1.3绿色开采技术的内容及研究方向
1.3.1煤巷支护技术与减少矸石排放
采矿引起的矸石排放对环境形成影响，而减少矸石排放的主要措施是将巷道设置在煤
层内。在以前由于煤巷围岩是大变形且不可抗拒，因此维护原理是：“大断面预留量~可缩性支架~巷旁充填”。目前推行锚杆支护，由此形成了“应力场测定~数值计算~支护设计~现场测定”完整技术以及煤巷锚杆支护理论。
矸石不上井涉及到煤巷维护问题，而且随着采深的增加，岩石巷的开掘将不可避免。因此矸石不上井就存在一个矸石井下处理系统，结果是成本如何?另一种考虑能否将矸石在地面处理，变废为宝如变为建筑材料，充填材料等，终究矸石的地面处理要比井下处理简单得多。
1.3.2建筑物下采煤与减沉技术
1)基于关键层理论的建筑物下采煤设计新原则
基于岩层控制的关键层理论提出，可将保证覆岩主关键层不破断失稳作为建筑物下采煤设计的基本原则。为了保证建筑物下采煤既具有较好的经济效益，同时又确保地面建筑物不受到损害，关键在于根据具体条件下覆岩结构与关键层特征来研究确定合理的减沉开采技术及参数。
2)离层注浆减沉技术
确定覆岩中的关键层位置，掌握其离层与破断特征参数，是注浆减沉技术应用可行性分析、钻孔布置与注浆工艺设计及减沉效果评价的基础叫。关键层初次破断前的离层区发育、离层量大，易于注浆充填;而一旦关键层初次破断后，关键层下离层量明显变小，仅为关键层初次破断前的1/3一1/4，注浆难度增加.因此，离层注浆必须在关键层临初次破断前进行.钻孔布置及最佳。
6
绿色开采技术岩层移动开采技术关键层理论保水开采煤与瓦斯共采减少矸石排放矸石充填煤层地下气化地下水流失与突水瓦斯事故地表塌陷与建筑物损坏矸石排放占用土地有害气体排放煤炭开采对环境的破坏
图1.1 煤矿绿色开采技术体系
1.3.3采空区填充开采技术
采空区充填开采技术是绿色开采技术的重要组成部分，尤其在经济发达地区解决建筑
物下开采更应受到重视.从理论上来说，充填采矿是解决煤矿开采环境问题的理想途径，但由于目前充填采矿的成本相对偏高，限制了该项技术在煤矿的试验与应用。
在市场经济条件下，充填技术的关键是充填材料的选取及如何降低成本.另外就是充填技术本身，它应该包括充填系统与开采系统的协调;充填运输系统的畅通;充填后材料的力学特性等。顺利解决上述问题将根本改变将来我国经济发达区域的开采技术。为了降低充填成本，基于岩层控制的关键层理论，提出了部分充填(条带充填)控制开采沉陷的思路：仅充填部分采空区，只要保证未充填采空区的宽度小于覆岩主关键层的初次破断跨距，且充填条带能保持长期稳定，就可有效控制地表沉陷。
7
2绿色开采技术的现状
2.1减少矸石排放与矸石充填技术 2.1.1概述
在煤矿开采过程中不可避免的产生矸石，大量的矸石排出，不仅占用大量的耕地，还污染矿区环境。目前全国历年累计堆放的煤矸石约45亿t，规模较大的矸石山有1600多座，占用土地约1.5万公顷，而且堆积量每年还以1.5～2.0亿t的速度增加。排放矸石对人类的生存环境和条件带来很大的威胁与危害。因此减少矸石的排放，把矸石变废为宝，成为绿色开采技术研究的一个方向。
2.1.3减矸开采应用实例、其优点和适应条件
兖州矿区济三煤矿采用了全煤巷开拓方式。不仅减少矸石的排放而且取得了良好的经济效益。
1）全煤巷开拓方式其优点有：初期工程量小，投产工期短，避免了岩石集中巷道，不仅减少了矸石的排放，而且由于是全煤巷降低了巷道开采的难度，使巷道掘进速度大大的提高，缩短了生产建设的工期。简化了巷道布置系统。兖州济三矿井的三条开拓大巷沿煤层倾斜方向布置，辅助运输大巷、回风大巷布置在煤层中，胶带运输大巷布置在煤层底板岩石中。辅助运输大巷、回风大巷直接与辅助顺槽、胶带顺槽沟通形成工作面通风及辅助运输系统，胶带运输大巷直接与胶带顺槽沟通形成工作面的煤流运输系统。由此可以看出，这种布置方式大大减少了岩石巷道，减少了矸石排放，实现了矿井的的减少矸石排放。
2）全煤巷开拓方式应用的条件
全煤巷开拓方式适用范围比较大。由本实例，济三煤矿井田范围大，煤层埋藏深，自东向西埋深逐渐加大(－300～－1000m )，且井田深部区域（－700 m以下）位于南阳湖下。井田东部地表为陆地，煤层埋藏浅，煤层厚度大，储量丰富，勘探程度高。由济三煤矿煤层赋存条件的可以看出全煤巷开拓方式能适应于大部分煤田，应用范围大，应该大力推广。由于全煤巷开拓，关系到巷道的支护问题，因此解决巷支护问题是实现全煤巷开拓的前提条件。由于支护技术的发展，能够是大断面煤巷在高强度的条件下使用。所以应用全煤巷开拓必须解决巷道的支护问题。
3）加大采高，全煤厚开采。这种开采方式主要是减少了分层开采时混入煤中的矸石。这种开采方式要求的机械化程度高，开采技术要求高，因此适用于年产量大，煤层赋存条件好的矿井。
8
2.1.4矸石充填技术的主要技术措施
1）矸石充填的种类
按矸石充填的位置不同分：
(1)巷道充填 巷道充填系统简单，占用设备少，但缺点是矸石充填量少，不能从根本上解决矸石污染问题;
(2)工作面充填 工作面充填系统复杂，除煤炭运输系统外，还要有排矸系统，设备占用多，但优点是矸石处理量大，且还能多出煤。
按充填量和充填范围不同分： (1)全部充填
即在煤层采出后顶板未冒落前，对所有采空区域进行充填，充填量和充填范围与采出煤量大体一致，靠采空区充填体支撑上覆岩层控制开采沉陷；
(2)局部充填
局部充填是相对全部充填而言的，其充填量和充填范围仅是采出煤量的一部分，它仅对采空区的局部或离层区或冒落区进行充填，靠覆岩关键层结构、充填体及部分煤柱共同支撑覆岩控制开采沉陷。 2）采空区条带充填技术
采空区条带充填就是在煤层采出后顶板冒落前，采用矸石材料对采空区的一部分空间进行充填，构筑相间的充填条带，靠充填条带来支撑覆岩，控制地表沉陷。
采空区条带充填技术有两种模式：其一是长壁条带充填开采模式，沿推进方向在采空区相间构筑充填条带；其二是短壁间隔条带充填开采模式（见图2.2所示），工作面布置成短壁条带开采，隔1个工作面充填1个工作面。[3]
短壁工作面（充填）短壁工作面（不充填）短壁工作面（充填）短壁工作面（不充填）短壁工作面（充填）短壁工作面（不充填）短壁工作面（充填）
图2.2 短壁间隔条带充填开采模式
3）条带开采冒落区注浆充填技术
9
条带开采技术主要用来实现建筑物下压煤开采，其主要缺点是煤炭采出率偏低，一般仅为30%～50%。条带冒落区失去承载能力并将其上部岩层的载荷转移到两侧留设的煤岩柱上。
条带开采冒落区注浆充填就是在建筑物压煤条带开采情况下，通过地面或井下钻孔向采出条带已冒落采空区的破碎矸石进行注浆充填，充填破碎矸石空隙，加固破碎岩石，使得采出条带冒落区重新起到承载作用，从而减缓覆岩移动往地表的传播;同时利用充填材料与冒落区内矸石形成的共同承载体来缩短留设条带的宽度，以达到提高资源回采率的目的。 4）长壁综采矸石充填采煤技术 充填开采示意图如图2.3
支架刮板下刮板上刮 图2.3充填开采示意图 5）矸石胶结充填技术
本充填技术中的矸石充填系统可直接利用采煤过程中的“原生”矸石或地面矸石山的废弃矸石，不需要任何的加工处理，经矸石运输系统送至工作面，由抛矸机直接充进采空区。胶结充填示意图如图2.4所示。
10