煤炭采矿工程中的绿色开采技术研究与应用

煤炭采矿工程中的绿色开采技术研究与应用

宋加龙

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摘要：在当今全球环境问题日益严重的背景下，煤炭作为一种重要且丰富的能源，其开采方式的环保性能显得尤为重要。煤炭采矿工程中的绿色开采技术，旨在减少开采过程中的环境影响，提高资源利用效率，是煤炭工业可持续发展的重要路径。本文将深入探讨绿色开采技术的最新研究成果和实际应用，以期为煤炭产业的绿色转型提供理论支持和实践参考。

关键词：煤炭采矿工程；绿色开采；技术研究；应用

一、引言

煤炭，被誉为“黑色的金子”，长期以来作为我国能源结构的重要支柱，在推动经济社会发展的同时，也引发了显著的环境问题。这些环境问题主要包括矿产资源的过度开采导致的地质灾害，如矿压、地表沉陷，以及对地下水系统和空气质量的污染。尤其是煤炭开采过程中产生的大量瓦斯，如不得当处理，不仅会威胁矿工的生命安全，还作为温室气体大量排放，加剧全球气候变化。

面对日益严重的环境压力和可持续发展的要求，21世纪初，钱鸣高院士提出了煤矿绿色开采的理念，这是一种兼顾经济效益、环境效益和社会效益的新型开采模式。绿色开采的核心在于控制和利用岩层破断运动，减少开采对环境的不良影响，实现资源的高效利用和环境的最小破坏。通过技术创新和管理革新，绿色开采旨在将煤炭开采转变为一种既能满足能源需求又能保护生态环境的生产活动。

绿色开采技术的发展和应用，不仅是为了应对环境挑战，也是煤炭行业自身转型升级的内在需求。在这个过程中，科技创新成为了关键驱动力，包括保水采煤、煤与瓦斯共采、矸石减排、减沉开采和环境修复等一系列先进技术的不断涌现，使得煤炭开采与环境保护之间的矛盾得到了缓和。

煤炭开采行业的绿色转型是一个系统工程，涉及到技术、经济、政策、管理等多个层面的协同创新。本篇文章将围绕绿色开采技术进行深入探讨，从技术原理、应用案例到未来发展趋势，力求展现煤炭开采从黑色产业向绿色产业转变的全景，为煤炭行业的可持续发展提供理论支持和实践参考。通过分析当前研究热点和实际应用的难点，我们希望能为相关政策制定、技术革新和企业实践提供有益的启示。

二、绿色开采技术概述

绿色开采技术是煤炭产业转型的关键，它们旨在降低煤炭开采对环境的负面影响，同时提高资源利用效率。这些技术涵盖多个方面，包括但不限于保水采煤、煤与瓦斯共采、矸石减排、减沉开采和环境修复等。通过这些技术的综合应用，煤炭开采过程中的沉陷、地表塌陷、水污染、气体排放等问题得到了显著改善。

保水采煤技术是旨在保护地下水资源、减少开采对地下水系统破坏的技术。它通过科学的开采方案设计，确保在开采过程中尽量避免地下水的流失，同时对疏排水进行处理和再利用，确保水资源的可持续利用。例如，深层地下气化技术就是一种创新的保水开采方法，它在地下将煤炭直接转化为可燃气体，减少了对水资源的直接消耗。

煤与瓦斯共采技术是将原本被视为安全隐患的瓦斯资源化利用。通过合理的瓦斯抽采和利用系统，可以将瓦斯转变为清洁能源，降低直接排放，同时提高能源利用效率。比如，低渗透煤层的瓦斯抽采技术，通过水力压裂、爆破预裂、微波或声震等方法，提高煤层透气性，提升瓦斯抽采效果。

矸石减排技术则关注煤炭开采过程中产生的固体废弃物的处理与利用。通过矸石充填、矸石建材化、矸石发电等途径，将矸石资源化，减少对土地的占用和环境污染。例如，部分矿区已成功采用矸石用于建筑用砖，大大减少了废物的环境影响。

减沉开采技术主要通过部分开采、充填开采等手段控制地表沉陷。部分开采通过留设煤柱或人工构筑物来支撑覆岩，减缓沉陷速度。充填开采则是将开采后的空区以浆体、固体材料填充，以支撑地表，减少沉陷范围。覆岩隔离注浆充填技术就是一种有效的减沉开采技术，已经在多个矿区得到应用，显著降低了沉陷的同时提高了开采效率。

环境修复技术则是对开采活动结束后，对受损环境进行恢复的重要手段。如植被恢复、土壤修复、水体治理等，旨在重建生态环境，减少开采活动的长期影响。例如，通过植树造林、土壤改良，以及地下水系统的修复，使开采区域逐步恢复到接近开采前的状态。

绿色开采技术的集成应用，不仅显著改善了煤炭开采的环境影响，同时也提高了煤炭企业的经济效益。这些技术的创新和发展，为煤炭产业的可持续发展开辟了新的道路。随着技术的不断进步和国家政策的持续推动，绿色开采将成为煤炭行业未来发展的主导方向，引领煤炭产业从资源消耗型向环境友好型转型。

三、绿色开采技术的应用与案例分析

绿色开采技术在煤炭开采行业的应用逐渐成为业界关注的焦点。这些技术不仅在理论上具有先进性，更在实际工程中展现出显著的效益与潜力。本节将通过具体案例，分析绿色开采技术在不同开采场景中的应用，以及它们带来的环境、经济效益和挑战。

保水采煤技术的实际应用

深层地下气化技术在山西省某大型煤矿的应用就是一个成功的保水采煤案例。该技术通过在地下将煤炭转化为可燃气体，既减少了对水资源的直接消耗，又实现了煤炭的高效利用。数据显示，相比于传统的开采方式，该技术使得地下水流失减少了约70%，同时，通过瓦斯的回收利用，实现了能源的双重效益。然而，该技术的实施需要高昂的初期投入和复杂的技术支持，对于许多小型煤矿来说，这是一道难以逾越的门槛。

煤与瓦斯共采技术的应用案例

在内蒙古某煤矿区，针对低渗透煤层，研究人员采用水力压裂技术提高煤层的透气性，从而提高瓦斯抽采效率。在实施这项技术后，瓦斯的抽采率从以前的30%提升至60%，显著减少了瓦斯直接排放，降低了爆炸风险，同时将瓦斯转化为电力，提高了能源利用率。然而，这种方法在提高瓦斯抽采的同时，也引发了对煤层结构稳定性的担忧，需要进一步的监控和研究。

矸石减排与利用的实践

在山东某大型煤矿，通过矸石充填和矸石建材化技术，将大量的固体废弃物得以有效利用。矸石充填技术用于填充开采后的空区，既控制了地表沉陷，又减少了弃渣占地，而矸石建材化则将其转化为建筑用砖，实现了资源的循环利用。尽管如此，矸石处理过程中的污染控制、运输成本以及产品质量稳定性等问题，仍是该技术推广的难点。

减沉开采技术的实施与挑战

在江苏某煤矿，覆岩隔离注浆充填技术成功应用，显著降低了沉陷并提高了开采效率。通过在开采过程中对部分区域进行人工注浆填充，有效支撑了覆岩，减少了地表沉陷。然而，这项技术的实施要求精细的地质定位与注浆技术，对于地质条件复杂或者开采深度较大的矿山，技术难度较大，且注浆材料的长期稳定性也需要进一步验证。

环境修复的案例与挑战

在陕西某退役煤矿，环境修复技术被用于恢复地表生态。通过植被恢复、土壤改良和地下水系统修复，原先受损的环境逐步恢复到接近开采前的状态。然而，环境修复的成效往往需要长期观察，且受地质条件、气候因素等多方面影响，难以在短时间内见到明显效果，这对修复工程的投入和管理提出了高要求。

结束语

煤炭采矿工程中的绿色开采技术是实现煤炭产业可持续发展的重要手段。通过科技创新和应用推广，如智能采矿、清洁开采、生态恢复等技术，我们不仅可以保障能源供应，还能有效降低对环境的负面影响。未来，随着技术的不断进步和政策的引导，绿色开采技术将在煤炭采矿工程中发挥更大的作用，为构建绿色、低碳的能源体系贡献力量。

参考文献

[1]张帅, 李伟. 采矿工程中绿色开采技术的应用研究[J]. 露天采矿技术, 2024, 39 (03): 49-52.

[2]赵润涛, 田寨飞, 刘小平. 绿色开采技术在采矿工程中的应用研究[J]. 中国金属通报, 2024, (02): 46-48.