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摘要：煤矿开发建设前基本与矿区周边环境是和谐的，随着近几年的开采，强烈的人为活动使得周边的环境发生了巨大变化，煤矿污染也成了重要污染源和危险源之一，笔者就对煤矿开采技术作出了浅谈。
关键词：煤矿 优化开采 依据 原理
1 提出优化开采依据
在我国，目前多数煤矿企业中有很多弊病，诸多因素制约了煤矿企业的长远发展，制约因素主要包括原材料消耗和环境污染比较严重、经济效益不高、缺乏科技含量、从业人员素质较差、缺乏人力资源优势等。所以，根据煤矿发展的历史及其现状，要在资源节约和环境友好的新的发展趋势下对煤炭工业发展模式重新做规划。
当前我国能源利用一种有效的发展模式就是循环经济，经济活动将组织成为一个有序、高效的“利用资源优化发展—循环再生”的闭合型物质及能源循环的反馈流程，煤炭工业生产也能维持“低能耗、低物耗、无污染、高效率”的良性循环，煤炭企业与自然环境能够达到良性发展的目的，把对自然环境的不利影响尽量降至最低，和以往煤炭企业的发展模式相比，该模式做了很大程度的改进，有效防止了“两高一低”（高消耗、高污染、低效能）问题的出现，促进了企业发展和自然环境的可持续发展。对煤矿企业而言就是要推行“优化开采”的发展模式，促进“可持续发展”战略的实施。
煤炭大量开采带来的环境问题具体表现在下列几点：①占用、破坏土地资源。这种破坏作用具体表现在地表塌陷及矸石山压占方面；②严重污染水资源。开采煤炭资源时，人为疏干排水及采动形成的导水裂隙含水层地下水资源，使破坏程度更为严重；③为尽量避免煤炭开采对环境带来的破坏，应该制定相应的保护措施，以促进煤炭企业不断“优化开采技术”。
2 优化开采含义与技术关键
资源的定义在科技发达的今天变得更为宽泛：煤矸石、煤层气（瓦斯）、煤炭地下水及其它矿床等都将成为可利用的有效资源。
煤矿优化开采技术使煤炭资源具备了更多可开发和利用的价值，包括进行煤炭开采时另外多种能源资源的开发和利用。防止或尽可能减轻煤炭开采对环境和其他资源带来的不利影响，而且始终以和社会效益及经济效益的最大化为奋斗目标。
而优化开采的技术重点在于：①大力发展地面的瓦斯抽放，达到“煤与瓦斯共开发”的目的；②煤层地下气化技术；③煤层巷道精细化技术应用和矸石利用技术；④保护建筑和土地，达到“三下采煤”无影响的目标，而且制定相應的保护措施，如充填开采及离层注浆等技术；⑤保护水资源，推行“保水开采”技术。
3 优化开采技术原理
煤炭开采引起的岩层错位运动对环境及安全带来了不利影响。所以，必须以动煤岩层节理裂隙场分布规律作为“优化开采技术”的基础理论。采动引起上覆煤岩层与地表移动规律。瓦斯渗流规律。煤岩体应力场分布规律和岩层控制技术等。
4 优化开采主要内容
影响地下水的分布。一般的煤层赋存深度约为300m，含水层较丰富，煤层开采后上覆岩层出现破断现象，采空区区域内的地下水会构成下降漏斗，地下水随之发生渗漏，上覆岩层的软弱岩层的存在与否决定着地下水位的恢复情况，重新压实后造成裂隙闭合而构成隔水层。如果可以构成隔水层，则地下水下降漏斗会因为大气降水的持续供给而逐渐消失。按照具体的观测情况来分析，含水层水位下降现象和由于煤炭开采造成的导水裂隙通道有紧密的联系，所以，封闭导水裂隙是维持地下水位的一个关键性的措施。近几年，为达到民用水及工业用水的需求，煤矿除净化抽出地面的井下水作为工业用水外，当地民用水及煤矿用水只能从远处通过管子引水来缓解水资源匮乏的压力。所以，为了使地下水资源不受到破坏，通过保水开采技术可以逐步解决地下水位下降的问题。
同时，水位下降也会影响到地表生物根系，这就需要更深入研究。此外，优化开采及利用的原则也适用于底板承压水的防治。
三下采煤与减沉技术。按照煤炭开采关键层理论，为使岩层变动情况得到有效控制，确保安全进行三下采煤，优化开采技术及相关措施应该运用到采煤设计上，严防煤岩失稳造成顶板的下沉变形。为了达到在不破坏水资源和建筑物等的前提下追求经济效益的最大化，重点是根据上覆岩地质情况与关键层的特点运用适宜的减沉开采技术及参数。
离层注浆减沉技术也具有一定的实用性，上覆岩中的关键煤岩层位置的确定，对离层和破裂断开的参数、特点的了解，确保注浆减沉技术合理可靠，运用注浆工艺，科学的安排钻孔位置。关键层初次破断前离层区发育、离层量大，便于注浆充填，而一旦关键层初次断裂断开后，关键层下离层量快速减小，和关键层初次破断相比，其只占1/3~1/4，加大了注浆难度。所以，一定要在关键层临初次破裂断开前进行离层注浆。
此外，在优化开采技术中采空区充填开采属关键技术之一。通过充填采空区的方法能使由煤矿开采产生环境状况得到改善，但是成本投入较大，而且充填开采的方式尚未广泛应用于平顶山地区。该方法的重点是成本投入及选择充填材料。还要注意充填技术是否经济可行，比如开采、充填两个系统是否协调一致；确保充填运输系统的畅通和材料力学的特征等，若想运用充填开采技术，使地表沉陷问题得到解决，首先要妥善处理以上问题将。
煤与瓦斯共开发。我国煤层煤质变质程度高，为焦煤，有渗透率低和含气泡合度高等特点，这对开展煤层瓦斯采前欲抽3个月的要求是相符的，因此，在我矿已回采的丁组、己组、戊组部分工作面，等工作面采空区预埋管道抽排瓦斯，其浓度和抽放量则较高且时间比较长，实践表明，煤层开采一旦引起煤岩层移位破碎，即使是渗透率很低的煤层气，渗透率也将增大几十倍至几百倍为瓦斯分子在煤岩层中移动和加大抽放量创造了条件。因此，若在开采时形成采煤和采瓦斯两个完整系统，即形成“煤与瓦斯共开发”技术。近几年我矿煤层气开采利用瓦斯发电有效的促进了煤矿安全生产和经济效益的提高。在平顶山我矿率先对煤与瓦斯预抽开发利用发电应用，是成功的一个范例。
煤巷精细支护与矸石利用。煤炭开采等采矿技术生产很多矸石，但将矸石输送到到地面进行处理很容易破坏地面环境。所以若使矸石生产量得到控制，尽量在煤层中设置巷道是重点。大力推广应用锚杆支护，实施精细化管理，形成应力场研究计算机一级煤巷锚杆支护理论，如沿空巷道维护方式与采动后岩体内应力重新分布及特殊层破裂断开和形成的结构密切相关，其会对选择的支护参数产生不利影响。矸石不出井与煤巷的维护有关，同时随着矿井的延伸及深度的增加，就必须进行岩石巷开掘（如水平运输石门延伸和井巷向深部延伸），而且不得不将矸石输送至地面。但是，可以采取措施，将矸石变废为宝，使其用于建筑材料、充填材料、或利用矸石发电等方面。我矿的顶矸石砖厂就为企业创造了一定的价值，是成功的范例。
煤炭汽化与液化。煤炭地下气化及其液化处理技术属一种整体优化开采技术。地下煤炭通过化学能和生物能的作用发生热化学反应，煤炭在原位就能转变成可流动液体和可燃气体，然后通过管道将转化后的气体和液体输送到地面被利用。该措施可减少工程，非精工开采，避免污染，从而有效防止危害的产生。目前，国内已有十多年的煤炭地下气化处理技术的研究历史和相关经验，这就为将来煤炭地下气化与液化技术的研发和运用奠定了牢固的基础，预计在20年后投入使用。
5 结束语
优化开采属于一项新的煤炭开采工艺，将来会成为我国煤炭行业一个主要的发展趋势。经济、清洁、可持续也会逐步成为煤矿企业的发展方向。综合研究和开发地下水、煤矸和瓦斯等资源；按照实际状况，适时采用离层注浆和充填开采等技术措施，同时研发煤炭地下液化和气化等技术，达到环境、经济和社会效益协调发展的目标。
关键词：煤矿 优化开采 依据 原理
1 提出优化开采依据
在我国，目前多数煤矿企业中有很多弊病，诸多因素制约了煤矿企业的长远发展，制约因素主要包括原材料消耗和环境污染比较严重、经济效益不高、缺乏科技含量、从业人员素质较差、缺乏人力资源优势等。所以，根据煤矿发展的历史及其现状，要在资源节约和环境友好的新的发展趋势下对煤炭工业发展模式重新做规划。
当前我国能源利用一种有效的发展模式就是循环经济，经济活动将组织成为一个有序、高效的“利用资源优化发展—循环再生”的闭合型物质及能源循环的反馈流程，煤炭工业生产也能维持“低能耗、低物耗、无污染、高效率”的良性循环，煤炭企业与自然环境能够达到良性发展的目的，把对自然环境的不利影响尽量降至最低，和以往煤炭企业的发展模式相比，该模式做了很大程度的改进，有效防止了“两高一低”（高消耗、高污染、低效能）问题的出现，促进了企业发展和自然环境的可持续发展。对煤矿企业而言就是要推行“优化开采”的发展模式，促进“可持续发展”战略的实施。
煤炭大量开采带来的环境问题具体表现在下列几点：①占用、破坏土地资源。这种破坏作用具体表现在地表塌陷及矸石山压占方面；②严重污染水资源。开采煤炭资源时，人为疏干排水及采动形成的导水裂隙含水层地下水资源，使破坏程度更为严重；③为尽量避免煤炭开采对环境带来的破坏，应该制定相应的保护措施，以促进煤炭企业不断“优化开采技术”。
2 优化开采含义与技术关键
资源的定义在科技发达的今天变得更为宽泛：煤矸石、煤层气（瓦斯）、煤炭地下水及其它矿床等都将成为可利用的有效资源。
煤矿优化开采技术使煤炭资源具备了更多可开发和利用的价值，包括进行煤炭开采时另外多种能源资源的开发和利用。防止或尽可能减轻煤炭开采对环境和其他资源带来的不利影响，而且始终以和社会效益及经济效益的最大化为奋斗目标。
而优化开采的技术重点在于：①大力发展地面的瓦斯抽放，达到“煤与瓦斯共开发”的目的；②煤层地下气化技术；③煤层巷道精细化技术应用和矸石利用技术；④保护建筑和土地，达到“三下采煤”无影响的目标，而且制定相應的保护措施，如充填开采及离层注浆等技术；⑤保护水资源，推行“保水开采”技术。
3 优化开采技术原理
煤炭开采引起的岩层错位运动对环境及安全带来了不利影响。所以，必须以动煤岩层节理裂隙场分布规律作为“优化开采技术”的基础理论。采动引起上覆煤岩层与地表移动规律。瓦斯渗流规律。煤岩体应力场分布规律和岩层控制技术等。
4 优化开采主要内容
影响地下水的分布。一般的煤层赋存深度约为300m，含水层较丰富，煤层开采后上覆岩层出现破断现象，采空区区域内的地下水会构成下降漏斗，地下水随之发生渗漏，上覆岩层的软弱岩层的存在与否决定着地下水位的恢复情况，重新压实后造成裂隙闭合而构成隔水层。如果可以构成隔水层，则地下水下降漏斗会因为大气降水的持续供给而逐渐消失。按照具体的观测情况来分析，含水层水位下降现象和由于煤炭开采造成的导水裂隙通道有紧密的联系，所以，封闭导水裂隙是维持地下水位的一个关键性的措施。近几年，为达到民用水及工业用水的需求，煤矿除净化抽出地面的井下水作为工业用水外，当地民用水及煤矿用水只能从远处通过管子引水来缓解水资源匮乏的压力。所以，为了使地下水资源不受到破坏，通过保水开采技术可以逐步解决地下水位下降的问题。
同时，水位下降也会影响到地表生物根系，这就需要更深入研究。此外，优化开采及利用的原则也适用于底板承压水的防治。
三下采煤与减沉技术。按照煤炭开采关键层理论，为使岩层变动情况得到有效控制，确保安全进行三下采煤，优化开采技术及相关措施应该运用到采煤设计上，严防煤岩失稳造成顶板的下沉变形。为了达到在不破坏水资源和建筑物等的前提下追求经济效益的最大化，重点是根据上覆岩地质情况与关键层的特点运用适宜的减沉开采技术及参数。
离层注浆减沉技术也具有一定的实用性，上覆岩中的关键煤岩层位置的确定，对离层和破裂断开的参数、特点的了解，确保注浆减沉技术合理可靠，运用注浆工艺，科学的安排钻孔位置。关键层初次破断前离层区发育、离层量大，便于注浆充填，而一旦关键层初次断裂断开后，关键层下离层量快速减小，和关键层初次破断相比，其只占1/3~1/4，加大了注浆难度。所以，一定要在关键层临初次破裂断开前进行离层注浆。
此外，在优化开采技术中采空区充填开采属关键技术之一。通过充填采空区的方法能使由煤矿开采产生环境状况得到改善，但是成本投入较大，而且充填开采的方式尚未广泛应用于平顶山地区。该方法的重点是成本投入及选择充填材料。还要注意充填技术是否经济可行，比如开采、充填两个系统是否协调一致；确保充填运输系统的畅通和材料力学的特征等，若想运用充填开采技术，使地表沉陷问题得到解决，首先要妥善处理以上问题将。
煤与瓦斯共开发。我国煤层煤质变质程度高，为焦煤，有渗透率低和含气泡合度高等特点，这对开展煤层瓦斯采前欲抽3个月的要求是相符的，因此，在我矿已回采的丁组、己组、戊组部分工作面，等工作面采空区预埋管道抽排瓦斯，其浓度和抽放量则较高且时间比较长，实践表明，煤层开采一旦引起煤岩层移位破碎，即使是渗透率很低的煤层气，渗透率也将增大几十倍至几百倍为瓦斯分子在煤岩层中移动和加大抽放量创造了条件。因此，若在开采时形成采煤和采瓦斯两个完整系统，即形成“煤与瓦斯共开发”技术。近几年我矿煤层气开采利用瓦斯发电有效的促进了煤矿安全生产和经济效益的提高。在平顶山我矿率先对煤与瓦斯预抽开发利用发电应用，是成功的一个范例。
煤巷精细支护与矸石利用。煤炭开采等采矿技术生产很多矸石，但将矸石输送到到地面进行处理很容易破坏地面环境。所以若使矸石生产量得到控制，尽量在煤层中设置巷道是重点。大力推广应用锚杆支护，实施精细化管理，形成应力场研究计算机一级煤巷锚杆支护理论，如沿空巷道维护方式与采动后岩体内应力重新分布及特殊层破裂断开和形成的结构密切相关，其会对选择的支护参数产生不利影响。矸石不出井与煤巷的维护有关，同时随着矿井的延伸及深度的增加，就必须进行岩石巷开掘（如水平运输石门延伸和井巷向深部延伸），而且不得不将矸石输送至地面。但是，可以采取措施，将矸石变废为宝，使其用于建筑材料、充填材料、或利用矸石发电等方面。我矿的顶矸石砖厂就为企业创造了一定的价值，是成功的范例。
煤炭汽化与液化。煤炭地下气化及其液化处理技术属一种整体优化开采技术。地下煤炭通过化学能和生物能的作用发生热化学反应，煤炭在原位就能转变成可流动液体和可燃气体，然后通过管道将转化后的气体和液体输送到地面被利用。该措施可减少工程，非精工开采，避免污染，从而有效防止危害的产生。目前，国内已有十多年的煤炭地下气化处理技术的研究历史和相关经验，这就为将来煤炭地下气化与液化技术的研发和运用奠定了牢固的基础，预计在20年后投入使用。
5 结束语
优化开采属于一项新的煤炭开采工艺，将来会成为我国煤炭行业一个主要的发展趋势。经济、清洁、可持续也会逐步成为煤矿企业的发展方向。综合研究和开发地下水、煤矸和瓦斯等资源；按照实际状况，适时采用离层注浆和充填开采等技术措施，同时研发煤炭地下液化和气化等技术，达到环境、经济和社会效益协调发展的目标。