亭南煤矿融合绿色开采技术的研究与应用
李浩龙 杨洋
绿色开采理念是在科学采矿三原则（安全、环保和经济）的指导下提出的，强调在现有采煤理论、方法和技术的基础上，发展与创新采矿科学技术，其基本出发点是防止或尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响，以期取得最佳的经济效益和社会效益。
瓦斯抽放的研究现状
瓦斯利用的前景非常广泛，目前较成熟的利用方法有：制造工业炭黑、甲醛等产品；作为生活燃气和工业燃料；用于瓦斯发电等等。特别是瓦斯发电既得到了大量的电能，又可以将发电机尾气产生的大量余热进行回收利用，既保证了矿井安全生产又将瓦斯作为资源开发利用，变废为宝，保护环境。结合以上原因，亭南煤矿将抽采的瓦斯利用发电技术进行发电，采用24台（目前已建12台）500GF1-3RW型低浓度瓦斯发电机组进行发电，并配套低浓度瓦斯细水雾输送系统、变配电系统及其他辅助生产系统。
亭南煤矿投资2.19亿元建设地面瓦斯抽采及综合利用发电站，主要设备包括安装4台2BEC72型环式真空泵，抽采规模300m3/min，抽采年限31a,均衡抽采年限28a；发电机组选用24台500GF1-3RW型瓦斯发电机组，总装机容量达到12000KW。 截止2017年底瓦斯发电站共计发电9281万KWh，消耗瓦斯3093万m3，减排二氧化碳47.85万吨。
地面1#抽采系统为高负压抽采系统，瓦斯抽采泵型号为2BEC72，电机功率为630KW，额定抽采能力为460m3/min，配备DN500mm的复合管和DN500mmPE管瓦斯抽采管路，目前主要抽采地点是二盘区煤层千米钻孔和西翼辅助运输巷千米钻孔。1#系统目前实际平均抽采浓度4.8%，抽采流量124m3/min，抽采纯瓦斯流量7m3/min，抽采负压-68kpa。
地面2#抽采系统为低负压抽采系统，瓦斯抽采泵型号为2BEC72，电机功率为500KW，额定抽采能力为410m3/min，配备DN700mm的复合管瓦斯抽采管路，2#系统目前实际平均抽采浓度0.5%，抽采流量55m3/min，抽采纯瓦斯流量0.3m3/min，抽采负压-54kpa。
地面3#系统为高负压抽采系统，瓦斯抽采泵型号为2BEC72，电机功率为630KW，额定抽采能力为460m3/min，配备DN500mm的复合管和DN500mmPE管瓦斯抽采管路主要用于煤层预抽，目前主要抽采地点是207工作面煤层、208工作面煤层、207运矸道千米钻场。3#系统目前实际平均抽采浓度9.8%，抽采流量104m3/min，抽采纯瓦斯流量10.2m3/min，抽采负压-36kpa。
在中塬风井工广内先期建设四套瓦斯抽采系统，四套系统的抽采瓦斯四个管道分为：风井井筒安装两条瓦斯抽采管路、布置两个瓦斯抽采井。建设瓦斯发电站配备5台700GJZ-PWWD-TEM2-3型集装箱式低浓度瓦斯机组，总装机容量3500kW，配套低浓度瓦斯细水雾输送系统、变配电系统、冷却循环系统及其他辅助生产系统。发电机组发出的6.3kV交流电能通过高压电缆向煤矿6.3kV变电所送电。为向“瓦斯零排放”目标迈进创造了有利条件。
井下废弃矸石置换煤炭、充填技术的研究与应用
长期进行地下开采易导致出现岩层破坏、地表沉陷以及岩层移动的现象，并给道路、水体、建筑物、水工工程、农田以及管路等带来破坏，严重影响生态环境。亭南煤矿针对工作面间煤柱留设较多的实际，采取矸石充填技术在工作面间的煤柱内施工大断面矸石充填巷，对高抽巷矸石进行充填，置换煤炭资源，既减少固体废物的产生，又有效提高煤炭资源回收，具有极大的推广应用价值。
302矸石充填巷断面41.2m2，掘进煤按平均煤价吨煤220元计算，施工中产生的掘进煤效益：2×200×41.2×1.36×220=493.1万元。
207矸石充填巷正掘断面34.7㎡，施工中产生掘进煤效益为：150×34.7×1.36×220=155.7万元。
207矸石充填巷反掘断面29.1㎡，施工中产生掘进煤效益为：430×29.1×1.36×220=374.4万元。
该项目可减少矸石对场地的占用，降低环保治理成本，为实现绿色开采提供强有力的保障
矿井废弃热能提取利用的研究与应用
在我国，采取井工开采过程中，为了保证井下人员和机械的正常工作，要对矿井水及时作出处理。在矿井排出的废水中蕴含着大量的热能，在以往这些能量没能够引起煤矿的重视白白的浪费掉了，而且在浪费能源的冋时对环境造成了水污染、大气污染和废热污染，百害而无一益。利用热泵技术将煤矿开采中产生废热、余热能回收，与水源热泵系统结合，能将大量不能直接利用的低温热能变成有用的高温热能，用于矿区的冬季供热、井口防冻和夏季的空调系统，不仅能取代锅炉房，减轻环境污染的压力，还能降低企业的生产能耗、提高企业的经济效益。
亭南煤矿2012年前冬季采暖由2台燃煤锅炉（6t/h）提供（总容量12t/h），总供热能力为2×700=8400kW，冬季供暖效果还不太理想，特别是2012年新建职工公寓32000平米，进一步增大了冬季供暖需求。因此，亭南煤矿经论证决定选用水源热泵技术回收矿井水以及瓦斯发电余热来保证今后的供暖需求。水源热泵机组供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，无燃烧过程，避免了排烟、排污等污染；供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音、霉菌污染及水耗。所以，水源热泵机组运行无任何污染，无燃烧、无排烟，不产生废渣、废水、废气和烟尘，是理想的绿色环保产品。
矿井水：亭南煤矿矿井水最低450立方/小时，温度23℃左右，水温常年基本恒定，经处理后是水源热泵利用的理想热源。
瓦斯发电余热：亭南煤矿瓦斯电站目前运行12台燃气发电机组，回收总热量为2653KW。
亭南煤矿将原余热集中供暖系统进行扩容改造，在现有的3#机组北侧增加一台SL-1400G1-GH（功率340kW）和一台SL-1400G2-GH（功率440kW）高温型水源热泵机组，可满足整个矿区冬季采暖需要，完全淘汰了地面燃煤锅炉，减少二氧化硫排放68.8吨、烟尘排放50.85吨、氮氧化物25.28吨，在节能、环保上的效果显著。
井下废水净化技术的研究现状
我国矿井水净化处理技术起始于70年代未，已有二十多年的历史。目前已投入使用并能正常去除矿井水中悬浮物的净化工艺主要采用沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀+过滤和微絮凝过滤等。微絮凝过滤从目前的使用情况看只能适用于水中悬浮物和胶体总含量小于50mg/L的矿井水，当悬浮物和胶体的含量大于50mg/L时，即会产生处理效率下降和处理后出水达不到设计要求的情况。
亭南煤矿安装完成了一套矿井水深度处理系统：SRO-1反渗透装置系统。井下矿井水通过中央泵房排入地面调节预沉池，然后通过提升水泵进入磁分离车间混凝系统，混凝系统通过投加混凝剂（PAC和PAM）和磁种,使悬浮物在3分钟内形成以磁种为载体的“微絮团”，经过混凝之后的矿井水自流进入磁分离机进行固液分离，通过强磁力吸附，使污染物被快速吸附打捞，实现固液分离，出水进入消防水池，实现矿井水净化全过程磁分离机吸附打捞的污泥进入磁分离磁鼓，实现重介质和污泥的分离，分离后的重介质由泵输送到前端的混凝反应系统循环使用，污泥与调节预沉池排入的大颗粒污泥共同汇入污泥池，由污泥泵输送到选煤厂煤泥压滤和运输系统后外销。每年可减少SS排放量3960吨（按减排SS=500mg/l计），从而大大减少污染物的排放量，对矿区实现节能减排目标起到积极的作用。
