煤礦開采技術畢業(yè)論文--淺析當今煤炭開采技術及綠色開采技術

1、<p>　　淺析當今煤炭開采技術及綠色開采技術</p><p>　　摘要 在當今社會發(fā)展的新形式下,煤礦開采技術的進步和完善始終是采礦學科發(fā)展的主題。在發(fā)展現(xiàn)代采煤工藝的同時,繼續(xù)發(fā)展多層次、多樣化的采煤工藝,建立具有中國特色的采煤工藝理論。我國采煤方法已趨成熟,放頂煤采煤的應用在不斷擴展,應用水平和理論研究的深度和廣度都在不斷提高。本論文就對煤礦開采技術作了分析并對其帶來的環(huán)境影響闡述了針對性的技術

2、。 </p><p>　　關鍵詞 煤礦；采煤工藝；控制技術；機械化開采；綠色開采；綠色開采；保水開采；煤與瓦斯共采；充填開采；煤炭地下氣化</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　一. 現(xiàn)階段開采技術..................................................3</p>

3、<p>　　1. 采煤方法和工藝...............................................3</p><p>　　2. 深礦井開采技術...............................................4</p><p>　　3. “三下”采煤技術..................................

4、...........4</p><p>　　4. 優(yōu)化巷道布置,減少矸石排放的開采技術..........................4</p><p>　　5. 采場圍巖控制技術.............................................4</p><p>　　6. 小煤礦技術改造和機械化開采技術................

5、...............5</p><p>　　二. 針對環(huán)境的影響所暢導的綠色開采技術..............................5</p><p>　　1. 煤炭綠色開采體系.............................................6</p><p>　　2. 保水開采....................

6、.................................6</p><p>　　3. 煤與瓦斯共采.................................................7</p><p>　　4. 充填開采.....................................................7</p><p>

7、;　　5. 煤炭地下氣化.................................................9</p><p>　　結束語..............................................................9</p><p>　　參考文獻..........................................

8、.................10</p><p>　　一. 現(xiàn)階段開采技術</p><p>　　1. 采煤方法和工藝</p><p>　　開發(fā)煤礦高效集約化生產技術、建設生產高度集中、高可靠性的高產高效礦井開采技術以提高工作面單產和生產集中化為核心,以提高效率和經濟效益為目標,研究開發(fā)各種條件下的高效能、高可靠性的采煤裝備和工藝,簡單、高效、可靠的生產系統(tǒng)和開

9、采布置,生產過程監(jiān)控與科學管理等相互配套的成套開采技術,發(fā)展各種礦井煤層條件下的采煤機械化,進步改進工藝和裝備,提高應用水平和擴大應用范圍,提高采煤機械化的程度和水平。</p><p>　　1.1 開發(fā)“埋深淺、硬頂板、硬煤層高產高效現(xiàn)代開采成套技術”,主要解決以下技術難題。 </p><p>　　硬頂板控制技術,研究埋深淺、地壓小的硬厚頂板控制技術,主要通過巖層定向水力壓裂、傾斜深孔爆破

10、等頂板快速處理技術,使直接頂能隨采隨冒,提高頂煤回收率,且基本頂能按定步距垮落,既有利于頂煤破碎,又保證工作面的安全生產。</p><p>　　硬厚頂煤控制技術,研究開發(fā)埋深淺、支承壓力小條件硬厚頂煤的快速處理技術,包括高壓注水壓裂技術和頂煤深孔預爆破處理技術,使頂煤體能隨采隨冒,提高其回收率。頂煤冒放性差、塊度大的綜放開采成套設備配套技術,研制既有利于頂煤破碎和頂板控制。又有利于放頂煤的新型液壓支架,合理確定后

11、部置輸送機能力。</p><p>　　兩硬條件下放頂煤開采快速推進技術,研究合適的綜放開采回采工藝,優(yōu)化工序,縮短放煤時間,提高工作面的推進度,實現(xiàn)高產高效。</p><p>　　5.5m寬煤巷錨桿支護技術,通過寬煤巷錨桿支護技術的研究開發(fā)和應用,有利于綜采配套設備的大功率和重型化,有助于連續(xù)采煤機的應用,促進工作面的高產高效。</p><p>　　1.2 緩傾斜薄

12、煤層長壁開采</p><p>　　主要研究開發(fā):體積小、功率大、高可靠性的薄煤層采煤機、刨煤機;研制適合刨煤機綜采的液壓支架;研究開發(fā)薄煤層工作面的總體配套技術和高效開采術。</p><p>　　1.3 緩傾斜厚煤層一次采全厚大采高長壁采</p><p>　　應進一步加強完善支架結構及強度,加強防倒、防滑、防止頂梁焊縫開裂和四連桿變、防止嚴重損壞千斤頂措施等的研究,

13、提高可靠性,縮小其與中厚煤層(采高3m左右)產高效指標的差距。</p><p>　　1.4 各種綜采高產高效綜采設備保障體系</p><p>　　要實現(xiàn)高產高效,就要提高開機率,對“支架—圍巖”系統(tǒng)、采掘運設備進行監(jiān)控。今后研究的重點是:通過電液控制閥組操縱支架和改善“支架-圍巖”系統(tǒng)控制,進一步完善液壓信息、支架位態(tài)、頂板狀態(tài)、支護質量信息的自動采集系統(tǒng);乳化液泵站及液壓系統(tǒng)運行狀態(tài)的檢

14、測診斷;采煤機在線與離線相結合的 “油-磨屑”監(jiān)測和溫度、電信號的監(jiān)測;帶式輸送機、刮板輸送機全面狀態(tài)監(jiān)控。</p><p>　　2. 深礦井開采技術</p><p>　　深礦井開采的關鍵技術是:煤層開采的礦壓控制、沖擊地壓防治、瓦斯和熱害治理及深井通風、井巷布置等;需要攻關研究的是:深井圍巖狀態(tài)和應力場及分布狀態(tài)的特征;深井作業(yè)場所工作環(huán)境的變化;深井巷道(特別是軟巖巷道)快速掘進與支護

15、技術與裝備;深井沖擊地壓防治技術與監(jiān)測監(jiān)控技術;深礦井高產高效開采有關配套技術;深礦井開采熱害治理技術與裝備。</p><p>　　3. “三下”采煤技術</p><p>　　提高數(shù)值模擬計算和相似材料模擬等,深入研究開采上覆巖層運動和地表沉陷規(guī)律,研究滿足地表、建筑物、地下水資源保護需要的合理開采系統(tǒng)和優(yōu)化參數(shù),發(fā)展沉降控制理論和關鍵技術,包括用地表廢料向垮落法工作面采空區(qū)充填的系統(tǒng);研

16、究與應用各種充填技術和組合充填技術,村莊房屋加固改造重建技術,適于村莊保護的開采技術;研究近水體開采的開采設計、工藝參數(shù)優(yōu)化和裝備,提出煤炭開采與煤礦城市和諧統(tǒng)一的開采沉陷控制、開采村莊下壓煤、土地復墾和礦井水資源優(yōu)化等關鍵技術。</p><p>　　4. 優(yōu)化巷道布置,減少矸石排放的開采技術</p><p>　　改進、完善現(xiàn)有采煤方法和開采布置,以實現(xiàn)開采效益最大化為目標,研究開發(fā)煤礦地

17、質條件開采巷道布置及工藝技術評價體系專家系統(tǒng),實現(xiàn)開采方法、開采布置與煤層地質條件的最優(yōu)匹配。</p><p>　　5. 采場圍巖控制技術</p><p>　　5.1 進一步完善采場圍巖控制理論</p><p>　　以科學合理、優(yōu)化高效的巖層控制技術來保證開采掘活動的安全、高效、低成本為目標,深入總結我國幾十年的礦山壓力研究成果,以理論分析(解析法)、現(xiàn)代數(shù)學力學(

18、統(tǒng)計分析預測、數(shù)值法)和實測法相結合運用先進的計算機技術,深入研究各種煤層地質及開采條件。</p><p>　　5.2 研究堅硬頂板與破碎頂板條件下應用高技術低成本巖層控制技術</p><p>　　目前,由于應用高壓注水、深孔預裂爆破處理堅硬頂板和應用化學加固技術存在工藝復雜、成本高的問題,因而需進一步研究開發(fā)新技術、新工藝、新材料來解決這些問題。</p><p>

19、　　5.3 放頂煤開采巖層和支架—圍巖相互作用機理</p><p>　　研究放頂煤開采力學模型、圍巖應力、頂煤破碎機理、支架—頂煤—直接頂—基本頂相互作用關系;運用離散元等方法研究頂煤放落規(guī)律,提出放頂煤優(yōu)化準則和提高頂煤回收率的途徑。 </p><p>　　5.4 支護質量與頂板動態(tài)監(jiān)測技術</p><p>　　在總結緩傾斜中厚長壁工作面開展支護質量與頂板動態(tài)監(jiān)測

20、方面,應進一步在堅硬頂板、破碎頂板、急傾斜、放頂煤工作面開展支護質量與頂板動態(tài)監(jiān)測,同時應不斷完善現(xiàn)有的監(jiān)測技術,發(fā)展智能化監(jiān)測系統(tǒng),改進監(jiān)測儀表,使監(jiān)測儀表向直觀、輕便、小型化方向發(fā)展。</p><p>　　5.5 沖擊地壓的預測和防治</p><p>　　通過計算機模擬研究沖擊性礦壓顯現(xiàn)發(fā)生的機理;進一步完善沖擊性礦壓顯現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng),發(fā)展遙控測量和預報技術,完善沖擊性礦壓綜合防治措施的優(yōu)

21、化選擇專家系統(tǒng)。</p><p>　　5.6 研究開發(fā)新型的支護設備</p><p>　　研究硬煤層、硬頂板放頂煤液壓支架,完善液壓支架性能和快速移架系統(tǒng),開發(fā)耐炮崩、輕型化單體液壓支柱和厚煤層巷道錨索和可伸縮錨桿。</p><p>　　6. 小煤礦技術改造和機械化開采技術</p><p>　　實施國家關閉小煤礦,淘汰落后生產技術和生產設備,

22、提高平均單井規(guī)模的技術政策,開發(fā)小型煤礦機械化、半機械化開采技術和裝備,改進小煤礦的采煤方法和開采工藝,提高采煤工作面的單產和工效;提高小煤礦的頂?shù)装蹇刂萍夹g水平,最大限度地減少頂?shù)装迨鹿事省?lt;/p><p>　　二. 針對環(huán)境的影響所暢導的綠色開采技術 </p><p>　　綠色開采是煤炭開采的發(fā)展方向,對提高煤炭采出率、保護生態(tài)環(huán)境和實現(xiàn)煤礦可持續(xù)發(fā)展都具有十分重要的意義。本文分析了綠

23、色開采技術,總結了我國煤礦綠色開采方法的發(fā)展現(xiàn)狀,對科學采礦具有一定的指導意義。</p><p>　　煤炭開采造成巖層移動破壞,引起巖層中水與瓦斯的流動,導致煤礦瓦斯事故與井下突水事故;煤炭開采引起巖層移動,進而造成地表沉陷,導致農田、建筑設施的損壞;煤炭開采形成的大量堆積在地面的矸石,既占用良田,又造成環(huán)境污染;隨著我國礦井開采深度的不斷增加,礦山壓力顯現(xiàn)及沖擊地壓等動力災害發(fā)生的頻次增加,強度增大,危及礦井的

24、安全生產。上述問題若得不到有效解決,在未來幾十年內,隨著能源總需求和煤炭產量的不斷增長,煤炭資源開采所帶來的礦區(qū)安全和生態(tài)環(huán)境問題將更為嚴重,人類的生存和社會發(fā)展環(huán)境將受到嚴重威脅。</p><p>　　根據我國的能源資源狀況,煤炭作為我國最重要的一次性能源,在未來20年內,其在能源構成中的主體地位將不會改變。2020年我國煤炭消費量將達到40億t。屆時,煤炭產量很可能無法滿足工業(yè)需求。不能再單純地通過提高煤炭的

25、產量緩解煤炭供應的壓力,而應該綜合考慮發(fā)展煤炭循環(huán)經濟,減少煤炭開采對環(huán)境的破壞,而且也應該把“發(fā)展煤炭循環(huán)經濟,實現(xiàn)煤炭綠色開采”作為理念,大力發(fā)展綠色的采煤技術。</p><p>　　1. 煤炭綠色開采體系</p><p>　　煤礦綠色開采以及相應的綠色開采技術,在基本概念上是要從廣義資源的角度上來認識和對待煤、瓦斯、水等一切可以利用的各種資源?；境霭l(fā)點是防止或盡可能減輕開采煤炭對環(huán)

26、境和其他資源的不良影響。目標是取得最佳的經濟效益和社會效益。根據煤礦中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等,綠色開采主要包括以下內容:水資源保護—“保水開采”;瓦斯抽放—“煤與瓦斯共采”;土地與建筑物保護—“充填開采”;排放矸石占用土地污染環(huán)境—“煤炭地下氣化”等。2003年,中國礦業(yè)大學錢鳴高院士首次提出了煤礦綠色開采的概念和技術體系,隨后明確了實現(xiàn)煤炭資源開采和環(huán)境保護協(xié)調發(fā)展的綠色開采研究目標,為我國綠色開采技術的研究指明了方向。錢院

27、士提出的綠色開采技術體系, 綠色開采理論依據:</p><p><b>　　(1)關鍵層理論。</b></p><p>　　(2)開采對巖層移動的影響及移動規(guī)律。</p><p>　　(3)水在裂巖體中的滲流規(guī)律。</p><p>　　(4)開采后巖層內節(jié)理裂隙分布發(fā)育規(guī)律等。</p><p>&

28、lt;b>　　2. 保水開采</b></p><p>　　保水采煤在不同的礦區(qū)有不同的技術內涵,缺水礦區(qū)要以水資源保護和利用為主;大水礦區(qū),要以減少水資源破壞和防治水災害為主。因此,保水開采包含水資源保護、水資源利用(煤水共采)和水災害防治等多項重要內容。煤礦開采過程中破壞了地下含水層的原始徑流,大量排出地下水;采空區(qū)上方導水裂隙帶與地下水體貫通,形成大規(guī)模地下水降落漏斗,造成區(qū)域含水層水位下降

29、,直接影響到區(qū)域水文地質條件。采動影響穩(wěn)定后產生的地表沉陷往往影響到地表水體(河流、湖泊、井泉等)的原來形態(tài),造成部分溝泉水量減少甚至干涸;影響當?shù)鼐用裾５纳a生活,進而影響區(qū)域植被生長,甚至土地沙漠化。我國大部分礦區(qū)處在干旱半干旱地區(qū),而每年采煤破壞地下水22億m3,可見保水開采具有重要的意義。</p><p><b>　　3. 煤與瓦斯共采</b></p><p&g

30、t;　　瓦斯既是礦井有害氣體也是潔凈能源。因此,應該使其資源化,其技術途徑有:</p><p>　　(1)采前抽采:若能在開采前將煤層內瓦斯抽出,則是利用瓦斯改善煤礦安全的最好辦法。但由于我國大部分煤體透氣性低,在本層內抽采瓦斯有難度。</p><p>　　(2)煤與瓦斯共采:開采后圍巖壓力降低,大量瓦斯在采空區(qū)釋放,有利于瓦斯抽采,因此形成煤與瓦斯共采體系。</p><

31、;p>　　(3)廢棄礦井抽采瓦斯。鑒于廢棄礦井煤層經過采動而充滿瓦斯,因而可以利用采動后巖體內裂隙場的分布及鉆孔,將瓦斯抽排管裝在井下、封閉井口后,抽出瓦斯。</p><p>　　(4)回風井回收瓦斯。</p><p>　　(5)煤與瓦斯共采的技術主要有:留巷鉆孔法、卸壓法等。</p><p><b>　　4. 充填開采</b></

32、p><p>　　我國多數(shù)煤礦存在建筑物下、水體下、鐵路下壓煤的問題,充填采礦法對解決這類問題具有重要的意義。充填開采法是用充填材料充填采煤工作面采空區(qū)的巖層控制方法。該法可以緩和工作面支承壓力產生的礦壓顯現(xiàn),改善采場和巷道維護狀況,有效減少地表下沉和變形,提高煤礦采出率,保護地面建筑物、構筑物、生態(tài)環(huán)境和水體。按照充填材料的不同,充填采礦法分矸石充填、水砂充填和膏體充填。</p><p>　　

33、4.1 矸石充填利用井下采空區(qū)處置煤矸石的充填采煤方法,既可以減少煤礦固體廢棄物排放,又可以減輕開采沉陷災害、提高礦井資源回收率,是實現(xiàn)煤礦綠色開采的關鍵技術途徑之一。</p><p>　　(1) 拋矸機拋矸充填。將巖巷和半煤巖巷掘進矸石用礦車運至井下矸石車場,經翻車機卸載后,矸石經破碎機破碎,而后進入矸石倉。通過矸石倉下口,膠帶或刮板輸送機將破碎后的矸石運入上下山,而后由膠帶或刮板輸送機轉載進入采煤工作面回風平

34、巷,再由工作面采空區(qū)可伸縮膠帶輸送機運至工作面采空區(qū)拋矸膠帶輸送機尾部,由拋矸膠帶輸送機向采空區(qū)拋矸充填。</p><p>　　(2) 刮板輸送機卸矸充填。充填裝備由后端帶懸梁的自移式液壓支架和充填刮板輸送機組成。在自移式液壓支架后端增加后懸臂等配件,采用可調高但掛鏈懸掛充填刮板輸送機溜槽,懸掛是為了增加充填垂直高度。輸送機中部溜槽按順序連接,并與機頭和機尾組成整部刮板輸送機。每2節(jié)中部溜槽設置1個溜矸孔,溜矸孔

35、開在溜槽的中板上。由電機車牽引矸石礦車至采區(qū)矸石車場,通過翻車機卸載,矸石經轉載機、破碎機進入矸石倉。破碎后的矸石經上下山輸送機、平巷輸送機運至液壓支架后的充填刮板輸送機,在采空區(qū)卸載。</p><p>　　(3) 風力拋矸充填。風力充填材料粒度的直徑不宜大于充填管道的1/2-1/3。并且要求充填材料沉縮率低、不自然、腐蝕性小。矸石經充填機、充填管路充填采空區(qū)。一般采煤機割兩刀煤充填一次,充填步距1.2-1.6

36、m,每次充填長度6-9 m,工作面每向前推進50-100 m,充填機前移一次。機械矸石充填對充填材料要求不嚴格,使用設備也較少,在我國山東礦區(qū)發(fā)展較快,有推廣趨勢。</p><p><b>　　4.2 水砂充填</b></p><p>　　水砂充填采煤法是利用水力通過管道把充填材料沙粒送入采空區(qū)的充填采煤法。我國早在20世紀初就開始應用水砂充填采煤法,目前水砂充填技術

37、已經十分成熟。在地面用礦車將采出、破碎及篩分后的成品砂運到貯砂倉貯存。在貯砂室,砂與水混合成砂漿,經充填管路送至工作面采空區(qū),并在采空區(qū)脫水,砂子形成充填體,廢水經采區(qū)流水上山和流水道流入采區(qū)沉淀池,經沉淀后,澄清的水流入水倉,用水泵經排水管將水排至地面貯水池,以供循環(huán)利用。水砂充填采煤法充填致密,可減少煤塵危害,能有效地控制地表下沉和變形,但井上下充填系統(tǒng)復雜,設備及設施投資大,充填材料昂貴,提高了噸煤成本。</p>&

38、lt;p><b>　　4.3 膏體充填</b></p><p>　　膏體充填技術是1979年在德國的格倫德鉛鋅礦首先發(fā)展起來的,由于膏體充填具有料漿質量分數(shù)高、充填效率高、成本較低等優(yōu)點,這項技術試驗成功以后在金屬礦山得到較快的發(fā)展,在包括中國在內的許多國家得到應用。為解放村莊壓煤,提高開采上限,提高煤炭資源采出率,延長礦井服務年限,太平煤礦與中國礦業(yè)大學合作開展了固體廢物膏體充填不遷

39、村采煤技術的研究。太平煤礦膏體充填系統(tǒng)是我國煤礦第一個膏體充填示范工程,2006年5月工業(yè)性試采取得成功。膏體充填采煤技術主要由三部分組成,即充填材料、充填設備與工藝、采動巖層充填控制理論。膏體是由煤矸石、粉煤灰、水砂、水泥等組成,由地面設備加工而成的類似牙膏的流體,具有十分良好的流動性和可泵性。充填時,膏體通過巷道中的管路,由充填泵提供動力,輸送到液壓支架后的采空區(qū)。膏體充填技術的核心是膏體充填材料,膏體充填材料的強度對膏體充填的效果

40、起決定作用。膏體充填后,地表下沉減小。膏體充填開采是綠色開采技術的重要組成部分,是解決煤礦開采環(huán)境問題的理想途徑,是解決村莊等建筑物下大量壓煤開采問題的迫切需要。</p><p><b>　　5. 煤炭地下氣化</b></p><p>　　煤炭地下氣化是指將地下煤炭通過熱化學反應在原位把煤炭轉化為可燃氣體?？梢圆糠窒禾块_采對環(huán)境的污染和煤炭燃燒對生態(tài)環(huán)境的不利影響

41、與破壞。煤炭地下氣化技術具有投資少、安全、工期短、見效快、用人少、效率高、成本低、效益好等優(yōu)點,尤其適合我國煤礦地質條件復雜、劣質煤比例高、“三下”壓煤嚴重的礦區(qū)。煤炭地下氣化是一種整體綠色開采技術。它開始于英國1912年,由于熱值低、成本高而未得到發(fā)展。我國于1958 -1960年曾在16個礦區(qū)進行試驗,于1962年停止,1984年又開始了新的試驗,1994年達到連續(xù)產氣295 d,產氣量為200 m3/h,熱值13. 81~17.

42、57 MJ /m3,采用的是有井式、長通道、大斷面的煤炭地下氣化方法。2005年中國礦業(yè)大學與重慶中梁山礦業(yè)集團合作實現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定生產優(yōu)質水煤氣和混合煤氣。但是,地下煤炭氣化燃燒產生的苯和酚是致癌物質,有可能毒化水資源;燃燒形成的大量二氧化碳對空氣也是嚴重的污染。目前我國的地下氣化技術仍處于工業(yè)試驗階段,有很多問題需要去研究和探索。</p><p><b>　　結束語</b></p&g

43、t;<p>　　資源與環(huán)境協(xié)調的綠色開采是解決煤炭開采環(huán)境問題的根本出路。要實現(xiàn)綠色開采,需要綜合研究和解決經濟與技術等方面的問題。綠色采礦可以減少環(huán)境污染,還能帶來良好的社會經濟效益。綠色采礦是形成綠色礦業(yè)及礦區(qū)綠色家園的重要組成部分,相信隨著綠色開采的不斷發(fā)展和完善,煤礦綠色開采一定會發(fā)揮它應有的作用,為人類與自然的協(xié)調發(fā)展做出貢獻。</p><p><b>　　參考文獻</b&

44、gt;</p><p>　　[1]劉開明.優(yōu)化配煤生產優(yōu)質焦炭[J].燃料與化工,2006,37(5):</p><p>　　[2]繆協(xié)興,錢鳴高.中國煤炭資源綠色開采研究現(xiàn)狀與展望[J].采礦與安全工程學報, 2009(3):</p><p>　　[3]黃慶享.煤炭資源綠色開采[J].陜西煤炭.2008(03):</p><p>　　[4]