煤炭企業(yè)綠色開(kāi)采技術(shù)的研究

郭美娟　郭超

摘 要：礦產(chǎn)資源是自然資源的重要組成部分，隨著人類經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，礦產(chǎn)資源的需求量也越來(lái)越大，相應(yīng)的礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題也越來(lái)越突出，環(huán)境問(wèn)題不僅是礦業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要制約因素，更是影響人們生活質(zhì)量的重要因素，因此要實(shí)現(xiàn)礦業(yè)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，就必須走綠色礦業(yè)之路。

關(guān)鍵詞：煤炭企業(yè)；綠色開(kāi)采；礦業(yè)經(jīng)濟(jì)

煤炭資源的采出率低、資源就地轉(zhuǎn)化率低、破壞環(huán)境、開(kāi)采安全等是制約我國(guó)礦業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，因此采用新型開(kāi)采技術(shù)、提高煤炭資源的采出率、降低礦業(yè)生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響是實(shí)現(xiàn)礦業(yè)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要保證。

1 煤炭開(kāi)采主要造成的環(huán)境問(wèn)題

具體而言，煤炭開(kāi)采主要帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題主要包括三個(gè)方面：首先，對(duì)水資源造成污染。我國(guó)是一個(gè)淡水資源十分匱乏的國(guó)家，而在西北地區(qū)，煤炭產(chǎn)業(yè)集中，水資源問(wèn)題更加嚴(yán)重。這是因?yàn)槊旱V開(kāi)采地區(qū)本身水資源儲(chǔ)備量就比較少，煤礦開(kāi)采會(huì)導(dǎo)致地下水流失、污染，故導(dǎo)致水資源問(wèn)題越來(lái)越突出。其次，污染土地資源。煤礦過(guò)度開(kāi)采會(huì)導(dǎo)致土地塌陷，我國(guó)每年有數(shù)以萬(wàn)計(jì)的農(nóng)民失去賴以生存的耕地，且煤礦開(kāi)采會(huì)導(dǎo)致地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，引起地表下沉等地質(zhì)活動(dòng)，導(dǎo)致農(nóng)田耕地高低不平，甚至無(wú)法正常耕作。最后，污染大氣環(huán)境。煤礦開(kāi)采過(guò)程中排放出的煤層瓦斯和煤礦矸石的自燃會(huì)污染大氣環(huán)境，煤層氣是比一氧化碳更為嚴(yán)重的溫室氣體，也是煤礦重大安全事故的重要危險(xiǎn)因素。

2 煤炭綠色開(kāi)采體系

基于廣度的角度而言，煤礦綠色開(kāi)采是將煤、瓦斯、水等一切可利用資源充分利用起來(lái)，將煤炭開(kāi)采對(duì)環(huán)境的破壞降至最低程度，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益與生態(tài)效益的共贏。綠色開(kāi)采技術(shù)的理論基礎(chǔ)包括：煤炭開(kāi)采后巖層中裂隙發(fā)育規(guī)律及離層規(guī)律；巖層與地表移動(dòng)規(guī)律和開(kāi)采活動(dòng)之間的內(nèi)在關(guān)系；水與瓦斯在巖層中的滲流規(guī)律；巖層應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律及巖層控制技術(shù)等等。在煤炭開(kāi)采過(guò)程中，巖層會(huì)對(duì)頂板巖層乃至整個(gè)地表會(huì)起到控制作用，因此綠色開(kāi)采技術(shù)也被稱為“基于巖層控制的綠色開(kāi)采”，其對(duì)我國(guó)的煤礦開(kāi)采、礦業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的意義。

3 煤炭綠色開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用

煤炭綠色開(kāi)采技術(shù)發(fā)展到今天，應(yīng)用比較成熟、廣泛的包括以下幾種。

3.1 保水開(kāi)采技術(shù)

在礦井開(kāi)采過(guò)程中常見(jiàn)的水體類型包括兩種，即地表水與地下水，而保水開(kāi)采技術(shù)主要是以防治采場(chǎng)突水的基礎(chǔ)上加強(qiáng)水資源的保護(hù)，以將煤炭開(kāi)采過(guò)程中對(duì)水文環(huán)境的干擾降至最低。此外，保水開(kāi)采技術(shù)的研究重點(diǎn)還包括地下水與礦井開(kāi)采的關(guān)系，合理選擇開(kāi)采區(qū)域，實(shí)現(xiàn)水資源的保護(hù)。保水開(kāi)采技術(shù)要點(diǎn)包括以下幾種：首先，針對(duì)不同的地質(zhì)環(huán)境條件，選擇不同的開(kāi)采技術(shù)。針對(duì)含有厚度較大隔水層或不存在含水層的區(qū)域主要采用保水開(kāi)采；針對(duì)有含水層分布，但隔水層厚度較小的則要充分研究其覆巖破壞規(guī)律、水位等情況，再進(jìn)行保水開(kāi)采；針對(duì)富含水但煤層較淺的地區(qū)，則要先解決地下水的滲漏問(wèn)題再進(jìn)行開(kāi)發(fā)，以防止地下水滲漏等。其次，留設(shè)防水安全煤巖柱?？梢岳勉@孔沖洗液法將裂隙帶高度確定下來(lái)，再利用厚松散層下近風(fēng)化帶保水開(kāi)采GIS技術(shù)設(shè)計(jì)安全煤巖柱，一般情況下防水煤巖柱要大于導(dǎo)水裂隙最大高度與保護(hù)層厚度之和，防砂煤巖柱則要大于垮落帶高度與保護(hù)層厚度之和，并根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置防塌煤巖柱。最后，保水開(kāi)采的開(kāi)采方法主要采用減小導(dǎo)水裂隙帶高度的方法，其關(guān)鍵技術(shù)以底板加固為主導(dǎo)進(jìn)行保水開(kāi)采，此外，條帶開(kāi)采也是一種有效的保水開(kāi)采方法。

3.2 煤與瓦斯共采

雖然瓦斯會(huì)對(duì)礦井安全生產(chǎn)產(chǎn)生一定的制約作用，但其也是一種儲(chǔ)量巨大的清潔能源。煤礦生產(chǎn)中為了防止瓦斯爆炸，一般會(huì)通過(guò)通風(fēng)系統(tǒng)將瓦斯排放到大氣中，以降低瓦斯?jié)舛?，但是瓦斯是一種溫室氣體，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞，因此綠色開(kāi)采技術(shù)中一項(xiàng)重要技術(shù)就是瓦斯的抽采問(wèn)題。通過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)及模擬可知，煤層開(kāi)采會(huì)導(dǎo)致采場(chǎng)周邊巖層移動(dòng)，裂隙發(fā)育也會(huì)導(dǎo)致煤層滲透率成十倍，甚至數(shù)百倍的增加，在這種條件下，瓦斯會(huì)由原來(lái)的吸附狀態(tài)變?yōu)橛坞x態(tài)，為煤層氣的運(yùn)移創(chuàng)造了條件，因此在煤層氣開(kāi)采過(guò)程中將巖層運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)充分利用起來(lái)，將成為我國(guó)煤層氣抽采的重要途徑。煤與瓦斯共采的關(guān)鍵措施包括建立有效的地質(zhì)保障系統(tǒng)、優(yōu)化礦井開(kāi)拓方案、抽放瓦斯等。在開(kāi)采前先對(duì)開(kāi)采區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)勘察，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)煤層分布范圍及厚度，從而預(yù)測(cè)出瓦斯的分布情況；對(duì)礦井開(kāi)拓方案進(jìn)行優(yōu)化，以縮短工程量；并根據(jù)流場(chǎng)數(shù)值模擬軟件模擬結(jié)果在瓦斯豐富的地區(qū)鉆孔抽放瓦斯，提高抽采率。

3.3 充填開(kāi)采

煤炭資源存儲(chǔ)于地表下，有時(shí)可能存儲(chǔ)于建筑物、基礎(chǔ)設(shè)施或水體下，開(kāi)采過(guò)程中需要將土體挖空才能開(kāi)采出更多的煤炭資源，相應(yīng)的必須進(jìn)行及時(shí)的填充，才能保證開(kāi)采區(qū)域的安全性，否則易發(fā)生重大安全事故。充填開(kāi)采技術(shù)主要是利用充填材料將采煤工作面采空區(qū)的巖層充填起來(lái)，以緩和工作面支承壓力產(chǎn)生的礦壓顯現(xiàn)，且對(duì)采場(chǎng)及巷道維護(hù)也可起到改善作用，從而起到控制地表下沉、變形的作用，在保證煤礦采出率的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)地面建筑物、構(gòu)筑物、水體及生態(tài)環(huán)境加強(qiáng)保護(hù)。根據(jù)充填材料不同，充填采礦法可分為矸石充填、水砂充填、膏體充填等，其中又以矸石充填最為常用，其主要是利用井下采空區(qū)處置的煤矸石進(jìn)行充填采煤。

總之，煤炭開(kāi)采絕不能以犧牲環(huán)境為代價(jià)，在這樣的一種背景下其根本出路就是發(fā)展煤炭綠色開(kāi)采技術(shù)。但是我們必須清楚地認(rèn)識(shí)到，我國(guó)的煤炭綠色開(kāi)采技術(shù)本身還比較落后，沒(méi)有從根本上扭轉(zhuǎn)煤炭行業(yè)在發(fā)展過(guò)程中面臨的環(huán)境困局。為此，必須要繼續(xù)開(kāi)展相關(guān)領(lǐng)域的理論研究，積極進(jìn)行技術(shù)實(shí)踐，爭(zhēng)取早日走出一條煤炭綠色發(fā)展之路。

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