煤炭绿色开采1

煤炭绿色开采摘要：绿色开采的理念是针对煤炭大量开采造成的环境问题提出的，本文阐述了煤炭绿色开采的重要性和现实意义，介绍了当前我国煤炭绿色开采的现状，分析了影响矿山发展绿色开采的关键因素，既自然因素、技术因素和法律体系因素，对科学采矿具有一定的指导意义。

关键词：绿色开采;内涵;必要性;现状;关键因素保水开采;煤与瓦斯共采;充填开采;煤炭地下气化煤碳是工业的粮食，改革开放以来，在我国的能源结构中煤炭约占70%到75%，我国是世界上少有的以煤碳为主要能源的国家。

近年来，随着煤炭的大量开采，资源的不断消耗，矿山生产已对环境造成了严重的破坏，因此，要想高效可持续发展就必须大力实施绿色开采，一时间，绿色开采成为了热点话题。

当前，我国的“绿色开采”尚处于起步阶段，诸多技术环节还有待完善，影响矿山绿色开采的关键因素也需进一步探讨和解决。

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,在未来几十年内,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。

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。

因此，提倡绿色开采，发展绿色开采对环境保护、减少浪费、高效可持续发展具有举足轻重的作用，同时，对我国煤炭事业的未来具有积极的推动作用和科学意义，总之，绿色开采已迫在眉睫。

何为“绿色开采”？煤矿绿色开采是从广义资源的角度上来认识和对待煤、瓦斯、水、矸石、土地、拌生矿产等一切可以利用的各种资源。

基本出发点通过绿色开采技术的应用，使煤炭开采对矿区环境的扰动量小于区域环境容量，实现资源开发利用最优化和生态环境影响最小化。

简单的讲就是合理利用资源，优化技术，高效、持续、协调的发展煤炭工业，减少对环境的破坏。

取得最佳的经济效益和社会效益。

由于科学技术的原因，我国的绿色开采起步比较晚，生产力水平还比较地下，多数企业仍把经济利益放在第一位，绿色开采的思想意识淡薄。

对于开采现状，生产力低、利用率低、安全性差、污染破坏严重的现象仍然存在。

近年来，煤炭企业纷纷重组整合，经过全面优化生产，上述问题有所改观，但要想实现真正的绿色开采还需全员动员，从思想上转变认识，努力提高技术，从而走新型工业化道路，建设绿色矿山体系。

影响矿山绿色开采的关键因素1自然因素包括煤层的地质构造、煤藏深度、煤化程度、煤层瓦斯含量、煤矿所处的地点、煤的灰分、水分、挥发分、煤的结构水文地质条件及煤中的矿物成分。

这些因素都是自然形成的，不是人为决定的，它在绿色开采中起着决定性作用，可以说，自然条件的好坏直接影响着矿山能否实施绿色开采技术。

2技术因素（人为因素）包括开采规模、采煤方法、开拓方式、通风系统的选择、采空区的处理、机械化程度及人员素质。

人员的技术水平是关系到生产系统能否发挥最大效能的重要因素，是绿色开采技术发展的关键[4]。

从总体上看，绿色开采技术主要包括以下内容:1)水资源保护－形成“保水开采”技术;2)土地与建筑物保护－形成离层注浆、充填与条带开采技术;3)瓦斯抽放－形成“煤与瓦斯共采”技术;4)煤层巷道支护技术与减少歼石排放技术;5)地下气化技术.绿色开采的技术体系。

2.1保水开采技术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。

近年来，我国研究人员将岩层控制关键层理论与采动岩体渗流理论相结合，为矿区水灾治理及水资源保护与利用提供了新的技术途径。

还通过建立保水开采的结构力学模型，提出保水开采机理，建立顶板含水层保水开采技术，以及以采煤工作面顶板含水层为主要研究对象，研究采动岩体关键层、含水层及隔水层的结构耦合效应等2.2充填与条带开采技术传统的长臂垮落式顶板控制方法常常会引起地表大面积沉降，影响地下水的径流，对环境造成不可恢复性影响。

绿色开采技术中的条带开采法是沿煤层的走向或倾向，将开采区划分为若干个宽度相等或不等的条带开采一条，保留一条，利用留下的条带煤柱支撑顶板，以达到减小地表沉降的目的。

这种方法的优势是简单易行，投资少等，但资源采出率低，对矿井顶板硬度要求较高，且随着开采面积的增大，老煤柱强度降低，支撑力下降，可能造成严重的大面积垮落事故。

相比而言充填开采具有更为广阔的发展前景，尤其对解决三下(建筑物下、水体下、铁路下)压煤有着独特的优势。

目前可行的充填方法可分为采空区充填和覆岩离层区填充。

现阶段研究重点在于研发新型充填材料，尽可能利用矿井固体废料，减少固体污染。

例如以固体废弃物(电厂粉煤灰、矸石等)为骨料，以PL、SL系列为胶结材料，形成固体废物膏体材料充填井下采空区，解决了地表开采沉陷、地下水流失破坏以及采出率低等重大科学技术问题。

2.3煤与瓦斯共采技术煤层气即瓦斯，长期以来被看作危害矿井安全的罪魁祸首，以往煤矿对其处理方法都是直接排人大气，这在一定程度上加剧了全球的温室效应，也是一种资源的浪费。

煤层气作为一种高效、清洁的能源，其中蕴藏着巨大的经济效益、环境利益。

我国的煤层气储量非常丰富，有着十分广阔的应用前景。

绿色开采技术中的煤与煤层气共采技术，利用煤炭开采过程中岩层移动形成的离层与裂隙分布规律，及开采卸压原理，使原聚集在煤炭微裂隙中的瓦斯通过“导气”裂隙逐步释放，实现煤与煤层气共采。

近年来，随着对关键层破断前后裂隙分布规律以及采动矿山压力引起的岩层移动规律的深入研究，我国学者提出了“0”形圈理论。

当采空区面积达到一定值后，“导气”裂隙的分布呈现“0”形圈特征它是正常回采期间邻近层卸压瓦斯流向采空区的主要通道，这对卸压瓦斯抽放具有重要意义。

2.4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。

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。

(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。

(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)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。

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。

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2.5地下气化技术煤炭地下气化技术是指采用有控制地燃烧处于地下的煤炭，使煤在热作用及化学作用下产生可燃气体，并将建井、采煤、气化三大工艺合而为一，变物理采煤为化学采煤。