露天煤礦綠色開(kāi)采技術(shù)研究

胡峰銘

（北京天地華泰礦業(yè)管理股份有限公司，北京 100013）

本文圍繞露天煤礦綠色開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行了綜合探討，首先對(duì)煤礦綠色開(kāi)采技術(shù)存在的意義以及其應(yīng)用的必要性進(jìn)行分析，并對(duì)露天煤礦開(kāi)采中可能存在的不利影響進(jìn)行介紹，然后通過(guò)分析當(dāng)下最為流行的幾種露天煤礦綠色開(kāi)采技術(shù)對(duì)本文主題進(jìn)行分析，最后給出了幾種露天煤礦開(kāi)采管理的對(duì)策。

1 煤礦綠色開(kāi)采的意義和必要性

煤炭是我們生活中不可或缺的一種不可再生資源，并且是一種關(guān)鍵性能源，但是在煤炭的應(yīng)用過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的水污染和空氣污染，這些污染問(wèn)題會(huì)嚴(yán)重影響到國(guó)家環(huán)境工程的發(fā)展，并且不利于煤礦產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展。因此，為了進(jìn)一步促進(jìn)煤礦行業(yè)發(fā)展，需要將露天煤礦開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行升級(jí)，積極引進(jìn)和研發(fā)新的、擁有綠色節(jié)能性能的開(kāi)采技術(shù)，從開(kāi)采的源頭上控制廢棄物排放，這樣就能夠減少煤礦開(kāi)采對(duì)社會(huì)的破壞和對(duì)環(huán)境的污染。在綠色技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，不僅煤礦行業(yè)的開(kāi)采量能夠得到合理保證，而且資源的整體利用率也能得到提升。此外，在煤礦開(kāi)采中，需要通過(guò)綠色節(jié)能化的開(kāi)采技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)煤炭資源和瓦斯的同步開(kāi)采，并且針對(duì)煤礦開(kāi)采中的瓦斯?jié)B漏問(wèn)題，綠色開(kāi)采技術(shù)需要保障有害物質(zhì)對(duì)采掘工作者的生命危害降到最低，然后利用該項(xiàng)技術(shù)，使露天煤礦開(kāi)采的廢氣物質(zhì)也能夠?qū)崿F(xiàn)再次利用，從而保障煤礦資源的整體利用率和煤礦價(jià)值上升。將綠色開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用到煤礦采掘中，總體來(lái)講，能夠?qū)崿F(xiàn)開(kāi)采效率增長(zhǎng)，同時(shí)推進(jìn)我國(guó)煤礦行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2 采礦工程中可能存在的不利影響

2.1 對(duì)水資源的危害

露天煤礦開(kāi)采工程對(duì)于水資源的危害是巨大的，首先，在煤礦采掘的過(guò)程中，由于煤礦本身深埋于地下，因此，采礦作業(yè)人員需要對(duì)深層土地進(jìn)行破裂，利用爆破技術(shù)和深度采掘技術(shù)等來(lái)破除土層，這樣才能夠采掘到大量的煤礦資源，但是破除深層土層就意味著可能會(huì)對(duì)地下水源造成破壞，因?yàn)榈叵峦翆又杏泻畬樱瑢?duì)其造成破壞會(huì)使得地下水水量整體大幅減少，這種現(xiàn)象帶來(lái)的副作用是周圍的水量會(huì)隨之減少。

此外，在露天煤礦采掘的過(guò)程中，通常會(huì)遇到徑流覆蓋或者阻礙開(kāi)采土地的情況，且相對(duì)落后的技術(shù)使得煤礦采掘工作人員需要直接改變徑流的方向和位置，水資源隨著這種改變而變得逐漸枯竭，這樣不僅會(huì)造成水資源破壞，同時(shí)也會(huì)影響到露天煤礦采掘現(xiàn)場(chǎng)周圍的居民日常生活。[1]

2.2 對(duì)土地資源的影響

大部分的煤礦資源都存在于土層之下，采掘的過(guò)程中需要對(duì)土層進(jìn)行破壞，這就會(huì)對(duì)土層的土壤結(jié)構(gòu)造成破壞，但是土壤資源和土地結(jié)構(gòu)在遭受到破壞時(shí)可能會(huì)引發(fā)自然災(zāi)害，例如土地荒漠化、水土流失等，并且土層采掘通常還會(huì)伴隨大量的垃圾出現(xiàn)，如果不對(duì)這些垃圾進(jìn)行集中處理，勢(shì)必會(huì)對(duì)土地資源管理造成一定影響。

通過(guò)近幾年對(duì)我國(guó)土地資源變化情況調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，我國(guó)的土地荒漠化和水土流失在部分地區(qū)已經(jīng)成為嚴(yán)峻的問(wèn)題，這種問(wèn)題不僅會(huì)影響到煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時(shí)也會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)厝嗣竦娜粘Ｉ詈唾囈陨娴沫h(huán)境造成破壞。針對(duì)土地資源破壞的現(xiàn)象，應(yīng)該對(duì)露天煤礦開(kāi)采工作進(jìn)行統(tǒng)一管理，加大對(duì)采掘過(guò)程中廢棄物的統(tǒng)一處理，并明確這些土壤廢棄物本身對(duì)土地資源造成的破壞程度，這樣才能夠從根本上解決廢棄物造成的土地資源破壞問(wèn)題。[2]

3 基于綠色節(jié)能技術(shù)的露天煤礦開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用

3.1 數(shù)字開(kāi)采技術(shù)

智能化、自動(dòng)化技術(shù)在近些年來(lái)的迅猛發(fā)展推動(dòng)了以數(shù)字化開(kāi)采技術(shù)為首的新型露天煤礦采掘技術(shù)，并且已經(jīng)成為了當(dāng)前露天煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色開(kāi)采目標(biāo)的首選技術(shù)手段。所謂的數(shù)字開(kāi)采技術(shù)主要就是指作業(yè)人員首先需要針對(duì)礦山開(kāi)采區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析，這種數(shù)據(jù)收集的方式可以是數(shù)字化無(wú)人機(jī)巡航，對(duì)地形、地貌進(jìn)行全面掃描，然后根據(jù)無(wú)人機(jī)獲得的場(chǎng)地?cái)?shù)據(jù)來(lái)制定出針對(duì)性、系統(tǒng)性的采掘方案，并采取對(duì)應(yīng)的采掘策略。開(kāi)采作業(yè)人員還需要根據(jù)已經(jīng)制定好的采掘方案中的策略要求，來(lái)實(shí)現(xiàn)采掘作業(yè)過(guò)程的環(huán)保化和安全化。

結(jié)合當(dāng)前所應(yīng)用的大多數(shù)數(shù)字開(kāi)采技術(shù)情況來(lái)看，該技術(shù)能夠根據(jù)作用實(shí)質(zhì)和使用用途的不同將數(shù)字開(kāi)采技術(shù)分為兩種。此外，應(yīng)用數(shù)字開(kāi)采技術(shù)的過(guò)程中，地理模型的建設(shè)和智能化信息管理都能夠?yàn)樵摷夹g(shù)提供數(shù)據(jù)支持。但是在數(shù)字開(kāi)采技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中需要注意一些問(wèn)題，就是數(shù)字開(kāi)采技術(shù)通常對(duì)于使用者的技術(shù)水平要求較為苛刻，因此要求相關(guān)技術(shù)人員要達(dá)到專業(yè)化的應(yīng)用水平，能夠深刻理解數(shù)字開(kāi)采技術(shù)的內(nèi)容，并熟練操作。例如在搭建相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)時(shí)，需要技術(shù)人員以提高煤礦采掘數(shù)據(jù)配置效率和應(yīng)用效率為基礎(chǔ)。

3.2 保水開(kāi)采技術(shù)

保水開(kāi)采技術(shù)主要是指在煤炭資源開(kāi)采的過(guò)程中，不會(huì)對(duì)開(kāi)采現(xiàn)場(chǎng)以及周圍的水資源造成破壞的一種技術(shù)，應(yīng)用該技術(shù)能夠使得露天煤礦開(kāi)采中水資源破壞現(xiàn)象得到遏制，屬于綠色開(kāi)采技術(shù)中應(yīng)用效率較高的一種技術(shù)。在應(yīng)用保水開(kāi)采技術(shù)的過(guò)程中，需要實(shí)現(xiàn)煤礦開(kāi)采過(guò)程中對(duì)水資源的保護(hù)，同時(shí)要對(duì)煤礦采掘中的突水現(xiàn)象進(jìn)行防治，這樣就能夠降低煤礦開(kāi)采施工對(duì)水資源的破壞。

目前，我國(guó)的水資源較為匱乏，一些較為干旱地區(qū)，例如大西北地區(qū)，這些區(qū)域內(nèi)的煤炭資源開(kāi)采量較大，應(yīng)該應(yīng)用合理的保水開(kāi)采技術(shù)降低煤礦采掘施工對(duì)水資源的破壞現(xiàn)象。通過(guò)增加煤礦開(kāi)采過(guò)程中覆巖層破壞的規(guī)律分析，形成對(duì)地下水的漏斗原理，這樣就能夠保障開(kāi)次過(guò)程不會(huì)存在污染物，從而保證水資源狀態(tài)。在應(yīng)用保水開(kāi)采技術(shù)時(shí)，因?yàn)樯细矌r層斷裂，會(huì)在開(kāi)采的區(qū)域內(nèi)部形成地下水下降漏斗，這樣就減少了水資源流失，并且在重新覆蓋巖石層時(shí)，需要保障開(kāi)采裂縫閉合，然后設(shè)置合理的隔水帶，從而保障水資源不會(huì)受到污染。

3.3 采空區(qū)填充技術(shù)應(yīng)用

煤礦資源開(kāi)采完成后，由于作為土層支撐的礦產(chǎn)資源被運(yùn)輸?shù)搅似渌胤剑瑥亩鴮?dǎo)致地下土層出現(xiàn)大面積空白區(qū)域，這個(gè)空白區(qū)域就是通常意義上講的采空區(qū)，采空區(qū)如果不及時(shí)處理，就會(huì)出現(xiàn)局部塌陷現(xiàn)象或者地面沉降問(wèn)題，這些現(xiàn)象和問(wèn)題經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致一系列的地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生。為了避免采空區(qū)帶來(lái)的問(wèn)題，人們需要利用填充技術(shù)來(lái)進(jìn)行彌補(bǔ)，填充開(kāi)采技術(shù)就是指將采礦產(chǎn)生的一些固體廢棄物質(zhì)填充進(jìn)本體礦產(chǎn)資源位置，這樣就彌補(bǔ)了礦產(chǎn)資源本身開(kāi)采造成的空缺，減小了由于開(kāi)采對(duì)區(qū)域地表造成的影響，同時(shí)也極大降低了采礦工程引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的可能性。

此外，將廢棄物質(zhì)填充進(jìn)采空區(qū)對(duì)于廢氣物質(zhì)本身的處理而言也是一種極佳方式，是對(duì)煤礦采掘工程廢棄物質(zhì)的綠色處理，這樣既不會(huì)讓固體廢棄物占用大量的土地資源，同時(shí)也能夠發(fā)揮它們應(yīng)用的填充作用，這種變廢為寶的方式是有利于煤礦采掘行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的。

4 綠色節(jié)能技術(shù)要求下的露天煤礦開(kāi)采管理

4.1 優(yōu)化采掘機(jī)械

電氣的自動(dòng)化技術(shù)主要應(yīng)用在采掘機(jī)械的開(kāi)采過(guò)程中，而且采掘機(jī)械的在實(shí)際煤礦作業(yè)中的應(yīng)用率也是最高的。在面對(duì)地形地貌復(fù)雜的地區(qū)和環(huán)境惡劣地區(qū)的開(kāi)采中，自動(dòng)化技術(shù)發(fā)揮出了極大的優(yōu)勢(shì)，大大地提高了開(kāi)采效率，相對(duì)于傳統(tǒng)的開(kāi)采機(jī)械應(yīng)對(duì)復(fù)雜地貌進(jìn)行開(kāi)采，電氣自動(dòng)化采煤機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和其它方面都有優(yōu)秀的環(huán)境適應(yīng)能力。同時(shí)由于自動(dòng)化技術(shù)主要的特征是無(wú)需人工操作，這樣就大大地降低了人工勞作成本，使煤礦的開(kāi)采更貼近現(xiàn)代化社會(huì)工業(yè)施工的需求。同時(shí)自動(dòng)化的采煤機(jī)相較于傳統(tǒng)采煤機(jī)械性能上也有一定的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)采煤機(jī)的自動(dòng)化系統(tǒng)能夠進(jìn)行精準(zhǔn)的故障判斷，從而使采掘過(guò)程不易發(fā)生安全隱患。在進(jìn)行井下開(kāi)掘的過(guò)程中，光的可見(jiàn)度較低，地理環(huán)境多變，自動(dòng)化的采煤機(jī)械能夠?qū)@種特殊環(huán)境加以辨析，主動(dòng)地識(shí)別井下地形變化，并適應(yīng)這種變化調(diào)整采煤機(jī)的高度，在實(shí)際施工過(guò)程中避免了連續(xù)截割頂板巖層而造成的采煤機(jī)械損壞現(xiàn)象。同時(shí)在監(jiān)控下的故障的診斷系統(tǒng)使得自動(dòng)化的效率和開(kāi)采效率更高。自動(dòng)對(duì)工程中的地質(zhì)情況進(jìn)行監(jiān)視并分析是電氣自動(dòng)化技術(shù)的一大特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)采煤機(jī)械運(yùn)行參數(shù)等進(jìn)行監(jiān)視，能夠使得采煤機(jī)械在實(shí)際應(yīng)用中不會(huì)受到所處工作環(huán)境的影響。同時(shí)通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)整個(gè)開(kāi)采過(guò)程中所遇到的問(wèn)題加以分析解決也是采掘機(jī)械自動(dòng)化的一大特點(diǎn)，在分析信息的過(guò)程中如果遇到一些特殊情況，自動(dòng)化機(jī)械就會(huì)發(fā)出警報(bào)，對(duì)特殊情況做出警示，判斷是機(jī)械本身故障原因還是因?yàn)殚_(kāi)采區(qū)域原因造成的問(wèn)題。這樣就能夠大幅提高采掘機(jī)械的工作效率，使得采煤機(jī)能夠長(zhǎng)久穩(wěn)定的運(yùn)行下去。

4.2 優(yōu)化采掘升降系統(tǒng)

煤礦的開(kāi)采大多處于地下位置，因此煤礦升降系統(tǒng)的自動(dòng)化應(yīng)用就顯得尤為重要，在將煤礦開(kāi)采工人從地面輸送到井下的過(guò)程中，自動(dòng)化的升降系統(tǒng)能夠極大地保證人員的生命安全。而且需要從井上運(yùn)輸?shù)骄碌某斯と诉€涉及到一些采煤的設(shè)備。自動(dòng)化升降系統(tǒng)能夠保證設(shè)備在運(yùn)輸中的平穩(wěn)性和安全性，讓設(shè)備安全地到達(dá)指定施工地點(diǎn)。此外，運(yùn)用PLC 系統(tǒng)對(duì)升降機(jī)的自動(dòng)化操作進(jìn)行監(jiān)控，在升降過(guò)程中如果出現(xiàn)一些設(shè)備故障或者特殊情況，PLC 系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，從而避免在人員和物資的運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)危險(xiǎn)情況。因此，自動(dòng)化技術(shù)在煤礦升降系統(tǒng)中的應(yīng)用可以極大的提高煤礦生產(chǎn)系統(tǒng)的安全性。

4.3 健全通風(fēng)系統(tǒng)

礦井內(nèi)部需要?jiǎng)?chuàng)立起完善的通風(fēng)系統(tǒng)，同時(shí)應(yīng)該保證通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性能，這樣才能夠保證礦井內(nèi)部采區(qū)范圍內(nèi)的采掘工作能夠得到足夠的風(fēng)力供給，使得礦區(qū)生產(chǎn)滿足安全生產(chǎn)的需求，從最大限度上減少事故的發(fā)生概率。要想確保井下整體的通風(fēng)效果，使得通風(fēng)效果的科學(xué)合理性得到增強(qiáng)，就應(yīng)該從通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方向入手，使得通風(fēng)系統(tǒng)得到優(yōu)化改造。從設(shè)備、人員調(diào)配、風(fēng)力供給等全方位進(jìn)行統(tǒng)籌，從而設(shè)計(jì)出改造方案，并且設(shè)計(jì)方案應(yīng)該體現(xiàn)不同礦井的不同現(xiàn)實(shí)情況，然后采取必要的安全措施，充分考慮到井下因素和人員因素等多方面因素，讓通風(fēng)系統(tǒng)的改造工作能夠順利進(jìn)行。

4.4 簡(jiǎn)化采掘網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

通過(guò)礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的等效簡(jiǎn)化工作，能夠不斷地優(yōu)化礦井內(nèi)部傳感器的調(diào)控設(shè)施布置方案，無(wú)論是井下通風(fēng)設(shè)備的氣壓、風(fēng)速、溫度、除塵效果、除甲烷效果等，都應(yīng)該配備相應(yīng)的傳感器，使得井下的空氣質(zhì)量整體達(dá)到最佳。同時(shí)還應(yīng)該布施風(fēng)門、風(fēng)窗等常見(jiàn)的通風(fēng)設(shè)施，這些設(shè)施能夠提高礦井的通風(fēng)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)風(fēng)道、風(fēng)阻的傳感調(diào)控，并讓自然風(fēng)壓和熱力風(fēng)壓的管理得到加強(qiáng)。傳感器能夠感知當(dāng)前礦井的通風(fēng)狀態(tài)和井下的空氣質(zhì)量狀態(tài)，從而能夠隨時(shí)隨地的為井下作業(yè)人員提供安全可靠的通風(fēng)支持，從而降低由通風(fēng)系統(tǒng)安全性不足而導(dǎo)致的一些負(fù)面問(wèn)題。

4.5 優(yōu)化采掘設(shè)備參數(shù)

在當(dāng)代，一些智能型通風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)被實(shí)裝于礦井中，這些通風(fēng)系統(tǒng)有類似于人工智能的感知系統(tǒng)，能夠精確感知到井下的風(fēng)速、溫度、有害氣體濃度變化，因此應(yīng)該對(duì)智能通風(fēng)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，這樣才能夠確保該項(xiàng)技術(shù)參數(shù)感知的準(zhǔn)確性。

通過(guò)對(duì)礦井內(nèi)部環(huán)境參數(shù)的預(yù)知，能夠充分了解到環(huán)境發(fā)展?fàn)顟B(tài)以及環(huán)境中涉及到的指標(biāo)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的智能調(diào)控，提高井下環(huán)境的整體質(zhì)量，提高智能通風(fēng)系統(tǒng)在礦井中的應(yīng)用質(zhì)量。根據(jù)目前的礦井通風(fēng)狀態(tài)來(lái)看，從其效果進(jìn)行分析，需要考慮到在使用時(shí)如何提高礦井整體屬性的穩(wěn)定性，同時(shí)利用智能通風(fēng)系統(tǒng)的智能調(diào)度來(lái)調(diào)節(jié)軟件，從而計(jì)算出礦井的通風(fēng)系統(tǒng)狀態(tài)和使用情況，無(wú)論是智能通風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)設(shè)備還是智能動(dòng)力設(shè)備都應(yīng)該保證在全局最優(yōu)狀態(tài)，然后發(fā)布調(diào)控指令，實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程調(diào)控。

4.6 防止瓦斯泄露

從現(xiàn)有的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)上來(lái)說(shuō)，為了從根源上治理瓦斯?jié)舛冗^(guò)高的現(xiàn)象，應(yīng)該從相關(guān)礦業(yè)從業(yè)人員的安全認(rèn)識(shí)角度入手，加強(qiáng)這些從業(yè)人員對(duì)于瓦斯爆炸危險(xiǎn)性的認(rèn)知程度，同時(shí)加強(qiáng)他們的瓦斯防范任務(wù)重視程度。在實(shí)際開(kāi)展每一個(gè)任務(wù)之前，首先需要檢查下礦工作安排。檢查下礦工作安排的主要目的是預(yù)防瓦斯帶來(lái)的一系列安全問(wèn)題，如果在井下作業(yè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)某一區(qū)域瓦斯聚集，就應(yīng)該及時(shí)地進(jìn)行上報(bào)，并做好瓦斯抽出工作，促使瓦斯?jié)舛炔恢劣诮佑|臨界值，緩解井下操作人員在施工期間隱藏的瓦斯壓力。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，綠色露天煤礦開(kāi)采工作并不是短時(shí)間內(nèi)就能夠完全落實(shí)的工作，需要行業(yè)內(nèi)部全體人員落實(shí)自身的生態(tài)文明建設(shè)任務(wù)，同時(shí)對(duì)綠色開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行深入研究，積極努力地開(kāi)拓綠色煤礦開(kāi)采新局面，以此促進(jìn)我國(guó)煤礦行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。