煤矿绿色开采技术及其成效与发展研究

2013-08-03周晓彬

山东工业技术 2013年15期

周晓彬

（汾西矿业集团公司中兴煤业，山西交城030500）

循环经济是指遵循自然生态系统的自然循环和能量流动规律重构经济系统，将经济活动高效有序地组织成一个“资源利用一绿色工业一资源再生”的封闭型物质能量循环的反馈式流程，保持经济生产的低消耗、高质量、低废弃，从而将经济活动对自然环境的影响和破坏降低到最低程度。绿色开采是绿色矿业的核心内容之一[1]。绿色开采技术主要包括以下内容：①水资源保护一形成“保水开采”技术；②土地与建筑物保护一形成离层注浆、充填与条带开采技术；③瓦斯抽放一形成“煤与瓦斯共采”技术；④煤层巷道支护技术与减少矸石排放技术；⑤煤炭地下气化技术。

1 煤矿绿色开采的重要性及意义

随着矿山的开发，矿区排放大量废水，它们主要来自矿山建设和生产过程中的矿坑排水，矸石堆受雨水淋滤、渗透溶解矿物中可溶成分的废水，各种设备、车间、油库等油类的污染源，地面雨、雪水或地表水体通过井口、地面塌陷区、断层、裂隙等各种渗漏通道而进入井下的水，井下各种作业用水、漏水，废旧巷道及老窑的积水及勘探钻孔渗漏水等。矿井长年累月大量疏排地下水，破坏了地下水的天然平衡状态。当矿山排水量和供水量大于地下水补给量时，地下水位持续下降，造成水资源枯竭，矿业工业城市出现了困扰人们的水荒，从而影响工矿企业和城市的发展。环境是人类赖以生存和健康发展最重要的基本生态环境之一，我国地下水污染问题表现为大城市和重工矿城市地下水次生污染十分明显。

随着矿山的开发和利用，矿山环境问题和因其引起的各种次生地质灾害现象已逐步显露端倪，有的还造成严重后果[2]。因此，“资源开采—环境保护一矿区可持续发展”的平衡关系，是进行资源开发所面临的全局性课题。煤炭资源“绿色开采”是符合这一平衡关系的矿区开发模式，称之为可持续发展的“绿色矿区”模式，其核心内容之一就是要实现绿色开采。绿色开采的重大意义在于：

（1）绿色开采要求开采技术水平提升。我国煤炭行业整体技术水平较低，长期走粗放型发展路子，生产集约化程度很低。绿色开采必然要求多层面、多角度的技术创新。（2）绿色开采要求系统高效利用产品。绿色开采要求从广义资源的角度看待矿区范围内的煤炭、地下水、煤层气、土地、煤矸石以及在煤层附近的其他矿床等可用资源，在追求最佳经济效益和社会效益的同时，尽可能减少对环境的负面影响。（3）绿色开采要求全面评价企业效益，综合考虑生态环境。绿色开采以生态大系统的观念来看待、评价企业的经济活动，实现生态大系统的可持续发展。这自然要求企业在追求自身经济效益的同时，要全面考虑社会效益与环境效益。

2 煤矿绿色开采技术的应用与成效

煤矿绿色开采以及相应的绿色开采技术，在基本概念上是从广义资源的角度上来认识和对待煤、瓦斯、水等一切可以利用的各种资源，基本出发点是防止或尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响，目标是取得最佳的经济效益和社会效益[3]。

2.1 保水开采

保水开采就是在采煤的过程中对地下水资源进行保护并对矿井排水进行资源化利用。我国西北干旱缺水矿区应重视保水开采技术的研究，将保水开采作为矿区绿色开采的重点。保水开采技术体系如下图1 所示。

图1 保水开采技术体系

煤层开采后，随着上覆岩层中关键层的破断，在该区域内地下水将形成下降漏斗。地下水位能否恢复，取决于随着工作面的推进，上覆岩层中无软弱岩层经重新压实导致裂隙闭合面形成的隔水带。若有隔水带，则随着雨水的再次补给，下降漏斗将随之消失，地下水位也随之恢复。而它对地面生态的影响则决定于漏斗形成与消失的时间间隔。我国西北部分地区煤层顶板为厚层坚硬岩层，表土层薄，煤层开采后顶板破、断裂缝从井下采空区贯穿地表，原有顶板含水层的水全部通过岩层裂缝漏失，造成区域浅层地下水资源枯竭。只有对岩层裂缝进行人工注浆封闭、阻断地表雨水渗漏，才能逐步恢复原有含水层[4]。

2.2 煤与煤层气（瓦斯）共采

煤与煤层气（瓦斯）共采就是将煤炭和赋存于煤层中的瓦斯都作为矿井的资源加以开采，实现两种资源的共同开采。我国高瓦斯矿区应重视煤与煤层气（瓦斯）技术的研究，将煤与煤层气（瓦斯）共采作为矿区绿色开采的重点。煤层气开采方法分为煤层采前预抽和采动卸压抽采。针对煤矿瓦斯供应量的不稳定，周期也不很长的问题，德国开发了集装结构的移动式综合供暖发电厂，将所有供暖发电设备装在集装箱中，既有利于减少投资风险、缩小电厂空间、少占地，又能加快建厂速度。

2.3 减沉开采

所谓减沉开采就是减少开采所引起的地表深陷，以保护土地资源和地面建筑物。我国东部矿区及粮食与煤炭复合主产区应重视减沉开采技术的研究，将减沉开采作为矿区绿色开采的重点。减沉开采技术体系如下图2 所示。

图2 减沉开采技术体系

充填技术是解决“三下”开采技术的重要组成部分，在国外它与采矿技术密切相关，目前我国充填技术的使用成本高，但如果将“充填体—上覆岩层—主关键层”视为统一结构体来应对地面建筑，并使其达到最低廉的成本，它将对地面有良好的控制效果，顺利解决上述问题，将根本改变将来我国在经济发达区域的开采技术。

2.4 矸石减排

矸石减排就是减少煤矿矸石排放量、消除矸石山的堆积。我国所有煤矿都应重视矸石减排技术研究。首先是少出或不出矸石，以煤巷取代岩巷，涉及到煤巷维护问题，需要不断研发煤巷高效支护技术。矸石井下处理就是将井下岩巷掘进矸石不提升出井，通过建立井下矸石转运、储存与充填系统，将矸石充填到采空区，或进行巷旁与废弃巷道充填及矸石充填置换井下煤柱等。矸石综合利用包括将地面矸石作为减沉充填或复垦充填材料、矸石制砖、矸石发电等。