簡論我國煤礦的綠色開采技術(shù)

【摘要】綠色開采是煤炭開采的發(fā)展方向，對提高煤炭采出率、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和實現(xiàn)煤礦可持續(xù)發(fā)展都具有十分重要的意義。本文分析了綠色開采技術(shù)，總結(jié)了我國煤礦綠色開采方法的發(fā)展現(xiàn)狀，對科學(xué)采礦具有一定的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】綠色開采；保水開采；煤與瓦斯共采；充填開采；煤炭地下氣化

【中圖分類號】TD82 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1672-5158（2012）09-0252-01

根據(jù)我國的能源資源狀況，煤炭作為我國最重要的一次性能源，2020年我國煤炭校費(fèi)量將達(dá)到40億t。屆時，煤炭產(chǎn)量很可能無法滿足工業(yè)需求。不能再單純地通過提高煤炭的產(chǎn)量緩解煤炭供應(yīng)的壓力，而應(yīng)該綜合考慮發(fā)展煤炭循環(huán)經(jīng)濟(jì)，減少煤炭開采對環(huán)境的破壞，而且也應(yīng)該把“發(fā)展煤炭循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實現(xiàn)煤炭綠色開采”作為理念，大力發(fā)展綠色的采煤技術(shù)。

1.煤炭綠色開采體系

煤礦綠色開采以及相應(yīng)的綠色開采技術(shù)，在基本概念上是要從廣義資源的角度上來認(rèn)識和對待煤、瓦斯、水等一切可以利用的各種資源。基本出發(fā)點(diǎn)是防止或盡可能減輕開采煤炭對環(huán)境和其他資源的不良影響。目標(biāo)是取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。根據(jù)煤礦中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等，綠色開采主要包括以下內(nèi)容：水資源保護(hù)一“保水開采”；瓦斯抽放一“煤與瓦斯共采”；土地與建筑物保護(hù)一“充填開采”；排放矸石占用土地污染環(huán)境一“煤炭地下氣化”等。2003年，中國礦業(yè)大學(xué)錢鳴高院士首次提出了煤礦綠色開采的概念和技術(shù)體系，隨后明確了實現(xiàn)煤炭資源開采和環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展的綠色開采研究目標(biāo)，為我國綠色開采技術(shù)的研究指明了方向。錢院士提出的綠色開采技術(shù)體系，綠色開采理論依據(jù)：

（1）關(guān)鍵層理論。

（2）開采對巖層移動的影響及移動規(guī)律。

（3）水在裂巖體中的滲流規(guī)律。

（4）開采后巖層內(nèi)節(jié)理裂隙分布發(fā)育規(guī)律等。

2.保水開采

保水采煤在不同的礦區(qū)有不同的技術(shù)內(nèi)涵，缺水礦區(qū)要以水資源保護(hù)和利用為主；大水礦區(qū)，要以減少水資源破壞和防治水災(zāi)害為主。因此，保水開采包含水資源保護(hù)、水資源利用（煤水共采）和水災(zāi)害防治等多項重要內(nèi)容。煤礦開采過程中破壞了地下含水層的原始徑流，大量排出地下水；采空區(qū)上方導(dǎo)水裂隙帶與地下水體貫通，形成大規(guī)模地下水降落漏斗，造成區(qū)域含水層水位下降，直接影響到區(qū)域水文地質(zhì)條件。我國大部分礦區(qū)處在干旱半干旱地區(qū)，而每年采煤破壞地下水22億m³，可見保水開采具有重要的意義。

3.煤與瓦斯共采

瓦斯既是礦井有害氣體也是潔凈能源。因此，應(yīng)該使其資源化，其技術(shù)途徑有：

（1）采前抽采：若能在開采前將煤層內(nèi)瓦斯抽出，則是利用瓦斯改善煤礦安全的最好辦法。但由于我國大部分煤體透氣性低，在本層內(nèi)抽采瓦斯有難度。

（2）煤與瓦斯共采：開采后圍巖壓力降低，大量瓦斯在采空區(qū)釋放，有利于瓦斯抽采，因此形成煤與瓦斯共采體系。

（3）廢棄礦井抽采瓦斯。鑒于廢棄礦井煤層經(jīng)過采動而充滿瓦斯，因而可以利用采動后巖體內(nèi)裂隙場的分布及鉆孔，將瓦斯抽排管裝在井下、封閉井口后，抽出瓦斯。

（4）回風(fēng)井回收瓦斯。

（5）煤與瓦斯共采的技術(shù)主要有：留巷鉆孔法、卸壓法等。

4.充填開采

我國多數(shù)煤礦存在建筑物下、水體下、鐵路下壓煤的問題，充填采礦法對解決這類問題具有重要的意義。充填開采法是用充填材料充填采煤工作面采空區(qū)的巖層控制方法。該法可以緩和工作面支承壓力產(chǎn)生的礦壓顯現(xiàn)，改善采場和巷道維護(hù)狀況，有效減少地表下沉和變形，提高煤礦采出率，保護(hù)地面建筑物、構(gòu)筑物、生態(tài)環(huán)境和水體。按照充填材料的不同，充填采礦法分矸石充填、水砂充填和膏體充填。

4.1 矸石充填利用井下采空區(qū)處置煤矸石的充填采煤方法，既可以減少煤礦固體廢棄物排放，又可以減輕開采沉陷災(zāi)害、提高礦井資源回收率，是實現(xiàn)煤礦綠色開采的關(guān)鍵技術(shù)途徑之一。

（1）拋矸機(jī)拋矸充填。將巖巷和半煤巖巷掘進(jìn)矸石用礦車運(yùn)至井下矸石車場，經(jīng)翻車機(jī)卸載后，矸石經(jīng)破碎機(jī)破碎，而后進(jìn)入矸石倉。通過矸石倉下口，膠帶或刮板輸送機(jī)將破碎后的矸石運(yùn)入上下山，而后由膠帶或刮板輸送機(jī)轉(zhuǎn)載進(jìn)入采煤工作面回風(fēng)平巷，再由工作面采空區(qū)可伸縮膠帶輸送機(jī)運(yùn)至工作面采空區(qū)拋矸膠帶輸送機(jī)尾部，由拋矸膠帶輸送機(jī)向采空區(qū)拋矸充填。

（2）刮板輸送機(jī)卸矸充填。充填裝備由后端帶懸梁的自移式液壓支架和充填刮板輸送機(jī)組成。在自移式液壓支架后端增加后懸臂等配件，采用可調(diào)高但掛鏈懸掛充填刮板輸送機(jī)溜槽，懸掛是為了增加充填垂直高度。輸送機(jī)中部溜槽按順序連接，并與機(jī)頭和機(jī)尾組成整部刮板輸送機(jī)。每2節(jié)中部溜槽設(shè)置1個溜矸孔，溜矸孔開在溜槽的中板上。由電機(jī)車牽引矸石礦車至采區(qū)矸石車場，通過翻車機(jī)卸載，矸石經(jīng)轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)進(jìn)入矸石倉。破碎后的矸石經(jīng)上下山輸送機(jī)、平巷輸送機(jī)運(yùn)至液壓支架后的充填刮板輸送機(jī)，在采空區(qū)卸載。

（3）風(fēng)力拋矸充填。風(fēng)力充填材料粒度的直徑不宜大于充填管道的1/2-1/3。并且要求充填材料沉縮率低、不自然、腐蝕性小。矸石經(jīng)充填機(jī)、充填管路充填采空區(qū)。一般采煤機(jī)割兩刀煤充填一次，充填步距1.2-1.6m，每次充填長度6-9m，工作面每向前推進(jìn)50-100m，充填機(jī)前移一次。機(jī)械矸石充填對充填材料要求不嚴(yán)格，使用設(shè)備也較少，在我國山東礦區(qū)發(fā)展較陜，有推廣趨勢。

4.2 水砂充填水砂充填采煤法是利用水力通過管道把充填材料沙粒送入采空區(qū)的充填采煤法。我國早在20世紀(jì)初就開始應(yīng)用水砂充填采煤法，目前水砂充填技術(shù)已經(jīng)十分成熟。在地面用礦車將采出、破碎及篩分后的成品砂運(yùn)到貯砂倉貯存。在貯砂室，砂與水混合成砂漿，經(jīng)充填管路送至工作面采空區(qū)，并在采空區(qū)脫水，砂子形成充填體，廢水經(jīng)采區(qū)流水上山和流水道流入采區(qū)沉淀池，經(jīng)沉淀后，澄清的水流入水倉，用水泵經(jīng)排水管將水排至地面貯水池，以供循環(huán)利用。水砂充填采煤法充填致密，可減少煤塵危害，能有效地控制地表下沉和變形，但井上下充填系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備及設(shè)施投資大，充填材料昂貴，提高了噸煤成本。

4.3 膏體充填膏體充填技術(shù)是1979年在德國的格倫德鉛鋅礦首先發(fā)展起來的，由于膏體充填具有料漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)高、充填效率高、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，這項技術(shù)試驗成功以后在金屬礦山得到較快的發(fā)展，在包括中國在內(nèi)的許多國家得到應(yīng)用。膏體充填技術(shù)的核心是膏體充填材料，膏體充填材料的強(qiáng)度對膏體充填的效果起決定作用。膏體充填后，地表下沉減小。膏體充填開采是綠色開采技術(shù)的重要組成部分，是解決煤礦開采環(huán)境問題的理想途徑，是解決村莊等建筑物下大量壓煤開采問題的迫切需要。

5.煤炭地下氣化

煤炭地下氣化是指將地下煤炭通過熱化學(xué)反應(yīng)在原位把煤炭轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w。可以部分消除煤炭開采對環(huán)境的污染和煤炭燃燒對生態(tài)環(huán)境的不利影響與破壞。煤炭地下氣化是一種整體綠色開采技術(shù)。它開始于英國1912年，由于熱值低、成本高而未得到發(fā)展。但是，地下煤炭氣化燃燒產(chǎn)生的苯和酚是致癌物質(zhì)，有可能毒化水資源；燃燒形成的大量二氧化碳對空氣也是嚴(yán)重的污染。目前我國的地下氣化技術(shù)仍處于工業(yè)試驗階段，有很多問題需要去研究和探索。

6.結(jié)語

資源與環(huán)境協(xié)調(diào)的綠色開采是解決煤炭開采環(huán)境問題的根本出路。要實現(xiàn)綠色開采，需要綜合研究和解決經(jīng)濟(jì)與技術(shù)等方面的問題。綠色采礦可以減少環(huán)境污染，還能帶來良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。綠色采礦是形成綠色礦業(yè)及礦區(qū)綠色家園的重要組成部分，相信隨著綠色開采的不斷發(fā)展和完善，煤礦綠色開采一定會發(fā)揮它應(yīng)有的作用，為人類與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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