淺議我國煤礦的綠色開采技術(shù)
崔占周
根據(jù)我國的能源資源狀況，煤礦作為我國最重要的一次性能源，在未來20年內(nèi)，其在能源構(gòu)成中的主體地位將不會改變。2020年我國煤炭消費量將達到40億噸。屆時，煤礦產(chǎn)量很可能無法滿足工業(yè)需求。不能在單純地通過提高煤炭的產(chǎn)量緩解煤炭供應(yīng)的壓力，而應(yīng)該綜合考慮發(fā)展煤炭循環(huán)經(jīng)濟，減少煤炭開采對環(huán)境的破壞，而且也應(yīng)該把“發(fā)展煤炭循環(huán)經(jīng)濟，實現(xiàn)煤炭綠色開采”作為理念，大力發(fā)展綠色的采煤技術(shù)。
1、煤炭綠色開采體系
煤礦綠色開采以及相應(yīng)的綠色開采技術(shù)，在基本概念上是要從廣義資源的角度來認識來認識和對待煤、瓦斯、水等一切可以利用的各種資源。基本出發(fā)點是防止或盡可能減輕開采煤炭對環(huán)境和其他資源的不良影響。目標是取得最佳的經(jīng)濟效益和社會效益。根據(jù)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(nèi)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(huán)境——“煤炭地下氣化”等。2003年，中國礦業(yè)大學(xué)錢鳴高院士首次提出了煤礦綠色開采的概念和技術(shù)體系，隨后明確了實現(xiàn)煤炭資源開采和環(huán)境保護協(xié)調(diào)發(fā)展的綠色開采的研究目標，為我國綠色開采技術(shù)的研究指明了方向。錢院士提出的綠色開采體系，綠色開采理論依據(jù)：（1）關(guān)鍵層理論；（2）開采對巖層移動的影響及移動規(guī)律；（3）水在裂巖體中的滲流規(guī)律；（4）開采后巖層內(nèi)節(jié)理裂隙分布發(fā)育規(guī)律等。
2、減沉開采
減沉開采技術(shù)主要包括條帶開采與充填開采。條帶開采技術(shù)存在的主要問題是采出率低、浪費大量煤炭資源；而傳統(tǒng)的全部充填開采技術(shù)存在的主要問題是充填成本相對煤炭價格偏高、充填材料來源受限、充填量大、充填工藝不能適應(yīng)煤礦高效開采要求。為了降低充填成本，基于“關(guān)鍵層理論”，相關(guān)學(xué)者提出了部分充填（條帶充填）控制開采沉陷的思路，并推廣應(yīng)用。近年來，我國在兗州、撫順、大屯等礦區(qū)應(yīng)用采空區(qū)上方高層裂隙注漿充填法也起到了減緩下沉速度和下沉量的作用，但開發(fā)廉價、性能優(yōu)良的充填材料和提高對巖層移動控制規(guī)律的認識勢在必行。
3、煤與瓦斯共采
瓦斯既是礦井有害氣體也是潔凈能源。因此，應(yīng)該使其資源化，其技術(shù)途徑有：
(1)采前抽采：若能在開采前將煤層內(nèi)瓦斯抽出，則是利用瓦斯改善煤礦安全的最好辦法。但由于我國大部分媒體透氣性低，在本層內(nèi)抽采瓦斯有難度。
(2)煤與瓦斯共采：開采后圍巖壓力降低，大量瓦斯在采空區(qū)釋放，有利于瓦斯抽采，因此形成煤與瓦斯共采體系。
(3)廢棄礦井抽采瓦斯。鑒于廢棄礦井煤層經(jīng)過采動而充滿瓦斯，因而可以利用采動后巖體內(nèi)裂隙場的分布及鉆孔，將瓦斯抽排管安裝在井下、封閉井口后，抽出瓦斯。
(4)回風(fēng)井回收瓦斯。
(5)煤與瓦斯共采的技術(shù)主要有：留巷鉆孔法、卸壓法等。
4、充填開采
我國多數(shù)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(qū)的巖層控制方法。該法可以緩和工作面支承壓力產(chǎn)生的礦壓顯現(xiàn)，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(gòu)筑物、生態(tài)環(huán)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(qū)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，又可減輕開采沉陷災(zāi)害、提高礦井資源回收率，是實現(xiàn)煤礦綠色開采的關(guān)鍵技術(shù)途徑之一。
（1）拋矸機拋矸充填。將巖巷和半煤巖巷掘進矸石用礦車至井下矸石車場，經(jīng)翻車機卸載后，矸石經(jīng)破碎機破碎，而后進入矸石倉。通過矸石倉下口，膠帶或刮板輸送機將破碎后的矸石運入上下山，而后由膠帶或刮板輸送機轉(zhuǎn)載進入采煤工作面回風(fēng)平巷，再由工作面采空區(qū)可伸縮膠帶輸送機運至工作面采空區(qū)拋矸膠帶輸送機尾部，由拋矸膠帶輸送機向采空區(qū)拋矸充填。
（2）刮板輸送機卸巖充填。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(diào)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。輸送機中部溜槽按順序連接，并與機頭和機尾組成整部刮板輸送機。每2節(jié)中部溜槽設(shè)置1個溜矸孔，溜矸孔開在溜槽的中板上。由電機車牽引矸石礦車至采區(qū)矸石車場，通過翻車機卸載，矸石經(jīng)轉(zhuǎn)載機、破碎機進入矸石倉。破碎后的矸石經(jīng)上下山輸送機、平巷輸送機運至液壓支架后的充填刮板輸送機，在采空區(qū)卸載。
（3）風(fēng)力拋矸充填。風(fēng)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(jīng)充填機、充填管路充填采空區(qū)。一般采煤機割兩刀煤充填一次，充填步距1.2-1.6m，每次充填長度6-9m，工作面每向前推進50-100m，充填機前移一次。機械矸石充填對充填材料要求不嚴格，使用設(shè)備也較少，在我國山東礦區(qū)發(fā)展較快，有推廣趨勢。
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(qū)的充填采煤法。我國早在20世紀初就開始應(yīng)用水砂充填采煤法，目前水砂充填技術(shù)已經(jīng)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朱砂倉貯存。在貯砂室，砂與水混合成砂漿，經(jīng)充填管路送至工作面采空區(qū)，并在采空區(qū)脫水，砂子形成充填體，廢水經(jīng)采區(qū)流水上山和流水道流入采取沉淀地，經(jīng)沉淀后，澄清的水流流入水倉，用水泵經(jīng)排水管將水排至地面貯水池，以供循環(huán)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(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備及設(shè)施投資大，充填材料昂貴，提高了噸煤成本。
5、結(jié)語
綠色開采是針對煤炭大量開采造成的環(huán)境問題提出的，本文主要闡述了煤炭綠色開采的方法，并介紹了當前我國煤炭綠色開采的現(xiàn)狀。綠色開采不僅能減少環(huán)境污染，還能帶來良好的社會經(jīng)濟效益。因此，綠色開采的進一步實施能為人類與自然的協(xié)調(diào)發(fā)展做出應(yīng)有的貢獻。
