作者简介  

    刘建功，1956年生，博士学位，正高级工程师。冀中能源副总经理、河北煤炭科学研究院院长，国家能源充填采煤技术重点实验室主任，中国矿业大学（北京）博士生导师。主要研究方向为充填开采工艺与装备和煤矿生态矿山建设。河北省“巨人计划”领军人才、河北省省管优秀专家，享受国务院特殊津贴。曾先后获得“全国优秀科技工作者”“河北省优秀科技工作者”等荣誉称号。2009年获孙越琦能源大奖，2012年获“河北省科学技术突出贡献奖”。先后在国内外权威刊物上发表论文30多篇，出版专著4部，获国家科技进步奖3项、省部级科技进步特等奖1项、一等奖7项，发明专利3项，制订国家行业标准1项。

    国家“十二五”规划纲要指出：“中国要走节约能源、发展循环经济、推广低碳技术、促进社会发展与人口能源环境相协调的可持续发展之路。”面对资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势，党的十八大报告专门将生态文明建设独立成章，指出必须树立尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念，把生态文明建设放在突出地位，融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程，努力建设美丽中国，实现中华民族永续发展。

    煤炭开采是向大自然索取资源，必然会对生态环境造成影响。在生态文明建设的今天，煤炭开采要服从生态环境的约束，采动过程要以不破坏生态环境为准则，对生态的干扰要以生态环境具备恢复和再造能力为最后界限，建立环境责任意识，研究煤炭生态开采技术和煤矿共生资源的集约利用和循环使用；根据煤层赋存条件和地表环境，统一规划矿区生产和生态布局，保护土地、水和空气资源，把固、液、气废弃物作为资源加以利用，不造成污染性外排；在煤炭生产满足社会能源需求的同时，不对自然生态环境体系造成重大影响，以最小的生态扰动获取煤炭资源，并具备环境恢复和生态再造能力，在“美丽中国”建设中，开创煤炭生态开采的新时代。

    1.煤矿开采和生态环境的关系

    生态环境经历了原始、近代和现代三个演变阶段。工业革命之前人类对自然资源的利用有限，基本保持了生态环境的原貌。工业革命后期，人类利用迅猛发展的科学技术，以牺牲资源环境为代价，在征服自然、创造财富、换取经济快速增长的过程中破坏了生态环境，引发了许多灾难性生态事件。在付出沉重代价后，人类开始反思自己的行为，认识到，要实现环境与社会之间的协调持续发展，必须遵守自然界的客观规律，通过技术进步和合理配置资源，建立社会经济发展和生态环境保护的依赖与制约关系，进入了理性的现代发展阶段。

    煤炭工业的兴起是工业革命的产物，是利用自然资源换取社会发展的产业，煤炭资源为我国国民经济发展做出了巨大贡献，而且还在继续发挥着不可替代的作用。但是，煤炭开采过程对生态环境的影响也是毋庸讳言的。因此，要研究生态环境对开采行为的容忍度，利用生态开采技术，把对环境的影响限制在可控范围之内，使煤炭开采和生态环境协调、共融发展。

    1.1 煤矿开采与利用对生态环境的影响

    煤矿长壁开采采用的是垮落法采煤，煤炭采出后，顶板随即垮落，上覆岩层下沉，造成地表塌陷，不仅使地表建筑物遭到破坏，而且基本农田的土地劣化、减少，开采活动结束后 整个矿区环境受损，矿区生态环境破坏程度，超过生态环境的边界条件，造成不可逆转局面，资源枯竭后的煤炭矿区，环境遭到破坏，发展没有后劲，可谓兴也煤炭，衰也煤炭。

    煤炭开采过程中，地表塌陷，地表水顺裂隙流到地下，损伤了地面水系；地下含水层和采空区导通，地下水系也受到影响，甚至造成透水事故；正常开采会有大量的矿井水外排，导致地下水水位下降。可见，开采过程容易造成矿区水系的损害。

    煤炭生产过程中产生的煤矸石作为固体废弃物堆积排放，占用大量农田，污染环境，是煤矿环境不友好的标志之一；煤矿开采时矿井水和各环节产生的粉尘直接外排，对周围环境造成污染；瓦斯是一个非常好的能源，如果不加利用，对空排放不仅污染大气，而且也是一种重要的温室效应气体。煤矿的固、液、气“三废”，对周围生态环境影响很大。

    应该看到，矿山生态环境问题的产生是一个多环节、多因素、多方面的复杂的过程。所谓多环节是指矿山环境问题形成于煤炭开采、加工和储运的全过程；所谓多因素是指环境问题形成与技术、资金、管理方式、思想观念等多因子相关；所谓多方面是指对生态环境的影响不仅是煤炭开采过程，把煤炭作为燃料或原料的产业，在煤炭利用过程中所产生废弃物排放，对土地资源环境、水环境、大气环境以及声环境的破坏和污染，也是一个不容忽视的问题。

    1.2 生态环境对煤矿开采的边界条件和容忍度

    生态环境边界条件的概念已经为人们所接受。2009年，《自然》杂志上发表一篇文章，对认为影响人类发展的安全运作空间进行了界定。这个界定由一组共9项极限条件所组成，并对其中的7项给出边界值，超过了这些极限值，生态环境将受到极大的破坏。这9项边界条件涉及到气候变化、荒野变为农田与城市的转化率、化学污染物的积聚,以及大气颗粒污染物的浓度等等。

    煤炭生产矿区的生态环境系统在一定的自然条件和社会经济条件下，保持一定的稳定结构与功能时，与外界存在物质流、能量流、信息流的交换关系，其生态环境容量受到这些因素多方面影响，生态环境整体结构和社会功能，都对输出和输入的物质存在着有限的容忍度。同时，当煤炭生产矿区的资源开采，生态补偿工程等外界条件发生变化时，生态环境容量也会发生改变。因此，煤炭生产矿区的生态环境要充分研究其资源特点，变化的特点，要研究其客观性，找出容忍度的边界点，遵从最小限制因子原则，才能保持矿区稳定持续发展。

    以上多种条件有规则地形成矿区生产边界条件。这个边界条件取决于开采强度和开采方法，取决于和外界交流的程度，取决于煤炭的利用方法；取决于生态系统的自我维持、自我调节、自我修复的能力，资源与环境的供容能力，超过这个边界条件和承载力，矿区的生态环境将受到不可恢复的破坏。

    生态环境有一个不可忽视的特点，受到影响和损害时，如果超出自身恢复能力，则非常容易朝不利于人类利用的方向发展。因此，在煤炭开采和利用的过程中要减少对生态环境的扰动，生产活动限制在生态环境的容许范围之内，使生态环境具备恢复能力，从而长期保持煤炭生产矿区的生机与活力。

    1.3 煤炭生产矿区生态环境的可控性

    人类环境系统的演化有能量流动和物质循环两个过程，物质可往复循环，但能量流动是不可逆的，能量流是生态环境破坏的主要因素，要减少和控制能量流对生态环境的破坏。生态环境一旦遭到破坏，利用物质循环规律，只能实现局部的恢复，不能完全回到原始状态。

    在煤炭生产矿区，生态环境的破坏是因为在煤炭资源获取的过程中产生的。采煤造成上覆岩层和水资源的运动，形成新的和生态环境相关的能量流动，这个能量流一定程度上是不可逆的。所以，采用科学的、生态的资源获取方法，尽可能少引起或不引起不可逆转的直接关系到生态环境的能量流动，就可以控制采煤对生态环境的影响。

    如果经过缜密的计划，把经济发展对资源的需求和生态环境保护的容忍界限统一规划，在不违背自然规律的前提下对生态系统和资源的获取有控制地进行利用；同时积极采用生态开采、土地复垦、水土保持、植树造林等对生态干扰小、而且在生产过程不断对生态环境修复和再造，逐步改善和提高生态系统的承载能力，使矿区开采在生态环境容忍范围之内，就能形成煤炭生产矿区生态环境可以控制的理想状态。

    2.煤矿生态矿山建设是煤炭企业的责任

    2.1 生态环境的社会性

    大自然给全人类造就了休养生息的美好的生态环境，给全人类提供了栖息之地和生存的物质基础。然而，对生态环境和人与自然问题的不同看法自古有之，中外有之。我国古代“天人合一”的思想，西方的“盖娅”假说，现代的生态文明都是传统文化关于人与自然关系的重要观点。这些观点是随着人类社会的生存而产生和发展的。这些深邃的辨证思想都反对把自然和人割裂、对立起来的做法，积极主张达到自然和人类共处的境界，把地球作为一个有机整体，一个生态系统，人类与自然的关系不是主客体的关系，而是相互依存的关系。从哲学和人类生存的角度说明了生态环境人文特性，也说明了它的社会性。

    今天，生态环境问题日益严竣，生态环境的社会性更为突出，保护环境是全社会的共同责任，爱护自然，顺应自然，把大自然看成人类的共同财富，不能只是索取，还要积累。

    2.2 煤矿生态矿山建设是社会发展的要求

    社会发展需要煤炭资源。世界各国的发展实践表明，在人类现代社会的生产过程中，没有哪一种生产活动能像矿产资源开发利用那样产生如此巨大的极化效应。矿业作为我国的基础产业，在国民经济和社会发展中具有重要的地位和作用。我国95%的能源、80%以上的工业原料和70%的农业生产资料来自矿业。

    社会发展需要环境保护。当前，无论是发达国家还是发展中国家，都存在着不同程度的环境污染和生态破坏的问题。环境保护作为影响人类生存和发展的重要问题，亟待解决。走可持续发展之路，既是时代发展的需要，更是文明社会的需要。

    社会发展需要建设生态矿山。生态矿山建设，是生态文明建设的一项重要内容。矿区在其形成和发展过程中，存在着大量复杂的资源、生态环境、经济和社会问题，特别是生态环境问题尤为突出。这主要表现在矿产资源回采率和伴生资源综合利用率低，造成矿产资源的严重浪费与破坏；因矿区矿产资源的有限性和产业结构单一性，使矿区发展稳定性差、风险性高，具有生命周期的特征，迫切需要从理论和实践上寻找到解决问题的途径，使矿区发展真正步入持续健康的轨道上来。因此，生态矿山建设，是文明社会对煤炭企业提出的新的要求，也是生态环境社会性的一个重要表现。

    2.3 企业社会责任的使然

    实现经济、社会、环境的和谐发展，是处理企业与生态环境关系的最高目标。企业各种各样的经济活动都是生产、分配、交换或消费物质资料的活动，不仅涉及人与人之间的关系，也涉及人与自然之间的关系。

    生态环境是企业的生存外部环境，是影响煤炭企业生存和发展的重要因素。任何企业发展都依存于企业的外部生态环境，并可以利用现有的自然资源去开发新的产品和市场，而煤炭企业的生产过程也会对外部生态环境产生很大的影响，生态环境的变化，同样会给企业带来生存的威胁。企业与生态环境的相互依存、相互影响、相互作用，本质上体现的就是经济发展与环境保护之间的动态平衡关系。所以，全社会要共同维护人类赖以生存的生态环境。煤炭企业要通过建设生态矿山，规范企业行为与生态环境之间的关系，使矿山开采和环境协调统一，实现“采前绿水青山，采后青山绿水”。这也是社会发展所赋予煤炭企业“解决各种矛盾，完成环境保护和还原”的社会责任。

    3.研究生态开采技术，建设煤矿生态矿山的实践

    冀中能源的煤矿生态矿山建设就是针对煤矿的现状，把生态开采作为生态矿山关键支撑技术进行研究攻关，并集成应用于矿山建设和生产的各个系统，最大限度地减少对生态环境的干扰，最大限度地减少能源的消耗，最大限度地增加资源和废物的回收复用、减少废弃物的排放，形成矿山发展新的生态建设模式。

    3.1 实施充填开采,改变煤炭矿区形象

    采煤过程中，地表的塌陷是对生态环境破坏最直接、最明显的破坏，保护土地资源是生态环境保护开采的最重要方面。同时，矸石作为煤矿开采的衍生物，严重影响了煤矿的生态发展。冀中能源“矸石充填采煤”的实践，有效地解决了这一双重难题。

    2002年，首先在邢东矿开始了井下矸石巷道充填技术研究，2003年该技术取得成功，实现了矸石不升井，邢东矿建设成为全国第一座没有矸石山的绿色花园式矿井。从2006年开展了工作面充填采煤技术的研究工作。2008年邢台矿在全国第一个真正意义上的建下综合机械化推压密实充填开采工作面成功生产，已经实现了采煤和充填同步进行，形成规模化生产能力。经过几年的考验，充填开采工作面上方地面建筑物没有损伤。2009年，成功开发出固体矸石充填技术、矸石膏体充填技术、矸石似膏体充填技术和超高水材料充填技术等一系列适应不同地质条件、适应不同材料需求的成套充填采煤关键技术，整个集团公司实现了充填材料多样化、目的明确的充填开采。综合机械化充填采煤技术的成功，带来了煤矿生态矿山建设的集群式效应：不仅提高了资源回收率，避免了地面沉陷，保护了土地，而且使得矿区地面沉陷可控，为建设生态矿山提供了技术支持。

    3.2 保护水资源，维护环境生态

    冀中能源矿区多处于华北地区，在煤矿的开采过程中，认真研究矿区水资源的赋存状况，利用先进探测手段，查清水系，对矿井水赋存进行静态描述。华北地区地质构造以压性构造为主，构造、裂隙发育通常是闭合的，地层基本处于稳定状态。受采动影响后，随着地应力的释放，原生构造松动，产生新的裂隙，就有可能形成导水通道。因此要对地下水动态变化包括对地下水流场变化、隔水层完整性、构造薄弱带隔水层裂隙度变化、次生裂隙产生进行监测，以此监控地下水赋存状态变化程度和可能发生的出水情况，提前进行处理，在应力变化情况下保证地下水系统的完整性。

    3.3 利用煤矿多资源特点，减少碳排放

    煤矿不仅拥有煤炭资源和伴生矿物资源，井下的瓦斯、水，包括矸石也都是资源，而且煤矿井下开采的特殊工作环境，形成了一个巨大的地热源。这是煤矿生态矿山建设得天独厚的有利条件。把这些天然能源提取利用，将是煤炭行业生态矿山建设的一个鲜明特色和亮点。冀中能源把这个天然能源充分利用，将矿井风和矿井水的地热，用于煤矿供热和制冷，实现了生产煤炭的企业不建锅炉房，不消耗煤炭，取得了非常好的效果。目前，这项技术已在东庞矿、梧桐庄、云驾岭和章村矿等十几个矿成功应用；同时，在冀中能源，凡是瓦斯具备抽采发电条件的矿井，已全部实施瓦斯发电，不仅减少了瓦斯的排放，而且使瓦斯这一“煤矿杀手”成为宝贵的资源。

    3.4 优化产业链，构建循环经济

    冀中能源运用低碳循环经济模式优化产业链，将传统的单向直线式经济发展模式变为反馈式循环经济发展模式，利用各个产业链内部消解工业废弃品，积极打造消耗废品的下游产业，使上一级的废物变为下一级的原料，形成了矿井只有煤炭产品输出，无废水、无废渣、无废气外排。通过近几年的尝试，章村矿这一百年老矿基本形成了自己独特的循环经济圈，做到了无废物排放，走出了一条“煤—电—建材”的新型生态文明道路。

    4.煤矿生态矿山建设发展中的几个问题

    4.1 建设煤矿生态矿山理念的确立

    煤炭产业不仅是能源及原材料的生产部门，也是高耗能及原材料部门，节约潜力巨大。煤炭产业的环境问题有行业的特殊性。大气环境、生态环境问题比较突出，还要解决安全环境和劳动作业环境问题，比其他行业复杂得多，治理成本也高得多。资源和能源的稀缺性和有限性、煤炭资源的不可再生性、环境承载力的有限性以及环境问题造成的后果。这些都要求要增强环境责任意识，在矿山建设时必须突出生态的理念，努力建设生态矿山。

    建设生态矿山的重要理念就是，根据煤层赋存条件和生态环境，统一规划生产和生态布局，创新煤炭科学开采技术，达到以最小的生态扰动获取煤炭资源，并具备恢复和再造能力，实现煤矿开采与生态环境的协调发展。

    为了推进煤炭生态矿山建设，要建立一个适应生态环境保护和生态矿山建设的理论体系，首先要把源头治理作为第一优先级。其次，要以环境承载力的有限性及环境问题会造成的灾难性后果为基本出发点，把清洁生产和提高经济效益结合起来，贯穿整个生产、加工及转化的全过程。第三，以煤为基础，通过延长产业链，实现企业内部及上游产业与下游产业的循环，形成生态工业产业链，进行物质的耦合共生，达到内部副产品和废弃物的资源化利用，提升资源综合利用率，减少废弃物的排放，加强矿山环境综合治理，以土地复垦和生态设施农业为重点，对矿山生态进行恢复和重建，实现煤炭工业发展与环境保护的协调。根据生态矿山发展模式构建的思路，构建煤矿生态矿山发展的总体模式，形成煤矿可遵循的标准体系。

    4.2 生态矿山建设技术研究与推广

    技术是构成煤炭矿区生态产业链结构的核心。煤炭行业经过多年资源综合利用的不断实践，在煤矸石、煤泥、矿井水等废物利用方面积累了丰富的经验，各种新技术也在不断进步，如充填采煤技术、保护水资源开采技术、矿井地热利用技术、瓦斯抽采利用技术，等等。这些新技术对建设生态矿山提供了重要的支撑，形成了煤炭行业生态矿山建设的技术支撑体系。但是，生态矿山建设是一项复杂的系统工程，就社会生态文明发展所需而言，目前这些技术还不够全面，不够成熟、应用范围有限，很大程度上影响了我国煤炭行业生态矿山建设。这就需要不断研究新的技术，使煤矿生态矿山建设不断有新的突破，这是一个长期的过程。

    4.3 政策的约束和支持

    近年来，国务院和各部委发布了《国务院关于全面整顿和规范矿产资源开发秩序的通知》；《矿山生态环境保护与污染防治技术政策》；《财政部、国土资源部、环保总局关于逐步建立矿山环境治理和生态恢复责任机制的指导意见》等一系列政策规定。2013年2月，国家能源局、财政部、国土资源部和环境保护部印发《煤矿充填开采工作指导意见》，提出对我国 “三下”压煤量较大，矿井正常生产接续受到影响；常规垮落法煤炭开采方式引发地表沉陷和地下水及含水层破坏，造成地表建筑物损毁；大量矸石直接外排堆存，占压土地、污染环境等问题，通过开采技术创新予以解决的要求。这些都是国家各部委制定的支持政策，对生态环境保护发挥了巨大作用，并且还将发挥巨大作用。

    因此，在生态环境保护日益重要的发展阶段，要对破坏生态环境的企业制定约束性政策，对污染严重、又无法改变的一些企业实施整改和停产措施，使企业在环境保护方面形成约束机制，实现生态保护和经济利益的理智取舍。

    近年来，煤炭市场不景气，煤炭企业基于成本收益的考虑，进一步加大投资力度，积极落实自筹资金的积极性和能力不足。这些实际情况，一定程度上影响了我国煤炭行业生态矿山建设。为调动企业建设生态矿山的积极性，国家应该采取鼓励政策，对生态保护做出贡献的企业和项目进行经济政策支持，使之更有利于煤矿生态矿山建设长态化进行。

    5.结语

    煤炭作为主要资源在很长一段时间内不容易改变，但煤炭开采对生态的保护必须作为责任和使命来对待。目前，冀中能源已经按照科学发展观的要求，大力推进煤矿生态矿山建设，已将东庞矿、梧桐庄矿、云驾岭矿等9对矿井建设成为煤矿生态矿山的示范矿井。这些矿井集成应用了近年来企业和行业最新的科研成果，按照具体标准，分类研究集成各项关键技术，达到了煤炭生产与矿区生态环境有机控制的目的，使资源开发与环境保护做到了并行并重。同时，冀中能源所属其他矿井也根据自身情况积极开展生态矿山建设工作。实践证明,煤矿通过努力,是可以建成生态矿山的。

    随着人类对生活环境要求的提高，煤矿生态矿山建设已成为当今煤矿科学发展的必然。为了全面、合理地评价煤矿生态矿山建设的现状与未来，必须要加大生态矿山建设的力度，对矿山的发展和对生态的保护作出科学的规划，实行准确地控制、及时调整与反馈，使得社会、经济、环境协调发展。煤矿生态矿山建设，煤炭的生态开采，必将推进煤炭企业转变发展方式，向生态开采、资源节约、生态保护、科学发展的方向迈进。