綠色開采技術(shù)論文(2)
綠色開采技術(shù)論文
綠色開采技術(shù)論文篇二
淺談煤礦綠色開采技術(shù)
摘要：深入分析了我國(guó)煤炭開采的現(xiàn)存問題，闡述了綠色開采的技術(shù)體系構(gòu)成，調(diào)查研究了相關(guān)保障技術(shù)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，論證了以關(guān)鍵層理論為基礎(chǔ)綠色開采是煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞：綠色開采;關(guān)鍵層理論;保水開采;充填開采;煤炭氣化
中圖分類號(hào)：TD8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
引言
近年來，全球氣候變暖日益嚴(yán)峻，如何應(yīng)對(duì)全球氣候變化，是每一個(gè)國(guó)家、每一個(gè)行業(yè)都有責(zé)任、有義務(wù)深入研究和思考的問題。我國(guó)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(guó)各行業(yè)積極倡導(dǎo)和實(shí)施可持續(xù)發(fā)展、和諧發(fā)展觀及循環(huán)經(jīng)濟(jì)等技術(shù)理念。
1、我國(guó)煤礦開采存在的問題
我國(guó)“富煤、貧油、少氣”的能源現(xiàn)狀決定了能源消費(fèi)必須以煤為主，一次能源消費(fèi)中有70%～75%來源于煤炭，煤炭行業(yè)的健康發(fā)展關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(tuán)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(duì)煤礦安全，特別是群死群傷公眾事件的關(guān)注和深層思考。我國(guó)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(chǎn)工藝落后、行業(yè)多年安全欠賬嚴(yán)重、科技投入不足以及技術(shù)與管理人才流失嚴(yán)重等客觀原因。從2006年起，國(guó)家加大對(duì)煤礦安全投入和治理，煤礦安全的總體形勢(shì)好轉(zhuǎn)，在產(chǎn)量增加的同時(shí)，死亡率逐步下降。如何推動(dòng)煤炭安全形勢(shì)的進(jìn)一步好轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)以人為本與本質(zhì)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(guó)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(shè)施破壞。大量農(nóng)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(chǎn)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(dá)4.2億m3/a，井水水位下降或干涸共計(jì)3218個(gè)，影響水利工程433處、水庫40座及輸水管道793.89 km，造成1678個(gè)村莊，81.271 5萬人以及10.824 1萬頭牲畜飲水困難?！渡轿魇∶禾块_采對(duì)水資源的破壞影響及評(píng)價(jià)》顯示，該省因采煤漏水和礦井水排放等造成的經(jīng)濟(jì)損失累計(jì)達(dá)300多億元。
我國(guó)現(xiàn)有煤矸石山1500余座，歷年堆積量達(dá)30億t，占地超過5000 hm2，在大氣降水淋溶時(shí)還會(huì)進(jìn)一步污染周圍水體、農(nóng)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(chǎn)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(gòu)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(yán)重的溫室效應(yīng)氣體。研究顯示，甲烷造成的溫室效應(yīng)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(yīng)是二氧化碳的21倍。初步估計(jì)[2]，我國(guó)2000 m淺范圍內(nèi)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(guó)以來，我國(guó)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(xué)采礦三原則(安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì))的指導(dǎo)下提出的，強(qiáng)調(diào)在現(xiàn)有采煤理論、方法和技術(shù)基礎(chǔ)上，發(fā)展與創(chuàng)新采礦科技，從廣義資源的角度認(rèn)識(shí)和對(duì)待煤、瓦斯和水等一切可以利用的資源。其基本出發(fā)點(diǎn)是防止或減輕開采煤炭對(duì)環(huán)境和其他資源的不良影響，以期取得最佳經(jīng)濟(jì)和社會(huì)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(dòng)造成的巖層運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而引起周圍巖體的應(yīng)力場(chǎng)、節(jié)理裂隙場(chǎng)和瓦斯運(yùn)移場(chǎng)等相關(guān)物理場(chǎng)的變化，因此，研究綠色開采技術(shù)必須以科學(xué)的巖層控制理論為基礎(chǔ)，錢鳴高、繆協(xié)興及許家林等人提出的關(guān)鍵層理論[3-5]為科學(xué)采礦的實(shí)施提供了理論基礎(chǔ)。
在科學(xué)采礦的總體框架體系內(nèi)，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(hù)和部分矸石井下處理以及煤炭地下氣化等五大技術(shù)方向。
3、主要技術(shù)現(xiàn)狀
近40年來，我國(guó)共發(fā)生礦井突水事故2000余次，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)40多億。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)國(guó)有煤礦中半數(shù)具有突水危險(xiǎn)性，且突水危險(xiǎn)日益嚴(yán)重。同時(shí)，山西、陜西和內(nèi)蒙等缺水地區(qū)也急需解決煤炭保水開采問題。關(guān)鍵層理論認(rèn)為[1]，煤炭采出后，隨著關(guān)鍵層的破斷，在該區(qū)域內(nèi)地下水將形成下降漏斗。地下水位能否恢復(fù)，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(guān)鍵層”)，及其能否經(jīng)重新壓實(shí)導(dǎo)致裂隙閉合而形成隔水帶。這說明從技術(shù)上把握了關(guān)鍵層的破斷規(guī)律，可以有條件開采受水患威脅的優(yōu)質(zhì)煤炭資源。
煤與瓦斯共采技術(shù)充分利用了煤炭開采中上覆巖層的礦壓活動(dòng)，著重對(duì)卸壓煤層的抽采時(shí)機(jī)把握和抽采工藝優(yōu)化。在這項(xiàng)技術(shù)上，以袁亮院士為代表的課題組，解決了我國(guó)淮南礦區(qū)低透氣性煤層群開采的關(guān)鍵問題。該技術(shù)將高瓦斯、高地壓和低透氣性煤層群的技術(shù)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(shù)難題，通過通風(fēng)降溫和簡(jiǎn)化采掘接替，實(shí)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(fēng)抽采卸壓瓦斯的煤氣共采技術(shù)路線。這項(xiàng)技術(shù)排除了低透氣性難抽瓦斯的安全隱患，同時(shí)改善了作業(yè)環(huán)境，扭轉(zhuǎn)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(shí)施開展了卓有成效的科研工作，并取得工業(yè)化試驗(yàn)成功，在一定程度上解決了煤矸石堆存和“三下”壓煤?jiǎn)栴}。同期基于關(guān)鍵層理論指導(dǎo)下的上覆巖層離層注漿減沉技術(shù)也逐步開展。矸石充填在冀中能源邢東礦、邢臺(tái)礦、云駕嶺礦和梧桐莊礦相繼開展，在山東新礦集團(tuán)翟鎮(zhèn)礦、華豐礦以及皖北煤電集團(tuán)五溝煤礦推廣開來。膏體充填技術(shù)最早在山東濟(jì)寧的太平礦取得成功，后推廣至冀中能源的小屯礦與邢臺(tái)礦、河南煤業(yè)化工集團(tuán)焦煤公司鑫珠春礦、淄博礦業(yè)集團(tuán)岱莊礦和棗煤礦集團(tuán)拐蔣村礦。超高水充填技術(shù)最先在冀中能源邯礦集團(tuán)陶一礦取得工業(yè)化成功。上述充填技術(shù)的快速發(fā)展，說明煤礦綠色開采技術(shù)越來越深入人心，但現(xiàn)有充填技術(shù)的推廣主要解決了冀中和山東等煤價(jià)較高地區(qū)“三下”壓煤?jiǎn)栴}，推廣面有待擴(kuò)展，技術(shù)上有待進(jìn)一步完善。
煤巷支護(hù)是煤礦設(shè)備產(chǎn)能發(fā)揮的重要保證。隨著我國(guó)煤礦開采逐步轉(zhuǎn)入深部，以大采深、高應(yīng)力、軟弱破碎圍巖和快速成巷為特征的動(dòng)壓巷道支護(hù)技術(shù)成為今后的研究熱點(diǎn)。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(nèi)開掘矸石充填巷等方式，一定程度上實(shí)現(xiàn)了無煤柱開采，提高了礦井回采率。
煤炭地下氣化技術(shù)集建井、采煤及轉(zhuǎn)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(guó)重視[6]。該技術(shù)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(shù)，被譽(yù)為新一代采煤方法。自20世紀(jì)30年代以來，美國(guó)、德國(guó)和蘇聯(lián)等主要產(chǎn)煤國(guó)均對(duì)此進(jìn)行了大量技術(shù)研究，取得了不少科研成果，儲(chǔ)備了煤炭地下氣化的一些關(guān)鍵性技術(shù)。該技術(shù)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(shù)、安全和環(huán)境問題，對(duì)發(fā)揮我國(guó)雄厚煤炭資源的優(yōu)勢(shì)，生產(chǎn)潔凈能源，保障能源供給安全，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展都具有十分重要的戰(zhàn)略意義。
4、結(jié)語
煤礦綠色開采是我國(guó)煤礦發(fā)展的必然方向，是和諧礦區(qū)建設(shè)的重要指導(dǎo)，有著以關(guān)鍵層理論為基礎(chǔ)的實(shí)施依據(jù)，框架體系內(nèi)主要技術(shù)的發(fā)展將為我國(guó)煤炭開采中實(shí)現(xiàn)安全高效、經(jīng)濟(jì)環(huán)保提供重要保障，達(dá)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(biāo)。
參考文獻(xiàn)
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[2]錢鳴高，許家林，繆協(xié)興.煤礦綠色開采技術(shù)的研究與實(shí)踐[J].能源技術(shù)與管理，2004(1)：1-4.
[3]許家林，錢鳴高.巖層控制關(guān)鍵層理論的應(yīng)用研究與實(shí)踐[J].中國(guó)礦業(yè)，2001(6)：54-56.
[4]許家林，連國(guó)明，朱衛(wèi)兵，等.深部開采覆巖關(guān)鍵層對(duì)地表沉陷的影響[J].煤炭學(xué)報(bào)，2007(7)：686-690.
[5]許家林，朱衛(wèi)兵，王曉振，等.淺埋煤層覆巖關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)分類研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2009(7)：865-870.
[6]馬馳，余力，梁杰.中國(guó)煤炭地下氣化技術(shù)的發(fā)展[J].中國(guó)能源，2003(2)：11-15.□
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