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主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
未来,煤炭绿色开采研究应聚焦于哪些领域?

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  1.岩层运动基础理论的深化研究

  掌握采动岩层运动规律是确保煤炭资源安全绿色高效开采的关键所在。多年来,国内外众多学者一直致力于采动岩层运动规律的研究,并且逐步形成了经典理论,极大地促进了安全高效开采的进步与发展。随着煤层开采向大采高和大采深发展,经典的岩层运动理论的适用条件发生变化,因此需要深化基础理论研究。例如,经典矿压理论致力于研究基本顶破断运动规律及其对采场矿压显现的影响,但并未研究高位关键层破断运动规律及其对采场矿压显现的影响,未能揭示特厚煤层开采影响采场矿压显现的临界关键层高度。因此,唯有建立下自井下矿压、中至覆岩运移、上到地表沉陷的“三位一体”监测体系,实现“井下矿压-覆岩运移-地表沉陷”的一体化研究,才能掌握整个采动覆岩破断运动规律及其对采场矿压的作用机制,从而为特厚煤层开采强矿压显现提供行之有效的控制对策。再如,主关键层对地表移动变形起到控制作用,但现有研究还没有完整构建出破断和未破断关键层位移的计算方法,也没有建立简洁有效的基于主关键层位移方程的松散层移动变形计算模型。因此,岩层运动基础理论需要不断完备,以适应不断变化的煤矿生产和地质条件。

  2.不同矿区绿色开采技术模式确定

  我国不同矿区的资源、环境条件复杂、问题多样化,需要有针对性地应用煤矿绿色开采技术。例如,华东为我国经济发达地区,其煤炭资源逐步枯竭,而该区域建筑物与村庄密布,压占煤炭资源严重,搬迁成本逐年增加,使矿业可持续发展面临较大挑战;另一方面,华东区煤矿开采深度逐步加大,部分已达1 000 m以上,矿井动力灾害日益严重。因此,在华东地区,绿色开采宜重点研究相适应的充填采煤技术,逐步实现不充填不能采煤的要求,建立“以充定产”的煤炭科学开发模式。

  晋陕蒙宁甘为干旱半干旱的缺水地区,当前和未来都是我国煤炭的主产区,势必加剧地下水破坏及其引发的生态环境灾害。因此,在晋陕蒙宁甘区,绿色开采应重点研究适宜的保水采煤技术,逐步实现“根据煤矿区域地下水资源保护要求确定煤炭最大产能”的目标,建立“以水定产”的煤炭科学开发模式。

  在高瓦斯矿区,绿色开采重点研究合适的煤与瓦斯共采技术,提高瓦斯抽采率与抽采瓦斯的综合利用率,建立“以抽定产”的煤炭科学开发模式。

  在所有矿区,煤矿绿色开采的内容中都必须包含矸石减排。从在新井设计开始,尽量以煤巷代替岩巷,减少煤矿矸石产量。同时,开展煤矿矸石井下处理技术研究,实现矸石不出井。对煤矿现有矸石进行资源化综合利用,逐步消除所有煤矿的矸石山。建立“零矸石排放开采”的煤炭科学开发模式。

  3.建立煤矿绿色开采的评价指标体系

  为了评价煤矿对绿色开采技术的应用程度和效果,提出了绿色开采度的概念。绿色开采度是指矿井在煤炭开发过程中,通过绿色开采技术对矸石排放、地下水破坏、瓦斯排放、土地破坏等环境负外部效应的减小程度,是对矿井实施绿色开采的程度和效果进行定量评价的指标。矸石减排绿色开采度可定义为:采用相关矸石减排技术措施后比未采取措施时的矸石排放减少量与不采取措施时的矸石总排放量的比值;瓦斯利用绿色开采度可定义为:煤层瓦斯利用量占煤层瓦斯抽采量与煤层瓦斯风排量之和的百分比;土地保护绿色开采度可定义为:采用相关的井下开采技术保护土地不受破坏的面积与地表破坏后土地复垦折算面积的总和与不采取措施时的土地破坏总面积的比值。针对不同类型和特点的煤矿绿色开采度应有所侧重和不同考核重点。对晋陕蒙宁甘区等干旱半干旱的缺水地区绿色开采度考核重点应在保水采煤方面,考核其“以水定产”的实现程度;对华东地区煤矿绿色开采度考核重点应在减沉开采方面,考核其“以充定产”的实现程度;对高瓦斯煤矿绿色开采度考核重点应在煤与瓦斯共采方面,考核其“以抽定产”的实现程度;所有矿井都应将矸石减排作为绿色开采度的主要考核指标。具体的绿色开采度的指标计量方法和评价方法有待深入研究。

  4.煤矿全生命周期的绿色开采研究

  在煤矿的“规划-设计-建设-生产-闭坑”的全生命周期中规划绿色开采,尤其强调在矿井规划与设计阶段,需要在国家《煤炭工业矿井设计规范》中加以明确。建立“煤矿全生命周期绿色开采”的科学开发模式。以煤与瓦斯共采为例,在开采之前就要根据开采煤层的瓦斯赋存特点来设计瓦斯抽采方案,在煤层开采过程中充分利用采动卸压与强化抽采技术手段提高瓦斯抽采量,在矿井封闭后继续进行废弃矿井瓦斯抽采,在煤矿的全生命周期过程中贯彻绿色开采理念。又如,在煤层开采之前就应对采动地表下沉进行评估,根据评估结果确定适宜的减沉技术方案,开采过程中有针对性地对地表沉陷进行控制,开采后对采动损害进行必要的修复。再如,在煤层开采之前便要根据采动裂隙发育形态进行判别,根据判别结果确定煤层开采技术参数,在煤层开采结束后采用必要手段对含水层进行修复,以恢复因采煤而损害的地下水循环过程。

  5.高效与低成本的新技术研发

  煤矿若要实现绿色开采就必须增加资金投入引进绿色开采技术。目前,绿色开采技术的全面应用成本较高,尤其在煤炭经济形势急转直下的大背景下,煤矿投入大量资金全面实现绿色开采的积极性不高、困难较大,因此开发新型的高效低成本绿色开采技术非常迫切。以煤与瓦斯共采为例,首先需要加大煤层瓦斯吸附、解吸、扩散动力学特性及其影响因素研究,在基础研究成果的指导下开发新型煤层增透技术,改善煤层瓦斯预抽效果;其次要充分利用煤层开采引起的采动卸压作用,研发基于采动卸压的低透气性煤层瓦斯抽采新技术,提高卸压瓦斯抽采量;最后要重视废弃矿井瓦斯资源和废弃矿井地下空间利用,研究废弃矿井地下气库的产气-储气-用气的基础理论和应用技术。

参考文献:《煤矿绿色开采20年研究与展望》

发布于 6天前
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