煤礦開采技術(shù)論文：淺析我國煤礦的綠色開采技術(shù)

1、淺析我國煤礦的綠色開采技術(shù)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 下氣化煤炭開采造成巖層移動破壞 , 引起巖層中水與瓦斯的流 動 , 導(dǎo)致煤礦瓦斯事故與井下突水事故 ; 煤炭開采引起巖層移 動 , 進(jìn)而造成地表沉陷 , 導(dǎo)致農(nóng)田、建筑設(shè)施的損壞 ; 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 ; 隨著我國礦井開采深度

2、的不斷增加 , 礦山壓力顯現(xiàn)及沖擊地 壓等動力災(zāi)害發(fā)生的頻次增加 , 強(qiáng)度增大 , 危及礦井的安全生 產(chǎn)。上述問題若得不到有效解決 , 在未來幾十年內(nèi) , 隨著能源 總需求和煤炭產(chǎn)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(yán)重 , 人類的生存和社會發(fā)展環(huán) 境將受到嚴(yán)重威脅。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 , 在未來 20年內(nèi) , 其在能源構(gòu)成中的主體地位將不會改 變。 2020年我國煤炭消費(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)

3、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?；境霭l(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)“保水開 采” ; 瓦斯抽放 “煤與瓦斯共采” ; 土地與建筑物保護(hù) “充 填開采” ; 排放矸石占用土地污染環(huán)境 “煤炭地下

4、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

5、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。 采 動影響穩(wěn)定后產(chǎn)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(dāng)?shù)鼐用裾５纳a(chǎn)生活 , 進(jìn)而影響區(qū)域植被生長 , 甚至土 地沙漠化。 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

6、 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 ,

7、 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 ,

8、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

9、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 1/21/3。 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 1.21.6 m,每次充填長度 69 m,工作面每向前推進(jìn) 50100 m, 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)

10、發(fā)展較快 , 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

11、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。 為解放村莊壓煤,提高開采上限,提高煤炭資源采出率,延長礦 井服務(wù)年限,太平煤礦與中國礦業(yè)大學(xué)合作開展了固體廢物 膏體充填不遷村采煤技術(shù)的研究。太平煤礦膏體充填系統(tǒng)是 我國煤礦第一個膏體充填示范工程,2006 年 5 月工業(yè)性試采 取得成功。膏體充填采煤技術(shù)主要由三部分組成,即充填材 料、充填設(shè)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

12、組成,由地面設(shè)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(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?？梢圆糠窒禾块_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

13、始于英國 1912 年,由于熱值 低、成本高而未得到發(fā)展。我國于 1958 -1960 年曾在 16 個 礦區(qū)進(jìn) 行試驗 , 于 1962 年停止 ,1984 年又開始了新的 試 驗,1994 年達(dá)到連續(xù)產(chǎn)氣 295 d,產(chǎn)氣量為 200 m3/h,熱值 13. 8117. 57 MJ /m3,采用的是有井式、長通道、大斷面的煤炭 地下氣化方法。 2005 年中國礦業(yè)大學(xué)與重慶中梁山礦業(yè)集團(tuán) 合作實現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水煤氣和混合煤氣。 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