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矿区环境保护与煤炭清洁开采
作者:管理员    发布于:2016-08-26 14:14:55    文字:【】【】【

  矿工程煤矿环境保护方面的科研和教学工作,发表论文20余篇。

  煤炭工业在我国国民经济发展中占有极为重要的地位。目前,我国75/的工业燃料和动力、60/的化工原料来自煤炭,今后相当时期内煤炭作为主要能源这一格局将不会改变。然而,在煤炭大量开发和利用的同时,也带来一系列环境和生态问题,地下煤层开采引起上覆岩层移动变形,导致地表塌陷、地面构筑物变形破坏;井下开采产生的煤矸石压占耕地良田,露天矿剥离物外排占地,煤矸石山自燃造成大气污染;煤层瓦斯抽放,井下粉尘污染,矿井水、煤泥水外排等等,不仅破坏了矿区生产环境,也对社会文明进步产生不利的影响。本文拟就煤炭开采过程中的环境问题,从矿井开拓部署、开采工艺过程控制及改进,达到煤炭清洁生产、减少环境破坏的目的。

  1煤矿开采过程中污染状况煤炭开采造成地表破坏目前我国煤炭开采以井工开采为主,按煤炭产量构成看1998年井工开采煤炭产量占93/,平均采深在400m以上,采煤方法较多采用长壁工作面、全部垮落法管理顶板的方法。由于采动造成上覆岩层垮落、变形,地表塌陷严重。据测定,缓倾斜、倾斜煤层开采,地表塌陷大深度一般为煤层开采总厚度的0. 7倍,塌陷面积是煤层开采面积的1.2倍左右。截止1995年,累计塌陷土地总面积40万hm2.由于开采沉降塌陷损害了地表构筑物,民用建筑开裂,村庄被迫搬迁、农田塌陷、灌溉设施损坏,局部形成积水区以及桥梁、铁路、输电线路等不同程度受到影响。

  露天开采剥离破坏地表露天矿开米虽然仅占7/左右产量,但露天开采的表土层剥离使原来生长的农作物、植被及森林遭受不同程度破坏,剥离物外排土压占大量土地。据统计,露天矿外排土量是挖损土地量的1.5~ 2.5倍,露天矿正常生产后每开采万吨煤要挖损土地0.2hm2,到1994年底,全国露天矿采场挖损土地总面积累计约8000hm2,到2000年预计可达1.3煤炭生产过程中固体废弃物占地煤炭生产产生的固体废弃物主要是指煤矸石以及洗选过程中的洗矸、煤泥,排放量约占煤炭产量的10/~20/.目前,国内历年存矸石已达30亿t,占地5500hm2,并以每年1. 5~2.0亿t的速度递增,增加占地300~400hm2.国有重点煤矿现有矸石山1000余座,可燃矸石山约占20/左右。矸石山造成环境污染主要表现为:自燃引起大气污染,大量S2、CO、H2S等有害气体超标排放;矸石山淋溶水含较强的酸性渗入地下,个别地区矸石中还含有重金属以及放射性元素,污染周围土壤和地表水系及地下水;矸石山侵占耕地良田;有些地区因暴雨导致矸石山滑坡、泥石流甚至矸石山爆炸,危害生命财产安全,造成环境污染,矿区生态破坏严重。

  1.4煤炭开采瓦斯排放污染大气我国煤矿高瓦斯矿井和突出矿井总数约占40/左右,为了矿井安全生产,通常采用井下煤层瓦斯抽放技术,将煤体中的瓦斯抽出矿井排入大气中。我国煤炭工业每年瓦斯排放量在10亿m3以上,约占世界因采煤而放出瓦斯量的1/3 41/4左右,瓦斯利用率仅占瓦斯抽出量的15/~20/左右,远远落后于其它产煤国家,造成严重的大气污染。

  1.5煤矿井下大气污染我国煤矿井工开采占有绝大多数,井下采煤空间狭小,工作地点多变,通风效果差。井下采煤、掘进过程中凿岩、爆破、转载、运输等环节产生大量煤(粉)尘,严重污染井下空气,井下风流中含尘量严重的区域超过许可浓度3~8倍。井下爆破过程中,还产生一氧化碳和氮氧化物等有毒有害气体。

  1.6矿井水排放矿井水是煤矿主要废水之一,每年全国煤矿年排水约20多亿m3.矿井水主要来自地表渗透水、岩石孔裂隙水、地下含水层疏放水以及煤矿生产中防尘用水等。矿井水由于受到开采、运输过程中散落的煤粉、岩粉、支架乳化液等杂物的混入以及煤中伴生矿物的分解氧化等导致水体混浊,排入地面水系,容易造成污染。

  2煤炭开采的清洁生产技术煤矿环境保护的重点是减少井下污染物的产生和排放,清洁生产技术是通过一系列开拓部署的改革,生产工艺的更新并辅以其它充填、复垦、减降技术,尽可能地减少和消除由于开采造成的生态环境破坏。

  2.1改革开拓部署,推广全煤巷开拓“减少矸石井工矿井开采过程中,大量矸石外排是矿区环境污染的一个重要原因,如何减少矸石排放,直至达到矸石不出井,其主要途径之一是改变目前的矿井开拓部署,做到如下几点:合理安排开采单元,提高煤层开采能力。在区域面积划分上,尽可能避开地质构造带、无煤带,减少掘进和回采时破岩。采区布置错开地面河流、构筑物以及铁路、村庄等保护煤柱。在开采厚度上,尽量加大采高,减少分层开采,尽可能采用全厚开采,这样可以减少巷道准备工作量,避免因分层开采,造成假顶矸石混入煤中的机率。在开采层位上,力求利用夹石层或劣质煤层作为分层界面,分层厚度应与采煤方法相适应,尽量少破顶、割底,对于夹石厚度大于0.3m时,应实行煤岩分米。

  实行全煤巷开拓方式,取消岩石集中巷布置。全煤巷开拓是指矿井开拓巷道贯彻多做煤巷,少做岩巷“的原则,将主要开拓巷道基本上布置在较为稳定的煤层中,不仅建设投资少,矿井投产快,建井期间即出煤,经济效果明显。同时,减少矸石的产出量。

  随着综采放顶煤技术的广泛应用,煤层开采能力提高,回采速度加快,采准巷道维护时间大大缩短。加之锚杆、锚联网技术及壁后充填技术等巷道支护手段和支护材料强度的大大改善,预留压缩量的大断面煤巷布置能较长时间的服务于采区开采,使得传统采区设计中采用岩石集中巷将逐渐被煤层巷道取代,大大减少联络巷道,简化层间巷道系统。2.2采用矸石充填技术,矸石不出井对半煤岩采用大断面巷道掘进,巷道掘进中产生的矸石经过破碎,充填到巷道两帮支架壁后。对于沿空留巷的回采巷道,可以采用矸石作为巷旁支架。对于建筑物下、河流水体下和铁路下采煤,也可以将井下采煤过程中产生的矸石经过井下移动破碎机破碎成一定粒度的矸石,作为充填材料通过管道风力运输,运至工作面上风巷回填采空区自由空间,做到矸石不出井。矸石充填既消除了井下煤矸石的地面排放污染,又可达到减少岩层和地表移动,降低地表沉降的目的。

  2.3提高块煤率,减少井下产尘量煤矿采煤机械化的发展,大大提高了煤炭回采效率,减轻了工人劳动强度。但是,由于采煤机械化的提高,造成块煤率降低。而块煤率降低,又引起工作面粉尘大幅度上升。降低井下粉尘量的一项关键技术问题,就是如何提高块煤率,目前,正在研制的块煤滚筒从刀齿破煤机理入手,优化破岩机构设计,通过井下工业性试验已取得较好的效果,块煤率从40提高到60,寿命提高两倍以上。

  矿井井下粉尘控制的另一种途径是采用高压喷雾或高压水辅助切割降尘技术,控制采煤机切割时产生的粉尘。

  2.4研究发展清洁型水力采煤技术清洁型水力采煤技术是将综合预防环境污染的技术应用于煤炭水力开采过程中,大限度地减轻或消除煤炭开采对生态与环境造成的损害。

  水力采煤利用高压水射流破煤,生产能力比炮采、机采大大提高,对于回采不稳定煤层也具有较好的适应性。水力采煤工作面较炮采、机采或综采工作面粉尘量大大减少,井下空气清洁。采用闭路循环供水系统,可以减少废水排放量。若采用水采旱提系统,采区设脱水峒室,筛下品进入井下煤水仓,沉淀后定期清理回收煤泥。

  2.5加大煤层气开发利用技术研究煤层气是赋存于煤层中的气体,即煤层瓦斯,在开采过程中由于含量和浓度达到一定限度时容易发生突出、爆炸等事故,所以作为有害气体利用通风等办法排放到地面。在开采瓦斯含量较大的煤层时,还必须采取一系列抽放技术,工艺复杂,而瓦斯作为废气排放到大气中又造成大气污染。近几年,对煤层气开发利用有较大的突破。从空间位置上,有邻近层抽放工艺、采空区顶板长钻孔抽放等,地面钻孔抽放等抽放技术;从时间安排上,可分为米前预抽,边米边(下转第30页)究可以得出:压力是影响细粉煤含湿量的主要因素,在设备允许的条件下提高脱水的真空度将能大大提高脱水效率、降低滤饼含湿量。

  细粉煤的粒度是影响含湿量的又一重要因素,粒度越小含湿量越高。)03左右的室温是脱水较适宜的温度,在此温度下四种煤的含湿量都呈低值。

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