煤礦綠色開采技術(shù)與應(yīng)用

趙鐵軍

摘 ?要：當(dāng)前，環(huán)境友好型及資源節(jié)約型已成為全球關(guān)注的重要課題，因此探討煤礦的綠色開采技術(shù)在環(huán)境保護方面的作用具有現(xiàn)實意義。文章以某煤礦開采作為例分析了綠色開采技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：煤礦;綠色開采技術(shù);應(yīng)用

中圖分類號：TU941 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2015）02-0172-02

隨著煤炭資源的利用越來越廣泛，煤礦開采對周圍環(huán)境的破壞逐漸顯現(xiàn)出來。從實況來看，破壞主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①對土地資源大量的破壞與占用;②破壞與污染周圍水資源;③污染大氣環(huán)境。因此煤炭開采必須要朝著高利用、低開采以及低排放方向發(fā)展。在這種環(huán)境下，探究煤礦的綠色開采技術(shù)及其應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義。

1 ?綠色開采技術(shù)

1.1 ?綠色開采技術(shù)主要內(nèi)容

綠色開采技術(shù)并非某一個方面，而是涉及到各個方面，歸納起來主要體現(xiàn)在如下幾個方面。

1.1.1 ?采空區(qū)的充填技術(shù)

填充開采是開采煤礦環(huán)境問題的解決措施，特別是在一些經(jīng)濟較為發(fā)達地區(qū)，解決開采建筑物下的問題非常重要。但是這種開采技術(shù)的成本極高，因此對該技術(shù)的應(yīng)用有一定的限制。如今，充填開采技術(shù)關(guān)鍵在于選取充填材料及怎樣降低成本上。要降低成本，可以只對一部分采空區(qū)進行充填，但是要確保沒充填的采空區(qū)寬度低于覆蓋巖的關(guān)鍵詞初次破斷跨距，而且充填條帶還必須要長時間處于穩(wěn)定狀態(tài)。

1.1.2 ?采礦和瓦斯共采技術(shù)

因為我國許多煤層都具備滲透率低、變質(zhì)程度高以及含有飽和度低的特征，這些都會影響瓦斯采前的預(yù)抽工作。可是從煤礦的開采過程來看，只要開采中造成巖層移動，就是煤層的滲透率極低也會增大滲透率，就給瓦斯運移及抽放創(chuàng)造合理條件。就能夠運用煤礦和瓦斯共采的技術(shù)，開采之時瓦斯和煤礦形成了兩個相對完整系統(tǒng)，不但確保了礦井安全，還確保了開采能源的潔凈度。

1.1.3 ?支護技術(shù)及減少排放矸石技術(shù)

開采煤炭過程中排放的矸石同樣會影響環(huán)境，如今降低矸石排放所用主要措施就是在煤層中設(shè)置巷道。但是因煤巷圍巖常常出現(xiàn)不可抗拒的大變形，因此大多使用大斷面預(yù)留量、可縮性支架、巷旁充填這種方法。但是采用這種方法時如果不用將矸石上井，必然會對井下的煤巷進行維護，而且伴隨煤礦開采的深度增加維護難度也越大。如果將矸石弄到井上處理，必然出現(xiàn)地面復(fù)墾問題。

1.1.4 ?煤炭地下氣化技術(shù)

這種技術(shù)是對傳統(tǒng)的采煤方式進行革新，在原位采用熱化學(xué)反應(yīng)把煤炭轉(zhuǎn)為可燃氣體。該技術(shù)不但改善了煤礦開采過程中的作業(yè)條件與環(huán)境，在一定程度上還消除了不利于煤礦開采對環(huán)境的影響。

1.2 ?構(gòu)建綠色開采的框架

事實上，采礦開采活動之所以會影響到安全與環(huán)境，主要是因為地下活動導(dǎo)致巖層移動及破壞，導(dǎo)致巖體周圍的地壓、應(yīng)力場、瓦斯水體運移場以及節(jié)理裂隙場等相關(guān)變化。所以綠色開采一定要采用先進科學(xué)理論作為基礎(chǔ)。煤礦的綠色開采技術(shù)是由各種技術(shù)共同組成的，這些技術(shù)共同構(gòu)成了技術(shù)框架如圖1所示。

2 ?煤礦綠色開采技術(shù)的應(yīng)用

為了探究煤礦開采中應(yīng)用綠色開采技術(shù)，本文以某煤礦為例分析該技術(shù)的應(yīng)用。該煤礦自從投產(chǎn)開始，考慮到建設(shè)生態(tài)礦井與循環(huán)經(jīng)濟就選擇綠色開采技術(shù)，應(yīng)用中就在中厚煤層的采煤面使用無煤柱開采，井下選矸及井下矸石充填等，從而實現(xiàn)了少出矸、不出矸與矸石綜合利用，獲取社會及經(jīng)濟效益。

2.1 ?無煤柱開采技術(shù)

2011年4月，該煤礦就在507工作面的運輸巷實施60 m的無煤柱開采試驗，并且通過一段時間觀測，認定這種技術(shù)能行，而在2013年12月中旬又在504工作面的運輸巷進行無煤柱開采。

2.1.1 ?無煤柱開采的原理

無煤柱開采即將一條充填帶預(yù)置在上一區(qū)段運輸巷下側(cè)，當(dāng)對下一區(qū)段的材料巷進行掘進時，就沿著預(yù)置的充填帶掘進，就沒有必要再留煤柱，使用充填帶將上下工作面之間所留設(shè)煤柱換出來，從而實現(xiàn)了無煤柱開采。

2.1.2 ?構(gòu)建注漿充填系統(tǒng)

要在該煤礦的山下構(gòu)建專用充填環(huán)形的車場與攪拌站，并且在專用回風(fēng)巷的上部構(gòu)建注漿泵硐室，混合料經(jīng)過攪拌之后通過導(dǎo)料槽傳到注漿泵，經(jīng)過管路輸送至待充填段，從而實現(xiàn)了攪拌——泵送——充填三者的連續(xù)化。

2.1.3 ?確定充填帶的規(guī)格

在實施過程中，各個方面都會對充填帶造成一定影響，比如工作面運輸巷的長度，充填帶的凝固時間、礦壓以及斷面尺寸，因此必須要確保充填帶不但具備可靠抗壓性，還要在一段時間內(nèi)不竄風(fēng)。本文充填帶的確定規(guī)格為，長度為800 m、高度為3.5 m，即為煤層厚度，寬度為1.7 m。

2.1.4 ?實施無煤柱開采的過程

①充填帶擴刷：從504工作面的停采線實施，沿著運輸巷從外朝里分段逐漸擴刷。在進行擴刷之時，先對巷道的底板以上段進行擴刷，然后臥到煤層巖石的底板，有效實現(xiàn)了全煤厚的充填。在擴刷之時，頂板就使用錨網(wǎng)梯，幫部使用竹錨桿，菱鎂土托盤支護。②充填工藝：使用礦車分別將河沙、水泥以及矸石渣充填料運送到攪拌站，將混凝土攪拌之后經(jīng)過管路將漿液注送到充填段。充填之時將模板支設(shè)到充填帶的外側(cè)，由后朝前逐段進行施工，從而實現(xiàn)全面段的充填。

2.1.5 ?注漿充填設(shè)備

本文注漿中選擇了HBT-90型的混凝土輸送泵1臺，90型的攪拌機1臺，直徑為159 mm的注漿管路，長度為1 000 m。

2.2 ?井下選矸技術(shù)

2.2.1 ?構(gòu)建井下的手選矸石系統(tǒng)

2013年該煤礦在五采區(qū)成立手選矸石篩分體系，在該采區(qū)中，補打了矸石倉，而施工的人員選擇膠帶機巷及會煤膠帶機巷，然后設(shè)計了采煤區(qū)上口的分級篩。

2.2.2 ?分選系統(tǒng)的工藝流程

①篩分：將混有矸石煤流傳送到強力皮帶機中的頭一個分級篩實施篩分，就將煤矸中150 mm以下物質(zhì)傳動到西采區(qū)的煤倉，而150 mm以上物質(zhì)傳送到下一個流程。②分選：從前面篩分的大塊煤和矸石傳送到分選工藝，而分選大塊矸石通過礦車傳送到井下矸石的破碎場進行破碎，將破碎產(chǎn)物使用在充填上，而塊煤通過分選皮帶尾部上安裝的傾斜漏斗，將這些物質(zhì)漏進回煤皮帶。

2.3 ?矸石充填技術(shù)

2.3.1 ?充填開采工藝

在該煤礦中形成了采煤與充填體系，之后使用綜掘機實施掘進采煤。首先要掘進奇數(shù)的順槽成為充填橋墩空間，之后由注漿充填體系充填橋墩空間，直至產(chǎn)生出矸石混凝土的橋墩之后，再采出兩橋墩間偶數(shù)的順槽，存在的一些空間就用矸石進行充填，充填工藝示意圖如圖2所示。

2.3.2 實施過程

其實施過程如圖3所示。

使用電機車將井下產(chǎn)生矸石傳送到罐籠硐室，之后將這些物質(zhì)傳送到膠帶機的運輸巷皮帶。通過皮帶將矸石傳送到順槽充填的運輸皮帶上，然后傳送到矸石拋矸機充填已經(jīng)掘的順槽，同時對矸石帶注漿，從而形成了混凝土矸石帶，而且該矸石帶要具備一定強度，之后留設(shè)4 m寬的煤柱，開掘其他的矸石充填順槽，對其順槽實施矸石充填，并開始注漿，這樣就在另一側(cè)形成了混凝土的矸石帶，等待混凝土穩(wěn)固之后再對矸石帶間煤柱實施掘進回采。當(dāng)回采完成之后，再進行充填矸石。

2.4 ?應(yīng)用效果分析

采掘時所產(chǎn)生矸石通過井下手選選出后，使用礦車將這些矸石通過充填體系進行充填，有效實現(xiàn)矸石的零排放，從而實現(xiàn)不讓矸石上井的目標。而開采無煤柱的工藝上，有效消除各工作面之間所留設(shè)的煤柱，從而降低了浪費資源的現(xiàn)象，延長開采煤礦的服務(wù)年限，有效避免壓碎采空區(qū)的煤柱，防止了自燃、礦井安全事故的發(fā)生。并且使用井下選矸體系，就將綜放面從過去的架后見矸關(guān)門，改成了全部見矸關(guān)門，實現(xiàn)采精采細，增強頂煤資源的回收率，而且還盡可能發(fā)揮人工選矸與井下機械排矸的效能，從而延長井下各種機械的使用壽命。構(gòu)建注漿充填體系，有效解決了開采中導(dǎo)致的地面下沉問題。

3 ?結(jié) ?語

總之，開采煤礦絕不能以犧牲環(huán)境為代價，因此，發(fā)展綠色開采技術(shù)是形勢發(fā)展所需，是確保煤礦行業(yè)穩(wěn)步發(fā)展的基本要求。

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