煤矿开采技术毕业论文(1).doc

浅析当今煤炭开采技术及绿色开采技术 2011级 采矿专业 指导教师 摘要在当今社会发展的新形式下 , 煤矿开采技术的进步和完善始终是采矿学科发展的主 题。 在发展现代采煤工艺的同时 , 继续发展多层次、 多样化的采煤工艺 , 建立具有中国特色的 采煤工艺理论。 我国采煤方法已趋成熟 , 放顶煤采煤的应用在不断扩展 , 应用水平和理论研究 的深度和广度都在不断提高。 本论文就对煤矿开采技术作了分析并对其带来的环境影响阐述 了针对性的技术。 关键词 煤矿 采煤工艺 控制技术 机械化开采 绿色开采 充填开采 Abstract in todays society development, under the new of coal mining technology and perfect has always been a theme of the development of mining. At the same time in the development of modern coal mining technology, continue to develop multi-level, diversified coal mining process, coal winning technology theory with Chinese characteristics is established. Coal mining has been matured in our country, the application of the caving mining in expanding, the depth and breadth of application level and theoretical research have been improved. This paper analyzes the coal mining technology and its impact to the environment expounds the specific technology. Key words Coal mine Coal mining process The control technology Mechanized mining Green mining Filling mining 1 中国的采煤技术的现状与发展趋势 煤炭企业由劳动密集型转向资本及技术高密集型。 在矿井开采方面实现日产万吨的超大 型综合机械化,采煤工作面为核心的生产工艺。在实现煤炭生产工艺综合机械化的基础上, 向遥控和自动化发展, 机器人与人工智能和专家系统相结合, 为采煤自动化开辟了新的途径。 煤炭企业向大型化、集中化、多元化和国际化发展。煤炭企业经营也趋向多元化。电力需求 的增长,洁净煤技术的发展,促使煤炭 --电力 --化工 --建材联合企业的发展。外包采掘生产 开始应用于煤炭企业。采掘行业的安全将不断提高,安全性更加受到重视。环境治理及综合 利用成为煤炭企业经营的重要方面。采掘工人将变得自由化、市场化人力配备管理。 1.1 我国已成为世界最大的自然资源开采国之一 1.1.1 是世界上多数矿产品的最大生产国 在国际组织和一些国家统计的矿产品种类当中,绝大多数品种我国都有储量并进行生 产; 在国际贸易中交易量最大的一次能源和金属类矿产品当中, 所有大宗产品的产量我国都 名列世界前茅,还有许多种矿产品的产量我国位居世界第一。 1.1.2 我国矿产品的高产量是由过度开采维持的 必须指出的是, 在我国矿产品量在世界位居前茅这一成绩的背后, 是对自然资源的过度 开采。相对于庞大的人口规模,我国的矿产资源本来就十分贫乏。即使不考虑这一因素,就 各种矿产的绝对储量来说,与其他一些国家相比,我国的储量也不算很富集。但我国许多种 矿产品生产长时期维持高产,这不能不说是对自然资源的不计后果的开发。 1.1.3 过度开采使我国的多数矿产资源将在近期枯竭 不顾储量多少、 毫无节制的掠夺性开采, 使我国的大多数矿产资源面临将在近期枯竭的 局面。根据联合国矿产业统计年鉴、能源统计年鉴,世界金属协会金属统计的 数据综合整理而成的我国矿产资源可开采年限的统计, 金属矿可开采储量的数值为金属净含 量,可开采年数由开采储量除以 1999年或 1997年的当年产量求得。 12种矿产品当中,只有 3种的开采可以继续维持 100年以上,其他矿产品,包括在我国矿产资源当中储量最大的煤炭 在内,可开采年限仅有 50年左右。可以说,我国对自然资源过度开发问题在很大程度上是总 体性的。 矿产资源不可再生, 我国储量相对于人口的庞大需求规模又严重不足, 对这样珍贵的自 然资源为了眼前利益进行掠夺性的开采,后果是严重的,不良影响是深远的。与我国形成鲜 明对照的是, 世界上许多国家从资源开发战略出发, 对本国各种自然资源采取了有计划地节 制开发、重在保护的政策。 1.2 采煤技术国内外现状 煤炭企业集团化发展,集团下属企业多、分布地域广,企业结构复杂,存在多级、多专 业的管理部门。煤炭产品在生产、销售等过程中容易损耗;煤炭企业在生产经营中所需资金 密集度大、所用物资种类繁多;在煤炭生产过程中不可控的因素较多,导致生产计划的不准 确和材料消耗的随机性比较大, 所以对产品的监控以及成本的控制非常重要。 受作业环境的 影响,煤炭企业生产技术具有特殊专业要求,涉及面广,专业技术性强。生产过程复杂,生 产系统形式多样,各系统协调运做、管理难度大。井下作业环境的独特复杂性,使行业生产 技术具有特殊专业要求, 涉及面广、 种类多、 管理难度大, 安全生产是煤矿管理工作的重点, 煤矿安全监控系统技术复杂、形式多样,监控数据量大。 采煤方法种类很多,目前世界主要产煤国家使用的采煤方法,总的划分为壁式盒柱式 两大类。这两种不同类型的采煤方法,无论从采煤系统还是回采工艺多有很大的区别。 1.2.1 柱式采煤法的特点 柱式采煤法的特点是煤壁短呈方柱形, 同时开采的工作面数较多, 采出的煤炭垂直于工 作面方向运出。壁式采煤法的特点是煤比较长、工作面的两端巷道分别做为进缝合回风、运 煤和运料用,采出的煤炭平行于煤壁方向运出工作面,我国多采用壁式采煤法开采煤层。 1.2.2 壁式采煤法的主要特征 壁式采煤法一般以长工作面采煤为其主要特征,产量约占我国国有重点煤矿的 95℅以 上。随着煤层厚度及倾角的不同,开采技术和采煤方法会有所区别。对于薄及中厚煤层,一 般都是按煤层全厚一次采出, 即正层开采。 对于厚煤层, 可把它分为若干中等厚度进行开采, 即分层开采,也可以采用放顶煤整层开采。无论整层开采或分层开采,依据不同倾角,按采 煤工作面推进方向,又可分为走向长壁开采和倾斜长壁开采两种类型。 1.2.2.1 壁式体系采煤法优点 1、巷道布置简单,巷道掘进和维护费用低、投产快。 2、运输系统简单,占用设备少,运输费用低。 3、减少了工作面长度的变化给生产带来的不利影响,对综合机械化采煤非常有利。 4、通风线路短,风流方向转折变化少,同时使巷道交叉点和风桥等通风构筑物也相应 减少。 1.2.2.2 壁式体系采煤法缺点 长距离的倾斜巷道,使掘进及辅助运输、行人比较困难有时在污风下行问题。 1.2.3 长壁放顶煤采煤法优点 1.2.3.1 单产高 工作面内具有多个出煤点, 而且在工作面内可实现分段平行作业, 即在不同地段采煤和 放煤同时进行,因而易于实现高产。 1.2.3.2 效率高 由于放顶煤工作面的一次采出厚度大, 生产集中, 放煤工艺劳动量小以及出煤点增多等 原因,其生产效益和经济效益大幅度提高。 1.2.3.3 成本低 放顶煤开采比分层开采减少了分层数目和铺网工序,由此节省了铺网费用,此外,其它 材料、电力消耗,工资费用等也都相应减少。 1.2.3.4 巷道掘进量小 掘进量和巷道维护费用减少,便于采掘接替。 1.2.4 长壁放顶煤采煤法缺点 1.2.4.1 煤损失多 在目前的技术水平条件下,放顶煤开采的工作面煤炭采出率一般比分层开采低 10℅左 右。 1.2.4.2 易发火 由于煤损较多,在回采期间采空区就可能发生自然。 1.2.4.3煤尘大 在放顶煤工作面,采煤机割煤、支架操作时的架间漏煤及放煤为煤粉的来源。 1.2.4.4 瓦斯易积聚 与分层开采相比,放顶煤开采的产量集中,瓦斯散发面大,采空区高度大,易于瓦斯积 聚。 1.3 采煤技术的发展趋势 矿山机械在经济建设、 科技进步和社会发展中占有十分重要的地位和作用, 属于国民经 济的支柱行业。 矿山机械制造业是国家建立工业体系的基础, 也是衡量一个国家工业实力的 重要标志。根据国家重点支持能源、交通和原料等基础工业发展的产业政策,矿山机械作为 这些基础工业的支柱应优先得到国家的重点支持,以得到进一步发展和提高,为煤炭、金属 和非金属矿山的开发提供更多的具有国际先进水平的优质、 高效设备, 满足国民经济发展对 能源和原料材料的需要。 改革开放一来, 我国矿山机械制造业经历了引进消化吸收国外先进技术、 合作设计和合 作制造、自主设计的发展道路,特别是在实施国务院关于加快振兴装备制造业若干意见 的推动下, 矿山机械制造业基本实现了两大转变, 一是产品开发由仿制型向自主创新型转变; 二是经济运作由粗放型向效益型转变。 2000年以来,在国内基础工业和基础建设大发展的 拉动下,矿山机械产品市场需求旺盛,工业总产值和销售额年增长速度稳定在 32℅ --40℅。 市场需求在带动矿山机械制造业经济增长的同时, 更促进来了整个行业技术进步, 涌现了一 批具有自主知识产权的重大新产品, 如北方重工研制∮ 11m 水泥平衡盾构和 9.8km 大型平面 转弯带式输送机,太原重型机械集团研制了 35m3和 55 m3大型矿用挖掘机和 1800kw 2040 kw 大功率厚煤层采煤机,上海建设路桥研制了 6m 电液控制液压支架等。上述重大新产品的 成功研制,为国民经济建设做了积极贡献,同时缩小了与先进国家的差距,提升了参与国际 竞争的能力,我国矿山机械行业在国际矿山建设中正在发挥越来越大的作用。 矿山机械的发展人类的科技进步、 现代科学技术和整体行业水平息息相关, 特别是与 机械工程科学和采矿科学的发展紧密相联。 现代科学技术前沿具有明显的时域、 领域和动态 特性。信息科学、材料科学、生命科学、纳米科学、管理科里和制造科学是改变 21世纪的 主流科学, 由此产生的高新技术及其产业将改变世界。 不同科学之间的交叉融合将产生新的 科学聚焦, 经济的发展和社会的进步对矿山机械产生新的要求和期望。 机械工程科学发展的 总趋势将是数字化、智能化、精密化、微型化、生命化和生态化。矿山机械作为机械工程学 科的一个分支,也遵循这个发展的总趋势。同时,结合矿山行业的特点,其发展趋向是数字 化、智能化、生态化和宜人化。矿山机械制造业应不断融入人类在各领域的优秀成果,面向 国家经济建设重大需求,以科学发展观为指导,实现可持续发展。 1.3.1矿山机械发展的动务机制 1.3.1.1市场竞争驱动 我国矿山机械的整体水平与国际先进水平相比尚有差距。 子迈向矿山机械制造强国的征 途中,机遇和挑战并存。产品设计是制造业的灵魂,产品的结构、功能、质量、成本交货时 间及可制造性、可维修性、报废后处理以及人、机和环境关系等,原则上都是在产品设计阶 段决定的。产品的创新设计能力已成为决定企业在全球化竞争中地位的首要要素。 矿山机械是技术含量和集成化很高的装备, 新设备的开发中不断将人类在各领域成果融 合进来,随着材料科学、制造工艺、信息科技计算机技术的进步,每一轮产品都有新的技术 注入,零部件的更新周期越来越短、新设备换代越来越快,尤其是大型矿山机械的开发,五 成熟的经验可借鉴而要不允许设计中出现任何失误, 因此必须借助多科学的技术融合, 提高 设计效率和设计质量,提升企业自主创新能力和市场竞争能力。矿山机械和计算机技术、网 络技术综合的基础上形成了数字化的发展趋势。 1.3.1.2 经济建设的需要 随着社会进步和国民经济的发展, 人类对资源和能源的需求量越来越大, 而我国是一个 资源相对贫乏的国家。随着资源的开发,开采深度的逐渐增加,由陆地向海洋延伸,资源开 采条件日益恶劣化,安全开采的形式日趋严重;我国煤炭开采的深度已达到 1000m ,金属矿 的浓度达到 1380m, 矿床开采深度增加,地下水、瓦斯、高地应力、地质构造是资源开采难 度大大增加。 自动化无人工作面开采是井下或危险环境采矿的发展方向, 也是保障工作面安全开采的 有效途径。综合应用采矿学、自动化技术、通讯技术、计算机科学和技术等,进行自动化无 人工作面开采的基本理论研究和开发新技术、 新装备, 使矿山机械将向机器人化合自能化方 向发展。 2 现阶段开采技术 2.1 采煤方法和工艺 开发煤矿高效集约化生产技术、 建设生产高度集中、 高可靠性的高产高效矿井开采技术 以提高工作面单产和生产集中化为核心 , 以提高效率和经济效益为目标 , 研究开发各种条件 下的高效能、高可靠性的采煤装备和工艺 , 简单、高效、可靠的生产系统和开采布置 , 生产过 程监控与科学管理等相互配套的成套开采技术 , 发展各种矿井煤层条件下的采煤机械化 , 进 步改进工艺和装备 , 提高应用水平和扩大应用范围 , 提高采煤机械化的程度和水平。 2.1.1 开发“埋深浅、硬顶板、硬煤层高产高效现代开采成套技术” , 主要解决 的技术难题 。 硬顶板控制技术 , 研究埋深浅、地压小的硬厚顶板控制技术 , 主要通过岩层定向水力压 裂、倾斜深孔爆破等顶板快速处理技术 , 使直接顶能随采随冒 , 提高顶煤回收率 , 且基本顶能 按定步距垮落 , 既有利于顶煤破碎 , 又保证工作面的安全生产。 硬厚顶煤控制技术 , 研究开发埋深浅、 支承压力小条件硬厚顶煤的快速处理技术 , 包括高压注 水压裂技术和顶煤深孔预爆破处理技术 , 使顶煤体能随采随冒 , 提高其回收率。顶煤冒放性 差、块度大的综放开采成套设备配套技术 , 研制既有利于顶煤破碎和顶板控制。又有利于放 顶煤的新型液压支架 , 合理确定后部置输送机能力。 两硬条件下放顶煤开采快速推进技术 , 研究合适的综放开采回采工艺 , 优化工序 , 缩短放 煤时间 , 提高工作面的推进度 , 实现高产高效。 5.5m 宽煤巷锚杆支护技术 , 通过宽煤巷锚杆支护技术的研究开发和应用 , 有利于综采配 套设备的大功率和重型化 , 有助于连续采煤机的应用 , 促进工作面的高产高效。 2.1.2 缓倾斜薄煤层长壁开采 主要研究开发 体积小、功率大、高可靠性的薄煤层采煤机、刨煤机 ; 研制适合刨煤机综 采的液压支架 ; 研究开发薄煤层工作面的总体配套技术和高效开采术。 2.1.3 缓倾斜厚煤层一次采全厚大采高长壁采 应进一步加强完善支架结构及强度 , 加强防倒、防滑、防止顶梁焊缝开裂和四连杆变、 防止严重损坏千斤顶措施等的研究 , 提高可靠性 , 缩小其与中厚煤层 采高 3m 左右 产高效指 标的差距。 2.1.4 各种综采高产高效综采设备保障体系 要实现高产高效 , 就要提高开机率 , 对“支架围岩”系统、采掘运设备进行监控。今后 研究的重点是 通过电液控制阀组操纵支架和改善“支架 -围岩”系统控制 , 进一步完善液压 信息、支架位态、顶板状态、支护质量信息的自动采集系统 ; 乳化液泵站及液压系统运行状 态的检测诊断 ; 采煤机在线与离线相结合的 “油 -磨屑”监测和温度、电信号的监测 ; 带式输 送机、刮板输送机全面状态监控。 2.2深矿井开采技术 深矿井开采的关键技术是 煤层开采的矿压控制、冲击地压防治、瓦斯和热害治理及深 井通风、井巷布置等 ; 需要攻关研究的是 深井围岩状态和应力场及分布状态的特征 ; 深井作 业场所工作环境的变化 ; 深井巷道 特别是软岩巷道 快速掘进与支护技术与装备 ; 深井冲击 地压防治技术与监测监控技术 ; 深矿井高产高效开采有关配套技术 ; 深矿井开采热害治理技 术与装备。 2.3“三下”采煤技术 提高数值模拟计算和相似材料模拟等 , 深入研究开采上覆岩层运动和地表沉陷规律 , 研 究满足地表、建筑物、地下水资源保护需要的合理开采系统和优化参数 , 发展沉降控制理论 和关键技术 , 包括用地表废料向垮落法工作面采空区充填的系统 ; 研究与应用各种充填技术 和组合充填技术 , 村庄房屋加固改造重建技术 , 适于村庄保护的开采技术 ; 研究近水体开采的 开采设计、工艺参数优化和装备 , 提出煤炭开采与煤矿城市和谐统一的开采沉陷控制、开采 村庄下压煤、土地复垦和矿井水资源优化等关键技术。 2.4 优化巷道布置 , 减少矸石排放的开采技术 改进、 完善现有采煤方法和开采布置 , 以实现开采效益最大化为目标 , 研究开发煤矿地质 条件开采巷道布置及工艺技术评价体系专家系统 , 实现开采方法、开采布置与煤层地质条件 的最优匹配。 2.5 采场围岩控制技术 2.5.1 进一步完善采场围岩控制理论 以科学合理、 优化高效的岩层控制技术来保证开采掘活动的安全、 高效、 低成本为目标 , 深入总结我国几十年的矿山压力研究成果 , 以理论分析 解析法 、 现代数学力学 统计分析预 测、数值法 和实测法相结合运用先进的计算机技术 , 深入研究各种煤层地质及开采条件。 2.5.2 研究坚硬顶板与破碎顶板条件下应用高技术低成本岩层控制技术 目前 , 由于应用高压注水、深孔预裂爆破处理坚硬顶板和应用化学加固技术存在工艺复 杂、成本高的问题 , 因而需进一步研究开发新技术、新工艺、新材料来解决这些问题。 2.5.3放顶煤开采岩层和支架围岩相互作用机理 研究放顶煤开采力学模型、围岩应力、顶煤破碎机理、支架顶煤直接顶基本顶相 互作用关系 ; 运用离散元等方法研究顶煤放落规律 , 提出放顶煤优化准则和提高顶煤回收率 的途径。 2.5.4支护质量与顶板动态监测技术 在总结缓倾斜中厚长壁工作面开展支护质量与顶板动态监测方面 , 应进一步在坚硬顶 板、破碎顶板、急倾斜、放顶煤工作面开展支护质量与顶板动态监测 , 同时应不断完善现有 的监测技术 , 发展智能化监测系统 , 改进监测仪表 , 使监测仪表向直观、轻便、小型化方向发 展。 2.5.5 冲击地压的预测和防治 通过计算机模拟研究冲击性矿压显现发生的机理 ; 进一步完善冲击性矿压显现监测系统 , 发展遥控测量和预报技术 , 完善冲击性矿压综合防治措施的优化选择专家系统。 2.5.6 研究开发新型的支护设备 研究硬煤层、硬顶板放顶煤液压支架 , 完善液压支架性能和快速移架系统 , 开发耐炮崩、 轻型化单体液压支柱和厚煤层巷道锚索和可伸缩锚杆。 2.6 小煤矿技术改造和机械化开采技术 实施国家关闭小煤矿 , 淘汰落后生产技术和生产设备 , 提高平均单井规模的技术政策 , 开 发小型煤矿机械化、 半机械化开采技术和装备 , 改进小煤矿的采煤方法和开采工艺 , 提高采煤 工作面的单产和工效 ; 提高小煤矿的顶底板控制技术水平 , 最大限度地减少顶底板事故率。 3 针对环境的影响所畅导的绿色开采技术 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。 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。 3.1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。 3.2 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。 3.3 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。 3.4 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。 3.4.1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。 3.4.1.1 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。 3.4.1.2 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。 3.4.1.3 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 1/2-1/3。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 1.2-1.6 m,每次充填长度 6-9 m,工作面每向前推进 50-100 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。 3.4.2 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。 3.4.3 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。 3.5 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。 煤炭地下气化技术具 有投资少、安全、工期短、见效快、用人少、效率高、成本低、效益好等优点,尤其适合我 国煤矿地质条件复杂、劣质煤比例高、 “三下”压煤严重的矿区。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。 4 结束语 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 ,2006,375 [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 , 20093 [3]黄庆享 . 煤炭资源绿色开采 [J].陕西煤炭 .200803 [4]徐 睿 , 谢亚涛 , 周坤鹏 . 煤炭绿色保水开采 [J].矿业快报 ,20086