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“双碳”目标下煤炭绿色低碳发展新思路 被引量：65
1
作者 王双明 刘浪 +8 位作者 朱梦博 申艳军 师庆民 孙强 方治余 阮仕山 何伟 杨潘 王建友 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期152-171,共20页
在“双碳”目标背景与当前技术条件下,“煤”“废”“碳”构成了煤炭的“不可能三角”,严重制约着煤炭行业的绿色低碳可持续发展。秉持“以废治废”“从哪里来到哪里去”的原则,着眼“煤”的减损化开采、“废”的功能化利用、“碳”的... 在“双碳”目标背景与当前技术条件下,“煤”“废”“碳”构成了煤炭的“不可能三角”,严重制约着煤炭行业的绿色低碳可持续发展。秉持“以废治废”“从哪里来到哪里去”的原则,着眼“煤”的减损化开采、“废”的功能化利用、“碳”的低碳化处置三维视角,探索“煤”“废”“碳”协同发展路径,为破解煤炭“不可能三角”和推动煤炭绿色低碳发展提供全方位解决方案。具体包括:①阐明了“煤”的减损化开采科学内涵,明确了生态脆弱区含(隔)水层空间组合特征、采煤减损技术应用下的覆岩移动规律和覆岩采动损伤下的地表变形规律等减损化开采科学问题,提出了面间煤柱“掘-充-留”一体化、窄条带式充填开采和综采架后充填开采等减损化开采技术;②阐明了“废”的功能化利用科学内涵,明确了固废功能化利用的科学问题,包括镁-煤基固废原材料改性方法与机理、多元固废协同作用机制、全固废充填材料性能调控理论3个方面,形成了以固废原材料改性、固废基胶凝材料研发、全固废充填材料制备为核心的固废功能化利用关键技术体系;③阐明了“碳”的低碳化处置科学内涵,提出了“碳”的低碳化处置科学实践框架和实施路径,厘清了在“碳”的低碳化处置过程中关于矿化材料制备、封存空间构筑、CO_(2)封存机理与调控、CO_(2)封存长期环境效应和储库稳定性等方面的科学问题,明确了碎胀空间CO_(2)封存、煤矿CO_(2)固碳充填等关键技术,形成了利用煤矿采空区实现CO_(2)低碳封存的新模式。立足煤炭绿色低碳可持续发展,协同推进“煤”的减损化开采、“废”的功能化利用与“碳”的低碳化处置,对推动煤炭行业“双碳”目标实现具有重要意义。 展开更多
关键词 绿色低碳 减损化开采 功能化利用 低碳化处置
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煤矿连采连充欠接顶区覆岩稳定性数值模拟研究
2
作者 刘浪 罗屹骁 +5 位作者 朱梦博 何军 屈慧升 段怀军 蔚保宁 刘智振 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第10期101-115,共15页
【目的和方法】煤炭作为我国主体能源,其开采引发的地面塌陷、固废堆积等生态问题日益突出,连采连充技术通过煤基固废充填实现资源高效回收与生态保护,但充填体欠接顶问题严重威胁巷道回采的覆岩稳定性。针对当前研究中欠接顶区多因素... 【目的和方法】煤炭作为我国主体能源,其开采引发的地面塌陷、固废堆积等生态问题日益突出,连采连充技术通过煤基固废充填实现资源高效回收与生态保护,但充填体欠接顶问题严重威胁巷道回采的覆岩稳定性。针对当前研究中欠接顶区多因素耦合影响机制不清,以榆林某风积沙似膏体充填矿井为工程背景,采用3DEC离散元软件构建三维数值模型,设置8组工况对比分析欠接顶区大小、顶板条件及支护状态对覆岩位移、应力分布及地表变形的影响,并基于弹性地基梁理论建立力学模型,计算欠接顶区影响下的条带回采覆岩位移。【结果和结论】(1)随着欠接顶区范围的扩大(体积占比≥10%时),覆岩位移和地表下沉量显著增加,特别是双侧大范围欠接顶区对覆岩稳定性的影响尤为突出。(2)顶板裂隙发育会进一步加剧覆岩的不稳定性,导致覆岩位移和应力集中现象更加显著,其中双侧20 m欠接顶裂隙发育区回采结束后,最大覆岩位移和峰值应力相较不存在裂隙发育区的对照组分别高出40.3%和44.5%,严重威胁安全开采。(3)尽管支护失效也会增加覆岩位移和应力集中,但其影响程度相对较小,对于双侧20 m欠接顶区支护失效的工况,回采结束后最大覆岩位移和峰值应力相较支护完好的工况分别高出2.1%和5.6%。实际充填作业可通过优化接顶工艺以减小欠接顶区范围,同时应加强开采过程对裂隙发育区的管控以减小裂隙发育对覆岩稳定性的影响,而良好的支护条件能有效减小欠接顶区覆岩位移和应力集中。 展开更多
关键词 充填开采 数值模拟 欠接顶区 覆岩稳定性
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窄条带充填料浆流动扩展解析几何模型及接顶优化
3
作者 朱梦博 罗屹骁 +5 位作者 刘浪 巫侯琴 何军 屈慧升 蔚保宁 何伟 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第8期226-239,共14页
充填体的接顶率对充填体整体质量及采空区稳定性有重要影响。充填体接顶率欠佳,在采空区顶部形成的欠接顶区域会带来许多安全隐患,如易引发顶板冒顶、片帮,地表沉降,有害气体集聚等问题。为探究欠接顶区域的成因及影响因素,优化充填接... 充填体的接顶率对充填体整体质量及采空区稳定性有重要影响。充填体接顶率欠佳,在采空区顶部形成的欠接顶区域会带来许多安全隐患,如易引发顶板冒顶、片帮,地表沉降,有害气体集聚等问题。为探究欠接顶区域的成因及影响因素,优化充填接顶工艺,基于多点分层充填工艺下充填料浆的扩展规律进行解析几何分析,并对窄条带多点分层充填工艺进行分析。量化表征了充填料浆触顶前及充填料浆触顶后的流动扩展规律,同时根据成因将充填料浆触顶后的封闭区划分为“Ⅰ型封闭区”和“Ⅱ型封闭区”,建立了欠接顶区的判别式。在窄条带充填料浆扩展解析几何模型研究基础上,建立了窄条带多点分层充填分析模型并开展近水平窄条带充填模拟试验,得到不同工艺下的封闭区长度;合理的下料点间距及接顶充填高度对提高充填接顶率具有重要影响。针对充填封闭区,提出了全域排气/排水方法,该管道单向透水/透气不透浆。搭建了特厚煤层窄条带充填物理相似试验台,开展充填多点分层充填试验和全域排水/排气试验。同时,采用地质雷达探测某充填矿井窄条带欠接顶区的分布规律,开展全域排水/排气优化接顶现场试验。物理模拟试验、现场试验欠接顶区分布规律与窄条带多点分层充填分析模型结果一致,全域排水/排气方法可以有效提高窄条带充填接顶效果。 展开更多
关键词 欠接顶 充填膏体 巷式开采 充填工艺 接顶优化
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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：6
4
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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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：16
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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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基于功能性充填的CO_(2)储库构筑与封存方法探索 被引量：28
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作者 刘浪 王双明 +7 位作者 朱梦博 张波 侯东壮 郇超 赵玉娇 张小艳 王雪丽 王美 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期1072-1086,共15页
“30·60双碳”目标是事关人类命运共同体的重大战略决策,也是推进煤炭行业转型升级与高质量发展的风向标。煤炭作为高碳化石能源的提供者,在生产和消费过程中带来的大宗固废堆存、大型采空区形成和高碳排放等问题,是制约煤炭可持... “30·60双碳”目标是事关人类命运共同体的重大战略决策,也是推进煤炭行业转型升级与高质量发展的风向标。煤炭作为高碳化石能源的提供者,在生产和消费过程中带来的大宗固废堆存、大型采空区形成和高碳排放等问题,是制约煤炭可持续开发利用与绿色健康发展的关键所在。秉持“变害为利”、“从哪来到哪去”原则,寻求资源高效回收、固废规模化处置、采空区再利用与CO_(2)封存的有机结合点,提出基于功能性充填的CO_(2)储库构筑与封存方法学术构想,探索“功能性充填材料制备→功能性充填与CO_(2)封存储库构筑→CO_(2)物理与化学协同封存→CO_(2)封存安全及环境风险评价”的CO_(2)封存新途径。具体开展工作包括:①创新了镁渣源头改性技术,研发了新型改性镁渣基矿用胶凝材料和CO_(2)封存用功能性充填材料;②提出了短-长壁充填无煤柱开采方法,初步构筑满足稳定性要求的CO_(2)封存空间,结合功能性充填理论与技术,进一步构筑满足密封性要求的CO_(2)封存储库,阐述了储库的结构及参数、工作原理;③提出了CO_(2)储库封存物理-化学协同技术途径,根据开采深度不同物理封存技术途径分为浅-中深部低压CO_(2)储库封存和深部超临界CO_(2)储层封存,揭示了碱性固废CO_(2)化学封存机制;④梳理了功能性充填的CO_(2)封存安全及环境风险评价指标体系,给出了CO_(2)封存安全性能及环境性能的评价方法。矿山功能性充填的CO_(2)封存技术的提出,为CO_(2)封存提供了新思路。基于封存材料、封存储库、封存机理与封存评价,形成了利用固废充填技术实现矿山CO_(2)封存的理论与技术构想。 展开更多
关键词 功能性充填 储库构筑 CO_(2)封存 改性镁渣基胶凝材料 碳中和
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镁渣的改性及其在矿山充填领域的应用探索 被引量：22
7
作者 刘浪 阮仕山 +3 位作者 方治余 侯东壮 张波 孙伟吉 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期3833-3845,共13页
随着全球镁行业的快速发展,以皮江法为主的炼镁过程中产生大量冶炼废渣(镁渣)不断堆积,对环境的威胁与日俱增。如何大规模无害化处理镁渣,并实现镁渣的资源化利用,对推进金属镁行业的发展和环境的保护至关重要。通过总结镁渣的基本特性... 随着全球镁行业的快速发展,以皮江法为主的炼镁过程中产生大量冶炼废渣(镁渣)不断堆积,对环境的威胁与日俱增。如何大规模无害化处理镁渣,并实现镁渣的资源化利用,对推进金属镁行业的发展和环境的保护至关重要。通过总结镁渣的基本特性和应用现状,分析了镁渣的膨胀和胶凝特性机理。鉴于镁渣活性低,大多数镁渣的应用常常配合粉磨、急冷和添加激活剂等激活方式,但是仍然没有根本解决镁渣活性低和膨胀的问题。因此,提出了使用化学稳定剂对镁渣进行改性处理,阐明了改性原理和改性过程,并通过室内试验和工业试验成功获得了一种改性镁渣(MMS)。MMS呈完整球团状,硬度高且性质稳定,富含β-Ca_(2)SiO_(4),具有良好的水化活性。在此基础上,研究使用MMS混合粉煤灰作为胶凝剂,并以风积沙为骨料制备了一种新型膏体充填材料(MFPB),发现MFPB具有良好的基本性能。其中,MFPB的mini-坍落度值在127~141 mm,28 d强度可达5.249~7.491 MPa,并且具有良好的环境稳定性。基于以上理论和试验研究,在麻黄梁煤矿开展了工业试验,将MFPB用于井下充填,井下28 d取心平均强度可达6.23 MPa。如将该技术推广,不仅能把镁渣、粉煤灰等固废进行大规模产业化处理,还可大幅度降低矿山充填的成本。 展开更多
关键词 镁渣 改性 矿山充填 环境 固废处理
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