煤層開采采煤方法的選擇、運用

胡國良（江西煤業(yè)集團有限責任公司豐城礦務局 江西豐城 331136）

引言

煤炭工業(yè)在我國的國民經(jīng)濟中是最為重要的基礎產(chǎn)業(yè)之一，對我國煤炭開采技術進行不斷探索，使高效開采的目標得到有效實現(xiàn)，并進一步加強采煤安全與環(huán)境保護工作的力度，無論是對國民經(jīng)濟建設水平的提升，還是對煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，都將起到積極的推動和促進作用。受綠色開采、環(huán)保開采技術尚未普及的影響，國內的采煤作業(yè)往往會對周圍環(huán)境造成不同程度的威脅，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）危害水資源。采煤作業(yè)對于水資源的危害體現(xiàn)在地下水位下降以及地下、地表水資源污染兩個方面，輕者引起農(nóng)作物減產(chǎn)、破壞地表植被，重者還會導致土壤沙化的惡劣后果。（2）危害土地資源。采煤作業(yè)對于土地資源的危害較為突出，如地表塌陷、矸石山占地等。（3）排放有毒有害氣體。伴隨著采煤作業(yè)，礦井中存在的有毒、有害氣體會經(jīng)通風系統(tǒng)直接排入大氣。在政府部門大力提倡可持續(xù)發(fā)展的今天，如何實現(xiàn)煤礦企業(yè)經(jīng)濟和社會效益的統(tǒng)籌兼顧，就成為了擺在產(chǎn)業(yè)相關部門面前的一道亟待解決的問題，而綠色、環(huán)保采煤技術的應用無疑是一種切實有效的解決方案。

一、綠色開采及相關技術的選擇與應用

所謂綠色開采，就是指對環(huán)境經(jīng)濟中的綠色工業(yè)原則進行嚴格的遵循，實現(xiàn)生產(chǎn)活動與環(huán)境保護的協(xié)調一致，最大程度實現(xiàn)兼顧高效生產(chǎn)與最低污染的工作目標。從廣義的角度來看，綠色開采技術是指對煤礦開采過程中一切可供使用的資源進行有效利用，避免或盡可能降低采煤活動對周圍環(huán)境的影響，使煤礦的社會效益和經(jīng)濟效益能夠得到更好的實現(xiàn)。根據(jù)各自環(huán)保目標的不同，目前較為成熟的綠色開采技術可劃分為以下幾種類型：

1.保水開采技術

保水開采的目標是在有效保護水資源的同時，實現(xiàn)采場突水的防治，使采煤作業(yè)對礦區(qū)水文環(huán)境的擾動量始終低于區(qū)域水文環(huán)境容量。保水開采技術基于對地下水漏斗形成機理以及開采后上覆巖層破斷規(guī)律的研究，主要從地面注漿、采煤方式等方面進行改進，最終實現(xiàn)礦井水資源綜合利用與保護的目標。目前，保水開采技術主要包括以底板加固為主導技術的保水開采、減小導水裂隙帶高度的保水開采等，實現(xiàn)途徑主要為對開采區(qū)域進行合理選擇以及預留防水（砂）煤（巖）柱。

2.保護土地及建筑物開采技術

首先，充填開采。開采厚度與地表下沉問題間存在正相關的關系。當頂板的管理采用全部冒落法進行時，地表下沉量一般可達到采高的60～80%。而在改用水砂充填法后，地表下沉量則可減少到采高的8～20%。在采用充填采煤法時，采空區(qū)的填充程度將直接影響地表下沉量的控制水平，一般來說，采用密實水砂充填，地表下沉系數(shù)為0.02；采用矸石風力充填，地表下沉系數(shù)為0.6。

其次，條帶開采。條帶開采是我國采煤作業(yè)中對地表沉陷進行控制的重要技術，該技術的主要原理為：對需要開采的各層進行劃分，使其成為條帶狀。在開采過程中，按照采一條、留一條的方式進行作業(yè)，保留下來的條帶狀煤柱具有對上覆巖層的支撐功能。這樣起來，地表的移動和變形問題就得到了有效控制，覆巖沉陷問題的發(fā)生率有效降低，最終實現(xiàn)保護地面的工作目標。

第三，限厚開采。煤層開采厚度的確定以滿足建筑物所要求的保護等級以及不產(chǎn)生地表積水為依據(jù)，僅對確定厚度的煤進行開采，以此實現(xiàn)避免地表沉陷、保護土地資源和建筑物的目的。

第四，三步法開采。三步法開采的作業(yè)流程為小條帶開采→注漿充填采空區(qū)→開采剩余條帶，具體來說，就是進行條帶狀工作面的設置，開采結束后，對采空區(qū)進行注漿充填和加固，使破裂巖體的承載能力得到有效恢復，通過覆巖結構控制上覆巖層的移動。

最后，覆巖離層注漿。覆巖離層注漿就是通過地面鉆孔的方式，將液體充填材料高壓注入采空區(qū)上方覆巖中的離層帶，以此實現(xiàn)控制覆巖下沉和地表沉降的目標。

3.煤與瓦斯協(xié)調開采技術

煤與瓦斯協(xié)調開采技術主要涉及井下瓦斯抽采技術、地面鉆井瓦斯抽采技術兩方面內容。其中，井下瓦斯抽采技術以國內煤層氣滲透率較低的特點為依據(jù)，利用采煤作業(yè)增大煤層滲透性的特點，對卸壓瓦斯進行同步采集。地面鉆井瓦斯抽采技術涉及鉆井、完井、采氣、地面集氣處理生產(chǎn)系統(tǒng)，在礦區(qū)和非采煤作業(yè)區(qū)均可應用。

4.潔凈開采技術

潔凈開采技術是指在源頭上控制采煤作業(yè)引起的污染問題，將采煤對周圍環(huán)境的污染和危害降到最低水平，同時使開采質量得到最大程度的提升的一種煤礦開采技術。

首先，礦井的開拓與巷道的布置。（1）全煤巷開拓。該方案是實現(xiàn)礦井清潔開采的最優(yōu)選擇，全部巷道均設置在煤層當中，這種做法不僅能夠有效降低環(huán)境危害，而且建設周期短，采煤作業(yè)在建設期內即可開展，經(jīng)濟和社會效益非常可觀。（2）以自然條件作為采區(qū)邊界的劃分依據(jù)，即沿著火成巖侵入帶、變薄帶、斷層帶進行巷道的開拓。（3）煤層配采。以煤層集中巷替代巖石集中巷進行采區(qū)準備，以實現(xiàn)減少矸石的工作目標。

其次，采掘工藝。采煤工藝直接影響著地面環(huán)境和原煤質量，只有根據(jù)煤礦自然條件和企業(yè)技術條件對采煤方法進行合理選擇，才能真正實現(xiàn)清潔開采。對于半煤巖巷、煤巷而言，無論是機掘還是炮掘，只要技術得當，同樣可以做到煤巖的分掘和分運，實現(xiàn)矸石不出井的目標。其中，半煤巖巷道可采取寬巷掘進或分掘、分運；全煤巷道只要不涉及破底挑頂，同樣能夠高水平的完成煤中矸石分揀任務，提升掘進煤質量。

第三，井下矸石充填。（1）采空區(qū)條帶充填技術。所謂采空區(qū)條帶充填技術，就是在煤層采出后、頂板冒落前，對采空區(qū)的部分空間充填矸石材料，形成具有支撐覆巖功能的條帶狀充填結構。只要條帶狀結構能夠得到長期穩(wěn)定的維持、未充填采空區(qū)寬度小于覆巖關鍵層的初次破斷跨距，就可以實現(xiàn)控制地表沉陷的目標。（2）條帶開采冒落區(qū)注漿充填技術。目前，國內建筑物下壓煤開采普遍應用條帶開采技術，該技術的缺點在于，煤礦的采出率一般不超過50%。而條帶開采冒落區(qū)注漿充填就是在采用條帶開采模式的情況下，通過井下或地面鉆孔的方式，對采出條帶已冒落采空區(qū)的破碎矸石進行注漿充填，通過共同承載體的形成使留設條帶的寬度得到有效縮短，最終實現(xiàn)提高采出率的目標。

5.煤炭地下氣化技術

該技術指的是在各層付存點直接獲取可燃氣體，即在井下使固態(tài)礦物能源變?yōu)闅鈶B(tài)能源，并通過鉆孔直接輸送至地面。煤炭地下氣化技術的工作原理是：通過燃燒等手段，將高分子的原料煤轉化為低分子氣體，根據(jù)氣化原理，想要對該技術進行運用，就必須在井內建設煤氣發(fā)生爐，即將地面的生產(chǎn)車間搬至地下。目前，國內煤礦大多采用礦井式、無井式兩種氣化方法。其中，礦井式是指由地面向煤層鑿進，完成井筒的設置后，通過煤層平巷進行連通，隨后點燃煤層并產(chǎn)生煤氣，該方法的缺陷在于存在一定的漏氣可能。無井式氣化方法將井筒用鉆孔替代，并完成兩鉆孔間的連通，隨后點火形成火道進行燃燒。

結語

綠色開采技術的研發(fā)和應用已經(jīng)成為煤礦開采的未來發(fā)展趨勢，相信隨著相關技術方法的不斷研發(fā)和完善，綠色開采技術將會在我國的煤礦工業(yè)中得到進一步的推廣和應用，為實現(xiàn)煤礦企業(yè)社會和經(jīng)濟效益的雙豐收作出更大的貢獻。

［1］高永格、常猛，等.淺析綠色開采技術及發(fā)展前景［J］.江西煤炭科技，2013，(4):111-112.

［2］郝永富.淺析我國煤礦的綠色開采技術［J］.科技資訊，2013，(24):76-76.