浅析煤炭开采加工中的技术问题

　　摘要：文章介绍了减少煤矿井下开采中的排矸量技术，煤矿开采加工中减少煤矿井下瓦斯、粉尘的技术，煤矿开采加工中污水处理技术，以及减少地表沉陷的开采加工技术。
　　关键词：煤炭开采；问题；技术
　　煤炭工业在我国国民经济中占有重要的地位和作用，随着经济建设的发展，煤炭工业也以日新月异的态势迅猛发展，原煤的产出量逐日增多。原煤生产极大地推动了能源重化工基地的建设，但不合理采掘同时也带来了一些负面影响，集中表现为部分产煤地区地表塌陷，引起地下水位下降，破坏水资源循环系统；生产大量的煤矸石；产出大量的瓦斯和粉尘；排放污水和污染物，严重地污染了环境，破坏了生态平衡。这些负作用的出现引起了各级领导和社会的高度重视。为此，解决好采煤中的几个突出技术问题，控制和降低破坏程度，是我们义不容辞的责任。
　　1减少排矸量
　　采煤过程中排放的矸石，主要来源于煤矿井下岩石巷道掘进量，半煤岩石巷道掘进量，煤仓和溜煤眼的掘进以及工作面上的矸石（掺入煤炭中的顶底板岩石或煤层夹矸中的岩石），它与矿井开拓系统和采区巷道布置紧密相关。对于煤矿井下开采而言，要从改革矿井、开拓矿井和采区巷道布置方式入手，本着“多做煤巷，少做岩巷”的原则，从总体上消除和减少矿井矸石排放量。使用全煤巷开拓方式，除个别井底车场硐室开挖在稳定的岩层中外，所有的开拓巷道全部布置在煤层中。这种开拓方式，已成为国内外矿井建设的优选设计方案，它不仅有利于煤炭的生产，而且建设投资少，矿井投资快，建井期间就可以生产出商品煤。美国、澳大利亚、南非等国的各种煤矿几乎都采用了多煤巷并行的开拓方式，许多煤矿直接从煤层地表露头沿煤层边开拓边回采，很快收回矿井建设投资。德国、英国近年也逐渐向全煤岩巷开拓发展。全煤巷基本取消了地面矸石山，德国许多矿井已取消排矸系统。我国一些新设计的大型矿井基本上按全煤巷开拓设计，随着现代煤炭科学技术的发展和煤巷支护技术的提高使全煤巷开拓方式的实现成为可能。矿井和采区划分要充分利用自然边界，开拓巷道沿自然边界（断层带、变薄带、火成岩侵入带、高灰分煤层带）掘进，采区内尽量避免出现这些地质构造，以利用掘进和回采时少破岩，减少煤炭中矸石混入量；薄厚煤层要搭配开采，不同牌号的煤种要搭配开采，控制高灰高硫煤层的开采比例，逐渐取消岩石集中巷，用煤层集中巷进行采区巷道布置，也能减少矿井总排矸量。采用加大采高、合理分层、煤岩分层、留顶（底）煤开采、矸石充填不出井的采煤方法。
　　2减少井下瓦斯和粉尘
　　煤矿生产过程中预先抽放煤层中的瓦斯，可以有效地减少生产中瓦斯的涌出量，不仅是确保安全生产的重要技术措施，也是减轻矿井排放瓦斯污染环境的重要途径。根据不同条件，有多种与之相适应的抽放方法，如开采煤层抽放、邻近煤层抽放、采空区抽放、钻孔抽放、巷道抽放、综合抽放及卸压抽放等。此外，矿井火灾是煤矿的主要灾患之一，火灾产生的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等多种有害气体也是瓦斯的重要成分，对煤矿井下工作环境以及地面大气环境都是有害的，必须加强防灭火，具体措施：①建立预测煤层自燃危险程度的科学方法。②采用先进的综合配套防火技术，大力发展综采和综放开采的高产高效采煤工艺。③建立实时火灾预报监测装置，可以克服束管式监测系统检测时间滞后的弱点，能适应外因火灾紧急与自动扑灭的需要，有利于环境监测系统联网，从而能够明显扩大检测的覆盖面，提高矿井抗灾能力。④使用防灭火黄泥灌浆代用材料新技术，避免与农民发生争地取黄泥的问题。
　　采煤工作面的粉尘都是先后采用了高压喷雾或高压水辅助切割降尘技术，有效地控制了采煤机切割时产生的粉尘，同时减少了截齿产生火花引燃瓦斯、煤尘爆炸的危险性；掘进工作面主要采用内外喷雾相结合的方法，降低掘进机切割部的产尘量和蔓延到巷道的悬浮粉尘，同时通过粉尘净化、通风除尘、泡抹除尘、声波雾化除尘等综合措施，可以取得显著的降尘效果。
　　3合理处理污水
　　矿井排水中的岩溶水，多为未被污染的地下水，若与其他矿井水分开排放，则不会造成对环境的污染，并可再利用，基本上符合生活用水标准；有的岩溶水中还含有多种有益微量元素，可开发加工制作矿泉水。水采煤泥和煤泥水是水采矿井环境污染的主要因素，水采矿井的主要任务是防止水采煤泥和煤泥水污染环境。近年来，由于水采工艺系统不断完善和提高，先后研究和推广了经济型水采和区域化水采工艺系统，研究和采用了一批高效煤泥脱水回收设备，采取了防止煤泥和煤泥水污染环境的措施，较好地解决了煤泥水排放污染问题，使水采矿井基本上达到了国家环保要求。
　　乳化油使用时和水配成2%~3%的乳化液，主要用在综采液压支架和外注式单体液压支柱中，外注式单体液压支柱卸载时乳化液排到采空区，综合液压支架乳化液也因泄漏或换液排放井下；在有淋水或排水的工作面，乳化液溶入水中，可能会进入水仓，水仓的水被抽放地面，这样会造成井下或井上污染。由于乳化油中含有50%左右的机油和一些难于被生物降解的添加剂，因此，一旦造成污染会有累积效应，可造成累积污染。处理办法：①通过开发新液压传动介质代替乳化液，降低乳化液的使用量，同时降低或去除原乳化油中的矿物油，并选择易于被生物降解的添加剂，减少乳化油对环境的污染。②研究开发水介质单体液压支柱，完全不用润滑油。③完善各类用油设备的密封性能，防止石油产品泄漏。同时，发展油品再生技术，延长油品使用期，降低油品使用总量。
　　4减轻地表沉陷
　　减轻由于煤层开采而产生的地表沉陷，从开采技术上通过减少采出煤炭对采空区加以充填，都是可以做到的，关键在于经济上的合理性。根据理论和实践的论证，建议采用以下方法开采：
　　（1）房柱式采煤方法。房柱式开采是保护地面建筑的一种有效的开采技术，它所引起的地表移动与变形值大体上相当于长壁工作面采煤的1/6~1/4，地表移动持续的时间也缩短了一半左右。波兰、英国、前苏联、日本等国采用这种方法在大型钢铁厂及其他重要建筑物下进行了卓有成效的开采，我国抚顺、阜新、蛟河、南通、鹤壁等矿区，也在工业及民用建筑、铁路隧道下采用了局部的房柱式开采，均收到了预期的效果。
　　（2）条带开采。条带开采是将被开采的煤层划分成若干个条带，采一条、留一条，与房式、房柱式开采相似，都是部分地采出地下煤炭资源，而保留的一部分煤炭资源以煤柱的形式支撑上覆岩层，可以控制地表沉陷。条带开采可以减轻和控制地表沉陷，但造成较大的煤炭资源损失，并给工作面生产带来一些困难，目前主要用于保护地面建筑时的局部地下煤炭开采。
　　（3）充填法管理顶板。向采空区内充填废石或河沙，抵制煤层顶板和上覆岩层的冒落和下沉，是大幅度减轻地表沉陷的最有效方法。采用充填法在建筑物下采煤的国家很多，其中，波兰的充填法采煤技术在世界上处于领先地位。20世纪50~60年代，我国抚顺、阜新、新汶、扎赍诺尔等矿区曾普遍采用水砂充填煤方法，主要用于开采特厚煤层。
　　（4）分层间歇开采。厚煤层倾斜分层或水平分层开采时，分层之间开采的间隔时间长，能使上覆岩层的破坏高度比较小，破坏状态均衡，可以防止或减少不均衡破坏对地表建筑物、水体的影响。对于厚松散层下浅部煤层或基岩厚度较小的开采条件，分层间歇开采的效益更为明显。
　　（5）煤炭地下气化技术。煤炭地下气化是将地下煤炭通过热化学反应，在原地转化成可燃气体，通过管路运输送到地表加以综合利用的技术，是煤炭开采技术上质的变化和飞跃，不仅极大地减少了工程量和艰苦劳动，而且消除了煤炭燃烧对生态环境的不利影响和危害，是一种理想的清洁开采技术。
　　参考文献
　　［1］刘过兵.无人工作面采煤［M］.北京：煤炭工业出版社，1993.
　　［2］徐永圻.煤矿开采学［M］.徐州：中国矿业大学出版社，1999.
　　［3］李金柱.煤炭工业可持续发展的开发与利用技术［M］.北京：煤炭工业出版社，1998.

《浅析煤炭开采加工中的技术问题》

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