第一篇：實(shí)施充填開采技術(shù) 建設(shè)綠色煤礦企業(yè)

實(shí)施充填開采技術(shù) 建設(shè)綠色煤礦企業(yè)

陜西上河實(shí)業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司起步于20世紀(jì)90年代后期，經(jīng)過(guò)20多年艱苦創(chuàng)業(yè)和不懈努力，現(xiàn)已發(fā)展為涉及煤炭采掘、洗選煤及深加工、文化藝術(shù)、酒店住宿、休閑餐飲、房地產(chǎn)開發(fā)、公路橋梁建設(shè)、五金交電銷售、農(nóng)牧漁業(yè)種養(yǎng)殖等諸多領(lǐng)域的綜合性集團(tuán)公司。上河集團(tuán)下設(shè)的上河煤礦位于榆林市榆陽(yáng)區(qū)牛家梁鎮(zhèn)常樂(lè)堡村上河自然村，在榆林城東北約15公里處，屬個(gè)人獨(dú)資企業(yè)，始建于1994年4月，1997年4月建成投產(chǎn)，2008年礦井核定生產(chǎn)能力為30萬(wàn)噸/年，2013年3月礦井最終核定生產(chǎn)能力為60萬(wàn)噸/年。礦區(qū)地處毛烏素沙漠南緣，井田面積2.977平方公里，現(xiàn)有地質(zhì)儲(chǔ)量1141.7萬(wàn)噸，可采儲(chǔ)量479.7萬(wàn)噸，剩余服務(wù)年限約8年。煤礦現(xiàn)證照齊全，為正常生產(chǎn)礦井。

煤礦開采與環(huán)境保護(hù)、城市發(fā)展、水資源保護(hù)等問(wèn)題一直在矛盾中糾結(jié)，困擾著企業(yè)的發(fā)展。如何在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)保住青山綠水？榆林市上河煤礦率先實(shí)施充填開采技術(shù)，即向煤礦采空區(qū)輸送沙石、粉煤灰、膏體等充填材料，并在充填體保護(hù)下進(jìn)行采煤的一項(xiàng)技術(shù)，充填開采屬綠色開采技術(shù)體系的重要組成部分，是提高回采率、減少環(huán)境破壞的最有效方式，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)村莊、建筑、河流等“三下壓煤”的開采，大大延長(zhǎng)了礦井服務(wù)年限，而且提高了資源回收率，解決了固體廢棄物的排放問(wèn)題，杜絕了污染物外排，實(shí)現(xiàn)了綠色開采。

充填驗(yàn)收會(huì)照片

探路：實(shí)施充填開采

為了響應(yīng)國(guó)家提倡煤礦應(yīng)用推廣充填式開采的號(hào)召，提高煤炭資源回收率，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，有效保護(hù)水源地不受破壞、地表不產(chǎn)生塌陷、杜絕煤礦開采后采空區(qū)大面積懸空所遺留的諸多安全隱患，榆林市上河煤礦在多次由榆陽(yáng)區(qū)煤炭局組織前往內(nèi)蒙古、河北、山東等地實(shí)地考察的基礎(chǔ)上，于2016年7月決定引進(jìn)膠體充填開采技術(shù)，進(jìn)行充采試驗(yàn)，建設(shè)綠色煤礦企業(yè)。

2017年3月，上河煤礦經(jīng)榆林市榆陽(yáng)區(qū)政府同意，由榆陽(yáng)區(qū)煤炭局指定為充填開采試點(diǎn)煤礦。2017年6月，上河煤礦委托西安科技大學(xué)、陜西西礦工程勘察設(shè)計(jì)有限公司、陜西世誠(chéng)礦業(yè)有限公司編制了《榆林市上河煤礦風(fēng)積沙似膏體充填開采方案設(shè)計(jì)》。上河煤礦啟動(dòng)充填開采技術(shù)應(yīng)用，在經(jīng)歷了數(shù)月的建設(shè)、調(diào)試期后，在3216工作面針對(duì)原材料的配比、機(jī)械設(shè)備及工藝的配套進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)，于同年8月底成功試充填了5個(gè)條帶。同年9月，上河煤礦邀請(qǐng)相關(guān)專家對(duì)井下充填試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際查看的基礎(chǔ)上，對(duì)充填開采方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了評(píng)審。2018年1月，上河煤礦委托設(shè)計(jì)單位根據(jù)井下開采條件及試采過(guò)程中遇到的具體問(wèn)題，針對(duì)條帶開采參數(shù)、開采回填工藝、監(jiān)測(cè)方案和運(yùn)輸、通風(fēng)、排水等系統(tǒng)做出適當(dāng)調(diào)整，編制了《榆林市上河煤礦風(fēng)積沙似膏體充填開采方案設(shè)計(jì)（變更及補(bǔ)充）》。

上河煤礦嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案執(zhí)行，地面建設(shè)充填站包括風(fēng)積沙堆場(chǎng)、風(fēng)積沙原料倉(cāng)、水泥倉(cāng)、粉煤灰倉(cāng)、儲(chǔ)水罐、廠房等；試驗(yàn)工作面采用EBZ200型懸臂式掘進(jìn)機(jī)割煤，ZL18FB型輪胎式防爆裝載機(jī)裝煤，采用WC3型防爆膠輪車運(yùn)煤。目前3216試驗(yàn)工作面已完成第一階段14個(gè)條帶及采空區(qū)充填、第二階段的6個(gè)奇數(shù)號(hào)條帶煤柱及其采空區(qū)域充填，正在進(jìn)行第三階段的奇數(shù)號(hào)煤柱置換工作，基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求的驗(yàn)收進(jìn)度。經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)，充填體實(shí)測(cè)強(qiáng)度8.22MPA，大于設(shè)計(jì)要求的6.47MPA，滿足要求，上河煤礦開展此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用至今，在煤礦3216工作面取得了局部成果。通過(guò)不斷地總結(jié)，做出如下結(jié)論：一是地面設(shè)備、設(shè)施工作穩(wěn)定、正常，且充填量有保障；二是井下施工，工藝工序合理有效，不產(chǎn)生窩工及各種浪費(fèi)；三是在充填體穩(wěn)固且承壓力滿足置換強(qiáng)度的前提下，接頂情況良好，滿足充后置換開采的條件；四是針對(duì)成本情況，目前綜合成本在可接受范圍內(nèi)，并通過(guò)項(xiàng)目持續(xù)性開展，還有降低成本的空間；五是通過(guò)井上下監(jiān)測(cè)設(shè)備、設(shè)施所反饋的數(shù)據(jù)來(lái)看，地表暫無(wú)大幅沉降，且有效保護(hù)了該礦所屬范圍的水資源、地面設(shè)施不受破壞；六是通過(guò)該技術(shù)的引入及項(xiàng)目的逐步完善，不僅為該礦增加了收益，且一勞永逸地解決了上河煤礦所面臨的如采空區(qū)塌陷、地表破壞、排污等問(wèn)題。

2018年6月，由榆陽(yáng)區(qū)煤炭局牽頭組織項(xiàng)目建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工等單位及專家組成立了驗(yàn)收委員會(huì)，對(duì)上河煤礦充填開采項(xiàng)目進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)檢查驗(yàn)收，驗(yàn)收結(jié)論為：同意榆林市上河煤礦風(fēng)積沙似膏體充填開采項(xiàng)目工程階段性成果通過(guò)驗(yàn)收。驗(yàn)收專家組一致認(rèn)為上河煤礦實(shí)施充填開采技術(shù)為全省首例，為陜西煤礦充填開采進(jìn)行了積極探索，具有很強(qiáng)的實(shí)踐推廣意義。

充填站圖片

成效：源頭解決地表沉降問(wèn)題

推動(dòng)煤炭產(chǎn)業(yè)向“生態(tài)環(huán)保型”轉(zhuǎn)變，第一個(gè)層次，是盡量減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響；第二個(gè)層次，是不影響生態(tài)環(huán)境；第三個(gè)層次，主動(dòng)改善生態(tài)環(huán)境。上河集團(tuán)率先實(shí)施充填開采，實(shí)現(xiàn)了榆林煤炭行業(yè)所期待的由被動(dòng)治理向主動(dòng)防治轉(zhuǎn)變，是煤炭產(chǎn)業(yè)向“生態(tài)環(huán)保型”轉(zhuǎn)變的生動(dòng)典型。上河煤礦實(shí)施充填開采，可以延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限5年左右，對(duì)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)、就業(yè)、稅收與人民群眾的生活穩(wěn)定都起到良好的作用?？傊?，應(yīng)用充填開采技術(shù)，在更加安全的前提下，提高了回采率，并有效保護(hù)了水源地不受破壞、地表不產(chǎn)生塌陷、杜絕了煤礦開采后采空區(qū)所遺留的諸多安全隱患，同時(shí)也相對(duì)地提高了煤礦的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，也為地方帶來(lái)了一定的社會(huì)效益。

上河煤礦

聲音：“上河實(shí)踐”如何復(fù)制

上河集團(tuán)在煤炭主管部門的積極引導(dǎo)和大力支持下，投入了大量的人力、財(cái)力、物力、時(shí)間，克服了各種困難，付出了艱辛努力，率先探索出了一條綠色開采的新路子，是來(lái)之不易的，形成了“上河實(shí)踐”。對(duì)榆林這樣一個(gè)產(chǎn)煤大市而言，在目前的情況下，“上河實(shí)踐”應(yīng)當(dāng)如何復(fù)制？筆者認(rèn)為，政府應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)技術(shù)改造項(xiàng)目投入扶持力度。利用煤礦安全改造、煤炭產(chǎn)業(yè)升級(jí)等中央預(yù)算內(nèi)資金支持煤礦實(shí)施充填開采，省級(jí)財(cái)政應(yīng)制定配套扶持政策，同時(shí)執(zhí)行充填開采煤炭資源稅費(fèi)優(yōu)惠，減輕充填開采企業(yè)的成本負(fù)擔(dān)。地方政府相關(guān)部門要積極支持煤礦企業(yè)開展充填開采工作，以便加快充填開采技術(shù)的推廣。此外，從國(guó)家宏觀層面，應(yīng)考慮將以沙石、矸石、膏體等尾礦廢渣為主要填充材料生產(chǎn)的煤礦副產(chǎn)品以及充填開采的煤炭產(chǎn)品列入資源綜合利用目錄，享受國(guó)家資源綜合利用增值稅政策優(yōu)惠。

上河集團(tuán)率先實(shí)施充填開采技術(shù)，為陜西煤礦企業(yè)綠色開采和可持續(xù)發(fā)展探索出一條新路子?！吧虾訉?shí)踐”值得其他煤礦企業(yè)借鑒和推廣。目前，上河集團(tuán)實(shí)施的充填開采技術(shù)已向榆陽(yáng)區(qū)十家保水采煤礦井推廣。

（來(lái)源：陜西日?qǐng)?bào)

通訊員 馮偉

王峰峰）

第二篇：煤礦綠色開采技術(shù)

煤礦綠色開采技術(shù)

摘要:提出了煤礦綠色開采的概念，闡述了它的內(nèi)涵和技術(shù)體系.綠色開采的理論基礎(chǔ)為:開采后巖層中的關(guān)鍵層運(yùn)動(dòng)形成的節(jié)理裂隙與離層規(guī)律以及瓦斯與地下水在破斷巖層中的滲流規(guī)律.綠色開采技術(shù)的主要內(nèi)容包括:保水開采、建筑物下采煤與離層注漿減沉、條帶與充填開采、煤與瓦斯共采、煤巷支護(hù)與部分殲石的井下處理、煤炭地下氣化等.關(guān)鍵詞:綠色開采;關(guān)鍵層理論;巖層移動(dòng);綠色開采技術(shù)體系 中圖分類號(hào):TD 82文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 1煤礦綠色開采的提出

黨的十六大報(bào)告明確提出“??走出一條科技含量高，經(jīng)濟(jì)效益好，資源消耗低，環(huán)境污染少，人力資源優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮的新型工業(yè)化路子.”因此，我們必須充分考慮我國(guó)資源相對(duì)短缺，環(huán)境比較脆弱的基本特點(diǎn)，建立起適合我國(guó)國(guó)情的資源節(jié)約、環(huán)境友好的新型工業(yè)化發(fā)展道路.近期提出的循環(huán)經(jīng)濟(jì)(recycling economy)是指遵循自然生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)規(guī)律重構(gòu)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)[1]，將經(jīng)濟(jì)活動(dòng)高效有序地組織成一個(gè)“資源利用－綠色工業(yè)－資源再生”的封閉型物質(zhì)能量循環(huán)的反饋式流程，保持經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的低消耗、高質(zhì)量、低廢棄，從而將經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境的影響破壞減少到最低程度.它不同于傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)的“高開采、低利用、高排放”，而是達(dá)到“低開采、高利用、低排放”的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo).顯然，此處的“綠色工業(yè)”是廣義的概念，應(yīng)由各個(gè)工業(yè)部門去實(shí)現(xiàn).對(duì)礦業(yè)來(lái)說(shuō)就是要實(shí)現(xiàn)“綠色礦業(yè)”.“綠色礦業(yè)”的核心內(nèi)容之一就是要實(shí)現(xiàn)“綠色開采”

礦區(qū)在開發(fā)建設(shè)之前與周圍環(huán)境是協(xié)調(diào)一致的，而進(jìn)行開發(fā)建設(shè)后，強(qiáng)烈的人為活動(dòng)便使環(huán)境發(fā)生巨大的變化，由此形成了礦區(qū)獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，如造成農(nóng)田以及建筑物破壞，村莊遷徙，矸石堆積，使河川徑流量減少，以及地下水供水水源干枯，在地面導(dǎo)致的土地沙漠化，由于開采而使礦物內(nèi)的有害物質(zhì)流入地下水中等.我國(guó)目前的煤礦生產(chǎn)是在以下兩種情況下進(jìn)行的:一是生產(chǎn)成本不完全.如投入不足;技術(shù)裝備落后;安全設(shè)施欠帳;工人工資太低.二是相關(guān)費(fèi)用支付不全.如礦產(chǎn)資源費(fèi)以及植被恢復(fù)，地面塌陷與水損失;污染治理等.提出并形成綠色開采技術(shù)是為了使我們正視開采對(duì)環(huán)境造成的影響和破壞，并有清醒的認(rèn)識(shí)與足夠的估量，以便提出必要的對(duì)策和對(duì)政府提出必要的政策建議.煤炭開采形成的環(huán)境問(wèn)題主要為: 1)對(duì)土地資源的破壞和占用煤炭開采對(duì)土地資源的破壞損害，井工開采以地表塌陷和矸石山壓占為主，而露天開采則以直接挖損和外排土場(chǎng)壓占為主.2)對(duì)水資源的破壞和污染煤炭開采過(guò)程中，進(jìn)行的人為疏干排水和采動(dòng)形成的導(dǎo)水裂隙對(duì)煤系含水層的自然疏干，破壞了地下水資源.同時(shí)開采還可能污染地下水資源.3)對(duì)大氣環(huán)境的污染主要來(lái)自礦井排出的煤層瓦斯和煤礦研石山的自燃.以山西省為例，1949-1998年共生產(chǎn)原煤56億多噸，地面塌陷破壞面積達(dá)100多萬(wàn)畝，其中40%是耕地.研石山占地3萬(wàn)多畝，至1998年煤炭地下采空面積達(dá)1 300 km2(全省面積的1寫).采煤破壞地下水4.2億m3/a，地表水逸流減少，導(dǎo)致井水水位下降或斷流共計(jì)3 218個(gè)，影響水利工程433處、水庫(kù)40座、輸水管道793.89 km;造成1678個(gè)村莊，81.2715萬(wàn)人，10.824 1萬(wàn)頭牲畜飲水困難.使本來(lái)缺水的山西環(huán)境受到進(jìn)一步破壞.平均每采萬(wàn)噸原煤造成塌陷土地0.2 hm2，每年新增塌陷地約2萬(wàn)hm2.礦井瓦斯即煤層氣，它是比CO2還嚴(yán)重的溫室氣體，也是導(dǎo)致煤礦重大安全事故的根源.據(jù)初步估計(jì)，我國(guó)2 000 m淺范圍內(nèi)具有30-35萬(wàn)億m3煤層氣資源，居世界前列.但由于我國(guó)煤層透氣性小，難以在開采前抽出.建國(guó)以來(lái)，我國(guó)煤礦發(fā)生煤與瓦斯突出事故1500余次，僅2001年由于瓦斯事故的死亡人數(shù)達(dá)2 356人，為煤礦總死亡人數(shù)的40％.煤礦每年排放瓦斯70-190億m3.同時(shí)瓦斯又是最好的清潔能源，因此必須加以利用，變害為寶.由此可見，提出并盡快形成煤礦的“綠色開采技術(shù)”已迫在眉睫.2綠色開采的內(nèi)涵與技術(shù)體系

從廣義資源的角度論，在礦區(qū)范圍內(nèi)的煤炭、地下水、煤層氣(瓦斯)、土地以至于煤矸石以及在煤層附近的其他礦床，都應(yīng)該是經(jīng)營(yíng)這個(gè)礦區(qū)的開發(fā)對(duì)象而加以利用.而原來(lái)對(duì)礦井瓦斯的定義是:“礦井中主要由煤層氣構(gòu)成的以甲烷為主的有害氣體”.而在礦井水文地質(zhì)類型劃分中認(rèn)為:“根據(jù)礦井水文地質(zhì)條件、涌水量、水害情況和防治水難易程度，劃為……類型”.顯然，上述概念將原本為礦區(qū)資源的瓦斯和水單純作為有害物來(lái)對(duì)待是不合適的.煤礦綠色開采以及相應(yīng)的綠色開采技術(shù)，在基本概念上是從廣義資源的角度上來(lái)認(rèn)識(shí)和對(duì)待煤、瓦斯、水等一切可以利用的各種資源;基本出發(fā)點(diǎn)是防止或盡可能減輕開采煤炭對(duì)環(huán)境和其他資源的不良影響;目標(biāo)是取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益.根據(jù)煤礦中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等，綠色開采技術(shù)主要包括以下內(nèi)容:1)水資源保護(hù)－形成“保水開采”技術(shù);2)土地與建筑物保護(hù)－形成離層注漿、充填與條帶開采技術(shù);3)瓦斯抽放－形成“煤與瓦斯共采”技術(shù);4)煤層巷道支護(hù)技術(shù)與減少殲石排放技術(shù);5)地下氣化技術(shù).這些內(nèi)容構(gòu)成的綠色開采技術(shù)體系簡(jiǎn)要表達(dá)如圖1所示。

開采引起環(huán)境與主要安全問(wèn)題的發(fā)生都與開采后造成的巖層運(yùn)動(dòng)有關(guān)(巖體不破壞上述問(wèn)題都不會(huì)發(fā)生)，因此，綠色開采的重大基礎(chǔ)理論為:1)采礦后巖層內(nèi)的“節(jié)理裂隙場(chǎng)”分布以及離層規(guī)律;2)開采對(duì)巖層與地表移動(dòng)的影響規(guī)律;3)水與瓦斯在裂隙巖體中的滲流規(guī)律;4)巖體應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律及巖層控制技術(shù).3巖層控制的關(guān)鍵層理論

采場(chǎng)老頂巖層“砌體梁”結(jié)構(gòu)模型是針對(duì)開采過(guò)程中的礦山壓力控制而提出來(lái)的.近年來(lái)，為了解決巖層控制中更為廣泛的問(wèn)題，提出了巖層控制的關(guān)鍵層理論[2-4].關(guān)鍵層理論提出的目的是為了研究覆巖中厚硬巖層對(duì)層狀礦體開采中節(jié)理裂隙的分布及其對(duì)瓦斯抽放與突水防治以及對(duì)開采沉陷控制等的影響.3.1相鄰硬巖層間相互作用的復(fù)合效應(yīng)

關(guān)鍵層復(fù)合破斷研究表明，一定條件下相鄰兩層關(guān)鍵層會(huì)同步破斷.如假設(shè)相鄰兩關(guān)鍵層巖性相同，厚度分別為h1，h2，各自承擔(dān)的巖層組厚度分別為Σh2,Σh3，則按梁的破斷距計(jì)算公式可導(dǎo)出h1與h2同時(shí)垮落應(yīng)滿足的條件為

Σh3+h2＝(Σh2+h1)(h2/h1)2(1)例如:h2是h1的2倍，則Σh3 + h2只要等于或大于Σh2 + h1的4倍，h2和h1將同時(shí)垮落.此時(shí)，雖然h2遠(yuǎn)大于h1，但上部關(guān)鍵層將不會(huì)產(chǎn)生離層.3.2關(guān)鍵層初次破斷前的離層與采動(dòng)裂隙“O”形圈

1)沿工作面推進(jìn)方向，關(guān)鍵層下離層動(dòng)態(tài)分布呈現(xiàn)兩階段發(fā)展規(guī)律:即關(guān)鍵層初次破斷前，隨著工作面推進(jìn)，離層量不斷增大，最大離層位于采空區(qū)中部.關(guān)鍵層初次破斷后，關(guān)鍵層在采空區(qū)中部離層趨于壓實(shí)，而在采空區(qū)兩側(cè)仍各自保持一個(gè)離層區(qū).工作面?zhèn)鹊碾x層區(qū)是隨著工作面開采而不斷前移的，工作面?zhèn)入x層區(qū)最大高度僅為關(guān)鍵層初次破斷前最大離層量的1/3一1/4(參見圖2).從平面看，在采空區(qū)四周存在圖3所示一沿層面橫向連通的離層發(fā)育區(qū)，稱之為采動(dòng)裂隙“O”形圈.2)沿頂板高度方向，隨工作面推進(jìn)離層呈跳躍式由下往上發(fā)展.首先，第1層亞關(guān)鍵層下出現(xiàn)離層，當(dāng)其破斷后其下離層呈“O”形圈分布;此時(shí)，上部第2層亞關(guān)鍵層下出現(xiàn)離層，當(dāng)其破斷后其下離層呈“O”形圈分布，如此發(fā)展直至主關(guān)鍵層.3)貫通的豎向裂隙是水與瓦斯涌人工作面的通道，對(duì)“導(dǎo)氣”裂隙發(fā)育動(dòng)態(tài)過(guò)程的研究表明，在開采初期，下位關(guān)鍵層的破斷運(yùn)動(dòng)對(duì)“導(dǎo)氣”裂隙從下往上發(fā)展的動(dòng)態(tài)過(guò)程起控制作用，導(dǎo)氣裂隙高度

由下往上發(fā)展是非均速的，隨關(guān)鍵層的破斷而突變.當(dāng)采空區(qū)面積達(dá)一定值后，“導(dǎo)氣”裂隙的分布也同樣呈“O”形圈特征，它是正?；夭善陂g鄰近層卸壓瓦斯流向采空區(qū)的主要通道.上述成果對(duì)對(duì)“注漿減沉”及“卸壓瓦斯抽放”的鉆孔布置起指導(dǎo)作用.3.3關(guān)鍵層對(duì)地表移動(dòng)的影響

實(shí)驗(yàn)及實(shí)測(cè)研究結(jié)果都證明[5]，主關(guān)鍵層對(duì)地表移動(dòng)過(guò)程起控制作用，主關(guān)鍵層的破斷將導(dǎo)致地表快速下沉，地表下沉速度隨主關(guān)鍵層周期性破斷而呈現(xiàn)跳躍性變化.關(guān)鍵層破斷后對(duì)地表變形的影響將與表土層的厚度有關(guān).從而形成基于關(guān)鍵層理論的建筑物下采煤設(shè)計(jì)新原則.4綠色開采技術(shù)的主要內(nèi)容 4.1開采對(duì)地下水分布的影響

煤層開采后，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)，則決定于隨著工作面的推進(jìn)，上覆巖層中是否有軟弱巖層(事實(shí)上它是研究地下水滲漏的“關(guān)鍵層”)經(jīng)重新壓實(shí)導(dǎo)致裂隙閉合而形成隔水帶.若有隔水帶，則隨著雨水的再次補(bǔ)給，下降漏斗也將隨之消失.它對(duì)地面生態(tài)的影響則決定于漏斗形成與消失的時(shí)間間隔.淮北礦區(qū)沖積層中的第四含水層(簡(jiǎn)稱四含)與煤系地層相連，煤層開采后四含水位持續(xù)下降，形成了多個(gè)水位降落漏斗.目前淮北臨渙礦區(qū)四含水位下降范圍已達(dá)40 km2，造成了四含水資源的永久破壞.以臨渙礦西風(fēng)井85-02四含水文觀測(cè)孔為例，1985年水位是97.2 m, 2001年水位降至205.8 m,16年間水位下降了108.6 m.實(shí)際觀測(cè)表明，含水層的水位下降與開采形成的導(dǎo)水裂隙通道緊密相關(guān).圖4為淮北朱仙莊礦84-15四含水文觀測(cè)孔水位變化曲線，2000年3月以前水位緩慢下降，200。年3月開始84-15鉆孔鄰近的84采區(qū)開采，導(dǎo)致了鉆孔水位的急劇下降.黃縣煤礦在進(jìn)行含水砂層下采煤試驗(yàn)中，在1201面沿走向布置一組觀測(cè)鉆孔，在回采前后及整個(gè)回采過(guò)程中進(jìn)行了為期一年的水位觀測(cè)，結(jié)果如圖5及表1所示[6].由表1可見，水位降與鉆孔孔底到開采煤層距離有關(guān).由圖5可見，孔1水位短暫變化后水位恢復(fù)原狀，而孔2，孔3，孔4，孔5的水位下降后有所恢復(fù)，但在觀測(cè)期未能恢復(fù)原狀，而孔6則完全漏失了.因此，為了保護(hù)地下水資源，形成的保水開采技術(shù)應(yīng)能使地下水位僅發(fā)生孔1所示的變化.在一般地區(qū)要把地下水視為資源，在我國(guó)西北地區(qū)必須形成保水開采技術(shù)，即開采后地表水暫時(shí)形成下降漏斗仍能恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)的開采技術(shù).另外還應(yīng)該進(jìn)一步觀察和研究水位變化對(duì)地表生物根系的影響.對(duì)于底板承壓水的防治，也同樣應(yīng)遵循綠色開采原則.4.2建筑物下采煤與減沉技術(shù)

1)基于關(guān)鍵層理論的建筑物下采煤設(shè)計(jì)新原則

基于巖層控制的關(guān)鍵層理論提出，可將保證覆巖主關(guān)鍵層不破斷失穩(wěn)作為建筑物下采煤設(shè)計(jì)的基本原則.為了保證建筑物下采煤既具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)又確保地面建筑物不受到損害，關(guān)鍵在于根據(jù)具體條件下覆巖結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵層特征來(lái)研究確定合理的減沉開采技術(shù)及參數(shù).2)離層注漿減沉技術(shù)

確定覆巖中的關(guān)鍵層位置，掌握其離層與破斷特征參數(shù)，是注漿減沉技術(shù)應(yīng)用可行性分析、鉆孔布置與注漿工藝設(shè)計(jì)及減沉效果評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)[7].關(guān)鍵層初次破斷前的離層區(qū)發(fā)育、離層量大，易于注漿充填;而一旦關(guān)鍵層初次破斷后，關(guān)鍵層下離層量明顯變小，僅為關(guān)鍵層初次破斷前的1/3-1/4(參見圖2)，注漿難度增加.因此，離層注漿必須在關(guān)鍵層臨初次破斷前進(jìn)行.鉆孔布置及最佳的注漿減沉效果應(yīng)保證關(guān)鍵層始終不發(fā)生初次破斷.4.3采空區(qū)充填開采技術(shù)

采空區(qū)充填開采技術(shù)是綠色開采技術(shù)的重要組成部分，尤其在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)解決建筑物下開采更應(yīng)受到重視.從理論上來(lái)說(shuō)，充填采礦是解決煤礦開采環(huán)境問(wèn)題的理想途徑，但由于目前充填采礦的成本相對(duì)偏高，限制了該項(xiàng)技術(shù)在煤礦的試驗(yàn)與應(yīng)用.在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，充填技術(shù)的關(guān)鍵是充填材料的選取及如何降低成本.另外就是充填技術(shù)本身，它應(yīng)該包括充填系統(tǒng)與開采系統(tǒng)的協(xié)調(diào);充填運(yùn)輸系統(tǒng)的暢通;充填后材料的力學(xué)特性等.順利解決上述問(wèn)題將根本改變將來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域的開采技術(shù).為了降低充填成本，基于巖層控制的關(guān)鍵層理論，提出了部分充填(條帶充填)控制開采沉陷的思路:僅充填部分采空區(qū)，只要保證未充填采空區(qū)的寬度小于覆巖主關(guān)鍵層的初次破斷跨距，且充填條帶能保持長(zhǎng)期穩(wěn)定，就可有效控制地表沉陷.4.4煤與瓦斯共采

我國(guó)煤層普遍具有變質(zhì)程度高、滲透率低和含氣飽和度低的特點(diǎn)，70%以上煤層的滲透率小于1× 10-3μm2，這對(duì)我國(guó)開展煤層瓦斯采前預(yù)抽是極為不利的.正因?yàn)槿绱?，我?guó)已鉆的200多口采前地面煤層氣井中，穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)井很少，單井產(chǎn)量超3000 m3/d的也只有約30口[8].實(shí)踐表明，一旦煤層開采引起巖層移動(dòng)，即使是滲透率很低的煤層，其滲透率也將增大數(shù)十倍至數(shù)百倍，為瓦斯運(yùn)移和抽放創(chuàng)造了條件.因此若在開采時(shí)形成采煤和采瓦斯兩個(gè)完整的系統(tǒng)，即形成“煤與瓦斯共采”技術(shù)則不僅有益礦井的安全，而且采出的還是潔凈能源.因此在開采高瓦斯煤層的同時(shí)，利用巖層運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)將煤層氣開采出來(lái)將是我國(guó)煤層氣開發(fā)的一條重要途徑.在“煤與瓦斯共采”技術(shù)方面，巖層運(yùn)動(dòng)中的關(guān)鍵層理論所得出的節(jié)理裂隙場(chǎng)分布、離層規(guī)律將對(duì)上鄰近層瓦斯動(dòng)態(tài)涌出與下解放層開采最大卸壓高度的影響等瓦斯抽出技術(shù)有重要參考作用[9].4.5煤巷支護(hù)技術(shù)與減少矸石排放

采礦引起的矸石排放對(duì)環(huán)境形成影響，而減少矸石排放的主要措施是將巷道設(shè)置在煤層內(nèi).巷道維護(hù)是煤礦的永恒主題.過(guò)去，鑒于煤巷圍巖是大變形且不可抗拒，因此維護(hù)原理是:“大斷面預(yù)留量－可縮性支架－巷旁充填”.目前推行錨桿支護(hù)，首先是能否在煤巷中全面使用錨桿支護(hù).顯然，我們要形成“應(yīng)力場(chǎng)測(cè)定－數(shù)值計(jì)算－支護(hù)設(shè)計(jì)－現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定”完整技術(shù)以及煤巷錨桿支護(hù)理論.例如，沿空巷道的維護(hù)方式與采動(dòng)后巖體內(nèi)的應(yīng)力重新分布及關(guān)鍵層的破斷和形成的結(jié)構(gòu)有關(guān).而且直接影響支護(hù)參數(shù)的選擇(例如錨桿不完全受拉而是受剪切)，因而要形成抗剪切錨桿.矸石不上井涉及到煤巷維護(hù)問(wèn)題，而且隨著采深的增加，巖石巷的開掘?qū)⒉豢杀苊?因此矸石不上井就存在一個(gè)研石井下處理系統(tǒng)，結(jié)果是成本如何?另一種考慮能否將研石在地面處理，變廢為寶，如變?yōu)榻ㄖ牧?，充填材料等，終究矸石的地面處理要比井下處理簡(jiǎn)單得多.應(yīng)該說(shuō)，在經(jīng)濟(jì)原則下矸石的井下處理是綠色采礦問(wèn)題.而矸石的井上處理就像地面復(fù)懇一樣是環(huán)境治理問(wèn)題，不屬于綠色開采技術(shù) 4.6煤炭地下氣化

煤炭地下氣化是一種整體綠色開采技術(shù).它是將地下煤炭通過(guò)熱化學(xué)反應(yīng)在原位將煤炭轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w的技術(shù)，是對(duì)傳統(tǒng)采煤方式的根本性變革.不僅極大地減少了井下工程及艱苦作業(yè)，而且消除了煤炭開采對(duì)環(huán)境的污染和煤炭燃燒對(duì)生態(tài)環(huán)境的不利影響和危害.煤炭地下氣化技術(shù)在近10余年來(lái)經(jīng)余力教授等的實(shí)踐積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，為今后發(fā)展我國(guó)煤炭地下氣化打下了良好技術(shù)基礎(chǔ).今后地下氣化技術(shù)應(yīng)解決:1)提高熱值和生產(chǎn)適合于用戶的氣體;2)建立起一套行之有效的測(cè)控系統(tǒng)，重點(diǎn)放在燃燒位置和燃燒速度的控制技術(shù)上;3)燃燒后地下氣化爐體結(jié)構(gòu)變化及地面沉降狀況的研究;4)如何使地下煤炭氣化產(chǎn)生的致癌物質(zhì)苯和酚不擴(kuò)散、不污染和毒化地下水資源.其次是如何處理燃燒形成的大量二氧化碳對(duì)空氣的污染.否則煤炭地下氣化就失去了綠色開采的意義.5結(jié)語(yǔ)

綠色采礦首先要將巖層運(yùn)動(dòng)對(duì)工作面的影響轉(zhuǎn)為研究開采后巖層運(yùn)動(dòng)對(duì)巖體內(nèi)形成空隙的影響，以及瓦斯、地下水的滲流規(guī)律.另外，幾個(gè)重要標(biāo)志是: 1)將瓦斯作為資源，變害為利，在采煤的同時(shí)形成地面或井下瓦斯共同開采系統(tǒng);2)根據(jù)巖層的組成，確定保水采煤的地層判別以及相宜的開采方法;3)根據(jù)具體條件，形成充填、條帶開采、離層區(qū)注漿等保護(hù)建筑物及地表的技術(shù);對(duì)東部發(fā)達(dá)地區(qū)城鎮(zhèn)下采煤，充填與條帶開采是必然的選擇，因而如何降低充填成本與提高充填技術(shù)是科學(xué)研究的方向;4)形成在煤層內(nèi)維護(hù)巷道的技術(shù)，減少矸石排放量;5)形成煤炭地下氣化技術(shù)，并研究其對(duì)地下水環(huán)境的影響.參考文獻(xiàn): [1]中國(guó)科學(xué)院可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略組.中國(guó)現(xiàn)代化進(jìn)程戰(zhàn)略構(gòu)想[M].北京:科學(xué)出版社，2002.[2]錢鳴高，繆協(xié)興，許家林.巖層控制中的關(guān)鍵層理論研究[J]?煤炭學(xué)報(bào)，1996,21(3):225-230.[3]許家林.巖層移動(dòng)與控制的關(guān)鍵層理論及其應(yīng)用 [D].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，1999.[4]錢鳴高，繆協(xié)興，許家林，等.巖層控制的關(guān)鍵層理論 [M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2000.[5]許家林，錢鳴高.關(guān)鍵層運(yùn)動(dòng)對(duì)覆巖及地表移動(dòng)影響的研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2000,25(2):122-126.[6]劉天泉.煤礦地表移動(dòng)與覆巖破壞規(guī)律及其應(yīng)用[M].北京:煤炭工業(yè)出版社，1981.146-147.[7]許家林，錢鳴高.覆巖注漿減沉鉆孔布置的研究[J];中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998, 23(2):28-30.[8]黃盛初，朱超，劉馨，等.中國(guó)煤礦區(qū)煤層氣開發(fā)產(chǎn)業(yè)化前景[A].煤炭信息研究院主編.2001年煤礦區(qū)煤層氣項(xiàng)目投資與技術(shù)國(guó)際研討會(huì)論文集[C].上海:2001,11,5一11 [9]許家林，錢鳴高.地面鉆井抽放上覆遠(yuǎn)距離卸壓煤層氣試驗(yàn)研究[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000, 29(1):78-81

第三篇：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(wèn)題，總結(jié)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

目錄

一、我國(guó)煤礦開采存在的問(wèn)題 ··················································· 1

（一）安全問(wèn)題···································································· 1

（二）環(huán)境問(wèn)題···································································· 1

二、綠色開采理論體系與總體框架 ············································· 2

三、主要技術(shù)現(xiàn)狀··································································· 3

四、結(jié)語(yǔ) ··············································································· 5 參考文獻(xiàn) ··············································································· 5

淺談煤礦綠色開采技術(shù)

2009年12月7～18日，世界各國(guó)領(lǐng)導(dǎo)人齊聚丹麥?zhǔn)锥几绫竟瑓f(xié)商如何共同遏制全球變暖，如何保護(hù)我們賴以生存的空氣、水、土地和食物。然而會(huì)議沒(méi)有達(dá)成全球亟需的氣候保護(hù)協(xié)議，以不具法律約束力的《哥本哈根協(xié)議》草草收?qǐng)?，加劇了人們?duì)全球氣候惡化的擔(dān)憂。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(wèn)題。

中國(guó)作為世界上主要的發(fā)展中國(guó)家，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。正是在這個(gè)過(guò)程中，2003年錢鳴高院士提出了“綠色開采”的理念[1-2]，為煤炭行業(yè)的發(fā)展指明了方向。

一、我國(guó)煤礦開采存在的問(wèn)題

我國(guó)“富煤、貧油、少氣”的能源賦存狀況決定了能源消費(fèi)必須以煤為主，一次能源消費(fèi)中有70%～75%來(lái)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(lái)一系列環(huán)境和安全問(wèn)題，屢屢為人詬病。

（一）安全問(wèn)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)生特別重大瓦斯爆炸事故，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。煤礦事故頻發(fā)的原因何在，如何從根本上杜絕大型和特大型傷亡事故，不斷拷問(wèn)著各級(jí)監(jiān)管、經(jīng)營(yíng)和科研服務(wù)單位。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)是好轉(zhuǎn)的，在產(chǎn)量增加的同時(shí)，死亡人數(shù)逐年下降，多年來(lái)煤炭產(chǎn)量以近2億t/a的速度遞增，而百萬(wàn)噸死亡率逐步下降。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(wèn)題。

（二）環(huán)境問(wèn)題

主要包括由于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。大量的農(nóng)田因塌陷、鹽漬化和水土流失無(wú)法耕種。礦井開采過(guò)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，導(dǎo)致井水水位下降或干涸共計(jì)3 218個(gè)，影響水利工程433處、水庫(kù)40座及輸水管道793.89 km，造成1 678個(gè)村莊，81.271 5萬(wàn)人以及10.824 1萬(wàn)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1 500余座，歷年堆積量達(dá)30億t，占地超過(guò)5 000 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(guò)程中產(chǎn)生大量的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。據(jù)初步估計(jì)[2]，我國(guó)2 000 m以淺范圍內(nèi)具有30～35萬(wàn)億m3煤層氣資源，居世界前列。但由于我國(guó)煤層透氣性差，難以在開采前抽出。建國(guó)以來(lái)，我國(guó)煤礦發(fā)生煤與瓦斯突出事故1 500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。

二、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)保和經(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)的基礎(chǔ)上，發(fā)展與創(chuàng)新采礦科學(xué)技術(shù)，從廣義資源的角度上認(rèn)識(shí)和對(duì)待煤、瓦斯和水等一切可以利用的各種資源。其基本出發(fā)點(diǎn)是防止或盡可能減輕開采煤炭對(duì)環(huán)境和其他資源的不良影響，以期取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[1]。

煤礦開采引發(fā)的環(huán)境與安全問(wèn)題無(wú)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)先進(jìn)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。

三、主要技術(shù)現(xiàn)狀

近40年來(lái)，我國(guó)共發(fā)生礦井突水事故2 000余次，直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)40多億元。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)越來(lái)越嚴(yán)重。同時(shí)，山西、陜西和內(nèi)蒙古等缺水地區(qū)也急需解決煤炭保水開采的問(wèn)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)，取決于隨著工作面的推進(jìn)，上覆巖層中是否含有軟弱巖層(事實(shí)上它是研究地下水滲漏的“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(shuō)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，創(chuàng)造性地解決了我國(guó)淮南礦區(qū)低透氣性煤層群開采的關(guān)鍵問(wèn)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(guò)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的工作空間，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)在排除低透氣性難抽瓦斯安全隱患的同時(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，較好地貫徹了安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的科學(xué)采礦三原則。

充填開采技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用源于撫順地區(qū)建筑物下開采，最早采用的是水砂充填。水砂充填工序復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，減沉效果有限，從20世紀(jì)80年代起，在井工煤炭開采中逐步淘汰。可喜的是，近期以中國(guó)礦業(yè)大學(xué)繆協(xié)興教授、周華強(qiáng)教授和馮光明教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組，相繼提出了矸石充填、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，并取得了工業(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(lái)。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(shuō)明煤礦綠色開采技術(shù)越來(lái)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(guò)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(wú)煤柱開采，提高了礦井回采率。較為突出的技術(shù)成果為2002年3月冀中能源邢東煤礦可調(diào)向、升降與變速矸石充填機(jī)的研制與應(yīng)用。目前，具有相同功能的充填設(shè)備在棗礦集團(tuán)田陳礦、蔣莊礦和新礦集團(tuán)鄂莊礦有所應(yīng)用。山東盛泉礦業(yè)有限公司在高檔普采工作面應(yīng)用該技術(shù)是其應(yīng)用領(lǐng)域的又一擴(kuò)展。

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(wú)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(lái)，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)。我國(guó)自1958年開始在鶴崗興山礦、大同胡家灣、吉林蛟河及安徽獨(dú)山進(jìn)行了自然條件下煤炭地下氣化試驗(yàn)。1980年以后，相繼在徐州馬莊和新河、唐山劉莊、新汶孫村、協(xié)莊、鄂莊以及山東里彥等10多個(gè)礦區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn)，初步實(shí)現(xiàn)了煤炭地下氣化從試驗(yàn)到應(yīng)用的突破。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(wèn)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。

四、結(jié)語(yǔ)

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)：

[1] 錢鳴高．綠色開采的概念與技術(shù)體系[J]．煤炭科技，2003(4)：1-3.[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.

第四篇：充填開采匯報(bào)材料(翟鎮(zhèn)煤礦)

充填開采經(jīng)驗(yàn)介紹材料

翟鎮(zhèn)煤礦

翟鎮(zhèn)煤礦自2005年初開始研究矸石充填采煤工藝，研發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的綜采矸石充填工藝，自2006年在7403成功運(yùn)用以來(lái)，已累計(jì)完成以矸換煤122.20萬(wàn)噸，充填矸石74.84萬(wàn)噸。礦井于2008年12月實(shí)現(xiàn)井下矸石不升井，并率先在集團(tuán)公司內(nèi)停運(yùn)了矸石山。

一、充填開采技術(shù)及應(yīng)用效果。

1、充填開采技術(shù)

礦井充填采區(qū)七采區(qū)，工作面采用自行研發(fā)ZZ2600／13／20.5BC型或ZZ2800／14.5／26BC型充填液壓支架，通過(guò)支架后配備充矸溜子進(jìn)行機(jī)械充填。

下面以7201面介紹以下矸石充填流程與矸石充填工藝。矸石充填流程：

各采區(qū)矸石→七采矸石車場(chǎng)→翻車機(jī)翻車→破碎機(jī)破碎矸石→七采矸石倉(cāng)→七采上部回風(fēng)上山矸石皮帶→溜矸眼→7201E軌道巷運(yùn)矸皮帶→7201E工作面充填溜子（采空區(qū)）。

矸石充填采煤工藝（包括回采工藝與矸石充填工藝）A、工作面回采工藝

工作面回采工藝主要包括割煤、移架與推移刮板輸送機(jī)。

（1）采煤機(jī)割煤：采煤機(jī)割煤時(shí)的進(jìn)刀方式采用割三角煤端部斜切進(jìn)刀，進(jìn)刀深度0.6m。采用雙向進(jìn)刀，往返一次進(jìn)割兩刀。

（2）移架：工作面采用及時(shí)移架支護(hù)方式，移架滯后采煤機(jī)后滾筒3～5架，追機(jī)作業(yè)，移架步距0.6m。若頂板破碎或端面距過(guò)大時(shí)，應(yīng)拉移超前架及時(shí)支護(hù)暴露的頂板。

（3）推移刮板輸送機(jī)：滯后采煤機(jī)不大于15m，推移刮板輸送機(jī)。B、矸石充填工藝（1）矸石充填工作原理

采空區(qū)的矸石充填依靠自壓式矸石充填機(jī)來(lái)自動(dòng)完成：充填時(shí)自壓式矸石充填機(jī)的上刮板向下運(yùn)輸充填矸石；下刮板向上推平漏矸孔下漏的矸石，并使矸石充填密實(shí)、均勻。

在矸石充填過(guò)程中，隨著矸石充填高度的增加，自壓式矸石充填機(jī)會(huì)隨之上升，利用矸石充填運(yùn)輸機(jī)對(duì)矸石的反作用力來(lái)壓實(shí)的充填矸石。其充填過(guò)程可分為“自由落體”階段、“自充自壓”階段、“充分壓實(shí)”階段。

（2）矸石充填工藝過(guò)程

矸石充填工藝是在采面割完兩刀煤后進(jìn)行，其工藝過(guò)程如下： ①每班按照正規(guī)循環(huán)割煤，然后停止割煤，移直自壓式矸石充填機(jī)的機(jī)頭與機(jī)尾。檢查充填系統(tǒng)的完好情況，準(zhǔn)備充填工作。

②首先起動(dòng)工作面自壓式矸石充填機(jī)，然后依次起動(dòng)7201面軌道巷運(yùn)矸皮帶、七采上部回風(fēng)上山矸石皮帶及七采矸石倉(cāng)設(shè)備等，進(jìn)行采空區(qū)矸石充填。

③充填時(shí)采用自壓式矸石充填機(jī)機(jī)頭向機(jī)尾方向依次充填，也即先打開自壓式矸石充填機(jī)機(jī)頭的第一個(gè)插板進(jìn)行“自由落體”充填階段、“自充自壓”階段，待此段矸石輸送機(jī)升至離支架尾梁200mm時(shí)，關(guān)閉第一個(gè)插板，打開第二個(gè)插板，重復(fù)上述工作，待6個(gè)插板全部完成上述兩個(gè)階段后，再同時(shí)打開全部6個(gè)插板，進(jìn)行“充分壓實(shí)”階段的工作。

a.“自由落體”充填階段

“自由落體”充填階段矸石由自壓式矸石充填機(jī)運(yùn)至漏矸孔，直接落入刮板下的采空區(qū)。

基 本 頂直 接 頂垮落后的直接頂充 填 矸 石矸石充填“自由落體”充填階段示意圖

b.“自充自壓”充填階段

當(dāng)從漏矸孔下落的矸石自然堆積高度至自壓式矸石充填機(jī)的溜槽時(shí)，自壓式矸石充填機(jī)上刮板推移矸石自漏矸孔落下、下刮板向上推平漏矸孔下漏的矸石。在此過(guò)程中，下刮板的作用主要在以下方面：[a]使矸石在自壓式矸石充填機(jī)的自身重力和刮板運(yùn)動(dòng)的共同作用下使矸石充填密實(shí)，提高了矸石的充填效果；[b]使矸石向下刮板運(yùn)行方向鄰近矸石孔移動(dòng)，擴(kuò)大了同一漏矸孔的充填范圍。

在此過(guò)程中，自壓式矸石充填機(jī)表現(xiàn)為因受矸石堆的反作用力，逐步上抬，同時(shí)對(duì)充填矸石進(jìn)行初步壓實(shí)。

待打開的漏充到離支架尾梁200mm時(shí)，關(guān)閉第一個(gè)漏矸孔的插板，同時(shí)打開第二個(gè)插板由下到上依次充填。

c.“充分壓實(shí)”充填階段

當(dāng)最后一個(gè)自壓式矸石充填機(jī)的漏矸孔完成“自充自壓”階段后，打開全部6個(gè)自壓式矸石充填機(jī)插板，進(jìn)行最后階段的“充分壓實(shí)”充填階段。

此時(shí)，自壓式矸石充填機(jī)會(huì)因充填矸石的反作用力進(jìn)一步上移，當(dāng)其與支架尾梁完全接觸后，自壓式矸石充填機(jī)不再上移，但對(duì)下部矸石的作用力進(jìn)一步加強(qiáng)，使矸石得以充分壓實(shí)，同時(shí)進(jìn)一步擴(kuò)大矸石的充填范圍，實(shí)現(xiàn)有效充填空間的完全充滿與壓實(shí)。

采空區(qū)充填完畢后，對(duì)當(dāng)班的采空區(qū)充填情況進(jìn)行檢查記錄，確認(rèn)達(dá) 到設(shè)計(jì)效果，然后進(jìn)行下一矸石充填采煤工藝循環(huán)。

C、技術(shù)要點(diǎn)

為控制矸石充填效果，實(shí)現(xiàn)矸石充填有效空間的完全充滿與壓實(shí)。在矸石充填過(guò)程中，應(yīng)做好以下方面的工作。

①漏矸孔插板打開嚴(yán)格執(zhí)行由下到上的順序進(jìn)行充填，打開插板用力均勻，以防插板變形。

②充填過(guò)程中，密切注意自壓式矸石充填機(jī)運(yùn)矸量和矸石下漏量的變化，運(yùn)矸量既不能大，使矸石下漏不完，運(yùn)到工作面機(jī)頭；也不能小，延長(zhǎng)充填作業(yè)時(shí)間。必要時(shí)自壓式矸石充填機(jī)需點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行，以保證充填效果。

③注意工作面傾角變化，回采過(guò)程中嚴(yán)格順平、順直工作面，確保充填刮板輸送機(jī)控制在可彎曲變形范圍之內(nèi)，保證輸送機(jī)能夠正常運(yùn)行。

④破碎機(jī)要保持正常使用，同時(shí)在破碎機(jī)后要有專人觀察矸石的破碎程度，要控制矸石破碎在粒徑50mm左右，必要時(shí)進(jìn)行輔以人工破碎，以保證采空區(qū)充填效果。

2、應(yīng)用效果

自實(shí)施充填以來(lái)，為提高充充填效率、充實(shí)率，礦井對(duì)不斷現(xiàn)充填工藝設(shè)備、技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。一是在充填溜子上增加了油缸，有效提高了充填高度；二是借鑒橋式轉(zhuǎn)載機(jī)原理設(shè)計(jì)了探梁式卸矸架，實(shí)現(xiàn)皮帶直接向采空區(qū)充矸；三是對(duì)溜尾端頭支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化，減少溜尾以里單體支護(hù)；四是改變電機(jī)接線盒位置，避免后尾梁擠壓電機(jī)接線盒，有效提高了溜頭充矸高度；五是針對(duì)頂板破碎、架后漏矸多，擠占充填空間，通過(guò)安排專人實(shí)行帶壓移架，有效控制架間漏矸。

通過(guò)以上有效措施改進(jìn)，進(jìn)一步提高工作面充填能力，目前，礦井矸石充填效率、充實(shí)率不斷提高，實(shí)現(xiàn)了每班一刀炭、一茬矸，充實(shí)率在60％以上，保證了井下矸石不升井。

3、項(xiàng)目投資和開采成本。

累計(jì)完成充填項(xiàng)目投資6670.71萬(wàn)元，實(shí)現(xiàn)以矸換煤122.2萬(wàn)噸，充填 矸石74.84萬(wàn)噸。自實(shí)施充填以來(lái)，礦井平均制造成本205.92萬(wàn)元，充填成本較冒落式開采增加28.26元/噸，為234.18萬(wàn)元。

二、下一步工作措施

1、根據(jù)礦井目前工作面矸石充填能力、充填效果、設(shè)備性能，研究自制ZCZ5200 14.5/30六柱式充填液壓支架，進(jìn)一步提高工作面的充填能力、單產(chǎn)水平。

2、進(jìn)一步做好充填工作面設(shè)備配套研究，以ZCZ5200 14.5/30六柱式充填液壓支架、SGZ630/264充填溜子、MG180/455型煤機(jī)、SGD630/264型工作面刮板運(yùn)輸機(jī)四機(jī)配套，做好在7202E工作面的實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用、推廣。

3、隨著工作面充填能力、充填效果的提高，單一的井下矸石不能滿足充填能力要求，需進(jìn)一步做好地面矸石入井問(wèn)題；同時(shí)進(jìn)一步研究井下煤矸分離，提高煤質(zhì)。

第五篇：煤礦開采技術(shù)

煤礦開采技術(shù)

主要課程：計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)、Visual Basic程序設(shè)計(jì)、工程制圖、工程力學(xué)、電工技術(shù)基礎(chǔ)、測(cè)量學(xué)、煤礦地質(zhì)學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、井巷施工技術(shù)、礦山壓力及其控制、流體力學(xué)與流體機(jī)械、采掘機(jī)械、采煤學(xué)、礦井通風(fēng)與安全、礦井提升運(yùn)輸、礦山電工、計(jì)算機(jī)繪圖、煤礦安全法規(guī)、礦山電工學(xué)、土力學(xué)與地基基礎(chǔ)、露天開采概論、露天礦爆破工程、露天礦線路工程、邊坡穩(wěn)定、露天采掘機(jī)械、露天礦運(yùn)輸設(shè)備、露天采礦工藝、露天礦設(shè)計(jì)原理、礦山供電等。

就業(yè)方向：可在礦山企業(yè)、科研院所、政府機(jī)構(gòu)等企、事業(yè)單位就業(yè)。主要從事礦區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)、礦山安全技術(shù)、生產(chǎn)技術(shù)、安全監(jiān)察、科學(xué)研究等工作。

★ 礦井通風(fēng)與安全

主要課程：計(jì)算機(jī)文化基礎(chǔ)、Visual Basic程序設(shè)計(jì)、工程制圖、電工與電子技術(shù)、采煤概論、工程流體力學(xué)、工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)、燃燒學(xué)、安全工程學(xué)、礦井通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)、瓦斯防治與開發(fā)技術(shù)、火災(zāi)防止理論與技術(shù)、粉層防止理論與技術(shù)、水防止理論與技術(shù)、安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)及應(yīng)用、煤礦安全法規(guī)、礦山電工學(xué)、管理學(xué)原理、環(huán)保概論、電氣安全管理、通風(fēng)與凈化工程、危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸管理等。

就業(yè)方向：可在煤礦、金屬礦、非金屬礦從事礦山通風(fēng)安全和環(huán)境保護(hù)技術(shù)管理工作；也可在上述系統(tǒng)的科研、設(shè)計(jì)、教學(xué)、管理部門從事科學(xué)研究、礦山設(shè)計(jì)、教學(xué)、安全監(jiān)察等工作；還能在工礦企業(yè)中從事采暖通風(fēng)技術(shù)工作。