王克

【摘 要】煤炭是一次性能源，根據(jù)有關(guān)資料顯示，2020年我國(guó)的煤炭消費(fèi)量將會(huì)增至五十億噸以上，屆時(shí)煤炭的生產(chǎn)將無(wú)法滿足社會(huì)需求，過(guò)度并且漫無(wú)目的開采不但會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成極大的破壞，而且會(huì)給后續(xù)煤炭資源的開發(fā)和利用帶來(lái)一定的困難?；诖?，本文首先就致富露天煤礦開采情況做了簡(jiǎn)介，其次詳細(xì)的敘述了煤礦綠色開采的內(nèi)涵及技術(shù)構(gòu)成，最后重點(diǎn)闡述了在煤礦綠色開采過(guò)程中的發(fā)展前景和主要方向，以其為同行綠色煤礦開采技術(shù)的運(yùn)用提供一定的借鑒。

【關(guān)鍵詞】綠色開采；關(guān)鍵層理論；巖層移動(dòng)；開采技術(shù)運(yùn)用

煤炭是大自然賦予我們的寶貴財(cái)富，其是工業(yè)的支柱，煤炭作為一種不可再生資源，在過(guò)去的采挖當(dāng)中，煤礦滲水事故不斷發(fā)生，煤礦瓦斯爆炸頻繁出現(xiàn)，各種矸石堆積造成生態(tài)破壞，致使地球傷痕累累，環(huán)境污染嚴(yán)重。因此，發(fā)展煤礦綠色開采技術(shù)，使其成為今后煤礦開采主要方式。煤礦綠色開采技術(shù)運(yùn)用的意義是在保護(hù)生態(tài)環(huán)境的前提下，增強(qiáng)煤礦煤炭采出率，實(shí)現(xiàn)煤礦綠色、健康、可持續(xù)發(fā)展。

1.致富露天煤礦簡(jiǎn)介

致富煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗境內(nèi)，東勝煤田勃牛川普查區(qū)外圍，具體位置在勃牛川以東、納戶溝以西以瓦窯圪堵為中心的一帶地區(qū)，行政區(qū)劃隸屬準(zhǔn)格爾旗納日松鎮(zhèn)（原大路峁鄉(xiāng)）。據(jù)現(xiàn)在有關(guān)資料表明，礦區(qū)所在地區(qū)氣候干燥、冬寒夏熱，晝夜溫差較大，多風(fēng)少雨，沙塵暴時(shí)有發(fā)生。致富露天煤礦現(xiàn)階段是露天開采煤礦，露天開采達(dá)不到國(guó)家關(guān)于煤況綠色開采技術(shù)的運(yùn)用?；诖?，本文結(jié)合致富煤礦露天開采過(guò)程對(duì)煤礦綠色開采技術(shù)進(jìn)行探討和分析。

2.煤礦綠色開采的內(nèi)涵及技術(shù)構(gòu)成

從廣義概念來(lái)講，在礦區(qū)范圍存在的煤炭、地下水以及煤層范圍的天然氣（瓦斯）、土地、煤層摻雜的煤矸石以及礦區(qū)周邊存在的其他礦均屬于該礦區(qū)進(jìn)行開發(fā)的對(duì)象，應(yīng)該被充分開發(fā)。而傳統(tǒng)的對(duì)礦井地下水及瓦斯的定義分別為：瓦斯是礦井中存在的一類以甲烷為主的有害氣體，地下水是根據(jù)礦井地下情況、涌水量的一類水害情況，這些概念均將這些資源限定為有害物質(zhì)，但是，顯然將它們單純的限定為有害物質(zhì)的情況是不正確的。

所謂煤礦綠色開采及綠色開采技術(shù)是相對(duì)傳統(tǒng)的廣義資源論上提出的，其從資源角度上正確認(rèn)識(shí)煤炭、瓦斯、地下水等一切在煤礦開采中的可利用資源均應(yīng)被開發(fā)利用；其出發(fā)點(diǎn)為盡最大可能減少煤礦開采時(shí)對(duì)生態(tài)環(huán)境及其它資源的不良影響；根本目的是為了獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益，按照煤礦開采中土地利用、地下水處理、瓦斯處理及矸石堆放等，煤礦的綠色開采技術(shù)主要分為以下內(nèi)容：（1）對(duì)于水資源的保護(hù)一般以“保護(hù)開采”為主；（2）對(duì)于土地及周邊建筑物的保護(hù)一般以“離層注漿，條帶及充填技術(shù)”為主；（3）對(duì)于瓦斯的處理，一般可采取“煤與瓦斯共采”技術(shù)為主：（4）一些地下氣化技術(shù)，這些技術(shù)組成了煤炭綠色開采的主題部分，其結(jié)構(gòu)表達(dá)如圖1所示：

3.煤礦綠色開采技術(shù)的重點(diǎn)運(yùn)用

3.1對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填技術(shù)

充填技術(shù)主要包括開采系統(tǒng)與充填系統(tǒng)的合理協(xié)調(diào)、充填運(yùn)輸系統(tǒng)的通暢及充填使用材料在填充完畢的處理技術(shù)等，如果可將上述問題解決將直接改變?cè)诎l(fā)達(dá)地區(qū)的煤礦開采難題。為了達(dá)到降低成本的目的，目前使用的充填技術(shù)主要為，按照巖層控制理論，僅僅進(jìn)行部分充填（條形充填），即僅對(duì)一些關(guān)鍵部位進(jìn)行充填，且保證充填帶的長(zhǎng)久穩(wěn)定，那么也可有效控制地表的沉陷。對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填技術(shù)是煤礦綠色開采技術(shù)進(jìn)行運(yùn)用的重點(diǎn)技術(shù)之一，特別是在一些經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)進(jìn)行開采之后，必須要重視對(duì)采空區(qū)的充填。充填采礦是解決煤礦開采后續(xù)問題的一項(xiàng)有效途徑，但是因?yàn)楝F(xiàn)有的充填采礦成本相對(duì)不理想，使得該項(xiàng)技術(shù)在運(yùn)用方面被限制。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)下，制約充填技術(shù)發(fā)展的根本是充填材料的選擇及怎樣減少充填成本，另外就是充填技術(shù)本身存在著一定的缺陷。

3.2煤礦開采地下水的處理

在煤層開采過(guò)程中，如果關(guān)鍵層面被破斷，在關(guān)鍵層內(nèi)的地下水層將形成下降漏斗，而且它是否可以恢復(fù)，則取決于開采工作的進(jìn)行。上表巖層是否存在軟弱巖層，經(jīng)過(guò)再次壓實(shí)之后引起裂隙閉合進(jìn)而出現(xiàn)隔水帶，如果存在隔水帶，則隨著地表水的再次補(bǔ)給，下降漏斗會(huì)不斷減小，最終消失。它對(duì)地面的影響與下降漏斗的出現(xiàn)大小及消失時(shí)間密切相關(guān)，致富露天煤礦地處我國(guó)內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾旗，該地區(qū)氣候干燥、冬寒夏熱、多風(fēng)少雨，因此如果出現(xiàn)地下漏斗，那么僅僅依靠雨水進(jìn)行補(bǔ)給是將會(huì)很困難。為了實(shí)現(xiàn)綠色開采的目的，就必須貫徹實(shí)行地下保水開采技術(shù)，即開采過(guò)后的地下水結(jié)構(gòu)在很短時(shí)間內(nèi)仍可恢復(fù)至原來(lái)狀態(tài)，因開采出現(xiàn)的地下漏斗會(huì)迅速恢復(fù)，最終實(shí)現(xiàn)綠色開采。最后在開采結(jié)束之后還需要對(duì)周邊地下水位進(jìn)行調(diào)研同時(shí)要對(duì)礦區(qū)周邊的各種生物諸如草、本等進(jìn)行管理，看是否對(duì)它們?cè)斐闪藰O大的影響，如果存在一定的影響，應(yīng)該采取合理的措施予以保護(hù)。

3.3建筑物地底下采煤與減沉技術(shù)

（1）在關(guān)鍵理論支持下的建筑物地底下采煤技術(shù)的設(shè)計(jì)原則是在巖層控制理論的指導(dǎo)下提出的，同時(shí)在采煤設(shè)計(jì)的過(guò)程中還可以將不破壞關(guān)鍵層作為開采的主要設(shè)計(jì)原理。在建筑物下采煤的過(guò)程中為取得較大的經(jīng)濟(jì)效益同時(shí)預(yù)防建筑物受到損害，需要在掌握具體建筑物低下結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵結(jié)構(gòu)層的特征參數(shù)并對(duì)它們進(jìn)行控制，并要使用減沉開采技術(shù)中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。（2）在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以根據(jù)關(guān)鍵層的位置對(duì)注漿減沉技術(shù)進(jìn)行確定，對(duì)離層和破斷特征參數(shù)進(jìn)行合理的掌握，同時(shí)需要對(duì)注漿減沉技術(shù)的各種適應(yīng)能力進(jìn)行不斷的分析和調(diào)整。

3.4瓦斯和煤的共同采集

在現(xiàn)階段，我國(guó)煤礦煤層的開采過(guò)程中出現(xiàn)了變質(zhì)高、滲透率低及氣體的飽和度較小的特點(diǎn)，同時(shí)大多數(shù)的煤層滲透率在1以下，這樣在共同采集煤層和瓦斯的過(guò)程中給瓦斯的開采帶來(lái)了一定的影響。正是這個(gè)原因使得我國(guó)已經(jīng)開鉆的很多口井中較少能夠出現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)井。根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)證明，煤層的開采會(huì)給巖層的移動(dòng)帶來(lái)一定的影響，在滲透率較低的情況下，滲漏系數(shù)也會(huì)成倍至幾十倍的增加，這就為瓦斯的移動(dòng)和抽取創(chuàng)造了一定的條件。所以將瓦斯和煤層進(jìn)行同時(shí)開采，不僅能夠在一定程度上保證礦井的安全，還能夠采集較為干凈的能源。所以通過(guò)利用巖層的特點(diǎn)開采煤層氣將是我國(guó)煤層開發(fā)的重要途徑之一。

3.5地下煤炭氣化技術(shù)

地下煤炭氣化技術(shù)是現(xiàn)代重要的一種綠色開采技術(shù)。它的使用原理是在地底下進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)即在原來(lái)的位置將煤炭轉(zhuǎn)移為可燃?xì)怏w的先進(jìn)技術(shù)，這能夠在一定程度上改善傳統(tǒng)的采煤方式。并能夠改善井下工程的數(shù)量同時(shí)還可以減少艱苦作業(yè)的程度，除此之外，還能減輕煤炭開采過(guò)程中對(duì)環(huán)境的污染和破壞。經(jīng)過(guò)10多余年的發(fā)展，煤炭地下氣化技術(shù)有了一定的發(fā)展并積累了相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，為我國(guó)以后煤炭先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展奠定了一定的基礎(chǔ)。在地下氣化技術(shù)的發(fā)展方向，今后應(yīng)解決的問題主要有：（1）熱值的提高和將生產(chǎn)的氣體變成適合于用戶使用的氣體；（2）科學(xué)化、規(guī)劃化和標(biāo)準(zhǔn)化的行之有效的測(cè)控系統(tǒng)的建立，同時(shí)需將重點(diǎn)放在燃燒值和速度的控制技術(shù)上；（3）對(duì)燃燒處理后的氣化爐體結(jié)構(gòu)和地面的沉降情況進(jìn)行研究；（4）對(duì)在地下煤炭氣化技術(shù)生產(chǎn)過(guò)程中的致癌物質(zhì)進(jìn)行處理使其不對(duì)地下水源等產(chǎn)生污染，同時(shí)對(duì)在燃燒過(guò)程中對(duì)產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)行處理，減少對(duì)空氣的污染。

4.綠色開采技術(shù)的發(fā)展的前景及方向

在煤礦開采技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中其應(yīng)用前景十分的強(qiáng)大，但是同時(shí)在該工作的進(jìn)行過(guò)程中也面臨著很多問題和困難。要對(duì)不同的煤礦特點(diǎn)進(jìn)行區(qū)分，并需要采用不同的綠色開采技術(shù)。對(duì)于高瓦斯礦井而言，需要將含有一定甲烷數(shù)量的瓦斯作為可利用的資源，將害處變?yōu)橐嫣?，?shí)現(xiàn)煤與瓦斯的共同開采，將瓦斯作為一種新能源進(jìn)行使用，不僅可以將其進(jìn)行發(fā)電，還可以將其作為各種工業(yè)、化學(xué)用品和具體的生活原料等。所以在開采瓦斯和煤層的過(guò)程中，必須根據(jù)巖層的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)將其開采出來(lái)，將巷道內(nèi)的瓦斯數(shù)量減少到一定的數(shù)量，能夠在一定程度上對(duì)事故進(jìn)行預(yù)防，讓處于高密度的瓦斯變成低密度，實(shí)現(xiàn)煤層的安全生產(chǎn)。

在生產(chǎn)過(guò)程中，要根據(jù)煤層的具體條件，采取適宜的保水開采技術(shù)。保水開采指的是通過(guò)采用適宜的采煤工藝措施同時(shí)使用較合適的地面注漿措施，即在煤炭的開采過(guò)程中不破壞地下和地表的水資源，從而在一定程度上對(duì)礦井水資源進(jìn)行保護(hù)和綜合利用。在對(duì)煤層進(jìn)行開采之后，在關(guān)鍵層斷裂之后，將在上覆巖層中形成漏斗狀的水層，地下水位在開采后的恢復(fù)工作是在工作面的推進(jìn)過(guò)程中逐漸完成的，同時(shí)要對(duì)上覆巖層進(jìn)行檢查，確定其中是否存在著軟弱巖層，若有軟弱巖層存在，需要將導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生的壓實(shí)層進(jìn)行隔離以形成隔水帶。在開采過(guò)程中將井下采空區(qū)貫穿地表的裂縫進(jìn)行處理，頂部上層中含水層中的水分在裂縫中進(jìn)行漏失，從而造成該部分區(qū)域的地下水面出現(xiàn)干枯癥狀。對(duì)于干枯缺水礦層必須采用保水措施進(jìn)行開發(fā)利用，同時(shí)要將保水區(qū)域作為重點(diǎn)的綠色礦區(qū)進(jìn)行開發(fā)。

在具體的開采過(guò)程中，針對(duì)存在的施工措施需要在充填條的作用下進(jìn)行開采等建筑物保護(hù)技術(shù)。通常情況下將減沉技術(shù)用于條帶的開采和填充，在條帶開采中主要的限制因素在于較低的采出率及對(duì)大量煤炭資源的浪費(fèi)等。使用傳統(tǒng)的全部填充的辦法出現(xiàn)的主要問題有：填充過(guò)程中需要大量的填充材料，現(xiàn)有的各種填充技術(shù)不能適應(yīng)高效采礦的需要。所以在綠色煤礦技術(shù)的開采過(guò)程中需要根據(jù)具體的情況使用合適的技術(shù)。

5.結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，在我國(guó)可持續(xù)經(jīng)濟(jì)總戰(zhàn)略下，完成“礦業(yè)綠色開采”是我國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)及生態(tài)環(huán)境所需要的共同目標(biāo)，是切實(shí)構(gòu)建我國(guó)環(huán)境友好型、資源節(jié)約型、能源創(chuàng)新型國(guó)家的必然趨勢(shì)，要想做到綠色開采，首先需要相關(guān)部門提高經(jīng)濟(jì)及資源支持，其次需要相關(guān)工作人員切實(shí)加強(qiáng)學(xué)習(xí)研究并攻克各種技術(shù)，另外還應(yīng)鼓勵(lì)相關(guān)人員到煤礦一線進(jìn)行實(shí)地研究，最終理論結(jié)合實(shí)際，共同研究出綠色開采的相關(guān)技術(shù)，并且在條件允許的情況下，加以推廣利用。 [科]

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