煤矿节能减排及矿山资源综合利用

关于加快推进煤矿节能减排和资源综合利用

“一体化”进程的探讨摘要

随着煤炭资源的不断开发利用和环保的要求，加强煤矿节能减排和资源综合利用势在必然。根据国家发改委制定的《煤炭工业“十一五”发展规划》和《煤炭工业节能减排工作意见》的要求，本文主要叙述了煤矿企业在生产过程中的节能减排技术、资源的综合利用技术、以及影响我国煤矿节能减排和资源综合利用“一体化”进程的因数。

关键词：

节能减排、资源利用、开采技术、矿井“三废”、一体化

Discussionaboutspeedsupadvances"TheIntegration"processofthecoalmineenergyconservationtoreductionandthecomprehensiveutilizationofresources

ZHOUShi-lai

(MiningCollegeofGuiZhouUniversity,Guiyang550003,china)Abstract:Alongwiththedevelopmentandutilizationofcoalresourcesandenvironmentalprotectionrequest,itisnecessarytostrengthenthecoalmineenergyconservationtoreductionandthecomprehensiveutilizationofresources.Accordingtotherequestofthecoalindustry’s“EleventhFive-Year”developmentplanningandcoalmineenergyconservationtoreductionworkopinionsoftheNationalDevelopmentandReformCommission.Thispaperexpoundsthetechniqueofenergyconservationtoreduction、thecomprehensiveutilizationofresources、thefactoraffect"TheIntegration"processwhichhappenedinproductionprocessonthecoalminingenterprises.Keywords:energyconservationtoreduction;resourcesutilization;miningtechnology;threekindsofwastesinthemine;theintegration前言

煤炭工业是我国重要的基础能源产业，是中国经济可持续发展的重要能源保障，具有很重要的战略地位。目前，煤炭在世界能源消费结构中的比例约占22%左右；在我国的主要能源一次性生产和消费总量中，又分别占到76%和69%。然而，煤炭资源属于一次性不可再生能源，随着不断开发利用，资源储量会不断减少；煤炭工业又是一个重要的耗能行业，它具有机电设备多、功率大、高耗能等特点；同时，煤矿生产所带来的矿井“三废”对矿区环境造成了严重的污染，给人们生活造成了严重的影响。本着“技术上可行、经济上合理、安全可靠”的原则，实现煤炭工业节能减排，变废为宝、变害为利；加强资源的综合开发利用，使生产效益最大化，浪费和污染最小化，实现环保与经济的双赢。这就要求在煤矿生产过程中一手要抓好节能减排工作，另一手要抓好资源综合利用的工作，加快促进我国煤矿企业节能减排和矿井资源综合利用的“一体化”，这将是煤炭工业远景发展的必由之路。节能减排管理综合化利用技术效果设备更新伴（共）生矿物的利用矿井废水的利用煤层气的开发利用煤矸石的综合利用矿井噪声减排矿井粉尘减排矿井废气减排矿井废水减排煤矸石减排节水、油、材料节电技术节煤技术论文主要内容结构模式图煤矿节能减排技术资源综合利用技术影响“一体化”的因数1.煤矿的节能技术1.1节煤技术1)加大对难采煤层的开采利用

2)工业生产和生活自用煤量节煤

3)煤炭生产过程中的节煤（1）加大对难采煤层的开采利用难采煤层主要包括：薄和极薄煤层、不稳定煤层、断层和陷落柱极发育的煤层、“三软”煤层、有冲击地压危险的煤层、有煤与瓦斯突出危险性的煤层、厚层难冒坚硬顶板下的煤层、极易自燃的煤层等。根据难采煤层的具体条件和矿区当前的开采技术水平、设备和工艺现状，合理地选择一种有针对性的开采技术措施，减少煤炭损失，提高对难采煤层的开采利用率，对节煤节能都大有作为。如我国薄和极薄煤层的可采储量约为60多亿吨，约占全国煤炭储量的19%，而产量只占总产量的10%左右，这个比例还有逐步下降的趋势。我国现阶段对薄和极薄煤层的开采技术，主要采用钢丝绳煤锯、螺旋转机、刨煤机和综合机械化机组的无人工作面开采技术。例如：2003年，枣庄矿集团田陈煤矿作为全国首家薄煤层综采机组的试验开采一次获得成功，达到了国际先进水平，获得了全国煤炭系统2004年十大科技成果奖。枣庄矿集团有的矿已将煤层最低可采厚度由0.7m降到了0.5m,部分乡镇矿井已降到了0.35～0.4m,最大限度地开发利用煤炭资源。（2）工业生产和生活自用煤量节煤

节约矿井自身为了满足生产和生活的基本自用煤量，主要是指矿山工业锅炉用煤和职工生活用煤。其中锅炉是煤矿的主要能耗设备之一，节能潜力非常大。通过不断提高烧炉工的操作水平和节能意识，采用高效、清洁的新型节能锅炉会取得非常明显的节能效果；还可以充分利用劣质燃料(如煤泥、煤渣等)，这也是达到煤矿节能和提高效益的途径之一。（3）煤炭生产过程中的节煤

煤炭生产过程中的节煤主要包括：提高采区或工作面的回采率，严格禁止采肥丢瘦的现象；采区边界煤柱、工业广场煤柱、阶段煤柱、断层煤柱等留设要合理，井下一些边角煤、三角煤尽量开采利用；大力推行“三下”压煤的无煤柱开采技术，即充填采煤法；加强各生产环节“零煤”的回收，提高井下工人回收浮煤的积极性，现场浮煤清扫要干净等等。1.2节电技术1）煤炭开采技术上的节电2）矿山机电设备节电3）矿山照明节电技术

4）优化生产系统（1）煤炭开采技术上的节电

（1）煤矿开拓方式按照井筒形式划分，依次优选平硐→斜井→立井的开拓方式；在条件适合的煤矿尽量选择单层开拓、单层准备及单水平上、下山开采；对于大型矿井在条件合适时可以采用分区开拓、分区通风、分区辅助提升、集中运输的开拓系统。例如：英国的赛尔比矿、我国山东省兖矿集团的兴隆庄矿。

（2）在巷道布置上尽量简单，布置方式上尽量采用全煤巷布置，少开岩巷；对煤层倾角小于12°的煤层，尽可能采用倾斜长壁采煤法；对厚煤层可采用大采高或放顶煤采煤法。（2）矿山机电设备节电

众所周知，矿山具有机电设备多、体积庞大、功率大、高耗能等特点，做到节能节电的关键就是选择高效、节能、环保的矿用机电设备。然而我国煤矿机电设备的装备水平比较落后，有许多老矿井的装备水平还是20世纪初的产品，设备陈旧，运行效率低。因此，对煤矿机电设备进行技术改造、合理布局设计供配电系统、提高生产效率的问题的解决是迫在眉睫。主要包括：选用新型节能变压器（如S11型低能耗变压器），改造和淘汰高耗能的老式变压器；优化机电设备运行方式，如：采用变频调速技术、软启动技术、无功功率就地补偿等；抓好对矿井通风系统、排水系统、运煤提升系统、运料排矸系统等的技术改造；积极推广供电系统的信息化和自动化管理，实时监测；对煤矿企业应逐步采用集中化生产与管理，以提高矿山机电设备的负荷率，减少空载损失，降低电耗。S11型系列节能变压器（3）矿山照明节电技术

煤矿生产是一个特殊生产行业，属于全天候24小时不间断作业，使其照明具有时间长、范围广、亮度高、耗能大等特点。采用高效节能照明设备是主要的照明节能手段，如：T8或T5荧光灯及紧凑型CFL荧光灯等高效照明灯具，可在节电方面大有作为。其次，合理的照明供电线路设计、声光控制照明技术等也可达到良好的照明节能效果。同时，煤矿也可以安装太阳能、风能、生物能等新型环保照明设备。紧凑型CFL、T5/T8型节能荧光灯（4）优化生产系统

优化矿井生产系统，合理选择矿井的开拓部署形式、简化采区巷道布置、减少不必要的生产环节、提高集中化程度。努力实现全矿井“一矿一区一面”的生产模式，实行工作面集中、采区集中、水平集中、全矿井集中的“四集中化”生产与管理，达到高产高效的目标，创造良好的经济效益。1.3节水、节油、节材料（1）节水煤炭企业节约用水主要表现在工业生产用水和生活用水两部分，要严格遵循“多水循环，一水利用”的原则。生产用水主要包括：洗煤、工业锅炉、井下及地面防尘、冷却用水等；生活用水主要是矿山职工及家属为满足生活的用水量。工业生产用水经过处理后可循环使用，如：洗煤水闭路循环、工艺冷却水重复使用等；通过广泛宣传，增强了职工家属的自觉节能意识，形成“自觉节约，从我做起”的良好风气。（2）节油据统计，全国矿用乳化油、液压油、齿轮油的年用量约为1～1.1万t，乳化油使用时配成2%～3%的乳化液；煤矿井下采煤机、掘进机、转载机等设备每年要使用各类液压油为1.2万t，齿轮用油为1万t左右。为了使煤矿用油更具科学化、制度化和合理化，应加强设备耗油指标的管理、合理配油、减少设备漏油，达到降低油耗的目的。同时，减少油类的污染，积极开发新的液压传动介质来代替乳化油。（3）节材料煤矿生产过程中节约木材和钢材也是煤矿节能的内容之一，过度消耗木材、钢材，不仅造成生产成本的增加，而且也是一种能源浪费。可从以下几方面着手降低生产过程中木材、钢材的消耗：第一，改进采煤方法和采煤工艺，大力推行综合机械化采煤，特别是现在一些整合、变更的矿井；第二，不断改进井下巷道的支护方式，积极推广使用锚杆、锚喷支护，特别是地方乡镇小煤矿；第三，加强木材、钢材的管理工作，提高重复利用率；第四，积极开发新型支护设备和支护工艺的研究。如：北京建井研究所利用氧化镁和氯化镁岭土，通过多种技术途径生产出高强度、低价格、重量轻、韧性好的矿用支护制品，已在山东肥城、山西大同、河北邢台等矿务局生产一线得以广泛应用。2.煤矿的减排技术1)煤矸石减排技术2)矿井废水减排技术3)矿井废气减排技术4)矿井粉尘减排技术5)矿井噪声减排技术2.1煤矸石减排技术煤矸石是煤炭开采和洗选过程中的固体废弃物的总称，它主要包括井下岩石巷道掘进时产生的掘进矸石，采煤过程中从顶板、底板和岩石夹层中采出的矸石，以及洗煤厂产生过程中排出的洗选矸石等。我国每年生产原煤1.2Gt左右，矸石排放量一般为原煤产量的8%～20%，平均约为12%。据不完全统计，全国煤炭行业规模较大的矸石山约有1600多座，总堆积矸石量约45亿t，占地面积约1.5万公顷，而且随着煤炭的开采，平均每年还以1.5亿t～2.0亿t的速度在增加。矸石山煤矸石减排的技术措施（1）矸石不出井、就地消化处理的开采技术例如：可采用宽巷掘进工艺，将掘出的矸石就地堆砌在宽巷的一侧或两侧，作为巷旁支护；在井下一些永久性煤柱内开掘专用硐室或巷道储矸；用作充填物来直接充填采空区、废弃的巷道或硐室；作为沿空留巷的巷旁支护材料等。（2）减少井下矸石开掘量的开采技术例如：简化矿井开拓及井下巷道布置系统，多掘煤巷、少掘岩巷，尽量采用全煤巷布置；当实行单层开拓或单层准备时，大力推行单巷布置；条件合适的矿井，积极采用倾斜长壁采煤法，充填法开采技术；严格控制巷道断面的掘进量，减少超挖超掘；加强顶板管理，减少采掘工作面矸石的掺入量等。

（3）充分利用自然条件划分矿井和采区

这样既减少了煤炭损失和降低开采技术上的难度，同时也降低了矸石的产生量。2.2矿井废水减排技术矿井废水是伴随煤炭开采而产生的地表渗透水、岩溶水、矿坑水、地下含水层的疏放水以及生产、防尘用水等组成。据有关资料统计，我国国有重点煤矿每年外排矿井废水超过20亿m³，平均吨煤排水量约4m³左右；目前我国每洗1t原煤外排约0.8～1m³废水；而煤矿附属企业(如机修厂、矿灯厂、焦化厂等)在生产过程中年排废水量达2000～3000万m³之间。废水污染矿井废水减排技术措施(1)做好矿井水文地质工作根据矿井充水的水源条件，既矿体及围岩空隙的地下水、地表水、老窑积水和大气降水，认真弄清矿区范围内含水层的富水情况，地下水的径流条件，矿井水的补给水源和隔水层的情况；做好矿井前期的涌水探测，对生产矿井应做好防、排、疏、截、堵的治理方针，合理选择排水设备。（2）积极推行保水开采技术井下开采遇到强含水层时，如顶板层压水，应尽可能采用充填法、条带式采煤法、房柱式开采法等特殊开采方法，来保护顶板层压水不受采动影响；当煤层底板有强含水层时，巷道布置应该尽量避开含水层，保持一定的距离；当矿区地表有河流、湖泊和水库时，应该采用留煤柱法开采或特殊开采法。（3）老窑积水、裂隙渗水当井下开采遇到老窑或采空区积水、塌陷坑裂隙水时，除了留足够的保护煤柱外，还要及时充填、及时疏通管道排水；在巷道掘进和煤炭开采时，必须坚持做到“有疑必探，先探后掘”的原则，防止透水事故的发生。2.3矿井废气减排技术煤矿废气主要包括采矿废气、燃煤废气、自燃废气，其主要成分是甲烷（CH4），还有大量的CO、NO、NO2、CO2和H2S等有害气体。据统计，我国每年从矿井开采中排放甲烷约70亿m³～90亿m³，约占世界甲烷总排放量的30%，除5%左右集中回收利用外，其余全部排放到大气中。经换算，每回收5亿m³的纯煤层气，就可以节约236万t标准煤炭，相当于一个年生产能力为300万t的矿井，可以节省建井投资近10亿元人民币。而且瓦斯是属于温室气体成分，也是导致煤矿重大安全事故的根源，号称煤矿“第一杀手”。废气的污染（1）采矿废气的减排采矿废气是指由井下采矿活动所排出的废气，包括：井下瓦斯、爆破、人员呼吸、煤岩氧化、坑木腐烂等产生的气体总称。按照规程的规定，对于新建或改扩建的高瓦斯及煤与瓦斯突出矿井应实行煤与瓦斯共采技术，必须建立瓦斯抽放系统，并严格执行“先抽后采”的原则；当地质条件合适的矿井，可以实行煤的地下气化，直接开采煤层气。减少爆破作业，采、掘工作面尽可能采用机械化作业方式；优化爆破钻孔参数，严格控制药量，减少由炸药爆破产生的废气；大力推行水泡泥或在泡泥中加入石灰或其他碱性物，以降低爆破时产生的有害气体；条件合适的矿井，也可以采用水力采煤。（2）燃煤废气的减排燃煤废气是指矿山锅炉和民用炉灶燃煤产生的废气。据资料显示，我国国有重点煤矿现有锅炉近万台，每年排入大气中的废气超过1700亿m³，烟尘和二氧化硫排放总量均在30万t以上。通过选用新型节能环保锅炉设备是有效的减少煤矿锅炉房烟尘产生的途径，例如：99陶管除尘器和湿式WTS型脱硫器。（3）自燃废气的减排自燃废气是指煤和煤矸石发生自燃过程中产生的废气。加强自燃煤层的自燃发火期的监测，对煤层自燃倾向性较大的采空区实施预防性的灌浆或喷洒阻燃剂；加强井下电气设备的管理工作，严防由电气设备或人为的井下火灾事故的发生；地面堆放的矸石若有自燃性，应采取加强通风、定期洒水或矸石分地堆放等措施。2.4矿井粉尘减排技术矿尘（又名粉尘），是指在建设和生产过程中所产生的各种岩矿微粒的总称。煤矿粉尘主要有岩尘和煤尘，其危害性非常大，能污染工作场所，危害人体健康，岩尘中含大量SiO2可诱发夕肺病；加速机械的磨损，缩短精密仪器的使用寿命；降低工作场所的能见度，使工伤事故增加；煤尘在一定的条件下还可以发生爆炸，造成严重灾害事故。粉尘污染矿井粉尘减排技术（1）湿式作业主要包括湿式凿岩、湿式钻眼、洒水防尘、喷雾降尘、煤体注水、水泡泥和水封爆破。湿式作业是矿井防尘的一项重要措施，具有简单易行，费用小，效果好等特点。（2）开采技术措施采煤机采用高压喷雾或高压水辅助切割降尘技术；掘进面采用内外喷雾相结合的方法降低掘进机切割部的产尘量和蔓延到巷道中的悬浮粉尘；在煤炭破碎及装卸点喷雾洒水，减少粉尘的生成量；综采面液压支架放顶煤时，尽量选择低位放顶，并在放煤口喷雾洒水等。（3）其他措施加强通风、净化风流、泡沫除尘、声波雾化降尘等综合措施，比如在巷道中设置净化水幕，以及安装湿式旋流除尘风机；井下局部粉尘较大的地点，可以采用密闭抽尘方式；加强个人防护措施。2.5矿井噪声减排技术在煤矿在生产过程中，会产生工业生产噪声、交通运输噪声、建筑施工噪声和社会生活噪声等，其中工业生产噪声是矿区减少噪声污染的主体。据我国华北一些煤矿调查，70%以上的设备运行噪声大于90dB(A)，25%左右的设备运行噪声在100～130dB(A)之间，如：通风机、空气压缩机、采煤机、凿岩机和选煤厂的跳汰机、破碎机、振动机等等。煤矿噪声污染具有强度大、声压高、声源多、时间长等特点，严重影响了人的睡眠和精神状态，降低矿井噪声污染的措施很多，根据声波在空气中的传播的性质，分为声源处、声波传播途径中、耳朵处，可以分别采取相应措施。例如：优选低噪声机电设备、设立隔声墙、佩戴耳塞等。3.资源综合利用1)煤矸石的利用2）煤层气开发利用3）矿井废水综合利用4）煤系伴（共）生矿物利用3.1煤矸石的利用（1）煤矸石的现状煤矸石是在煤矿建设、生产及洗选加工过程中所排放的各种固体废弃物的总称，主要成分是硅和铝，其中氧化铝的平均含量为约15％～30％。目前，煤矿的排矸量约占煤炭开采量的8%～20%，平均约为12%。据不完全统计，全国煤炭行业规模较大的矸石山约有1600多座，总堆积矸石量约45亿t，占地面积约1.5万公顷，而且随着煤炭的开采，平均每年还以1.5亿t～2.0亿t的速度在增加。根据国家发改委制定的煤炭行业发展“十一五”规划，节能减排目标中，预计到2010年，煤矸石综合利用量3.9亿t以上，利用率达到70%以上。（2）煤矸石的危害性大量煤矸石不断堆积形成矸石山，不仅直接占压土地资源，而且煤矸石中含有如铅、汞、砷、铬等微量有毒重金属元素，当堆放的煤矸石山经雨水淋蚀后，严重污染周围的土地和水体，使原有土地失去利用价值。矸石山堆积达到一定量后，当温度达到燃点时会自燃，产生大量的有毒有害气体和烟尘，如CO、CO2、SO2、H2S、NO等气体，对矿区环境造成严重污染。当煤矸石堆放不合理时，会诱发一些地质灾害，如：矸石山的塌陷、崩塌、滑坡、地震等灾害，特别是在暴雨季节，易发生泥石流滑坡，造成严重的经济损失和人员伤亡事故。煤矸石的防治工作应遵循：“以防为主，防治结合”的原则。（3）煤矸石综合利用①利用煤矸石发电我国利用煤矸石发电已经形成一定的规模，全国矸石电厂装机容量已发展到500万kW，每年利用矸石发电消耗的煤矸石总量约为4500万t，占到煤矸石综合利用量的60％左右。煤矸石电厂主要利用热值在6.53～8.37MJ／kg之间的洗矸和掘进矸石。目前，煤炭系统矸石发电多采用流化床燃烧技术，采用最多的是35t／h和75t／h的循环流化床锅炉，单机容量在13.5万kW以上。如：江西丰城矿务局矸石发电厂拥有4台35t／h沸腾炉，3台6000kW的汽轮发电机组，仅两年时间，就燃用煤矸石33．2万t，共发电1.14亿kWh，创产值4425万元，上交利税900多万元。可见，矸石发电不仅消耗大量的煤矸石，而且可以节约大量的煤炭资源，缓解煤电