淺談煤礦的綠色開采技術及發(fā)展

王毅

【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。本文介紹了煤礦綠色開采技術的提出和內容，從煤與瓦斯共采、保水開采、充填開采等方面對煤礦的綠色開采技術進行了介紹。

【關鍵詞】綠色開采 保水開采 煤與瓦斯共采 充填開采

【中圖分類號】TD821 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0290-01

煤炭開采會造成巖層移動破壞，引起巖層中水與瓦斯的流動，導致煤礦瓦斯事故與井下突水事故。由于巖層移動，會造成地表沉陷，導致農田、建筑設施的損壞。另外，煤炭開采形成的大量堆積在地面的矸石，既占用良田，又造成環(huán)境污染。上述問題若得不到有效解決，在未來幾十年內，隨著能源總需求和煤炭產量的不斷增長，煤炭資源開采所帶來的礦區(qū)安全和生態(tài)環(huán)境問題將更為嚴重，人類的生存和社會發(fā)展環(huán)境將受到嚴重威脅。

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。如今，單純地通過提高煤炭的產量，已經很難緩解煤炭供應的壓力。如何綜合考慮發(fā)展煤炭循環(huán)經濟，減少煤炭開采對環(huán)境的破壞，把“發(fā)展煤炭循環(huán)經濟，實現(xiàn)煤炭綠色開采”作為煤炭企業(yè)的發(fā)展理念，大力發(fā)展綠色的采煤技術，是解決上述問題的關鍵。

1、煤炭綠色開采的提出和內容

早在2003年，中國礦業(yè)大學錢鳴高院士首次提出了煤礦綠色開采的概念和技術體系，隨后明確了實現(xiàn)煤炭資源開采和環(huán)境保護協(xié)調發(fā)展的綠色開采研究目標，為我國綠色開采技術的研究指明了方向。煤礦綠色開采的主要理論依據(jù)是關鍵層理論、開采對巖層移動的影響及移動規(guī)律、水在裂巖體中的滲流規(guī)律、開采后巖層內節(jié)理裂隙分布發(fā)育規(guī)律等。

煤礦的綠色開采以及相應的綠色開采技術的基本出發(fā)點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。煤礦的綠色開采目標是取得最佳的經濟效益和社會效益。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容：水資源保護—“保水開采”；瓦斯抽放—“煤與瓦斯共采”；土地與建筑物保護—“充填開采”；排放矸石占用土地污染環(huán)境—“煤炭地下氣化”等。

2、煤與瓦斯共采技術

瓦斯既是礦井有害氣體也是潔凈能源，因此應該使其資源化，這和煤炭的綠色開采理念不謀而合。煤與瓦斯共采的技術主要有留巷鉆孔法、卸壓法。開采瓦斯最好的方法是在煤礦開采前對瓦斯進行抽采，若能在開采前將煤層內瓦斯抽出，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，在本層內抽采瓦斯有難度，在技術上和效益上很難保證。因此，就需要利用煤與瓦斯共采技術，賣炭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。另外，對于廢棄礦井的瓦斯，可以采用直接抽采，鑒于廢棄礦井煤層經過采動而充滿瓦斯，因而可以利用采動后巖體內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。

3、保水開采技術

保水采煤在不同的礦區(qū)有不同的技術內涵，缺水礦區(qū)要以水資源保護和利用為主，大水礦區(qū)，要以減少水資源破壞和防治水災害為主。因此，保水開采包含水資源保護、水資源利用（煤水共采）和水災害防治等多項重要內容。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)域水文地質條件。采動影響穩(wěn)定后產生的地表沉陷往往影響到地表水體（河流、湖泊、井泉等）的原來形態(tài)，造成部分溝泉水量減少甚至干涸，影響當?shù)鼐用裾５纳a生活，進而影響區(qū)域植被生長，甚至土地沙漠化。

4、充填開采技術

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生的礦壓顯現(xiàn)，改善采場和巷道維護狀況，有效減少地表下沉和變形，提高煤礦采出率，保護地面建筑物、構筑物、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害、提高礦井資源回收率，是實現(xiàn)煤礦綠色開采的關鍵技術途徑之一。拋矸機拋矸充填。將巖巷和半煤巖巷掘進矸石用礦車運至井下矸石車場，經翻車機卸載后，矸石經破碎機破碎，而后進入矸石倉；刮板輸送機卸矸充填。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組成。在自移式液壓支架后端增加后懸臂等配件，采用可調高但掛鏈懸掛充填刮板輸送機溜槽，懸掛是為了增加充填垂直高度；風力拋矸充填。風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。矸石經充填機、充填管路充填采空區(qū)。一般采煤機割兩刀煤充填一次，充填步距1.2～1.6 m，每次充填長度6～9 m，工作面每向前推進50～100 m，充填機前移一次。

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人采空區(qū)的充填采煤法。我國早在20世紀初就開始應用水砂充填采煤法，目前水砂充填技術已經十分成熟。在地面用礦車將采出、破碎及篩分后的成品砂運到貯砂倉貯存。在貯砂室，砂與水混合成砂漿，經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，廢水經采區(qū)流水上山和流水道流入采區(qū)沉淀池，經沉淀后，澄清的水流入水倉，用水泵經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)復雜，設備及設施投資大，充填材料昂貴，提高了噸煤成本。

4.3 膏體充填

膏體充填具有料漿質量分數(shù)高、充填效率高、成本較低等優(yōu)點，這項技術試驗成功以后在金屬礦山得到較快的發(fā)展。膏體充填采煤技術主要由三部分組成，即充填材料、充填設備與工藝、采動巖層充填控制理論。膏體是由煤矸石、粉煤灰、水砂、水泥等組成，由地面設備加工而成的類似牙膏的流體，具有十分良好的流動性和可泵性。充填時，膏體通過巷道中的管路，由充填泵提供動力，輸送到液壓支架后的采空區(qū)。膏體充填技術的核心是膏體充填材料，膏體充填材料的強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、結束語

資源與環(huán)境協(xié)調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濟與技術等方面的問題。綠色采礦可以減少環(huán)境污染，還能帶來良好的社會經濟效益。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)揮它應有的作用，為人類與自然的協(xié)調發(fā)展做出貢獻。