煤炭资源绿色开采技术研究

2015-03-12毕文广

科学中国人 2015年26期

毕文广

1 太原理工大学研究生院矿业工程学院；2 北京天地华泰采矿工程技术有限公司

1我国煤炭资源安全绿色高效开采体系的形成

煤炭开采业的大力发展，为解决工业生产过程中出现的能源紧张问题提供了物质保障。但煤炭开采引发的诸多安全问题也不容小觑。近几年，随着社会主义市场经济的发展，我国的煤炭产量也大幅增加，1949年产量约为3000万吨，到2010年则扩大到32.4亿吨，年均增速约为8%。为了减轻煤炭开采过程中对环境的破坏，提高煤炭采取率，增加社会经济效益，研究、发展煤炭资源安全绿色高效开采技术势在必行。

煤炭资源达到安全、绿色、高效的开采要综合考虑煤、水、瓦斯、土地等所有可利用资源，遵循可持续发展的原则，达到节能减排的循环经济要求。煤炭开采后岩层裂缝的发育规律及离层规律、地表的移动规律、岩层控制技术等是安全高效绿色开采技术的理论依据，水和瓦斯在岩层中的渗流、岩层应力的变化等都是开采工作中亟需解决的问题。我国工程院院士钱鸣高先生于上个世纪七八十年代提出了“砌体梁”的理论，在此理论的基础上最先提出了基于岩层控制技术的绿色开采技术，目前绿色开采技术已得到长足的发展。我国煤炭资源安全绿色高效开采技术的安全、绿色和高效主要体现在开采技术和安全技术这两方面。

关于开采技术是采用高新技术，结合理论研究成果，更新开采设备，创新开采方式，建设高产矿井的综合机械化采煤技术。这就要求，煤矿开采工作中加大科技投入力度，加快研究进程，把科学技术真正的转为生产力。加快薄煤层开采技术的改革与创新，注重井下充填和边角煤的回收工作，以提高煤炭资源的回收率，这也是符合“绿色高效”开采要求的表现。为了实现开采技术的高效率，还要优化采区巷道的设计，加强对井下煤矸石回填技术的研究，推广实施井巷支护新技术，科学合理的利用无煤柱开采、小煤柱与全煤巷采掘等技术。

关于安全技术，与煤炭开采有关的安全问题不仅关乎整个煤矿的运行状况，也关乎所有工作人员的人身安全和社会权益。安全问题始终是各项生产工作的红色警戒线，是煤炭开采业高度重视的重点问题之一。如今，自动化控制系统和计算机信息技术的大力发展和运用，为建设数字化矿井提供了技术支持，将网络智能化管理系统运用到矿井生产过程中，既减轻了人力劳动强度，也实现了在线实时监控，及时监测到可能发生的安全问题，通过评估计算得出最佳解决法案，既预防了安全事故的发生，又避免了经济损失和人员伤亡。根据国家法规政策的要求，要完备人员定位、监测监控、压风自救、紧急避险、供水施救和通信联络等“六大”煤矿安全避险系统，以保证煤矿的安全生产、绿色高效开采，同时防止重大事故的发生。

2 安全绿色高效开采技术发展方向

安全绿色高效开采技术的发展方向大致有四个方面，

首先是保水、节水开采，我国水资源南北分布不均衡，北方和西部地区相对缺水，与此同时我国多数煤炭资源都分布在华北、西北等缺水地区。由于传统开采对是自愿的保护不到位，造成开采区水资源短缺，水循环遭到破坏的局面。因此，节水开采技术成为矿区绿色开采的重要发展方向。保护水系、节水开采有助于减少水资源破坏，提高水资源利用率，同时防治矿区水害。

其次，煤与瓦斯的共采，瓦斯是一种广泛应用于生产、生活中的新能源，具有和煤炭一样的作用，既可用作工业原料、也可用作生活燃料。瓦斯也是影响煤矿安全开采的重要因素之一，因此，把瓦斯作为一种新能源进行开采利用，既避免了由瓦斯印发的安全问题，也为工业生产带来新能源，既有助于缓解我国能源紧张的问题，又延长了能源开采的产业链，增加就业机会。

再次，煤炭地下气化技术的发展，煤炭地下气化既避免了矸石的产生，减轻了对地表破坏的力度，又有利于减少环境污染。煤炭地下气化技术对科技、设备的要求较高，由于我国煤炭开采的科学技术水平还没达到较高的标准，对该技术的研究和使用尚处于初步发展阶段，未来还需加大科技投入力度，客服开采过程中遇到的困难和问题，提高煤能源的转化率，增强对燃烧率的控制力，减少有害气体的产生。

最后，充填开采，为了解决开采区高应力集中、“三下”压煤等问题，选择充填开采法是比较明智的。这种采掘方法是通过使用充填材料对采空区进行全部或部分充填，很大程度上减轻了地表的沉陷和变形，避免了矿压显现对地面建筑物、道路等造成的损坏。目前普遍使用的是水砂充填法、矸石充填法和膏体充填法等，利用矸石进行填充既解决了煤矸石的处理问题，又减少了资金的投入，既环保有高效。

3 安全绿色高效开采技术之于未来发展的意义

煤资源的开采会引发诸多环境、生产安全问题，造成地表植被破坏，地表沉陷，地表农田、建筑物、道路遭到破坏，地下水污染，水资源浪费等一系列问题，即制约着矿区开采的经济效益，有影响着附近居民的正常生活。安全绿色高效开采技术的研究使用，符合建设能源节约型，环境友好型的和谐社会的要求，可持续发展战略,有利于促进生态效益、经济效益和社会效益的统一，有利于实现经济发展与资源、环境的相互协调。安全绿色高效开采技术，是以人为本，以盈利为目的，既重视效率又不忽视安全问题，既保护了生态环境又提高煤炭采取率的科学开采技术。对未来煤炭资源的安全、高效开采具有重要的理论意义和使用价值。