煤礦開采技術論文：淺析我國煤礦的綠色開采技術

煤礦開采技術論文：淺析我國煤礦的綠色開采技術
　摘　要：綠色開采是煤炭開采的發展方向,對提高煤炭采出率、保護生態環境和實現煤礦可持續發展都具有十分重要的意義。本文03manbetx 了綠色開采技術,總結了我國煤礦綠色開采方法的發展現狀,對科學采礦具有一定的指導意義。
關鍵詞:綠色開采;保水開采;煤與瓦斯共采;充填開采;煤炭地下氣化
煤炭開采造成岩層移動破壞,引起岩層中水與瓦斯的流動,導致煤礦瓦斯02manbetx.com 與井下突水02manbetx.com ;煤炭開采引起岩層移動,進而造成地表沉陷,導致農田、建築設施的損壞;煤炭開采形成的大量堆積在地麵的矸石,既占用良田,又造成環境汙染;隨著我國礦井開采深度的不斷增加,礦山壓力顯現及衝擊地壓等動力災害發生的頻次增加,強度增大,危及礦井的安全生產。上述問題若得不到有效解決,在未來幾十年內,隨著能源總需求和煤炭產量的不斷增長,煤炭資源開采所帶來的礦區安全和生態環境問題將更為嚴重,人類的生存和社會發展環境將受到嚴重威脅。
根據我國的能源資源狀況,煤炭作為我國最重要的一次性能源,在未來20年內,其在能源構成中的主體地位將不會改變。2020年我國煤炭消費量將達到40億t。屆時,煤炭產量很可能無法滿足工業需求。不能再單純地通過提高煤炭的產量緩解煤炭供應的壓力,而應該綜合考慮發展煤炭循環經濟,減少煤炭開采對環境的破壞,而且也應該把“發展煤炭循環經濟,實現煤炭綠色開采”作為理念,大力發展綠色的采煤技術。
1　煤炭綠色開采體係
煤礦綠色開采以及相應的綠色開采技術,在基本概念上是要從廣義資源的角度上來認識和對待煤、瓦斯、水等一切可以利用的各種資源。基本出發點是防止或盡可能減輕開采煤炭對環境和其他資源的不良影響。目標是取得最佳的經濟效益和社會效益。根據煤礦中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等,綠色開采主要包括以下內容:水資源保護—“保水開采”;瓦斯抽放—“煤與瓦斯共采”;土地與建築物保護—“充填開采”;排放矸石占用土地汙染環境—“煤炭地下氣化”等。2003年,中國礦業大學錢鳴高院士首次提出了煤礦綠色開采的概念和技術體係,隨後明確了實現煤炭資源開采和環境保護協調發展的綠色開采研究目標,為我國綠色開采技術的研究指明了方向。錢院士提出的綠色開采技術體係, 綠色開采理論依據:
(1)關鍵層理論。
(2)開采對岩層移動的影響及移動規律。
(3)水在裂岩體中的滲流規律。
(4)開采後岩層內節理裂隙分布發育規律等。
2　保水開采
保水采煤在不同的礦區有不同的技術內涵,缺水礦區要以水資源保護和利用為主;大水礦區,要以減少水資源破壞和防治水災害為主。因此,保水開采包含水資源保護、水資源利用(煤水共采)和水災害防治等多項重要內容。煤礦開采過程中破壞了地下含水層的原始徑流,大量排出地下水;采空區上方導水裂隙帶與地下水體貫通,形成大規模地下水降落漏鬥,造成區域含水層水位下降,直接影響到區域水文地質條件。采動影響穩定後產生的地表沉陷往往影響到地表水體(河流、湖泊、井泉等)的原來形態,造成部分溝泉水量減少甚至幹涸;影響當地居民正常的生產生活,進而影響區域植被生長,甚至土地沙漠化。我國大部分礦區處在幹旱半幹旱地區,而每年采煤破壞地下水22億m3,可見保水開采具有重要的意義。
3　煤與瓦斯共采
瓦斯既是礦井有害氣體也是潔淨能源。因此,應該使其資源化,其技術途徑有:
(1)采前抽采:若能在開采前將煤層內瓦斯抽出,則是利用瓦斯改善煤礦安全的最好辦法。但由於我國大部分煤體透氣性低,在本層內抽采瓦斯有難度。
(2)煤與瓦斯共采:開采後圍岩壓力降低,大量瓦斯在采空區釋放,有利於瓦斯抽采,因此形成煤與瓦斯共采體係。
(3)廢棄礦井抽采瓦斯。鑒於廢棄礦井煤層經過采動而充滿瓦斯,因而可以利用采動後岩體內裂隙場的分布及鑽孔,將瓦斯抽排管裝在井下、封閉井口後,抽出瓦斯。
(4)回風井回收瓦斯。
(5)煤與瓦斯共采的技術主要有:留巷鑽孔法、卸壓法等。
4　充填開采
我國多數煤礦存在建築物下、水體下、鐵路下壓煤的問題,充填采礦法對解決這類問題具有重要的意義。充填開采法是用充填材料充填采煤工作麵采空區的岩層控製方法。該法可以緩和工作麵支承壓力產生的礦壓顯現,改善采場和巷道維護狀況,有效減少地表下沉和變形,提高煤礦采出率,保護地麵建築物、構築物、生態環境和水體。按照充填材料的不同,充填采礦法分矸石充填、水砂充填和膏體充填。
4.1　矸石充填利用井下采空區處置煤矸石的充填采煤方法,既可以減少煤礦固體廢棄物排放,又可以減輕開采沉陷災害、提高礦井資源回收率,是實現煤礦綠色開采的關鍵技術途徑之一。
(1)拋矸機拋矸充填。將岩巷和半煤岩巷掘進矸石用礦車運至井下矸石車場,經翻車機卸載後,矸石經破碎機破碎,而後進入矸石倉。通過矸石倉下口,膠帶或刮板輸送機將破碎後的矸石運入上下山,而後由膠帶或刮板輸送機轉載進入采煤工作麵回風平巷,再由工作麵采空區可伸縮膠帶輸送機運至工作麵采空區拋矸膠帶輸送機尾部,由拋矸膠帶輸送機向采空區拋矸充填。
(2)刮板輸送機卸矸充填。充填裝備由後端帶懸梁的自移式液壓支架和充填刮板輸送機組成。在自移式液壓支架後端增加後懸臂等配件,采用可調高但掛鏈懸掛充填刮板輸送機溜槽,懸掛是為了增加充填垂直高度。輸送機中部溜槽按順序連接,並與機頭和機尾組成整部刮板輸送機。每2節中部溜槽設置1個溜矸孔,溜矸孔開在溜槽的中板上。由電機車牽引矸石礦車至采區矸石車場,通過翻車機卸載,矸石經轉載機、破碎機進入矸石倉。破碎後的矸石經上下山輸送機、平巷輸送機運至液壓支架後的充填刮板輸送機,在采空區卸載。
(3)風力拋矸充填。風力充填材料粒度的直徑不宜大於充填管道的1/2~1/3。並且要求充填材料沉縮率低、不自然、腐蝕性小。矸石經充填機、充填管路充填采空區。一般采煤機割兩刀煤充填一次,充填步距1.2~1.6 m,每次充填長度6~9 m,工作麵每向前推進50~100 m,充填機前移一次。機械矸石充填對充填材料要求不嚴格,使用設備也較少,在我國山東礦區發展較快,有推廣趨勢。
4.2　水砂充填水砂充填采煤法是利用水力通過管道把充填材料沙粒送入采空區的充填采煤法。我國早在20世紀初就開始應用水砂充填采煤法,目前水砂充填技術已經十分成熟。在地麵用礦車將采出、破碎及篩分後的成品砂運到貯砂倉貯存。在貯砂室,砂與水混合成砂漿,經充填管路送至工作麵采空區,並在采空區脫水,砂子形成充填體,廢水經采區流水上山和流水道流入采區沉澱池,經沉澱後,澄清的水流入水倉,用水泵經排水管將水排至地麵貯水池,以供循環利用。水砂充填采煤法充填致密,可減少煤塵危害,能有效地控製地表下沉和變形,但井上下充填係統複雜,設備及設施投資大,充填材料昂貴,提高了噸煤成本。
4.3　膏體充填膏體充填技術是1979年在德國的格倫德鉛鋅礦首先發展起來的,由於膏體充填具有料漿質量分數高、充填效率高、成本較低等優點,這項技術試驗成功以後在金屬礦山得到較快的發展,在包括中國在內的許多國家得到應用。為解放村莊壓煤,提高開采上限,提高煤炭資源采出率,延長礦井服務年限,太平煤礦與中國礦業大學合作開展了固體廢物膏體充填不遷村采煤技術的研究。太平煤礦膏體充填係統是我國煤礦第一個膏體充填示範工程,2006年5月工業性試采取得成功。膏體充填采煤技術主要由三部分組成,即充填材料、充填設備與工藝、采動岩層充填控製理論。膏體是由煤矸石、粉煤灰、水砂、水泥等組成,由地麵設備加工而成的類似牙膏的流體,具有十分良好的流動性和可泵性。充填時,膏體通過巷道中的管路,由充填泵提供動力,輸送到液壓支架後的采空區。膏體充填技術的核心是膏體充填材料,膏體充填材料的強度對膏體充填的效果起決定作用。膏體充填後,地表下沉減小。膏體充填開采是綠色開采技術的重要組成部分,是解決煤礦開采環境問題的理想途徑,是解決村莊等建築物下大量壓煤開采問題的迫切需要。
5　煤炭地下氣化
煤炭地下氣化是指將地下煤炭通過熱化學反應在原位把煤炭轉化為可燃氣體。可以部分消除煤炭開采對環境的汙染和煤炭燃燒對生態環境的不利影響與破壞。煤炭地下氣化是一種整體綠色開采技術。它開始於英國1912年,由於熱值低、成本高而未得到發展。我國於1958 -1960年曾在16個礦區進行試驗,於1962年停止,1984年又開始了新的試驗,1994年達到連續產氣295 d,產氣量為200 m3/h,熱值13. 81~17. 57 MJ /m3,采用的是有井式、長通道、大斷麵的煤炭地下氣化方法。2005年中國礦業大學與重慶中梁山礦業集團合作實現了連續穩定生產優質水煤氣和混合煤氣。但是,地下煤炭氣化燃燒產生的苯和酚是致癌物質,有可能毒化水資源;燃燒形成的大量二氧化碳對空氣也是嚴重的汙染。目前我國的地下氣化技術仍處於工業試驗階段,有很多問題需要去研究和探索。
6　結　語
資源與環境協調的綠色開采是解決煤炭開采環境問題的根本出路。要實現綠色開采,需要綜合研究和解決經濟與技術等方麵的問題。綠色采礦可以減少環境汙染,還能帶來良好的社會經濟效益。綠色采礦是形成綠色礦業及礦區綠色家園的重要組成部分,相信隨著綠色開采的不斷發展和完善,煤礦綠色開采一定會發揮它應有的作用,為人類與自然的協調發展做出貢獻。
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