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煤矿

是人类在富含煤炭的矿区开采煤炭资源的区域,一般分为井工煤矿和露天煤矿。当煤层离地表远时,一般选择向地下开掘巷道采掘煤炭,此为井工煤矿。当煤层距地表的距离很近时,一般选择直接剥离地表土层挖掘煤炭,此为露天煤矿。我国绝大部分煤矿属于井工煤矿。煤矿范围包括地上地下以及相关设施的很大区域。煤矿是人类在开掘富含有煤炭的地质层时所挖掘的合理空间,通常包括巷道、井硐和采掘面等等。煤是最主要的固体燃料,是可燃性有机岩的一种。它是由一定地质年代生长的繁茂植物,在适宜的地质环境中,逐渐堆积成厚层,并埋没在水底或泥沙中,经过漫长地质年代的天然煤化作用而形成的。在世界上各地质时期中,以石炭纪二叠纪侏罗纪第三纪的地层中产煤最多,是重要的成煤时代。煤的含碳量一般为46~97-,呈褐色至黑色,具有暗淡至金属光泽。根据煤化程度的不同,煤可分为泥炭褐煤烟煤无烟煤四类。 [1]

早在新石器时代,人类便有使用煤的记录。煤炭的主要用途是作为燃料。

美国最早的商业煤矿位于维吉尼亚州Midlothian,1748年开始开采。

煤炭成为18世纪工业革命中的主要能量来源,蒸汽火车、蒸汽船等开始成为工业国家中的主要交通运输工具。同时炼钢业也需要大量的煤矿。城市的照明、暖气和烹调等也需要使用煤气。英国在18世纪末发明了许多地下采煤的科技,从此采煤进入了大规模商业开采的时代。挖煤的机器约在1880年代左右发明;在那之前,采矿需要以人工用铲子或十字镐挖掘。到了1912年,蒸汽挖土机科技方面的进步使得露天开采变得可能。

煤炭在18世纪至1950年代是西方国家的主要工业和运输能量来源。另一方面,石油的开采技术在20世纪初得到很大的发展,在美国、中东和印尼发现了大规模油田。石油作为燃料的优点多于煤炭。石油及其附属品在1950年代以后开始成为主要的燃料,很快的蒸汽机被内燃机所取代。至20世纪末,煤炭在家庭、工业和运输上很大的一部分被石油、天然气、核能或可再生能源等所取代。

自1890年开始,采煤也开始成为政治和社会上的争议来源。使用童工、剥削矿工、恶劣的工作环境等使得工会开始形成,社会主义思想开始兴起。另外,机器的大量使用也造成许多矿工失业,造成许多社会问题。环境标准的限制、西部大规模露天矿场的开采等,使得美国的地下采煤业在1970年代后急剧衰退。1914年最盛期时,美国有18万名无烟煤矿工,到1970年只剩6千名。沥青的工作从1923年70.5万人的巅峰,下降到1970年的14万人及2003年的7万人。矿工联合会(UMW)的活跃会员也由1980年的16万人减少到2005年的1.6万人。1973年与1979年的两次石油危机使得各国政府开始寻找替代能源。在开发核能风力、太阳能等新能源的同时,煤炭的重要性也再度受到重视。

不过,自1970年代开始,环保意识抬头,人们开始注意包括景观破坏、空气污染与其他燃烧煤炭所可能产生的问题等。和其他化石燃料比较,燃烧煤炭比石油或天然气产生更多的二氧化碳、二氧化硫及氧化亚氮温室气体,并可能是造成全球暖化及酸雨等问题的主要原因之一。

煤炭仍是重要的能源,因为其经济的价格和丰富的储藏量,特别是用于发电。煤炭在中国是最重要的能源,2005年中国约有80-的能源来自于燃煤。2007年中国首度成为了煤炭进口国。

根据有关部门统计,截至2015年底,全国煤矿总规模为57亿吨。在57亿吨的产能规模中,正常生产及改造的煤矿39亿吨,停产煤矿3.08亿吨,新建改扩建煤矿14.96亿吨,其中约8亿吨属于未经核准的违规项目。

煤矿是人类在开掘富含有煤炭的地质层时所挖掘的合理空间,通常包括巷道、井硐和采掘面等等。煤是最主要的固体燃料,是可燃性有机岩的一种。它是由一定地质年代生长的繁茂植物,在适宜的地质环境中,逐渐堆积成厚层,并埋没在水底或泥沙中,经过漫长地质年代的天然煤化作用而形成的。在世界上各地质时期中,以石炭纪二叠纪侏罗纪第三纪的地层中产煤最多,是重要的成煤时代。煤的含碳量一般为46~97-,呈褐色至黑色,具有暗淡至金属光泽。根据煤化程度的不同,煤可分为泥炭褐煤烟煤无烟煤四类。

在中国煤炭开采必须依法开采,证照齐全有效。贯彻“安全第一、预防为主、综合治理”的安全生产方针。

当煤层接近地表时,使用露天开采的方式较为经济。煤层上方的土称为表土。在尚未开发的表土带中埋设炸药,接着使用挖泥机、挖土机、卡车等设备移除表土。这些表土则被填入之前已开采的矿坑中。表土移除后,煤层将会暴露出来;这时将煤块钻碎或炸碎,使用卡车将煤炭运往选煤厂做进一步处理。露天开采的方式可比地下开采的方式获得较大比率的煤矿,因为较多的矿区被利用。露天开采煤矿可以覆盖数平方公里的面积。世界约40-的煤矿生产使用露天开采方式。

大部分煤层均远离地表,因此无法使用露天开采的方式。地下开采占世界煤矿生产的60-。在矿坑,通常使用房柱法在煤层中推进,梁柱用来支持矿坑。共有四种主要的地下开采法:

长壁开采长约300米以上的采掘面。一台精密的采煤机在煤层巷道中左右移动。松动的煤炭掉入刮板输送机中,并移出工作面。

连续开采利用一台有碳化钨钻头的机器从煤层中刮下煤炭。在“房柱法"系统中操作在一系列约10米的房间区域中工作。

爆破开采传统的开采方式。使用炸药打碎煤层,将煤块收集放在矿车或运输带中。

短壁开采使用连续开采的机器。类似长壁开采有着可移动的坑顶支撑。

煤矿在超过50个国家中商业开采。世界一年(2006年估计)约生产53亿7000万公吨的硬煤。世界上大部分国家都有煤矿储藏。以生产量与消费量比值,已探明的煤矿储藏量估计可再使用147年。

采煤方法种类很多,世界主要产煤国家使用的采煤方法,总的划分为壁式和柱式两大类。这两种不同类型的采煤方法,无论从采煤系统,还是回采工艺都有很大的区别。

根据不同的矿山地质及技术条件,可有不同的采煤系统与采煤工艺相配合,从而构成多种多样的采煤方法。如在不同的地质及技术条件下,可以采用长壁采煤法、柱式采煤法或其他采煤法,而长壁与柱式采煤法在采煤系统与采煤工艺方面差别很大。由此可以认为:采煤方法就是采煤工艺和回采巷道布置两部分组成。

壁式采煤法的特点是煤壁较长、工作面的两端巷道分别作为入风和回风、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。

保水采煤理念绘制了我国第一幅控制生态水位采煤方法规划图,也将成为我国今后指导西北缺水区实现煤炭开采与生态环境协调发展的重要科学依据。

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。

采煤系统,掘进系统,机电系统运输系统,通风系统,排水系统,简称“采掘机运通”+排水系统。另外,我国将在全国煤矿建立完善监测监控、人员定位、紧急避险、压风自救、供水施救和通信联络等井下安全避险六大系统

顶板灾害是煤矿最常见、最容易发生的事故。在煤矿五大灾害(煤尘、水、火、瓦斯、顶板)中,无论是发生次数,还是死亡人数,顶板事故都居煤矿各类事故之首。随着工作面的开采,煤层上面的顶板岩层失去 了支撑,原来的压力平衡遭到破坏,煤层顶板在上覆岩层压力的作用下,发生变形、破坏。如果我们支护不及时或支护强度不够,很容易使工作面的顶板岩层发生断裂和冒落,造成人员伤亡和财产及设备的损失,这就是我们所说的冒顶事故。

煤层中经常伴随瓦斯(甲烷等)的存在。瓦斯容易引起爆炸事故。因此在封闭的空间工作时,需要经常监测瓦斯浓度。若气体中有一定浓度的粉尘,也有可能因为火星引起爆炸。粉尘体积细小,但表面的相对比例大。若周围空气中有充足的氧,对于燃烧反应便会非常敏感。

瓦斯本身对人体无害,但有时伴随着一氧化碳等有毒气体。若大量的瓦斯一次喷出,通常煤气爆炸的可能性也迅速增加。

煤矿事故中最坏的情况。与一般的火灾不同,周围有许多可燃物(煤)大量存在。若坑道被热及烟堵住出口,同时发生缺的情况,通常会造成重大的伤亡。

在水底 (海底、湖泊或水库附近) 的矿区坍塌时发生的事故,是比坑内火灾更糟糕的情况,几乎没有生还的可能。大量洪水在很快的时间内将坑道吞没,造成全体工作人员死亡。通常生还者无法救援、遗体无法回收,坑道也同样被放弃。在承压水上采煤和小煤窑破坏区复采,也有可能发生突水、透水事故。井下突水和小煤窑透水事故远多于水体下采煤透水事故。

煤矿事故频发,主要与瓦斯治理不好有关,气囊式快速密闭是唐山开滦煤矿安全专家刘炽纶的专利技术,对于巷道通风、防止瓦斯爆炸、防止火灾有很大作用。

慢性肺部疾病,如尘肺病曾经在矿工中非常普遍,导致预期寿命减少。在一些采矿国家,尘肺病仍非常普遍;在美国一年约有4,000个黑肺病例(其中约1,500人为前矿工),中国则每年约有10,000个新病例。

采煤对环境造成多种冲击。露天煤矿让土地无法再使用。洗煤厂所产生的酸性矿山排水可能渗入河流中,造成生态污染或人体健康的不良影响。煤炭开采带来的环境污染和生态破坏问题日益突出,主要表现:

由于在煤炭开采过程中矿井水大量外排,导致地下水位下降,引起地面水下跌。

由于煤矿井下水大量外抽,矿井上底承载能力下降,加上大部分小窑煤井在开采过程中,没有采取预留煤柱等预防措施,有的小窑煤井甚至对国有煤矿预留煤柱肆意采挖、破坏,导致地层错动,地表下沉。

矿井废水中悬浮物等污染物浓度较高,特别是流经含硫铁矿煤层的矿井水,酸性很大。据南坑镇水仔边一带矿区的矿井废水抽样检测,其悬浮物浓度平均值为280毫克/升,化学耗氧量浓度平均值为530毫克/升,硫酸根离子浓度高达2500毫克/升,最低PH值仅为2.7。这类矿井废水如不经处理就外排,将严重污染地面水体,淤塞河道和农田渠道,造成土壤板结,对农作物影响很大。

煤矿排出的煤矸石一般都就近堆放。随着堆存量的不断增加,堆场的占地面积也逐年扩大。煤矸石经风化、雨蚀、自燃后,其表面的风化层物质在风力作用下进人大气,严重污染大气环境。

煤炭开采需要大量木材,按万吨煤炭产量平均消耗坑木150立方米计算。

全市仅煤炭开采业一年就需消耗木材约10万立方米,如此大的木材缺口迫使煤矿多渠道收购木材,客观上助长了乱砍滥伐,使育伐比例失调。同时,由于地下水位下降,地表含水层含水量减少,也使植被生长受到影响。

煤炭有相当一部分靠汽车运输,撒漏现象非常严重,大量煤炭流失,使街道煤尘飞扬

为有效防治煤炭开采过程中产生的环境污染和生态破坏,使煤矿矿区的生态环境逐步步入良性循环的发展轨道,提出以下对策建议:

一、加强矿井废水和区域环境综合治理

(一)对现有废水治理设施进行改造。对已老化、坏损的废水治理设施、设备进行修复、改造,确保矿井废水长期、稳定达标排放。

(二)对部分废弃矿井外排的废水进行治理。部分煤矿虽然停止了采煤,但仍有矿井废水(俗称老窿水)外排。主要是部分煤矿的采煤巷道间接相通,矿井废水全部从标高最低的井口外排,并将原有老巷道岩石断层和风化层中硫铁矿中的铁离子等浸取出来,导致废水中铁离子和硫酸根离子的浓度很高,严重污染水体环境。所以,对部分废弃矿井外排的废水必须进行治理,修建沉淀池,井投加石灰等药剂,经中和、反应、沉淀处理后,再达标外排。

(三)对部分环境污染和生态破坏严重的区域进行综合治理。一是对淤塞的河道进行清淤疏浚、护岸;二是做好水保工程,一般应在矿区地面径流汇入点建设污水沉淀处理池等。

二、搞好煤矸石的综合利用

我市综合利用煤矸石的主要途径是发电和制砖,年利用量约65万吨,但与堆存量相比,可以说利用量很小,且利用途径单一。必须努力探索综合利用煤矸石的新途径,以尽可能短的时限内“消灭”煤矸石山。可采取的措施是:

(一)提高煤矸石发电的综合利用量;(二)利用煤矸石代替粘土制砖;(三)利用煤矸石回填处置:1、煤矸石回填采矿区;2、煤矸石做工程填筑材料。

三、做好矿区植被恢复和矸石堆场的覆土植被工作

(一)实施封山育林,采取植草、人工造林和疏林补方式,提高地表涵养水源、保持水土的能力。

(二)对短期内暂无法消化的煤矸石,制定切实可行被保护规划、方案和措施。宜林则林,宜草则草,努好煤矸石堆场的覆土植被保护工作。

美国宾夕法尼亚州森特勒利亚(Centralia)的地下矿坑火灾自1962年以来持续焚烧超过40年,造成地下水蒸发,地层下陷。由于矿脉延伸了整个城镇,使得地面经常出现裂缝冒出火苗。当地人口亦从极盛时期的2000人减少到2007年的9人。

综上所述,自然资源的开发利用是社会经济发展的物质基础。煤炭资源是一种有限的、非再生的自然矿产资源,随开采利用而逐渐减少,直至耗竭殆尽,从长远看是不能持续利用的。不可再生的矿产资源的开发利用可持续发展观应该是既要注重资源利用率你,达到资源优化配置,不能以造成资源的大量破坏为代价来实现矿产资源的开发;又要注重资源开发利用过程中的经济效益、社会效益及生态环境效益,处理好房前发展与未来发展的关系,走资源开发、环境协调、持续发展的道路。

山西省大同阳泉太原吕梁长治晋城忻州朔州临汾

黑龙江省双鸭山鸡西鹤岗七台河密山

山东省济宁枣庄泰安龙口菏泽

内蒙古鄂尔多斯乌海呼伦贝尔锡林郭勒阿拉善盟

陕西省榆林铜川神木

辽宁省阜新抚顺调兵山

宁夏回族自治区宁东

江苏省徐州

四川省攀枝花

贵州省六盘水

安徽省淮北淮南蒙城、涡阳

河南省平顶山 郑州焦作许昌三门峡永城

河北省:开滦、峰峰井陉邯郸张家口

新疆维吾尔自治区准东、吐哈、库拜伊犁

甘肃省窑街靖远华亭

云南省曲靖昭通文山保山开远丽江

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