煤矿绿色开采技术的运用

【摘 要】煤炭是一次性能源，根据有关资料显示，2020年我国的煤炭消费量将会增至五十亿吨以上，届时煤炭的生产将无法满足社会需求，过度并且漫无目的开采不但会对生态环境造成极大的破坏，而且会给后续煤炭资源的开发和利用带来一定的困难。基于此，本文首先就致富露天煤矿开采情况做了简介，其次详细的叙述了煤矿绿色开采的内涵及技术构成，最后重点阐述了在煤矿绿色开采过程中的发展前景和主要方向，以其为同行绿色煤矿开采技术的运用提供一定的借鉴。

【关键词】绿色开采；关键层理论；岩层移动；开采技术运用

煤炭是大自然赋予我们的宝贵财富，其是工业的支柱，煤炭作为一种不可再生资源，在过去的采挖当中，煤矿渗水事故不断发生，煤矿瓦斯爆炸频繁出现，各种矸石堆积造成生态破坏，致使地球伤痕累累，环境污染严重。因此，发展煤矿绿色开采技术，使其成为今后煤矿开采主要方式。煤矿绿色开采技术运用的意义是在保护生态环境的前提下，增强煤矿煤炭采出率，实现煤矿绿色、健康、可持续发展。

1.致富露天煤矿简介

致富煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗境内，东胜煤田勃牛川普查区，具置在勃牛川以东、纳户沟以西以瓦窑圪堵为中心的一带地区，行政区划隶属准格尔旗纳日松镇（原大路峁乡）。据现在有关资料表明，矿区所在地区气候干燥、冬寒夏热，昼夜温差较大，多风少雨，沙尘暴时有发生。致富露天煤矿现阶段是露天开采煤矿，露天开采达不到国家关于煤况绿色开采技术的运用。基于此，本文结合致富煤矿露天开采过程对煤矿绿色开采技术进行探讨和分析。

2.煤矿绿色开采的内涵及技术构成

从广义概念来讲，在矿区范围存在的煤炭、地下水以及煤层范围的天然气（瓦斯）、土地、煤层掺杂的煤矸石以及矿区周边存在的其他矿均属于该矿区进行开发的对象，应该被充分开发。而传统的对矿井地下水及瓦斯的定义分别为：瓦斯是矿井中存在的一类以甲烷为主的有害气体，地下水是根据矿井地下情况、涌水量的一类水害情况，这些概念均将这些资源限定为有害物质，但是，显然将它们单纯的限定为有害物质的情况是不正确的。

所谓煤矿绿色开采及绿色开采技术是相对传统的广义资源论上提出的，其从资源角度上正确认识煤炭、瓦斯、地下水等一切在煤矿开采中的可利用资源均应被开发利用；其出发点为尽最大可能减少煤矿开采时对生态环境及其它资源的不良影响；根本目的是为了获取最大的经济效益及社会效益，按照煤矿开采中土地利用、地下水处理、瓦斯处理及矸石堆放等，煤矿的绿色开采技术主要分为以下内容：（1）对于水资源的保护一般以“保护开采”为主；（2）对于土地及周边建筑物的保护一般以“离层注浆，条带及充填技术”为主；（3）对于瓦斯的处理，一般可采取“煤与瓦斯共采”技术为主：（4）一些地下气化技术，这些技术组成了煤炭绿色开采的主题部分，其结构表达如图1所示：

3.煤矿绿色开采技术的重点运用

3.1对采空区进行充填技术

充填技术主要包括开采系统与充填系统的合理协调、充填运输系统的通畅及充填使用材料在填充完毕的处理技术等，如果可将上述问题解决将直接改变在发达地区的煤矿开采难题。为了达到降低成本的目的，目前使用的充填技术主要为，按照岩层控制理论，仅仅进行部分充填（条形充填），即仅对一些关键部位进行充填，且保证充填带的长久稳定，那么也可有效控制地表的沉陷。对采空区进行充填技术是煤矿绿色开采技术进行运用的重点技术之一，特别是在一些经济较为发达的地区进行开采之后，必须要重视对采空区的充填。充填采矿是解决煤矿开采后续问题的一项有效途径，但是因为现有的充填采矿成本相对不理想，使得该项技术在运用方面被限制。在市场经济下，制约充填技术发展的根本是充填材料的选择及怎样减少充填成本，另外就是充填技术本身存在着一定的缺陷。

3.2煤矿开采地下水的处理

在煤层开采过程中，如果关键层面被破断，在关键层内的地下水层将形成下降漏斗，而且它是否可以恢复，则取决于开采工作的进行。上表岩层是否存在软弱岩层，经过再次压实之后引起裂隙闭合进而出现隔水带，如果存在隔水带，则随着地表水的再次补给，下降漏斗会不断减小，最终消失。它对地面的影响与下降漏斗的出现大小及消失时间密切相关，致富露天煤矿地处我国内蒙古准格尔旗，该地区气候干燥、冬寒夏热、多风少雨，因此如果出现地下漏斗，那么仅仅依靠雨水进行补给是将会很困难。为了实现绿色开采的目的，就必须贯彻实行地下保水开采技术，即开采过后的地下水结构在很短时间内仍可恢复至原来状态，因开采出现的地下漏斗会迅速恢复，最终实现绿色开采。最后在开采结束之后还需要对周边地下水位进行调研同时要对矿区周边的各种生物诸如草、本等进行管理，看是否对它们造成了极大的影响，如果存在一定的影响，应该采取合理的措施予以保护。

3.3建筑物地底下采煤与减沉技术

（1）在关键理论支持下的建筑物地底下采煤技术的设计原则是在岩层控制理论的指导下提出的，同时在采煤设计的过程中还可以将不破坏关键层作为开采的主要设计原理。在建筑物下采煤的过程中为取得较大的经济效益同时预防建筑物受到损害，需要在掌握具体建筑物低下结构和关键结构层的特征参数并对它们进行控制，并要使用减沉开采技术中的各项数据进行设计。（2）在设计过程中可以根据关键层的位置对注浆减沉技术进行确定，对离层和破断特征参数进行合理的掌握，同时需要对注浆减沉技术的各种适应能力进行不断的分析和调整。

3.4瓦斯和煤的共同采集

在现阶段，我国煤矿煤层的开采过程中出现了变质高、渗透率低及气体的饱和度较小的特点，同时大多数的煤层渗透率在1以下，这样在共同采集煤层和瓦斯的过程中给瓦斯的开采带来了一定的影响。正是这个原因使得我国已经开钻的很多口井中较少能够出现稳产和高产井。根据相关经验证明，煤层的开采会给岩层的移动带来一定的影响，在渗透率较低的情况下，渗漏系数也会成倍至几十倍的增加，这就为瓦斯的移动和抽取创造了一定的条件。所以将瓦斯和煤层进行同时开采，不仅能够在一定程度上保证矿井的安全，还能够采集较为干净的能源。所以通过利用岩层的特点开采煤层气将是我国煤层开发的重要途径之一。

3.5地下煤炭气化技术

地下煤炭气化技术是现代重要的一种绿色开采技术。它的使用原理是在地底下进行热化学反应即在原来的位置将煤炭转移为可燃气体的先进技术，这能够在一定程度上改善传统的采煤方式。并能够改善井下工程的数量同时还可以减少艰苦作业的程度，除此之外，还能减轻煤炭开采过程中对环境的污染和破坏。经过10多余年的发展，煤炭地下气化技术有了一定的发展并积累了相关经验，为我国以后煤炭先进技术的发展奠定了一定的基础。在地下气化技术的发展方向，今后应解决的问题主要有：（1）热值的提高和将生产的气体变成适合于用户使用的气体；（2）科学化、规划化和标准化的行之有效的测控系统的建立，同时需将重点放在燃烧值和速度的控制技术上；（3）对燃烧处理后的气化炉体结构和地面的沉降情况进行研究；（4）对在地下煤炭气化技术生产过程中的致癌物质进行处理使其不对地下水源等产生污染，同时对在燃烧过程中对产生的二氧化碳进行处理，减少对空气的污染。

4.绿色开采技术的发展的前景及方向

在煤矿开采技术的发展过程中其应用前景十分的强大，但是同时在该工作的进行过程中也面临着很多问题和困难。要对不同的煤矿特点进行区分，并需要采用不同的绿色开采技术。对于高瓦斯矿井而言，需要将含有一定甲烷数量的瓦斯作为可利用的资源，将害处变为益处，实现煤与瓦斯的共同开采，将瓦斯作为一种新能源进行使用，不仅可以将其进行发电，还可以将其作为各种工业、化学用品和具体的生活原料等。所以在开采瓦斯和煤层的过程中，必须根据岩层的运动特点将其开采出来，将巷道内的瓦斯数量减少到一定的数量，能够在一定程度上对事故进行预防，让处于高密度的瓦斯变成低密度，实现煤层的安全生产。

在生产过程中，要根据煤层的具体条件，采取适宜的保水开采技术。保水开采指的是通过采用适宜的采煤工艺措施同时使用较合适的地面注浆措施，即在煤炭的开采过程中不破坏地下和地表的水资源，从而在一定程度上对矿井水资源进行保护和综合利用。在对煤层进行开采之后，在关键层断裂之后，将在上覆岩层中形成漏斗状的水层，地下水位在开采后的恢复工作是在工作面的推进过程中逐渐完成的，同时要对上覆岩层进行检查，确定其中是否存在着软弱岩层，若有软弱岩层存在，需要将导致裂缝产生的压实层进行隔离以形成隔水带。在开采过程中将井下采空区贯穿地表的裂缝进行处理，顶部上层中含水层中的水分在裂缝中进行漏失，从而造成该部分区域的地下水面出现干枯症状。对于干枯缺水矿层必须采用保水措施进行开发利用，同时要将保水区域作为重点的绿色矿区进行开发。

在具体的开采过程中，针对存在的施工措施需要在充填条的作用下进行开采等建筑物保护技术。通常情况下将减沉技术用于条带的开采和填充，在条带开采中主要的限制因素在于较低的采出率及对大量煤炭资源的浪费等。使用传统的全部填充的办法出现的主要问题有：填充过程中需要大量的填充材料，现有的各种填充技术不能适应高效采矿的需要。所以在绿色煤矿技术的开采过程中需要根据具体的情况使用合适的技术。

5.结语

随着我国社会经济的不断发展，在我国可持续经济总战略下，完成“矿业绿色开采”是我国社会、经济及生态环境所需要的共同目标，是切实构建我国环境友好型、资源节约型、能源创新型国家的必然趋势，要想做到绿色开采，首先需要相关部门提高经济及资源支持，其次需要相关工作人员切实加强学习研究并攻克各种技术，另外还应鼓励相关人员到煤矿一线进行实地研究，最终理论结合实际，共同研究出绿色开采的相关技术，并且在条件允许的情况下，加以推广利用。 [科]

【参考文献】

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