浅析煤矿开采技术及绿色开采技术

摘要：在当今社会发展的新形式下新矿开采的技术和完善始终是开采学科发展的主题。在发展采煤工艺的同时，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的提高。

关键词：采煤工艺 膏体充填 绿色开采

现阶段开采技术，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。

深矿井开采的关键技术是；煤层开采的矿压控制、冲击地压防止、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。“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深陷规律，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，适合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深陷控制、开采村庄下压煤、土地复垦和矿井水资源优化等关键技术。

采场围岩控制技术，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、现代数学力学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。研究坚硬顶板与破碎顶板条件下应用高技术地成本岩层控制技术，目前，由于应用高压注水、深孔预裂爆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。放顶煤开采岩层和支护一围岩相互作用机理，研究放顶煤开采力学模型、围岩应力、顶煤破碎机理、支架一顶煤一直接顶一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。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、小型方向发展。冲击低压的预测和防，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。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。

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。

针对坏境的影响所畅导的绿色开采技术，绿色开采是煤矿开采的发展方向，对提高煤炭采出率、保护生态坏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；煤矿开采形成的大量堆积在地面的矸石，即占有良田，又造成坏境污染；随着我过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濒次增加，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坏境问题更为严重，人类的生存和社会发展坏境降受到严重威胁。

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坏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，绿色开采主要是包括以下内容：水资源保护一“保水开采”；瓦斯抽放一“煤与瓦斯共采”;土地与建筑物保护一“充填开采”；排放矸石占用土地污染坏境一“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坏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

我国多数煤矿都存在着建筑物下、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。充填开采发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、生态坏境和水体。按照充填材料的不同，充填采矿法分矸石充填、水沙充填、和膏体充填。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）抛矸几抛矸填充

（2）刮板输送机卸矸充填

（3）风力抛矸充填

水沙充填采煤法是利用水力通过管道吧充填材料沙粒送入采空区得充填采煤法。

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、成本较低等优点是绿色开采中技术中的重要组成部分，是解决煤矿开采坏境问题的理想途径，是解决村庄等建筑物下大量压煤开采问题的迫切需要。

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不会改变。2020年我过煤炭消费量将达到40亿吨，煤炭产量很可能无法满足工业需求。不能再单纯的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，减少煤炭开采对坏境的破坏，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。

资源和坏境协调的绿色开采是解决煤炭开采坏境问题的根本出路。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。绿色采矿可以减少坏境污染，还能带来良好的深灰经济效益。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，详细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，为人类和自然的协调发展做出贡献。