煤矿开采技术论文：浅析我国煤矿的绿色开采技术.doc

浅析我国煤矿的绿色开采技术 绿色开采是煤炭开采的发展方向 , 对提高煤炭采出率、 保护 生态环境和实现煤矿可持续发展都具有十分重要的意义。本 文分析了绿色开采技术 , 总结了我国煤矿绿色开采方法的发 展现状 , 对科学采矿具有一定的指导意义。 关键词 绿色开采 ; 保水开采 ; 煤与瓦斯共采 ; 充填开采 ; 煤炭地 下气化 煤炭开采造成岩层移动破坏 , 引起岩层中水与瓦斯的流 动 , 导致煤矿瓦斯事故与井下突水事故 ; 煤炭开采引起岩层移 动 , 进而造成地表沉陷 , 导致农田、建筑设施的损坏 ; 煤炭开采 形成的大量堆积在地面的矸石 , 既占用良田 , 又造成环境污染 ; 随着我国矿井开采深度的不断增加 , 矿山压力显现及冲击地 压等动力灾害发生的频次增加 , 强度增大 , 危及矿井的安全生 产。上述问题若得不到有效解决 , 在未来几十年内 , 随着能源 总需求和煤炭产量的不断增长 , 煤炭资源开采所带来的矿区 安全和生态环境问题将更为严重 , 人类的生存和社会发展环 境将受到严重威胁。 根据我国的能源资源状况 , 煤炭作为我国最重要的一次 性能源 , 在未来 20年内 , 其在能源构成中的主体地位将不会改 变。 2020年我国煤炭消费量将达到 40亿 t 。届时 , 煤炭产量 很可能无法满足工业需求。不能再单纯地通过提高煤炭的产 量缓解煤炭供应的压力 , 而应该综合考虑发展煤炭循环经济 , 减少煤炭开采对环境的破坏 , 而且也应该把 “发展煤炭循环经 济 , 实现煤炭绿色开采”作为理念 , 大力发展绿色的采煤技术。 1煤炭绿色开采体系 煤矿绿色开采以及相应的绿色开采技术 , 在基本概念上 是要从广义资源的角度上来认识和对待煤、瓦斯、水等一切 可以利用的各种资源。基本出发点是防止或尽可能减轻开采 煤炭对环境和其他资源的不良影响。目标是取得最佳的经济 效益和社会效益。根据煤矿中土地、地下水、瓦斯以及矸石 排放等 , 绿色开采主要包括以下内容 水资源保护“保水开 采” ; 瓦斯抽放 “煤与瓦斯共采” ; 土地与建筑物保护 “充 填开采” ; 排放矸石占用土地污染环境 “煤炭地下气化” 等。 2003年 , 中国矿业大学钱鸣高院士首次提出了煤矿绿色开采 的概念和技术体系 , 随后明确了实现煤炭资源开采和环境保 护协调发展的绿色开采研究目标 , 为我国绿色开采技术的研 究指明了方向。钱院士提出的绿色开采技术体系 , 绿色开采 理论依据 1关键层理论。 2开采对岩层移动的影响及移动规律。 3水在裂岩体中的渗流规律。 4开采后岩层内节理裂隙分布发育规律等。 2保水开采 保水采煤在不同的矿区有不同的技术内涵 , 缺水矿区要 以水资源保护和利用为主 ; 大水矿区 , 要以减少水资源破坏和 防治水灾害为主。 因此 , 保水开采包含水资源保护、 水资源利 用 煤水共采 和水灾害防治等多项重要内容。煤矿开采过程 中破坏了地下含水层的原始径流 , 大量排出地下水 ; 采空区上 方导水裂隙带与地下水体贯通 , 形成大规模地下水降落漏斗 , 造成区域含水层水位下降 , 直接影响到区域水文地质条件。 采 动影响稳定后产生的地表沉陷往往影响到地表水体 河流、 湖 泊、井泉等 的原来形态 , 造成部分沟泉水量减少甚至干涸 ; 影 响当地居民正常的生产生活 , 进而影响区域植被生长 , 甚至土 地沙漠化。 我国大部分矿区处在干旱半干旱地区 , 而每年采煤 破坏地下水 22亿 m3, 可见保水开采具有重要的意义。 3煤与瓦斯共采 瓦斯既是矿井有害气体也是洁净能源。 因此 , 应该使其资 源化 , 其技术途径有 1采前抽采 若能在开采前将煤层内瓦斯抽出 , 则是利用 瓦斯改善煤矿安全的最好办法。但由于我国大部分煤体透气 性低 , 在本层内抽采瓦斯有难度。 2煤与瓦斯共采 开采后围岩压力降低 , 大量瓦斯在采空 区释放 , 有利于瓦斯抽采 , 因此形成煤与瓦斯共采体系。 3废弃矿井抽采瓦斯。 鉴于废弃矿井煤层经过采动而充 满瓦斯 , 因而可以利用采动后岩体内裂隙场的分布及钻孔 , 将 瓦斯抽排管装在井下、封闭井口后 , 抽出瓦斯。 4回风井回收瓦斯。 5煤与瓦斯共采的技术主要有 留巷钻孔法、卸压法等。 4充填开采 我国多数煤矿存在建筑物下、水体下、铁路下压煤的问 题 , 充填采矿法对解决这类问题具有重要的意义。 充填开采法 是用充填材料充填采煤工作面采空区的岩层控制方法。该法 可以缓和工作面支承压力产生的矿压显现 , 改善采场和巷道 维护状况 , 有效减少地表下沉和变形 , 提高煤矿采出率 , 保护地 面建筑物、构筑物、生态环境和水体。按照充填材料的不同 , 充填采矿法分矸石充填、水砂充填和膏体充填。 4.1矸石充填利用井下采空区处置煤矸石的充填采煤 方法 , 既可以减少煤矿固体废弃物排放 , 又可以减轻开采沉陷 灾害、 提高矿井资源回收率 , 是实现煤矿绿色开采的关键技术 途径之一。 1抛矸机抛矸充填。 将岩巷和半煤岩巷掘进矸石用矿车 运至井下矸石车场 , 经翻车机卸载后 , 矸石经破碎机破碎 , 而后 进入矸石仓。 通过矸石仓下口 , 胶带或刮板输送机将破碎后的 矸石运入上下山 , 而后由胶带或刮板输送机转载进入采煤工 作面回风平巷 , 再由工作面采空区可伸缩胶带输送机运至工 作面采空区抛矸胶带输送机尾部 , 由抛矸胶带输送机向采空 区抛矸充填。 2刮板输送机卸矸充填。 充填装备由后端带悬梁的自移 式液压支架和充填刮板输送机组成。在自移式液压支架后端 增加后悬臂等配件 , 采用可调高但挂链悬挂充填刮板输送机 溜槽 , 悬挂是为了增加充填垂直高度。 输送机中部溜槽按顺序 连接 , 并与机头和机尾组成整部刮板输送机。 每 2节中部溜槽 设置 1个溜矸孔 , 溜矸孔开在溜槽的中板上。 由电机车牵引矸 石矿车至采区矸石车场 , 通过翻车机卸载 , 矸石经转载机、破 碎机进入矸石仓。破碎后的矸石经上下山输送机、平巷输送 机运至液压支架后的充填刮板输送机 , 在采空区卸载。 3风力抛矸充填。 风力充填材料粒度的直径不宜大于充 填管道的 1/21/3。 并且要求充填材料沉缩率低、 不自然、 腐 蚀性小。矸石经充填机、充填管路充填采空区。一般采煤机 割两刀煤充填一次 , 充填步距 1.21.6 m,每次充填长度 69 m,工作面每向前推进 50100 m, 充填机前移一次。机械矸石充 填对充填材料要求不严格 , 使用设备也较少 , 在我国山东矿区 发展较快 , 有推广趋势。 4.2水砂充填水砂充填采煤法是利用水力通过管道把 充填材料沙粒送入采空区的充填采煤法。我国早在 20世纪 初就开始应用水砂充填采煤法,目前水砂充填技术已经十分 成熟。在地面用矿车将采出、破碎及筛分后的成品砂运到贮 砂仓贮存。在贮砂室,砂与水混合成砂浆,经充填管路送至工 作面采空区,并在采空区脱水,砂子形成充填体,废水经采区流 水上山和流水道流入采区沉淀池,经沉淀后,澄清的水流入水 仓,用水泵经排水管将水排至地面贮水池,以供循环利用。水 砂充填采煤法充填致密,可减少煤尘危害,能有效地控制地表 下沉和变形,但井上下充填系统复杂,设备及设施投资大,充填 材料昂贵,提高了吨煤成本。 4.3 膏体充填膏体充填技术是 1979 年在德国的格伦德 铅锌矿首先发展起来的,由于膏体充填具有料浆质量分数高、 充填效率高、 成本较低等优点,这项技术试验成功以后在金属 矿山得到较快的发展,在包括中国在内的许多国家得到应用。 为解放村庄压煤,提高开采上限,提高煤炭资源采出率,延长矿 井服务年限,太平煤矿与中国矿业大学合作开展了固体废物 膏体充填不迁村采煤技术的研究。太平煤矿膏体充填系统是 我国煤矿第一个膏体充填示范工程,2006 年 5 月工业性试采 取得成功。膏体充填采煤技术主要由三部分组成,即充填材 料、充填设备与工艺、采动岩层充填控制理论。膏体是由煤 矸石、粉煤灰、水砂、水泥等组成,由地面设备加工而成的类 似牙膏的流体,具有十分良好的流动性和可泵性。充填时,膏 体通过巷道中的管路,由充填泵提供动力,输送到液压支架后 的采空区。 膏体充填技术的核心是膏体充填材料,膏体充填材 料的强度对膏体充填的效果起决定作用。 膏体充填后,地表下 沉减小。 膏体充填开采是绿色开采技术的重要组成部分,是解 决煤矿开采环境问题的理想途径,是解决村庄等建筑物下大 量压煤开采问题的迫切需要。 5 煤炭地下气化 煤炭地下气化是指将地下煤炭通过热化学反应在原位 把煤炭转化为可燃气体。可以部分消除煤炭开采对环境的污 染和煤炭燃烧对生态环境的不利影响与破坏。煤炭地下气化 是一种整体绿色开采技术。它开始于英国 1912 年,由于热值 低、成本高而未得到发展。我国于 1958 -1960 年曾在 16 个 矿区进 行试验 , 于 1962 年停止 ,1984 年又开始了新的 试 验,1994 年达到连续产气 295 d,产气量为 200 m3/h,热值 13. 8117. 57 MJ /m3,采用的是有井式、长通道、大断面的煤炭 地下气化方法。 2005 年中国矿业大学与重庆中梁山矿业集团 合作实现了连续稳定生产优质水煤气和混合煤气。 但是,地下 煤炭气化燃烧产生的苯和酚是致癌物质,有可能毒化水资源; 燃烧形成的大量二氧化碳对空气也是严重的污染。目前我国 的地下气化技术仍处于工业试验阶段,有很多问题需要去研 究和探索。 6 结 语 资源与环境协调的绿色开采是解决煤炭开采环境问题 的根本出路。 要实现绿色开采,需要综合研究和解决经济与技 术等方面的问题。 绿色采矿可以减少环境污染,还能带来良好 的社会经济效益。绿色采矿是形成绿色矿业及矿区绿色家园 的重要组成部分,相信随着绿色开采的不断发展和完善,煤矿 绿色开采一定会发挥它应有的作用,为人类与自然的协调发 展做出贡献。 参考文献 [1] 刘 开 明 . 优 化 配 煤 生 产 优 质 焦 炭 [J]. 燃 料 与 化 工,2006,3758-10. [2]缪协兴,钱鸣高.中国煤炭资源绿色开采研究现状与展 望[J].采矿与安全工程学报, 200931-13. [3] 黄 庆 享 . 煤 炭 资 源 绿 色 开 采 [J]. 陕 西 煤 炭.20080318-21. [4]徐 睿,谢亚涛,周坤鹏.煤炭绿色保水开采[J].矿业快 报,2008620-22.