思的结果。在上世纪，由于生产力极大提高和经济规模空前扩大，导致自然资源过渡开发与消耗，污染物质大量排放，使资源短缺环境遭污染，生态被破坏，加剧了人类与自然的矛盾，对社会经济的进一步发展和人类自身生存构成新的威胁，这样，人类必须重新审视自己的行为，探索新的发展战略。

1）、概念的成熟过程

1980年，世界自然及自然资源保护同盟受联合国环境规划署的委托，在世界野生生物基金会的支持下，制定了《世界自然资源保护大纲》，明确提出了可持续发展的概念，要求把资源保护与发展结合起来。

1987年，在《我们共同的未来》一书中，可持续发展的定义：“既满足当代人的需要，又不危及后代人满足其需求的发展”。

1992年6月，里约热内卢召开联合国环境与发展大会，通过了《里约热内卢宣言》、《21世纪议程》重要文件。第一次将概念推向行动。

中国，1993年3月25日，国务院常务委员会通过《中国21世纪议程——中国21世纪人口环境与发展白皮书》。确立框架。

2）、可持续发展观与传统观的差别

传统观是一种“工业化实现观”，以工业增长作为衡量发展的唯一标志。片面追求国民生产总值的增长。会造成环境急剧恶化，生活质量下降，发展最终难以持续。

可持续发展观强调环境与经济发展的协调发展，目标是保证社会具有长时期持续发展的能力。

2、可持续发展的基本点

1）、发展：是人类追求的最普遍、最基本、最崇高的目标。其内涵既包括经济发展，也包括社会发展，并保持建设良好的生态环境。

2）、基础：自然资源的永续利用是保障社会经济可持续发展的物质基础。地球可再生资源的开发利用速度应限制在再生速率限度之内。而不可再生资源的耗竭速率不应超过寻求作为代用品的可再生资源的速率。

3）、平衡：自然生态环境是人类生存和社会经济发展的物质基础，必须实现社会经济与环境的协调发展和维持新的平衡，并使之作为衡量发展的质量，发展水平和发展程度的客观标准之一。

4）、转变：改变传统的生产方式和消费方式，发展清洁生产和无害环境或有益环境的技术体系，实现多利用、少排放、低污染或不污染的消费方式，彻底转变过去那种高消耗、高投入、高污染和高消费来带动和刺激经济高速增长的发展

模式，真正把经济发展转移到依靠科技进步和提高劳动者素质的轨道上。

5）、实现代际之间均等：当代人享有合理利用资源、拥有安全舒适的环境权利，后代人也同样享有清洁、安全、舒适的权利。所以，不仅要安排好当今的发展，还要为将来的发展创造条件。

6）、态度：彻底改变对自然界的传统态度。不要只知索取，不知保护，建立新的道德和价值标准，自然界不是人类随意盘剥利用的对象，而是人类生命的源泉。

3、煤炭走可持续发展的道路

煤炭不可再生，以其依托而形成的产业，本质上是不可持续的，但其耗竭速率，应限制在寻求可代煤炭的可再生资源或新能源的速率之内。我国产煤、耗煤是世界第一大国，环境问题严重，传统的煤炭工业和种类、煤炭利用行业对矿区环境、主要消费区环境乃至生态环境产生严重污染和破坏。矿山地下开采必将导致矿层上覆岩层的应力变化，导致覆岩移动与破坏，在地表产生下沉。露天开采会产生大量的岩土剥离量堆积，使大面积良田被侵占，也使大量的地下水遭受污染和损失。煤炭的可持续发展尤为重要。

1）、存在的问题

我国煤炭开采的94%为井工开采，目前井工开采新带来的主要环境问题有：

（1）农田地塌陷。井工开采平均采出万吨煤炭，则塌陷土地0.2km2，我国煤矿区已累计塌陷土地约4.0 105km2；

（2）村庄建筑物下压煤开采。据统计，村庄及建筑物下压煤总量达到48亿吨，其中村庄下压煤量约占65.6%。

（3）矸石占地。据统计，目前，我国矸石年排放量达到3亿吨～4.0亿吨，目前全国累计堆积达30多亿吨，占用土地5500km2。

（4）地表潜水位下降，导致井水枯干，给农田灌溉、城市用水都带来很大的困难。

（5）污染后的矿井水外排。据统计，每年矿井排水量约为2.2 109m3，其中部分为酸性、高盐或高悬浮物矿井水。

（6）露天及井工开采过程中，每天均向大气中排放出大量CO2、CH4、H2S及一部分CO等气体，加重了大气的污染。

大气中CO2浓度的加重主要是燃烧矸石燃料造成的。国际能源机构公布，1995年全球CO2总排放量为220亿吨，美国占总排放量的23.7%，我国为13.6%，居全球第二。全球煤炭燃烧排放的CO2约占全部总量的40%，而我国煤炭燃烧排放CO2占全国总排放量的80%以上。

（7）、我国煤炭储量虽然丰富，但分布不均衡，西部多，东、南地区少，条件差的多，好的少，耗竭速度快，开发过度。回采率很低。（全国30%左右，小矿10%～15%）

（8）、技术进步缓慢。装备落后，管理水平低，人多、效率低，安全差。

（9）、产品结构不合理，未能实现综合开发。不开采加工或不完全开采与煤伴生的其它有价值的矿物资源。

在新的世纪，人类把保护自己的家园放在更为优先的地位。煤炭开采和加工利用引起多方的环境问题，影响范围广。我国是具有百年生产煤炭历史的国家，有近十多个矿区生产年限达到百年历史，矿区造成了农田的占用、地下水的污染、矿区空气环境的污染，尤其是一部分已关闭或已报废的矿井，如何恢复环境、利用原有设施进行改造治理，是一个重大而又现实的问题。

2）、考虑的因素

根据全国煤炭工业生产及国民经济发展的要求，结合地区环境情况以及煤炭生产、煤炭消费企业的实际情况，从煤炭开采及利用方面，新世纪采矿工业的发展应考虑以下几方面因素：

（1）．高效洁净开采技术。主要目的是减少煤矿开采过程中对环境造成的污染，包括减少矸石排放开采技术，减少地表沉陷与破坏的开采技术、采动损害的综合治理技术及煤炭地下气化的开采技术。

（2）．矿区环境污染治理工程。包括水污染控制工程、大气污染控制、固体废物处理和资源化技术、噪声和振动污染控制工程、环境监测和环境信息处理技术、环境遥感技术、环境管理技术等。

（3）．矿区土地资源保护、土地复垦以及生态重建技术。这是矿山采掘特有的环境问题。这一研究涉及环境生态学、生态工程技术、土地复垦规划技术、机械复垦技术、生物复垦技术、土地测量和矿山测量技术、土壤调查和监测技术以及其它相关技术。

（4）．矿区地表水和地下水资源保护。这也是矿山采掘特有的环境问题。保护矿区水资源涉及陆地水文学、环境水文地质学、地下动力学、地下水资源管理、地下水测试技术。

（5）．矿山环境地质和地质灾害防治技术。这里不包括和解决不良条件对煤炭开采生产环境的影响所需要的科学技术，更主要的是认识和解决开采引起的一系列地质环境问题的科学技术，如矿山水害、边坡稳定、山体和岩体稳定、上覆岩层移动和地面塌陷预测、三下（建筑物下、铁路下、水体下）开采引起的环境问题、水土流失等等。

（6）．矿山废物安全处置和伴生矿物资源化。这一研究方向也涉及众多学科，包括煤化学、水泥工艺学、制砖工艺学、煤矿伴生矿物学、矿物分选和加工等。

（7）．洁净煤技术。煤炭利用，包括劣质煤的就地利用，是煤炭消费区、煤矿矿区、乃至全球大气污染的主要原因之一。洁净煤技术包括先进的选煤技术、煤的气化和液化技术、先进的煤炭燃烧技术、先进的煤炭能源转化技术、烟道气除尘技术和脱硫技术等。

3）、应该采取的措施

（1）、实行综合开发，优化产品结构，进行规模经营，利用伴生矿物资源。

（2）、实行开采资源化管理，进行保护性开采。（缺的煤种、缺煤地区、资源开采证。国家要有政策、法规等）

（3）、推行煤炭清洁生产技术和清洁利用技术。少掘岩巷、矸石不出井、瓦斯抽放、矿井水利用、煤层气开发、露天矿开采、排土、生态重建一体化技术等。

（4）、加强矿区环保，实施矿区生态环境的恢复治理。因工业场地选择的不可变动性，对矿区的治理成为主要内容。如矿井水的净化、土地复垦、塌陷区治理、矸石加工利用。

4）、采矿环境的研究

采矿环境的研究应从以下几个方面开展：

（1）．减少矸石排放的开采技术

改善井田开拓与准备部署，大幅度降低岩巷掘进率。多做煤巷，少开岩巷，降低出矸率，既是减少污染的一项有力措施，同时又简化了系统，有利于高产高效集中化开采。

据不完全统计，我国煤层大巷的矿井，按能力、数量比重，分别达11%、13%，混合大巷比重分别达3.5%、2.5%，与先进产煤国家相比，差距较大。西方产煤国家，大多是开煤巷。由于我国目前大多数矿井将开拓巷道、准备巷道布置在岩层中，开掘一系列岩石大巷、采区石门、岩石上山、区段石门及车场、甚至开掘岩石集中平巷、岩石联系巷等，造成生产系统复杂，矸石排放量剧增，矿井井下辅助生产工作人员比重高达1/3以上，新型辅助运输机械化不易实现，综采与综掘不能同步发展，严重制约了生产的发展。

近年来结合我国具体条件，研究了高产高效矿井开拓部署及巷道布置系统的新格局，简化了巷道布置，优化采区及工作面参数。研究了单一煤层集中开拓、集中准备、集中回采的关健技术。神华集团大柳塔矿、潞安矿务局漳村矿实行全煤巷布置单一煤层开采，矸石基本上不运出地面，生产系统大幅度简化，分别实现无轨胶轮、单轨吊辅助运输一条龙，从井口直达工作面，同时实现了综采与综掘同步发展，生产效率大幅度提高。

煤巷锚杆支护技术的研究，是实现少开岩巷的一个重要基础条件，采用锚、网、钢带联合支护，在较软煤层中取得良好的效果，为今后逐步减少岩巷甚至取消岩巷打下了良好的基础，但仍需在其支护的服务年限较短的问题上进行研究，使矿井的岩巷掘进率进一步减少，英国煤矿大多为锚杆支护，井深达1100m，可以学习研究。

（2）．减少地表沉陷与破坏的开采技术

国外，特别是波兰、德国、日本等在开采沉陷的某些方面具有较高的水平，煤矿开采对生态和环境造成的破坏有严格的限制和要求，否则将不允许开采，先进采煤国家从技术上主要采用充填开采技术，且系统设备配套，达到较高水平。我国是世界第一产煤大国，94%以上为地下开采，为减轻地表沉陷和破坏，目前充填开采技术又重新引起关注，充填开采在一定条件下有可能是既相对比较经济又对环境保护有利的一种有效开采技术，如条带开采、房柱式开采、水力充填开采、矸石充填均为良好的开采方法。

国内近年来在东部地下开采矿区复垦方面取得了一些较有价值的研究成果，且部分成果达到国际先进水平，但这些成果与我国矿区土地破坏面广、量大、类型多还是不相适应的，有许多问题需要研究，主要如干旱、半干旱地区的复垦，煤炭开采与土地复垦、矿区生态重建的统一规划等。

（3）．煤炭地下气化开采技术

煤炭的地下气化是实现高效安全开采一项新工艺，新技术，又是减少污染开采技术，在这方面的研究已经取得许多成果，但还有许多工作要做。

思考题：

1、谈一谈现代采矿技术与理论之间的关系。

2、在采矿方面，目前需要解决的问题有哪些？

3、采矿的动力是什么？

4、什么叫可持续发展？如何才能够使煤炭工业做到可持续发展？

5、怎样做才能够使煤炭工业走入现代化？

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/63xe.html