绿色开采技术的研究现状 精品

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司光耀，张 强

（中国矿业大学矿业工程学院，江苏 徐州 221008）

摘 要：分析了绿色开采技术的内涵及其体系中的关键技术，介绍了绿色开采现阶段所取得的研究成 果，并指出今后绿色开采面临的一些亟待解决的问题。

关键字：绿色开采；现状

中图分类号：TD 801

文献标识码：A

文章编号：1671 － 9816（2009）03 － 0040 － 03

Research status of green mining technology

SI Guang-yao，ZHANG Qiang

（School of Mine，China University of Mining & Technology，Xuzhou 221008，China）

Abstract: Analyzed the key technology of the green mining technology system，and introduced part of the research results that green mining gained at this stage，and pointed out some issues which requiring urgent solution in the future exploitation of the green mining.

Key words：green mining; status

1 引 言

随着世界能源形式的持续紧张，我国对煤炭的 需求量急剧增长。然而伴随着煤炭产量增长的同时， 因煤炭开采所引起的环境问题也日益突出。近年来 国内外许多专家、学者对于矿产资源的开采、利用、 环境、生态及可持续发展问题均有系统的研究，并提 出了绿色开采技术体系。绿色开采技术立足于煤炭 开采的源头，通过对采煤方法和工艺、岩层控制及相 关技术的研究，改变传统采煤工艺造成的生态与环 境问题，实现煤炭资源的环保、高效、高回收率和安 全开采，根本解决煤炭开采资源采出率低、地表沉陷 与生态环境破坏严重等问题，实现采矿工业的可持 续发展。近几年来，我国的绿色开采理论有了长足的 发展：现已构建了煤炭资源绿色开采的理论与技术 框架，初步建设了绿色开采的实验研究平台，在绿色 开采技术的一些方面取得了突破和进展。

矿业来说就是要实现“绿色矿业”。“绿色矿业”的核 心内容之一就是要实现“绿色开采”。“绿色开采”的 内涵是努力遵循循环经济中绿色工业的原则，形成 一种与环境协调一致的，努力去实现“低开采、高利 用、低排放”的开采技术。 3

绿色开采技术体系[2]综述

绿色开采技术体系主要包括以下内容：①水资 源保护—形成“保水开采技术”；②土地与建筑物保 护—形成离层注浆、充填与条带开采技术；③瓦斯抽 放—形成“煤与瓦斯共采”技术；④煤层巷道支护技 术与减少矸石排放技术；⑤地下气化技术。这些内容 构成的绿色开采技术体系简要表达如图 1。







5]

2 绿色开采技术体系的内涵[1、





岩层移动







煤炭开采



排放矸石



绿色开采技术体系的提出主旨是将煤矿开采活

动对自然环境的影响和破坏减少到最低限度。在举 国上下全力支持发展建设“绿色工业”的大旗下，对

收稿日期：2009-03-03 作者简介：司光耀（1989-），男，山东邹城人，现中国矿业 大学采矿工程专业 06 级在读本科生。





关

键 地下水流失

层 与突水事故 理

论









保水 煤与煤层

开采 气共采



瓦斯卸压流 动、 瓦斯事 地表塌陷、土地 占用土地 故与排放瓦 与建筑物损害 污染环境 斯污染环境









条带开采

充填开采

少出矸石与

煤巷支护

煤炭地

下气化







绿色开采技术体系







图 1 绿色开采技术体系


采矿工程

露天采矿技术



2009 年第 3 期

180 1 150 m/ 度 120长 向

90 倾 沿 区 60 空 采 30

0 0

·41·

3.1 保水开采

煤矿开采过程中破坏了地下含水层的原始径 流，导致地下水大量排出。采空区上方导水裂隙带与 地下水体贯通，也会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。由于我国大部分煤矿处于中西部缺水地区，因 煤炭开采所造成的地下水流失严重影响到中西部脆 弱的生态环境。

保水开采的关键技术在于通过对开采方法、岩 层控制技术以及开采与岩层水流动相互关系的研究， 解决因煤炭开采造成的水资源流失和土壤沙漠化问 题，研究地下水因开采而形成的渗透、流动规律。

近年来，我国研究人员将岩层控制关键层理论 与采动岩体渗流理论相结合，为矿区水灾治理及水 资源保护与利用提供了新的技术途径。还通过建立 保水开采的结构力学模型，提出保水开采机理，建立 顶板含水层保水开采技术，以及以采煤工作面顶板 含水层为主要研究对象，研究采动岩体关键层、含水 层及隔水层的结构耦合效应等。 3.2 煤与煤层气共采

煤层气即瓦斯，长期以来被看作危害矿井安全 的罪魁祸首，以往煤矿对其处理方法都是直接排入 大气，这在一定程度上加剧了全球的温室效应，也是 一种资源的浪费。煤层气作为一种高效、清洁的能 源，其中蕴藏着巨大的经济效益、环境利益。我国的 煤层气储量非常丰富，有着十分广阔的应用前景。绿 色开采技术中的煤与煤层气共采技术，利用煤炭开 采过程中岩层移动形成的离层与裂隙分布规律，及 开采卸压原理，使原聚集在煤炭微裂隙中的瓦斯通 过“导气”裂隙逐步释放，实现煤与煤层气共采。

近年来，随着对关键层破断前后裂隙分布规律以 及采动矿山压力引起的岩层移动规律的深入研究， 我国学者提出了“O”形圈理论[3]。当采空区面积达到 一定值后，“导气”裂隙的分布呈现“O”形圈特征（见 图 2），它是正常回采期间邻近层卸压瓦斯流向采空 区的主要通道，这对卸压瓦斯抽放具有重要意义。 3.3 条带开采与充填开采

传统的长臂垮落式顶板控制[4] 方法常常会引起 地表大面积沉降，影响地下水的径流，对环境造成不 可恢复性影响。绿色开采技术中的条带开采法是沿 煤层的走向或倾向，将开采区划分为若干个宽度相 等或不等的条带，开采一条，保留一条，利用留下的 条带煤柱支撑顶板，以达到减小地表沉降的目的。这 种方法的优势是简单易行，投资少等，但资源采出率

O 形圈

18

圈

形 8 O 1



重新压实区

3 8

13 18

圈 形8 1O

8 13 3 50

O 形圈

200

250

100 150 采空区沿走向长度/m

图 2 采动裂隙的“O”形圈分布规律

低，对矿井顶板硬度要求较高，且随着开采面积的增

大，老煤柱强度降低，支撑力下降，可能造成严重的 大面积垮落事故。相比而言充填开采具有更为广阔 的发展前景，尤其对解决三下（建筑物下、水体下、铁 路下）压煤有着独特的优势。目前可行的充填方法可 分为采空区充填和覆岩离层区填充。

现阶段研究重点在于研发新型充填材料，尽可 能利用矿井固体废料，减少固体污染。例如以固体废 弃物（电厂粉煤灰、矸石等）为骨料，以 PL、SL 系列 为胶结材料，形成固体废物膏体材料充填井下采空 区，解决了地表开采沉陷、地下水流失破坏以及采出 率低等重大科学技术问题。近年来，中国矿业大学在 低成本膏体充填材料的开发研制和充填工艺的研究 方面取得了突破性的进展，达到国际先进水平。 3.4 少出矸石与煤巷支护

井下大量排出的矸石往往堆积形成矸石山，既 占用了大量的土地资源，也会对周围环境产生污染。 绿色开采技术中的少出矸石技术强调多布置煤巷， 少布置岩巷，或多开煤巷以储存井下矸石的矸石井 下处理技术，尽量减少矸石出井量，甚至做到矸石不 出井。煤巷支护的关键技术在于采用高性能预拉力 锚杆支护技术有效控制软散、动压及高应力区域等 复杂地质条件下的围岩稳定性。

现阶段的研究成果如下：①系统研究和揭示了 深部、动压巷道围岩塑性区的发生、发展过程，以及 松脱型和挤压型 2 类冒顶的实质，科学地解释了动 压巷道底鼓过程、冒顶及其原理；②提高支护效能， 及时主动有效加固顶板，消除松脱型冒顶；③增大锚 固范围，削弱层状顶板沿弱面的渐次离层和垮冒；④ 建立“楔形”的强化承载结构，防止锚固区外离层和 挤压型冒顶。

3.5 煤炭地下气化技术

煤炭地下气化技术是指采用有控制地燃烧处于

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