露天煤礦綠色開采技術研究

胡峰銘

（北京天地華泰礦業(yè)管理股份有限公司，北京 100013）

本文圍繞露天煤礦綠色開采技術進行了綜合探討，首先對煤礦綠色開采技術存在的意義以及其應用的必要性進行分析，并對露天煤礦開采中可能存在的不利影響進行介紹，然后通過分析當下最為流行的幾種露天煤礦綠色開采技術對本文主題進行分析，最后給出了幾種露天煤礦開采管理的對策。

1 煤礦綠色開采的意義和必要性

煤炭是我們生活中不可或缺的一種不可再生資源，并且是一種關鍵性能源，但是在煤炭的應用過程中，會產生大量的水污染和空氣污染，這些污染問題會嚴重影響到國家環(huán)境工程的發(fā)展，并且不利于煤礦產業(yè)整體發(fā)展。因此，為了進一步促進煤礦行業(yè)發(fā)展，需要將露天煤礦開采技術進行升級，積極引進和研發(fā)新的、擁有綠色節(jié)能性能的開采技術，從開采的源頭上控制廢棄物排放，這樣就能夠減少煤礦開采對社會的破壞和對環(huán)境的污染。在綠色技術的應用過程中，不僅煤礦行業(yè)的開采量能夠得到合理保證，而且資源的整體利用率也能得到提升。此外，在煤礦開采中，需要通過綠色節(jié)能化的開采技術來實現(xiàn)煤炭資源和瓦斯的同步開采，并且針對煤礦開采中的瓦斯?jié)B漏問題，綠色開采技術需要保障有害物質對采掘工作者的生命危害降到最低，然后利用該項技術，使露天煤礦開采的廢氣物質也能夠實現(xiàn)再次利用，從而保障煤礦資源的整體利用率和煤礦價值上升。將綠色開采技術應用到煤礦采掘中，總體來講，能夠實現(xiàn)開采效率增長，同時推進我國煤礦行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2 采礦工程中可能存在的不利影響

2.1 對水資源的危害

露天煤礦開采工程對于水資源的危害是巨大的，首先，在煤礦采掘的過程中，由于煤礦本身深埋于地下，因此，采礦作業(yè)人員需要對深層土地進行破裂，利用爆破技術和深度采掘技術等來破除土層，這樣才能夠采掘到大量的煤礦資源，但是破除深層土層就意味著可能會對地下水源造成破壞，因為地下土層中有含水層，對其造成破壞會使得地下水水量整體大幅減少，這種現(xiàn)象帶來的副作用是周圍的水量會隨之減少。

此外，在露天煤礦采掘的過程中，通常會遇到徑流覆蓋或者阻礙開采土地的情況，且相對落后的技術使得煤礦采掘工作人員需要直接改變徑流的方向和位置，水資源隨著這種改變而變得逐漸枯竭，這樣不僅會造成水資源破壞，同時也會影響到露天煤礦采掘現(xiàn)場周圍的居民日常生活。[1]

2.2 對土地資源的影響

大部分的煤礦資源都存在于土層之下，采掘的過程中需要對土層進行破壞，這就會對土層的土壤結構造成破壞，但是土壤資源和土地結構在遭受到破壞時可能會引發(fā)自然災害，例如土地荒漠化、水土流失等，并且土層采掘通常還會伴隨大量的垃圾出現(xiàn)，如果不對這些垃圾進行集中處理，勢必會對土地資源管理造成一定影響。

通過近幾年對我國土地資源變化情況調查研究發(fā)現(xiàn)，我國的土地荒漠化和水土流失在部分地區(qū)已經成為嚴峻的問題，這種問題不僅會影響到煤炭企業(yè)的經濟發(fā)展，同時也會對當地人民的日常生活和賴以生存的環(huán)境造成破壞。針對土地資源破壞的現(xiàn)象，應該對露天煤礦開采工作進行統(tǒng)一管理，加大對采掘過程中廢棄物的統(tǒng)一處理，并明確這些土壤廢棄物本身對土地資源造成的破壞程度，這樣才能夠從根本上解決廢棄物造成的土地資源破壞問題。[2]

3 基于綠色節(jié)能技術的露天煤礦開采技術應用

3.1 數字開采技術

智能化、自動化技術在近些年來的迅猛發(fā)展推動了以數字化開采技術為首的新型露天煤礦采掘技術，并且已經成為了當前露天煤礦企業(yè)實現(xiàn)綠色開采目標的首選技術手段。所謂的數字開采技術主要就是指作業(yè)人員首先需要針對礦山開采區(qū)域進行數據收集和數據分析，這種數據收集的方式可以是數字化無人機巡航，對地形、地貌進行全面掃描，然后根據無人機獲得的場地數據來制定出針對性、系統(tǒng)性的采掘方案，并采取對應的采掘策略。開采作業(yè)人員還需要根據已經制定好的采掘方案中的策略要求，來實現(xiàn)采掘作業(yè)過程的環(huán)?；桶踩?。

結合當前所應用的大多數數字開采技術情況來看，該技術能夠根據作用實質和使用用途的不同將數字開采技術分為兩種。此外，應用數字開采技術的過程中，地理模型的建設和智能化信息管理都能夠為該技術提供數據支持。但是在數字開采技術的實際應用中需要注意一些問題，就是數字開采技術通常對于使用者的技術水平要求較為苛刻，因此要求相關技術人員要達到專業(yè)化的應用水平，能夠深刻理解數字開采技術的內容，并熟練操作。例如在搭建相應的數據庫系統(tǒng)時，需要技術人員以提高煤礦采掘數據配置效率和應用效率為基礎。

3.2 保水開采技術

保水開采技術主要是指在煤炭資源開采的過程中，不會對開采現(xiàn)場以及周圍的水資源造成破壞的一種技術，應用該技術能夠使得露天煤礦開采中水資源破壞現(xiàn)象得到遏制，屬于綠色開采技術中應用效率較高的一種技術。在應用保水開采技術的過程中，需要實現(xiàn)煤礦開采過程中對水資源的保護，同時要對煤礦采掘中的突水現(xiàn)象進行防治，這樣就能夠降低煤礦開采施工對水資源的破壞。

目前，我國的水資源較為匱乏，一些較為干旱地區(qū)，例如大西北地區(qū)，這些區(qū)域內的煤炭資源開采量較大，應該應用合理的保水開采技術降低煤礦采掘施工對水資源的破壞現(xiàn)象。通過增加煤礦開采過程中覆巖層破壞的規(guī)律分析，形成對地下水的漏斗原理，這樣就能夠保障開次過程不會存在污染物，從而保證水資源狀態(tài)。在應用保水開采技術時，因為上覆巖層斷裂，會在開采的區(qū)域內部形成地下水下降漏斗，這樣就減少了水資源流失，并且在重新覆蓋巖石層時，需要保障開采裂縫閉合，然后設置合理的隔水帶，從而保障水資源不會受到污染。

3.3 采空區(qū)填充技術應用

煤礦資源開采完成后，由于作為土層支撐的礦產資源被運輸到了其它地方，從而導致地下土層出現(xiàn)大面積空白區(qū)域，這個空白區(qū)域就是通常意義上講的采空區(qū)，采空區(qū)如果不及時處理，就會出現(xiàn)局部塌陷現(xiàn)象或者地面沉降問題，這些現(xiàn)象和問題經常會導致一系列的地質災害產生。為了避免采空區(qū)帶來的問題，人們需要利用填充技術來進行彌補，填充開采技術就是指將采礦產生的一些固體廢棄物質填充進本體礦產資源位置，這樣就彌補了礦產資源本身開采造成的空缺，減小了由于開采對區(qū)域地表造成的影響，同時也極大降低了采礦工程引發(fā)地質災害的可能性。

此外，將廢棄物質填充進采空區(qū)對于廢氣物質本身的處理而言也是一種極佳方式，是對煤礦采掘工程廢棄物質的綠色處理，這樣既不會讓固體廢棄物占用大量的土地資源，同時也能夠發(fā)揮它們應用的填充作用，這種變廢為寶的方式是有利于煤礦采掘行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的。

4 綠色節(jié)能技術要求下的露天煤礦開采管理

4.1 優(yōu)化采掘機械

電氣的自動化技術主要應用在采掘機械的開采過程中，而且采掘機械的在實際煤礦作業(yè)中的應用率也是最高的。在面對地形地貌復雜的地區(qū)和環(huán)境惡劣地區(qū)的開采中，自動化技術發(fā)揮出了極大的優(yōu)勢，大大地提高了開采效率，相對于傳統(tǒng)的開采機械應對復雜地貌進行開采，電氣自動化采煤機的運行參數和其它方面都有優(yōu)秀的環(huán)境適應能力。同時由于自動化技術主要的特征是無需人工操作，這樣就大大地降低了人工勞作成本，使煤礦的開采更貼近現(xiàn)代化社會工業(yè)施工的需求。同時自動化的采煤機相較于傳統(tǒng)采煤機械性能上也有一定的優(yōu)勢，通過采煤機的自動化系統(tǒng)能夠進行精準的故障判斷，從而使采掘過程不易發(fā)生安全隱患。在進行井下開掘的過程中，光的可見度較低，地理環(huán)境多變，自動化的采煤機械能夠對這種特殊環(huán)境加以辨析，主動地識別井下地形變化，并適應這種變化調整采煤機的高度，在實際施工過程中避免了連續(xù)截割頂板巖層而造成的采煤機械損壞現(xiàn)象。同時在監(jiān)控下的故障的診斷系統(tǒng)使得自動化的效率和開采效率更高。自動對工程中的地質情況進行監(jiān)視并分析是電氣自動化技術的一大特點，通過對采煤機械運行參數等進行監(jiān)視，能夠使得采煤機械在實際應用中不會受到所處工作環(huán)境的影響。同時通過對數據進行分析，對整個開采過程中所遇到的問題加以分析解決也是采掘機械自動化的一大特點，在分析信息的過程中如果遇到一些特殊情況，自動化機械就會發(fā)出警報，對特殊情況做出警示，判斷是機械本身故障原因還是因為開采區(qū)域原因造成的問題。這樣就能夠大幅提高采掘機械的工作效率，使得采煤機能夠長久穩(wěn)定的運行下去。

4.2 優(yōu)化采掘升降系統(tǒng)

煤礦的開采大多處于地下位置，因此煤礦升降系統(tǒng)的自動化應用就顯得尤為重要，在將煤礦開采工人從地面輸送到井下的過程中，自動化的升降系統(tǒng)能夠極大地保證人員的生命安全。而且需要從井上運輸到井下的除了工人還涉及到一些采煤的設備。自動化升降系統(tǒng)能夠保證設備在運輸中的平穩(wěn)性和安全性，讓設備安全地到達指定施工地點。此外，運用PLC 系統(tǒng)對升降機的自動化操作進行監(jiān)控，在升降過程中如果出現(xiàn)一些設備故障或者特殊情況，PLC 系統(tǒng)就會自動報警，從而避免在人員和物資的運輸過程中出現(xiàn)危險情況。因此，自動化技術在煤礦升降系統(tǒng)中的應用可以極大的提高煤礦生產系統(tǒng)的安全性。

4.3 健全通風系統(tǒng)

礦井內部需要創(chuàng)立起完善的通風系統(tǒng)，同時應該保證通風系統(tǒng)的可靠性能，這樣才能夠保證礦井內部采區(qū)范圍內的采掘工作能夠得到足夠的風力供給，使得礦區(qū)生產滿足安全生產的需求，從最大限度上減少事故的發(fā)生概率。要想確保井下整體的通風效果，使得通風效果的科學合理性得到增強，就應該從通風系統(tǒng)的優(yōu)化設計方向入手，使得通風系統(tǒng)得到優(yōu)化改造。從設備、人員調配、風力供給等全方位進行統(tǒng)籌，從而設計出改造方案，并且設計方案應該體現(xiàn)不同礦井的不同現(xiàn)實情況，然后采取必要的安全措施，充分考慮到井下因素和人員因素等多方面因素，讓通風系統(tǒng)的改造工作能夠順利進行。

4.4 簡化采掘網絡結構

通過礦井通風網絡的等效簡化工作，能夠不斷地優(yōu)化礦井內部傳感器的調控設施布置方案，無論是井下通風設備的氣壓、風速、溫度、除塵效果、除甲烷效果等，都應該配備相應的傳感器，使得井下的空氣質量整體達到最佳。同時還應該布施風門、風窗等常見的通風設施，這些設施能夠提高礦井的通風質量，實現(xiàn)風道、風阻的傳感調控，并讓自然風壓和熱力風壓的管理得到加強。傳感器能夠感知當前礦井的通風狀態(tài)和井下的空氣質量狀態(tài)，從而能夠隨時隨地的為井下作業(yè)人員提供安全可靠的通風支持，從而降低由通風系統(tǒng)安全性不足而導致的一些負面問題。

4.5 優(yōu)化采掘設備參數

在當代，一些智能型通風系統(tǒng)已經被實裝于礦井中，這些通風系統(tǒng)有類似于人工智能的感知系統(tǒng)，能夠精確感知到井下的風速、溫度、有害氣體濃度變化，因此應該對智能通風系統(tǒng)的參數進行實時調控，這樣才能夠確保該項技術參數感知的準確性。

通過對礦井內部環(huán)境參數的預知，能夠充分了解到環(huán)境發(fā)展狀態(tài)以及環(huán)境中涉及到的指標參數，實現(xiàn)對通風網絡的智能調控，提高井下環(huán)境的整體質量，提高智能通風系統(tǒng)在礦井中的應用質量。根據目前的礦井通風狀態(tài)來看，從其效果進行分析，需要考慮到在使用時如何提高礦井整體屬性的穩(wěn)定性，同時利用智能通風系統(tǒng)的智能調度來調節(jié)軟件，從而計算出礦井的通風系統(tǒng)狀態(tài)和使用情況，無論是智能通風系統(tǒng)的調節(jié)設備還是智能動力設備都應該保證在全局最優(yōu)狀態(tài)，然后發(fā)布調控指令，實現(xiàn)礦井通風系統(tǒng)的遠程調控。

4.6 防止瓦斯泄露

從現(xiàn)有的技術和經驗上來說，為了從根源上治理瓦斯?jié)舛冗^高的現(xiàn)象，應該從相關礦業(yè)從業(yè)人員的安全認識角度入手，加強這些從業(yè)人員對于瓦斯爆炸危險性的認知程度，同時加強他們的瓦斯防范任務重視程度。在實際開展每一個任務之前，首先需要檢查下礦工作安排。檢查下礦工作安排的主要目的是預防瓦斯帶來的一系列安全問題，如果在井下作業(yè)過程中發(fā)現(xiàn)某一區(qū)域瓦斯聚集，就應該及時地進行上報，并做好瓦斯抽出工作，促使瓦斯?jié)舛炔恢劣诮佑|臨界值，緩解井下操作人員在施工期間隱藏的瓦斯壓力。

5 結語

綜上所述，綠色露天煤礦開采工作并不是短時間內就能夠完全落實的工作，需要行業(yè)內部全體人員落實自身的生態(tài)文明建設任務，同時對綠色開采技術進行深入研究，積極努力地開拓綠色煤礦開采新局面，以此促進我國煤礦行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。