綠色開采技術在煤礦工程中的應用與研究

鄭隨新

【摘 要】隨著國民經(jīng)濟水平的不斷提高，對于煤炭的需求量明顯增加，但在煤炭開采作業(yè)中，由于采礦工藝和采礦技術存在缺陷，其作業(yè)行為會污染生態(tài)環(huán)境并破壞地質(zhì)條件，進而打破礦區(qū)原本的生態(tài)平衡，不利于社會與行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。通過應用綠色開采技術，可以有效維護當?shù)厣鷳B(tài)平衡，緩解對周邊環(huán)境的破壞，在保證煤炭開采作業(yè)效率和安全性的同時，保護生態(tài)資源、減少環(huán)境污染，對構(gòu)建生態(tài)型社會具有積極意義，因此發(fā)展綠色開采技術將會成為未來的主流趨勢。

【關鍵詞】綠色開采技術;煤礦工程;應用;研究

1、引言

眾所周知，煤炭開采是我國經(jīng)濟發(fā)展的重要組成部分，但傳統(tǒng)的開采技術和水平，對礦區(qū)周邊的環(huán)境、大氣、土壤、及水資源等造成了嚴重的破壞，這對人類生活生產(chǎn)的環(huán)境及身體健康都帶來了不利影響，威脅著人類的生存。所以在對煤炭資源開發(fā)和利用過程中，必須積極研究現(xiàn)代化開采技術，實現(xiàn)綠色采礦的目標，為資源合理利用創(chuàng)造便利條件，實現(xiàn)人與自然的和諧共生。

2、煤炭綠色開采基本內(nèi)涵

煤炭綠色開采主要針對煤炭開采作業(yè)過程中對礦區(qū)環(huán)境資源的保護，包括對礦區(qū)開采周邊的地質(zhì)、水文、植被、大氣進行保護，避免在煤炭資源開采過程中遭受到破壞和污染，進而影響到礦區(qū)內(nèi)部的生態(tài)資源。煤炭綠色開采工作中，應盡可能的減小由于煤炭資源開采對于周邊環(huán)境帶來的破壞影響。但隨著我國煤炭事業(yè)發(fā)展速度不斷加快，當前煤炭綠色開采理念中，不再將重點放在減小環(huán)境污染與破壞的問題上，而是致力于在煤炭開采工作過程中，選擇應用一些綠色開采技術，有效的對礦區(qū)周邊的生態(tài)環(huán)境進行保護，確保礦區(qū)周邊的生態(tài)環(huán)境不受到影響，最終實現(xiàn)“高效率、低開采、低排放”的開采理念。

3、煤炭開采過程帶來的環(huán)境問題

3.1破壞水資源

在進行煤炭開采時，其地下含水層的原始徑流都可能遭到破壞，進而會在礦井產(chǎn)生大量的地下水，這不但降低了區(qū)域含水層的水位，還可能形成地下水的降落漏斗，當?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件都會受到較大的影響。在對煤炭開采過程中，很多地表水體會受到影響，有一些溝泉甚至會出現(xiàn)干涸的現(xiàn)象，隨之而來，當?shù)氐闹脖簧L情況肯定也會受到破壞，甚至引發(fā)嚴重的土地沙漠化問題，這一問題在我國的西部地區(qū)礦井體現(xiàn)的尤為明顯。

3.2嚴重破壞土地資源

據(jù)相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，在我國煤炭開采作業(yè)中，因地表沉陷而導致受到破壞的土地面積超過了40萬公頃，每開采1萬噸原煤，就會產(chǎn)生大概0.3公頃的土地塌陷面積，并且每年的破壞速度還在遞增。另外在煤炭開采過程中，通常都會產(chǎn)生矸石，其含量約占煤炭總量的20%左右，所以我國目前因煤炭開采產(chǎn)生的矸石所要占用的土地面積也超過了1萬公頃。

3.3引發(fā)大氣污染問題

在煤炭開采過程中，還會釋放出大量的有害氣體，如二氧化碳、二氧化硫和瓦斯等，這些有害氣體不但會污染空氣，還會引發(fā)溫室效應問題。可見，在煤炭開采過程中，是存在著嚴重環(huán)境問題的，這是礦區(qū)環(huán)境容量無法承受的。而煤炭又是我國最重要的能源，所以更新煤炭的開采理念，應用綠色開采技術，最大化的降低開采煤炭活動對環(huán)境和資源帶來的影響已迫在眉睫。

4、綠色開采技術介紹

4.1采空區(qū)充填技術

在煤炭開采領域，應用采空區(qū)充填技術與環(huán)境保護息息相關。傳統(tǒng)充填工藝存在的污染性較強，不僅會對煤炭開采現(xiàn)場環(huán)境造成污染，同時所產(chǎn)生的開采成本較高，不適合長期使用。而為了提高充填技術效果，國家重視采礦區(qū)技術手段創(chuàng)新，并提出了綠色填充技術，與傳統(tǒng)技術相比，所呈現(xiàn)的作業(yè)效果十分顯著，不僅污染性低，且作業(yè)成本也得到有效控制。關于綠色充填技術，主要包括空隙注漿膠結(jié)充填和交替注漿膠結(jié)充填等工藝。

4.2共采技術

為了控制煤炭開采過程中的大氣污染現(xiàn)象，必須在開采工藝上加以完善和更新，合理控制瓦斯泄漏，降低大氣污染指數(shù)。為此，重點加強共采技術研發(fā)與創(chuàng)新，將瓦斯和礦產(chǎn)資源共同作為開采資源，進行統(tǒng)一開采，從而有效防止瓦斯泄漏于大氣當中。最重要的是，利用共采技術，能夠?qū)崿F(xiàn)瓦斯能源的合理開發(fā)與儲備，全面提高瓦斯能源利用效率，這對于礦產(chǎn)資源利用價值具有重要意義。

4.3巷道支柱填充技術

在礦產(chǎn)資源開采過程中，巷道支柱填充情況，是決定環(huán)境污染程度的重要因素。因此，開采單位在進行礦產(chǎn)工程開發(fā)時，應對巷道進行科學、合理的設計。為了避免礦產(chǎn)工程圍堰設計不合理而出現(xiàn)變形，相關單位應就處理方式進行改良。

5、綠色開采技術在煤炭開采中的具體應用研究

5.1開采填充技術的應用

開采填充技術的主要目標是解決矸石堆問題和采空區(qū)地面沉降問題。填充開采將開采出的煤矸石、沙土、粉煤灰等廢棄物填充到采空區(qū)，控制地面的塌陷和沉降，同時減少了污染廢棄物無處堆放占用大量土地的問題。目前應用效果良好的填充開采技術有矸石填充和膏狀填充。矸石填充能有效解決煤礦矸石大量堆放問題，提高回采率，減少固體垃圾廢棄物，但采煤成本會有一定程度的上升。膏狀填充是將固體廢棄物制作成膏狀物流體，通過重力作用或壓力泵將膏體通過管道運送到煤礦采空區(qū)域。充填開采技術為解決 “三下”壓煤和環(huán)境污染問題起到了積極的作用，但技術上依然要繼續(xù)完善和創(chuàng)新。

5.2鉆井技術的應用

鉆井技術主要是在已經(jīng)結(jié)束開采范圍內(nèi)的輸送巷下部預留填充帶，這樣在接下來的開采中就可以利用設計好的填充帶進行下個階段的材料巷開采，不需要再預留礦產(chǎn)，從而實現(xiàn)鉆井技術。該技術在礦產(chǎn)開采中的應用，主要是為了能夠構(gòu)建一個注漿填充系統(tǒng)，并在礦產(chǎn)井下設計專用的開采場地，將注漿泵硐室設計在回風巷上，從而形成一個循環(huán)作業(yè)體系。并根據(jù)開采工程中的充填帶凝固時間、工作面輸送巷的長度以及礦壓等方面的特點來設計充填帶的規(guī)格。

5.3勘探開采技術的應用

勘探開采技術是當前采礦工程綠色技術發(fā)展的重要趨勢和新型的技術理念。勘探開采技術主要是基于高效開采的理念，最大程度的對采礦工程范圍內(nèi)的水資源進行保護，包括地下水和地面環(huán)境。在勘探技術中主要是應用特殊的地面灌漿技術以及采礦技術結(jié)合的方式來減少對水資源的破壞。在傳統(tǒng)的采煤工程中，由于對水文環(huán)境保護的意識不強，從而使得采礦周圍的水位嚴重下降，對地下水的分布和質(zhì)量都造成嚴重的影響。而勘探技術的應用，能夠使煤炭開采過程中水文地理和巖層都得到有效的保護，從而實現(xiàn)對水資源的保護作用。

5.4高效開采礦產(chǎn)資源技術的應用

在礦產(chǎn)的開采中，一些礦層的資源比較豐富，含量高，但由于開采技術的限制，導致這些優(yōu)質(zhì)的礦產(chǎn)開采效率低，在開采的過程中礦物大量的的排放，造成嚴重的資源浪費，同時也造成環(huán)境的污染。通過綠色高效開采技術在礦產(chǎn)開采中的應用，能更加充分的利用礦物。當前隨著科技的發(fā)展，我國礦物技術也不斷的創(chuàng)新，低濃度礦物開采技術也在逐漸成熟。

6、結(jié)束語

綜上所述，在我國煤炭開采過程中，對生態(tài)環(huán)境的污染程度相對嚴重。這就要求各礦區(qū)應加強對自身開采特點的深入分析，不斷加大綠色開采技術開發(fā)及應用力度，并采取必要的改善措施。盡可能地規(guī)避煤炭開采過程對于生態(tài)環(huán)境帶來的不利影響，確保煤炭開采工程的持續(xù)健康發(fā)展。

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（作者單位：峰峰集團邯鄲寶峰公司九龍礦生產(chǎn)技術部）