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我国煤炭开采水资源保护利用技术研究进展 被引量:205
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作者 顾大钊 张勇 曹志国 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2016年第1期1-7,共7页
水资源短缺是全球性问题,我国是全球最缺水的国家之一。煤炭资源与水资源的逆向分布使得我国煤炭开采水资源保护利用成为煤炭绿色开发的重大技术难题。我国西部已成为煤炭的主产区,但该地区生态环境脆弱,水资源蒸发量大,矿井水外排后蒸... 水资源短缺是全球性问题,我国是全球最缺水的国家之一。煤炭资源与水资源的逆向分布使得我国煤炭开采水资源保护利用成为煤炭绿色开发的重大技术难题。我国西部已成为煤炭的主产区,但该地区生态环境脆弱,水资源蒸发量大,矿井水外排后蒸发损失是我国目前煤炭开采年损失60亿t矿井水的主要原因。系统分析了煤炭开采水资源保护利用的技术进展及工程应用特点;介绍了神华集团经过近20年的技术探索和工程实践,突破传统理念,首次提出采空区储用矿井水的技术构想,攻克了水源预测、水库选址、库容计算、坝体构筑、安全控制和水质保障等技术难题,构建了煤矿地下水库技术体系。该技术已在神东矿区全面实施,并将在西部其他矿区推广应用,为煤炭开采水资源保护利用开辟了有效的技术途径。 展开更多
关键词 煤炭开采 水资源保护利用 采空区储用矿井水 煤矿地下水库
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煤炭开发利用水资源需求及应对策略研究 被引量:11
2
作者 李井峰 熊日华 《煤炭工程》 北大核心 2016年第7期115-117,121,共4页
针对水资源对煤炭开采、煤炭洗选、燃煤发电和煤制油化工等煤炭开发利用产业发展的制约,提出了充分利用矿井水和城市中水满足煤炭开发利用水资源需求的总体思路,分析了矿井水和城市中水利用的主要技术路径和研发方向。通过神华集团的案... 针对水资源对煤炭开采、煤炭洗选、燃煤发电和煤制油化工等煤炭开发利用产业发展的制约,提出了充分利用矿井水和城市中水满足煤炭开发利用水资源需求的总体思路,分析了矿井水和城市中水利用的主要技术路径和研发方向。通过神华集团的案例,证明利用矿井水和城市中水是煤炭开发利用与水资源协调发展的有效技术途径。 展开更多
关键词 煤炭开发利用 水资源 矿井水 城市中水
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宝日希勒露天煤矿水资源综合利用优化配置研究
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作者 吴慧光 徐芸 +3 位作者 陶玲 王海棠 王晓雷 曹志国 《能源与环境》 2024年第1期152-156,共5页
煤炭开采产生的大量矿井水,是宝贵的非常规水资源,处理后可回用于矿区生产和生活。该文对矿坑水资源水质、利用情况、用途进行分析,完善2022年矿区用水平衡图,并对现有工艺进行优化,建立智慧水务、完善用水制度和经济管理机制,提出系统... 煤炭开采产生的大量矿井水,是宝贵的非常规水资源,处理后可回用于矿区生产和生活。该文对矿坑水资源水质、利用情况、用途进行分析,完善2022年矿区用水平衡图,并对现有工艺进行优化,建立智慧水务、完善用水制度和经济管理机制,提出系统的建议和可行性措施。 展开更多
关键词 露天煤矿 矿井水 优化配置 宝日希勒
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基于双极膜电渗析的膜集成技术的高矿化度矿井水资源化处理 被引量:2
4
作者 刘兆峰 郭强 +7 位作者 王霄 唐佳伟 蒋斌斌 曹志国 张锁 闫祖喻 王群 李井峰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期2462-2471,共10页
在当前煤矿矿井水“零排放”及煤炭与水资源逆向分布背景下,西部矿区的高矿化度矿井水如若不进行合理处置便直接排放,不仅对当地生态环境造成不可估量的破坏,而且造成严重的水资源浪费,最终将制约煤炭绿色开发与生态文明建设。传统的高... 在当前煤矿矿井水“零排放”及煤炭与水资源逆向分布背景下,西部矿区的高矿化度矿井水如若不进行合理处置便直接排放,不仅对当地生态环境造成不可估量的破坏,而且造成严重的水资源浪费,最终将制约煤炭绿色开发与生态文明建设。传统的高盐废水零排放技术主要是利用蒸发结晶技术将无机盐由溶液态转变为结晶态进行回收。从经济性方面分析,该技术受投资高、运行成本高、无机盐附加值低等问题制约。基于此,以西部某矿井水为原水,以矿井水资源化零排放利用及脱盐低碳化为目标进行膜集成工艺设计,并在此基础上重点探讨电渗析和双极膜电渗析工序不同操作条件(操作电压、进料液浓度、温度、酸碱度、电流密度等)对电渗析脱盐性能及双极膜电渗析制酸碱性能的影响规律,之后以实验数据及经济评估模型,探究其经济可行性,旨在探索出适用于西部矿区高矿化度矿井水处理的膜集成技术,为高矿化度矿井水绿色资源化处理工艺的开发提供新的研究思路。通过对电渗析−双极膜电渗析实验过程探究,发现双极膜系统进料液质量浓度应不超过80 g/L、适宜的操作电压为18 V、适宜的进料液温度为25℃、进料液pH保持中性、更适合采用恒电压操作。此外,证实了以双极膜电渗析为核心的膜集成系统可实现高矿化度矿井水绿色资源化处理,以电渗析系统进料液总含盐量20 g/L为例,总的净收益为18604299元/a,且在耦合光伏电力供应系统时具有明显的二氧化碳减排效应,二氧化碳减排将超过3162 t/a,具有良好的经济效益和社会效益。 展开更多
关键词 高矿化度矿井水 集成膜系统 零排放 双极膜电渗析技术 矿井水资源化
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我国煤矿矿井水保护利用发展战略与工程科技 被引量:118
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作者 顾大钊 李井峰 +5 位作者 曹志国 吴宝扬 蒋斌斌 杨毅 杨建 陈要平 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期3079-3089,共11页
我国煤炭开采对地下水资源的破坏是实现煤炭绿色开发和矿区生态文明建设需要解决的重大关键问题。通过调研咨询、统计分析、专家咨询等方式,系统分析了我国煤矿矿井水保护利用现状,提出了我国煤矿矿井水保护利用发展战略和工程科技。研... 我国煤炭开采对地下水资源的破坏是实现煤炭绿色开发和矿区生态文明建设需要解决的重大关键问题。通过调研咨询、统计分析、专家咨询等方式,系统分析了我国煤矿矿井水保护利用现状,提出了我国煤矿矿井水保护利用发展战略和工程科技。研究表明:目前我国吨煤开采产生矿井水为1.87 m^(3),每年产生煤矿矿井水约6.88×109 m^(3),煤矿矿井水平均利用率约为35%;根据煤炭产量发展趋势研究预测,2035年前我国煤矿矿井水每年可以稳定在6.0×109 m^(3)以上,煤矿矿井水将是我国长期稳定的非常规水资源,实现矿井水高效利用具有重大的经济社会效益。基于上述研究,提出了到2025年、2030年、2035年,我国煤矿矿井水利用率分别达到55%,70%,80%的总体目标;通过总结分析我国煤矿矿井水保护技术、矿井水处理与利用技术发展历程与趋势,提出了“2+5+5+3”的我国煤矿矿井水保护利用工程科技:即掌握“煤层开采覆岩断裂带发育规律与地下水运移机制”、“矿井水水-岩耦合化学作用机理”等2项基础理论;突破“地下水赋存精准探测技术”、“煤矿地下水库群建设与运行技术”、“充填开采技术材料与装备”、“高矿化度矿井水大规模低成本处理技术”、“含特殊组分矿井水精准处理技术”等5项关键技术;建立“蒙陕接壤区煤矿地下水库技术示范区”、“宁东、哈密高矿化度矿井水处理利用示范区”、“蒙东草原区矿井水保护利用示范区”、“华北平原区充填开采水资源保护示范区”、“两淮矿区废弃矿井水资源利用示范区”等5个矿井水保护利用示范区;到2035年实现“煤矿地下水库储水规模达到5.0×10^(8) m^(3)”、“充填开采技术成本下降50%”、“高矿化度矿井水零排放成本下降50%”等三大技术目标。同时对矿井水高效利用提出了政策建议和保障措施。 展开更多
关键词 矿井水 矿井水保护利用技术 煤矿地下水库 充填开采 工程科技
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爆炸冲击波和爆生气体的动态作用演化机制的实验与数值分析 被引量:3
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作者 王雁冰 孔维文 +3 位作者 左进京 李林青 吴宝杨 陶志刚 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期248-260,共13页
在岩石爆破过程中,爆炸冲击波和爆生气体的波动机理尚不清楚。通过高速纹影系统和超压测试系统并结合AUTODYN数值模拟分析,对爆炸冲击波和爆生气体的波动机理开展研究。设计了不同炸药类型和装药结构下的5种药包,通过纹影照片直观地显... 在岩石爆破过程中,爆炸冲击波和爆生气体的波动机理尚不清楚。通过高速纹影系统和超压测试系统并结合AUTODYN数值模拟分析,对爆炸冲击波和爆生气体的波动机理开展研究。设计了不同炸药类型和装药结构下的5种药包,通过纹影照片直观地显示爆生产物的动态作用演化过程。对比分析5种情况下爆炸冲击波和爆生气体在流场中的波动变化,将数值模拟结果与纹影实验结果进行对比并反演了炸药内部爆轰波动过程。结果表明:爆炸冲击波与爆生气体一开始伴随扩展,并以起爆点为中心向外以球形传播。在传播过程中,爆炸冲击波与爆生气体逐渐分离,爆炸冲击波传播速度大于爆生气体的传播速度。在不同的装药结构情况下,爆炸冲击波和爆生气体的分离特征不同,分离的时间随药包外壳约束作用的增强而缩短。在不同的炸药类型情况下,爆炸冲击波和爆生气体的波动形态基本相同,但因炸药材料本身物理力学参数不同,所以爆炸冲击波和爆生气体传播过程中的速度和压力变化会有差异。当存在切口时,爆炸冲击波和爆生气体会优先从切口处向外传播,然后向其他方向进行绕流,切口方向的压力和速度都会变大,切口方向能量集中且管壁优先破坏,达到定向破坏的效果。数值模拟中爆炸冲击波和爆生气体的波动变化形态与纹影实验结果在形态上较为吻合。 展开更多
关键词 爆炸冲击波 爆生气体 高速纹影 动态演化 AUTODYN
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煤矸石资源化利用技术研究新进展 被引量:19
7
作者 张伟龙 刘刚 《陕西煤炭》 2022年第5期149-152,共4页
在分析我国过去30年能源结构及其变化趋势的基础上,简述了伴随煤炭开采过程中煤矸石排放对生态环境造成的巨大危害,并介绍了煤矸石的物理、化学性质和现有利用方式。综合目前利用方式的弊端,提出了以离层区注浆充填为代表的煤矸石有效... 在分析我国过去30年能源结构及其变化趋势的基础上,简述了伴随煤炭开采过程中煤矸石排放对生态环境造成的巨大危害,并介绍了煤矸石的物理、化学性质和现有利用方式。综合目前利用方式的弊端,提出了以离层区注浆充填为代表的煤矸石有效大宗利用新工艺。离层区注浆充填技术前期投资小、运行期间与采煤作业相互影响小,在抑制开采沉陷的同时实现了煤矸石废弃物的有效资源化转化,减少了对生态环境的负面影响,为我国煤矸石有效资源化利用提供了有益尝试。 展开更多
关键词 煤矸石 固体废弃物 资源化利用 离层区注浆 开采沉陷
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我国太阳能资源分析及利用潜力研究 被引量:11
8
作者 孙丽平 方敏 +1 位作者 宋子恒 易晓亮 《能源科技》 2022年第5期9-14,18,共7页
实现碳达峰、碳中和目标是我国的重大战略部署,加快构建以新能源为主体的新型电力系统,构建清洁低碳、安全高效的能源体系,必须采取有力举措大力发展新能源。光伏发电作为清洁和可再生绿色能源,具备低碳和零排放的特点。大力发展光伏产... 实现碳达峰、碳中和目标是我国的重大战略部署,加快构建以新能源为主体的新型电力系统,构建清洁低碳、安全高效的能源体系,必须采取有力举措大力发展新能源。光伏发电作为清洁和可再生绿色能源,具备低碳和零排放的特点。大力发展光伏产业,对调整能源结构、推进能源转型具有重要意义。本文研究了当前电力市场下,全国各区域太阳能资源、光伏发电量,以及光伏发电的经济性。研究中充分考虑了全国各区域电力现货市场化交易降价、调峰辅助服务费“、两个细则”考核费用等对新能源上网电价的影响以及各地弃光限电情况等。采用典型工程设计方案对全国各区域光伏项目进行经济性分析和投资潜力的研究,并结合新能源发展的区域性、战略性、一体化、经济性四大原则,对当前投资建设光伏项目提出相关发展建议。 展开更多
关键词 “双碳”目标 全国光资源 光伏发电 光伏经济性 投资潜力
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不同含水状态下煤样蠕变实验研究
9
作者 武洋 姚强岭 +2 位作者 吴宝杨 尚晓贝 王路军 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第3期72-77,共6页
通过保持结构完整性浸水装置、X射线衍射仪及电液伺服加载煤岩体三轴蠕变渗流实验平台,实验得到上湾煤矿煤样的饱水曲线、不同含水状态下微观组分变化及蠕变特征。实验结果表明:煤样含水率与浸水时间呈负指数函数关系,含水率变化可分为... 通过保持结构完整性浸水装置、X射线衍射仪及电液伺服加载煤岩体三轴蠕变渗流实验平台,实验得到上湾煤矿煤样的饱水曲线、不同含水状态下微观组分变化及蠕变特征。实验结果表明:煤样含水率与浸水时间呈负指数函数关系,含水率变化可分为加速增长、减速增长及稳定3个阶段;1次饱和过程中,随着含水率增加,煤样石英含量几乎保持不变,而高岭石等黏土矿物含量在这一过程中减少较多;干湿循环过程中,煤样石英含量衰减与循环次数成正比;随着含水率及干湿循环次数增加,煤样进入稳态蠕变及加速蠕变所需轴向荷载降低。 展开更多
关键词 煤样 含水率 干湿循环 饱水曲线 矿物组分 蠕变特性
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浸水煤体单轴压缩能量破坏机理及层理效应 被引量:1
10
作者 刘小玲 张泽天 +4 位作者 张茹 曹志国 任利 孙紫琬 查尔晟 《工程科学与技术》 北大核心 2025年第1期189-200,共12页
煤矿地下水库煤柱坝体存在显著的浸水渐进灾变力学响应,揭示浸水煤体单轴压缩能量演化特性的层理效应对煤柱坝体设计优化及安全控制具有重要意义。采用岩石多轴加载力学试验系统TEST 60,开展垂直及平行两种层理在不同浸水时间(0、2、4、... 煤矿地下水库煤柱坝体存在显著的浸水渐进灾变力学响应,揭示浸水煤体单轴压缩能量演化特性的层理效应对煤柱坝体设计优化及安全控制具有重要意义。采用岩石多轴加载力学试验系统TEST 60,开展垂直及平行两种层理在不同浸水时间(0、2、4、16 d)下煤样的单轴压缩试验,获取浸水煤样单轴压缩全应力–应变曲线及物理力学参数,探究煤样单轴压缩加载全过程能量演化特征,分析不同层理浸水煤样单轴压缩能量演化机理。结果表明:1)长时间浸水后,垂直层理和平行层理煤样均发生了明显的水软化,抗压强度明显变小,且各能量指标均较未浸水时有明显降低;浸水16 d的平行层理、垂直层理煤样峰值应力处对应的总能量分别为未浸水时的56%、53%。2)浸水4 d内,平行层理煤样受水软化作用的影响不显著;垂直层理煤样的抗压强度先增加后降低,弹性能变化趋势与抗压强度保持一致,总能量、耗散能随着浸水时间的增加逐渐降低。3)相同浸水时间下,垂直层理煤样的强度及变形破坏过程中的各能量指标均高于平行层理煤样;未浸水垂直层理煤样的峰值总能量约为平行层理的2倍。4)由于不同层理方向煤样的吸水能力及其破坏面与层理面的关系有差异,导致在短时间浸水作用后不同层理煤样单轴压缩能量演化存在差异。研究结果丰富了已有对浸水煤体受载破坏过程能量演化规律的认识,为指导煤矿地下水库的安全建设与稳定运行提供参考和依据。 展开更多
关键词 浸水时间 层理 煤样 单轴压缩 能量演化
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煤矿地下水库水-岩相互作用机理实验研究 被引量:33
11
作者 张凯 高举 +2 位作者 蒋斌斌 韩佳明 陈梦圆 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期3760-3772,共13页
为了揭示煤矿地下水库水体中离子的变化规律,阐明其自净化机理,并为其建设与发展提供理论依据。通过对神东大柳塔煤矿地下水库原位进出水水样水质分析、水化学类型分析和其中主要离子来源解析,设计4组煤矿地下水库泥岩和细砂岩分别与去... 为了揭示煤矿地下水库水体中离子的变化规律,阐明其自净化机理,并为其建设与发展提供理论依据。通过对神东大柳塔煤矿地下水库原位进出水水样水质分析、水化学类型分析和其中主要离子来源解析,设计4组煤矿地下水库泥岩和细砂岩分别与去离子水和矿井水的水-岩相互作用模拟实验,采用图示法、离子比值法等手段揭示煤矿地下水库水体中主要离子的变化规律及其来源。结果表明:大柳塔煤矿地下水库发生的主要水-岩相互作用为阳离子交换反应,黄铁矿氧化,方解石、白云石以及硅酸盐矿物的溶解。阳离子交换反应使得Na^+浓度增大而Ca^2+浓度减少、水化学类型由进水的SO4·Cl-Ca型向出水的SO 4·Cl-Na型转变以及造成Na^+浓度相对Cl-浓度过量而r(Ca^2++Mg^2+)浓度相对于r(HCO3^-+SO4^2-)浓度亏缺的主要原因;且随着水-岩相互作用的进行,泥岩和细砂岩的钠吸附比均逐渐增大,阳离子交换反应逐渐减弱。煤矿地下水库水体中SO4^2-部分来源于黄铁矿氧化,其中泥岩的方解石含量相对于白云石含量较多,主要是黄铁矿氧化与方解石发生中和反应;而细砂岩中白云石含量较多,主要是黄铁矿氧化与白云石发生中和反应。矿井水中Na^+主要来自钠长石和正长石等硅酸盐矿物的溶解,泥岩组和细砂岩组Ca^2+和Mg^2+的主要来源分别是方解石和白云石的溶解。 展开更多
关键词 煤矿地下水库 水-岩相互作用 离子来源 离子变化规律 矿井水
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地下水库典型岩体全应力应变过程碎胀-储水特性
12
作者 王汉鹏 张冰 +4 位作者 张玉军 吴宝杨 武洋 李鹏 王鹏 《哈尔滨工业大学学报》 北大核心 2025年第3期120-128,共9页
为探明开采过程中采空区典型岩体碎胀-储水演化特性及内在机制,基于自主研发的岩石三轴流固耦合试验系统推导了岩样碎胀、储水系数同步测试方法,针对粗砂岩、粉砂岩和泥岩开展了三轴加载岩样全应力应变过程碎胀-储水系数测定试验,并采... 为探明开采过程中采空区典型岩体碎胀-储水演化特性及内在机制,基于自主研发的岩石三轴流固耦合试验系统推导了岩样碎胀、储水系数同步测试方法,针对粗砂岩、粉砂岩和泥岩开展了三轴加载岩样全应力应变过程碎胀-储水系数测定试验,并采用核磁共振成像同步获取了岩石内部裂隙空间分布情况。结果表明:3类岩样的碎胀、储水系数随加载进程逐渐增大并趋于稳定,对应应力应变曲线4个阶段呈阶段性梯度变化。其中,储水系数随着应变变化呈现较好的双参数Weibull分布。初始孔隙度在一定程度上影响着新生裂隙扩展形态及岩样储水空间,随着岩样初始孔隙度增大,储水系数在峰前80%及以前呈线性增大关系,之后呈指数增大关系。基于碎胀系数计算的储水系数理论值和试验实测值演化规律一致但数值具有明显差异,最大差值可达0.7%,具有明显的“先碎胀后储水”特征。岩样的碎胀、储水系数受应力加载与初始孔隙度的耦合影响,在加载初期由初始孔隙度主导,逐渐过渡至应力主导,最终由应力及岩体孔裂隙贯穿程度共同决定。 展开更多
关键词 地下水库 顶板覆岩 全应力应变过程 碎胀系数 储水特性
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基于大样本的露天开采植被扰动范围一般性统计规律——以神东煤炭基地为例 被引量:8
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作者 李军 彭传盈 +4 位作者 张成业 李全生 张凯 刘举庆 马雪松 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期975-985,共11页
露天开采对植被的扰动范围对于矿区生态环境治理与修复具有重要意义。现有研究主要以单个或若干个煤矿为研究对象,所得结论仅能反映个体煤矿的特点,缺乏对区域尺度上大量露天煤矿的开采扰动一般性规律研究,难以在实践中推广使用。针对... 露天开采对植被的扰动范围对于矿区生态环境治理与修复具有重要意义。现有研究主要以单个或若干个煤矿为研究对象,所得结论仅能反映个体煤矿的特点,缺乏对区域尺度上大量露天煤矿的开采扰动一般性规律研究,难以在实践中推广使用。针对上述问题,本研究根据临近煤矿分布特点与生态扰动类型,定义了4种类型的露天煤矿区OD-NDVI曲线(Orientation Distance-Normalized Difference Vegetation Index Curve),包括“负独立型曲线”、“负密集型曲线”、“正独立型曲线”和“正密集型曲线”,并提出了基于OD-NDVI曲线的开采植被扰动距离提取方法,包括数据预处理、OD-NDVI曲线提取、曲线分类与开采扰动距离识别4个主要步骤。以神东煤炭基地106个露天煤矿为研究对象,提取所有煤矿的开采扰动距离并进行定量统计分析,揭示了研究区露天开采对植被扰动范围的一般性统计规律。结果如下:(1)采用Shapiro-Wilk统计检验方法进行显著性检验,发现神东煤炭基地露天煤矿的开采扰动距离符合正态分布(R^(2)=0.95),开采扰动距离大多在均值1 214 m附近,且68.26%的开采扰动距离分布在[939.05 m, 1 488.71 m]内(均值的1倍标准差内);(2)借助箱线图统计,揭示了露天煤矿的开采扰动距离存在有界性特点,最大值为2 025 m,最小值为600 m,仅有0.13%的开采扰动距离大于2 038.37 m(超过均值3倍标准差);(3)通过分析露天煤矿在8个方向上开采扰动距离的变异系数,发现其开采扰动距离存在显著的方向异质性,70.7%的煤矿方向开采扰动距离存在较强或中等方向异质性,仅有29.3%存在弱方向异质性;(4)通过拟合建模分析,发现开采扰动距离与实际年产煤量存在显著的对数模型关系(R^(2)=0.613),随着煤矿的年产煤量增长,其开采扰动距离呈对数增加,但在年产煤量增加至232万t后,年产煤量对扰动距离无明显影响作用。基于大样本露天煤矿的统计分析结果具有更强的普适性和精细度,有望为干旱半干旱煤矿区的分级分区治理、精准修复、生产计划优化等提供科学指导。 展开更多
关键词 露天开采 植被扰动范围 开采扰动距离 统计规律 神东煤炭基地
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煤矿地下水库破碎岩体压实全过程储水性能与演化机制
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作者 张华 张冰 +3 位作者 张锁 李鹏 张勇 王路军 《哈尔滨工业大学学报》 北大核心 2025年第3期81-89,共9页
为研究冒落带破碎岩体在上覆岩层压力作用下的动态储水性能及演化机制,采用自主研发的可视化装置,对粗砂岩、砂质泥岩和泥岩的破碎岩样进行了侧限压实试验,获取了压实全过程的孔隙率、碎胀系数和空间演化图像。试验结果表明:破碎岩体压... 为研究冒落带破碎岩体在上覆岩层压力作用下的动态储水性能及演化机制,采用自主研发的可视化装置,对粗砂岩、砂质泥岩和泥岩的破碎岩样进行了侧限压实试验,获取了压实全过程的孔隙率、碎胀系数和空间演化图像。试验结果表明:破碎岩体压实过程可分为大空隙压实、小空隙压实、破碎后压实和压实强化4个阶段,其中岩体储水空间变化主要出现在第1、3阶段。由于岩体强度及遇水软化特性差异,3类破碎岩体包含了不同的压实过程及分段特征,进而导致砂质泥岩的储水空隙分别是粗砂岩和泥岩的3.75和7.5倍。随着粒径的增大,破碎岩体稳定性提高,粗砂岩、泥岩、砂质泥岩的空隙率分别增大0.20、0.09和0.04。试验结果可采用颗粒力学进行解释,岩体的压实过程本质上是松散岩块之间的滑移、挤压和力链形成,岩性、覆岩压力、颗粒级配的变化导致了3个阶段的发生次序与颗粒体系接触刚度的差异,进而导致岩体储水系数差异。研究成果可为煤矿地下水库储水能力准确评估提供理论支撑。 展开更多
关键词 地下水库 破碎岩体 压实过程 覆岩压力 颗粒级配 储水性能
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基于能量传导机制的覆岩裂断损伤主控因素及表征
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作者 张村 樊柏强 +4 位作者 任赵鹏 马健起 赵毅鑫 李全生 赵勇强 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期781-793,共13页
采场上覆岩层的运移和裂断是影响工作面矿压显现的重要因素。从能量角度对覆岩损伤及破坏特征进行研究,能够更好地了解采动影响下覆岩运移与破坏的行为规律和潜在风险,为采场合理的开采参数设计提供有效的指导。以陕西神府矿区青龙寺煤... 采场上覆岩层的运移和裂断是影响工作面矿压显现的重要因素。从能量角度对覆岩损伤及破坏特征进行研究,能够更好地了解采动影响下覆岩运移与破坏的行为规律和潜在风险,为采场合理的开采参数设计提供有效的指导。以陕西神府矿区青龙寺煤矿为研究背景,通过能量耗散理论从二维平面及三维空间的角度对覆岩裂断损伤的峰后变形破坏特征进行研究。创新性地提出了煤层开挖赋予上覆岩层势能的总能量计算方法。在此基础上,采用数值模拟和理论分析相结合的方法,建立了基于能量传导机制的覆岩损伤程度表征体系。基于能量平衡和有限差分理论,推导了岩石耗散能有限差分方程式,采用FISH语言将其写入FLAC3D应变软化模型,补充了软件能量计算模块,弥补了常规采用塑性区定性表征工程岩体开挖导致的破坏程度及类型的不足。通过定义损伤度指标量化表征了指标参数尺度效应的能量耗散程度,并结合青龙寺煤矿工作面地质条件模拟分析了工作面长度和推进速度对覆岩损伤程度的影响。覆岩损伤度随工作面长度、工作面推进速度的增加分别呈“S”型增长和减小。最终确定工作面长度应小于303.26 m,推进速度应控制在10.13~18.00 m/d并匀速推进。若工作面参数超过上述范围,开采损伤将会引起上覆岩层中主要控制层的破坏,进而导致损伤比大幅度增加。最后,结合青龙寺煤矿5-20108工作面推进速度与其工作面来压步距的相关关系,发现工作面推进速度的增加使得来压步距增长,矿压显现强度增强,整体覆岩损伤程度降低,进而验证了基于能量传导模型表征体系的可行性。 展开更多
关键词 覆岩结构 损伤度 能量耗散 损伤表征 开采参数
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“两维一体化”煤矿矿井水分级处理与高效循环利用技术 被引量:7
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作者 张春晖 鲁文静 +5 位作者 唐佳伟 彭悦 林烨 周伟龙 刘奥玲 冯立 《能源科技》 2021年第1期17-22,共6页
针对目前矿井水资源化中存在的煤矿闭坑后资源开发利用不足、井下矿井水处理设备较少及工艺不成熟和地面处理能耗高等问题,本文首次提出了"两维一体化"煤矿矿井水处理与利用理念。对不同类型的矿井水,从时间维度(煤矿生产—闭... 针对目前矿井水资源化中存在的煤矿闭坑后资源开发利用不足、井下矿井水处理设备较少及工艺不成熟和地面处理能耗高等问题,本文首次提出了"两维一体化"煤矿矿井水处理与利用理念。对不同类型的矿井水,从时间维度(煤矿生产—闭坑)和空间维度(煤矿井下—地面),提出了基于时间维度的煤矿矿井水"生产—闭坑"全过程污染控制技术、基于空间维度的煤矿矿井水"井下—地面"分级处理与利用技术,建立了"两维一体化"煤矿矿井水分级处理与高效循环利用技术体系,并研发了可渗透反应墙(Permeable Reactive Barrier,PRB)、新型纳米无机-有机复合絮凝剂、压力式气水互冲洗过滤池、反渗透耦合纳滤脱盐装备以及高浓度泥浆(high density sludge,HDS)工艺等新材料、新设备、新技术、新工艺,为矿井水的绿色处理与利用提供了一种新的思路。 展开更多
关键词 煤矿矿井水 分级处理 循环利用 闭坑煤矿
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国外矿井水利用现状及特点分析 被引量:18
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作者 李庭 李井峰 +3 位作者 杜文凤 郭奇峰 张英 李娜 《煤炭工程》 北大核心 2021年第1期133-138,共6页
利用方式和处理技术是影响矿井水利用的最主要因素,因此通过大量的文献和调查研究,对国外主要矿业国家的矿井水利用方式和处理技术进行了分析总结。目前国外矿井水利用方式除了自身生产利用外,主要还包括生活饮用水、工业用水、灌溉用... 利用方式和处理技术是影响矿井水利用的最主要因素,因此通过大量的文献和调查研究,对国外主要矿业国家的矿井水利用方式和处理技术进行了分析总结。目前国外矿井水利用方式除了自身生产利用外,主要还包括生活饮用水、工业用水、灌溉用水、环境用水、回注地下和用于蓄热等,同时矿井水达标外排也较为普遍。国外的矿井水利用处理技术主要包括反渗透、纳滤等主动处理技术和人工湿地、可渗透反应墙等被动处理技术,更重视对低能耗、低维护的被动处理技术的开发与应用。此外,国外发达国家还普遍重视对矿井水进行分类收集,对废弃矿井排水进行处理利用等。对国外现状的研究可给我国矿井水利用提供学习和借鉴。 展开更多
关键词 矿井水利用 水处理技术 煤矿 金属矿 主动处理 被动处理
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西部煤炭集约化开采损伤传导机理与源头减损关键技术 被引量:18
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作者 李全生 郭俊廷 +3 位作者 张凯 阎跃观 张村 徐祝贺 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期3636-3644,共9页
科学认识开采损伤传导机理是井下安全生产、含水层保护及地表附属物减损理论发展及减损关键技术提出与实践的核心问题,研究西部煤炭集约化开采损伤传导机理与源头减损关键技术,对协调我国能源需求保障和矿区生态保护具有重要意义。通过... 科学认识开采损伤传导机理是井下安全生产、含水层保护及地表附属物减损理论发展及减损关键技术提出与实践的核心问题,研究西部煤炭集约化开采损伤传导机理与源头减损关键技术,对协调我国能源需求保障和矿区生态保护具有重要意义。通过分析集约化开采特征和现有减损技术特点,基于神东矿区集约化开采现场实测与模拟,研究了西部集约化开采损伤规律,揭示覆岩损伤传导机理。研究表明,神东矿区集约化开采具有矿压显现强烈、覆岩损伤严重、移动周期短、地表变形剧烈、地表裂缝发育等规律;发现神东上湾煤矿“基本顶破断-关键层断裂-地表主裂缝”呈“331”周期性传导规律,得出西部煤炭集约化开采覆岩及地表损伤具有周期性对应传导关系。揭示了覆岩损伤逐层上传、分区耗散的机理;提出了采动损伤能及极限损伤能临界值计算方法;建立了覆岩“三带”不同分区损伤系数与开采空间关系的损伤耗散模型,得出源头减损是控制开采损伤的主要途径。兼顾集约化开采特征,分别围绕覆岩损伤控制、地表变形控制等不同目的,提出了开采工艺参数优化、覆岩承载结构稳定性维持和变形调控减损的集约化开采源头减损关键技术,并给出工作面采高、面长及推进速度的合理区间。运用该方法对上湾煤矿12402工作面进行了开采优化,并用数值计算方法对比分析了优化前后覆岩损伤程度和控制效果。 展开更多
关键词 煤炭集约化开采 损伤传导 源头减损 减损技术 神东矿区
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碳约束条件下国外主要采煤国煤炭开发经验 被引量:2
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作者 李全生 方杰 曹志国 《煤炭工程》 北大核心 2017年第F05期12-15,18,共5页
国外主要采煤国按照气候政策的支持程度可以划分为紧约束采煤国、趋紧约束采煤国和宽约束采煤国。紧约束采煤国多处于煤炭工业衰落阶段,政府因地制宜引导新的经济增长点和新兴产业,矿山瓦斯利用程度较高。趋紧约束采煤国仍旧是当前的煤... 国外主要采煤国按照气候政策的支持程度可以划分为紧约束采煤国、趋紧约束采煤国和宽约束采煤国。紧约束采煤国多处于煤炭工业衰落阶段,政府因地制宜引导新的经济增长点和新兴产业,矿山瓦斯利用程度较高。趋紧约束采煤国仍旧是当前的煤炭生产大国,机械化程度高,注重经济、安全、生态保护与企业节能高效生产协同发展,鼓励碳减排技术研发,煤层气开发已经实现规模化、系统化、产业化。宽约束采煤国矿山开采水平较低,瓦斯利用和煤层气产业均处于未开展或者初步阶段,碳减排工作提升空间较大。 展开更多
关键词 碳约束 煤炭开发 碳减排技术 煤层气产业
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煤炭深部开采界定及采动响应分析 被引量:51
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作者 张建民 李全生 +2 位作者 张勇 曹志国 王新中 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1314-1325,共12页
科学界定深部是深部开采理论发展与技术实践的重要问题,探讨适于我国煤炭现代开采实践的深部开采界定方法具有重要意义。为此,综合考虑我国煤矿矿区深部岩石、地下水环境和现代开采方式,将区域应力场与采动应力场分析相结合,基于我国地... 科学界定深部是深部开采理论发展与技术实践的重要问题,探讨适于我国煤炭现代开采实践的深部开采界定方法具有重要意义。为此,综合考虑我国煤矿矿区深部岩石、地下水环境和现代开采方式,将区域应力场与采动应力场分析相结合,基于我国地壳浅部、煤矿矿区深部准静水应力状态分析,进一步研究我国煤矿矿区的深部界定、基于不同矿区煤岩状态(岩性及组合、含水性等)差异的相对深部界定和开采时动态深部区确定方法。研究表明,原岩初始状态和开采方式共同决定了采动力学状态及变化规律和其他伴生状态变化。基于深部与浅部的力学状态差异,将深部开采界定为在高地应力环境且具有采动非线性力学响应的煤岩体空间实施的采矿活动;依据我国煤矿矿区应力场统计变化规律和准静水应力状态分析,采用平均侧压系数Kav(即:水平最大主应力和最小主应力的平均值与垂直应力之比)确定煤矿矿区深部临界深度,结合我国中东部深部开采实践确定的参考深部临界深度Hm为850~900m;基于不同矿区原岩差异性(岩性及组合、含水性等),建立了不同初始状态时实际深部临界深度Hs(简称为视临界深度)与Hm比较模型,分析发现采动煤层覆岩越软和含水性越强,其深部临界深度越浅(或“趋浅”),降低幅度可达30%~50%;基于开采“应力拱”现象构建了深部采动应力状态Kav模型和Hs计算方法,采动响应分析表明:开采工作面切眼外侧及采场前端局部Hs呈变浅→变深→正常的变化特征(或“端部效应”),工作面中部区域呈变浅趋势(或“趋浅”),采高越大其Hs“趋浅”效应越显著,而随工作面推进距离增加端部效应变小;东、中、西部典型矿区Hs与Hm比较表明:东部矿区Hs偏深,中部矿区深度相近,西部(陕、蒙等)地下水丰富的矿区偏浅,在500~600m即可达到实际深部临界深度,采深400~500m时大采高工作面两端外侧局部也可显现深部力学状态。研究基于我国深部岩石力学研究成果和开采条件及现代开采方式,探讨提出的深部界定方法和结果,与已有深部开采理论研究与实践成果比较证实,该方法具有理论合理性和结果可靠性。 展开更多
关键词 煤炭开采 深部界定 视临界深度 趋浅效应 西部矿区
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