新形势下煤矿绿色开采技术及应用.pdf

2020 年第 6 期2020 年 6 月 经过多年的发展，中国煤矿经历了由新中国成立 初期的产能不足到现在的产能过剩，由一个极端走向 了另一个极端。煤矿的产能过剩导致煤炭的价格暴跌， 企业的利润开始下降，甚至出现了亏损[1-2]。虽然中国 煤矿产能过剩，但是在煤矿开采过程中暴露的问题也 很多，主要体现为能耗非常高、对环境的破坏非常严 重以及资源的回收率低等。在这种严峻的形势下，政 府发出了去产能、节能减排的号召。绿色开采技术正 好符合节能减排理念，其强调使煤矿开采对环境的影 响达到最小，实现煤矿经济效益与生态保护的协调， 主要解决煤矿开采后矸石堆积、地表塌陷以及沉陷区 生态破坏等问题。与传统的开采技术相比，绿色开采 技术注重环境问题、节能问题以及安全问题，具有更 长远的发展意义。本文分析了传统煤矿开采技术所带 来的问题，并介绍了一些绿色开采技术的应用，可以 为煤矿的可持续发展提供一定的参考。 1传统开采技术引发的问题 在过去，为了保证中国经济的发展，必须保证能 源的供应量，要尽可能地提高煤炭的产量。这种理念 的存在导致中国煤炭行业高速发展的同时也带来了许 多负面问题。下面将对这些问题进行简要介绍。 1.1对生态环境破坏严重 在煤矿开采后，煤层上方的地表会形成一个沉陷 区，沉陷区的面积要远大于煤层开采区的面积。沉陷 区需要很长时间才能稳定，一些沉陷区在雨雪天气很容 易发生泥石流灾害，这对沉陷区的安全十分不利。由于 煤矿开采过程中岩层中的隔水层被破坏，导致沉陷区的 水资源枯竭，带来很多负面影响，主要体现为农作物产 量大幅度降低、病虫害严重且一些动植物死亡。即使现 在有些矿区采取了一些土地复垦措施，也很难恢复到原 来的生态状态[3]。 与此同时，煤矿开采后产生的大量矸石堆积在矿区 周围，如图 1 所示，影响了土地的利用率。由于无法对 矸石进行有效的处理，矿区周围矸石的堆积体积越来 越大，在许多矿区可以看到几十米高的黑色矸石山。虽 然有些矿区也尝试着对矸石进行处理，但是处理的成本 非常高且效率极低。为此，应该采用一种有效的方法来 避免矸石堆积。 图 1煤矿矿区的矸石山图 1.2造成地下水污染 由于过去粗放式煤矿开采破坏了岩层的隔水层，在 降雨的作用下一些重金属会随着雨水渗入到地下水中， 收稿日期2020-04-10 作者简介任君凯，1975年生，男，山西孝义人，2017年毕业于东 北大学采矿工程专业，工程师。 新形势下煤矿绿色开采技术及应用 任君凯 （ 孝义市煤炭工业局，山西 孝义 032300 ） 摘要 在过去十几年，煤炭行业高速发展，出现了产能过剩、能耗较大以及环境污染严重等问题。为此，最近这几 年国家对煤矿实施了节能减排，开始重视环境保护问题，促进了新形势下绿色开采技术的发展及应用。介绍了传统开采 技术引发的问题，分析了绿色开采技术的优势及其应用，可以为煤炭行业的可持续发展提供一定的参考。 关键词 煤矿；绿色开采；保水开采；地表减沉；矸石利用 中图分类号 TD82文献标识码 A文章编号 2095-0802-202006-0060-02 Green Mining Technology and Its Application in Coal Mines under the New Situation REN Junkai Xiaoyi Coal Industry Bureau, Xiaoyi 032300, Shanxi, China Abstract In the past decade, the coal industry has developed rapidly, resulting in excess capacity, large energy consumption and serious environmental pollution. Therefore, in recent years, the state has implemented energy conservation and emission reduction for coal mines, started to pay attention to environmental protection issues, and promoted the development and application of green mining technology under the new situation. This paper introduced the problems caused by traditional mining technology, analyzed the advantages and application of green mining technology, which can provide some reference for the sustainable development of coal industry. Key words coal mine; green mining; water-preserved mining; surface subsidence reduction; gangue utilization （总第 177 期） 节能减排 60 2020 年第 6 期2020 年 6 月 导致地下水重金属超标，对居民的正常生活产生了不 利的影响。这种地下水污染需要数十年才能净化，而 且在治理时存在巨大的困难。此外，煤矿开采还会改 变地下水的流向和流量，导致一些区域地下水水位下 降，城市供水存在一定的困难；而一些区域涌水异常， 导致盐碱地出现，生态环境严重退化。随着一些矿区 由无人区向居民生活区靠近，地下水问题越来越突出。 1.3造成空气污染 在煤矿开采过程中，需要不断地更新井下的空气， 在更新时将井下的有毒有害气体直接排放到大气中， 导致空气中的有毒有害气体严重超标。由于矿区的开 采时间较长，这种有毒有害气体向矿区周边扩散。有 毒有害气体可以通过空气流通得以净化，但矿井空气 中的粉尘很难得到净化，导致矿区附近的 PM2.5严重超 标。此外，矿区周围堆积的矸石在长期的日晒雨淋下 会风化，产生一些粉尘颗粒。这些颗粒在风力的作用 下向矿区周围扩散，在秋冬季时矿区周围有一种灰蒙 蒙的视觉感。短期内吸入这种粉尘和有毒有害气体不 会对身体造成较大的损害，但长时间吸入会引发呼吸 道疾病。因此，对空气污染的治理已经刻不容缓，这 事关更多人的生命健康。 2绿色开采技术在煤矿开采中的应用 从中国煤炭行业发展的情况来看，还存在能耗高、 对环境破坏严重等问题。随着中国煤矿向深部开采的 发展，不仅要重视企业的经济效益，还要注重煤矿开 采带来的环境问题。这就要求煤矿企业不断应用新的 开采技术，实现煤矿开采与环境保护相协调，绿色开 采技术就符合这种理念。下面对煤矿开采中应用的一 些绿色开采技术进行分析。 2.1保水开采技术 煤矿开采中的保水开采技术是指根据岩层运动的 规律改变煤矿的开采方式，使开采时不破坏岩层的隔 水层。这就要求根据煤矿开采岩层移动中的“三带” 规律 （ 如图 2 所示 ） 确定导水裂隙带的高度，从而制订 合理的开采方案。应用这项技术，可以实现煤矿开采 和保护水资源的同时进行，符合绿色开采的理念。这 项技术的应用对于西部一些缺水地区的煤矿开采来说 具有重要的意义，也符合环境保护的政策，是煤矿绿 色开采的关键技术之一[4]。 图 2采空区 “三带” 分布图 2.2地表减沉技术 在煤矿开采后地表会出现不均匀沉降，若沉陷区 域无任何建筑物，则地表沉陷的影响可以忽略，而现 在很多矿区通过村庄、铁路以及公路等，这时就不得 不考虑地表沉陷的影响。国家已经对一些建筑物的变 形情况予以了规定，若开采引起的变形超过规定值， 就会影响建筑物的使用。为此，需要采用一些技术来降 低地表的下沉量。地表减沉技术的关键在于能控制岩层 的移动，通常采用的方法有条带采煤方法和充填采煤方 法。由于条带采煤方法在实际操作中比较麻烦，严重影 响了煤矿的开采效率，现在很多矿区多采用充填采煤方 法。地表减沉技术通过协调采煤与充填工艺，可以保证 采煤的效率，是一项极有发展前景的绿色开采技术。 2.3矸石利用技术 矸石是煤矿开采过程中产生的矿渣，其主要成分 是岩石和煤的混合物。矸石长期堆积不仅占用大量的 土地资源，还会产生一些有毒有害物质。矸石分解产 生的物质不仅会污染空气，还会污染地下水。鉴于种 种原因，必须对矸石进行合理利用。根据矸石的含碳 量进行筛选，对于含碳量高的矸石，需要进行焚烧处 理，处理后剩余的材料可以作为肥料；而对于含碳量 较低的矸石，可以制成建筑用的水泥。当然，采取这 些方式矸石加工利用的成本比较高，而且获得的收益 并不明显，推广起来十分困难。 矸石最经济的处理方式是井下分选，即直接将矸 石回填到采空区，这就需要在井下建立矸石筛选厂。 与此同时，还可以将地面的矸石运输到井下并充填到 采空区。虽然矸石的总量很大，但相对于开采出来的 煤炭量来说所占的比例还是很小的，这样就可以彻底 地解决矸石的堆积问题。 3结语 从目前的发展情况来看，中国煤炭行业还存在能 耗高、对环境破坏严重等问题。随着中国煤矿向深部 开采，不仅要重视企业的经济效益，还要注重煤矿开 采带来的环境问题。传统的煤矿开采技术带来的问题 主要有生态环境破坏、地下水污染以及空气污染等， 而应用绿色开采技术可以有效地解决这些问题。绿色 开采技术主要有保水开采技术、地表减沉技术及矸石 利用技术。希望以上论述可以为解决传统开采技术问 题提供一些思路。 参考文献 ［1］ 王宁.新形势下煤矿绿色开采技术及应用 ［J］ .资源节约与环 保， 201910 147-148. ［2］ 张洪峰.低碳经济背景下煤矿绿色开采技术应用探讨 ［J］ .技 术与市场， 2015， 225 203. ［3］ 石昌昊.新形势下煤矿绿色开采技术及应用探讨 ［J］ .化工管 理， 201312 101. ［4］ 李崇启.新形势下开采技术在煤矿中的应用 ［N］ .毕节日报， 2011-09-307. （ 责任编辑刘晓芳 ） 回采线前方 压力分布 回采线后方 压力分布 垮落带 断裂带 垮落矸石 煤层厚度 压力超前范围 地面沉降 5 MPa 4 MPa 3 MPa 2 MPa 1 MPa 0 MPa 工作面 任君凯 新形势下煤矿绿色开采技术及应用 61