绿色开采技术体系是什么?关于绿色开采技术体系的详细介绍

创闻科学2020-11-16 15:27:20

煤矿资源作为社会经济发展建设的常用资源之一,具有重要的地位,随着时代的发展以及科技水平的不断提升,对煤矿资源的需求量不断增加,而伴随着当前开采量的不断提升所带来的是一些环境污染问题,极大的破坏了当地的自然生态环境与采矿工程的可持续性等,所以,为了改善这一状况,绿色开采逐渐应用于其中,通过绿色开采而降低对环境的污染和破坏,达到自然与经济的和谐相处。

绿色开采技术框架

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,根据煤矿中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等,绿色开采技术主要包括括保水采煤、煤与瓦斯共采、减沉开采、矸石减排、地下气化开采等方面,如图1所示。

减沉开采技术体系

减沉开采就是减少开采引起的地表沉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,将减沉开采作为绿色开采的重点。根据目前减沉开采技术发展现状,构建了图2所示的减沉开采技术体系。

减沉开采技术主要包括:条带开采与充填开采。条带开采与传统充填开采都存在明显的不足之处,条带开采技术存在的主要问题是:采出率低,浪费大量煤炭资源;而传统的全部充填开采技术存在的主要问题是:充填成本相对煤炭价格偏高,充填量大,充填材料来源受限,充填工艺不能适应煤矿高效开采要求等。综合条带开采与充填开采的特点,提出了煤矿部分充填开采技术,其充填量和充填范围仅是采出煤量的一部分,仅对采空区的局部或离层区和冒落区进行充填,靠覆岩关键层结构、充填体及部分煤柱共同支撑覆岩控制开采沉陷。按照部分充填的位置和时间不同,提出了采空区条带充填、条带开采冒落区注浆充填、覆岩离层分区隔离注浆充填等3种部分充填开采技术。目前,冀中、济宁新汶、淄博、枣庄、淮北等矿区都在积极开展有关充填减沉开采的试验研究工作。

煤与瓦斯共采技术体系

煤与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瓦斯共采技术的研究,将煤与瓦斯共采作为矿区绿色开采的重点,根据目前煤与瓦斯共采技术现状,构建了图3所示的煤与瓦斯共采技术体系。

煤层气(瓦斯)开采方法分为煤层采前预抽与采动卸压抽采。在煤层开采前,煤层气开采的效果取决于煤层原始渗透率大小。研究表明,我国埋深在2000 m以内的煤层具有30万亿~35万亿m3的煤层气资源,但我国70%以上煤层的渗透率小于1×10-3μm2。正因为如此,我国已钻的多口采前地面煤层气井中,除个别矿区(如晋城)外,稳产高产井很少。而如何提高煤层采前渗透率是目前尚未解决的难题。实践表明,一 旦煤层 开采引起岩层移动,即使是渗透率很低的煤层,其渗透率也将增大数十倍至数百倍,为煤层气运移和开采创造了条件。因此,利用岩层运动的特点将卸压煤层气开采出来将是我国煤层气开采的-条重要途径。基于对岩层采动裂隙动态分布规律的认识提出的卸压瓦斯抽采“O形圈”理论,在一些矿区的卸压瓦斯抽采中对钻孔布置起到指导作用。阳泉、淮南、晋城、铁法、淮北、松藻等矿区在煤与瓦斯共采方面已取得了很大成绩和丰富经验。目前,我国矿井抽采瓦斯的利用率仍然很低,大部分仍排放到大气中,这是煤与瓦斯共采需要进- 步解决的关键问题之一。

保水开采技术体系

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。根据保水采煤技术的特点,构建了图4所示的保水开采技术体系。

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,上覆岩层中是否有软弱岩层经重新压实导致裂隙闭合而形成隔水带。若有隔水带,则随着雨水的再次补给,下降漏斗也将随之消失,地下水位随之恢复。而煤层开采对地面生态的影响则决定于漏斗形成与消失的时间间隔。在我国西北部分地区(如大同),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至地表,原有顶板含水层的水全部通过岩层裂缝漏失,造成区域地下水干枯。由于贯通地表的破断裂缝难以闭合,地表降雨通过裂縫滲人并下采空区,原有顶板含水层无法恢复。因此,只有对岩层裂缝进行人工注浆封闭,阻断地表雨水渗蒲,才能逐步恢复原有含水层。

我国西北矿区已开始重视保水开采问题并开展了初步的研究,但保水开采的技术难度很大,目前有关研究工作才刚刚起步,要实现保水开采还有大量艰巨的工作要做。

矸石减排技术体系

矸石减排就是减少煤矿排放量、消除矸石山的堆积。我国所有煤矿都应重视矸石减排技术的研究。为此,构建了图5所示的矸石减排技术体系。

首先是少出或不出矸石,以煤巷取代岩巷,涉及开采布局设计和煤巷维护问题,需要不断研发煤巷高效支护技术。其次是矸石井下处理,就是不将井下岩巷掘进矸石提升出井,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和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。

煤炭地下气化

煤炭地下气化就是不将煤炭采出地面,而将其在地下通过热化学反应原地转化为可燃气体,这是一种整体绿色开采技术。对于难以回收的残留煤柱、低品位煤、难采煤层,应积极开展地下气化技术的试验研究。

目前我国的煤炭地下气化技术仍处于工业试验阶段,地下煤炭气化燃烧产生的苯和酚是致癌物质,有可能毒化水资源。另外,煤炭地下气化多联产技术等很多问题都需要去研究和探索。