淺談煤礦綠色開采技術(shù)

摘要：隨著我國煤炭開采規(guī)模越來越大，引起地下水資源破壞的問題越來越突出，極大地阻礙了環(huán)境與社會經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展。文章主要分析了煤礦綠色開采對改善當前生態(tài)環(huán)境的重要性，介紹了綠色開采技術(shù)現(xiàn)狀，提出了綠色開采是煤炭企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，實現(xiàn)安全和諧及可持續(xù)發(fā)展的保障。文章以煤礦保水開采為例，指出了煤礦保水開采的重要性，闡述了煤礦保水開采的理論基礎(chǔ)、主要影響因素和技術(shù)研究現(xiàn)狀，分析了煤礦保水開采實例的成功經(jīng)驗，最后指出煤礦保水開采今后的研究方向。

關(guān)鍵詞：煤礦開采；隔水關(guān)鍵層；技術(shù)現(xiàn)狀；充填

近年來，煤礦區(qū)缺水和礦井排水污染已嚴重影響了煤礦區(qū)人民的生活，制約著經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，煤礦區(qū)水資源利用與保護已經(jīng)成為國家總體發(fā)展戰(zhàn)略亟待解決的重大問題。

錢鳴高院士首次提出了“煤礦綠色開采”的概念，保水開采是煤礦綠色開采技術(shù)體系的主要內(nèi)容之一。保水開采的目標是在防治采場突水的同時，對水資源進行有意識的保護，使煤炭開采對礦區(qū)水文環(huán)境的擾動量小于區(qū)域水文環(huán)境容量。

1 煤礦開采主要影響因素

1.1 地質(zhì)構(gòu)造特征與水文地質(zhì)條件。地質(zhì)構(gòu)造對地下水、地面水起著重要的控制與導水作用，局部也起著阻溢作用。地質(zhì)構(gòu)造愈復雜，斷裂愈多，開采煤層離斷層愈近，補給充分，則排水量就愈大實施保水開采就愈困難。反之構(gòu)造簡單，開采煤層離斷層愈遠，補給來源少，則排水量愈小實施保水開采就愈簡單。

水文地質(zhì)條件主要是含水層的厚度、富水性、節(jié)理、裂隙、巖溶發(fā)育程度和補給來源。煤礦區(qū)的水文地質(zhì)條件直接影響著煤礦區(qū)保水開采實施的難易程度。

1.2 煤礦開采階段［4］ 。煤礦開采主要經(jīng)歷初期、中期、后期和末期四個時期，每個時期對巖層中水系的自然穩(wěn)定狀態(tài)都會造成不同程度的破壞，從而對保水開采的實施造成不同程度的影響。煤礦開采初期由于揭露的含水層較多，各含水層相對處于自然飽和狀態(tài)，含水性強，隨著開采面積的增大，就會逐步發(fā)生頂板冒落，勾通導水裂隙帶，煤系頂部潛水就會直接滲入礦坑，造成保水開采難度的上升；礦井開采中期，由于一般不會大面積揭露新的含水層，隨著開采時間的增長，含水層水位不斷降低，以礦井為中心的降落漏斗趨于穩(wěn)定，部分含水層由承壓轉(zhuǎn)為無壓，礦井排水量靠入滲量補給，處于補、徑、排平衡狀態(tài)，保水開采難度較大；礦井開采后期，由于含水層部分被疏干，導水裂隙帶和節(jié)理裂隙逐步被充填，地表入滲補給量逐步減少，使得礦井滲水量逐步衰減，進行保水開采難度較??；礦井開采末期（停采），在其影響范圍內(nèi)，礦坑滲水變小或不排水。但由于煤系底部有隔水層存在，采空區(qū)逐步積水成為“地下水庫”，此時進行保水開采比較容易。

2 煤礦綠色開采技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1 留設(shè)防水煤柱的開采技術(shù)。在煤層開采過程中，防水煤柱的留設(shè)，可以使煤層頂板巖層破壞減小，導水裂縫帶不波及水體。目前在煤層埋藏較淺、松散含水層等水體下采煤，一般是根據(jù)開采區(qū)域煤巖地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、煤柱兩側(cè)的開采狀況及采礦技術(shù)條件等因素，采取留設(shè)防水煤柱的方法進行保水開采。

2.2 對采空區(qū)實施充填的開采技術(shù)。根據(jù)上述分析，通過留設(shè)防水煤柱固然可以達到保水開采的目的，但是需要留設(shè)大量的煤柱，浪費了大量的煤炭資源。實踐證明，在埋藏淺、基巖薄和沖擊層厚的煤層開采過程中如果對采空區(qū)及時進行充填，可以有效減小工作面前后支承壓力的分布，抑制煤層頂板巖層的破壞程度、導水裂縫帶的進一步發(fā)育、隔水關(guān)鍵層的離層和地表的下沉量，達到與留設(shè)防水煤柱同樣的效果，避免浪費煤炭資源。

2.3 以底板加固為主導的開采技術(shù)。對于底部賦存巖溶水或承壓水體的煤層，近年來以底板加固為主導技術(shù)的保水開采技術(shù)取得了長足進展。工作面底板加固是對底板隔水層薄弱帶進行注漿強化處理，既降低底板地層滲透性，又提高底板巖層抗壓性，起到了封堵和加固作用，從而實現(xiàn)對煤層進行保水開采。

3 煤礦綠色開采今后的研究方向

針對不同的開采條件和開采的主要影響因素，認為開采新的研究思路和方向應包括以下幾方面：

3.1 從可持續(xù)發(fā)展、循環(huán)經(jīng)濟及綠色開采的戰(zhàn)略高度來認識，綠色開采不僅是干旱半干旱礦區(qū)的主要問題，也是大水礦區(qū)和其它類型礦區(qū)的主要問題，特別是大水礦區(qū)多處于中國東部較發(fā)達地區(qū)，未來的水資源將成為緊缺資源，再不能把與煤相伴的水資源作為害和廢物對待，而應盡早研究和實施保水開采戰(zhàn)略［9］。

3.2 保水開采是煤礦綠色開采的重要分支，在缺水礦區(qū)和大水礦區(qū)采煤的同時，利用巖層運動的特點控制巖層中水的滲漏將是保水開采的一條重要途徑。在井下因采動影響底層壓力發(fā)生變化，煤層中的水壓力升高，巖層中原來的裂隙系統(tǒng)的毛細管力反而降低，極易被潛水突破形成更大的孔裂隙系統(tǒng)，使巖層潛水滲漏加劇。因此，合理利用采動礦山壓力引起的巖層活動規(guī)律，通過留設(shè)防水煤柱、充填等方法有效控制巖層裂隙發(fā)育，是保水開采的關(guān)鍵技術(shù)問題。

3.3 在進行煤礦保水開采技術(shù)的研究過程中，應該具體問題具體對待，多提出一些有針對性的控制巖層裂隙發(fā)育新技術(shù)，如榆陽區(qū)煤礦的刀柱式膏體充填保水開采研究等，形成一套屬于保水開采的基礎(chǔ)理論和技術(shù)體系，從而在煤礦區(qū)真正實現(xiàn)保水開采，更好地為煤礦綠色開采服務。

4 結(jié)語

煤炭開采過程中會引起地下水資源的大量流失，嚴重地影響了礦區(qū)的生態(tài)發(fā)展。保水開采技術(shù)的研究和使用，是解決煤炭生產(chǎn)中水資源破壞問題的根本方法，是整個綠色開采體系中極為重要的部分。目前煤礦保水開采主要是根據(jù)關(guān)鍵層理論、開采對巖層移動影響及離層規(guī)律和水在裂隙巖體中的滲流規(guī)律等理論，通過留設(shè)防水煤柱、充填開采和注漿加固等方法，抑制巖層導水裂隙帶的發(fā)育和隔水關(guān)鍵層的離層和斷裂，控制巖層潛水的滲流速度，從而實現(xiàn)保水開采。

參考文獻

［1］ 錢鳴高，許家林，繆協(xié)興.煤礦綠色開采技術(shù)［J］.中國礦業(yè)大學學報，2003，32（4）： 343—347

［2］ 錢鳴高，石平五.礦山壓力與巖層控制［M］.中國礦業(yè)大學出版社，2003，78—177

［3］ 繆協(xié)興，劉衛(wèi)群，陳占清.采動巖體滲流理論［M］.科學出版社，2004，121—130

［4］ 范立民.論保水開采問題［J］.煤炭地質(zhì)與勘探，2005，（5）

［5］ 徐睿，謝亞濤，周坤鵬.煤炭綠色保水開采［J］.礦業(yè)快報，2008，（6）：32

［6］ 潘衛(wèi)東，季文博.煤礦井下充填開采的技術(shù)模式探索［J］.煤炭科學技術(shù)，2009，37（8）：1—13