钱地
淮北矿业集团朱仙庄煤矿，安徽宿州 234116
摘要：本文分析介绍绿色开采的概念与意义、矿井深部地热的利用、现有的煤炭开采技术资源，重点对绿色开采相关技术进行了分析，以其理论来指导煤矿运用绿色开采技术，实现煤矿的可持续经济发展。
关键词：煤矿开采；绿色开采技术；运用；可持续发展
引言:煤矿随着生产的不断向前推进，储存的资源会越来越少，而且地质条件还愈加恶劣，给正常开采带来了很大的压力。伴随煤炭资源的开采，一些其他能源也相继出现，如果不开发和利用，也造成了资源的浪费，且又会引起矿山的环境问题和各种次生地质灾害的发生。一旦出现次生灾害，其后果也是相当严重的。因此，为了搞好“煤炭资源开采-环境保护-可持续发展”的平衡关系，所谓的“绿色开采”也就应运而生了。上世纪对资源开发出现的全局性问题，提出煤炭绿色开采，它正符合了这一平衡关系，实现了矿区的一种独特开发模式，即可持续发展的“绿色矿区”模式。其核心就是要实现“煤炭绿色开采”。
1.绿色开采的概念与意义
绿色理论是最早欧美发达国家提出的重要循环经济理论，它对促进经济社会可持续发展起到了重要的作用。最初的概念在学术界和理论界被称为“废物最小化技术”、“无废工艺”。之后在长期的生产工艺实践中，人们探索发明了“清洁生产技术”，包括能源、工艺、产品等方面的清洁技术。后来人们把绿色和技术进行整合，对绿色技术这一概念又有了更高的认识和研究，并得到流行。自此人们开始尝试通过对生态环境的保护和改善，并以知识手段、能力手段和物质手段来推进绿色技术转化为经济效益。而绿色技术实际上还包含两种子技术，即相对和绝对意义上的绿色技术。前者是在技术上能确保对生态造成较小的危害后者是在技术上能确保对生态基本不造成危害，甚至还能起到促进生态环境的优化。总之，不管哪种绿色技术，基本技术都是追求围绕将资源和能源的浪费降到最低，将对生态的破坏和对环境的污染最小化，实现资源能源开发利用效益的最大化。而作为煤矿，绿色开采及其技术，都是从广义资源的角度上认识和对待的，比如将煤、瓦斯和水等一切可以利用的资源都加以充分利用，防止或尽可能的减轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响，最终以获取最佳的经济社会效益。煤炭绿色开采技术体系，见如图1所示的示意图。显而易见，“绿色开采”的重大意义就在于：有利于提升矿区可持续发展能力、资源利用率和解决环境问题，最终以最小的开采投入能获得最大的经济效益。
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2.矿井深部地热的利用
现阶段煤炭开采的过程中，除了瓦斯的开发利用以外，深井都存在地热资源。该地热资源对煤炭正常开采危害也很大，而如今对矿井热害治理主要采取以下两种措施进行：一是非人工制冷降温。主要通过通风降温、控制热源、预冷入风流、个体防护、煤层注水预冷煤体等方法；二是人工制冷降温。它包括人工制冷水降温、人工制冰降温和压缩空气制冷降温。而在人工制冷方面，有的采用了较为先进的冰冷低温辐射降温技术，其虽然解决了地热灾害，但这不是最根本的方法。运用绿色开采和循环经济技术为地热灾害治理才是根本，它能变废为宝，充分利用了地热能。
岩石中的这种地热能，类似于地热发电中的“干热岩(HDR)”。但HDR的应用是有严格条件的，即电站所在地必须埋藏有温度不低于250℃的花岗岩。而煤矿井下采掘面温度则不同，一般都在3O℃～40℃范围。理论上说，尝试寻找沸点在3O℃-40℃的液体，以此为传热载体，即可实现这种地热利用了。具体也就是在与采掘面处于同一深度的围岩上打钻孔，将该液体注入到其钻孔中，那么这些液体会在瞬间被加热为沸腾状态，并从附近的另一处钻孔中喷出来。将其喷出的蒸汽用来驱动蒸汽涡轮机就能产生电能。将冷却后的液体再次注入钻孔中，这样便可循环利用了。而对于矿井废水中的地热能，可把生产过程中涌出的废水作为冷热源，运用水源热泵空调机组也能实现矿井废水与进风流之间的热量转换，从而达到一次性升温或降温的目的。如此冬季可以取代传统的燃煤锅炉为供暖服务，夏季可以取代传统的制冷设备为地面场所的制冷提供冷源。这又可以实现一机多用的效果和作用。
3.现有的煤炭开采技术资源
1）综采技术。该技术是在采煤工作面上运用机械设备进行连续作业的一种采煤技术。具体分三道工序：割煤、运煤和工作面支护。其中的割煤工序则包括装煤和破煤。生产过程中的采煤机械有刨煤机、单滚筒采煤机和双滚筒采煤机。而刨煤机也便于自动化的检修和管理，运用在薄煤层中有着明显的优势。缺点是不能保证大采高的稳定性，且生产效率较低些。运煤工序，它是将采割好的煤炭装进刮板机内，并沿着工作面运输到带式伸缩设备上，直至送出综采工作面。一般要求刮板运输的能力要大于或等于采煤生产能力，不然不能顺畅运输。综采在处理采空区时，一般都选择简单、低成本的垮落技术。在支护工作面时是利用高压液体将工作面推进前移和切顶的，需要及时支护和滞后支护处理。
2）爆破采煤技术。爆破采煤是利用爆破的方式进行落煤的。其为人工装煤，机械化运煤，运用单体支柱支护顶板。第一步就是爆破，即做好打眼和放炮。在落煤时，要按规定的进度做好循环，整个面无底煤与顶煤存留。破坏顶板的效果也减轻，做好放炮时的参数优化（炮眼数量、眼深、排列角度等），还能降低炸药和雷管消耗。该工作面上需使用弯曲刮板来运煤，以悬臂支护方式支护方能坚固。布置支柱有三种方式，即对柱、单柱和密集支柱。在采面推进时，要加大悬露顶板面积。根据煤层厚度、地表保护和顶板特征，适当调节支护与落煤方式。
3）普采技术。其是达到机械程度一定时的一种采煤技术。运用采煤机械进行装煤和落煤。它也分双滚筒和单滚筒。而双滚筒能解决好工作面的两头缺口，有利于技术管理。单滚筒则处于下方工作面端头部位，这就缩短了工作面的下端缺口长度。同时机体下方不会有货量通过，并存在较好的装煤效果。
4）连采技术。它是运用连续采煤机进行连续的开采。连采整个过程都用机械化。利用梭车和伸缩机完成运煤，用铲车对工作面清理。它是综采技术的一种，是将煤房切成矩形的煤柱。而煤房能依据顶板的条件来回收煤柱。其最突出的特点就是能采掘合一，分为掘进煤房、回收煤柱两阶段。一般正常情况下，需要交替同步掘进煤房，并利用锚杆支护顶板。待所有的煤房都采掘好后，采煤设备开始回收煤炭。待回收完煤柱后，就会自行垮落顶板了。
5）壁式体系采煤技术。该技术在上世纪中后期发达国家就运用了此体系采煤。其单个工作面，可实现100吨/工的效果，使得产量得以大幅度提升。国内由于煤层地质条件复杂，又呈现多样性，难于应用此壁式体系开采。主要还是使用与壁式体系类型不同的长臂式开采法。而在缓斜厚煤层中，主要还用分层倾斜的长壁开采技术。现广泛使用的顶煤技术开采和分层开采比率已逐步降低了。
4.绿色开采相关技术分析
运用煤炭绿色开采技术，需要认真研究具体的采煤方法、工艺和岩层的控制。煤炭绿色开采技术实质上就是对采煤工艺的改进，以实现煤炭资源安全、高效和环保的开采。但是，绿色开采的技术理论基础，则是关键层的控制理论问题。
1）保水开采技术。由于部分煤矿在开采时会排出大量的地下水，而运用保水开采就是要在防治采场突水的同时，对水资源进行保护，使开采对矿区水文环境扰动量小。施工若不注意，便会破坏含水层内的原始径流。采空区的上方导水裂缝带回贯通地下水体，对区域内的地质水文条件造成很大影响。通过研究开采后上覆岩层的破断规律和地下水漏斗形成机理，以及各种地质条件下开采时的岩层活动与地下水渗漏关系，改进采矿方法，采用相关措施控制（如地面注浆等），以实现水资源的保护和综合利用。该开采技术实质上就是通过合理选择开采区域、适当留设防水(砂)煤(岩)柱和应用合理的开采技术方法，将区内煤炭回收上来而不破坏水环境，并能防治水灾害。特别是在北方干旱和半干旱地区运用，其意义更加重大。
2）煤与瓦斯共采技术。一般煤与瓦斯是自然共存的，要实现共采则是绿色开采之道了。煤与瓦斯共采技术需要攻克低透气性和高地压的技术问题，并要认真解决高地压、地温以及冲击地压的系列问题。共采时要解决好一体化沿空留巷问题。它充分利用了覆岩层的矿压，并采取抽采的工艺，能准确把握卸压煤层的时间。再利用交替的通风降温和采掘方式，则能实现连续开采，并有效提供了瓦斯治理和抽采的空间。这样，既保证了安全性，又能使开采经济效益实现最大化。
3）土地和建筑物保护开采技术。由于地下煤体被大面积采出后，其采空区周围的岩层就失去了平衡，在覆岩重力的作用下岩层产生较为复杂的移动、变形和破坏，并引起了地表塌陷、地面建筑物的破坏。运用土地和建筑物保护技术（充填开采、条带开采、分层开采和协调开采等），在煤层群厚煤层分层开采时，通过合理设计各工作面的开采间距，相互位置和开采顺序，开采时所产生的地表变形，能与另一个煤层开采面的变形相互抵消或部分抵消，从而减少了采动所引起的地表变形，有效保护了地面建、构筑物。比如限厚开采、“采-注-采”和“采-注-跳采”开采、覆岩离层注浆等技术，都是最好的选择，视具体条件而定。另外，充填技术也是较好的选择。即水砂充填，但因具有较复杂的工序，且实施效果中发现减沉不理想。之后人们选择了矸石、膏体等新型材料充填。它改变了压煤和堆存煤矸石的困扰，促使了煤矿开采的环保生态化。
4）煤炭地下气化技术。煤炭地下气化则是一项涉及多种学科的高新技术。比如包括应用声学、地质学、地震学、化学、热力学和电子技术等，首先研究地下气化机理；运用煤炭地下气化计算机模型，来模拟气化过程，并测算煤气产量和质量及生产成本；待气化煤层的需要精细的勘探和运用二维勘测技术；气化过程运用自动监测和控制技术；运用耐高温、抗腐蚀特种合金钢管和特种泥浆研制技术；运用适于煤炭地下气化的先进燃气-蒸汽联合循环发电技术；对煤炭地下气化环境监测和防治技术等。煤炭地下气化技术，是将煤炭转化为煤气的技术，也是洁净、高效利用煤炭的先导技术，它又是是燃料电池、煤气联合循环发电技术等许多能源高新技术的关键技术与重要环节。运用煤炭地下气化技术，能从根木上杜绝矿井伤亡事故，以及减少开采时对环境的损害。该工艺能实现对高硫、高灰煤和各类废弃矿井的开采，其社会和经济效益极大。当前，煤炭地下气化技术虽然有少量应用，但技术还尚不太成熟，存在诸多问题。
5）洁净煤技术。它是指在煤炭开发和加工利用全过程中提高利用效率与减少环境污染的系列新技术。煤的洁净开采和煤的洁净利用技术则是其两方面主要内容。而洁净开采技术，则是指在提高煤炭质量的同时，尽量从源头上避免污染物的产生，或最大限度控制污染物的生成量和污染程度，让开采对环境的污染和破坏降低到最低小。对此，为杜绝或减少煤矸石造成的环境污染，一般采取以下两种控制煤矸石生成量：采用减矸开采技术，这就包括开拓部署、巷道布置和采掘工艺上要采取一定的技术措施；采用矸石充填开采技术，运用掘进出矸充填废弃巷道或硐室，或将掘进出矸直接用于采空区充填。在利用技术上，可运用煤炭燃烧前的处理和净化技术、煤炭燃烧中的净化、煤炭燃烧后的除尘技术、煤化工技术等综合处理利用技术。
结束语：煤矿要想实现可持续发展，就必须要遵循自然生态系统的物质循环和能量流动规律来重构经济系统。煤矿实施运用绿色开采，也能保持经济生产的低消耗、高质量和低废弃，从而也可将经济活动对自然环境的影响与破坏减少到最低的程度，实现经济效益的最大化效果。矿区随着煤炭开采技术的提高和资源的逐步减少，实施绿色开采技术就非常必要了。绿色采煤能有效减少环境污染，是发展循环生态经济的出路，更是未来的采煤技术的发展方向。
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