煤矿绿色开采技术与应用

赵铁军

摘  要：当前，环境友好型及资源节约型已成为全球关注的重要课题，因此探讨煤矿的绿色开采技术在环境保护方面的作用具有现实意义。文章以某煤矿开采作为例分析了绿色开采技术的相关内容。

关键词：煤矿;绿色开采技术;应用

中图分类号：TU941     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2015）02-0172-02

随着煤炭资源的利用越来越广泛，煤矿开采对周围环境的破坏逐渐显现出来。从实况来看，破坏主要表现在以下几个方面：①对土地资源大量的破坏与占用;②破坏与污染周围水资源;③污染大气环境。因此煤炭开采必须要朝着高利用、低开采以及低排放方向发展。在这种环境下，探究煤矿的绿色开采技术及其应用具有重要的现实意义。

1  绿色开采技术

1.1  绿色开采技术主要内容

绿色开采技术并非某一个方面，而是涉及到各个方面，归纳起来主要体现在如下几个方面。

1.1.1  采空区的充填技术

填充开采是开采煤矿环境问题的解决措施，特别是在一些经济较为发达地区，解决开采建筑物下的问题非常重要。但是这种开采技术的成本极高，因此对该技术的应用有一定的限制。如今，充填开采技术关键在于选取充填材料及怎样降低成本上。要降低成本，可以只对一部分采空区进行充填，但是要确保没充填的采空区宽度低于覆盖岩的关键词初次破断跨距，而且充填条带还必须要长时间处于稳定状态。

1.1.2  采矿和瓦斯共采技术

因为我国许多煤层都具备渗透率低、变质程度高以及含有饱和度低的特征，这些都会影响瓦斯采前的预抽工作。可是从煤矿的开采过程来看，只要开采中造成岩层移动，就是煤层的渗透率极低也会增大渗透率，就给瓦斯运移及抽放创造合理条件。就能够运用煤矿和瓦斯共采的技术，开采之时瓦斯和煤矿形成了两个相对完整系统，不但确保了矿井安全，还确保了开采能源的洁净度。

1.1.3  支护技术及减少排放矸石技术

开采煤炭过程中排放的矸石同样会影响环境，如今降低矸石排放所用主要措施就是在煤层中设置巷道。但是因煤巷围岩常常出现不可抗拒的大变形，因此大多使用大断面预留量、可缩性支架、巷旁充填这种方法。但是采用这种方法时如果不用将矸石上井，必然会对井下的煤巷进行维护，而且伴随煤矿开采的深度增加维护难度也越大。如果将矸石弄到井上处理，必然出现地面复垦问题。

1.1.4  煤炭地下气化技术

这种技术是对传统的采煤方式进行革新，在原位采用热化学反应把煤炭转为可燃气体。该技术不但改善了煤矿开采过程中的作业条件与环境，在一定程度上还消除了不利于煤矿开采对环境的影响。

1.2  构建绿色开采的框架

事实上，采矿开采活动之所以会影响到安全与环境，主要是因为地下活动导致岩层移动及破坏，导致岩体周围的地压、应力场、瓦斯水体运移场以及节理裂隙场等相关变化。所以绿色开采一定要采用先进科学理论作为基础。煤矿的绿色开采技术是由各种技术共同组成的，这些技术共同构成了技术框架如图1所示。

2  煤矿绿色开采技术的应用

为了探究煤矿开采中应用绿色开采技术，本文以某煤矿为例分析该技术的应用。该煤矿自从投产开始，考虑到建设生态矿井与循环经济就选择绿色开采技术，应用中就在中厚煤层的采煤面使用无煤柱开采，井下选矸及井下矸石充填等，从而实现了少出矸、不出矸与矸石综合利用，获取社会及经济效益。

2.1  无煤柱开采技术

2011年4月，该煤矿就在507工作面的运输巷实施60 m的无煤柱开采试验，并且通过一段时间观测，认定这种技术能行，而在2013年12月中旬又在504工作面的运输巷进行无煤柱开采。

2.1.1  无煤柱开采的原理

无煤柱开采即将一条充填带预置在上一区段运输巷下侧，当对下一区段的材料巷进行掘进时，就沿着预置的充填带掘进，就没有必要再留煤柱，使用充填带将上下工作面之间所留设煤柱换出来，从而实现了无煤柱开采。

2.1.2  构建注浆充填系统

要在该煤矿的山下构建专用充填环形的车场与搅拌站，并且在专用回风巷的上部构建注浆泵硐室，混合料经过搅拌之后通过导料槽传到注浆泵，经过管路输送至待充填段，从而实现了搅拌——泵送——充填三者的连续化。

2.1.3  确定充填带的规格

在实施过程中，各个方面都会对充填帶造成一定影响，比如工作面运输巷的长度，充填带的凝固时间、矿压以及断面尺寸，因此必须要确保充填带不但具备可靠抗压性，还要在一段时间内不窜风。本文充填带的确定规格为，长度为800 m、高度为3.5 m，即为煤层厚度，宽度为1.7 m。

2.1.4  实施无煤柱开采的过程

①充填带扩刷：从504工作面的停采线实施，沿着运输巷从外朝里分段逐渐扩刷。在进行扩刷之时，先对巷道的底板以上段进行扩刷，然后卧到煤层岩石的底板，有效实现了全煤厚的充填。在扩刷之时，顶板就使用锚网梯，帮部使用竹锚杆，菱镁土托盘支护。②充填工艺：使用矿车分别将河沙、水泥以及矸石渣充填料运送到搅拌站，将混凝土搅拌之后经过管路将浆液注送到充填段。充填之时将模板支设到充填带的外侧，由后朝前逐段进行施工，从而实现全面段的充填。

2.1.5  注浆充填设备

本文注浆中选择了HBT-90型的混凝土输送泵1台，90型的搅拌机1台，直径为159 mm的注浆管路，长度为1 000 m。

2.2  井下选矸技术

2.2.1  构建井下的手选矸石系统

2013年该煤矿在五采区成立手选矸石筛分体系，在该采区中，补打了矸石仓，而施工的人员选择胶带机巷及会煤胶带机巷，然后设计了采煤区上口的分级筛。

2.2.2  分选系统的工艺流程

①筛分：将混有矸石煤流传送到强力皮带机中的头一个分级筛实施筛分，就将煤矸中150 mm以下物质传动到西采区的煤仓，而150 mm以上物质传送到下一个流程。②分选：从前面筛分的大块煤和矸石传送到分选工艺，而分选大块矸石通过矿车传送到井下矸石的破碎场进行破碎，将破碎产物使用在充填上，而块煤通过分选皮带尾部上安装的倾斜漏斗，将这些物质漏进回煤皮带。

2.3  矸石充填技术

2.3.1  充填开采工艺

在該煤矿中形成了采煤与充填体系，之后使用综掘机实施掘进采煤。首先要掘进奇数的顺槽成为充填桥墩空间，之后由注浆充填体系充填桥墩空间，直至产生出矸石混凝土的桥墩之后，再采出两桥墩间偶数的顺槽，存在的一些空间就用矸石进行充填，充填工艺示意图如图2所示。

2.3.2 实施过程

其实施过程如图3所示。

使用电机车将井下产生矸石传送到罐笼硐室，之后将这些物质传送到胶带机的运输巷皮带。通过皮带将矸石传送到顺槽充填的运输皮带上，然后传送到矸石抛矸机充填已经掘的顺槽，同时对矸石带注浆，从而形成了混凝土矸石带，而且该矸石带要具备一定强度，之后留设4 m宽的煤柱，开掘其他的矸石充填顺槽，对其顺槽实施矸石充填，并开始注浆，这样就在另一侧形成了混凝土的矸石带，等待混凝土稳固之后再对矸石带间煤柱实施掘进回采。当回采完成之后，再进行充填矸石。

2.4  应用效果分析

采掘时所产生矸石通过井下手选选出后，使用矿车将这些矸石通过充填体系进行充填，有效实现矸石的零排放，从而实现不让矸石上井的目标。而开采无煤柱的工艺上，有效消除各工作面之间所留设的煤柱，从而降低了浪费资源的现象，延长开采煤矿的服务年限，有效避免压碎采空区的煤柱，防止了自燃、矿井安全事故的发生。并且使用井下选矸体系，就将综放面从过去的架后见矸关门，改成了全部见矸关门，实现采精采细，增强顶煤资源的回收率，而且还尽可能发挥人工选矸与井下机械排矸的效能，从而延长井下各种机械的使用寿命。构建注浆充填体系，有效解决了开采中导致的地面下沉问题。

3  结  语

总之，开采煤矿绝不能以牺牲环境为代价，因此，发展绿色开采技术是形势发展所需，是确保煤矿行业稳步发展的基本要求。

参考文献：

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