淺談煤礦的綠色開采技術及發展

王毅

【摘要】綠色開采是煤炭開采的發展方向，對提高煤炭采出率、保護生態環境和實現煤礦可持續發展都具有十分重要的意義。本文介紹了煤礦綠色開采技術的提出和內容，從煤與瓦斯共采、保水開采、充填開采等方面對煤礦的綠色開采技術進行了介紹。

【關鍵詞】綠色開采 保水開采 煤與瓦斯共采 充填開采

【中圖分類號】TD821 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）04-0290-01

煤炭開采會造成巖層移動破壞，引起巖層中水與瓦斯的流動，導致煤礦瓦斯事故與井下突水事故。由于巖層移動，會造成地表沉陷，導致農田、建筑設施的損壞。另外，煤炭開采形成的大量堆積在地面的矸石，既占用良田，又造成環境污染。上述問題若得不到有效解決，在未來幾十年內，隨著能源總需求和煤炭產量的不斷增長，煤炭資源開采所帶來的礦區安全和生態環境問題將更為嚴重，人類的生存和社會發展環境將受到嚴重威脅。

綠色開采是煤炭開采的發展方向，對提高煤炭采出率、保護生態環境和實現煤礦可持續發展都具有十分重要的意義。如今，單純地通過提高煤炭的產量，已經很難緩解煤炭供應的壓力。如何綜合考慮發展煤炭循環經濟，減少煤炭開采對環境的破壞，把“發展煤炭循環經濟，實現煤炭綠色開采”作為煤炭企業的發展理念，大力發展綠色的采煤技術，是解決上述問題的關鍵。

1、煤炭綠色開采的提出和內容

早在2003年，中國礦業大學錢鳴高院士首次提出了煤礦綠色開采的概念和技術體系，隨后明確了實現煤炭資源開采和環境保護協調發展的綠色開采研究目標，為我國綠色開采技術的研究指明了方向。煤礦綠色開采的主要理論依據是關鍵層理論、開采對巖層移動的影響及移動規律、水在裂巖體中的滲流規律、開采后巖層內節理裂隙分布發育規律等。

煤礦的綠色開采以及相應的綠色開采技術的基本出發點是防止或盡可能減輕開采煤炭對環境和其他資源的不良影響。煤礦的綠色開采目標是取得最佳的經濟效益和社會效益。根據煤礦中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等，綠色開采主要包括以下內容：水資源保護—“保水開采”；瓦斯抽放—“煤與瓦斯共采”；土地與建筑物保護—“充填開采”；排放矸石占用土地污染環境—“煤炭地下氣化”等。

2、煤與瓦斯共采技術

瓦斯既是礦井有害氣體也是潔凈能源，因此應該使其資源化，這和煤炭的綠色開采理念不謀而合。煤與瓦斯共采的技術主要有留巷鉆孔法、卸壓法。開采瓦斯最好的方法是在煤礦開采前對瓦斯進行抽采，若能在開采前將煤層內瓦斯抽出，則是利用瓦斯改善煤礦安全的最好辦法，但由于我國大部分煤體透氣性低，在本層內抽采瓦斯有難度，在技術上和效益上很難保證。因此，就需要利用煤與瓦斯共采技術，賣炭開采后圍巖壓力降低，大量瓦斯在采空區釋放，有利于瓦斯抽采，因此形成煤與瓦斯共采體系。另外，對于廢棄礦井的瓦斯，可以采用直接抽采，鑒于廢棄礦井煤層經過采動而充滿瓦斯，因而可以利用采動后巖體內裂隙場的分布及鉆孔，將瓦斯抽排管裝在井下、封閉井口后，抽出瓦斯。

3、保水開采技術

保水采煤在不同的礦區有不同的技術內涵，缺水礦區要以水資源保護和利用為主，大水礦區，要以減少水資源破壞和防治水災害為主。因此，保水開采包含水資源保護、水資源利用（煤水共采）和水災害防治等多項重要內容。煤礦開采過程中破壞了地下含水層的原始徑流，大量排出地下水，采空區上方導水裂隙帶與地下水體貫通，形成大規模地下水降落漏斗，造成區域含水層水位下降，直接影響到區域水文地質條件。采動影響穩定后產生的地表沉陷往往影響到地表水體（河流、湖泊、井泉等）的原來形態，造成部分溝泉水量減少甚至干涸，影響當地居民正常的生產生活，進而影響區域植被生長，甚至土地沙漠化。

4、充填開采技術

我國多數煤礦存在建筑物下、水體下、鐵路下壓煤的問題，充填采礦法對解決這類問題具有重要的意義。充填開采法是用充填材料充填采煤工作面采空區的巖層控制方法。該法可以緩和工作面支承壓力產生的礦壓顯現，改善采場和巷道維護狀況，有效減少地表下沉和變形，提高煤礦采出率，保護地面建筑物、構筑物、生態環境和水體。按照充填材料的不同，充填采礦法分矸石充填、水砂充填和膏體充填。

4.1 矸石充填

利用井下采空區處置煤矸石的充填采煤方法，既可以減少煤礦固體廢棄物排放，又可以減輕開采沉陷災害、提高礦井資源回收率，是實現煤礦綠色開采的關鍵技術途徑之一。拋矸機拋矸充填。將巖巷和半煤巖巷掘進矸石用礦車運至井下矸石車場，經翻車機卸載后，矸石經破碎機破碎，而后進入矸石倉；刮板輸送機卸矸充填。充填裝備由后端帶懸梁的自移式液壓支架和充填刮板輸送機組成。在自移式液壓支架后端增加后懸臂等配件，采用可調高但掛鏈懸掛充填刮板輸送機溜槽，懸掛是為了增加充填垂直高度；風力拋矸充填。風力充填材料粒度的直徑不宜大于充填管道的1/2～1/3。并且要求充填材料沉縮率低、不自然、腐蝕性小。矸石經充填機、充填管路充填采空區。一般采煤機割兩刀煤充填一次，充填步距1.2～1.6 m，每次充填長度6～9 m，工作面每向前推進50～100 m，充填機前移一次。

4.2 水砂充填

水砂充填采煤法是利用水力通過管道把充填材料沙粒送人采空區的充填采煤法。我國早在20世紀初就開始應用水砂充填采煤法，目前水砂充填技術已經十分成熟。在地面用礦車將采出、破碎及篩分后的成品砂運到貯砂倉貯存。在貯砂室，砂與水混合成砂漿，經充填管路送至工作面采空區，并在采空區脫水，砂子形成充填體，廢水經采區流水上山和流水道流入采區沉淀池，經沉淀后，澄清的水流入水倉，用水泵經排水管將水排至地面貯水池，以供循環利用。水砂充填采煤法充填致密，可減少煤塵危害，能有效地控制地表下沉和變形，但井上下充填系統復雜，設備及設施投資大，充填材料昂貴，提高了噸煤成本。

4.3 膏體充填

膏體充填具有料漿質量分數高、充填效率高、成本較低等優點，這項技術試驗成功以后在金屬礦山得到較快的發展。膏體充填采煤技術主要由三部分組成，即充填材料、充填設備與工藝、采動巖層充填控制理論。膏體是由煤矸石、粉煤灰、水砂、水泥等組成，由地面設備加工而成的類似牙膏的流體，具有十分良好的流動性和可泵性。充填時，膏體通過巷道中的管路，由充填泵提供動力，輸送到液壓支架后的采空區。膏體充填技術的核心是膏體充填材料，膏體充填材料的強度對膏體充填的效果起決定作用。膏體充填后，地表下沉減小。膏體充填開采是綠色開采技術的重要組成部分，是解決煤礦開采環境問題的理想途徑，是解決村莊等建筑物下大量壓煤開采問題的迫切需要。

5、結束語

資源與環境協調的綠色開采是解決煤炭開采環境問題的根本出路。要實現綠色開采，需要綜合研究和解決經濟與技術等方面的問題。綠色采礦可以減少環境污染，還能帶來良好的社會經濟效益。綠色采礦是形成綠色礦業及礦區綠色家園的重要組成部分，相信隨著綠色開采的不斷發展和完善，煤礦綠色開采一定會發揮它應有的作用，為人類與自然的協調發展做出貢獻。