刍议煤矿绿色开采技术相关问题

摘要：目前我国煤矿开采的技术不容乐观，严重影响了安全以及生态环境，煤矿绿色开采是我国煤矿发展的必然方向。本文就我国煤矿开采的形式及存在问题做出了分析，并提出了绿色开采技术的内涵以及必要的技术措施。关键词：煤矿开采；绿色开采；主要技术

Abstract: The technology of mining of coal mine in China is not optimistic, seriously affecting the security and ecological environment, coal mining is the inevitable direction of the development of China's coal mine. This paper makes an analysis on the coal mining in China and existing problems, and puts forward the concept of green mining technology as well as the necessary technical measures.

Key words: coal mining; green mining; key technology

中图分类号：TU74

一、煤矿开采的主要形式及开采过程存在的问题

1.1煤矿开采的主要形式。（1）井下采煤。井下采煤的顺序。对于倾角10°以上的煤层一般分水平开采，每一水平又分为若干采区，先在第一水平依次开采各采区煤层，采完后再转移至下一水平。开采近水平煤层时，先将煤层划分为几个盘区，立井于井田中心到达煤层后，先采靠近井筒的盘区，再采较远的盘区。如有两层或两层以上煤层，先采第一水平最上面煤层，再自上而下采另外煤层，采完后向第二水平转移。按落煤技术方法，地下采煤有机械落煤、爆破落煤和水力落煤三种，前二者称为旱采，后者称为水采，我国水采矿井仅占1.57%。旱采包括壁式采煤法和柱式采煤法，以前者为主。壁式采煤法工作面长，一般100～200 m，可以容纳功率大，生产能力高的采煤机械，因而产量大，效率高。柱式采煤法工作面短，一般6～30 m，由于工作面短，顶板易维护，从而减少了支护费用，主要缺点是回采率低。（2）露天采煤。移走煤层上覆的岩石及覆盖物，使煤敞露地表而进行开采称为露天开采，其中移去土岩的过程称为剥离，采出煤炭的过程称为采煤。露天采煤通常将井田划分为若干水平分层，自上而下逐层开采，在空间上形成阶梯状。其主要生产环节首先用穿孔爆破并用机械将岩煤预先松动破碎，然后用采掘设备将岩煤由整体中采出，并装入运输设备，运往指定地点，将运输设备中的剥离物按程序排放于堆放场；将煤炭卸在洗煤厂或其他卸矿点。主要优缺点：优点为生产空间不受限制，可采用大型机械设备，矿山规模大，劳动效率高，生产成本低，建设速度快。另外，资源回采率可达90%以上，资源利用合理，而且劳动条件好，安全有保证，死亡率仅为地下采煤的1/30左右。主要缺点是占用土地多，会造成一定的环境污染，而且生产过程需受地形及气候条件的制约。在资源方面，对煤赋存条件要求较严，只宜在埋藏浅，煤层厚度大的矿区采用。 1.2 我国煤矿开采存在的问题。（1）安全问题。中国煤矿的安全事故有着生产工艺落后、安全生产意识薄弱、科学技术投入不足、经营管理不善等诸多客观原因；同时，由于煤炭的开采造成了上覆岩层的移动破坏，破坏了地下含水层原始的径流通道以及瓦斯的流动，造成了许多煤与瓦斯突出、透水以及冲击地压灾害事故的发生。矿井采掘引起的水土流失、地面塌陷、沙漠化以及煤矸石露天污染等生态环境问题也日益突出。（2）环境问题。中国煤炭地下开采的采空区主要采用全部冒落法管理顶板，造成地面的塌陷和沉降，引发了井水水位下降，铁路、桥梁和地面管网设施以及地面建筑的破坏，据统计，2010年中国有16000余座煤矸石山，历年累计堆放的煤矸石量约45亿t，约有140多座煤矸山具有自燃现象，占用土地面积约1．5万km2，瓦斯及煤矸石自燃产生的硫化物直接排放造成了严重的大气污染。

二、煤矿绿色开采的概念和内涵煤矿绿色开采，基本出发点是从开采的角度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、环境效益和社会效益。绿色开采的内涵是减少采煤对环境的破坏，形成一种使资源与环境相互协调的开采技术。主要表现在：改革开采技术减轻对水土的破坏和地表的扰动；减少废弃物排放；矿山废弃物的资源化利用，实现循环经济。其中，岩层控制理论是基础，改革开采技术是根本。

三、煤矿绿色开采的主要技术

3.1保水开采。资料显示，中国国有煤矿具有透水性危险的矿井占50%，且透水危险性越来越重。煤炭工业的发展依靠水资源的开发和利用，保水开采就是在采煤活动中对水资源进行保护和对矿井水进行资源化利用，特别是陕西、甘肃、内蒙古以及山西等缺水地区要注重对水资源的保护和利用，对于水资源丰富的地区要减少对水资源破坏的透水事故的发生，将保水开采技术作为绿色开采的重点。关键层理论认为，煤炭开采以后，破坏了原始的水体径流，随着上覆岩层中关键层的断裂，在该区域内会形成地下水的下降漏斗。地下水能否恢复，取决于随着工作面的推进，上覆岩层是否含有软弱岩层经过重新压实导致裂隙的闭合而形成隔水带。若存在隔水带，随着各种地表水及地下水的补给，水位逐渐恢复。若无软弱岩层，则不能形成有效的隔水带，造成水资源的渗漏干涸，需对裂隙进行注浆处理，技术难度较大，要实现保水开采，还需进行大量的研究。[本文转自：]

3.2煤与瓦斯共采。煤与瓦斯共采技术充分利用采煤过程中岩层移动以及破坏对瓦斯的卸压作用提高瓦斯的抽采率，在煤层开采时形成采煤和抽采瓦斯2个完整的开采系统，即形成“煤与瓦斯共采”技术。实践表明，一旦采掘活动引起岩层的移动，则会使渗透率很低煤层的渗透率增加数十倍，从而为瓦斯的运移和涌出创造条件，有利于瓦斯的抽采，而且抽采出的瓦斯作为一种洁净能源，被广泛地应用在工业各个领域。这对中国开展煤层瓦斯采前预抽是极为不利的，以袁亮院士为代表的科研项目组，提出的快速留巷Y型通风方式对卸压瓦斯的抽采，实现了煤与瓦斯的共采技术，在克服低渗透性瓦斯难抽采现状的同时，降低了瓦斯的安全隐患，改善了矿工的作业环境。实现煤与瓦斯的共采技术关键是提高煤层的透气性以及抽采工艺的优化，以节理裂隙分布规律和煤层卸压对瓦斯运移规律为理论基础，加强煤与瓦斯共采技术的创新。尤其针对全国的高瓦斯煤层，需要在实践中不断进行技术创新，增强煤层渗透率，提高瓦斯抽采率，加强煤与瓦斯共采技术的研究，争取最大限度地推广该技术的应用。

3.3充填开采。充填绿色开采技术为解决“三下”压煤问题、矸石山问题、地面沉降问题以及采空区瓦斯问题提供了有效的解决途径。充填开采是将煤矸石、粉煤灰以及河砂等充填材料用于充填采空区，从而提高资源的利用率、控制地面沉降与塌陷，同时还可以消耗地面的固体废弃物、建筑垃圾，降低对环境污染的绿色采煤技术。目前主要的充填方法按照充填材料的不同可分为水砂充填、矸石充填和膏体充填。水砂充填技术20世纪80年代起在中国开始应用，技术已经十分成熟，但水砂充填工艺复杂、设备、投资大充填系统复杂，难以实现大规模的应用，已经被逐渐淘汰。矸石充填可以减少矿井矸石山的堆放，提高回采率，减少对环境的污染，充填效果好，但是矸石充填会增加吨煤成本，大面积推广需要大量的矸石。上述充填技术为解决“三下”压煤和环境污染问题起到了积极的作用，在技术上仍需不断完善、创新，在推广应用上需要继续推进，对节约资源、保护环境具有重要意义。

3.4煤炭气化。煤炭的地下气化是将煤炭通过热化学反应在原地转化为可燃气体，而不用将其采出地面的绿色开采技术。该技术不仅减轻了矿工的劳动强度，而且降低了煤炭开采及煤炭燃烧对生态环境的破坏。但是该技术还不够成熟，还存在可燃气体热值不高，气化燃烧产生的致癌物质苯和酚对人体和环境造成危害等相关问题，因此，必须进一步研究和探讨相关问题，使煤炭气化技术日趋成熟。

3.5煤巷支护与矸石处理。煤巷支护对于实现煤矿的高效产能发挥重要作用，减少矸石量，就需要以煤巷取代岩巷，同时随着开采深度的增加，以高应力、快速成巷和软弱破碎围岩为特征动压巷道支护将成为研究的热点，需要研发各种高效的煤巷支护技术。在煤矿的采掘过程中，岩石巷道的开掘不可避免，就需要矸石的井下处理系统，通过沿空留巷和在条带煤柱内开掘矸石充填巷的方式实现无煤柱开采，从而实现煤矿

的绿色开采。

四、结束语

随着社会经济的发展，在可持续发展的总战略目标下，实现“绿色矿业”是社会、经济、环境共同的需要，是坚持以科学发展观统领经济发展全局，努力建设资源节约型、环境友好型社会，建设创新型国家的必然要求。要实现绿色开采，需要相关学者综合研究和解决政策、技术等诸多难题，花大力气开展相关技术和政策的研究和创新，另外国家还应在政策与税收等方面对绿色开采加以支持。