淺論煤礦綠色開采技術(shù)

高翔 郭慶

摘要：煤礦綠色開采是我國煤礦發(fā)展的必然方向，是和諧礦區(qū)建設(shè)的重要指導(dǎo)，有著以關(guān)鍵層理論為基礎(chǔ)的實(shí)施依據(jù)，框架體系內(nèi)主要技術(shù)的發(fā)展將為我國煤炭開采中實(shí)現(xiàn)安全高效、經(jīng)濟(jì)環(huán)保提供重要保障，達(dá)到煤炭行業(yè)“低開采、高利用、低排放”的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：煤礦;綠色;開采技術(shù)

綠色開采的內(nèi)涵是減少采煤對環(huán)境的破壞，為此形成一種使資源與環(huán)境相互協(xié)調(diào)的開采技術(shù)。近年來國內(nèi)外許多專家、學(xué)者對于礦產(chǎn)資源的開采、利用、環(huán)境、生態(tài)及可持續(xù)發(fā)展問題均有系統(tǒng)的研究，并提出綠色開采的概念。對于“綠色開采”盡管其表述各有不同，但總的來說，“綠色開采”即是一種綜合考慮資源效率與環(huán)境的影響的現(xiàn)在開采模式，其目標(biāo)是礦山開采過程中資源開發(fā)效率最高，對生態(tài)影響最小，并使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。而“綠色開采”的內(nèi)涵是努力遵循循環(huán)經(jīng)濟(jì)中綠色工業(yè)的原則，形成一種與環(huán)境協(xié)調(diào)一致的，努力實(shí)現(xiàn)“低開采、高利用、低排放”的開采技術(shù)。而綠色煤炭工業(yè)的核心是實(shí)現(xiàn)煤炭的綠色開采，擴(kuò)展途徑是大力發(fā)展綜合利用與深加工技術(shù)。綠色開采技術(shù)的理念提出后，已得到國際采煤界的認(rèn)同。

1煤炭綠色開采的概念和內(nèi)涵

從廣義資源的角度論，在礦區(qū)范圍內(nèi)的煤炭、地下水、煤層氣（瓦斯）、土地以至于煤矸石以及在煤層附近的其他礦床，都應(yīng)該是經(jīng)營這個(gè)礦區(qū)的開發(fā)對象而加以利用。煤礦綠色開采，基本出發(fā)點(diǎn)是從開采的角度防止或盡可能減輕開采煤炭對環(huán)境和其他資源的不良影響，目標(biāo)是取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。綠色開采的內(nèi)涵是減少采煤對環(huán)境的破壞，形成一種使資源與環(huán)境相互協(xié)調(diào)的開采技術(shù)。主要表現(xiàn)在：改革開采技術(shù)減輕對水土的破壞和地表的擾動(dòng);減少廢棄物排放;礦山廢棄物的資源化利用，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)。其中，巖層控制理論是基礎(chǔ)，改革開采技術(shù)是根本。

2綠色開采的影響因素

2.1自然因素包括煤層的地質(zhì)構(gòu)造、煤藏深度、煤化程度、煤層瓦斯的含量、煤礦所處的地點(diǎn)、煤的灰分、水分、揮發(fā)分、煤的結(jié)構(gòu)，水文地質(zhì)條件及煤中的礦物成分。

2.2人為因素包括開采規(guī)模、采煤方法、開拓方式、通風(fēng)系統(tǒng)的選擇、采空區(qū)的處理、機(jī)械化程度及人員素質(zhì)。

3煤礦開采系統(tǒng)的分類

煤礦開采系統(tǒng)所研究的是綜合利用現(xiàn)代化科學(xué)理論與相關(guān)工程技術(shù)，深入分析、研究煤礦開采復(fù)雜多變的客觀條件，掌握和利用煤礦開采的基本規(guī)律，系統(tǒng)地研究和開發(fā)高效、安全、高資源回收率和舒適作業(yè)條件的現(xiàn)代化煤礦開采的科學(xué)理論與工程技術(shù)。它主要分為礦井通風(fēng)系統(tǒng)和礦井運(yùn)輸系統(tǒng)：

3.1礦井通風(fēng)系統(tǒng)

我們都知道礦井通風(fēng)是礦井安全生產(chǎn)的基本保障。礦井通風(fēng)指借助于機(jī)械或自然風(fēng)壓，向井下各用風(fēng)點(diǎn)連續(xù)輸送適量的新鮮空氣，供給人員呼吸，稀釋并排出各種有害氣體和浮塵，以降低環(huán)境溫度，創(chuàng)造良好的氣候條件，并在發(fā)生災(zāi)變時(shí)能夠根據(jù)撤人救災(zāi)的需要調(diào)節(jié)和控制風(fēng)流流動(dòng)路線的作業(yè)。礦井通風(fēng)系統(tǒng)由影響礦井安全生產(chǎn)的主要因素所決定。

3.2礦井運(yùn)輸系統(tǒng)

對礦井運(yùn)輸設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對井下煤炭、矸石、材料、設(shè)備及人員等的運(yùn)輸作統(tǒng)籌安排。運(yùn)輸方式與設(shè)備的選型，應(yīng)根據(jù)礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力、煤層賦存條件、瓦斯情況、采煤方法等因素確定。

①采區(qū)運(yùn)輸：大、中型礦井的采區(qū)，要積極采用連續(xù)化運(yùn)輸，發(fā)展重載下運(yùn)帶式輸送機(jī)。

②輔助運(yùn)輸：要采用高效能、適應(yīng)性能強(qiáng)、單機(jī)服務(wù)范圍廣的設(shè)備，減少環(huán)節(jié)逐步發(fā)展集裝箱運(yùn)輸，要根據(jù)條件采用單軌吊車、卡軌車、膠套輪機(jī)車、齒軌機(jī)車、無軌膠輪車或其他運(yùn)輸設(shè)備，逐步實(shí)現(xiàn)全礦井輔助運(yùn)輸?shù)臋C(jī)械化、連續(xù)化。

③大巷運(yùn)輸：主要運(yùn)輸大巷的運(yùn)輸方式應(yīng)根據(jù)運(yùn)量、運(yùn)距和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果優(yōu)化確定。凡井型較大、采區(qū)生產(chǎn)集中、條件適合的礦井，可采用帶式輸送機(jī)，實(shí)現(xiàn)全礦井的連續(xù)運(yùn)輸。采用軌道運(yùn)輸?shù)牡V井，要發(fā)展底卸式或側(cè)卸式礦車。要研制改造與底卸式礦車配套的雙軌同步牽引電機(jī)車，大功率電機(jī)車和防爆柴油機(jī)車。

4我國煤礦開采存在的問題

我國“富煤、貧油、少氣”的能源賦存狀況決定了能源消費(fèi)必須以煤為主，一次能源消費(fèi)中有70～75%來源于煤炭，煤炭行業(yè)的健康發(fā)展關(guān)系到國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的全局。多年煤炭開采帶來一系列環(huán)境和安全問題，屢屢為人詬病。

4.1安全問題。

2009年12月21日，黑龍江龍煤集團(tuán)鶴崗分公司新興煤礦發(fā)生特別重大瓦斯爆炸事故，再次引發(fā)公眾對煤礦安全，特別是群死群傷公眾事件的關(guān)注和深層思考。煤礦事故頻發(fā)的原因何在，如何從根本上杜絕大型和特大型傷亡事故，不斷拷問著各級監(jiān)管、經(jīng)營和科研服務(wù)單位。我國煤炭安全事故頻發(fā)有著諸如井工開采量大、小煤礦安全裝備和生產(chǎn)工藝落后、行業(yè)多年安全欠賬嚴(yán)重、科技投入不足以及技術(shù)與管理人才流失嚴(yán)重等客觀原因。

4.2環(huán)境問題。

主要包括由于地下采掘引起的地面塌陷、水土流失、沙漠化、采煤廢水排放以及煤矸石露天堆放污染等。

我國煤炭開采主要采用冒落法管理采空區(qū)頂板，造成地面沉降和陷落，因而引發(fā)村鎮(zhèn)、鐵路、橋梁和地面管線設(shè)施破壞。

礦井瓦斯主要是礦井中由煤層氣構(gòu)成的以甲烷為主的有害氣體。它既是煤礦重大安全事故的禍根，又是一種嚴(yán)重的溫室效應(yīng)氣體。研究顯示，甲烷造成的溫室效應(yīng)在全球氣候變暖中所占份額為15%，僅次于二氧化碳。等量甲烷造成的溫室效應(yīng)是二氧化碳的21倍。我國2000m淺范圍以內(nèi)具有30～35萬億m3煤層氣資源，居世界前列。但由于我國煤層透氣性差，難以在開采前抽出。

5綠色開采的技術(shù)

5.1采空區(qū)充填開采技術(shù)。采空區(qū)充填開采技術(shù)是綠色開采技術(shù)的重要組成部分，尤其在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)解決建筑物下開采更應(yīng)受到重視。從理論上來說，充填采礦是解決煤礦開采環(huán)境問題的理想途徑，但由于目前充填采礦的成本相對偏高，限制了該項(xiàng)技術(shù)在煤礦的試驗(yàn)與應(yīng)用。在市場經(jīng)濟(jì)條件下，充填技術(shù)的關(guān)鍵是充填材料的選取及如何降低成本。另外就是充填技術(shù)本身，它應(yīng)該包括充填系統(tǒng)與開采系統(tǒng)的協(xié)調(diào);充填運(yùn)輸系統(tǒng)的暢通;充填后材料的力學(xué)特性等。順利解決上述問題將根本改變將來我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域的開采技術(shù)。為了降低充填成本，基于巖層控制的關(guān)鍵層理論，提出了部分充填（條帶充填）控制開采沉陷的思路：僅充填部分采空區(qū)，只要保證未充填采空區(qū)的寬度小于覆巖主關(guān)鍵層的初次破斷跨距，且充填條帶能保持長期穩(wěn)定，就可有效控制地表沉陷。