论文部分内容阅读
摘要：绿色开采是煤炭开采今后的发展趋势，对提升煤炭采出率、保护生态环境及实现煤矿的良好发展有着较为关键的影响和作用。文章论述了绿色开采科技,归总了国内煤矿绿色开采办法的当下状况，针对科学采矿有着很大的参考性价值。
关键词:绿色开采；煤矿开采；煤与瓦斯共采；充填开采；煤炭地下气化
中图分类号：TU7文献标识码：A 文章编号：
煤炭开采导致岩层遭到一定程度的损坏，导致岩层中水与瓦斯的流动,造成煤矿瓦斯事故与井下突水事故；煤炭开采引起岩层移动,从而导致地表塌陷，导致弄条、建筑设施遭到损坏；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；随着国内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,在接下来的时间中，伴随着能源整体准求及煤炭产量的不停增加，煤炭资源开采将带来的矿区安全及生态方面的问题将更加严峻，人们的生活环境及社会未来的发展都会遭受很大的影响。
依据国内能源目前情况，煤炭是国内较为重要的一次性能源，在将来的几年中，煤炭将在能源构成当中的重要地位不会发生变化。2020年国内煤炭消费量将达到40亿t。那个时候，煤炭总量将没办法满足工业需求，所以不能够以单纯的以提升煤炭产量消除煤炭供应上的问题，而应当发展煤炭循环经济，减少煤炭采发对外界环境的不良影响，且应当将 “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科技。
1煤炭绿色开采体系
煤矿绿色开采以及相应的绿色开采科技,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环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。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科技体系,随后明确了实现煤炭资源开采和环境保护协调发展的绿色开采研究目标,为国内绿色开采科技的研究指明了方向。钱院士提出的绿色开采科技体系, 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。
2保水开采
保水采煤在不同的矿区有不同的科技内涵,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。
3煤与瓦斯共采
瓦斯既是矿井有害气体也是洁净能源。因此,应该使其资源化,其科技途径有:
(1)采前抽采:若能在开采前将煤层内瓦斯抽出,则是利用瓦斯改善。煤矿安全的最好办法。
(2)煤与瓦斯共采:开采后围岩压力降低,大量瓦斯在采空区释放,有利于瓦斯抽采,因此形成煤与瓦斯共采体系。
(3)废弃矿井抽采瓦斯。鉴于废弃矿井煤层经过采动而充满瓦斯,因而可以利用采动后岩体内裂隙场的分布及钻孔,将瓦斯抽排管装在井下、封闭井口后,抽出瓦斯。
(4)回风井回收瓦斯。
(5)煤与瓦斯共采的科技主要有:留巷钻孔法、卸压法等。
4充填开采
国内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。
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科技途径之一。
(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,在国内山东矿区发展较快,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。目前水砂充填科技已经十分成熟。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膏体充填膏体充填科技是1979年在德國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,这项科技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。
5煤炭地下气化
煤炭地下气化是指将地下煤炭通过热化学反应在原位把煤炭转化为可燃气体。可以部分消除煤炭开采对环境的污染和煤炭燃烧对生态环境的不利影响与破坏。煤炭地下气化是一种整体绿色开采科技。它开始于英国1912年,由于热值低、成本高而未得到发展。国内于1958 -1960年曾在16个矿区进行试验,于1962年停止,1984年又开始了新的试验,1994年达到连续产气295 d,产气量为200 m3/h,热值13. 81~17. 57 MJ /m3,采用的是有井式、长通道、大断面的煤炭地下气化方法。目前国内的地下气化科技仍处于工业试验阶段,有很多问题需要去研究和探索。
6结束语
资源与环境的和谐统一的绿色开采是消除煤炭开采环境矛盾的最好办法。要顺利开展绿色开采，需有效协调的探究和消除经济与科学技术上的一些问题。绿色采矿应当尽量避免对环境的影响和污染，还能够为人们带来较大的经济利益。绿色采矿是发展绿色矿业及矿区绿色家园的关键性举措。伴随着绿色开采的逐渐进行和完善，煤矿绿色开采必然会展现其有利的租用，为人类及社会与自然的和谐发展做出自身独特的贡献。
参考文献:
[1]刘开明.优化配煤生产优质焦炭[J].燃料与化工,2006,37(5):8-10.
[2]缪协兴,钱鸣高.中国煤炭资源绿色开采研究现状与展望[J].采矿与安全工程学报, 2009(3):1-13.
[3]黄庆享.煤炭资源绿色开采[J].陕西煤炭.2008(03):18-21.
[4]徐睿,谢亚涛,周坤鹏.煤炭绿色保水开采[J].矿业快报,2008(6):20-22.
关键词:绿色开采；煤矿开采；煤与瓦斯共采；充填开采；煤炭地下气化
中图分类号：TU7文献标识码：A 文章编号：
煤炭开采导致岩层遭到一定程度的损坏，导致岩层中水与瓦斯的流动,造成煤矿瓦斯事故与井下突水事故；煤炭开采引起岩层移动,从而导致地表塌陷，导致弄条、建筑设施遭到损坏；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；随着国内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,在接下来的时间中，伴随着能源整体准求及煤炭产量的不停增加，煤炭资源开采将带来的矿区安全及生态方面的问题将更加严峻，人们的生活环境及社会未来的发展都会遭受很大的影响。
依据国内能源目前情况，煤炭是国内较为重要的一次性能源，在将来的几年中，煤炭将在能源构成当中的重要地位不会发生变化。2020年国内煤炭消费量将达到40亿t。那个时候，煤炭总量将没办法满足工业需求，所以不能够以单纯的以提升煤炭产量消除煤炭供应上的问题，而应当发展煤炭循环经济，减少煤炭采发对外界环境的不良影响，且应当将 “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科技。
1煤炭绿色开采体系
煤矿绿色开采以及相应的绿色开采科技,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环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。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科技体系,随后明确了实现煤炭资源开采和环境保护协调发展的绿色开采研究目标,为国内绿色开采科技的研究指明了方向。钱院士提出的绿色开采科技体系, 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。
2保水开采
保水采煤在不同的矿区有不同的科技内涵,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。
3煤与瓦斯共采
瓦斯既是矿井有害气体也是洁净能源。因此,应该使其资源化,其科技途径有:
(1)采前抽采:若能在开采前将煤层内瓦斯抽出,则是利用瓦斯改善。煤矿安全的最好办法。
(2)煤与瓦斯共采:开采后围岩压力降低,大量瓦斯在采空区释放,有利于瓦斯抽采,因此形成煤与瓦斯共采体系。
(3)废弃矿井抽采瓦斯。鉴于废弃矿井煤层经过采动而充满瓦斯,因而可以利用采动后岩体内裂隙场的分布及钻孔,将瓦斯抽排管装在井下、封闭井口后,抽出瓦斯。
(4)回风井回收瓦斯。
(5)煤与瓦斯共采的科技主要有:留巷钻孔法、卸压法等。
4充填开采
国内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。
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科技途径之一。
(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,在国内山东矿区发展较快,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。目前水砂充填科技已经十分成熟。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膏体充填膏体充填科技是1979年在德國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,这项科技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。
5煤炭地下气化
煤炭地下气化是指将地下煤炭通过热化学反应在原位把煤炭转化为可燃气体。可以部分消除煤炭开采对环境的污染和煤炭燃烧对生态环境的不利影响与破坏。煤炭地下气化是一种整体绿色开采科技。它开始于英国1912年,由于热值低、成本高而未得到发展。国内于1958 -1960年曾在16个矿区进行试验,于1962年停止,1984年又开始了新的试验,1994年达到连续产气295 d,产气量为200 m3/h,热值13. 81~17. 57 MJ /m3,采用的是有井式、长通道、大断面的煤炭地下气化方法。目前国内的地下气化科技仍处于工业试验阶段,有很多问题需要去研究和探索。
6结束语
资源与环境的和谐统一的绿色开采是消除煤炭开采环境矛盾的最好办法。要顺利开展绿色开采，需有效协调的探究和消除经济与科学技术上的一些问题。绿色采矿应当尽量避免对环境的影响和污染，还能够为人们带来较大的经济利益。绿色采矿是发展绿色矿业及矿区绿色家园的关键性举措。伴随着绿色开采的逐渐进行和完善，煤矿绿色开采必然会展现其有利的租用，为人类及社会与自然的和谐发展做出自身独特的贡献。
参考文献:
[1]刘开明.优化配煤生产优质焦炭[J].燃料与化工,2006,37(5):8-10.
[2]缪协兴,钱鸣高.中国煤炭资源绿色开采研究现状与展望[J].采矿与安全工程学报, 2009(3):1-13.
[3]黄庆享.煤炭资源绿色开采[J].陕西煤炭.2008(03):18-21.
[4]徐睿,谢亚涛,周坤鹏.煤炭绿色保水开采[J].矿业快报,2008(6):20-22.