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1、煤矿优化开采关键技术及原理研究【摘要】煤矿污染与地表破坏是重要污染源和危险源之一,煤矿优化开采技术具有深刻的理论内涵和实用价值。分析了大量的煤炭开采导致矿区环境恶化,提出煤矿应用优化开采技术的必要性,阐述了优化开采技术原理主要内容。【关键词】优化开采;特殊层规律;离层规律;渗流规律1、提出优化开采之依据目前,全国各地煤矿企业相对来说大多存在许多弊病,而且其中很多因素成为煤矿企业长远发展的瓶颈。如普遍科技含量低,经济效益差,原材料消耗高,环境污染大,从业人员素质低、人力资源无优势等诸多因素。因此,必须充分考虑资源相对短缺,环境比较脆弱等基本特点,建立起适合其发
2、展的资源节约、环境友好的新型工业化发展道路。6循环经济将成为我国利用能源的一条有效途径,经济活动将有序高效地组织成一个“利用资源—优化发展—循环再生”的闭合型物质与能量循环的反馈式流程。使煤炭工业生产始终处于“低能耗、低物耗、无污染、高效率”等良性循环之中,使煤炭企业的发展与自然环境相协调,对自然环境的恶劣性破坏减低到最小程度,这是与以往传统煤炭企业发展的路子大相径庭的,避免了“两高一低”(高消耗、高污染、低效能),从而实现可持续发展目标。对梨树煤矿来说就是要实现“优化开采”,实现“可持续发展”。强烈的人为活动使得周边环境发生巨大变化。大量煤炭开采导致的环境
3、恶化问题主要有以下方面:1)对土地资源的破坏和占用。梨树煤矿煤炭开采对土地资源的破坏损害主要以地表塌陷和矸石山压占为主。2)对水资源破坏和污染严重。在煤炭开采过程中进行的人为疏干排水和采动形成的导水裂隙对煤系含水层的自然疏干极大地破坏了地下水资源。同时可能由于开采而污染深层地下水资源,从而造成更大的破坏。3)梨树煤矿是涌出瓦斯排入大气对环境污染严重,引起温室效应;为了正视开采对环境造成的恶劣影响和破坏,采取必要的对策并向有关部门提出可行性建议。因此,尽快形成煤矿企业“优化开采技术”已迫在眉睫。2、优化开采涵义与技术关键科学技术飞速发展,资源的涵义更为广泛:煤
4、炭、地下水、煤层气(瓦斯)、煤矸石、其它矿床都可以成为将来利用的有利资源。煤矿优化开采以及相应的优化开采技术,从更深层次上加强了对煤炭资源的开发利用,包括在采煤过程中附加的其他各种资源开发利用。防止或尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资源造成不良影响。最佳目标就是取得最好的经济效益和社会效益。而优化开采的技术关键就在于:61)保持水资源,形成“保水开采”技术。2)保护土地与建筑,形成“三下采煤”无影响,同时采取离层注浆和充填开采技术等辅助手段加以保护。3)充分发展地面瓦斯抽放,形成“煤与瓦斯共开发”技术。4)煤层巷道支护精细化技术应用与矸石利用技术。5)煤层地下
5、气化技术等。3、优化开采技术原理煤炭开采引起环境变化与造成安全问题的根源就在于开采后造成岩层错位运动。因此,优化开采基础理论就是:1)采动煤岩层节理裂隙场分布离层规律。2)采动引起上覆煤岩层与地表移动规律。3)瓦斯与水渗流规律。4)煤岩体应力场分布规律及岩层控制技术等。4、优化开采主要内容61)影响地下水分布。煤层赋存深度在300m左右,含水层比较丰富,在煤层开采后随着上覆煤岩层的破断,在采空区区域内地下水将形成下降漏斗,引起地下水渗漏,地下水位能否恢复,主要取决于上覆岩层是否有软弱岩层经重新压实导致裂隙闭合后形成隔水层。若能形成隔水层,则随着大气降水的多次
6、补给,地下水下降漏斗将消失。根据实际观测可知,含水层水位下降与开采形成的导水裂隙通道紧密相关,因此,要想保持地下水位,封闭导水裂隙通道很重要。近年来,通过水文地质观测孔分析,水位下降比较明显。因此,为了保护地下水资源,形成的保水开采技术应能使地下水位逐步恢复正常。另外,还应该进一步观察和研究水位变化对地表生物根系的影响。对于底板承压水防治,也同样遵循优化开采与利用原则。2)三下采煤与减沉技术。根据煤炭开采关键层理论,为有效控制岩层变动,保证三下采煤安全可靠,要从采煤设计方面采用优化开采原则,严防煤岩失稳引起顶板下沉变形。为使建筑物、水体等不受损害,又获得最大
7、经济效益,关键在于研究具体条件下上覆煤岩地质结构与关键层特征来选择最佳的减沉开采技术和参数选取。离层注浆减沉技术也是一种比较实用的技术,确定上覆煤岩中的关键煤岩层位置,掌握离层与破裂断开的特征参数,保证注浆减沉技术应用具有可行性、可靠性,合理的布置钻孔,合理采用注浆工艺。关键层初次破断前离层区发育、离层量大,易于注浆充填;而一旦关键层初次破裂断开后,关键层下离层量明显变小,仅为关键层初次破断前1/3～1/4,从而使注浆难度增加。因此,离层注浆必须在关键层临初次破裂断开前组织。6另外,采空区充填开采技术是优化开采技术的重要组成之一。充填采矿是解决煤矿开采环境问
8、题的理想途径,由于当前充填开采法材料成本相对较高,该
