綠色開采技術論文(2)
綠色開采技術論文
綠色開采技術論文篇二
淺談煤礦綠色開采技術
摘要：深入分析了我國煤炭開采的現(xiàn)存問題，闡述了綠色開采的技術體系構成，調查研究了相關保障技術的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，論證了以關鍵層理論為基礎綠色開采是煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢。
關鍵詞：綠色開采;關鍵層理論;保水開采;充填開采;煤炭氣化
中圖分類號：TD8文獻標識碼： A
引言
近年來，全球氣候變暖日益嚴峻，如何應對全球氣候變化，是每一個國家、每一個行業(yè)都有責任、有義務深入研究和思考的問題。我國近些年在溫室氣體減排方面做了很多卓有成效的工作，全國各行業(yè)積極倡導和實施可持續(xù)發(fā)展、和諧發(fā)展觀及循環(huán)經濟等技術理念。
1、我國煤礦開采存在的問題
我國“富煤、貧油、少氣”的能源現(xiàn)狀決定了能源消費必須以煤為主，一次能源消費中有70%～75%來源于煤炭，煤炭行業(yè)的健康發(fā)展關系到國民經濟可持續(xù)發(fā)展的全局。多年煤炭開采帶來一系列環(huán)境和安全問題，屢屢為人詬病。
1.1安全問題
2009年12月21日，黑龍江龍煤集團鶴崗分公司新興煤礦發(fā)生重大瓦斯爆炸事故，再次引發(fā)公眾對煤礦安全，特別是群死群傷公眾事件的關注和深層思考。我國煤炭安全事故頻發(fā)有著諸如井工開采量大、小煤礦安全裝備和生產工藝落后、行業(yè)多年安全欠賬嚴重、科技投入不足以及技術與管理人才流失嚴重等客觀原因。從2006年起，國家加大對煤礦安全投入和治理，煤礦安全的總體形勢好轉，在產量增加的同時，死亡率逐步下降。如何推動煤炭安全形勢的進一步好轉，實現(xiàn)以人為本與本質安全型的和諧礦區(qū)，是煤炭行業(yè)亟待解決的問題。
1.2環(huán)境問題
主要包括地下采掘引起的地面塌陷、水土流失、沙漠化、采煤廢水排放以及煤矸石露天堆放污染等。
我國煤炭開采主要采用冒落法管理采空區(qū)頂板，造成地面沉降和陷落，因而引發(fā)村鎮(zhèn)、鐵路、橋梁和地面管線設施破壞。大量農田因塌陷、鹽漬化和水土流失無法耕種。礦井開采過程中的大氣降水、地表水、地下水及生產用水涌入井下而成為礦井水，目前礦山的年排水量約為22億m3。以山西省為例[1]，采煤破壞地下水達4.2億m3/a，井水水位下降或干涸共計3218個，影響水利工程433處、水庫40座及輸水管道793.89 km，造成1678個村莊，81.271 5萬人以及10.824 1萬頭牲畜飲水困難。《山西省煤炭開采對水資源的破壞影響及評價》顯示，該省因采煤漏水和礦井水排放等造成的經濟損失累計達300多億元。
我國現(xiàn)有煤矸石山1500余座，歷年堆積量達30億t，占地超過5000 hm2，在大氣降水淋溶時還會進一步污染周圍水體、農田和地下水。目前有自燃現(xiàn)象的矸石山約140多座，自燃過程中產生大量硫化物等有毒有害氣體，成為大氣污染源。
礦井瓦斯主要是礦井中由煤層氣構成的以甲烷為主的有害氣體。它既是煤礦重大安全事故的禍根，又是一種嚴重的溫室效應氣體。研究顯示，甲烷造成的溫室效應在全球氣候變暖中所占份額為15%，僅次于二氧化碳。等量甲烷造成的溫室效應是二氧化碳的21倍。初步估計[2]，我國2000 m淺范圍內有30～35萬億m3煤層氣資源，居世界前列。但由于煤層透氣性差，難以在開采前抽出。建國以來，我國煤礦發(fā)生煤與瓦斯突發(fā)事故1500余次，2001年由于瓦斯事故的死亡人數(shù)占煤礦總死亡人數(shù)的40%。煤礦每年排放瓦斯70～190億m3。
2、綠色開采理論體系與總體框架
綠色開采理念是在科學采礦三原則(安全、環(huán)保、經濟)的指導下提出的，強調在現(xiàn)有采煤理論、方法和技術基礎上，發(fā)展與創(chuàng)新采礦科技，從廣義資源的角度認識和對待煤、瓦斯和水等一切可以利用的資源。其基本出發(fā)點是防止或減輕開采煤炭對環(huán)境和其他資源的不良影響，以期取得最佳經濟和社會效益[1]。
煤礦開采引發(fā)的環(huán)境與安全問題無不源于采礦活動造成的巖層運動，進而引起周圍巖體的應力場、節(jié)理裂隙場和瓦斯運移場等相關物理場的變化，因此，研究綠色開采技術必須以科學的巖層控制理論為基礎，錢鳴高、繆協(xié)興及許家林等人提出的關鍵層理論[3-5]為科學采礦的實施提供了理論基礎。
在科學采礦的總體框架體系內，主要包括保水開采、煤與瓦斯共采、充填與條帶開采和離層注漿減沉、煤巷支護和部分矸石井下處理以及煤炭地下氣化等五大技術方向。
3、主要技術現(xiàn)狀
近40年來，我國共發(fā)生礦井突水事故2000余次，直接經濟損失高達40多億。據(jù)統(tǒng)計，我國國有煤礦中半數(shù)具有突水危險性，且突水危險日益嚴重。同時，山西、陜西和內蒙等缺水地區(qū)也急需解決煤炭保水開采問題。關鍵層理論認為[1]，煤炭采出后，隨著關鍵層的破斷，在該區(qū)域內地下水將形成下降漏斗。地下水位能否恢復，取決于上覆巖層中是否含有軟弱巖層(研究地下水滲漏的“關鍵層”)，及其能否經重新壓實導致裂隙閉合而形成隔水帶。這說明從技術上把握了關鍵層的破斷規(guī)律，可以有條件開采受水患威脅的優(yōu)質煤炭資源。
煤與瓦斯共采技術充分利用了煤炭開采中上覆巖層的礦壓活動，著重對卸壓煤層的抽采時機把握和抽采工藝優(yōu)化。在這項技術上，以袁亮院士為代表的課題組，解決了我國淮南礦區(qū)低透氣性煤層群開采的關鍵問題。該技術將高瓦斯、高地壓和低透氣性煤層群的技術難題統(tǒng)一考慮，以沿空留巷的方式一體化解決高瓦斯、高地溫、高地壓、井巷失穩(wěn)、瓦斯突出和沖擊地壓等開采技術難題，通過通風降溫和簡化采掘接替，實現(xiàn)連續(xù)開采，并為高效抽采瓦斯和治理煤層群瓦斯提供最佳工作空間，提出基于快速留巷Y形通風抽采卸壓瓦斯的煤氣共采技術路線。這項技術排除了低透氣性難抽瓦斯的安全隱患，同時改善了作業(yè)環(huán)境，扭轉了采掘銜接緊張的不利局面。
近期相繼提出矸石充填、膏體充填和超高水充填理論體系，就各充填工藝的實施開展了卓有成效的科研工作，并取得工業(yè)化試驗成功，在一定程度上解決了煤矸石堆存和“三下”壓煤問題。同期基于關鍵層理論指導下的上覆巖層離層注漿減沉技術也逐步開展。矸石充填在冀中能源邢東礦、邢臺礦、云駕嶺礦和梧桐莊礦相繼開展，在山東新礦集團翟鎮(zhèn)礦、華豐礦以及皖北煤電集團五溝煤礦推廣開來。膏體充填技術最早在山東濟寧的太平礦取得成功，后推廣至冀中能源的小屯礦與邢臺礦、河南煤業(yè)化工集團焦煤公司鑫珠春礦、淄博礦業(yè)集團岱莊礦和棗煤礦集團拐蔣村礦。超高水充填技術最先在冀中能源邯礦集團陶一礦取得工業(yè)化成功。上述充填技術的快速發(fā)展，說明煤礦綠色開采技術越來越深入人心，但現(xiàn)有充填技術的推廣主要解決了冀中和山東等煤價較高地區(qū)“三下”壓煤問題，推廣面有待擴展，技術上有待進一步完善。
煤巷支護是煤礦設備產能發(fā)揮的重要保證。隨著我國煤礦開采逐步轉入深部，以大采深、高應力、軟弱破碎圍巖和快速成巷為特征的動壓巷道支護技術成為今后的研究熱點。部分矸石井下處理工藝為巷充法，即通過沿空留巷和在條帶煤柱內開掘矸石充填巷等方式，一定程度上實現(xiàn)了無煤柱開采，提高了礦井回采率。
煤炭地下氣化技術集建井、采煤及轉化等多種工藝為一體，大大提高了煤炭資源的利用效率和利用水平，深受世界各國重視[6]。該技術將灰渣留于井下，充填減沉，無固體廢棄物排放，避免了大氣污染，是一種有較好發(fā)展前景的采煤技術，被譽為新一代采煤方法。自20世紀30年代以來，美國、德國和蘇聯(lián)等主要產煤國均對此進行了大量技術研究，取得了不少科研成果，儲備了煤炭地下氣化的一些關鍵性技術。該技術的成熟將從根本上解決傳統(tǒng)煤炭開采和使用方式存在的一系列技術、安全和環(huán)境問題，對發(fā)揮我國雄厚煤炭資源的優(yōu)勢，生產潔凈能源，保障能源供給安全，促進經濟和環(huán)境的協(xié)調發(fā)展都具有十分重要的戰(zhàn)略意義。
4、結語
煤礦綠色開采是我國煤礦發(fā)展的必然方向，是和諧礦區(qū)建設的重要指導，有著以關鍵層理論為基礎的實施依據(jù)，框架體系內主要技術的發(fā)展將為我國煤炭開采中實現(xiàn)安全高效、經濟環(huán)保提供重要保障，達到煤炭行業(yè)“低開采、高利用、低排放”的可持續(xù)發(fā)展目標。
參考文獻
[1]錢鳴高.綠色開采的概念與技術體系[J].煤炭科技，2003(4)：1-3.
[2]錢鳴高，許家林，繆協(xié)興.煤礦綠色開采技術的研究與實踐[J].能源技術與管理，2004(1)：1-4.
[3]許家林，錢鳴高.巖層控制關鍵層理論的應用研究與實踐[J].中國礦業(yè)，2001(6)：54-56.
[4]許家林，連國明，朱衛(wèi)兵，等.深部開采覆巖關鍵層對地表沉陷的影響[J].煤炭學報，2007(7)：686-690.
[5]許家林，朱衛(wèi)兵，王曉振，等.淺埋煤層覆巖關鍵層結構分類研究[J].煤炭學報，2009(7)：865-870.
[6]馬馳，余力，梁杰.中國煤炭地下氣化技術的發(fā)展[J].中國能源，2003(2)：11-15.□
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