淺析煤礦開采技術(shù)及綠色開采技術(shù)

張龍

[摘 要]綠色采礦可以減少壞境污染，還能帶來良好的深灰經(jīng)濟(jì)效益。

[關(guān)鍵詞]采煤工藝、膏體充填、綠色開采

中圖分類號(hào)：TD82 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）14-0010-01

一、采煤工藝的發(fā)展

在當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的新形式下新礦開采的技術(shù)和完善始終是開采學(xué)科發(fā)展的主題。在發(fā)展采煤工藝的同時(shí)，繼續(xù)發(fā)展多層次.多樣化的采煤工藝，建立具有中國特色的采煤工藝?yán)碚?。我國采煤方法已成熟，放頂煤采煤的?yīng)用在不斷擴(kuò)展，應(yīng)用水平和理論研究的深度和廣度都在不斷的提高。

現(xiàn)階段開采技術(shù)，開發(fā)煤礦高效集約化生產(chǎn)技術(shù)、建設(shè)生產(chǎn)高度集中、高可靠性的高產(chǎn)高效礦井開采技術(shù)以提高工作面單產(chǎn)和生產(chǎn)集中化為核心，以提高效率和經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，研究開發(fā)各種條件下的高效能、高可靠性的采煤裝備和工藝，簡單、高效、可靠的生產(chǎn)系統(tǒng)和開采布置，生產(chǎn)過程監(jiān)控與科學(xué)管理等相互配套的成套開采技術(shù)，發(fā)展各種礦井煤層條件下的采煤機(jī)械化，進(jìn)步改進(jìn)工藝和裝備，提高應(yīng)用水平和擴(kuò)大應(yīng)用范圍，提高采煤機(jī)械化的程度和水平。

深礦井開采的關(guān)鍵技術(shù)是；煤層開采的礦壓控制、沖擊地壓防止、瓦斯和熱害治理及深井通風(fēng)、井巷布置等；需要攻關(guān)研究的是：深井圍巖狀態(tài)和應(yīng)力場及分布狀態(tài)的特征；深井作業(yè)場所工作環(huán)境的變化；深井巷道（特別是軟巖巷道）快速掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)與裝備；深井沖擊地壓防治技術(shù)與監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)；深礦井高產(chǎn)高效開采有關(guān)配套技術(shù)；深礦井開采熱害治理技術(shù)與裝備。“三下”采煤技術(shù)，提高數(shù)值模擬計(jì)算和相似材料模擬等，深入研究開采上覆巖層運(yùn)動(dòng)和地表深陷規(guī)律，研究滿足地表、建筑物、地下水資源保護(hù)需要的合理開采系統(tǒng)和優(yōu)化參數(shù)，發(fā)展沉降控制理論和關(guān)鍵技術(shù)，包括用地表廢料向垮落法工作面采空區(qū)充填的系統(tǒng)；研究與應(yīng)用各種充填技術(shù)和組合充填技術(shù)，村莊房屋加固改造重建技術(shù)，適合于村莊保護(hù)的開采技術(shù)；研究近水體開采的開采設(shè)計(jì)、工藝參數(shù)優(yōu)化和裝備，提出煤炭開采與煤礦城市和諧統(tǒng)一的開采深陷控制、開采村莊下壓煤、土地復(fù)墾和礦井水資源優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)。

采場圍巖控制技術(shù)，進(jìn)一步完善采場圍巖控制理論；以科學(xué)合理、優(yōu)化高效的巖層控制技術(shù)來保證開采掘活動(dòng)的安全、高效、低成本為目標(biāo)，深入總結(jié)我國幾十年的礦山壓力研究成果，以理論分析、現(xiàn)代數(shù)學(xué)力學(xué)和實(shí)測法相結(jié)合運(yùn)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，深入研究各種煤層地質(zhì)及開采條件。研究堅(jiān)硬頂板與破碎頂板條件下應(yīng)用高技術(shù)地成本巖層控制技術(shù)，目前，由于應(yīng)用高壓注水、深孔預(yù)裂爆破處理堅(jiān)硬頂板和應(yīng)用化學(xué)加固技術(shù)存在工藝復(fù)雜、成本高的問題，因而需進(jìn)一步研究開發(fā)新技術(shù)、新工藝、新材料來解決這些問題。放頂煤開采巖層和支護(hù)一圍巖相互作用機(jī)理，研究放頂煤開采力學(xué)模型、圍巖應(yīng)力、頂煤破碎機(jī)理、支架一頂煤一直接頂一基本頂相互作用關(guān)系；運(yùn)用離散元等方法研究頂煤放落規(guī)律，提出放頂煤優(yōu)化準(zhǔn)則和提高頂煤回收率的途徑。支護(hù)質(zhì)量與頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)，在總結(jié)緩傾斜中厚長壁工作面開展支護(hù)質(zhì)量與頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測方面，應(yīng)進(jìn)一步在堅(jiān)硬頂板、破碎頂板、急傾斜、放頂煤工作面開展開展支護(hù)質(zhì)量與頂板動(dòng)態(tài)監(jiān)測，同時(shí)應(yīng)不斷完善現(xiàn)有的監(jiān)測技術(shù)，發(fā)展智能化監(jiān)測系統(tǒng)，改進(jìn)監(jiān)測儀表，使監(jiān)測儀表向直觀、輕便、小型方向發(fā)展。沖擊低壓的預(yù)測和防，通過計(jì)算機(jī)模擬研究沖擊性礦壓顯現(xiàn)發(fā)生的機(jī)理；進(jìn)一步完善沖擊性礦壓顯現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)，發(fā)展遙控測量和預(yù)報(bào)技術(shù)，完善沖擊性礦壓綜合防治措施的優(yōu)化選擇專家系統(tǒng)。研究開發(fā)新型的支護(hù)設(shè)備，研究硬煤層、硬頂板放頂煤液壓支架，完善液壓支架性能和快速移架系統(tǒng)，開發(fā)耐炮崩、輕型化單體液壓支柱和厚煤層巷道錨索和可伸縮錨桿。

優(yōu)化巷道布置，減少矸石排放的開采技術(shù)，改進(jìn)、完善現(xiàn)有采煤方法和開采布置，以實(shí)現(xiàn)開采效益最大化為目標(biāo)，研究開發(fā)煤礦地質(zhì)條件開采巷道布置及工藝技術(shù)評(píng)價(jià)體系專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)開采方法、開采布置與煤層地質(zhì)條件的最優(yōu)匹配。

二、綠色開采技術(shù)是今后的方向

針對(duì)壞境的影響所暢導(dǎo)的綠色開采技術(shù)，綠色開采是煤礦開采的發(fā)展方向，對(duì)提高煤炭采出率、保護(hù)生態(tài)壞境和實(shí)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(duì)科學(xué)采礦具有一定的指導(dǎo)意義。煤炭開采造成巖層移動(dòng)破壞，引起巖層中水與瓦斯的流動(dòng)，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(dòng)，進(jìn)而造成地表沉陷，導(dǎo)致農(nóng)田、建筑設(shè)施的損壞；煤礦開采形成的大量堆積在地面的矸石，即占有良田，又造成壞境污染；隨著我過礦井開采深度的不斷增加，礦山壓力顯現(xiàn)及沖擊地壓等動(dòng)力災(zāi)害發(fā)生的瀕次增加，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)壞境問題更為嚴(yán)重，人類的生存和社會(huì)發(fā)展壞境降受到嚴(yán)重威脅。

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(shí)和對(duì)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(duì)壞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(huì)效益。根據(jù)煤礦中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等，綠色開采主要是包括以下內(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壞境一“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(shí)現(xiàn)煤炭資源開采和壞境保護(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(duì)巖層移動(dòng)的影響及移動(dòng)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

我國多數(shù)煤礦都存在著建筑物下、水體下、鐵路下壓煤的問題，充填采礦法對(duì)解決這類問題具有重要的意義。充填開采發(fā)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)壞境和水體。按照充填材料的不同，充填采礦法分矸石充填、水沙充填、和膏體充填。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(shí)現(xiàn)煤礦綠色開采的關(guān)鍵技術(shù)途徑之一。

（1）拋矸幾拋矸填充

（2）刮板輸送機(jī)卸矸充填

（3）風(fēng)力拋矸充填

水沙充填采煤法是利用水力通過管道吧充填材料沙粒送入采空區(qū)得充填采煤法。

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)是綠色開采中技術(shù)中的重要組成部分，是解決煤礦開采壞境問題的理想途徑，是解決村莊等建筑物下大量壓煤開采問題的迫切需要。

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)成中的主體地位不會(huì)改變。2020年我過煤炭消費(fèi)量將達(dá)到40億噸，煤炭產(chǎn)量很可能無法滿足工業(yè)需求。不能再單純的通過提高煤炭的產(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(duì)壞境的破壞，而且也應(yīng)該把“發(fā)展煤炭循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)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)。

資源和壞境協(xié)調(diào)的綠色開采是解決煤炭開采壞境問題的根本出路。要實(shí)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。綠色采礦可以減少壞境污染，還能帶來良好的深灰經(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，詳細(xì)隨著綠色開采的不斷發(fā)展和完善，煤礦綠色開采一定會(huì)發(fā)揮它應(yīng)有的作用，為人類和自然的協(xié)調(diào)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。