06现代采矿技术与理论101Word格式文档下载.docx
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具有如下主要特征。
1）地压大
主要表现在以下几个方面：
（1）原岩应力大。
原岩应力包括自重应力、构造应力以及赋存在岩体中的水和瓦斯对岩体的压力等。
自重应力随埋藏深度的增加而增大。
构造应力实际上是构造残余应力，由于释放困难，残余构造应力大。
地下水和瓦斯赋存在岩体中，其赋存量和压力随赋存深度增大而增大。
因而，在深矿井开采中原岩应力大。
（2）岩体塑性大。
在深矿井开采中，由于原岩应力大，主要是侧向应力的增加使岩体的塑性增大。
（3）矿山压力显现剧烈。
矿山压力显现剧烈是深矿井开采中原岩应力大和岩体塑性大的主要表现。
如围岩移动量大，移动速度快，冲击地压发生频度高，冲击能量大。
2）地温高
地温是指井下岩层的温度。
一般情况下，地温随深度增加而呈线性增加，其增高率用温度梯度（℃／hm，hm＝100m）表示。
地温决定着井下采掘工作面的环境温度，即矿井温度。
在深矿井开采中，矿井温度一般都比较高，会影响人体健康，有时甚至会远高于人体所能承受的最高温度。
3）矿井瓦斯大
（1）矿井瓦斯（绝对）涌出量大。
其原因是：
①一般情况下，煤层埋藏深，煤层瓦斯含量大。
②煤炭开采强度随采深增加而增大。
（2）瓦斯突出（煤与瓦斯突出）频度大，突出的量大。
影响瓦斯突出的因素随开采深度增加而增大。
存在的问题：
1）、矿压显现加剧，巷道维护困难
随着矿井采深的不断增加,矿井逐渐出现矿压显现强烈，巷道维护困难，地温升高和勘探困难，开采条件恶化，生产技术效果和经济效益下降等问题。
一方面,巷道断面必需加大。
另一方面,地压增大,在深部高应力作用下，围岩移动更为剧烈,巷道产生变形破坏更为严重。
在调查的超过700m的深井中，巷道矿压问题普遍严重，底臌成为常见的地压现象,特别在采准巷道中尤其严重。
失修和严重失修巷道比例增加,井深1000m时巷道失修率约是同条件下500～600m埋深巷道失修率的3～15倍,部分矿井巷道失修和严重失修率达20％以上。
深井巷道维护问题已成为整个矿井生产系统中的最薄弱环节。
2）、煤岩破坏过程强化，冲击地压危险性增加
我国发生冲击地压的深度在200～1000m,由于开采深度的增加,煤岩体应力升高,有冲击地压危险的煤层数量增加,有冲击地压的矿井逐渐增多。
发生冲击地压矿井50年代为7个,60年代为22个,目前已增加到33个。
经调查发现,冲击地压发生的次数、强度和危害程度随深度的增加日趋严重。
3）、瓦斯压力增高，煤与瓦斯突出危险严重
我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一,截止1986年,已发生突出的矿井200多个,突出次数约为12000次,约占世界发生总突出次数的1/3。
从国内外开采实践上看，矿井深部开采时瓦斯涌出量一般比较大,煤与瓦斯突出的问题已成为深部开采中不容忽视的重要问题。
经研究表明,我国煤矿煤与瓦斯突出有随采深增加而瓦斯压力增高,瓦斯涌出量增大的趋势。
4）、深热矿井增加，气候条件恶化
随着矿井向深部开采,许多国家都遇到了不同程度的热害问题。
德国、俄罗斯掘进工作面温高达50℃,部分高达60℃。
矿井气温过高严重影响人体健康,引发各种疾病,造成事故率上升,劳动生产率下降,甚至被迫停产。
我国深井热害问题相当严重,而我国热害的治理工作由于缺乏技术、资金等问题,大部分矿井热害治理仅靠通风降温、洒水降温,部分矿井采用机械制冷降温方法。
总的现状是技术落后、效果较差,应引起有关方面的高度重视。
5）、矿井生产费用升高，经济效益下降
随着采深的增加，勘探强度加大，地压、地温升高，冲击地压及煤与瓦斯突出危险增大，相应的要采取一系列措施，如增加设备，加强支护等。
同时，井下需要维修的巷道长度增加，到工作地点的距离和时间增加，提升高度大、时间长，主副井提升系统、排水系统环节增多，通风系统趋于复杂。
这些都导致煤炭生产成本增加，吨煤成本生产费用提高，经济效益迅速下降。
洁净煤（CleanCoal）一词是20世纪80年代初期美国和加拿大关于解决两国边境酸雨问题谈判的特使德鲁·
刘易斯（DrewLewis，美国）和威廉姆·
戴维斯（WilliamDavis），加拿大）提出的。
洁净煤技术英文是CleanCoalTechnology，简称CCT，其含义是：
旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。
煤炭目前约占全球能源消费量的四分之一，是仅次于石油的第二大能源，也是成本最低的发电原料之一。
从目前的发展趋势上，由于石油在地球上的储量，远远不如煤炭的储量大，世界利用石油的时间不会太长，煤炭在20年内或更短的时间内，成为第一能源。
但由于煤炭的开采和燃烧煤炭会造成严重的环境及污染问题，煤炭的形象不佳，其生产在近期会受到许多方面的限制。
为此，发达国家在近年来加快了洁净煤技术的开发和应用步伐，使煤炭的开采和利用前景变得亮丽起来。
洁净煤技术是指新一代的煤炭开采和利用方法，它能够大大降低开采带来的环境问题和废气以及其他污染物的排放量，从而将大幅度提高煤炭的经济效益和煤炭在环保方面的可接受性。
世界能源委员会的一份最新研究报告认为，对于主要煤炭消费国来说，今后几十年内，从煤炭中提取的合成气体、液体和氢将是重要的长期能源供应来源。
该项研究的负责人比基预测，到2030年，全球约72％的发电将使用洁净煤技术。
美国是煤炭生产和消费大国，其一半以上的电力来自煤炭发电。
因此，美国政府高度重视洁净煤技术的开发和应用。
布什政府上台后即承诺在10年内拨款20亿美元用于推动洁净煤技术的发展。
为此，布什政府制定了“美国洁净煤发电计划”，其目的是到2018年，使燃煤发电厂排放的硫、氮和汞减少近70％。
去年3月份，美国能源部已选定8个项目作为该计划的支持对象。
据英国最新一期《石油经济学家》杂志报道，目前西方大能源公司最感兴趣的是煤炭气化技术。
煤炭气化技术是将煤炭转化为清洁的燃气，再用于发电和其他用途。
美国一位工程咨询专家认为，煤炭气化技术特别是“集成气化联合循环”（IGCC）技术今后肯定会在美国得到广泛应用。
“集成气化联合循环”技术是把煤炭转化为燃气并经过去污设备过滤后再使用，从而提高燃气的能效并减少氮氧化物、二氧化硫和汞的排放量。
目前美国已有7个大规模的煤炭气化项目在运营之中。
美国康菲石油公司和另一家公司最近宣布将投资12亿美元在明尼苏达州建造一座531兆瓦、使用“集成气化联合循环”技术的发电厂。
有专家认为，“集成气化联合循环”技术与其他洁净煤技术相比至少有4方面的优势：
一是这是一项成熟的技术；
二是这是最清洁、产生污染最少的煤炭处理技术；
三是具有成本竞争力；
四是这是最容易获得的控制煤炭污染排放的技术。
与其他煤转电技术相比，“集成气化联合循环”技术还可以少用40％的水。
所以，洁净煤技术的研究对今后能源的使用和环境的净化有很深远的意义。
随着世界各国经济的飞速发展，普遍面临地下浅部富矿的日趋枯竭，开采深部矿产和浅部贫矿势必造成开采成本增加。
开采劳动生产率低，开采成本高以及环境保护等问题，都对传统的地下坑道和露天开采提出挑战。
所以,人类迫切需要技术含量高、低耗、高效的采矿方法来缓解这一危机。
新一代的开采方法就是利用热传递、质量交换及化学和水力学过程，把固体矿物在地下转化为液态或气态，然后再经过钻孔抽出地表，经过分选处理之后加以应用。
钻孔水力开采技术就是这类最有前景的开采技术之一，它是基于钻孔技术和水力学原理之上的一种矿产开采新方法。
有以下几个优点：
1）、钻孔水力采煤目前有井工采煤法、地面采煤法和气液脉动采煤法，这些采煤方法可分别开采0.3m以上薄煤层、近地表煤层和有突出危险煤层。
用钻孔水力采煤方法，可以把认为不属于开采储量的煤炭资源开采出来，延长煤炭为人类服务的时间。
2）、三种钻孔水力采煤方法，其中沿煤层倾斜布置的井工钻孔水力采煤方法曾在德国、苏联、日本等国进行了试采或工业开采，实践证明是可行的，必要时可进行研究和试验。
对于地面钻孔水力采煤，钻孔气液脉动采煤以及沿煤层走向布置的井工钻孔水力采煤方法国外仅进行研究和试验，在某种程度上可以开拓研究思路。
3）、钻孔水力采煤是否能取得较好的经济技术效果主要取决于煤层的物理特性和围岩的物理特性,选择适宜的煤层地质条件可以取得开采利润。
4）、煤层厚度在很大程度上可确定单孔产量和生产效率，也影响开采的经济效益。
但对于开采薄煤层特别是极薄煤层，由于可以有效地开采那些本不属开采储量的煤炭资源，应当说这是一种可行的开采方法。
对于开采中厚下限煤层在某些条件下偏薄也不失为一种可以进一步探索的开采途径。
可持续发展是产业革命以来人类社会发展反思的结果。
在上世纪，由于生产力极大提高和经济规模空前扩大，导致自然资源过渡开发与消耗，污染物质大量排放，使资源短缺环境遭污染，生态被破坏，加剧了人类与自然的矛盾，对社会经济的进一步发展和人类自身生存构成新的威胁，这样，人类必须重新审视自己的行为，探索新的发展战略。
可持续发展的定义：
“既满足当代人的需要，又不危及后代人满足其需求的发展”。
传统观是一种“工业化实现观”，以工业增长作为衡量发展的唯一标志。
片面追求国民生产总值的增长。
会造成环境急剧恶化，生活质量下降，发展最终难以持续。
可持续发展观强调环境与经济发展的协调发展，目标是保证社会具有长时期持续发展的能力。
煤炭不可再生，以其依托而形成的产业，本质上是不可持续的，但其耗竭速率，应限制在寻求可代煤炭的可再生资源或新能源的速率之内。
我国产煤、耗煤是世界第一大国，环境问题严重，传统的煤炭工业和种类煤炭利用行业对矿区环境、主要消费区环境乃至例示生态环境产生严重污染和破坏。
矿山地下开采必将导致矿层上覆岩层的应力变化，导致覆岩移动与破坏，在地表产生下沉。
露天开采会产生大量的岩土剥离量堆积，使大面积良田被侵占，也使大量的地下水遭受污染和损失。
煤炭的可持续发展尤为重要。
1）、存在的问题
我国煤炭开采的94%为井工开采，目前井工开采新带来的主要环境问题有：
（1）农田地塌陷。
井工开采平均采出万吨煤炭则塌陷土地
，我国煤矿区已累计塌陷土地约
；
（2）村庄建筑物下压煤开采。
据统计，村庄及建筑物下压煤总量达到48亿吨，其中村庄下压煤量约占65.6%。
（3）矸石占地。
据统计，我国矸石年排放量达到1.5亿吨—2.0亿吨，目前全国累计堆积达30亿吨，占用土地
。
（4）地表潜水位下降，导致井水枯干，给农田灌溉、城市用水都带来很大的困难。
（5）污染后的矿井水外排。
据统计，每年矿井排水量约为
，其中部分为酸性、高盐或高悬浮物矿井水。
（6）露天及井工开采过程中，每天均向大气中排放出大量CO2、CH4、H2S及一部分CO等气体，加重了大气的污染。
（7）、我国煤炭储量虽然丰富，但分布不均衡，西部多，东、南地区少，条件差的多，好的少，耗竭速度快，开发过度。
回采率很低。
全国30%左右。
（小矿10%～15%）
（8）、技术进步缓慢。
装备落后，管理水平低，人多、效率低，安全差。
（9）、产品结构不合理，未能实现综合开发。
人为地将以煤炭为基础的电力、炼焦、煤化工等划分出去；
不开采加工与煤伴生的其它有价值的矿物资源。
2）、考虑的因素
（1）．高效洁净开采技术。
主要目的是减少煤矿开采过程中对环境造成的污染，包括减少矸石排放开采技术，减少地表沉陷与破坏的开采技术、采动损害的综合治理技术及煤炭地下气化的开采技术。
（2）．矿区环境污染治理工程。
包括水污染控制工程、大气污染控制、固体废物处理和资源化技术、噪声和振动污染控制工程、环境监测和环境信息处理技术、环境遥感技术、环境管理技术等。
（3）．矿区土地资源保护、土地复垦以及生态重建技术
这是矿山采掘特有的环境问题。
这一研究涉及环境生态学、生态工程技术、土地复垦规划技术、机械复垦技术、生物复垦技术、土地测量和矿山测量技术、土壤调查和监测技术以及其它相关技术。
（4）．矿区地表水和地下水资源保护
这也是矿山采掘特有的环境问题。
保护矿区水资源涉及陆地水文学、环境水文地质学、地下动力学、地下水资源管理、地下水测试技术。
（5）．矿山环境地质和地质灾害防治技术
这里不包括和解决不良条件对煤炭开采生产环境的影响所需要的科学技术，更主要的是认识和解决开采引起的一系列地质环境问题的科学技术，如矿山水害、边坡稳定、山体和岩体稳定、上覆岩层移动和地面塌陷预测、三下（建筑物下、铁路下、水体下）开采引起的环境问题、水土流失等等。
（6）．矿山废物安全处置和伴生矿物资源化
这一研究方向也涉及众多学科，包括煤化学、水泥工艺学、制砖工艺学、煤矿伴生矿物学、矿物分选和加工等。
（7）．洁净煤技术
煤炭利用，包括劣质煤的就地利用，是煤炭消费区、煤矿矿区、乃至全球大气污染的主要原因之一。
洁净煤技术包括先进的选煤技术、煤的气化和液化技术、先进的煤炭燃烧技术、先进的煤炭能源转化技术、烟道气除尘技术和脱硫技术等。
3）、应该采取的措施
（1）、实行综合开发，优化产品结构，进行规模经营。
（2）、实行开采资源化管理，进行保护性开采。
（缺的煤种、缺煤地区、资源开采证。
国家要有政策、法规等）
（3）、推行煤炭清洁生产技术和清洁利用技术。
少掘岩巷、矸石不出井、瓦斯抽放、矿井水利用、煤层气开发、露天矿开采、排土、生态重建一体化技术等。
（4）、加强矿区环保，实施矿区生态环境的恢复治理。
因工业场地选择的不可变动性，对矿区的治理成为主要内容。
如矿井水的净化、土地复垦、塌陷区治理、矸石加工利用。
堆积的煤矸石会带来严重的环境问题，不仅占用大量土地，影响自然景观，而且会造成大气、土壤、水体污染，成为矿区的主要污染源。
如侵占耕地、自燃产生大量有害有毒气体的释放，给整个大气环境造成负面影响。
由于降雨等作用，进而污染水环境和土壤环境。
风蚀扬尘，进入大气环境，对大气环境造成污染。
另外，煤矸石受到降雨喷淋或长期处于浸渍状态，会发生以下反应，进而可使其中有害成分溶解进入水体、土壤，对水环境和土壤环境造成污染。
而随着环境标准的日益严格，国内外不仅对矸石的治理越来越重视，还将矸石作为某种资源进行综合利用。
根据煤矸石的热值不同、煤中含碳量不同、矸石中矿物质含量不同，可以有不同的用途，分别用于发电、产热，生产矸石砖、水泥和多孔轻骨料等建材产品，生产有机质矿物肥料及用于充填、铺路材料等。
煤炭企业把煤矸石综合利用推向产业化，是历史的必然选择，是未来的发展方向，应积极优化方案，成规模、上档次、高科技、高效益地发展。
建设大型坑口火电基地，利用丰富的煤矸石、煤泥、劣质煤等低热值燃料，实现热电联产。
生产建筑用的动土砖，全部靠从农田里挖土。
而使用工业废弃物生产新型建材，以平顶山市为例，每年会为建材生产企业免去税收8000多万元，全市出土砖厂从以前的800多家压缩到现在的217家，新型建材企业发展到80多家。
湛河水泥公司、福星建材公司等一批综合利用项目的建成，每年将17万吨煤矸石、10万吨粉煤灰，变成了数万吨水泥、30万立方米粉煤灰混凝土砌块和6000吨速凝剂。
把煤矸石粉碎制成砖坯，再用传输带把砖坯进入砖炉，不用燃料，可自燃的煤矸石砖坯引燃后迅速生成建筑用砖，自燃过程的热能又替代了煤矿要用的燃煤锅炉。
一条高科技的生产线就这样实现了变废为宝，这是山西潞安矿业集团常村煤矸石制砖厂的生产场景。
我国矿产资源一个很大的特点是共伴生矿床占有相当比例，低品位、难选冶的矿产占有一定比例，要想最大限度地提高我国矿产资源的利用效率和降低经济发展对矿产资源的消耗水平，必须依靠科技进步，必须实行开源和节流并举，以提高矿产资源的回收率和利用率，降低矿物原材料的消耗，提高矿山企业的经济效益。
据统计，我国工业固体废弃物中，矿业固体废弃物、废渣占78％以上，而其中煤矸石一项就占了18％，可见综合开发利用煤矸石是何等的重要，是刻不容缓的大事。
对于含硫量大于6％的煤矸石（尤其是洗矸），如果其中的硫是以黄铁矿的形式存在，且呈结核状或团块状则可采用洗选的方法回收其中的硫精矿。
利用上述工艺中的酸渣（其主要成分是二氧化硅）与氢氧化钠反应即可生产水玻璃。
以水玻璃和盐酸等无机酸为原料，采用沉淀法，在一定以度下完全反应即可制得白炭黑。
白炭黑主要用作工业填料。
近年来国外科学家研究发现，煤矸石中含有多种农作物生长所必需的微生物肥料成分。
为开辟煤矸石综合利用新途径。
以煤矸石和廉价的磷矿粉为原料基质，外加添加剂等，可制成煤矸石微生物肥料，这种肥料可作为主施肥应用于种植业。
这种肥料中氮、磷、钾元素含量不高，但有机质和微量元素硼、锌、钴、锰等含量丰富，大量的磷酸盐、铵盐被煤矸石保持在分子吸附状态，营养元素更易被农作物吸收，在2～3年内均有一定的肥效。
利用煤矸石的酸碱性及其中含有的多种微量元素和营养成分，可将其用于改良土壤，调节土壤的酸碱度和疏松度，并可增加土壤的肥效。
具体实施时，要查明土壤的化学成分和性质，并在其中掺入一些有机肥料。
在煤炭生产和加工过程中会产生大量的煤矸石，煤矸石山已经成为我国煤矿的一个特有标志。
煤矸石的大量堆存给矿区生态环境带来种种负面影响，如占用土地、污染环境、破坏景观等。
但煤矸石不是一种简单的废弃物，而是可以利用的资源，可以替代煤炭用于发电，或替代粘土生产建材等。
目前，我国有煤矸石山1500多座，累计堆存煤矸石34亿t以上，占地20多万亩。
随着经济规模的扩大和我国对能源需求的不断增长，煤矸石的产生量还会增加。
因此，进一步发展煤矸石综合利用具有十分重要的意义。
（1）、保护耕地，减少占地
（2）、减轻矿区大气污染和地下水污染
（3）、改变煤矿旧形象，开辟矿区新产业
（4）、促进产业转移和劳动力再就业
据不完全统计，到2000年末，我国因资源枯竭关闭报废的矿井488处，注销生产能力13990万t。
由于煤炭资源的枯竭，使矿井产量递减以至最终报废关闭，导致大量工人失业。
寻求产业转移和劳动力再就业成为衰老报废矿区的头等大事。
煤矸石综合利用则是有发展前景的接替产业之一，并已经成为许多矿区非煤产业的发展重点。
据有关部门统计，2000年国有重点煤矿综合利用多种经营总额达到582亿元；
安置人员最多时达208万人。
在煤炭企业多种经营收入超亿元的项目中，前10位全部是煤矸石发电，这足以说明其在非煤产业中的地位。
我国每年产生的煤矸石、煤泥等低热值燃料，按热量折算约为1500～1800万t标准煤。
综合利用好这些资源，相当于新增一个开滦或兖州矿区的煤炭产量。
这样，不仅促进了产业转移、劳动力再就业，甚至还会因其含有特殊成分而成为煤炭城市待开发的“金矿”。
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