绿色开采的理念与技术框架PPT.ppt

1、,绿色开采的理念 与技术框架,1,PPT学习交流,汇报提纲,采矿引起的安全与环境问题 绿色开采的理念与内涵 绿色开采的技术框架,2,PPT学习交流,1、采矿引起的安全与环境问题,3,PPT学习交流,煤炭开采引起的一系列安全和环境问题都与采动岩层破断与运动有关。,开采沉陷,4,PPT学习交流,应力场变化 裂隙场变化 开采沉陷,采矿引起的安全与环境问题,煤层开采,顶板事故与冲击矿压 突水事故 瓦斯事故,安全问题,环境问题,破坏土地资源 破坏地下水资源 排放瓦斯污染大气,5,PPT学习交流,2005年煤矿事故统计 事故起数 死亡人数 总计 3341 5986 顶板 1768 1995 瓦斯 405

2、2157 突水 104 593 顶板+瓦斯+突水 的死亡人数占总数的79.3%,6,PPT学习交流,采煤对环境的影响统计 平均每采万吨原煤造成塌陷土地0.2公顷，每年新增塌陷地约2万公顷。以山西省为例，至2005年煤炭地下采空面积达1500Km2（占全省面积的1%）。 以山西为例，采煤破坏地下水4.2亿m3/a 瓦斯（CH4）是比CO2还严重的温室气体，同时瓦斯又是最好的清洁能源。煤矿每年向大气排放瓦斯70-190亿m3,7,PPT学习交流,应力场变化 裂隙场变化 开采沉陷,采矿引起的安全与环境问题,煤层开采,顶板事故与冲击矿压 突水事故 瓦斯事故,安全问题,环境问题,破坏土地资源 破坏地下水

3、资源 排放瓦斯污染大气,8,PPT学习交流,2、绿色开采的理念与内涵,9,PPT学习交流,煤矿绿色开采的理念,绿色开采 =（安全 + 环保）开采,10,PPT学习交流,煤矿绿色开采的内涵,煤矿绿色开采以及相应的绿色开采技术,在基本概念上是从广义资源的角度上来认识和对待煤、瓦斯、水、土地等一切可以利用的各种资源；基本出发点是从开采的角度防止或尽可能减轻开采煤炭引起的安全问题及对环境和其他资源的不良影响；目标是取得最佳的安全效益、环境效益和社会效益。,11,PPT学习交流,煤矿绿色开采的特点之一,从广义资源的角度论，在矿区范围内的煤炭；地下水；煤层内所涵的瓦斯；土地以至于煤矸石以及在煤层附近的其他

4、矿床都应该是经营这个矿区的开发对象而加以利用。,12,PPT学习交流,矿井瓦斯定义：矿井中主要由甲烷为主的有害气体。-煤层气 瓦斯抽放-煤层气开采（抽采） 矿井水文地质类型：根据矿井水文地质条件、涌水量、水害情况和防治水难易程度，类型。,13,PPT学习交流,煤矿绿色开采的特点之二,从开采的角度采取措施，从源头消除或减少采矿对环境的破坏；而不是先破坏后治理。因而，矸石的井上处理与土地复垦是属于环境治理问题，而不属于绿色开采问题。,14,PPT学习交流,煤矿绿色开采的特点之三,开采引起环境与主要安全问题的发生都 与开采后造成的岩层运动有关（岩体不 破坏上述问题都不会发生），因而，绿 色开采的重大

5、基础理论为： 1）采矿后岩层内的“节理裂隙场”分布 以及离层规律； 2）开采对岩层与地表移动的影响规律,15,PPT学习交流,3）水与瓦斯在裂隙岩体中的渗流规律； 4）岩体应力场分布规律及岩层控制技术 岩层控制的关键层理论，为煤矿绿色开 采技术的发展提供了理论基础。 因而，一定程度上绿色开采技术可叫做“基于岩层控制的绿色开采技术”。,16,PPT学习交流,关键层的概念,我们发现，对采动岩体运动起主要控制作用的仅为某一层或某几层，这些对覆岩活动全部或局部起控制作用的岩层称为关键层。 关键层在采动覆岩中的作用，上可影响至地表，下可影响至采场和支架，内部影响到采动裂隙的分布和流体的运移，因而它一定程

6、度上可作为采场矿压、岩层移动及地表沉陷、采动岩体内的流体运移研究统一的基础。,关键层在岩体运动中的控制作用,17,PPT学习交流,关键层判别软件与实例,18,PPT学习交流,采动覆岩关键层结构运动与裂隙演化示意图,19,PPT学习交流,3、绿色开采的技术框架,20,PPT学习交流,煤炭开采,岩层移动,排放矸石,地下水流失与突水事故,瓦斯卸压流动、瓦斯事故与排放瓦斯污染环境,地表塌陷、土地与建筑物损害,占用土地污染环境,保水 开采,煤与瓦斯 共采,条带开采充填开采,矸石不出井与煤巷支护,煤炭地下气化,绿色开采,关键层理论,21,PPT学习交流,绿色开采技术体系之,减沉开采技术 条带开采 充填开采

7、,22,PPT学习交流,覆岩移动的动态过程,关键层运动对开采沉陷的影响,23,PPT学习交流,关键层对地表下沉的控制作用,实验及实测研究结果都证明，主关键层对地表移动过程起控制作用，主关键层的破断将导致地表快速下沉，地表下沉速度随主关键层周期性破断而呈现跳跃性变化。,24,PPT学习交流,Fig.1 the observation scheme about rock strata movement and surface subsidence of face 70310 in YangQuan Colliery 1st,25,PPT学习交流,Fig.2 the subsidence veloc

8、ity curve of the primary key stratum and the corresponding surface,6.0,23.3,26,PPT学习交流,3.1 The research of numerical simulation,Table 1 the characteristics and mechanics parameters of strata in the numerical model,Cut,Fig.3 the numerical simulation scheme about the influence of the primary key strat

9、um on the surface subsidence,27,PPT学习交流,Fig.4 the surface subsidence velocity curve in the numerical simulation,28,PPT学习交流,Fig.5 the subsidence speed curve of a surface point away from starting cut 96m,29,PPT学习交流,Table 2 surface draw angles respond to diverse mining width,30,PPT学习交流,PKS,SKS,Surface,

10、Fig.6 the variety of surface movement boundary respond to the break process of PKS (subsidence boundary 10mm),31,PPT学习交流,3.2 The research of physical simulation,Plain-stress model : 5m3m0.3m Geometry similar ratio : 1:50,32,PPT学习交流,33,PPT学习交流,34,PPT学习交流,煤系地层示意图,采深增加意味： 覆岩关键层层数增多；主关键层位置的改变,35,PPT学习交流

11、,(a) 淮北矿区某矿,淮北某矿覆岩关键层随采深增大的变化,36,PPT学习交流,(a) 淮北矿区某矿,(b) 徐州矿区某矿,徐州某矿覆岩关键层随采深增大的变化,37,PPT学习交流,深部与浅部计算模型示意,38,PPT学习交流,深部、浅部各采宽对应的地表移动变形最大值,39,PPT学习交流,关键层理论指导建筑物下采煤的原则,关键层理论为进一步完善建筑物下开采设计提供了理论指导，原则为：判别上覆岩层中的主关键层位置，在对主关键层破断特征进行研究的基础上，通过合理设计条带开采（房柱开采）、覆岩离层注浆、采空区充填等技术手段来保证覆岩主关键层不破断并保持长期稳定。,40,PPT学习交流,地表,主关

12、键层,煤层,煤柱或充填体,煤柱或充填体,表土层,“条带煤柱-上覆岩层-主关键层”承载结构示意图,41,PPT学习交流,Partial mining method,a-pillar width b-excavation width,42,PPT学习交流,partial mining method,surface,Primary key stratum,43,PPT学习交流,Partial Mining under City,44,PPT学习交流,Photo 1 of the buildings above the partial mining gob,45,PPT学习交流,Photo 2 of

13、the buildings above the partial mining gob,46,PPT学习交流,Partial mining under Railway,47,PPT学习交流,Partial Mining under Villages,48,PPT学习交流,长壁充填开采技术,49,PPT学习交流,充填开采的经济核算曲线,50,PPT学习交流,某矿区1990-2001年采煤沉陷土地赔偿费,51,PPT学习交流,某矿区1990-2001年采煤村庄搬迁费,52,PPT学习交流,某矿区采煤沉陷土地赔偿费与充填成本对比,53,PPT学习交流,某矿区村庄搬迁费与充填采煤成本对比,54,PPT学

14、习交流,降低充填成本的主要途径 降低充填材料的成本 采用部分充填,55,PPT学习交流,部分充填开采技术,采空区条带充填 条带冒落区注浆充填 离层区分区隔离充填,56,PPT学习交流,采空区条带充填,Primary key stratum,surface,Backfilled body,57,PPT学习交流,（b）Shortwall alternately partial filling,The two modes partial filling,（a）Longwall partial filling,58,PPT学习交流,条带冒落区注浆充填,59,PPT学习交流,离层区分区隔离充填,60,P

15、PT学习交流,Filling bodys The primary key stratum Permanent isolated pillars,surface soil,All of them constitute the load-carrying body.,The isolated section-grouting technology in bed separation space,61,PPT学习交流,海孜矿巨厚火成岩沿5-6勘探线剖面图,62,PPT学习交流,传统开采模式,矸石山,火成岩下形成离层区,火成岩大面积破断并波及地表,采煤,污染环境,冲击地压,村庄搬迁,突水事故,五大关键

16、问题,占用耕地,63,PPT学习交流,绿色开采模式,消除了大规模动压,矸石山,火成岩下形成的离层区,减缓了地表下沉,采煤,污染环境,冲击地压,村庄搬迁,突水事故,五大关键问题,充填,问题得到解决,占用耕地,实 现 绿 色 开 采,64,PPT学习交流,绿色开采技术体系之,煤与瓦斯共采技术,65,PPT学习交流,我国煤储层普遍具有变质程度高、渗透率低、压力小和含气饱和度低的特点。 我国70%煤层渗透率110-3m2 (阳泉3煤为0.0375 10-3m2 、淮北8煤为0.0075 10-3m2、抚顺煤田为（0.5 3.8）10-3m2、美国SanJuan煤田为（5 15 ）10-3m2 、Bla

17、ckWarrier煤田为（1 25 ）10-3m2 ） 我国已钻的200多口采前地面煤层气井中，稳产高产井很少，单井产量超3000m3/d的也只有约30口。(SanJuan煤田(14 28) 106m3/d）,66,PPT学习交流,鉴于我国煤层瓦斯的透气性普遍偏低，因而充分利用采煤过程中岩体移动破坏对煤层瓦斯透气性的增大作用，并根据采动岩体裂隙分布规律优化瓦斯抽采方案、提高瓦斯抽采率，在煤层开采时形成采煤和采气两个完整的系统，即形成“煤与瓦斯共采”技术，则不仅有益矿井的安全，而且采出的还是洁净能源。,67,PPT学习交流,煤与瓦斯共采技术体系,68,PPT学习交流,发现了采动裂隙动态分布的“O

18、”形圈规律,69,PPT学习交流,煤与煤层气共采的“O”形圈理论,“O”形圈相当于一条“瓦斯河”，周围煤岩体中的瓦斯解析后通过渗流不断地汇集到这条“瓦斯河”中。因此，卸压瓦斯抽放钻孔应打到采动裂隙“O”形圈内，以保证钻孔连续抽采、较高的瓦斯抽采率。 “O”形圈抽放理论，在一些矿区（如淮北、阳泉、淮南）的卸压瓦斯抽放中对钻孔布置起到指导作用。,70,PPT学习交流,桃园矿地面瓦斯抽放钻井位置平面示意图,71,PPT学习交流,桃园地面斯抽放站照片抽放瓦斯点火照片,72,PPT学习交流,关键层运动对瓦斯卸压运移的影响,关键层运动影响邻近层瓦斯动态涌出 主关键层位置影响下解放层最大卸压高度 关键层运动影响卸压瓦斯抽采钻孔破坏,73,PPT学习交流,阳泉15煤综放面初采