煤炭资源的科学开采与环境保护

能源与环境中国煤化工MYHCNMHG-15-煤炭资源的科学开采与环境保护郭志福中国地质大学 (武汉)安全工程学院430074摘要石仙自燃后能量长期积聚，不能及时释经济效益，同时义确保地面建筑物不受到国内目前的煤炭货源开采技术大多没有克分放，形成高温热源，遇水易形成水煤气而损害，根据具体条件下覆岩结构与关键层考虑对水资源，地面农田、进路、构筑物爆炸，爆炸时高温气体携带矸石煤灰导致特征来研究确定合理的减沉开采技术及参以及谋层气的开发利用等环境保护目素，宋灾害扩大。数以确保主关键层不破断失稳就成为关出的矸石难积成山，易发生自燃。两且造成二.煤炭资源科学开采需要解决健。确定覆岩中的关键层位置，掌握其离可利用资源闲置，变威隐患，导致环境污染。从保护环境的角度出发，对煤炭资源实的技术方面的问题层与破断特征参数，是注浆减沉技术应用施保水开采。条带与充填开采。煤与瓦斯典煤炭资源科学开采以及相应的开采技可行性分析、钻孔布置与注桨T.艺设计及采以及地下气化等被术研究具有很强的现实术，主要在于以-一种正确的态度和观点认减沉效果评价的基础。识和对待煤、瓦斯、水等一切可以利用的关键层初次破断前的离层区发育、离各种资源，要有能源和环境两个战略思层最大，易于注浆充填而一日关键层初次破断后，关键层下离层量明显变小，注科学开采:资源利用:环境保护想。基木出发点是防止或尽可能减轻开采浆难度增加。因此，离层注浆必须在关键煤炎对环境和其他资源的不良影响,目标是层临初次破断前进行。钻孔布置及最佳的取得最佳的经济效益和社会效益。据此，注浆减沉效果应保证关键层始终不发生初煤矿区在开发建设之前与周围坏境科学的煤炎科学开采技术主要应包括以下次破断。大多是稳定和谐-致的，而进行开发建设内容:后，频繁强烈的人为活动使周边环境发生1)水资源保护一“保水开采” 技术;3采空区充填开采技术巨大的变化，由此带来了一一系列矿区生态2)土地与建筑物保护- -离层注浆、充从理论上来说，充填采矿是解决煤矿环境问题，如地表塌陷、 农用荒光、村填与条带开采技术，开采环境问题的理想途径，但由于目前充填采矿的成本相对偏高，限制了该项技术庄迁徙、建筑物破坏、上地沙漠化、 矸技术:3)瓦斯抽放利用一“煤与瓦斯共采”在煤矿的试验与应用。不堆积、地表水流量减少以及地下永供水水源下枯、矿物内含有害物质流入地下水4)整体开采一地下气化技术。在目前条件下，尤填技术的关键是充填材料的选取及如何降低成本，另外就是系等。采取科学的开采技术和方法，这些三、煤炭资源科学开采技术的基充填技术本身，它应该包括充填系统与开问题都是可以减轻甚至避免的。础理论采系统的协调、充填运输系统的畅通和充-.煤炭资源开采形成的主要环开采引起环境与主要安全问题的发生填后材料的力学特性等。为了降低充填成境问题都与开采后造成的岩层运动有关，因此，本，基于岩层控制的关键层理论，提出了1对土地资源的破坏和占用科学开采的重大基础理论为:部分充填(条带充填)控制开采沉陷的思路:煤炭开采对土地资源造成了破坏，井1)采矿后岩层内的“节理裂隙场”分仅充填部分采空区，只要保证未充填采空下开采的破坏形式以地表塌陷、工业广场、布以及离层规律;区的宽度小于覆岩主关键层的初次破断跨生活区和开石山压占为主，露天开采以直2)开采对岩层与地表移动的影响规律;距，且充填条带能保持长期稳定,就可有接挖损形成大坑和外排+.场下占的形式为3)水与瓦斯在裂隙岩体中的渗流规律,效控制地表沉陷。主。另外,开采过程中的外排水，对周边农4)岩体应力场分布规律及岩层控制技4煤与瓦斯共采田造成侵蚀，致使士地变质、碱化。术。我国煤层普遍具有变质程度高、渗透2对水资源的破坏和污染四、科学开采技术的主要内容半低和含气饱和度低的特点，这对开展煤煤炭开采过程中，进行的人为疏干排1开采对地下水分布的影响层瓦斯采前预抽是极为不利的。笔者了解水和采动形成的导水裂院对煤系含水层的煤层开采后，随着关键层(即采场到，义煤集团公司对所属几对瓦斯含量高自然疏干，破坏了地下水资源。对地表水老顶岩层 “砌体梁”结构模型)的破断，的旷井进行了抽放，地面泵站抽出纯瓦斯的影响显而易见，有的甚至内地表裂隙导在该区 域内地下水将形成下降深斗。地下量 30m'/min,井下移动泵站抽出纯瓦斯通而致河水断流、河流干涸。同时破坏性水位能否恢复， 则决定于随着工作面的推量 7.5m/min,其中:千秋矿矿井瓦斯抽地过度开采还可能污染地下水资源。进，上覆岩层中是否有软弱岩层经重新压放率达50%，耿村矿矿井瓦斯抽放率达3对大气环境的污染实导致裂隙闭合而形成隔水带。若有隔水30%，新安矿三个采煤工作面瓦斯预抽率随着煤层开采而排出的瓦斯和地面矸带， 则随着雨水的再次补给，到30/日上经过防突效果检验基本没有石山的自燃等对大气环境造成了污染。地将随之消失。 它对地面生态的中国煤化工回采工作面瓦斯也基本不面矸石山积聚瓦斯问题-般形不成大的威于漏斗形成与消失的时间间际YHCNMH GI的消突效果和显著的抽胁，矸石山在地面堆积，固体细微颗粒会2建筑物下采煤与碱沉技术取双不。出然如此，但与理论上的要求、随风形成扬尘，污染环境。另方面，矸为了保证建筑物下采煤既具有较好的下特第18页以-16-壤监测点位和10个背景值监测点位中，土景值为评价标准，对锦州市市区主干道周Pb含最最小。壤中Pb含敏均低于我国土壤环境质量标准边土壤中Pb污染进行评价，土壤污染程3.4由于汽车尾气属于流动型污染源,(GB15618-1995)二级标准的限值。锦度为无污染-轻度污染级别。其污染程度还受到风向的影响，在主导风州市市区土壤中Pb的平均含量为S8.3.2锦州市市区主干道周边土壤中Pb向的 下风向影响区有利于尾气的稀释和扩0738mg/kg。的平均含量为58.0738mg/kg , 银杏叶片散， 而不利于铅污染的积累，但铅含量的2.2植物样品中Pb的含最中Pb的平均含量为4.7206mg/kg总体水平略高-些。采用AA320N型原子吸收分光光度法3.3交通流量及时向对市区主T道周边3.5根据富集系数-Ce/C上物，计算测定锦州市市区主干道周边及渤海大学校土壤中Pb含量分布有-定的作用，按交锦州市市区主干道周边银叶对土壤中Pb园内的植物体中Pb的含量，结果见表3。通流量各监测点位顺序为中央大街>解放的平均富集系数Ax-0.1879, Ax云飞街≥洛阳路≥士英街>市府路，明银杏对上壤中Pb并无明显富集作用。叶中Pb含量普遍较低，Pb 的平均含量为土壤中Pb含最分布也符合类似规律。但4.7206mg/kg。与表2相比较，十壤中Pb云 飞街、洛阳路.士英街交通流量相差不含量高的点位，银杏叶中Pb的含量也相人，而土壤中Pb含量却相差明显，时能参考文献应较高。.是由于怠速条件下Pb的释放有关。在所[]冯福建.王兰,虞江萍.我国铅污染的时空3.结论有监测干线中，市府路建成最晚，且交通3.1采用Muller地积指数法，采用背流量最小，故市府路周边土壤及植物休内走势[月.辽宁工程技术大学学报(自 然科学版) .2001 ,20 (6):840-843.表2土壤样品中铅含量测定结果 (mg/kg)[2)伍均,孟晓霞.李昆铅污染土壤的植物修!样品来源解放路洛阳路市府路i中央大街」士英街i云飞街复研究进展[J.土壤2005, 37():258- -264.|平均浓度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.钼矿区土壤中重金标准差T 725931 13.4151 2.2592 125956 上2.5916 I 73335 L 3.68S9属污染状况的分析与评价[I环境保护科评价结果0.S869 0.4662 10.1489 I 1.4483 T 0.2205 I 1. 1191学200,32):368-38.i污染程度无污染工无污染L无污染↓轻度污染，无污染轻度污染=[4魏复盛,陈静生.中国土壤环境背景值研究[J.环境科学.1991, 12(4): 12-19.表3植物样品中铅含量测定结果 (mg/kg)作者简介丛李奇11951-1.男，辽宁锦州人，I样品来源解放路」 洛阳路市府路中央大街土英街L云飞街背景大学本科。高级工程师.从事环境监测工!平均浓度5.3345 L 3.5373ND10.8513 i 1.81726.7827NI作，发表论文5篇。:标准差0.37130.5700，2.2622 T 0.6S21 L 0.6181》上接第16页个方面的问题，如何做到既经济又对环境能达到什么样的效果，将直接影响到煤炭有利，是我们)煤炭资源开采工作者应当考”气化开采技术的发展。与变废为宝的利用空间还有相当差距，瓦虑的一个课题。五、结束语斯抽放工作受到诸多客观因素的制约，还6煤炭地下气化.煤炭资源科学开采技术研究的方向和要继续探索更加成功的途径。煤炭地下气化是-种新型的整体开采目的在于合理开采资源、保护环境,煤炭实践表明，一旦煤层开采引起岩层移技术。它是将地下煤炭通过热化学反应就资源开采战线的工作者要在以下几个方面动，即使是渗透率很低的煤层，其渗透率地转化为可燃气体的技术， 是对传统采煤形成共识:也将增大数十倍垒数百倍，为瓦斯运移和方式的根本性变革。这种技术不仅极大地1)瓦斯是-种宝贵的可资利用的资抽放创造了条件。因此若在开采时形成采减少了井下繁重的开采工程量，降低作业,“煤与瓦斯同采”技术通过摸索实践煤和采瓦斯两个完整的系统，即形成“煤人员的危险程度，而且消除了煤炭开采对在不远的将米是以成功的。与瓦斯共采”技术，将会带来良好的经济环境的污染和煤炭燃烧对生态环境的不利2)根据岩层的组成等具体条件，研究效益。因此在开采高瓦斯煤层的同时，利影响和危害。保水采煤方法，研究充填、条带开采、离用岩层运动的特点将煤层气开采出米将是煤炭地下气化技术近年来积累了一-定层区注浆等保护地表及建筑物的开采技我国煤层气开发的一条重要途径。的经验，但由于属于新领域,遇到了一些畝术，能做到最大限度地降低开采对地表、5煤巷支护技术与减少矸石排放需解决的问题:如何提高热值和生产适合地面造成的“伤害”。采矿引起的歼石排放对环境形成影于用户的气体:如何建立起- 套行之有效3)应加快对煤炭地下气化技术的研响，而减少矸石排放的主要措施是将巷道的测控系统(重点放在燃烧位置和燃烧速究速度，研究其对地下水系环境的影响，设置在煤层内，但是岩石巷的开掘是不可度的控制技术E);如何开展对燃烧后地下.岛重地下气化 亚采技术早日取得成熟的经避免的，怎样处理阡石成为一个新的问气化炉体结构变化及地面沉降中国煤化工新、推广。题。吓石不上井就要在井下建设-一个什石.以及如何使地下煤炭气化产处理系统。如果考虑将矸石在地面处理，萃利酚不扩散.不污染和毒化iY片CNMHG变为建筑材料、充填材料等，成本肯定较如何处埋燃烧形成的大量二氧化碳对空气井下处理低，这里就出现了经济和环境两的污染等等。如何研究处理以上一些问题，-18-