煤礦綠色開采技術(shù)的運用

王克

【摘 要】煤炭是一次性能源，根據(jù)有關(guān)資料顯示，2020年我國的煤炭消費量將會增至五十億噸以上，屆時煤炭的生產(chǎn)將無法滿足社會需求，過度并且漫無目的開采不但會對生態(tài)環(huán)境造成極大的破壞，而且會給后續(xù)煤炭資源的開發(fā)和利用帶來一定的困難。基于此，本文首先就致富露天煤礦開采情況做了簡介，其次詳細的敘述了煤礦綠色開采的內(nèi)涵及技術(shù)構(gòu)成，最后重點闡述了在煤礦綠色開采過程中的發(fā)展前景和主要方向，以其為同行綠色煤礦開采技術(shù)的運用提供一定的借鑒。

【關(guān)鍵詞】綠色開采；關(guān)鍵層理論；巖層移動；開采技術(shù)運用

煤炭是大自然賦予我們的寶貴財富，其是工業(yè)的支柱，煤炭作為一種不可再生資源，在過去的采挖當中，煤礦滲水事故不斷發(fā)生，煤礦瓦斯爆炸頻繁出現(xiàn)，各種矸石堆積造成生態(tài)破壞，致使地球傷痕累累，環(huán)境污染嚴重。因此，發(fā)展煤礦綠色開采技術(shù)，使其成為今后煤礦開采主要方式。煤礦綠色開采技術(shù)運用的意義是在保護生態(tài)環(huán)境的前提下，增強煤礦煤炭采出率，實現(xiàn)煤礦綠色、健康、可持續(xù)發(fā)展。

1.致富露天煤礦簡介

致富煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準格爾旗境內(nèi)，東勝煤田勃牛川普查區(qū)外圍，具體位置在勃牛川以東、納戶溝以西以瓦窯圪堵為中心的一帶地區(qū)，行政區(qū)劃隸屬準格爾旗納日松鎮(zhèn)（原大路峁鄉(xiāng)）。據(jù)現(xiàn)在有關(guān)資料表明，礦區(qū)所在地區(qū)氣候干燥、冬寒夏熱，晝夜溫差較大，多風少雨，沙塵暴時有發(fā)生。致富露天煤礦現(xiàn)階段是露天開采煤礦，露天開采達不到國家關(guān)于煤況綠色開采技術(shù)的運用?；诖?，本文結(jié)合致富煤礦露天開采過程對煤礦綠色開采技術(shù)進行探討和分析。

2.煤礦綠色開采的內(nèi)涵及技術(shù)構(gòu)成

從廣義概念來講，在礦區(qū)范圍存在的煤炭、地下水以及煤層范圍的天然氣（瓦斯）、土地、煤層摻雜的煤矸石以及礦區(qū)周邊存在的其他礦均屬于該礦區(qū)進行開發(fā)的對象，應(yīng)該被充分開發(fā)。而傳統(tǒng)的對礦井地下水及瓦斯的定義分別為：瓦斯是礦井中存在的一類以甲烷為主的有害氣體，地下水是根據(jù)礦井地下情況、涌水量的一類水害情況，這些概念均將這些資源限定為有害物質(zhì)，但是，顯然將它們單純的限定為有害物質(zhì)的情況是不正確的。

所謂煤礦綠色開采及綠色開采技術(shù)是相對傳統(tǒng)的廣義資源論上提出的，其從資源角度上正確認識煤炭、瓦斯、地下水等一切在煤礦開采中的可利用資源均應(yīng)被開發(fā)利用；其出發(fā)點為盡最大可能減少煤礦開采時對生態(tài)環(huán)境及其它資源的不良影響；根本目的是為了獲取最大的經(jīng)濟效益及社會效益，按照煤礦開采中土地利用、地下水處理、瓦斯處理及矸石堆放等，煤礦的綠色開采技術(shù)主要分為以下內(nèi)容：（1）對于水資源的保護一般以“保護開采”為主；（2）對于土地及周邊建筑物的保護一般以“離層注漿，條帶及充填技術(shù)”為主；（3）對于瓦斯的處理，一般可采取“煤與瓦斯共采”技術(shù)為主：（4）一些地下氣化技術(shù)，這些技術(shù)組成了煤炭綠色開采的主題部分，其結(jié)構(gòu)表達如圖1所示：

3.煤礦綠色開采技術(shù)的重點運用

3.1對采空區(qū)進行充填技術(shù)

充填技術(shù)主要包括開采系統(tǒng)與充填系統(tǒng)的合理協(xié)調(diào)、充填運輸系統(tǒng)的通暢及充填使用材料在填充完畢的處理技術(shù)等，如果可將上述問題解決將直接改變在發(fā)達地區(qū)的煤礦開采難題。為了達到降低成本的目的，目前使用的充填技術(shù)主要為，按照巖層控制理論，僅僅進行部分充填（條形充填），即僅對一些關(guān)鍵部位進行充填，且保證充填帶的長久穩(wěn)定，那么也可有效控制地表的沉陷。對采空區(qū)進行充填技術(shù)是煤礦綠色開采技術(shù)進行運用的重點技術(shù)之一，特別是在一些經(jīng)濟較為發(fā)達的地區(qū)進行開采之后，必須要重視對采空區(qū)的充填。充填采礦是解決煤礦開采后續(xù)問題的一項有效途徑，但是因為現(xiàn)有的充填采礦成本相對不理想，使得該項技術(shù)在運用方面被限制。在市場經(jīng)濟下，制約充填技術(shù)發(fā)展的根本是充填材料的選擇及怎樣減少充填成本，另外就是充填技術(shù)本身存在著一定的缺陷。

3.2煤礦開采地下水的處理

在煤層開采過程中，如果關(guān)鍵層面被破斷，在關(guān)鍵層內(nèi)的地下水層將形成下降漏斗，而且它是否可以恢復(fù)，則取決于開采工作的進行。上表巖層是否存在軟弱巖層，經(jīng)過再次壓實之后引起裂隙閉合進而出現(xiàn)隔水帶，如果存在隔水帶，則隨著地表水的再次補給，下降漏斗會不斷減小，最終消失。它對地面的影響與下降漏斗的出現(xiàn)大小及消失時間密切相關(guān)，致富露天煤礦地處我國內(nèi)蒙古準格爾旗，該地區(qū)氣候干燥、冬寒夏熱、多風少雨，因此如果出現(xiàn)地下漏斗，那么僅僅依靠雨水進行補給是將會很困難。為了實現(xiàn)綠色開采的目的，就必須貫徹實行地下保水開采技術(shù)，即開采過后的地下水結(jié)構(gòu)在很短時間內(nèi)仍可恢復(fù)至原來狀態(tài)，因開采出現(xiàn)的地下漏斗會迅速恢復(fù)，最終實現(xiàn)綠色開采。最后在開采結(jié)束之后還需要對周邊地下水位進行調(diào)研同時要對礦區(qū)周邊的各種生物諸如草、本等進行管理，看是否對它們造成了極大的影響，如果存在一定的影響，應(yīng)該采取合理的措施予以保護。

3.3建筑物地底下采煤與減沉技術(shù)

（1）在關(guān)鍵理論支持下的建筑物地底下采煤技術(shù)的設(shè)計原則是在巖層控制理論的指導(dǎo)下提出的，同時在采煤設(shè)計的過程中還可以將不破壞關(guān)鍵層作為開采的主要設(shè)計原理。在建筑物下采煤的過程中為取得較大的經(jīng)濟效益同時預(yù)防建筑物受到損害，需要在掌握具體建筑物低下結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)層的特征參數(shù)并對它們進行控制，并要使用減沉開采技術(shù)中的各項數(shù)據(jù)進行設(shè)計。（2）在設(shè)計過程中可以根據(jù)關(guān)鍵層的位置對注漿減沉技術(shù)進行確定，對離層和破斷特征參數(shù)進行合理的掌握，同時需要對注漿減沉技術(shù)的各種適應(yīng)能力進行不斷的分析和調(diào)整。

3.4瓦斯和煤的共同采集

在現(xiàn)階段，我國煤礦煤層的開采過程中出現(xiàn)了變質(zhì)高、滲透率低及氣體的飽和度較小的特點，同時大多數(shù)的煤層滲透率在1以下，這樣在共同采集煤層和瓦斯的過程中給瓦斯的開采帶來了一定的影響。正是這個原因使得我國已經(jīng)開鉆的很多口井中較少能夠出現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)井。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗證明，煤層的開采會給巖層的移動帶來一定的影響，在滲透率較低的情況下，滲漏系數(shù)也會成倍至幾十倍的增加，這就為瓦斯的移動和抽取創(chuàng)造了一定的條件。所以將瓦斯和煤層進行同時開采，不僅能夠在一定程度上保證礦井的安全，還能夠采集較為干凈的能源。所以通過利用巖層的特點開采煤層氣將是我國煤層開發(fā)的重要途徑之一。

3.5地下煤炭氣化技術(shù)

地下煤炭氣化技術(shù)是現(xiàn)代重要的一種綠色開采技術(shù)。它的使用原理是在地底下進行熱化學反應(yīng)即在原來的位置將煤炭轉(zhuǎn)移為可燃氣體的先進技術(shù)，這能夠在一定程度上改善傳統(tǒng)的采煤方式。并能夠改善井下工程的數(shù)量同時還可以減少艱苦作業(yè)的程度，除此之外，還能減輕煤炭開采過程中對環(huán)境的污染和破壞。經(jīng)過10多余年的發(fā)展，煤炭地下氣化技術(shù)有了一定的發(fā)展并積累了相關(guān)經(jīng)驗，為我國以后煤炭先進技術(shù)的發(fā)展奠定了一定的基礎(chǔ)。在地下氣化技術(shù)的發(fā)展方向，今后應(yīng)解決的問題主要有：（1）熱值的提高和將生產(chǎn)的氣體變成適合于用戶使用的氣體；（2）科學化、規(guī)劃化和標準化的行之有效的測控系統(tǒng)的建立，同時需將重點放在燃燒值和速度的控制技術(shù)上；（3）對燃燒處理后的氣化爐體結(jié)構(gòu)和地面的沉降情況進行研究；（4）對在地下煤炭氣化技術(shù)生產(chǎn)過程中的致癌物質(zhì)進行處理使其不對地下水源等產(chǎn)生污染，同時對在燃燒過程中對產(chǎn)生的二氧化碳進行處理，減少對空氣的污染。

4.綠色開采技術(shù)的發(fā)展的前景及方向

在煤礦開采技術(shù)的發(fā)展過程中其應(yīng)用前景十分的強大，但是同時在該工作的進行過程中也面臨著很多問題和困難。要對不同的煤礦特點進行區(qū)分，并需要采用不同的綠色開采技術(shù)。對于高瓦斯礦井而言，需要將含有一定甲烷數(shù)量的瓦斯作為可利用的資源，將害處變?yōu)橐嫣帲瑢崿F(xiàn)煤與瓦斯的共同開采，將瓦斯作為一種新能源進行使用，不僅可以將其進行發(fā)電，還可以將其作為各種工業(yè)、化學用品和具體的生活原料等。所以在開采瓦斯和煤層的過程中，必須根據(jù)巖層的運動特點將其開采出來，將巷道內(nèi)的瓦斯數(shù)量減少到一定的數(shù)量，能夠在一定程度上對事故進行預(yù)防，讓處于高密度的瓦斯變成低密度，實現(xiàn)煤層的安全生產(chǎn)。

在生產(chǎn)過程中，要根據(jù)煤層的具體條件，采取適宜的保水開采技術(shù)。保水開采指的是通過采用適宜的采煤工藝措施同時使用較合適的地面注漿措施，即在煤炭的開采過程中不破壞地下和地表的水資源，從而在一定程度上對礦井水資源進行保護和綜合利用。在對煤層進行開采之后，在關(guān)鍵層斷裂之后，將在上覆巖層中形成漏斗狀的水層，地下水位在開采后的恢復(fù)工作是在工作面的推進過程中逐漸完成的，同時要對上覆巖層進行檢查，確定其中是否存在著軟弱巖層，若有軟弱巖層存在，需要將導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的壓實層進行隔離以形成隔水帶。在開采過程中將井下采空區(qū)貫穿地表的裂縫進行處理，頂部上層中含水層中的水分在裂縫中進行漏失，從而造成該部分區(qū)域的地下水面出現(xiàn)干枯癥狀。對于干枯缺水礦層必須采用保水措施進行開發(fā)利用，同時要將保水區(qū)域作為重點的綠色礦區(qū)進行開發(fā)。

在具體的開采過程中，針對存在的施工措施需要在充填條的作用下進行開采等建筑物保護技術(shù)。通常情況下將減沉技術(shù)用于條帶的開采和填充，在條帶開采中主要的限制因素在于較低的采出率及對大量煤炭資源的浪費等。使用傳統(tǒng)的全部填充的辦法出現(xiàn)的主要問題有：填充過程中需要大量的填充材料，現(xiàn)有的各種填充技術(shù)不能適應(yīng)高效采礦的需要。所以在綠色煤礦技術(shù)的開采過程中需要根據(jù)具體的情況使用合適的技術(shù)。

5.結(jié)語

隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，在我國可持續(xù)經(jīng)濟總戰(zhàn)略下，完成“礦業(yè)綠色開采”是我國社會、經(jīng)濟及生態(tài)環(huán)境所需要的共同目標，是切實構(gòu)建我國環(huán)境友好型、資源節(jié)約型、能源創(chuàng)新型國家的必然趨勢，要想做到綠色開采，首先需要相關(guān)部門提高經(jīng)濟及資源支持，其次需要相關(guān)工作人員切實加強學習研究并攻克各種技術(shù)，另外還應(yīng)鼓勵相關(guān)人員到煤礦一線進行實地研究，最終理論結(jié)合實際，共同研究出綠色開采的相關(guān)技術(shù)，并且在條件允許的情況下，加以推廣利用。 [科]

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