煤炭資源的科學(xué)開(kāi)采與環(huán)境保護

能源與環(huán)境中國煤化工MYHCNMHG-15-煤炭資源的科學(xué)開(kāi)采與環(huán)境保護郭志福中國地質(zhì)大學(xué) (武漢)安全工程學(xué)院430074摘要石仙自燃后能量長(cháng)期積聚，不能及時(shí)釋經(jīng)濟效益，同時(shí)義確保地面建筑物不受到國內目前的煤炭貨源開(kāi)采技術(shù)大多沒(méi)有克分放，形成高溫熱源，遇水易形成水煤氣而損害，根據具體條件下覆巖結構與關(guān)鍵層考慮對水資源，地面農田、進(jìn)路、構筑物爆炸，爆炸時(shí)高溫氣體攜帶矸石煤灰導致特征來(lái)研究確定合理的減沉開(kāi)采技術(shù)及參以及謀層氣的開(kāi)發(fā)利用等環(huán)境保護目素，宋災害擴大。數以確保主關(guān)鍵層不破斷失穩就成為關(guān)出的矸石難積成山，易發(fā)生自燃。兩且造成二.煤炭資源科學(xué)開(kāi)采需要解決健。確定覆巖中的關(guān)鍵層位置，掌握其離可利用資源閑置，變威隱患，導致環(huán)境污染。從保護環(huán)境的角度出發(fā)，對煤炭資源實(shí)的技術(shù)方面的問(wèn)題層與破斷特征參數，是注漿減沉技術(shù)應用施保水開(kāi)采。條帶與充填開(kāi)采。煤與瓦斯典煤炭資源科學(xué)開(kāi)采以及相應的開(kāi)采技可行性分析、鉆孔布置與注槳T.藝設計及采以及地下氣化等被術(shù)研究具有很強的現實(shí)術(shù)，主要在于以-一種正確的態(tài)度和觀(guān)點(diǎn)認減沉效果評價(jià)的基礎。識和對待煤、瓦斯、水等一切可以利用的關(guān)鍵層初次破斷前的離層區發(fā)育、離各種資源，要有能源和環(huán)境兩個(gè)戰略思層最大，易于注漿充填而一日關(guān)鍵層初次破斷后，關(guān)鍵層下離層量明顯變小，注科學(xué)開(kāi)采:資源利用:環(huán)境保護想?；境霭l(fā)點(diǎn)是防止或盡可能減輕開(kāi)采漿難度增加。因此，離層注漿必須在關(guān)鍵煤炎對環(huán)境和其他資源的不良影響,目標是層臨初次破斷前進(jìn)行。鉆孔布置及最佳的取得最佳的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。據此，注漿減沉效果應保證關(guān)鍵層始終不發(fā)生初煤礦區在開(kāi)發(fā)建設之前與周?chē)鷫木晨茖W(xué)的煤炎科學(xué)開(kāi)采技術(shù)主要應包括以下次破斷。大多是穩定和諧-致的，而進(jìn)行開(kāi)發(fā)建設內容:后，頻繁強烈的人為活動(dòng)使周邊環(huán)境發(fā)生1)水資源保護一“保水開(kāi)采” 技術(shù);3采空區充填開(kāi)采技術(shù)巨大的變化，由此帶來(lái)了一一系列礦區生態(tài)2)土地與建筑物保護- -離層注漿、充從理論上來(lái)說(shuō)，充填采礦是解決煤礦環(huán)境問(wèn)題，如地表塌陷、 農用荒光、村填與條帶開(kāi)采技術(shù)，開(kāi)采環(huán)境問(wèn)題的理想途徑，但由于目前充填采礦的成本相對偏高，限制了該項技術(shù)莊遷徙、建筑物破壞、上地沙漠化、 矸技術(shù):3)瓦斯抽放利用一“煤與瓦斯共采”在煤礦的試驗與應用。不堆積、地表水流量減少以及地下永供水水源下枯、礦物內含有害物質(zhì)流入地下水4)整體開(kāi)采一地下氣化技術(shù)。在目前條件下，尤填技術(shù)的關(guān)鍵是充填材料的選取及如何降低成本，另外就是系等。采取科學(xué)的開(kāi)采技術(shù)和方法，這些三、煤炭資源科學(xué)開(kāi)采技術(shù)的基充填技術(shù)本身，它應該包括充填系統與開(kāi)問(wèn)題都是可以減輕甚至避免的。礎理論采系統的協(xié)調、充填運輸系統的暢通和充-.煤炭資源開(kāi)采形成的主要環(huán)開(kāi)采引起環(huán)境與主要安全問(wèn)題的發(fā)生填后材料的力學(xué)特性等。為了降低充填成境問(wèn)題都與開(kāi)采后造成的巖層運動(dòng)有關(guān)，因此，本，基于巖層控制的關(guān)鍵層理論，提出了1對土地資源的破壞和占用科學(xué)開(kāi)采的重大基礎理論為:部分充填(條帶充填)控制開(kāi)采沉陷的思路:煤炭開(kāi)采對土地資源造成了破壞，井1)采礦后巖層內的“節理裂隙場(chǎng)”分僅充填部分采空區，只要保證未充填采空下開(kāi)采的破壞形式以地表塌陷、工業(yè)廣場(chǎng)、布以及離層規律;區的寬度小于覆巖主關(guān)鍵層的初次破斷跨生活區和開(kāi)石山壓占為主，露天開(kāi)采以直2)開(kāi)采對巖層與地表移動(dòng)的影響規律;距，且充填條帶能保持長(cháng)期穩定,就可有接挖損形成大坑和外排+.場(chǎng)下占的形式為3)水與瓦斯在裂隙巖體中的滲流規律,效控制地表沉陷。主。另外,開(kāi)采過(guò)程中的外排水，對周邊農4)巖體應力場(chǎng)分布規律及巖層控制技4煤與瓦斯共采田造成侵蝕，致使士地變質(zhì)、堿化。術(shù)。我國煤層普遍具有變質(zhì)程度高、滲透2對水資源的破壞和污染四、科學(xué)開(kāi)采技術(shù)的主要內容半低和含氣飽和度低的特點(diǎn)，這對開(kāi)展煤煤炭開(kāi)采過(guò)程中，進(jìn)行的人為疏干排1開(kāi)采對地下水分布的影響層瓦斯采前預抽是極為不利的。筆者了解水和采動(dòng)形成的導水裂院對煤系含水層的煤層開(kāi)采后，隨著(zhù)關(guān)鍵層(即采場(chǎng)到，義煤集團公司對所屬幾對瓦斯含量高自然疏干，破壞了地下水資源。對地表水老頂巖層 “砌體梁”結構模型)的破斷，的曠井進(jìn)行了抽放，地面泵站抽出純瓦斯的影響顯而易見(jiàn)，有的甚至內地表裂隙導在該區 域內地下水將形成下降深斗。地下量 30m'/min,井下移動(dòng)泵站抽出純瓦斯通而致河水斷流、河流干涸。同時(shí)破壞性水位能否恢復， 則決定于隨著(zhù)工作面的推量 7.5m/min,其中:千秋礦礦井瓦斯抽地過(guò)度開(kāi)采還可能污染地下水資源。進(jìn)，上覆巖層中是否有軟弱巖層經(jīng)重新壓放率達50%，耿村礦礦井瓦斯抽放率達3對大氣環(huán)境的污染實(shí)導致裂隙閉合而形成隔水帶。若有隔水30%，新安礦三個(gè)采煤工作面瓦斯預抽率隨著(zhù)煤層開(kāi)采而排出的瓦斯和地面矸帶， 則隨著(zhù)雨水的再次補給，到30/日上經(jīng)過(guò)防突效果檢驗基本沒(méi)有石山的自燃等對大氣環(huán)境造成了污染。地將隨之消失。 它對地面生態(tài)的中國煤化工回采工作面瓦斯也基本不面矸石山積聚瓦斯問(wèn)題-般形不成大的威于漏斗形成與消失的時(shí)間間際YHCNMH GI的消突效果和顯著(zhù)的抽脅，矸石山在地面堆積，固體細微顆粒會(huì )2建筑物下采煤與堿沉技術(shù)取雙不。出然如此，但與理論上的要求、隨風(fēng)形成揚塵，污染環(huán)境。另方面，矸為了保證建筑物下采煤既具有較好的下特第18頁(yè)以-16-壤監測點(diǎn)位和10個(gè)背景值監測點(diǎn)位中，土景值為評價(jià)標準，對錦州市市區主干道周Pb含最最小。壤中Pb含敏均低于我國土壤環(huán)境質(zhì)量標準邊土壤中Pb污染進(jìn)行評價(jià)，土壤污染程3.4由于汽車(chē)尾氣屬于流動(dòng)型污染源,(GB15618-1995)二級標準的限值。錦度為無(wú)污染-輕度污染級別。其污染程度還受到風(fēng)向的影響，在主導風(fēng)州市市區土壤中Pb的平均含量為S8.3.2錦州市市區主干道周邊土壤中Pb向的 下風(fēng)向影響區有利于尾氣的稀釋和擴0738mg/kg。的平均含量為58.0738mg/kg , 銀杏葉片散， 而不利于鉛污染的積累，但鉛含量的2.2植物樣品中Pb的含最中Pb的平均含量為4.7206mg/kg總體水平略高-些。采用AA320N型原子吸收分光光度法3.3交通流量及時(shí)向對市區主T道周邊3.5根據富集系數-Ce/C上物，計算測定錦州市市區主干道周邊及渤海大學(xué)校土壤中Pb含量分布有-定的作用，按交錦州市市區主干道周邊銀葉對土壤中Pb園內的植物體中Pb的含量，結果見(jiàn)表3。通流量各監測點(diǎn)位順序為中央大街>解放的平均富集系數Ax-0.1879, Ax云飛街≥洛陽(yáng)路≥士英街>市府路，明銀杏對上壤中Pb并無(wú)明顯富集作用。葉中Pb含量普遍較低，Pb 的平均含量為土壤中Pb含最分布也符合類(lèi)似規律。但4.7206mg/kg。與表2相比較，十壤中Pb云 飛街、洛陽(yáng)路.士英街交通流量相差不含量高的點(diǎn)位，銀杏葉中Pb的含量也相人，而土壤中Pb含量卻相差明顯，時(shí)能參考文獻應較高。.是由于怠速條件下Pb的釋放有關(guān)。在所[]馮福建.王蘭,虞江萍.我國鉛污染的時(shí)空3.結論有監測干線(xiàn)中，市府路建成最晚，且交通3.1采用Muller地積指數法，采用背流量最小，故市府路周邊土壤及植物休內走勢[月.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(自 然科學(xué)版) .2001 ,20 (6):840-843.表2土壤樣品中鉛含量測定結果 (mg/kg)[2)伍均,孟曉霞.李昆鉛污染土壤的植物修!樣品來(lái)源解放路洛陽(yáng)路市府路i中央大街」士英街i云飛街復研究進(jìn)展[J.土壤2005, 37():258- -264.|平均濃度73.9540 T 38.8759 124167 I 120.7647 I 183840 I 933166 I 16.7326[3]曲蛟,哀星:王莉莉等.鉬礦區土壤中重金標準差T 725931 13.4151 2.2592 125956 上2.5916 I 73335 L 3.68S9屬污染狀況的分析與評價(jià)[I環(huán)境保護科評價(jià)結果0.S869 0.4662 10.1489 I 1.4483 T 0.2205 I 1. 1191學(xué)200,32):368-38.i污染程度無(wú)污染工無(wú)污染L無(wú)污染↓輕度污染，無(wú)污染輕度污染=[4魏復盛,陳靜生.中國土壤環(huán)境背景值研究[J.環(huán)境科學(xué).1991, 12(4): 12-19.表3植物樣品中鉛含量測定結果 (mg/kg)作者簡(jiǎn)介叢李奇11951-1.男，遼寧錦州人，I樣品來(lái)源解放路」 洛陽(yáng)路市府路中央大街土英街L云飛街背景大學(xué)本科。高級工程師.從事環(huán)境監測工!平均濃度5.3345 L 3.5373ND10.8513 i 1.81726.7827NI作，發(fā)表論文5篇。:標準差0.37130.5700，2.2622 T 0.6S21 L 0.6181》上接第16頁(yè)個(gè)方面的問(wèn)題，如何做到既經(jīng)濟又對環(huán)境能達到什么樣的效果，將直接影響到煤炭有利，是我們)煤炭資源開(kāi)采工作者應當考”氣化開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展。與變廢為寶的利用空間還有相當差距，瓦慮的一個(gè)課題。五、結束語(yǔ)斯抽放工作受到諸多客觀(guān)因素的制約，還6煤炭地下氣化.煤炭資源科學(xué)開(kāi)采技術(shù)研究的方向和要繼續探索更加成功的途徑。煤炭地下氣化是-種新型的整體開(kāi)采目的在于合理開(kāi)采資源、保護環(huán)境,煤炭實(shí)踐表明，一旦煤層開(kāi)采引起巖層移技術(shù)。它是將地下煤炭通過(guò)熱化學(xué)反應就資源開(kāi)采戰線(xiàn)的工作者要在以下幾個(gè)方面動(dòng)，即使是滲透率很低的煤層，其滲透率地轉化為可燃氣體的技術(shù)， 是對傳統采煤形成共識:也將增大數十倍壘數百倍，為瓦斯運移和方式的根本性變革。這種技術(shù)不僅極大地1)瓦斯是-種寶貴的可資利用的資抽放創(chuàng )造了條件。因此若在開(kāi)采時(shí)形成采減少了井下繁重的開(kāi)采工程量，降低作業(yè),“煤與瓦斯同采”技術(shù)通過(guò)摸索實(shí)踐煤和采瓦斯兩個(gè)完整的系統，即形成“煤人員的危險程度，而且消除了煤炭開(kāi)采對在不遠的將米是以成功的。與瓦斯共采”技術(shù)，將會(huì )帶來(lái)良好的經(jīng)濟環(huán)境的污染和煤炭燃燒對生態(tài)環(huán)境的不利2)根據巖層的組成等具體條件，研究效益。因此在開(kāi)采高瓦斯煤層的同時(shí)，利影響和危害。保水采煤方法，研究充填、條帶開(kāi)采、離用巖層運動(dòng)的特點(diǎn)將煤層氣開(kāi)采出米將是煤炭地下氣化技術(shù)近年來(lái)積累了一-定層區注漿等保護地表及建筑物的開(kāi)采技我國煤層氣開(kāi)發(fā)的一條重要途徑。的經(jīng)驗，但由于屬于新領(lǐng)域,遇到了一些畝術(shù)，能做到最大限度地降低開(kāi)采對地表、5煤巷支護技術(shù)與減少矸石排放需解決的問(wèn)題:如何提高熱值和生產(chǎn)適合地面造成的“傷害”。采礦引起的殲石排放對環(huán)境形成影于用戶(hù)的氣體:如何建立起- 套行之有效3)應加快對煤炭地下氣化技術(shù)的研響，而減少矸石排放的主要措施是將巷道的測控系統(重點(diǎn)放在燃燒位置和燃燒速究速度，研究其對地下水系環(huán)境的影響，設置在煤層內，但是巖石巷的開(kāi)掘是不可度的控制技術(shù)E);如何開(kāi)展對燃燒后地下.島重地下氣化 亞采技術(shù)早日取得成熟的經(jīng)避免的，怎樣處理阡石成為一個(gè)新的問(wèn)氣化爐體結構變化及地面沉降中國煤化工新、推廣。題。嚇石不上井就要在井下建設-一個(gè)什石.以及如何使地下煤炭氣化產(chǎn)處理系統。如果考慮將矸石在地面處理，萃利酚不擴散.不污染和毒化iY片CNMHG變?yōu)榻ㄖ牧?、充填材料等，成本肯定較如何處埋燃燒形成的大量二氧化碳對空氣井下處理低，這里就出現了經(jīng)濟和環(huán)境兩的污染等等。如何研究處理以上一些問(wèn)題，-18-