采矿工程中绿色开采技术的应用

2021-11-29韩玉福

中国金属通报 2021年12期

韩玉福

（青海煤炭地质物探测量队（水工环地质勘查院），青海西宁 810000）

我国矿产资源分布较为松散，利用传统的采矿方式一方面会给环境造成破坏，另外一方面也无法高效的进行矿产资源的开发。当前，我国的采矿工作经常由于技术利用不当对周边环境造成了不可逆的影响和破坏，例如破坏了原始覆岩层结构导致水体污染，土壤结构遭到破坏，严重的可能会引起地基下陷，造成不可修复的环境问题。因此，绿色开采技术的运用势在必行，我们可以通过研究绿色开采技术推动采矿工程安全稳定的运行，提高采矿工程的实际效率，同时维护资源的可持续。

1 在采矿过程中应用绿色开采技术的重要性

伴随着工业化的发展进程，我国对能源的需求也在逐年增加。当前，煤矿企业对有限的煤矿资源进行开采的力度不断增大，一些技术较为落后的矿区在大肆挖掘的时候容易造成矿区的严重塌陷、破坏周边的水资源以及造成水土流失等现象，严重影响了矿区有序稳定的发展。在这种形势下，通过应用绿色开采技术对矿区进行工程施工，能够有效解决地表塌陷以及水土流失等问题，将绿色环保的理念落到实处。通过对绿色开采技术的应用能最大限度地保护周边的环境，确保了资源开采和环境保护之间的和谐共存，为煤矿企业长远的可持续发展战略奠定了基础[1-3]。

2 采矿工程中绿色开采技术的应用

2.1 移动式破碎钻开采技术

移动式破碎钻开采技术基本上可以视为新型绿色开采技术的领域范畴。在设备系统组成方面，主要以筛分履带式移动破碎装置与反击履带式移动破碎装置为主。另外，在一些大型系统当中也会包含履带式移动破碎装置与圆锥履带式移动破碎装置。根据现场技术反馈情况来看，露天煤矿开采人员通过合理应用移动式破碎钻开采技术，基本上可以有效减少露天煤矿开采作业期间运输汽车的参与数量，同时还可以减少粉尘污染与尾气污染问题，在很大程度上满足了生产效率与环境保护的共赢目标要求。最重要的是，露天煤矿开采作业通过合理应用移动式破碎钻开采技术，可以根据煤矿实际条件进行优化组合。或者也可以根据开采对象的不同选择不同的开采模式。结合当前应用情况来看，在开采模式的选择上可以分为一级破碎开采模式、二级破碎开采模式以及三级破碎开采模式三种。必要时，现场作业人员也可以根据实际开采情况对系统结构进行优化设计。以期可以满足对粗物料以及细物料的筛分处理。从总体上来看，移动式破碎钻开采技术不仅可以满足露天煤矿生产作业需求，同时还可以减少粉尘尾气污染以及噪音污染，生态效益与环境效益成果表现良好。

2.2 保水开采

保水开采是近些年被广泛发掘和使用的新型绿色开采技术之一，保水开采技术能够有效的减轻传统开采技术可能造成的环境风险，比如开采之后带来的地表沉降、地下水污染流失等问题。使用保水开采技术能够充分的挖掘地下矿产资源，提高工作效率，减轻了由于传统开采对环境造成的污染。保水开采技术通常会使用采煤工艺和地面灌浆工艺来保护周边的水体资源，一般来说，工作人员可以通过保水开采对于矿井用水进行科学的规划，减少对水资源的无端消耗，保证井下消防和生产用水的用水需求量。另外一方面，工作人员在选择煤泥水设备时，应当要考虑到稳定性和安全性两个要素，对于矿产资源的地面生产系统进行完善和优化，必要时可以将水资源进行重复利用，进行洗水闭路循环，采取保水开采技术，显著提高水资源的利用效率，减轻采矿过程中的水资源浪费情况。除此之外，工作人员也可以设置事故浓缩机，对于采矿过程产生的泥水进行高效处理，维护地面生产系统的和谐稳定。

2.3 采空区填补技术

从矿产资源分布情况来看，露天矿产资源存储量较少，大多数矿产资源都存在于地下，想要开采这些地下矿产资源就要搭建采矿井，让采矿设备能够深入地下采集矿产资源，在开采过程中，地下的矿产资源被掏空，进而在该区域创造出一个巨大空洞，这种由于采矿作业而形成的地下空洞被称为“采空区”，采空区的出现会造成该区域土体结构发生巨大变化，容易形成地面沉降问题。传统采矿技术框架下，针对采空区通常使用支撑或者填充的方式进行处理，而这些处理方式存在很大问题，例如会消耗大量资源、产生二次污染等。使用绿色采矿技术之后，针对开采作业所形成的采空区，依旧采用填充原理对其进行稳固，但区别在于绿色采矿技术中使用的是更为环保的填充原料，就目前绿色采矿技术发展情况而言，常用的填充技术包括两大类。第一类是胶结填充，具体填充过程中工作人员对炉灰渣、河沙或者粉煤灰等固体废料进行充分混合，再加入一定量的水使其软化，当填充料呈现出膏状形态之后，将其注入采空区，通过这种方式对采空区进行有效支撑，除了能够有效地控制地面沉降之外，这种填充技术还可以降低井底温度，使得温度过高的区域的温度能够得到有效控制，从而防止发生火灾。第二类是使用水泥填充空洞中四周裂隙，这种处理方式的优势在于灵活利用冒落带，实际工作过程中，工作人员需要对灌注时机进行精准把握，需要在矸石空隙被周围岩土结构压实之前对裂隙进行注浆喷射作业，此方法可以在短时间内将填充材料和出现裂隙的矸石胶结，从而形成覆盖层，确保填充区域稳定性的同时，还可以有效地减少表面沉降，通过这种方式减少固体废料总量，并有效缓解地面沉降。

2.4 煤与瓦斯共采技术

通常情况下，在煤炭资源开采工作中，普遍会遇到大量的瓦斯资源，而在目前所涉及到的新型能源中，瓦斯也是其中非常重要的组成部分。如今，在工业燃料、化工原料以及居民日常生活与生产中，瓦斯能源已经实现了非常广泛的应用。因此，在煤炭资源开采过程中，应该实现与瓦斯开采工作的共同进行，并实现对瓦斯资源的充分开发与利用，通过这种煤炭资源开采方式，不但可以在更大程度上提升资源的利用效率，并且在煤矿资源开采中，还能避免给瓦斯资源带来一定的浪费问题。另外，因为瓦斯也属于一种可燃性的气体，所以，通过加强对瓦斯的开采工作，可以有效减少巷道内瓦斯气体的浓度，从而防止在煤炭开采过程中出现瓦斯爆炸的现象。

2.5 采用固体废弃物的综合利用技术

我国煤矿的开采过程中通常都会有很多的矿产衍生物，这些矿产衍生物包含矿渣、煤矸石等等。这些固体废弃物通常都可以自燃，并释放出有害、有毒的气体，一定程度上对周边的环境和空气产生污染。此外，这些废弃固体还会占据大面积的土地资源。如何才能有效规避这类问题的出现？这就需要煤矿企业挖掘这些固体废弃物的价值，并运用固体废弃物的综合利用技术提取里面的资源。根据煤矿矸石山的物质组成以及地理特征，应该遵循因地制宜、整体规划进行综合治理，按步骤进行实施并合理布局。以发展的需求和周边区域的环境条件需要对煤矸石山进行改造，合理地对矸石山划的绿化景观进行规，借此创造景观的生产力以及价值，不仅可以稳定矸石山生态系统，同时还可以满足周边居民的生活休闲需求，为致力于发展矿业旅游提供良好的景观环境基础以及生态环境基础。

2.6 无煤柱开采

无煤柱开采指的是工作人员在矿产开采之前，在输送巷的底部预留出一定范围的填充带，采取这样的方式在后续的采矿工作中，工作人员可以沿着填充带输送采矿施工过程中的各种类型的废弃物，这种开采方式就不必可以预留煤柱，实现真正意义上的无煤柱开采。这一绿色开采技术的核心在于井下方类似于搅拌站的注浆填充核心设备，还应当保障注浆泵酮室保持上部位置，实现采矿填充作业的循环进行。除此之外，工作人员还应当结合注浆材料的凝固时间来对与填充带的位置进行具体的确定，确保污染物能够被及时处理。

2.7 共同开采技术

瓦斯与煤共同开采也是绿色采矿技术的一个重要组成部分，从类型上看，瓦斯属于温室气体，但是由于瓦斯经过充分燃烧不会产生有毒有害气体，因此可以将其作为一种清洁能源加以利用，与传统化石能源相比，瓦斯对于环境的污染较少。由于瓦斯具有易燃易爆的特点，如何对瓦斯进行安全开采一直都是绿色采矿技术的关键环节。在具体开采过程中，为了提升在确保瓦斯开采安全性基础上提升瓦斯开采效率，需要从三个方面入手进行优化：正式进行瓦斯开采工作时，相关工作人员需要根据实际开采环境，制定有针对性的开采计划。为了避免在后期的实际开采过程中出现安全事故，工作人员在开采作业前必须先提取煤层中的隐性瓦斯，为以后开展的瓦斯采集工作提供安全保证。经过实际研究发现，大多数采矿项目的煤层透气性均较低。为了确保瓦斯提取工作能够顺利开展，需要运用瓦斯煤炭共同开采技术，所谓煤与瓦斯联合开采技术的原理是，煤矿开采完成后，根据围岩压力降低的特点，工人应尽快在采空区开采瓦斯。很多已经废气的矿井中还储存了大量瓦斯，这是对能源的一种浪费，因此工作人员需要利用先进的开采技术对这些地下瓦斯进行收集。这里需要注意的是，工作人员需要先对废气矿井岩土裂隙分布情况进行全面勘察，并以此为基础制定适宜的瓦斯采集计划，通过这种方式顺利对废气矿井中的瓦斯能源进行采集，提升能源利用效率[4,5]。