煤炭开采
煤炭利用与开采技术
是一种黑色、像岩石的物质。在距今3亿年前的古生代石炭纪,气候潮湿温和,大量植物腐败分解沉落于沼泽,形成泥煤,随着时间、压力、温度、地层变迁及地球变化的影响,形成煤。煤有三种主要类型:褐煤、烟煤、无烟煤。除了木材以外,煤是人类最古老的燃料。
我国西汉已经正式用煤炼铁,河南等地的煤田已经开始开采。对采煤技术有较详细记载的书是《天工开物》。书中曾说:“凡取煤经久者,从土面能辨有无之色。然后挖掘。深至五丈许,方始得煤。初见煤端时,毒气灼人。有将巨竹凿去中节,尖锐其末,插入炭中,其毒烟从竹中透上,人从其下施攫拾取者。或一井而下,炭纵横广有,则随其左右阔取。其上支板以防压崩耳”。可见我国自古已有了较科学的掘井采煤与排除煤层中瓦斯的技术。
煤的开采有两种主要方法:露天开采和地下开采。在煤层接近地表的.地方,可用剥离覆盖层的方法,露天开采。露天煤矿可用大型机械开采,产量高、成本低。煤层埋藏较深的地方只有用地下开采法,传统的地下开采有三种方法:竖井开采、斜井和横井开采。
人工挖掘采煤方式已经落后,现在地下开采大多使用机械。传统的开采法是将开采坑道支撑起来,然后挖掘、钻孔、爆破、装载,最后将煤运到地上。还有一种连续开采法,是用机械不断地挖掘和钻孔,再用其它机械将煤输出坑道。这种方式每分种大约可生产12吨煤。
采出的煤还要经过品质分析、分选大小、清洗、破碎等过程。煤的处理方式根据用途而定。
在20世纪初,英国领导着全世界的采煤业。1913年,英国煤的年产量达l亿吨之多。随后,德国、波兰也跟了上来。第二次世界大战后,美国开始大量输出廉价煤。但随着石油的大量开采,煤发日渐被取而代之。但70年代由于出现了中东石油危机,煤又重新引起人们的注意。今天在世界上所使用伪能源有三分之一是从煤而来。目前,全世界煤藏量仍很丰富,若以现代化的方法开采,这种既可靠又经济的能源可供应世界能源需求的一半以上。许多国家在研究提高煤的利用技术,其中把煤进行气化和液化是发展现代煤炭利用技术的重点。
采煤方法种类很多,目前世界主要产煤国家使用的采e5a48de588b6e799bee5baa6e997aee7ad9431333264643733煤方法,总的划分为壁式和柱式两大类。
壁式采煤法的特点:是煤壁较长、工作面的两端巷道分别做为入风和回风、运煤和运料用,采出的煤炭平行于煤壁方向运出工作面,我国多采用壁式采煤法开采煤层。
柱式采煤法的特点:是煤壁短呈方柱形,同时开采的工作面数较多,采出的煤炭垂直于工作面方向运出。
我国当前常用的采煤方法主要有:
1、走向长壁采煤法:长壁工作面沿走向推进的采煤方法。
2、倾斜长壁采煤法:长壁工作面沿倾斜推进的采煤方法
3、倾斜分层采煤法:厚煤层沿倾斜面划分分层的采煤方法。
4、长壁放顶煤采煤法:开采6米以上缓斜后缓斜厚煤层时,先采出煤层底部长壁工作面的煤,随即放采上部顶煤的采煤方法。
5、掩护支架采煤法:在急斜煤层,沿走向布置采煤工作面,用掩护支架将采空区和工作空间隔开,向俯斜推进的采煤方法。
6、伪倾斜柔性掩护支架采煤法:在急斜煤层中,伪倾斜布置采煤工作面,用柔性掩护支架将采空区和工作空间隔开沿走向推进的采煤方法。
7、倒台阶采煤方法:在急斜煤层的阶段或区段内,布置下部超前的台阶形工作面,并沿走向推进的采煤方法。
8、正台阶采煤法:在急斜煤层的阶段或区段内,沿伪斜方向布置成上部超前的台阶形工作面,并沿走向推进的采煤方法。
9、水平分层采煤法:急斜厚煤层沿水平面划分分层的采煤方法。
10、斜切分层采煤法:急斜厚煤层中沿与水平面成25度至30度的斜面划分分层的采煤方法。
11、房柱式采煤法:沿巷道每隔一定距离先采煤房直至边界,再后退采出煤房之间煤柱的采煤方法。
12、房式采煤法:沿巷道每隔一定距离开采煤房,在煤房之间保留煤柱以支撑顶板的采煤方法。
13、仓储采煤法:急斜煤层中将落采的煤
暂存于已采空间中,待仓房内的煤体采完后,再依次放出存煤的采煤方法。
北美最大的地底采矿区,每年出产超过两千万吨煤炭。在这个庞大的矿区里,每天都有200多名矿工在地理作业。为了确保矿场的24小时持续运作,他们分白班和夜班,白班工作八小时后进行交班,晚班人员进入升降机前往200米深的地底。他们抵达矿井底部后,还需要坐上矿坑小火车,行驶八公里的路程才能到达采矿区。半小时后,矿工们抵达煤层开采区,就可以开始进行采煤作业。
第一、首先是用这部大型连续采煤机,靠着一个五米长的切割滚筒专用煤层开挖出长长的矿坑通道。采煤机每次往前开挖几米就必须要暂停,然后用气动支撑气撑住坑底。挖矿还会产生高爆性的煤尘,它会附着在刚挖开的岩石表面只要一点火星就会引起爆炸,为了降煤尘封住,矿工会不停的在岩壁上喷洒盐粉,同时还要避免高爆性的沼气浓度过高,如果没有及时排除沼气,也会有可能发生爆炸。
第二、接着就是轮到这不长壁式采煤机来踩没了,它的切削刃长达三米,每分钟能从煤层消夏50吨煤矿,这相当于每秒开采一吨的煤,足以供应一个普通家庭近三个月的用电量。而这个四米高的煤层蕴藏了300万吨的煤矿。但煤矿开采是个危险的工作,最大的危险来自坑顶与支架,他们很不稳定,矿工们需要随时留意,确保不会被掉落的东西砸到。机器用超大的液压挡板来防止矿顶坍塌,每次机器前进,挡板也会跟着移动。接下来这些混合岩石的煤矿通过输送带被快速送至地面上的选煤厂来除去煤矿中的岩石、泥土以及杂志,这部分占了原物料的30%,每天输送带会送来10万吨的煤矿,他们被直接送进选煤厂,为了确保能顺利处理这些煤矿。
第三、首先用水清洗掉煤矿上的泥土,再移到大小进行分级。为了分离煤炭和石头,接着将物料倒进大型浮选槽。由于石头比煤炭中,石头会沉到水底,而煤炭则会浮在表面,此时煤炭都是湿漉漉的,所以需要把它们倒入脱水机中。这个工业脱水机高速旋转煤炭,直到列出掉多余的水分为止。这些水会流入一个大水槽,再过滤掉杂质后会当做泥浆废液排放。然后,工厂会把不同尺寸的煤炭重新放在一起,将它们压碎成相近的大小后,再倒入大型储煤斗。接着运煤火车会停在储煤斗下方,空管工人开启槽管,让下面每一个车厢都装满六吨的煤炭。满载的运煤火车可以将1万多吨煤炭运送至北美各地的发电站。采煤一直以来是全球最危险的工作之一,矿工们必须冒着弟弟坑道塌方、爆炸以及毒气的风险才能挖出这一宝贵资源。虽然如今采矿比以往安全,但仍具有相当大的危险性。
沉陷、裂缝,都将破坏土地资源和植物资源,影响土地耕作和植被生长,改变地貌并引发景
观生态的变化。
开采沉陷造成中国东部平原矿区土地大面积积水受淹或盐渍化,使西部矿区
水土流失和土地荒漠化加剧。采煤塌陷还会引起山地、丘陵发生山体滑落或泥石流,并危及
地面建筑物、水体及交通线路安全。
据调查,中国因采矿直接破坏的森林面积累计达106万
公顷,破坏草地面积为26.3万ha,全国累计占用土地约586万ha,破坏土地约157万ha
,且每年仍以4万ha的速度递增,而矿区土地复垦率仅为10%。另据测算,中国每采万吨煤
,平均塌陷土地0.2ha;在村庄稠密的平原矿区,每采出1000万t煤需迁移约2000人。
煤炭开采破坏地下水资源,加剧缺水地区的供水紧张。中国是世界上人均占有水资源量较低的国家,且水资源分布极不平衡。从含煤地区分布看,富煤地区往往也是贫水地区。据调查,全国96个国有重点矿区中,缺水矿区占71%,其中严重缺水矿区占40%。
随着煤炭开采强度和延伸速度的不断加大提高,矿区地下水位大面积下降,使缺水矿区供水更为紧张,以致影响当地居民的生产和生活。另一方面,大量地下水资源因煤系地层破坏而渗漏矿井并
被排出,这些矿井水被净化利用的不足20%,对矿区周边环境形成新的污染。
据统计,中国煤矿每年产生的各种废污水约占全国总废污水量的25%。2000年,全国煤矿的废污水排放量
达到27.5亿t,其中,矿井水23亿t,工业废水3.5亿t,洗煤废水5000万t,其它废水450
0万t。
煤炭开采导致废气排放,危害大气环境。因煤炭开采形成的废气主要指矿井瓦斯和地
面矸石山自燃施放的气体。矿井瓦斯中的主要成分甲烷是一种重要的温室气体,其温室效应
为CO2的21倍。据统计中国每年从矿井开采中排放甲烷70~90亿m?3,约占世界甲烷总
排放量的30%,除5%左右的集中回收利用外,其余全部排放到大气中。
矿区地面矸石山自燃
施放出大量含SO2、CO2
、CO等有毒有害气体,严重污染大气环境并直接损害周围居民的身体健康
。煤矸石产出量很大,其排放量约占煤矿原煤产量的15%~20%。据不完全统计,中国国有煤矿现有矸石山1500余座,历年堆积量达30亿t,占地5000ha。另据1994年的矿山环境调查,
淮河以北半干旱地区的1072座矸石山中,有464座发生过自燃,自燃率达43.3%。
我国是煤炭大国,远远算不上强国,但却是最大的煤炭消费国。2019年中国煤炭探明可开采储量1432亿吨,全球排名第四,我国煤炭资源总量丰富,但我国人均占有量极低。中国人均煤炭占有量是234.4吨,美国是1045吨,世界平均是312.7吨(可开采量不等于储量)。
2019年全球煤炭总产量为81.29亿吨,中国煤炭产量占全球总产量的47.3%,中国煤炭消费量占全球总消费量的51.7%。生产了世界煤炭总产量的一半,也消耗了总消费的一半,煤炭是不可再生的能源,并非取之不尽。
长期以来,我国开发煤炭资源过程存在采富弃贫现象,特别是部分小煤矿乱采乱掘,严重破坏了资源赋存状况,造成的资源浪费惊人。有数据显示,1980年至2000年间,煤炭资源浪费就高达280亿吨。记者同时从部分兼并重组后的小煤矿了解到,其过度生产现象仍在持续,并未彻底淘汰落后产能。