煤矿绿色开采技术研究

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煤矿绿色开采技术研究:煤矿及煤矿绿色开采技术

[摘 要]如何选用合理的采煤方法，并使之不断完善和发展，对提高矿井生产水平和经济效益，改变矿井技术面貌有决定性的意义，继续做好这方面的工作，是今后煤矿开采技术发展的重要方面。那么本文主要介绍了煤矿开采系统的分类及煤矿在选择采煤方法时的一些原则。

[关键词]煤矿；绿色开采方法；原则

1、引言

煤矿生产指标的优劣，除了受到自然资源条件限制外，更决定于所采用的采煤方法的实用性和适应性，只有选择合适的采煤方法，才能提高矿井生产水平和经济效益。因此，做好采煤方法的选择工作具有非常重大的意义。

2、煤矿开采系统的分类

煤矿开采系统所研究的是综合利用现代化科学理论与相关工程技术，深入分析、研究煤矿开采复杂多变的客观条件，掌握和利用煤矿开采的基本规律，系统地研究和开发高效、安全、高资源回收率和舒适作业条件的现代化煤矿开采的科学理论与工程技术。 它主要分为矿井通风系统和矿井运输系统：

（一）矿井通风系统

我们都知道矿井通风是矿井安全生产的基本保障。矿井通风指借助于机械或自然风压，向井下各用风点连续输送适量的新鲜空气，供给人员呼吸，稀释并排出各种有害气体和浮尘，以降低环境温度，创造良好的气候条件，并在发生灾变时能够根据撤人救灾的需要调节和控制风流流动路线的作业。矿井通风系统由影响矿井安全生产的主要因素所决定。

（二）矿井运输系统

对矿井运输设计时，应对井下煤炭、矸石、材料、设备及人员等的运输作统筹安排。运输方式与设备的选型，应根据矿井设计生产能力、煤层赋存条件、瓦斯情况、采煤方法等因素确定。

①采区运输：大、中型矿井的采区，要积极采用连续化运输，发展重载下运带式输送机。

②辅助运输：要采用高效能、适应性能强、单机服务范围广的设备，减少环节逐步发展集装箱运输，要根据条件采用单轨吊车、卡轨车、胶套轮机车、齿轨机车、无轨胶轮车或其他运输设备，逐步实现全矿井辅助运输的机械化、连续化。

③大巷运输：主要运输大巷的运输方式应根据运量、运距和技术经济效果优化确定。凡井型较大、采区生产集中、条件适合的矿井，可采用带式输送机，实现全矿井的连续运输。采用轨道运输的矿井，要发展底卸式或侧卸式矿车。要研制改造与底卸式矿车配套的双轨同步牵引电机车，大功率电机车和防爆柴油机车。

3、煤矿选择采煤方法的原则

我们在对采煤方法进行选择时，应根据煤层赋存情况、开采技术条件、地面保护要求、设备供应状况及安全、产量、效率、成本和煤的回收率等因素，经综合技术经济比较后确定。因此采煤方法的选择必须坚持安全、经济、回采率高的原则。

（一）生产安全：安全是为了生产，生产就必须安全。应当充分利用先进技术和提高科学管理水平，以保证井下生产安全，不断改善劳动条件。对于所选择的采煤方法应仔细检查采煤工艺的各个工序以及采煤系统的各生产环节，一般应该做到以下几个方面：

（1）合理布置巷道，保证巷道维护状态良好，满足采掘接替要求，建立妥善的通风、运输、行人以及防火、防尘、防瓦斯积聚、防水和处理各种灾害事故的系统和措施，并尽量创造良好的工作条件。

（2）正确确定和安排采煤工艺过程，切实防止冒顶、片帮、支架倾倒、机械事故以及避免其他可能危及人身安全和正常生产的各种事故发生。

（3）认真编制采煤工作面作业规程，制定完整、合理的安全技术措施，并建立制度以保证实施。

（二）经济合理：经济效果是评价采煤方法好坏的一个重要依据。在选择采煤方法时不仅要列出几种方案进行技术分析，而且在经济效益上要进行比较，最后确定技术可行经济上合理的方案。一般应当符合以下五个方面的要求：

（1）采煤工作面单产高

提高工作面产量，是实现矿井稳产、高产，提高采区和整个矿井各项技术经济指标的中心环节。提高工作面产量，主要应当提高工作面机械化程度，尽可能加大回采进度和合理加大工作面长度，加强生产的组织管理。

（2）劳动效率高

为了提高劳动效率，必须不断提高职工素质，改善经营管理。同时要选择合理的采煤工艺和劳动组织，采用先进的技术装备，努力实现机械化或综合机械化。

（3）材料消耗少

减少采煤工作面的各种材料消耗，特别是要减少坑木、钢材以及炸药、雷管等的消耗，为此必须加强管理，注意材料回收复用，正确确定钻眼爆破方法。

（4）煤炭质量好

要求煤炭的含矸率和灰分低，注意改进采煤工艺和支护设计，尽量防止矸石或岩粉混入煤中。

（5）成本低

成本是经济技术效果的综合反映。努力提高工作面单产和劳动效率，降低材料消耗，保证煤炭质量，是降低煤炭生产成本的主要途径。

4、绿色开采的技术

4.1采空区充填开采技术。采空区充填开采技术是绿色开采技术的重要组成部分，尤其在经济发达地区解决建筑物下开采更应受到重视。从理论上来说，充填采矿是解决煤矿开采环境问题的理想途径，但由于目前充填采矿的成本相对偏高，限制了该项技术在煤矿的试验与应用。在市场经济条件下，充填技术的关键是充填材料的选取及如何降低成本。另外就是充填技术本身，它应该包括充填系统与开采系统的协调；充填运输系统的畅通；充填后材料的力学特性等。顺利解决上述问题将根本改变将来我国经济发达区域的开采技术。为了降低充填成本，基于岩层控制的关键层理论，提出了部分充填（条带充填）控制开采沉陷的思路：仅充填部分采空区，只要保证未充填采空区的宽度小于覆岩主关键层的初次破断跨距，且充填条带能保持长期稳定，就可有效控制地表沉陷。

4.2煤与瓦斯共采。瓦斯是一种新能源，既可以用来发电，也可用作工业燃料、化工原料和居民生活燃料。因此若在开采高瓦斯煤层的同时，利用岩层运动的特点将煤层气开采出来将是我国煤层气开发的一条重要途径。减少巷道内的瓦斯含量，有效预防事故发生，让高瓦斯煤层变成低瓦斯煤层，实现安全生产。

4.3保水开采。保水采煤在不同的矿区有不同的技术内涵，缺水矿区要以水资源保护和利用为主；大水矿区，要以减少水资源破坏和防治水灾害为主。因此，保水开采包含水资源保护、水资源利用（煤水共采）和水灾害防治等多项重要内容。煤矿开采过程中破坏了地下含水层的原始径流，大量排出地下水；采空区上方导水裂隙带与地下水体贯通，形成大规模地下水降落漏斗，造成区域含水层水位下降，直接影响到区域水文地质条件。采动影响稳定后产生的地表沉陷往往影响到地表水体（河流、湖泊、井泉等）的原来形态，造成部分沟泉水量减少甚至干涸；影响当地居民正常的生产生活，进而影响区域植被生长，甚至土地沙漠化。我国大部分矿区处在干旱半干旱地区，而每年采煤破坏地下水22亿m3，可见保水开采具有重要的意义。

4.4煤矸石的综合利用。煤矿企业减少矸石排放的主要措施是将巷道布置在煤层内，也可以根据煤矸石的特点，进行综合利用。煤矸石分二类：一类是随着矿井建设、开拓掘进而产生的矸石，俗称“岩矸”，可以将井下岩巷掘进矸石不提升出井，将矸石充填到采空区，或进行巷旁与废弃巷道充填及矸石充填置换井下煤柱等。另一类是煤炭洗煤加工而产生的附产品，如洗选黑矸、筛上物、煤泥等，此类矸石可用于发电、供热，燃烧物还可用于制造砖、水泥、混凝土、砌砖、陶粒等。

4.5煤炭地下气化技术。煤炭地下气化是一种整体绿色开采技术，我国于1958～1960年曾在16个矿区进行试验。煤炭地下气化的特点是把埋藏在地下的煤炭直接变为煤气，通过管道把煤气供给工厂、电厂等各类用户，使现有的地下作业改为采气作业，是开采煤炭的一种新工艺。目前我国的地下气化技术仍处于工业试验阶段，有很多问题需要去研究和探索。

5、结论

总之，采煤技术不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志，也是国际间科技竞争的重点。我国正处于经济发展的关键时期，采煤技术是我们的薄弱环节。只有跟上发展先进采煤技术的世界潮流，将其放在战略有限地位，并以足够的力度予以实施，才能尽快缩小与发达国家的差距，才能在激烈的市场敬振华中立于不败之地。

煤矿绿色开采技术研究:我国煤矿绿色开采技术分析研究

[摘要]随着我国煤矿开采带来的资源短缺和环境污染等众多问题，矿山的绿色开采已经成为了煤矿未来发展的趋势。本文结合我国煤矿开采现存的问题，引出了煤矿绿色开采体系，同时详细介绍了几种绿色开采技术，对技术的概念、研究以及应用进行了阐述，对实现煤炭资源的可持续发展具有一定的指导意义。

[关键词]绿色开采体系 保水开采；煤与瓦斯共采 煤炭地下气化

1我国煤矿开采现存的问题

随着经济的高速发展以及煤矿开采程度的不断加深，我国大部分矿区出现了资源的枯竭和环境的严重破坏，这不但对地表、水体、大气造成了污染，而且还给人们的生产生活造成了极大的威胁。煤矿开采造成的主要问题有：

（1）地表的沉陷。煤矿在开采过程中如果不注意保护煤柱的留设，那么随着煤炭的不断挖掘，上覆岩层移动变形会逐渐加大，地表将会沉陷，造成地面水体、建筑物等的破坏。

（2）大气遭到破坏。作为与煤共生的产物，排到大气中的瓦斯将会造成严重的大气污染，另外，煤矸石在一定条件下会自燃，形成的SO2和CO等有毒有害气体还会威胁人们的身体健康。

（3）形成矸石山。煤矿在开采过程中矸石外运，将大量的煤矸石堆积在地面，从而形成了矸石山，造成植被的破坏和土地的沙漠化。做为以煤炭为主要能源的国家，我国社会经济发展对煤炭资源的依赖性越来越强，但是我国煤矿传统“高消费、高排放、低效率”的特点在许多矿区依然存在，煤矿开采之所以会出现上面的种种问题，就是由开采技术不合理、管理体制不严格、环保意识不强烈，可持续发展意识薄弱等原因造成的。因此，在煤炭开采带来的这些诸多弊端的影响下，煤矿开采与经济发展、环境保护之间的矛盾亟待解决，随着90年代可持续发展理念的提出，实现煤炭的绿色开采体系是煤矿必须要走的道路。

2煤炭绿色开采技术体系

煤矿绿色开采技术体系的本质就是和谐处理煤矿开采和环境保护之间的关系，一方面是要在尽可能保证环境不受污染的前提下利用合理的技术开采煤炭资源，取得经济的快速发展；另一方面还要综合利用煤炭开采过程中的其他资源，像瓦斯、水、煤矸石等。该体系创立的核心是开采技术的研发和完善，针对上述煤炭开采造成的种种环境问题，我国学者钱鸣高以岩层控制关键层理论、水与瓦斯在裂隙岩体中的渗流规律、岩体在开采过程中的应力场分布等为理论依托，提出了相应的绿色开采技术[1]，具体包括：

（1）充填开采技术――针对地表沉陷，留设煤柱是目前广用的手段，但留设煤柱不利于煤炭资源的综合利用，因此，充填开采技术有极大的优势。

（2）煤与瓦斯共采技术――针对大气污染，减少瓦斯排放的途径就是利用瓦斯资源。

（3）减少矸石排放技术――针对矸石山造成的地表破坏，一方面是要减少井下的矸石外运，以煤巷代替岩巷，加强煤巷的支护技术，另一方面是对矸石山进行复垦绿化，或者改性加工成建筑材料或充填材料。

（4）煤炭地下气化技术――该技术通过减少巷道的开挖来减缓岩层移动造成的矿山压力显现，从而避免一切环境破坏的产生。

3煤炭绿色开采技术的主要内容

下面将对上述的几种煤炭绿色开采技术的概念、研究以及应用进行具体的说明。

3.1充填开采

3.1.1技术概念

充填开采主要是利用一些价值比较低的材料或者废弃物，像煤矸石、粉煤灰等，经过加工处理，然后注入采空区，对上覆岩层进行控制，最终控制地表的移动变形的技术，其能有效的保护地表环境，是煤矿绿色开采体系很重要的部分。

3.1.2技术研究

充填开采是控制岩层采动破坏、防止地表下沉塌陷的最佳途径。其主要有关键层离层充填和采空区充填两种。

关键层离层充填依据的是“关键层”理论，其认为，在采动影响下，关键层的离层断裂会直接影响到地面，造成地表塌陷，因此，对关键层进行处理，会有效的控制地表的下沉，“关键层”理论表明关键层在断裂之前，会先出现离层，随着离层距离的增大，关键层最终会发生破裂，所以，在关键层破裂之前，对其离层进行注浆，会防止其发生破裂，从而阻止了地表的沉陷。但是该方法的缺点是关键层的位置和最佳的注浆时机不好把握。

采空区充填是目前普遍认为的“充填开采技术”，而且其对地表下沉的控制效果好，因此，加强对采空区充填技术的研究将是绿色开采技术的重点。

采空区充填技术的主要内容是充填材料和设备的研制以及充填技术的改进。充填材料的研制主要围绕加工改造废弃物和减低充填成本展开。目前比较主流的材料有矸石充填、水砂充填、膏体材料充填和高水材料充填。充填材料的成本，以及它的稳定性、强度和流动性将是判别充填材料能否应用的依据。充填设备的用途主要是能有效的把充填材料运送到采空区，有充填泵和充填液压支架等。

开采系统和充填系统的配套协调也是充填采煤技术必须要解决的问题。

3.1.3“充填开采”技术应用

充填采煤技术在冀中能源集团邢台矿已经应用了很长时间，效果很好，该矿井将井下磨碎的煤矸石和电厂粉煤灰通过一定的比例混合搅拌，然后通过螺旋给料机运到充填钻孔，然后依靠自重落到井底，接着由皮带输送机运送到采空区进行充填，经过这一系列的操作，很好的控制了地表的下沉。

3.2煤与瓦斯共采

3.2.1技术概念

对于瓦斯，人们普遍认为它是矿井有害气体，会造成大气污染，而且达到一定浓度时会引发瓦斯爆炸，但是，它也是能源燃料，在煤层中储量很丰富。因此，瓦斯的安全高效抽采是治理瓦斯最有效的措施。

瓦斯抽采就是把煤层或采空区的瓦斯通过抽采钻孔采出地面的技术，

3.2.2瓦斯抽采分类

瓦斯抽采根据其抽采位置的不同可以分为：本煤层抽采、邻近层抽采和采空区抽采。

本煤层抽采：主要是回采和掘进工作面瓦斯的抽采，可以在巷道两侧打抽放钻孔进行抽采。

邻近层抽采：邻近层的抽采对本煤层有着保护作用，因为工作面在回采过程中将引起上覆或底板岩层的破裂，邻近层的瓦斯会通过生成的大量裂隙涌入到本煤层中来，从而造成瓦斯突出，因此，预先抽放邻近层的瓦斯是安全开采的保证。

采空区抽采：采空区的瓦斯含量也是很大的，通过地面钻孔或专门布置瓦斯抽采巷都能够对采空区瓦斯进行抽采。

3.2.3技术研究

煤层的渗透率影响着瓦斯的抽采率，由于我国煤层普遍属于低渗透性煤层，瓦斯不易抽采，所以，煤层渗透性的提高成为了改进瓦斯抽采技术的关键，我国学者针对这一点展开过大量的研究，像太原理工大学赵阳升教授经过二十多年的研究，研发出了水力割缝强化煤层渗透性，提高瓦斯抽采效率的成套技术与装备，并获得了工业试验的成功；还有的学者经过大量的研究表明，采动过程中岩层的移动会增大煤层渗透性，尤其是“关键层”的断裂移动会对邻近层的瓦斯涌出起着决定性影响，这为瓦斯的运移和抽采创造了有利的条件。除了增大渗透率，抽采钻孔的合理布置方式也是一项关键技术，我国学者提出了底板穿层钻孔隔缝网络化增透技术，优化了钻孔的布置方式，对瓦斯的高效开采起到了重要的作用。

除此之外，钻孔的密封性也是影响因素。经过大量的工业试验表明，大多数抽采钻孔存在密封性不佳的缺点，而这导致大量的瓦斯在抽采过程中泄露，所以封孔质量好、空口严密，才能使瓦斯抽采达到规定的指标。

3.2.4“煤与瓦斯“共采技术应用

瓦斯抽采技术在我国应用比较早，许多矿区都已经取得了可喜的成果，而且已经作为了其产业链中重要的一部分，像阳煤集团，晋煤集团、潞安集团等，已经在瓦斯抽采利用上走在了我国煤矿企业的前列。

3.3减少矸石排放

开采过程中矸石的外排会造成矸石的大量堆积，从而造成土地的沙漠化，所以减少矸石的产生是解决此问题的最基本方法。《煤炭安全规程》规定过，布置井下巷道时，要遵循“多掘煤巷，少掘岩巷“的原则，多掘煤巷既能够就能够从源头上解决矸石的产生，又能够增加煤炭的采出率；矸石的井下处理也能够解决矸石外排的问题，通过建立井下矸石处理系统，把开采过程中采出的矸石集中破碎加工，处理后的矸石可以用作采空区充填材料、钢轨的铺垫、巷道壁帮充填或者混凝土砌碹。

3.4煤炭地下气化

煤炭地下气化是未来煤矿发展的方向，基本流程就是从地表沿煤层相隔一定距离开挖两条斜井到达煤层，然后把这两条斜井通过煤层中的一条水平井连接起来，接着将煤层就地燃烧原位转化成煤气，最后排出地面的一种化学采煤方法。该方法对环境的污染较小，既不会造成地表沉陷，也不会产生矸石，而且受地质条件约束小，可以对薄煤层、深部煤层、遗留的煤柱或难采的边角煤等进行开采。煤炭地下气化技术虽然经过了很长时间的研究和实践，但是目前只在少数矿区进行了工业试验，还不能形成大规模的工业生产，其中还有好多问题需要解决，像如何防止地下燃烧生成的有毒有害气体不对地下水产生污染，如何控制燃烧速率等等。

4结语

随着煤矿开采的加重，环境污染逐年加深，资源开采成本不断加剧，在可持续发展理念的引导下，实施煤矿的绿色开采已经成为了时代的需要，目前虽然已有很多绿色开采技术，并且都取得了很好的效果，但是绿色开采是一项长期的目标，现存的好多技术仍然存在缺陷。

煤矿绿色开采技术研究:煤矿绿色开采技术的分析

【摘要】随着时代经济的不断发展以及科学发展观、绿色可持续发展理论的提出，绿色开采煤矿已经成为煤矿开采业的主流开采方式。本文主要从目前我国绿色开采煤矿中存在的安全问题以及环境污染问题方面入手，阐述我国绿色开采煤矿的整体工作框架，并对开采过程中存在的问题，以及开采技术进行了简要分析。

【关键词】煤矿开采：绿色开采：煤矿业绿色发展

我国的经济发展很大程度上依赖于煤炭资源，但是，在开发与利用煤炭资源的同时，也给环境以及资源造成了不可挽回的损害。为了解决这一问题，全国各煤矿企业都在遵循可持续发展战略，倡导节能减排，以达到和谐发展的目的。绿色开采煤矿这一理念，是在2003年，由中国矿业大学钱鸣高院士提出的，为资源可持续发展以及煤炭工业的发展，提供了一个新的思路与方式。笔者通过总结多年工作经验，对现有技术进行总结与分析，旨在帮助企业根据企业自身特点，采取不同种类的绿色开发技术，真正意义上实现绿色开采，最终达到煤炭工业可持续化发展的目标。

一、我国煤矿开采业存在的问题

1.安全问题：中国煤矿开采业较之国外来说，存在着生产工艺较为落后，安全意识薄弱、以及科学技术开发资金投入不足、经营管理模式不完善等问题。与此同时，由于开采的过程中将会对上覆岩层产生移动破坏，从而破坏了地下水层初始流动状态，以及阻碍了瓦斯的正常流转。致使多地发生因瓦斯突出、漏水以及冲击地压等灾害的发生。并且随着时间的推移，矿井采掘造成的水土流失、多地地面塌陷等问题也日益突出。

2.环境问题：我国煤炭地下开采，采空区部分，基本都采取全部冒落法管理顶板，会造成地面塌陷以及地面沉降现象，随之引发井水的水位下沉，最终导致铁路、公路、及各项依地面类建筑破坏。据不完全统计，2010年，我国约有16000座煤矸石山，历年来累计堆放的煤矸石重量约为45亿t，占地面积约为15000平方米，其中瓦斯以及煤矸石山自然时所产生的硫化物基本都会直接进行排放，对大气的污染十分严重。同时煤矿的开采会对当地水资源形成巨大的污染。煤炭在开采过程中，需要进行认为疏干排水以及采取形成的导水裂隙，对煤系的含水层进行自然疏干，这种做法不仅破坏地下水资源，继续开采下去必将重度污染地下水资源。在煤矿的开采过程中，会对大气环境造成一定污染，其主要污染源头来自矿井排除煤层瓦斯抽放，以及煤矿矸石山自燃。矿井瓦斯就是煤气层，是比CO2还要严重的一种温室气体，并且煤矿瓦斯也是导致煤矿重特大安全事故的导火索。据不完全统计，我国2000米的浅范围内，就会具有30-35万亿立方米的煤气层，名列世界前茅。但是由于我国每层的透气性相对较小，所以很难在煤矿开采前将其抽出。总结建国以来的煤矿事故记录，共计1500多次，死亡人数超过5000人，由此可见，大力倡导与开发绿色开采技术已经是迫在眉睫的事。

二、绿色开采体系及具体实施方式

1.钱鸣高院士从现有资源以及施工技术方面对煤炭的绿色开采进行了明确的定义，从资源角度认识以及对待瓦斯、水土等一系列可以利用的资源。绿色开采的基本出发点，就是从开采方的角度入手，尽可能减少煤矿开采对于矿井周围环境及资源的影响。旨在将社会效、经济效益以及环境效益最大化。

2.保水开采：笔者收集各方面资料显示，我国国有矿井存在透水性危险的，占据总矿井数的50%，并且这一情况正在逐年加重。所谓保水开采是指在开采过程中，对矿井周围水资源进行保护，并且最大化利用水资源。关键层理论中提到，煤炭开采过后，严重破坏开采地原始水体径流，随着时间的推移，上覆岩层当中的关键层会发生断裂，从而导致区域中形成地下水下降漏斗。想要恢复地下水，最重要的就是上覆岩层中是否有软弱岩层经过重新压实导致裂隙闭合，从而形成隔水带。如果存在隔水带，比表水以及地下水会逐渐填满，水位恢复。若不存在软弱岩层，就不能通过自然的方式进行水资源填筑，需要对裂隙填浆，技术难度较高。

3.煤炭瓦斯共采：煤炭瓦斯共采技术，充分的利用了开采过程中岩层的移动对瓦斯自身产生的泄压作用，提高矿井瓦斯抽采率。在开采过程中，形成煤与瓦斯的共同开采系统，实现共采。笔者总结多年工作经验认为，当煤炭开采过程中引起岩层移动，将会直接导致渗透率较低的煤层渗透率增加十倍有余，为瓦斯的运移以及涌出创造了条件，方便瓦斯开采，并且这部分瓦斯作为洁净能源，可以运用到生产生活中许多领域。所以应对“煤瓦共采”技术进行深入研究，最大限度推广该技术。

4.填充开采：填充开采技术为解决煤矿开采中压煤问题、矸石山问题以及地面沉降问题等方面提供了有效的解决方式。所谓填充开采是将煤矸石、粉煤灰及河砂等用作填充的材料，填充到采空区中，使资源利用率最大化，控制地面沉降与地面塌陷问题。同时也可以减少地面固体废物、建筑行业产生的垃圾对环境的损害。水砂填充技术是我国20世纪80年代开始使用的一种技术，因其投资大、施工程序较为繁琐的原因，难以大范围推广，目前已被淘汰。利用矸石进行填充，可以有效解决矿井矸石的堆放问题，但是将矸石作为填充材料进行施工，会增加整体的开采成本。膏体填充是将固体的废弃物，通过特定比例制成牙膏状的浆体。通过重力或是泵压作用，经过管道输送对采空区进行填充。膏体具有流动性好、凝结时间较短、以及凝结后强度较高等特点，目前在山东等地已经得到了广泛的运用。

结束语

笔者通过总结多年工作经验，并结合当前我国煤炭开采行业的现状，得出下述结论：煤矿绿色开采技术目前已经成为我国煤炭行业发展的必然方向，通过开发煤炭绿色开采技术，提高开采效率，实现资源节约，并且可以有效保护矿井周围环境，对于煤炭行业的可持续发展具有重要意义。

煤矿绿色开采技术研究:浅谈煤矿的绿色开采技术及发展

【摘要】绿色开采是煤炭开采的发展方向，对提高煤炭采出率、保护生态环境和实现煤矿可持续发展都具有十分重要的意义。本文介绍了煤矿绿色开采技术的提出和内容，从煤与瓦斯共采、保水开采、充填开采等方面对煤矿的绿色开采技术进行了介绍。

【关键词】绿色开采 保水开采 煤与瓦斯共采 充填开采

煤炭开采会造成岩层移动破坏，引起岩层中水与瓦斯的流动，导致煤矿瓦斯事故与井下突水事故。由于岩层移动，会造成地表沉陷，导致农田、建筑设施的损坏。另外，煤炭开采形成的大量堆积在地面的矸石，既占用良田，又造成环境污染。上述问题若得不到有效解决，在未来几十年内，随着能源总需求和煤炭产量的不断增长，煤炭资源开采所带来的矿区安全和生态环境问题将更为严重，人类的生存和社会发展环境将受到严重威胁。

绿色开采是煤炭开采的发展方向，对提高煤炭采出率、保护生态环境和实现煤矿可持续发展都具有十分重要的意义。如今，单纯地通过提高煤炭的产量，已经很难缓解煤炭供应的压力。如何综合考虑发展煤炭循环经济，减少煤炭开采对环境的破坏，把“发展煤炭循环经济，实现煤炭绿色开采”作为煤炭企业的发展理念，大力发展绿色的采煤技术，是解决上述问题的关键。

1、煤炭绿色开采的提出和内容

早在2003年，中国矿业大学钱鸣高院士首次提出了煤矿绿色开采的概念和技术体系，随后明确了实现煤炭资源开采和环境保护协调发展的绿色开采研究目标，为我国绿色开采技术的研究指明了方向。煤矿绿色开采的主要理论依据是关键层理论、开采对岩层移动的影响及移动规律、水在裂岩体中的渗流规律、开采后岩层内节理裂隙分布发育规律等。

煤矿的绿色开采以及相应的绿色开采技术的基本出发点是防止或尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响。煤矿的绿色开采目标是取得最佳的经济效益和社会效益。根据煤矿中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等，绿色开采主要包括以下内容：水资源保护―“保水开采”；瓦斯抽放―“煤与瓦斯共采”；土地与建筑物保护―“充填开采”；排放矸石占用土地污染环境―“煤炭地下气化”等。

2、煤与瓦斯共采技术

瓦斯既是矿井有害气体也是洁净能源，因此应该使其资源化，这和煤炭的绿色开采理念不谋而合。煤与瓦斯共采的技术主要有留巷钻孔法、卸压法。开采瓦斯最好的方法是在煤矿开采前对瓦斯进行抽采，若能在开采前将煤层内瓦斯抽出，则是利用瓦斯改善煤矿安全的最好办法，但由于我国大部分煤体透气性低，在本层内抽采瓦斯有难度，在技术上和效益上很难保证。因此，就需要利用煤与瓦斯共采技术，卖炭开采后围岩压力降低，大量瓦斯在采空区释放，有利于瓦斯抽采，因此形成煤与瓦斯共采体系。另外，对于废弃矿井的瓦斯，可以采用直接抽采，鉴于废弃矿井煤层经过采动而充满瓦斯，因而可以利用采动后岩体内裂隙场的分布及钻孔，将瓦斯抽排管装在井下、封闭井口后，抽出瓦斯。

3、保水开采技术

保水采煤在不同的矿区有不同的技术内涵，缺水矿区要以水资源保护和利用为主，大水矿区，要以减少水资源破坏和防治水灾害为主。因此，保水开采包含水资源保护、水资源利用（煤水共采）和水灾害防治等多项重要内容。煤矿开采过程中破坏了地下含水层的原始径流，大量排出地下水，采空区上方导水裂隙带与地下水体贯通，形成大规模地下水降落漏斗，造成区域含水层水位下降，直接影响到区域水文地质条件。采动影响稳定后产生的地表沉陷往往影响到地表水体（河流、湖泊、井泉等）的原来形态，造成部分沟泉水量减少甚至干涸，影响当地居民正常的生产生活，进而影响区域植被生长，甚至土地沙漠化。

4、充填开采技术

我国多数煤矿存在建筑物下、水体下、铁路下压煤的问题，充填采矿法对解决这类问题具有重要的意义。充填开采法是用充填材料充填采煤工作面采空区的岩层控制方法。该法可以缓和工作面支承压力产生的矿压显现，改善采场和巷道维护状况，有效减少地表下沉和变形，提高煤矿采出率，保护地面建筑物、构筑物、生态环境和水体。按照充填材料的不同，充填采矿法分矸石充填、水砂充填和膏体充填。

4.1 矸石充填

利用井下采空区处置煤矸石的充填采煤方法，既可以减少煤矿固体废弃物排放，又可以减轻开采沉陷灾害、提高矿井资源回收率，是实现煤矿绿色开采的关键技术途径之一。抛矸机抛矸充填。将岩巷和半煤岩巷掘进矸石用矿车运至井下矸石车场，经翻车机卸载后，矸石经破碎机破碎，而后进入矸石仓；刮板输送机卸矸充填。充填装备由后端带悬梁的自移式液压支架和充填刮板输送机组成。在自移式液压支架后端增加后悬臂等配件，采用可调高但挂链悬挂充填刮板输送机溜槽，悬挂是为了增加充填垂直高度；风力抛矸充填。风力充填材料粒度的直径不宜大于充填管道的1/2～1/3。并且要求充填材料沉缩率低、不自然、腐蚀性小。矸石经充填机、充填管路充填采空区。一般采煤机割两刀煤充填一次，充填步距1.2～1.6 m，每次充填长度6～9 m，工作面每向前推进50～100 m，充填机前移一次。

4.2 水砂充填

水砂充填采煤法是利用水力通过管道把充填材料沙粒送人采空区的充填采煤法。我国早在20世纪初就开始应用水砂充填采煤法，目前水砂充填技术已经十分成熟。在地面用矿车将采出、破碎及筛分后的成品砂运到贮砂仓贮存。在贮砂室，砂与水混合成砂浆，经充填管路送至工作面采空区，并在采空区脱水，砂子形成充填体，废水经采区流水上山和流水道流入采区沉淀池，经沉淀后，澄清的水流入水仓，用水泵经排水管将水排至地面贮水池，以供循环利用。水砂充填采煤法充填致密，可减少煤尘危害，能有效地控制地表下沉和变形，但井上下充填系统复杂，设备及设施投资大，充填材料昂贵，提高了吨煤成本。

4.3 膏体充填

膏体充填具有料浆质量分数高、充填效率高、成本较低等优点，这项技术试验成功以后在金属矿山得到较快的发展。膏体充填采煤技术主要由三部分组成，即充填材料、充填设备与工艺、采动岩层充填控制理论。膏体是由煤矸石、粉煤灰、水砂、水泥等组成，由地面设备加工而成的类似牙膏的流体，具有十分良好的流动性和可泵性。充填时，膏体通过巷道中的管路，由充填泵提供动力，输送到液压支架后的采空区。膏体充填技术的核心是膏体充填材料，膏体充填材料的强度对膏体充填的效果起决定作用。膏体充填后，地表下沉减小。膏体充填开采是绿色开采技术的重要组成部分，是解决煤矿开采环境问题的理想途径，是解决村庄等建筑物下大量压煤开采问题的迫切需要。

5、结束语

资源与环境协调的绿色开采是解决煤炭开采环境问题的根本出路。要实现绿色开采，需要综合研究和解决经济与技术等方面的问题。绿色采矿可以减少环境污染，还能带来良好的社会经济效益。绿色采矿是形成绿色矿业及矿区绿色家园的重要组成部分，相信随着绿色开采的不断发展和完善，煤矿绿色开采一定会发挥它应有的作用，为人类与自然的协调发展做出贡献。