浅谈煤矿开采技术与开采方法

浅谈煤矿开采技术与开采方法

张明社

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摘要：煤炭对中国的经济发展有着举足轻重的作用。近几十年来，中国大力开发煤炭资源，极大地提高了中国的煤炭产量，提高了煤炭开采技术。随着中国经济发展水平的不断提高，煤矿开采引起的地面塌陷，环境污染，地下水污染等问题也日益突出。煤炭生产在经历了多年发展之后，从最初的产能不足到现在的产能过剩，造成了煤炭价格的大幅下跌，给煤炭行业带来了巨大的利润空间。在此背景下，我国许多煤炭企业面临着从劳动密集型向技术型转型的压力。另外，中国虽有丰富的煤炭资源，但经过多年的开采，浅层资源已接近枯竭。这就要求在新的形势下，采用绿色采矿技术来解决所面临的一系列问题。

关键词：煤矿；绿色开采；技术

引言

在传统观念中，只有煤是一种资源，其它一切都是有害的废物，如瓦斯是一种危害性气体，矿井水是一种水害，煤矸石是一种固体废物。绿色开采将瓦斯，地下水，地热，土，地，煤矸石，火力发电厂的粉煤灰，二氧化碳等与煤炭共生的资源。从根本上改变了以往只把煤当作矿用资源，对其它伴生资源视而不见，甚至认为它们有害的传统观念。岩层运动是引起采动破坏与环境问题的根源，其所形成的裂隙场、等应力场、等位移场、渗流场等分布规律，为实现绿色开采提供理论基础。因此，控制或利用采动岩的破断运动是实现绿色开采的最基本途径。对采动岩移规律的研究，是绿色开采的一个重要课题。

一、生命周期理念

从开采源头入手，兼顾煤炭共生资源与环境的保护与开发，实现矿山全寿命周期的绿色开采。本文在对国内外煤炭资源开发现状和存在问题进行分析的基础上，针对我国煤炭资源开发的实际情况，提出了“煤-电”联动，“煤-气”互馈，“煤-水-热”综合利用的绿色开采模式。问题的提出在矿井规划设计阶段，需要研究特定矿井条件下煤及共伴生资源、环境等特点，评估煤炭开采岩层运动对共伴生资源的影响，合理规划矿井的绿色开采方案。其次，根据矿井的实际情况，确定主采煤层、辅采区的布置形式，优化工作面设备的选择，制定相应的生产组织方案，实现各个系统的协调运转。在采出煤层的时候，采取适当的绿色开采技术，对其他资源进行保护，或者使之与煤炭资源联合开采，例如煤气共采，煤热共采和煤水共采。

二、新形势下的绿色采矿技术

（一）煤与瓦斯共采技术

瓦斯是煤成煤过程中产生的一种以甲烷（CH4）为主的可燃气体，具有很强的可燃性质。煤层瓦斯是一种特殊的气体，在一定的条件下会发生爆炸，给煤矿安全带来很大的威胁。以往，甲烷直接以通风的方式排入大气，不仅造成空气污染，而且浪费了沼气资源。随着社会经济的发展，人们认识到煤与瓦斯资源的重要性，提出了煤层气与瓦斯共采技术。目前，中国煤层气共采技术的应用主要集中在井下预抽采和井下钻采两种技术。针对中国煤层透气性差的现状，提出了采用地下瓦斯抽采和地面瓦斯抽采相结合的瓦斯抽采方法。井下瓦斯抽采主要采用钻孔抽采，也就是利用带负压的钻孔直接抽采煤层瓦斯抽采。以钻孔布置的层位为依据，瓦斯抽采钻孔主要分为本煤层钻孔、穿层钻孔和高位钻孔，其中前两种钻孔适用于瓦斯预抽，后一种钻孔适用于煤层开采过程中的抽采。对某些瓦斯浓度较高的煤层，可通过地面钻井进行抽采。该方法不仅能实现高浓度、高出瓦斯量，而且是一种较为理想的瓦斯抽采方法。地面钻井抽采煤层瓦斯，又称煤层气开采.为了提高煤层的透气性，必须对煤层进行压裂处理。到目前为止，中国只有几个矿区建成了地表钻探系统。

（二）无煤柱开采技术

传统沿空留巷工艺主要是通过加强支护来保留上一工作面的回采巷道，以便下一工作面的回采巷道使用，以增强支护强度。沿空巷道受重复开采影响，变形控制困难，存在着沿空留巷失效的风险。针对这一现状，何满潮院士提出一种沿空留巷切顶卸压法，即在采空区近侧截断顶板，阻断支撑压力传递，并利用恒定阻力锚索加固沿空巷道。这使得沿空留巷的成功率大大提高。目前，该技术已在多个矿区推广应用，效果显著。

（三）保水开采技术

在煤矿开采过程中，随着矿井的逐渐开发，在矿体之下形成了采空区，这使得地下水的涌出大大增加，地下水的涌出将给目前煤矿的开采工作带来一定的影响。因此，在煤矿开采过程中，要注意对地下水涌出现象的处理，以往都会用建筑机械设备将地下水排到地表。但这种排水的方式不仅效果有限，如果地下水涌出量过大，还可能造成地面塌陷，浪费大量水资源，并且企业所需的排水费用也较高。所以，单一的机械设备排水阀已经不能满足现阶段煤矿开采的实际需求。在进行开采的过程中，要以实际情况为依据，选择一种科学的绿色开采技术。与此同时，要提前做好相应的防治水措施，这样才能有效地降低地下水涌出现象的发生。与此同时，还能对开采过程中的地下水进行有效的保护和利用。但是，在实际应用的过程中，矿山企业必须根据开采的实际情况，选择具有较高适应性的开采工艺，并在具体的过程中，将地面填充与井下填充系统充分结合起来，保证矿区的周围不会因为地下水的影响而出现沉降现象。同时，还要有效地防止由于开采工艺选择不当，导致在开采过程中产生较大的裂缝，或者是出现大面积的地表沉降，这样不仅不能有效地保证开采过程的安全，还会造成大量的水资源损失。因此，在进入矿山进行实际开采的过程中，需要以开采工程的实际情况为依据，制定出较为严格的控水和补水标准，并以此为基础，对井下用水和补水的方式进行进一步的规范，通过这种手段，保证井下的用水设计方法与目前我国经济发展和行业发展的有关规定相一致。要想对工程施工过程中的地下水水位的影响进行有效的控制，在实践中，要贯彻一水多用的原则，实现地下水的再利用，有针对性地减少当前开采工生产过程中的实际耗电量。此外，为了长期发展的需要，还需要在矿区的地面上安装污水处理系统，将污水转化为可利用的水资源，提高水资源的利用率。

（四）固体废弃物的综合利用

在煤矿开采过程中，受限于现有技术条件，不能有效地开发和利用所有的矿产资源，在开采过程中不可避免地会产生一些固体废弃物，其中废石、砂石和冶炼渣等是比较常见的，在目前我国工业废弃物排放量中占很大比例。不仅造成了大量的资源浪费，而且大量的固体废弃物和废气排放到地表，还会造成严重的环境污染，甚至会引发严重的自然灾害。因此，在目前的煤矿开采过程中，可以将固体废弃物作为填充物，填充到采空区。这种综合利用方式，既能解决废物利用率低、固体废物排放等问题，又能防止采空区顶板冒落现象的发生，保证了生产过程的安全，同时也在一定程度上保护了矿区的地表环境，符合我国当前社会经济发展的主流趋势。

结语

中国煤炭开采形势已经发生变化，主要表现在三个方面，即对环境的要求越来越高，对资源的利用越来越高，对深部的开采也越来越多。为解决这一问题，应在矿山中实施绿色采矿技术。文章对目前我国煤矿绿色开采中存在的一些问题进行了分析，希望能对我国煤矿的绿色开采起到借鉴作用。

参考文献

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[2]任君凯.新形势下煤矿绿色开采技术及应用[J].能源与节能,2020(06):60-61.

[3]田世康.新形势下煤矿绿色开采技术及应用[J].中国石油和化工标准与质量,2020,40(10):226-227.