浅析我国煤炭的绿色开采技术-毕业论文.doc

1、- 1 -毕 业 论 文（设计）题目： 浅析我国煤炭的绿色开采技术级 别 专 业 采矿工程 函授站点 班 级 姓 名 指导教师 20XX 年 X 月 X 日 - 2 -摘 要 ： 绿 色 开 采 是 煤 炭 开 采 的 发 展 方 向 ,对 提 高 煤 炭 采 出率 、 保 护 生 态 环 境 和 实 现 煤 矿 可 持 续 发 展 都 具 有 十 分 重 要 的 意 义 。本 文 分 析 了 绿 色 开 采 技 术 ,总 结 了 我 国 煤 矿 绿 色 开 采 方 法 的 发 展现 状 ,对 科 学 采 矿 具 有 一 定 的 指 导 意 义 。关 键 词 :绿 色 开 采 ;保 水 开 采

2、 ;煤 与 瓦 斯 共 采 ;充 填 开 采 ;煤炭 地 下 气 化- 3 -浅 析 我 国 煤 炭 的 绿 色 开 采 技 术煤 炭 开 采 造 成 岩 层 移 动 破 坏 ,引 起 岩 层 中 水 与 瓦 斯 的 流 动 ,导 致 煤 矿 瓦 斯 事 故 与 井 下 突 水 事 故 ;煤 炭 开 采 引 起 岩 层 移 动 ,进而 造 成 地 表 沉 陷 ,导 致 农 田 、 建 筑 设 施 的 损 坏 ;煤 炭 开 采 形 成 的大 量 堆 积 在 地 面 的 矸 石 ,既 占 用 良 田 ,又 造 成 环 境 污 染 ;随 着 我国 矿 井 开 采 深 度 的 不 断 增 加 ,矿 山

3、 压 力 显 现 及 冲 击 地 压 等 动 力 灾害 发 生 的 频 次 增 加 ,强 度 增 大 ,危 及 矿 井 的 安 全 生 产 。 上 述 问 题若 得 不 到 有 效 解 决 ,在 未 来 几 十 年 内 ,随 着 能 源 总 需 求 和 煤 炭 产量 的 不 断 增 长 ,煤 炭 资 源 开 采 所 带 来 的 矿 区 安 全 和 生 态 环 境 问 题将 更 为 严 重 ,人 类 的 生 存 和 社 会 发 展 环 境 将 受 到 严 重 威 胁 。根 据 我 国 的 能 源 资 源 状 况 ,煤 炭 作 为 我 国 最 重 要 的 一 次 性 能源 ,在 未 来 20 年

4、内 ,其 在 能 源 构 成 中 的 主 体 地 位 将 不 会 改 变 。2020 年 我 国 煤 炭 消 费 量 将 达 到 40 亿 t。 届 时 ,煤 炭 产 量 很 可 能无 法 满 足 工 业 需 求 。 不 能 再 单 纯 地 通 过 提 高 煤 炭 的 产 量 缓 解 煤 炭供 应 的 压 力 ,而 应 该 综 合 考 虑 发 展 煤 炭 循 环 经 济 ,减 少 煤 炭 开 采对 环 境 的 破 坏 ,而 且 也 应 该 把 “发 展 煤 炭 循 环 经 济 ,实 现 煤 炭 绿色 开 采 ”作 为 理 念 ,大 力 发 展 绿 色 的 采 煤 技 术 。一 煤 炭 绿 色

5、开 采 体 系煤 矿 绿 色 开 采 以 及 相 应 的 绿 色 开 采 技 术 ,在 基 本 概 念 上 是 要从 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- 4 -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 主要 包 括 以 下 内 容 :水 资 源

6、保 护 “保 水 开 采 ”;瓦 斯 抽 放 “煤与 瓦 斯 共 采 ”;土 地 与 建 筑 物 保 护 “充 填 开 采 ”;排 放 矸 石 占用 土 地 污 染 环 境 “煤 炭 地 下 气 化 ”等 。 2003 年 ,中 国 矿 业 大学 钱 鸣 高 院 士 首 次 提 出 了 煤 矿 绿 色 开 采 的 概 念 和 技 术 体 系 ,随后 明 确 了 实 现 煤 炭 资 源 开 采 和 环 境 保 护 协 调 发 展 的 绿 色 开 采 研 究目 标 ,为 我 国 绿 色 开 采 技 术 的 研 究 指 明 了 方 向 。 钱 院 士 提 出 的 绿 色开 采 技 术 体 系 , 绿

7、 色 开 采 理 论 依 据 :(1)关 键 层 理 论 。(2)开 采 对 岩 层 移 动 的 影 响 及 移 动 规 律 。(3)水 在 裂 岩 体 中 的 渗 流 规 律 。(4)开 采 后 岩 层 内 节 理 裂 隙 分 布 发 育 规 律 等 。二 保 水 开 采保 水 采 煤 在 不 同 的 矿 区 有 不 同 的 技 术 内 涵 ,缺 水 矿 区 要 以 水资 源 保 护 和 利 用 为 主 ;大 水 矿 区 ,要 以 减 少 水 资 源 破 坏 和 防 治 水灾 害 为 主 。 因 此 ,保 水 开 采 包 含 水 资 源 保 护 、 水 资 源 利 用 (煤 水共 采 )和

8、水 灾 害 防 治 等 多 项 重 要 内 容 。 煤 矿 开 采 过 程 中 破 坏 了 地 下含 水 层 的 原 始 径 流 ,大 量 排 出 地 下 水 ;采 空 区 上 方 导 水 裂 隙 带 与地 下 水 体 贯 通 ,形 成 大 规 模 地 下 水 降 落 漏 斗 ,造 成 区 域 含 水 层 水位 下 降 ,直 接 影 响 到 区 域 水 文 地 质 条 件 。 采 动 影 响 稳 定 后 产 生 的 地表 沉 陷 往 往 影 响 到 地 表 水 体 (河 流 、 湖 泊 、 井 泉 等 )的 原 来 形 态 ,造- 5 -成 部 分 沟 泉 水 量 减 少 甚 至 干 涸 ;影

9、 响 当 地 居 民 正 常 的 生 产 生 活 ,进 而 影 响 区 域 植 被 生 长 ,甚 至 土 地 沙 漠 化 。 我 国 大 部 分 矿 区 处 在干 旱 半 干 旱 地 区 ,而 每 年 采 煤 破 坏 地 下 水 22 亿 m3,可 见 保 水 开采 具 有 重 要 的 意 义 。三 煤 与 瓦 斯 共 采瓦 斯 既 是 矿 井 有 害 气 体 也 是 洁 净 能 源 。 因 此 ,应 该 使 其 资 源化 ,其 技 术 途 径 有 :(1)采 前 抽 采 :若 能 在 开 采 前 将 煤 层 内 瓦 斯 抽 出 ,则 是 利 用 瓦斯 改 善 煤 矿 安 全 的 最 好 办

10、法 。 但 由 于 我 国 大 部 分 煤 体 透 气 性 低 ,在本 层 内 抽 采 瓦 斯 有 难 度 。(2)煤 与 瓦 斯 共 采 :开 采 后 围 岩 压 力 降 低 ,大 量 瓦 斯 在 采 空 区释 放 ,有 利 于 瓦 斯 抽 采 ,因 此 形 成 煤 与 瓦 斯 共 采 体 系 。(3)废 弃 矿 井 抽 采 瓦 斯 。 鉴 于 废 弃 矿 井 煤 层 经 过 采 动 而 充 满 瓦斯 ,因 而 可 以 利 用 采 动 后 岩 体 内 裂 隙 场 的 分 布 及 钻 孔 ,将 瓦 斯 抽排 管 装 在 井 下 、 封 闭 井 口 后 ,抽 出 瓦 斯 。(4)回 风 井 回

11、收 瓦 斯 。(5)煤 与 瓦 斯 共 采 的 技 术 主 要 有 :留 巷 钻 孔 法 、 卸 压 法 等 。四 充 填 开 采我 国 多 数 煤 矿 存 在 建 筑 物 下 、 水 体 下 、 铁 路 下 压 煤 的 问 题 ,充填 采 矿 法 对 解 决 这 类 问 题 具 有 重 要 的 意 义 。 充 填 开 采 法 是 用 充 填材 料 充 填 采 煤 工 作 面 采 空 区 的 岩 层 控 制 方 法 。 该 法 可 以 缓 和 工 作面 支 承 压 力 产 生 的 矿 压 显 现 ,改 善 采 场 和 巷 道 维 护 状 况 ,有 效 减- 6 -少 地 表 下 沉 和 变 形

12、 ,提 高 煤 矿 采 出 率 ,保 护 地 面 建 筑 物 、 构 筑 物 、生 态 环 境 和 水 体 。 按 照 充 填 材 料 的 不 同 ,充 填 采 矿 法 分 矸 石 充 填 、水 砂 充 填 和 膏 体 充 填 。1 矸 石 充 填 利 用 井 下 采 空 区 处 置 煤 矸 石 的 充 填 采 煤 方 法 ,既 可 以 减 少 煤 矿 固 体 废 弃 物 排 放 ,又 可 以 减 轻 开 采 沉 陷 灾 害 、 提高 矿 井 资 源 回 收 率 ,是 实 现 煤 矿 绿 色 开 采 的 关 键 技 术 途 径 之 一 。(1)抛 矸 机 抛 矸 充 填 。 将 岩 巷 和 半

13、 煤 岩 巷 掘 进 矸 石 用 矿 车 运 至井 下 矸 石 车 场 ,经 翻 车 机 卸 载 后 ,矸 石 经 破 碎 机 破 碎 ,而 后 进 入矸 石 仓 。 通 过 矸 石 仓 下 口 ,胶 带 或 刮 板 输 送 机 将 破 碎 后 的 矸 石 运入 上 下 山 ,而 后 由 胶 带 或 刮 板 输 送 机 转 载 进 入 采 煤 工 作 面 回 风 平 巷 ,再由 工 作 面 采 空 区 可 伸 缩 胶 带 输 送 机 运 至 工 作 面 采 空 区 抛 矸 胶 带 输送 机 尾 部 ,由 抛 矸 胶 带 输 送 机 向 采 空 区 抛 矸 充 填 。(2)刮 板 输 送 机 卸

14、 矸 充 填 。 充 填 装 备 由 后 端 带 悬 梁 的 自 移 式 液压 支 架 和 充 填 刮 板 输 送 机 组 成 。 在 自 移 式 液 压 支 架 后 端 增 加 后悬 臂 等 配 件 ,采 用 可 调 高 但 挂 链 悬 挂 充 填 刮 板 输 送 机 溜 槽 ,悬 挂是 为 了 增 加 充 填 垂 直 高 度 。 输 送 机 中 部 溜 槽 按 顺 序 连 接 ,并 与机 头 和 机 尾 组 成 整 部 刮 板 输 送 机 。 每 2 节 中 部 溜 槽 设 置 1 个 溜矸 孔 ,溜 矸 孔 开 在 溜 槽 的 中 板 上 。 由 电 机 车 牵 引 矸 石 矿 车 至

15、采 区 矸石 车 场 ,通 过 翻 车 机 卸 载 ,矸 石 经 转 载 机 、 破 碎 机 进 入 矸 石 仓 。 破碎 后 的 矸 石 经 上 下 山 输 送 机 、 平 巷 输 送 机 运 至 液 压 支 架 后 的 充 填刮 板 输 送 机 ,在 采 空 区 卸 载 。(3)风 力 抛 矸 充 填 。 风 力 充 填 材 料 粒 度 的 直 径 不 宜 大 于 充 填 管- 7 -道 的 1/21/3。 并 且 要 求 充 填 材 料 沉 缩 率 低 、 不 自 然 、 腐 蚀 性 小 。矸 石 经 充 填 机 、 充 填 管 路 充 填 采 空 区 。 一 般 采 煤 机 割 两 刀

16、 煤 充 填一 次 ,充 填 步 距 1.21.6 m,每 次 充 填 长 度 69 m,工 作 面 每 向 前推 进 50100 m,充 填 机 前 移 一 次 。 机 械 矸 石 充 填 对 充 填 材 料 要 求不 严 格 ,使 用 设 备 也 较 少 ,在 我 国 山 东 矿 区 发 展 较 快 ,有 推 广 趋势 。2 水 砂 充 填 水 砂 充 填 采 煤 法 是 利 用 水 力 通 过 管 道 把 充 填 材料 沙 粒 送 入 采 空 区 的 充 填 采 煤 法 。 我 国 早 在 20 世 纪 初 就 开 始应 用 水 砂 充 填 采 煤 法 ,目 前 水 砂 充 填 技 术

17、已 经 十 分 成 熟 。 在 地 面用 矿 车 将 采 出 、 破 碎 及 筛 分 后 的 成 品 砂 运 到 贮 砂 仓 贮 存 。 在 贮 砂室 ,砂 与 水 混 合 成 砂 浆 ,经 充 填 管 路 送 至 工 作 面 采 空 区 ,并 在 采空 区 脱 水 ,砂 子 形 成 充 填 体 ,废 水 经 采 区 流 水 上 山 和 流 水 道 流 入 采区 沉 淀 池 ,经 沉 淀 后 ,澄 清 的 水 流 入 水 仓 ,用 水 泵 经 排 水 管 将 水 排至 地 面 贮 水 池 ,以 供 循 环 利 用 。 水 砂 充 填 采 煤 法 充 填 致 密 ,可 减少 煤 尘 危 害 ,能

18、 有 效 地 控 制 地 表 下 沉 和 变 形 ,但 井 上 下 充 填 系 统复 杂 ,设 备 及 设 施 投 资 大 ,充 填 材 料 昂 贵 ,提 高 了 吨 煤 成 本 。3 膏 体 充 填 膏 体 充 填 技 术 是 1979 年 在 德 国 的 格 伦 德 铅 锌矿 首 先 发 展 起 来 的 ,由 于 膏 体 充 填 具 有 料 浆 质 量 分 数 高 、 充 填 效率 高 、 成 本 较 低 等 优 点 ,这 项 技 术 试 验 成 功 以 后 在 金 属 矿 山 得 到较 快 的 发 展 ,在 包 括 中 国 在 内 的 许 多 国 家 得 到 应 用 。 为 解 放 村

19、庄压 煤 ,提 高 开 采 上 限 ,提 高 煤 炭 资 源 采 出 率 ,延 长 矿 井 服 务 年 限 ,太 平 煤 矿 与 中 国 矿 业 大 学 合 作 开 展 了 固 体 废 物 膏 体 充 填 不 迁 村 采- 8 -煤 技 术 的 研 究 。 太 平 煤 矿 膏 体 充 填 系 统 是 我 国 煤 矿 第 一 个 膏 体 充填 示 范 工 程 ,2006 年 5 月 工 业 性 试 采 取 得 成 功 。 膏 体 充 填 采 煤 技术 主 要 由 三 部 分 组 成 ,即 充 填 材 料 、 充 填 设 备 与 工 艺 、 采 动 岩 层充 填 控 制 理 论 。 膏 体 是 由

20、 煤 矸 石 、 粉 煤 灰 、 水 砂 、 水 泥 等 组 成 ,由地 面 设 备 加 工 而 成 的 类 似 牙 膏 的 流 体 ,具 有 十 分 良 好 的 流 动 性 和可 泵 性 。 充 填 时 ,膏 体 通 过 巷 道 中 的 管 路 ,由 充 填 泵 提 供 动 力 ,输 送 到 液 压 支 架 后 的 采 空 区 。 膏 体 充 填 技 术 的 核 心 是 膏 体 充 填 材料 ,膏 体 充 填 材 料 的 强 度 对 膏 体 充 填 的 效 果 起 决 定 作 用 。 膏 体 充 填后 ,地 表 下 沉 减 小 。 膏 体 充 填 开 采 是 绿 色 开 采 技 术 的 重

21、要 组 成 部 分 ,是解 决 煤 矿 开 采 环 境 问 题 的 理 想 途 径 ,是 解 决 村 庄 等 建 筑 物 下 大 量压 煤 开 采 问 题 的 迫 切 需 要 。五 煤 炭 地 下 气 化煤 炭 地 下 气 化 是 指 将 地 下 煤 炭 通 过 热 化 学 反 应 在 原 位 把 煤 炭转 化 为 可 燃 气 体 。 可 以 部 分 消 除 煤 炭 开 采 对 环 境 的 污 染 和 煤 炭 燃烧 对 生 态 环 境 的 不 利 影 响 与 破 坏 。 煤 炭 地 下 气 化 是 一 种 整 体 绿 色开 采 技 术 。 它 开 始 于 英 国 1912 年 ,由 于 热 值

22、 低 、 成 本 高 而 未 得到 发 展 。 我 国 于 1958 -1960 年 曾 在 16 个 矿 区 进 行 试 验 ,于1962 年 停 止 ,1984 年 又 开 始 了 新 的 试 验 ,1994 年 达 到 连 续 产 气295 d,产 气 量 为 200 m3/h,热 值 13. 8117. 57 MJ /m3,采 用的 是 有 井 式 、 长 通 道 、 大 断 面 的 煤 炭 地 下 气 化 方 法 。 2005 年中 国 矿 业 大 学 与 重 庆 中 梁 山 矿 业 集 团 合 作 实 现 了 连 续 稳 定 生 产 优质 水 煤 气 和 混 合 煤 气 。 但 是

23、 ,地 下 煤 炭 气 化 燃 烧 产 生 的 苯 和 酚 是- 9 -致 癌 物 质 ,有 可 能 毒 化 水 资 源 ;燃 烧 形 成 的 大 量 二 氧 化 碳 对 空 气也 是 严 重 的 污 染 。 目 前 我 国 的 地 下 气 化 技 术 仍 处 于 工 业 试 验 阶 段 ,有 很 多 问 题 需 要 去 研 究 和 探 索 。结 语资 源 与 环 境 协 调 的 绿 色 开 采 是 解 决 煤 炭 开 采 环 境 问 题 的 根 本出 路 。 要 实 现 绿 色 开 采 ,需 要 综 合 研 究 和 解 决 经 济 与 技 术 等 方 面的 问 题 。 绿 色 采 矿 可 以

24、 减 少 环 境 污 染 ,还 能 带 来 良 好 的 社 会 经 济效 益 。 绿 色 采 矿 是 形 成 绿 色 矿 业 及 矿 区 绿 色 家 园 的 重 要 组 成 部 分 ,相 信 随 着 绿 色 开 采 的 不 断 发 展 和 完 善 ,煤 矿 绿 色 开 采 一 定 会 发 挥它 应 有 的 作 用 ,为 人 类 与 自 然 的 协 调 发 展 做 出 贡 献 。参 考 文 献 :- 10 -1刘 开 明 .优 化 配 煤 生 产 优 质 焦 炭 J.燃 料 与 化 工 ,2006,37(5):8-10.2缪 协 兴 ,钱 鸣 高 .中 国 煤 炭 资 源 绿 色 开 采 研 究 现 状 与 展 望 J.采 矿 与 安 全工 程 学 报 , 2009(3):1-13.3黄 庆 享 .煤 炭 资 源 绿 色 开 采 J.陕 西 煤 炭 .2008(03):18-21.4徐 睿 ,谢 亚 涛 ,周 坤 鹏 .煤 炭 绿 色 保 水 开 采 J.矿 业 快 报 ,2008(6):20-22.