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煤矿开采多层位立体空间煤基固废充填方法及应用
1
作者 杨科 于祥 +4 位作者 何祥 赵新元 方珏静 魏祯 何淑欣 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第6期46-64,共19页
矿山煤基固废资源化利用是破解“安全−技术−经济−环境”融合发展的主攻方向,也是煤炭行业高质量绿色发展的关键。煤基固废井下充填开采在实现减损开采、固废处置、资源置换和生态保护等方面具有显著的技术独创性优势,已成为资源化、规... 矿山煤基固废资源化利用是破解“安全−技术−经济−环境”融合发展的主攻方向,也是煤炭行业高质量绿色发展的关键。煤基固废井下充填开采在实现减损开采、固废处置、资源置换和生态保护等方面具有显著的技术独创性优势,已成为资源化、规模化和绿色化处置煤基固废的关键路径之一。但现有的充填开采技术存在对覆岩控制效果有限、缺乏多种充填方式间的联动效应和对煤基固废的综合利用率偏低等问题。因此,通过概述我国典型煤基固废的资源化利用现状和存在问题,从经济、技术、环境、政策和空间5个维度阐明了煤基固废充填开采的可行性。基于此,提出了煤矿开采多层位立体空间煤基固废充填方法,系统阐述了该方法的内涵和整体思路,主要包括高位充填、原位充填和低位充填。结合层次分析法初步建立了具有15项评价指标的多层位立体空间煤基固废充填方法评价体系。煤矿开采多层位立体空间煤基固废充填方法的规模化应用主要存在充填材料高效精准制备机理、充填料浆管道输送特性、充填空间结构演化规律和充填材料−充填空间交互作用不明等4项关键技术难题。围绕以上关键技术难题,主要开展煤基固废充填材料成浆机理、充填材料精准制备技术框架、充填料浆流场稳态控制、充填料浆管道输送关键参数、充填空间空隙结构演化、充填材料扩散/承载特性、充填材料−围岩系统协同作用机制和充填材料−环境多场耦合机制8项研究内容。根据宁夏煤业任家庄煤矿、山西省霍尔辛赫煤矿的开采技术、充填工艺及地质条件,分别针对性提出低位垮落带注浆充填和高位离层区注浆充填方法,实现了矿区煤基固废的安全绿色处置,有效控制了地表沉陷与变形,形成了良好的区域型示范效应。多层位立体空间煤基固废充填方法创新了煤矿井下煤基固废规模化处置的新模式,完善了绿色充填开采技术体系,实现了煤矿采动覆岩全空间协同控制与固废资源化技术跃升,可推动煤炭企业由“环境代价型”向“生态增值型”的根本转变。 展开更多
关键词 多层位立体空间 煤基固废 充填开采 固废处置 评价体系
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煤基固废规模化绿色低碳利用研究进展与创新路径
2
作者 刘浪 朱梦博 +5 位作者 王双明 杨潘 于博 阮仕山 杨军军 解耿 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第6期82-103,共22页
煤炭的开采与加工为我国提供了可靠的能源保障和关键的化工原料,有力地推动了工业的快速发展和社会的进步。然而,这一过程也产生了巨量的煤基固废。煤基固废不仅占用了大量土地资源,还对环境造成了不同程度的污染,尤其是在长期堆存过程... 煤炭的开采与加工为我国提供了可靠的能源保障和关键的化工原料,有力地推动了工业的快速发展和社会的进步。然而,这一过程也产生了巨量的煤基固废。煤基固废不仅占用了大量土地资源,还对环境造成了不同程度的污染,尤其是在长期堆存过程中,可能释放有害气体、重金属及其他有毒物质,威胁水源、空气和土壤安全。如何高效且规模化地利用煤基固废,成为当前实现资源循环利用、减少环境污染的关键技术挑战。通过分析煤基固废的产生、分类、特性及其环境影响,对现有煤基固废进行了重新归类,系统总结了其在矿山充填、建筑材料及生态修复等领域的成熟规模化利用模式,提出了煤基固废绿色低碳利用的创新路径。研究表明:①煤基固废可归类为变性和原性煤基固废两大类,其中变性煤基固废具有开发胶凝材料和固碳功能材料的潜力,而原性煤基固废则具备天然砂石骨料和土壤材料的特性;②当前,煤基固废的主要规模化利用模式包括矿山充填(如胶凝材料、膏体充填和注浆充填)、建筑材料(如水泥辅料、筑路材料和预制件)、生态修复(如坍陷区回填、荒地复垦和土壤改良)和资源提取利用(炭质组分、铝、硫和稀有元素);③提出了煤基固废分级分质全组分利用的新技术,通过提取高价值组分并将剩余组分用于采空区充填,实现其最大化资源利用;④探讨了煤基固废改性协同处置高盐废水、改性充填协同储库构筑及功能性储库协同封存危险固废的创新技术。上述研究旨在提高大宗煤基固废的资源利用效率,推动煤炭产业绿色转型,为煤炭资源的可持续发展提供新路径。 展开更多
关键词 变性煤基固废 原性煤基固废 绿色低碳 规模化利用
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多源煤基固废胶结充填体卸围压变形与损伤破坏试验
3
作者 何祥 魏龙强 +4 位作者 杨科 张通 张村 张子龙 陈焱军 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第5期163-175,共13页
【目的】将多源煤基固废制备成充填材料进行间隔条带充填开采是绿色采煤的重要手段之一,条带煤柱回采时多源煤基固废胶结充填体(下称“充填体”)的变形破坏规律直接影响采场的稳定性。【方法】选用5种典型固废与水泥混合制备成胶结充填... 【目的】将多源煤基固废制备成充填材料进行间隔条带充填开采是绿色采煤的重要手段之一,条带煤柱回采时多源煤基固废胶结充填体(下称“充填体”)的变形破坏规律直接影响采场的稳定性。【方法】选用5种典型固废与水泥混合制备成胶结充填体,开展充填体试件常规三轴及恒轴压卸围压应力试验,分析2种应力加载路径下充填体应力-应变曲线和破坏特征,探究卸围压过程中变形参数随围压的演变规律,揭示充填体卸荷损伤机制和强度准则。【结果和结论】(1)充填体试件在常规三轴试验中表现为脆性破坏特征,裂隙逐渐发育并在破坏时迅速扩展贯通,在卸围压试验中的脆性破坏特征有所增强,试件破坏之前应变变化值不及破坏时的6.5%。(2)在卸围压过程中充填体试件体积变形由压缩过渡为扩容,变形模量降低量达破坏阶段的10%,泊松比在试件破坏时突破弹塑性材料极限0.5。(3)围压差比随初始围压线性减小,表明高围压环境下充填体更易破坏,损伤因子D演化与泊松比高度同步。(4)Mogi-Coulomb强度准则适用于充填体试件恒轴压卸围压三轴试验,卸荷行为对充填体的黏聚力有弱化效应,而对内摩擦角有强化效应。研究结果为间隔条带充填开采采场稳定性控制提供参考。 展开更多
关键词 三轴卸围压 多源煤基固废 胶结充填体 损伤演化 Mogi-Coulomb强度准则
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煤基固废衍生多孔炭孔结构对氯苯吸附行为的影响机制 被引量：1
4
作者 赵文平 丁肖肖 +3 位作者 侯亚芹 李巧艳 曾泽泉 黄张根 《煤炭转化》 北大核心 2025年第4期106-118,共13页
含氯挥发性有机物(Cl-volatile organic compounds,CVOCs)因其较强的毒性已成为挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)治理的难点和重点。活性炭吸附法以其多孔结构、成本低、效率高的优势成为VOCs脱除的最有效方法之一,但目... 含氯挥发性有机物(Cl-volatile organic compounds,CVOCs)因其较强的毒性已成为挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)治理的难点和重点。活性炭吸附法以其多孔结构、成本低、效率高的优势成为VOCs脱除的最有效方法之一,但目前对于活性炭孔结构对CVOCs的吸附行为影响机制未有系统研究,难以提高CVOCs的脱除效率。以煤基固废气化渣为原料,通过ZnCl_(2),KOH等活化剂对其进行活化,得到了多种分级孔炭,并进一步考察了多孔炭孔结构对氯苯吸附行为的影响。结果表明:当KOH为活化剂时,多孔炭吸附性能最佳,当氯苯体积分数为250×10^(-6)、吸附温度为120℃时,吸附容量达到95.4 mg/g。而采用ZnCl_(2)为活化剂时,得到的多孔炭吸附速率最快,进一步分析发现,微孔为氯苯的主要吸附位点,而介孔是影响氯苯吸附速率的关键因素。此外,通过不同的动态吸附模型与动力学模型拟合了氯苯吸附过程,确定了Boltzmann模型和Yoon-Nelson模型适合描述氯苯在多孔炭上的吸附行为。 展开更多
关键词 煤气化渣 多孔炭 氯苯 吸附 孔结构
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含煤基固废漂珠低爆速乳化炸药的爆炸特性和热安全性 被引量：1
5
作者 韦箫 程扬帆 +2 位作者 朱容康 孙仁浩 汪泉 《爆炸与冲击》 北大核心 2025年第4期67-77,共11页
选用粉煤灰中的漂珠作为敏化剂和惰性添加剂来制备低爆速乳化炸药,研究了漂珠粒径和含量对乳化炸药爆炸特性和安全性的影响;采用探针法、铅柱压缩法和空中爆炸测试法分别测得添加不同粒径含量漂珠乳化炸药的爆速、猛度和空中爆炸冲击波... 选用粉煤灰中的漂珠作为敏化剂和惰性添加剂来制备低爆速乳化炸药,研究了漂珠粒径和含量对乳化炸药爆炸特性和安全性的影响;采用探针法、铅柱压缩法和空中爆炸测试法分别测得添加不同粒径含量漂珠乳化炸药的爆速、猛度和空中爆炸冲击波参数,并通过储存期实验和热分析实验对乳化炸药进行安全性测试。结果表明,乳化炸药的爆速、猛度、冲击波峰值压力、正冲量和正压作用时间均随漂珠含量的增加呈先增大后降低的趋势。当漂珠质量分数为15%时,乳化炸药的爆轰性能最佳;当漂珠质量分数为45%时,炸药的爆速显著降低,爆速范围在2191~2312 m/s,可满足爆炸焊接用炸药的使用条件。此外,漂珠含量相同时,添加D_(50)=79μm漂珠的乳化炸药爆轰性能要高于添加D_(50)=116μm和D_(50)=47μm漂珠的乳化炸药。储存期和热分析实验结果表明,添加漂珠的低爆速乳化炸药储存期显著优于传统添加黏土颗粒的低爆速乳化炸药,漂珠的加入并未引发乳化基质产生新的热分解反应,添加15%漂珠的乳化炸药的热分解活化能比乳化基质只增加了0.3%,说明漂珠的加入并未对乳化基质热稳定性产生明显影响。 展开更多
关键词 乳化炸药 煤基固废 漂珠 爆炸焊接 低爆速炸药
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气化灰渣基沸石分子筛PEI改性制备及CO_(2)吸附性能
6
作者 张铎 焦成成 +4 位作者 文虎 邓军 翟小伟 刘春 杜阳 《煤炭学报》 北大核心 2025年第6期3128-3138,共11页
针对煤制油气化灰渣产量大、利用率低带来的大宗固废堆积与环境污染等问题,结合“双碳”战略目标,提出气化渣功能性充填、CO_(2)吸储封存及采空区再利用相结合的设想。以煤制油气化灰渣为基料,首先通过高温煅烧、酸浸等方法对气化灰渣... 针对煤制油气化灰渣产量大、利用率低带来的大宗固废堆积与环境污染等问题,结合“双碳”战略目标,提出气化渣功能性充填、CO_(2)吸储封存及采空区再利用相结合的设想。以煤制油气化灰渣为基料,首先通过高温煅烧、酸浸等方法对气化灰渣进行预处理,然后采用碱熔融-热合成法制备气化灰渣基沸石分子筛,最后使用有机胺聚乙烯亚胺(PEI)对气化灰渣基沸石分子筛进行优化改性。采用XRD、SEM、BET、FTIR等试验对改性前后的沸石分子筛进行表征,探究改性前后沸石分子筛对CO_(2)气体的吸附规律,剖析负载量和温度对吸附性能的影响。结果表明:PDF#39-0222标准图谱、规整的立方体晶体颗粒、[SiO4]4-和[AlO4]5-四面体结构表明利用煤制油气化灰渣固废成功制备出沸石分子筛,RNH2中N—H键、—CH3的C—H键等说明PEI实现了对分子筛优化改性,明确了改性前后沸石分子筛对CO_(2)的吸附模式和吸附规律。相较于气化灰渣原料,沸石分子筛的比表面积增大30.24倍、孔容增大21.04倍、平均孔径减小0.49倍,吸附结构显著增加;沸石分子筛对CO_(2)吸附量随温度升高而下降,表明吸附CO_(2)过程是放热的物理吸附。随PEI负载量的增加,比表面积、外表面积及孔容逐渐减小,平均孔径逐渐增大,且胺基持续附着易出现团聚现象,导致物理吸附能力减弱;胺基基团与CO_(2)的化学反应,又提高了分子筛化学吸附能力。298.15K条件下,随PEI负载量的增加分子筛对CO_(2)吸附量逐渐降低,A1-PEI-15%对CO_(2)最大吸附量为92.71cm3/g,相较于改性前提高了36.74%。PEI负载量为15%时,分子筛对CO_(2)吸附量随温度的升高而增;328.15K时最大吸附量为111.06cm3/g,相较于298.15K时提高了19.79%。 展开更多
关键词 煤基固废 气化灰渣 沸石分子筛 固废利用 CO_(2)封存
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固废基掺合料的调制及其对复合胶凝材料抗氯性能的影响
7
作者 黄飞衡 辛扬帆 +5 位作者 姜葱葱 王昱 张丽娜 程新 卢晓磊 刘绍锐 《硅酸盐通报》 北大核心 2025年第3期1050-1056,共7页
开展大宗固废综合利用是我国深入实施可持续发展战略的重要内容。赤泥与煤矸石均属于我国的大宗工业固废,具有量大、应用面广、环境影响突出、应用前景广阔的特点。本文设计以赤泥、煤矸石及锂渣等为原料的固废基掺合料,并利用固废基掺... 开展大宗固废综合利用是我国深入实施可持续发展战略的重要内容。赤泥与煤矸石均属于我国的大宗工业固废,具有量大、应用面广、环境影响突出、应用前景广阔的特点。本文设计以赤泥、煤矸石及锂渣等为原料的固废基掺合料,并利用固废基掺合料替代水泥制备复合胶凝材料。探究固废原料配合比、固废基掺合料替代水泥比例对复合胶凝材料力学性能、抗氯离子侵蚀能力、孔结构及微观形貌的影响规律。结果表明,固废基掺合料虽然降低了复合胶凝材料的力学性能,但能够显著提升抗氯离子侵蚀能力。赤泥、煤矸石、锂渣协同配制优化了固废基掺合料的矿相组成,使得固废基掺合料固溶微量元素,形成高活性固溶体矿物。尤其是锂渣的加入,能够进一步提升复合胶凝材料的水化活性,提高力学强度及抗氯离子侵蚀能力。本研究有望为固废基掺合料的开发与应用提供理论参考。 展开更多
关键词 固废基掺合料 赤泥 煤矸石 锂渣 氯离子扩散系数
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机械化学改性对煤矸石内源重金属赋存形态及Cd,Cu和Pb吸附性能的影响
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作者 于一鸣 陈敏 +3 位作者 朱建明 孙远 周育智 陈孝杨 《煤炭转化》 北大核心 2025年第3期116-127,共12页
机械化学改性作为一种成本低、对环境友好的常用改性方法,通常以球磨方式改变固体颗粒尺寸、晶格结构达到改性的目的。通过机械化学法对煤矸石进行改性,探究机械化学改性对煤矸石结构特征、内源重金属赋存形态及Cd(Ⅱ),Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)... 机械化学改性作为一种成本低、对环境友好的常用改性方法,通常以球磨方式改变固体颗粒尺寸、晶格结构达到改性的目的。通过机械化学法对煤矸石进行改性,探究机械化学改性对煤矸石结构特征、内源重金属赋存形态及Cd(Ⅱ),Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)吸附性能的影响。结果表明:与煤矸石相比,机械化学改性煤矸石表面更加粗糙疏松,孔隙结构更明显;机械化学改性促进了煤矸石内源重金属从可氧化态向弱酸提取态和可还原态转化,但其环境风险仍为低风险,具有作为环境功能材料的潜力;通过机械化学改性,煤矸石对Cd(Ⅱ),Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附性均显著提升,最大吸附量分别达到6.73 mg/g,5.69 mg/g和13.94 mg/g,并且吸附量随着溶液初始pH升高(由2升高到6)而增加;机械化学改性煤矸石对Cd(Ⅱ),Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附过程符合准二级吸附动力学模型和Langmuir,Freundlich和Temkin吸附等温线模型,说明该吸附过程以化学吸附为主导;此外,机械化学改性煤矸石吸附Cd(Ⅱ),Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的机理主要为络合反应和静电吸附作用。 展开更多
关键词 煤基固废 吸附剂 重金属 生态风险 吸附机理
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CO_(2)-粉煤灰-煤矸石充填膏体力学性能改善机理与固碳性能研究
9
作者 王翰文 张力为 +4 位作者 孔佳 王燕 赵康 周洪 赵邮 《东南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期707-715,共9页
在煤炭开采和加工过程中,会产生大量CO_(2)气体和煤基固废,为了减轻环境污染和破坏,需要对相关废物进行适当处置。以粉煤灰、煤矸石和CO_(2)气体为主要原料,制备了一种CO_(2)-粉煤灰-煤矸石充填膏体。采用单轴抗压强度测试、CO_(2)吸收... 在煤炭开采和加工过程中,会产生大量CO_(2)气体和煤基固废,为了减轻环境污染和破坏,需要对相关废物进行适当处置。以粉煤灰、煤矸石和CO_(2)气体为主要原料,制备了一种CO_(2)-粉煤灰-煤矸石充填膏体。采用单轴抗压强度测试、CO_(2)吸收量测试研究了膏体的力学性能以及固碳性能,利用计算机断层扫描(CT)和比表面积(BET)检测获得了膏体的孔隙结构,结合扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析(TG)等测试表征结果阐明了CO_(2)改善膏体力学性能的机理。结果表明,在吸收CO_(2)后,5组不同配比的膏体样品单轴抗压强度提升幅度最高为82.22%,最低为14.84%,CO_(2)能够有效提升膏体的力学强度。反应2 h后,膏体对CO_(2)的最大吸收量为30.17 g/kg,最小吸收量为12.75 g/kg。CO_(2)进入膏体后与Ca(OH)_(2)、水化硅酸钙(C-S-H)等反应,促进了CaCO_(3)、富钙聚合硅胶等胶结产物的生成,从而改善膏体的微观孔隙结构,提升膏体的力学性能。 展开更多
关键词 粉煤灰 煤矸石 膏体充填 CO_(2)矿化 煤基固废利用
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KOH用量对煤气化细灰衍生活性炭理化性质及超级电容器性能的影响
10
作者 田晓东 陈智超 侯建 《动力工程学报》 北大核心 2025年第1期131-140,164,共11页
煤气化细灰(CGFA)是煤不完全气化的产物,其具有排放量高和难处理的特点,这导致CGFA面临环境污染与资源浪费的问题。为进一步推动CGFA的可持续化、高值化利用,将CGFA作为碳源,通过低温碱熔耦合KOH活化处理的方法制备了双电层型超级电容... 煤气化细灰(CGFA)是煤不完全气化的产物,其具有排放量高和难处理的特点,这导致CGFA面临环境污染与资源浪费的问题。为进一步推动CGFA的可持续化、高值化利用,将CGFA作为碳源,通过低温碱熔耦合KOH活化处理的方法制备了双电层型超级电容器用活性炭,对比了不同KOH用量下活性炭样品的理化特性和电化学性能。结果表明:在脱灰碳(RC)与KOH质量比为1∶1~1∶4的范围内,随着KOH用量的增加,活性炭样品的无序性、比表面积、总孔体积和介孔占比都呈现出逐渐上升的趋势。这些参数越高,活性炭样品的质量比电容越大;当RC与KOH质量比为1∶4时,活性炭样品比表面积为1 938.03 m^(2)/g、总孔体积为1.62 cm^(3)/g,介孔占比为82.82%,质量比电容达到了215.56 F/g(电流密度为1 A/g),倍率性能为88.66%(电流密度为1~20 A/g);组装所得的对称型超级电容器的能量密度为7.23 (W·h)/kg(对应的功率密度为300 W/kg),其在100 000圈循环后电容保持率为100.45%。 展开更多
关键词 煤气化细灰 煤基固体废弃物 双电层型超级电容器 活性炭 高值化利用
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多源煤基固废充填体强度影响规律及预测
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作者 韩磊 张继强 +4 位作者 何祥 许起 刘云龙 苏松嵘 秦宇鹏 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第16期6690-6697,共8页
抗压强度是表征充填体力学性质的重要指标,快速、精准地确定充填体抗压强度值,对于保障采场安全意义重大。为了探究多源煤基固废充填体强度影响规律,准确预测煤基固废充填体强度来指导煤矿安全、高效、绿色开采,以煤矸石为粗料,脱硫石... 抗压强度是表征充填体力学性质的重要指标,快速、精准地确定充填体抗压强度值,对于保障采场安全意义重大。为了探究多源煤基固废充填体强度影响规律,准确预测煤基固废充填体强度来指导煤矿安全、高效、绿色开采,以煤矸石为粗料,脱硫石膏、气化渣、炉底渣为细料,粉煤灰和水泥为胶凝剂。通过正交试验研究了煤基固废充填体抗压强度的影响因素,采用灰色关联度分析法分析各试验因素与充填体抗压强度之间的关联度,采用5-11-3的三层反向传播(back propagation,BP)神经网络结构开展不同养护龄期煤基固废充填体强度预测。结果表明:浓度、气化渣和脱硫石膏掺量对抗压强度的影响随养护龄期的增加逐渐增大,粉煤灰和炉底渣掺量对抗压强度的影响随养护龄期的增加呈先增后减。而且正交试验协同BP神经网络能减少试验次数又不失一般性,本次煤基固废充填体强度预测相关系数R为0.99987。可见,高浓度和高掺量气化渣及脱硫石膏对于要求高强度的充填体具有重要意义,同时,正交试验协同BP神经网络可以准确预测充填体强度。 展开更多
关键词 反向传播(BP)神经网络 煤基固废 强度预测 正交试验 充填开采
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煤基固废与高盐废水“固液协同”充填处置关键技术 被引量：2
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作者 董书宁 于树江 +7 位作者 董兴玲 张步勤 郭小铭 王晓东 王凯 朱世彬 武博强 刘磊 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第1期163-173,共11页
【目的和背景】受地域、经济和技术水平等限制,大部分煤基固废仍以露天堆填的形式积存而未进行处置,不仅占用大量土地资源,还会对环境造成二次污染。高盐废水(如矿井高盐水、煤化工高盐水)的妥善处置及减量化是实现废水“零排放”的关... 【目的和背景】受地域、经济和技术水平等限制,大部分煤基固废仍以露天堆填的形式积存而未进行处置,不仅占用大量土地资源,还会对环境造成二次污染。高盐废水(如矿井高盐水、煤化工高盐水)的妥善处置及减量化是实现废水“零排放”的关键环节,然而现有高盐废水处理技术普遍存在工程初期投资大、运行费用较高等问题。【方法】提出煤基固废和高盐废水“固液”两废协同处理技术,即使用高盐废水代替普通用水和早强剂等添加剂,采用固废胶凝材料代替水泥材料,将煤基固废和高盐废水搅拌混合后得到充填膏体,泵送至煤矿井下空间。为了分析该技术的可行性,以宁夏宁东煤炭基地某煤矿为研究区,研究煤基固废充填膏体的力学性能及其对环境的潜在影响。采用单轴抗压强度测试试验(UCS)、扫描电镜(SEM)和电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)分析固化充填膏体的力学性能、微观结构及重金属浸出特征。【结果和结论】结果表明:随着时间的延长,固化充填膏体的强度不断增加,而随着矿粉添加量的增多,胶凝材料比例下降,固化充填膏体的强度逐渐减小。值得注意的是,随着时间延长,所有使用高盐废水作为拌合水的充填膏体3 d强度都高于0.5 MPa,基本满足NB/T 11432−2023《煤矿矸石基固废充填技术规范》中的最低要求,14 d强度达到3.38~5.99 MPa,能够满足绝大部分煤矿充填的各种场景要求。内梅罗污染指数法评价结果显示,固化充填膏体浸出液中重金属的综合污染指数为0.25,评价分级标准为安全;从固化充填膏体的浸出试验结果可以看出,浸出液中主要污染物的浓度均低于GB 5085.3−2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》及GB/T 14848−2017《地下水质量标准》中所列的Ⅲ类水标准要求。因此,煤基固废和矿井高盐水协同处理技术,在力学性能和环境稳定性评估方面均满足相关标准,可实现煤基固废及高盐废水的可循环、低成本和全量化利用,具有显著的经济效益和环境生态效益,在无废矿山、无废化工建设方面有较好的应用前景。 展开更多
关键词 煤基固废 高盐废水 固液协同 井下充填 地下水
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煤气化渣在水泥碱环境中的火山灰活性与力学性能研究
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作者 郭巍 刘欢 +2 位作者 朱秀栋 张盈盈 房奎圳 《中国矿业》 北大核心 2025年第4期262-269,共8页
煤气化渣(GS)富含具有火山灰活性的非晶态硅铝酸盐矿物,可作为一种潜在的水泥基材料使用。为能深入理解和量化评估煤气化渣的火山灰活性,提高其建材资源化利用率,研究通过构建简化的GS-Ca(OH)_(2)-H_(2)O体系模拟水泥碱环境下的反应,采... 煤气化渣(GS)富含具有火山灰活性的非晶态硅铝酸盐矿物,可作为一种潜在的水泥基材料使用。为能深入理解和量化评估煤气化渣的火山灰活性,提高其建材资源化利用率,研究通过构建简化的GS-Ca(OH)_(2)-H_(2)O体系模拟水泥碱环境下的反应,采用酸溶法对GS粉的化学未溶解量和反应速率进行定量分析,进而建立GS的活性反应动力学模型,并分析了GS反应程度与体系强度间的关系。结果表明,GS自身不具备水硬性,有CaO参与反应时表现出一定的火山灰活性。水泥碱环境中,GS活性组分早期溶出速率较低,导致其火山灰反应在7 d前较慢,但7 d后活性显著提升,28 d后反应速率趋于平缓。通过除碳除铁预处理和延长有效粉磨时间,GS的火山灰活性可得到有效提高。CaO可显著激发GS活性,不同C/GS(CaO与GS质量比)条件下,GS火山灰反应均符合一级动力学模型。C/GS为0.25时,体系展现出较优的反应程度、力学强度和水化产物结构。随着CaO含量进一步增加,虽然有助于促进活性硅铝组分的溶出,但过量的Ca^(2+)可能会阻碍后期渣体颗粒表面反应和Ca^(2+)的扩散渗透,影响结构稳定性和后期力学强度。GS粉末的反应程度与体系强度间呈现出良好的e指数关系,当反应速率大约超过10%时,浆体强度提高明显。煤气化渣火山灰活性和力学强度的提升,为其在水泥基材料中的应用提供了更多的可能性。 展开更多
关键词 煤气化渣 物理改性 煤基固废 反应程度 火山灰活性
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煤基固废多源信息数据库构建及利用路径评价
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作者 杨旭 丁子昭 +4 位作者 孔令宇 孟凡燃 黄艳利 杨伟 李俊孟 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第2期172-178,共7页
以新疆宽沟煤矿和屯宝煤矿各地点煤基固废为研究对象,系统开展煤基固废理化特性测试,构建煤基固废潜在利用路径层次分析评价模型,划分煤基固废潜在利用等级,基于Python-Tkinter库开发多源煤基固废理化特性数据库并进行具体应用,结果表明... 以新疆宽沟煤矿和屯宝煤矿各地点煤基固废为研究对象,系统开展煤基固废理化特性测试,构建煤基固废潜在利用路径层次分析评价模型,划分煤基固废潜在利用等级,基于Python-Tkinter库开发多源煤基固废理化特性数据库并进行具体应用,结果表明:宽沟煤矿的煤基固废品质优于屯宝煤矿,工作面和选煤厂矸石的利用等级高于矸石山矸石;工作面和选煤厂的矸石潜在最优利用路径为喷浆材料、注浆材料、充填材料和水泥材料,矸石山矸石的潜在最优利用路径为喷浆材料和土壤复垦。研究成果为系统分析煤基固废的潜在利用等级提供了理论依据,并可为新疆其他矿区煤基固废信息系统构建和资源化利用提供借鉴。 展开更多
关键词 煤基固废 数据库 利用路径 层次分析 重金属
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煤基固废功能材料井下利用研究进展与展望
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作者 张吉雄 周楠 +3 位作者 刘恒凤 谢亚辰 孙志辉 欧阳神央 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第6期1-28,共28页
煤基固废功能材料井下利用是实现煤炭资源绿色开采、推动煤炭行业可持续发展的关键技术路径。论文在总结煤基固废处置与利用现状的基础上,遵循功能导向分类方法,将煤基固废功能材料分为矿山建设型、采热型、净水型、储能型、负碳型和承... 煤基固废功能材料井下利用是实现煤炭资源绿色开采、推动煤炭行业可持续发展的关键技术路径。论文在总结煤基固废处置与利用现状的基础上,遵循功能导向分类方法,将煤基固废功能材料分为矿山建设型、采热型、净水型、储能型、负碳型和承载型六大类功能材料。并系统介绍了煤基固废功能材料的分类及性能,深入探讨了煤基固废功能材料性能调控机理及方法,全面展望了煤基固废功能材料的发展方向。研究表明:通过活化改性、纤维增强及级配优化可显著提升建设型功能材料的力学性能与环境适应性;采热型功能材料的导热系数、比热容和蓄热系数分别是传统材料的1.75、2.12和1.72倍,3者的最主要影响因子是定型相变材料;净水型功能材料通过物理吸附、离子交换、表面配位吸附和化学沉淀等多种反应实现对矿井水中重金属离子的有效去除;储能型功能材料经过电学改性,能够调节其表面电子结构和化学性质,从而提高材料的导电性能、储能密度以及循环稳定性;负碳型功能材料内部矿化和水化产物可强化其空隙结构,并进一步实现CO_(2)的长期固存;承载型功能材料作为岩层与采空区稳定性控制的基础材料,多采用粒径级配、复合优化与机械活化等方式增强其自稳性、力学及输送性能。综上,目前在煤基固废功能材料组成成分、制备方法、性能调控等方面取得了较大进展,基本构建出煤基固废功能材料理论体系,未来将重点围绕材料性能新调控方法、新制备技术和新应用场景等方面开展研究。现有研究现状及发展趋势综合表明,煤基固废功能材料不仅能有效提升煤基固废资源化利用效率,还可实现煤基固废的大规模消纳与增值利用。 展开更多
关键词 煤基固废 功能材料 材料性能 井下利用 绿色开采
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煤电化基地大宗固废“三化”协同利用基础与技术 被引量：13
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作者 杨科 何淑欣 +6 位作者 何祥 初茉 周伟 袁宁 陈登红 龚鹏 张元春 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期69-82,共14页
我国14个大型煤炭基地及89个大宗固体废弃物综合利用示范基地建设,标志着矿区大宗固废利用已被纳入全国战略发展布局。长期以来煤炭资源高强度的开发与利用,造成矿区浅埋煤层资源临近枯竭,煤电化基地大规模固废堆积及地表沉陷,已成为制... 我国14个大型煤炭基地及89个大宗固体废弃物综合利用示范基地建设,标志着矿区大宗固废利用已被纳入全国战略发展布局。长期以来煤炭资源高强度的开发与利用,造成矿区浅埋煤层资源临近枯竭,煤电化基地大规模固废堆积及地表沉陷,已成为制约矿区绿色低碳、高质量发展的难题。大宗煤基固废协同利用与绿色充填是解放“三下一上”压煤,延长矿井服务年限,实现固废无害化、资源化、规模化“三化”利用的有效途径。基于产煤大省山西省、“华东能源粮仓”安徽两淮基地及宁东能源化工基地的煤基固废种类和产量,详细阐述了以煤矸石、粉煤灰、炉底渣、气化渣和脱硫石膏等为主要材料的煤基固废通过重金属吸附解吸和络合钝化技术实现无害化处置,列举煤基固废分类应用于低热值煤基固废发电、制备建筑材料如水泥、砖瓦等资源化利用途径,对比分析煤基固废采煤沉陷区复垦回填及井下充填规模化利用途径,突出煤基固废井下充填的优越性。基于煤电化基地深部煤炭资源,提出绿色充填开采理论与关键技术,包括深部煤矸石源头减量与采选充协同技术、充填材料高效制备与深部井下输送技术及煤基固废充填材料深部多场耦合机理,探究多源煤基固废从源头、过程到终端的深部充填开采全过程的技术原理与方法,以解决矿区深部井下充填的技术难题。根据宁东基地任家庄煤矿、山西省霍尔辛赫煤矿及淮北矿区地质条件和充填目的,分别提出超前钻孔注充低位充填方案、关键层非典型特征条件下多离层梯级注浆方案和煤基固废协同利用关键技术,综合矿山固废处置与利用、深部煤炭资源开发利用、地表沉陷控制、生态环境保护等优势,形成煤电化基地大宗固废协同利用与绿色开采模式,为煤炭开采高质量化和环境低损伤化提供参考。 展开更多
关键词 煤电化基地 煤基固废 协同利用 深部开采 源头减量 采选充一体化
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多源煤基固废胶结充填体力学及变形破坏特征试验研究 被引量：10
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作者 杨科 张继强 +2 位作者 何祥 魏祯 赵新元 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期102-114,共13页
【目的】为研究多源煤基固废胶结充填体的力学特性及变形破坏规律,选择5种典型煤基固废,开展了煤基固废胶结充填体(Coal-Based Solid Waste Cemented Backfill,CBSWCB)的单轴压缩、声发射响应及微观结构测试试验。【方法】分析了CBSWCB... 【目的】为研究多源煤基固废胶结充填体的力学特性及变形破坏规律,选择5种典型煤基固废,开展了煤基固废胶结充填体(Coal-Based Solid Waste Cemented Backfill,CBSWCB)的单轴压缩、声发射响应及微观结构测试试验。【方法】分析了CBSWCB单轴抗压强度的影响因素和交互作用,建立了基于交互作用的抗压强度影响因素四维空间可视化模型,结合CBSWCB的声发射及微观结构特征,阐明了单轴压缩条件下的力学演化特征及宏观变形破坏规律,从微观角度进一步论证了CBSWCB承载过程中水化反应机理及宏细观联系。【结果和结论】试验结果表明:(1)单轴抗压强度的主要影响因素是质量分数,而炉底渣掺量的影响程度最小。(2)单轴压缩下CBSWCB的宏观变形破坏由塑性、弱劈裂破坏逐渐向脆性、剪切破坏转化。(3) CBSWCB试件声发射参数演化可以分为上升期、平静期、活跃期、稳定期,声发射累计振铃计数曲线呈现明显的“阶梯状”增长,累计振铃计数在上升期和平稳期内缓慢增加,在活跃期急剧增加,在稳定期逐渐趋于平缓。(4)水泥掺量偏低以及多源煤基固废充填材料属性差异导致水化反应程度有限,水化产物数量较少是CBSWCB单轴抗压强度普遍偏低的主要原因。研究结果可为多源煤基固废用于充填开采提供一定参考依据。 展开更多
关键词 煤基固废 胶结充填体 变形破坏 声发射特征 空间可视化 水化反应
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建筑物下特厚煤层镁渣基全固废连采连充开采技术与实践 被引量：13
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作者 刘浪 罗屹骁 +4 位作者 朱梦博 苏臣 吴涛涛 王建友 杭彦龙 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期83-92,共10页
我国建筑物下压煤量巨大,同时煤矸石、粉煤灰等煤基工业固体废弃物排放量日益增加,严重制约地方经济社会发展。以榆林麻黄梁煤矿为试验矿井,针对其特厚煤层、建筑物下压煤、充填成本高等问题,提出了特厚煤层全固废连采连充开采技术。采... 我国建筑物下压煤量巨大,同时煤矸石、粉煤灰等煤基工业固体废弃物排放量日益增加,严重制约地方经济社会发展。以榆林麻黄梁煤矿为试验矿井,针对其特厚煤层、建筑物下压煤、充填成本高等问题,提出了特厚煤层全固废连采连充开采技术。采用四阶段工序并将特厚煤层分为上、下2部分二次回采压覆煤炭,最大程度控制地面沉降。为降低充填原材料成本,采用化学优化剂对镁渣进行源头改性,抑制镁渣冷却粉化,稳定水化活性,协同粉煤灰、脱硫石膏等煤基固废,研发了改性镁−煤渣基胶凝材料。采用改性镁−煤渣基胶凝材料胶结煤矸石、粉煤灰制备了全固废充填材料。针对麻黄梁煤矿四阶段强、弱充填强度要求,设计不同配比的改性镁渣基充填材料试验,优选配比并应用于井下充填。论述了膏体充填系统与充填接顶方法。麻黄梁煤矿全固废胶结充填工艺试验显示,井下28 d龄期充填体钻芯平均单轴抗压强度超设计强度27%,钻芯浸出毒性满足相关国家标准要求,成功回收了建筑物下压覆煤炭资源,社会经济效益显著。麻黄梁煤矿特厚煤层全固废胶结充填开采实践为国内类似矿井提供了有益借鉴,同时为我国大型煤炭基地的“煤−电−化−冶”固废大规模资源化利用提供了新的思路。 展开更多
关键词 “三下”采煤 充填开采 改性镁渣 特厚煤层 固废处置
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面间煤柱与顺槽“掘-充-留”一体化科学问题与技术 被引量：3
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作者 王双明 刘浪 +7 位作者 朱梦博 蔚保宁 庄登登 屈慧升 何伟 邵成成 夏磊 周静 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期3291-3315,共25页
我国将煤炭作为兜底保障能源的局面短期内无法改变,仍将长时间面临煤炭资源保护与煤基固废利用率低的难题。通过创新采掘方法,同时实现提高煤炭资源回采率、规模化处置煤基固废,为煤炭行业绿色可持续发展提供了新途径。在深入调研煤炭... 我国将煤炭作为兜底保障能源的局面短期内无法改变,仍将长时间面临煤炭资源保护与煤基固废利用率低的难题。通过创新采掘方法,同时实现提高煤炭资源回采率、规模化处置煤基固废,为煤炭行业绿色可持续发展提供了新途径。在深入调研煤炭资源开采技术发展现状的基础上,提出了煤矿“掘-充-留”掘进新工法。从大断面巷道快速掘进、连续高效充填和巷道安全留设3个方面,通过理论分析、数值模拟等手段,系统论述了“掘-充-留”工法的科学问题和关键技术,研究结果表明:①针对大断面巷道快速掘进、掘进工作面围岩稳定性控制等工程难题,凝练了煤岩特性与掘进机截割参数匹配机制、覆岩载荷空间传递机制与围岩变形机理、锚杆/索-顶板相互作用关系及支护机制3个科学难题,构建了以掘进区地质环境超前实时感知、落-装-运煤多工序智能协同作业、钻锚支架随掘随支围岩时效控制和大断面巷道防漏风及通风优化为核心的技术体系;②从大断面巷道承载体系及时构建及其承载性能调控两个方面凝练了连续高效充填的科学问题,包括充填体-煤层-锚杆/索协同承载机制、多元固废基充填材料水化固结机制,明晰充填体物理力学特性时空演化规律,建立了充填空间安全高效搭建、充填材料工作性能调控、充填材料流动-固结感知为核心的连续高效充填关键技术体系,相关理论与技术的突破可以为充填材料的原材料优选及配比设计、添加剂开发/选型及工作性能调控、掘进速率及充填步距优化设计、充填体固结监测等提供基础理论依据;③基于巷道安全留设及全生命周期内围岩易断裂、易片帮和易损伤等关键难题,阐述了巷道围岩应力场时空分布特征、巷道变形与损伤演化机制、巷道围岩工程质量监测与稳定性调控理论3个科学问题,形成了以巷道围岩稳定性智能预警、巷道围岩变形控制为核心的关键技术体系。开展煤矿“掘-充-留”工法的科学研究与工程示范,实现固废规模化处置-面间煤柱高效回收-顺槽快速掘进的协同,可以推动煤炭行业绿色低碳转型发展。 展开更多
关键词 煤基固废 面间煤柱 大断面掘巷 连续充填 巷道留设 “掘-充-留”工法 稳定性监测
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大宗煤基固废膏体充填材料少水化配比优化研究 被引量：1
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作者 陈登红 秦海月 +1 位作者 李超 陈冉 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第4期146-155,共10页
为解决西部采煤区固废多、处理难的问题,以宁东矿区的脱硫石膏、粉煤灰、水泥为主要原料,对原料的微观形态及少水配比的煤基固废膏体充填材料的成分进行分析,以初期流动性、脱模后7 d和28 d的抗压强度为指标进行充填材料配比优化。设计... 为解决西部采煤区固废多、处理难的问题,以宁东矿区的脱硫石膏、粉煤灰、水泥为主要原料,对原料的微观形态及少水配比的煤基固废膏体充填材料的成分进行分析,以初期流动性、脱模后7 d和28 d的抗压强度为指标进行充填材料配比优化。设计了3因素3水平17组配比方案,建立响应面回归模型,分析单因素及多因素交互作用对少水充填材料强度和流动性的影响。研究结果表明,粉煤灰与水泥质量比是影响少水充填材料强度的重要因素,料浆质量分数是影响少水充填材料流动性的重要因素。少水配比的煤基固废膏体充填材料的最优配合比:脱硫石膏质量分数53%,粉煤灰与水泥质量比2∶1,料浆质量分数74%。波速与强度的响应关系表明,可以利用充填体的波速来预测其强度。 展开更多
关键词 煤基固废 少水充填 膏体充填材料 响应面法 水化机理
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