我國煤礦綠色開采技術(shù)分析研究

1、我國煤礦綠色開采技術(shù)分析研究摘要隨著我國煤礦開采帶來的資源短缺和環(huán)境污染等眾多問題，礦山的綠色開采已經(jīng)成為了煤礦未來發(fā)展的趨勢。本文結(jié)合我國煤礦開采現(xiàn)存的問題，引出了煤礦綠色開采體系，同時詳細介紹了幾種綠色開采技術(shù)，對技術(shù)的概念、研究以及應(yīng)用進行了闡述，對實現(xiàn)煤炭資源的可持續(xù)發(fā)展具有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞綠色開采體系 保水開采；煤與瓦斯共采 煤炭地下氣化1我國煤礦開采現(xiàn)存的問題隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展以及煤礦開采程度的不斷加深，我國大部分礦區(qū)出現(xiàn)了資源的枯竭和環(huán)境的嚴重破壞，這不但對地表、水體、大氣造成了污染，而且還給人們的生產(chǎn)生活造成了極大的威脅。煤礦開采造成的主要問題有：（1）地表的沉陷。煤礦在

2、開采過程中如果不注意保護煤柱的留設(shè)，那么隨著煤炭的不斷挖掘，上覆巖層移動變形會逐漸加大，地表將會沉陷，造成地面水體、建筑物等的破壞。（2）大氣遭到破壞。作為與煤共生的產(chǎn)物，排到大氣中的瓦斯將會造成嚴重的大氣污染，另外，煤矸石在一定條件下會自燃，形成的SO2和CO等有毒有害氣體還會威脅人們的身體健康。（3）形成矸石山。煤礦在開采過程中矸石外運，將大量的煤矸石堆積在地面，從而形成了矸石山，造成植被的破壞和土地的沙漠化。做為以煤炭為主要能源的國家，我國社會經(jīng)濟發(fā)展對煤炭資源的依賴性越來越強，但是我國煤礦傳統(tǒng)“高消費、高排放、低效率”的特點在許多礦區(qū)依然存在，煤礦開采之所以會出現(xiàn)上面的種種問題，就是由

3、開采技術(shù)不合理、管理體制不嚴格、環(huán)保意識不強烈，可持續(xù)發(fā)展意識薄弱等原因造成的。因此，在煤炭開采帶來的這些諸多弊端的影響下，煤礦開采與經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境保護之間的矛盾亟待解決，隨著90年代可持續(xù)發(fā)展理念的提出，實現(xiàn)煤炭的綠色開采體系是煤礦必須要走的道路。2煤炭綠色開采技術(shù)體系煤礦綠色開采技術(shù)體系的本質(zhì)就是和諧處理煤礦開采和環(huán)境保護之間的關(guān)系，一方面是要在盡可能保證環(huán)境不受污染的前提下利用合理的技術(shù)開采煤炭資源，取得經(jīng)濟的快速發(fā)展；另一方面還要綜合利用煤炭開采過程中的其他資源，像瓦斯、水、煤矸石等。該體系創(chuàng)立的核心是開采技術(shù)的研發(fā)和完善，針對上述煤炭開采造成的種種環(huán)境問題，我國學(xué)者錢鳴高以巖層控制關(guān)

4、鍵層理論、水與瓦斯在裂隙巖體中的滲流規(guī)律、巖體在開采過程中的應(yīng)力場分布等為理論依托，提出了相應(yīng)的綠色開采技術(shù)1，具體包括：（1）充填開采技術(shù)針對地表沉陷，留設(shè)煤柱是目前廣用的手段，但留設(shè)煤柱不利于煤炭資源的綜合利用，因此，充填開采技術(shù)有極大的優(yōu)勢。（2）煤與瓦斯共采技術(shù)針對大氣污染，減少瓦斯排放的途徑就是利用瓦斯資源。（3）減少矸石排放技術(shù)針對矸石山造成的地表破壞，一方面是要減少井下的矸石外運，以煤巷代替巖巷，加強煤巷的支護技術(shù)，另一方面是對矸石山進行復(fù)墾綠化，或者改性加工成建筑材料或充填材料。（4）煤炭地下氣化技術(shù)該技術(shù)通過減少巷道的開挖來減緩巖層移動造成的礦山壓力顯現(xiàn)，從而避免一切環(huán)境破壞

5、的產(chǎn)生。3煤炭綠色開采技術(shù)的主要內(nèi)容下面將對上述的幾種煤炭綠色開采技術(shù)的概念、研究以及應(yīng)用進行具體的說明。3.1充填開采3.1.1技術(shù)概念充填開采主要是利用一些價值比較低的材料或者廢棄物，像煤矸石、粉煤灰等，經(jīng)過加工處理，然后注入采空區(qū)，對上覆巖層進行控制，最終控制地表的移動變形的技術(shù)，其能有效的保護地表環(huán)境，是煤礦綠色開采體系很重要的部分。3.1.2技術(shù)研究充填開采是控制巖層采動破壞、防止地表下沉塌陷的最佳途徑。其主要有關(guān)鍵層離層充填和采空區(qū)充填兩種。關(guān)鍵層離層充填依據(jù)的是“關(guān)鍵層”理論，其認為，在采動影響下，關(guān)鍵層的離層斷裂會直接影響到地面，造成地表塌陷，因此，對關(guān)鍵層進行處理，會有效的控

6、制地表的下沉，“關(guān)鍵層”理論表明關(guān)鍵層在斷裂之前，會先出現(xiàn)離層，隨著離層距離的增大，關(guān)鍵層最終會發(fā)生破裂，所以，在關(guān)鍵層破裂之前，對其離層進行注漿，會防止其發(fā)生破裂，從而阻止了地表的沉陷。但是該方法的缺點是關(guān)鍵層的位置和最佳的注漿時機不好把握。采空區(qū)充填是目前普遍認為的“充填開采技術(shù)”，而且其對地表下沉的控制效果好，因此，加強對采空區(qū)充填技術(shù)的研究將是綠色開采技術(shù)的重點。采空區(qū)充填技術(shù)的主要內(nèi)容是充填材料和設(shè)備的研制以及充填技術(shù)的改進。充填材料的研制主要圍繞加工改造廢棄物和減低充填成本展開。目前比較主流的材料有矸石充填、水砂充填、膏體材料充填和高水材料充填。充填材料的成本，以及它的穩(wěn)定性、強度

7、和流動性將是判別充填材料能否應(yīng)用的依據(jù)。充填設(shè)備的用途主要是能有效的把充填材料運送到采空區(qū)，有充填泵和充填液壓支架等。開采系統(tǒng)和充填系統(tǒng)的配套協(xié)調(diào)也是充填采煤技術(shù)必須要解決的問題。3.1.3“充填開采”技術(shù)應(yīng)用充填采煤技術(shù)在冀中能源集團邢臺礦已經(jīng)應(yīng)用了很長時間，效果很好，該礦井將井下磨碎的煤矸石和電廠粉煤灰通過一定的比例混合攪拌，然后通過螺旋給料機運到充填鉆孔，然后依靠自重落到井底，接著由皮帶輸送機運送到采空區(qū)進行充填，經(jīng)過這一系列的操作，很好的控制了地表的下沉。3.2煤與瓦斯共采3.2.1技術(shù)概念對于瓦斯，人們普遍認為它是礦井有害氣體，會造成大氣污染，而且達到一定濃度時會引發(fā)瓦斯爆炸，但是，

8、它也是能源燃料，在煤層中儲量很豐富。因此，瓦斯的安全高效抽采是治理瓦斯最有效的措施。瓦斯抽采就是把煤層或采空區(qū)的瓦斯通過抽采鉆孔采出地面的技術(shù)，3.2.2瓦斯抽采分類瓦斯抽采根據(jù)其抽采位置的不同可以分為：本煤層抽采、鄰近層抽采和采空區(qū)抽采。本煤層抽采：主要是回采和掘進工作面瓦斯的抽采，可以在巷道兩側(cè)打抽放鉆孔進行抽采。鄰近層抽采：鄰近層的抽采對本煤層有著保護作用，因為工作面在回采過程中將引起上覆或底板巖層的破裂，鄰近層的瓦斯會通過生成的大量裂隙涌入到本煤層中來，從而造成瓦斯突出，因此，預(yù)先抽放鄰近層的瓦斯是安全開采的保證。采空區(qū)抽采：采空區(qū)的瓦斯含量也是很大的，通過地面鉆孔或?qū)ｉT布置瓦斯抽采巷

9、都能夠?qū)Σ煽諈^(qū)瓦斯進行抽采。3.2.3技術(shù)研究煤層的滲透率影響著瓦斯的抽采率，由于我國煤層普遍屬于低滲透性煤層，瓦斯不易抽采，所以，煤層滲透性的提高成為了改進瓦斯抽采技術(shù)的關(guān)鍵，我國學(xué)者針對這一點展開過大量的研究，像太原理工大學(xué)趙陽升教授經(jīng)過二十多年的研究，研發(fā)出了水力割縫強化煤層滲透性，提高瓦斯抽采效率的成套技術(shù)與裝備，并獲得了工業(yè)試驗的成功；還有的學(xué)者經(jīng)過大量的研究表明，采動過程中巖層的移動會增大煤層滲透性，尤其是“關(guān)鍵層”的斷裂移動會對鄰近層的瓦斯涌出起著決定性影響，這為瓦斯的運移和抽采創(chuàng)造了有利的條件。除了增大滲透率，抽采鉆孔的合理布置方式也是一項關(guān)鍵技術(shù)，我國學(xué)者提出了底板穿層鉆孔隔

10、縫網(wǎng)絡(luò)化增透技術(shù)，優(yōu)化了鉆孔的布置方式，對瓦斯的高效開采起到了重要的作用。除此之外，鉆孔的密封性也是影響因素。經(jīng)過大量的工業(yè)試驗表明，大多數(shù)抽采鉆孔存在密封性不佳的缺點，而這導(dǎo)致大量的瓦斯在抽采過程中泄露，所以封孔質(zhì)量好、空口嚴密，才能使瓦斯抽采達到規(guī)定的指標。3.2.4“煤與瓦斯“共采技術(shù)應(yīng)用瓦斯抽采技術(shù)在我國應(yīng)用比較早，許多礦區(qū)都已經(jīng)取得了可喜的成果，而且已經(jīng)作為了其產(chǎn)業(yè)鏈中重要的一部分，像陽煤集團，晉煤集團、潞安集團等，已經(jīng)在瓦斯抽采利用上走在了我國煤礦企業(yè)的前列。3.3減少矸石排放開采過程中矸石的外排會造成矸石的大量堆積，從而造成土地的沙漠化，所以減少矸石的產(chǎn)生是解決此問題的最基本方法

11、。煤炭安全規(guī)程規(guī)定過，布置井下巷道時，要遵循“多掘煤巷，少掘巖巷“的原則，多掘煤巷既能夠就能夠從源頭上解決矸石的產(chǎn)生，又能夠增加煤炭的采出率；矸石的井下處理也能夠解決矸石外排的問題，通過建立井下矸石處理系統(tǒng)，把開采過程中采出的矸石集中破碎加工，處理后的矸石可以用作采空區(qū)充填材料、鋼軌的鋪墊、巷道壁幫充填或者混凝土砌碹。3.4煤炭地下氣化煤炭地下氣化是未來煤礦發(fā)展的方向，基本流程就是從地表沿煤層相隔一定距離開挖兩條斜井到達煤層，然后把這兩條斜井通過煤層中的一條水平井連接起來，接著將煤層就地燃燒原位轉(zhuǎn)化成煤氣，最后排出地面的一種化學(xué)采煤方法。該方法對環(huán)境的污染較小，既不會造成地表沉陷，也不會產(chǎn)生矸石，而且受地質(zhì)條件約束小，可以對薄煤層、深部煤層、遺留的煤柱或難采的邊角煤等進行開采。煤炭地下氣化技術(shù)雖然經(jīng)過了很長時間的研究和實踐，但是目前只在少數(shù)礦區(qū)進行了工業(yè)試驗，還不能形成大規(guī)模的工