微波联合生物炭活化过硫酸盐氧化修复多环芳烃污染土壤研究

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作者 吴雷 胡紫璇 +5 位作者 高渊 刘长波 曹虎生 刘田田 朱瑞玉 周军 《化工学报》 北大核心 2025年第7期3659-3670,共12页

微波活化过硫酸盐(PS)氧化降解多环芳烃污染土壤技术得到了广泛的关注,但其对污染土壤的高效修复和对修复后土壤酸化影响较难兼顾。在微波活化PS修复多环芳烃污染土壤中引入弱碱性生物炭,探讨了微波活化功率、PS浓度、生物炭添加量和土... 微波活化过硫酸盐(PS)氧化降解多环芳烃污染土壤技术得到了广泛的关注,但其对污染土壤的高效修复和对修复后土壤酸化影响较难兼顾。在微波活化PS修复多环芳烃污染土壤中引入弱碱性生物炭,探讨了微波活化功率、PS浓度、生物炭添加量和土壤含水率对污染土壤中苯并[a]芘(Ba P)去除率、土壤p H和PS残留浓度的影响,分析修复前后污染土壤特性,推测Ba P降解路径和降解机理。研究表明,在微波活化功率490 W、PS浓度1 mol/L、生物炭添加量4%和土壤含水率20%条件下,修复60 min后污染土壤中Ba P去除率达到97.77%,修复后土壤p H为4.65,PS残留浓度为0.072 mol/L。生物炭提高了污染土壤中Ba P去除率,并在一定程度上改善了修复后土壤的酸性、粒径分布和毒性。Ba P在SO_(4)^(·-)、·OH、·O_(2)^(-)活性氧自由基和^(1)O_(2)、电子转移的非自由基的共同氧化作用下降解为小分子中间产物,最终矿化为CO_(2)和H_(2)O。 展开更多

关键词 土壤修复 氧化 活化 过硫酸盐 微波 生物炭 多环芳烃

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磁性/增溶生物炭吸附修复有机污染土壤研究

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作者 刘长波 曹虎生 +5 位作者 高渊 邱丝雯 陈双莉 岳昌盛 吴雷 周军 《环境科学与技术》 北大核心 2025年第7期165-172,190,共9页

生物炭(BC)修复有机污染土壤具有无害化、廉价等优点,已被广泛应用于土壤治理技术。然而由于有机污染物的疏水特性,限制了生物炭的吸附作用,导致污染土壤很难取得显著的修复效果。该文成功地将β-环糊精接枝到Fe_(3)O_(4)@生物炭,制备... 生物炭(BC)修复有机污染土壤具有无害化、廉价等优点,已被广泛应用于土壤治理技术。然而由于有机污染物的疏水特性,限制了生物炭的吸附作用,导致污染土壤很难取得显著的修复效果。该文成功地将β-环糊精接枝到Fe_(3)O_(4)@生物炭,制备了磁性增溶生物炭(CD@MBC),并用于吸附修复苯并[a]芘(Ba P)(PAHs模型污染物)污染土壤。研究表明,CD@MBC拥有较大比表面积、丰富的孔结构和表面含氧官能团,有利于吸附修复有机污染土壤。在CD@MBC添加量1.00%、BC制备温度800℃、固液比1∶10和吸附温度35℃条件下,CD@MBC对污染土壤中Ba P的去除率最高可达69.52%。5次重复实验的污染土壤中,Ba P平均去除率为70.25%,平均回收率为96.17%,表明CD@MBC能稳定修复Ba P污染土壤,且能稳定回收,在有机污染土壤修复中具有一定的应用潜力。CD@MBC修复Ba P污染土壤主要是通过β-CD的主客体相互作用、π-π电子相互作用和吸附协同作用实现的。 展开更多

关键词 生物炭 污染土壤 Β-环糊精 吸附修复 有机污染物

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榆神矿区保水采煤工程地质条件分区研究 被引量：23

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作者 邓念东 杨佩 +5 位作者 林平选 李锋 雷少毅 马逢清 周阳 袁喜东 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2017年第9期167-174,200,共9页

为有效地解决榆神矿区日益凸显的煤炭资源开采与脆弱的生态环境之间的矛盾,以榆神矿区区域地质资料为依据,选取了平面上均匀分布的500多个钻孔,统计了每个钻孔的首采煤层及其上覆含、隔水层组合类型,同时考虑区域保水采煤已有研究中研... 为有效地解决榆神矿区日益凸显的煤炭资源开采与脆弱的生态环境之间的矛盾,以榆神矿区区域地质资料为依据,选取了平面上均匀分布的500多个钻孔,统计了每个钻孔的首采煤层及其上覆含、隔水层组合类型,同时考虑区域保水采煤已有研究中研究较少的洛河组含水层,并将其作为保水对象,结合区域首采煤层及含、隔水层赋存特征,按照"区内相似,区际相异"、"为保水采煤服务"等原则进行了榆神矿区保水采煤工程地质条件分区,最终将榆神矿区保水采煤工程地质条件分为5个区:沙-土-洛-基型保水开采区、沙-土-基型保水开采区、沙-基型保水开采区、无水开采区、烧变岩型保水开采区,在此基础上,分析每个分区保水采煤的意义、可能性及难度,旨在促进保水采煤技术的发展,实现榆神矿区"煤-水"双资源型矿井的科学开采。 展开更多

关键词 榆神矿区 保水采煤 工程地质条件分区 洛河组含水层

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基于热重分析的不同空间分布模式下富油煤与油页岩共热解研究

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作者 曹虎生 肖建生 +5 位作者 杨甫 李长聪 马祖飞 朱占荣 吴雷 周军 《煤炭转化》 北大核心 2025年第5期105-116,共12页

富油煤是集煤、油、气属性于一体的高附加值煤炭资源,通过热解转化利用能够充分发挥其资源潜力。基于热重分析技术探究了富油煤与油页岩在不同空间分布模式下的共热解特性及其协同效应。通过将富油煤和油页岩设计为“煤下-岩上”,“煤上... 富油煤是集煤、油、气属性于一体的高附加值煤炭资源,通过热解转化利用能够充分发挥其资源潜力。基于热重分析技术探究了富油煤与油页岩在不同空间分布模式下的共热解特性及其协同效应。通过将富油煤和油页岩设计为“煤下-岩上”,“煤上-岩下”,“煤-岩共混”,“煤左-岩右”和“煤右-岩左”五种空间分布模式,系统分析了其对共热解失重特性、协同效应及活化能的影响。结果表明:“煤上-岩下”与“煤-岩共混”空间分布模式下共热解失重率和协同效应的评估指数十分接近,且达到最高的27.09%和27.08%、0.0359和0.0355。“煤上-岩下”空间分布模式下共热解主要阶段的失重率呈现先增大后减小的变化规律,同时降低了共热解反应活化能,表明下层油页岩作为固体供氢体促进了上层富油煤中烃类挥发分的释放。本研究为富油煤与油页岩的协同高效利用提供了理论依据,同时提出了通过优化空间分布模式减少灰分影响的可行路径。 展开更多

关键词 空间分布模式 共热解 热重分析 富油煤 油页岩

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煤基固废协同矿山土壤生态修复的理论解析与实践探索——以陕西榆林市为例 被引量：15

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作者 李强 艾锋 +4 位作者 王玺 马泳波 刘浪 朱占荣 张凯煜 《西北地质》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期70-77,共8页

矿山环境修复治理与固体废弃物综合利用均是北方能源富集区亟待解决的生态问题。笔者基于“理论解析−案例研究−协同治理”的思路,以陕西榆林市为例,在系统分析工业固废与矿山生态受损现状的基础上,全面解析煤基固废协同修复矿山生态的... 矿山环境修复治理与固体废弃物综合利用均是北方能源富集区亟待解决的生态问题。笔者基于“理论解析−案例研究−协同治理”的思路,以陕西榆林市为例,在系统分析工业固废与矿山生态受损现状的基础上,全面解析煤基固废协同修复矿山生态的政策优势、技术可行性及市场潜力,并提出基于固废结构、营养和环境功能改性制备土壤调理剂的路径技术。通过将土壤调理剂应用于风沙地治理、盐碱地改良和露天煤矿排土场土壤生态修复实践,发现施用土壤调理剂后风沙地、盐碱地和排土场土壤养分含量显著增加,植物生物量平均增幅分别为50.3%、36.0%和39.9%。研究成果为北方能源型城市煤基固废协同修复矿山土壤生态提供科学支撑。 展开更多

关键词 煤基固废 生态修复 土壤调理剂 解析

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脱碳气化渣基土壤调理制剂对土壤养分和羊草生长的影响 被引量：2

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作者 朱占荣 马泳波 +5 位作者 边江东 张正 艾锋 杨航 曹虎生 李强 《山西农业科学》 2024年第5期52-59,共8页

脱碳气化渣是煤气化渣经浮选提取残碳后的多孔型固体废弃物,目前主要通过制成脱碳气化渣基土壤调理制剂用于土壤改良,以实现废弃物再利用。为了研究脱碳气化渣基土壤调理制剂对沙地土壤性质和牧草生长的影响,采用田间小区试验,以羊草为... 脱碳气化渣是煤气化渣经浮选提取残碳后的多孔型固体废弃物,目前主要通过制成脱碳气化渣基土壤调理制剂用于土壤改良,以实现废弃物再利用。为了研究脱碳气化渣基土壤调理制剂对沙地土壤性质和牧草生长的影响,采用田间小区试验,以羊草为指示作物,设置5个脱碳气化渣基土壤调理制剂施加量,分别为0(CK)、15(SF1)、30(SF2)、60(SF3)、120 t/hm^(2)(SF4),并对沙地土壤理化性质、羊草生理生化指标及品质进行分析。结果表明,脱碳气化渣基土壤调理制剂能够有效改善土壤养分供给能力,添加脱碳气化渣基土壤调理制剂的处理土壤有机质、碱解氮和有效磷含量较CK增幅分别为8.95%~76.96%、4.95%~46.59%和5.80%~105.80%,其中,SF4处理的土壤有机质、碱解氮和有效磷含量显著高于其他处理。与CK相比,添加脱碳气化渣基土壤调理制剂的处理羊草地上生物量和成熟期株高增幅分别为31.52%~113.16%和7.10%~28.90%;添加脱碳气化渣基土壤调理制剂的处理羊草粗蛋白和粗脂肪含量分别增加29.26%~64.36%和8.74%~24.84%,其中,SF4处理增幅最大,粗蛋白和粗脂肪含量分别达73.70、117.10 g/kg。综上,沙土中添加120 t/hm^(2)的脱碳气化渣基土壤调理制剂不仅能够显著调控土壤养分有效性,而且能有效促进沙地羊草生物量的有效积累,为最佳添加量。 展开更多

关键词 脱碳气化渣 土壤理化性质 羊草 生物量 土壤调理制剂

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陕北富油煤地下原位热解先导试验 被引量：1

7

作者 段中会 杨甫 +4 位作者 王振东 马丽 段晓青 曹虎生 陈亮 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期14-24,共11页

【目的】陕北富油煤地下原位热解先导试验在国内外尚属首次,开创了富油煤、油页岩等原位转化新方向,引起了行业内外广泛关注。富油煤地下原位热解的研究尚处于起步阶段,缺少现场工程数据的系统研究。【方法】通过现场先导试验,明确富油... 【目的】陕北富油煤地下原位热解先导试验在国内外尚属首次,开创了富油煤、油页岩等原位转化新方向,引起了行业内外广泛关注。富油煤地下原位热解的研究尚处于起步阶段,缺少现场工程数据的系统研究。【方法】通过现场先导试验,明确富油煤地下原位热解的地质条件和工程难点,总结陕北富油煤地下原位热解开采进展,探讨下一步技术攻关方向。【结果和结论】结果表明:(1)先导试验区具有煤层稳定、煤质条件好、煤焦油产率高、生油潜力大、煤系富水性弱、隔水层厚度大等优越的原位热解地质条件,但煤层孔隙连通性差、导流能力低、煤层导热能力差、高效加热难度大、煤层改造难度大、体积造缝要求高等因素影响到工程效果。(2)开展综合地质评价有利于规避地层水、断层等不利因素对地下热解过程的影响,可控冲击波致裂技术有助于地下煤层裂缝连通,井下高效电加热器稳定运行是高效产油的关键。(3)经过一个月加热运行,成功提取出全球第一桶地下原位热解油,初步打通了富油煤地下原位热解开采技术路径,获取了产油的地下温度、压力等工艺参数。先导试验存在加热周期短、产油量低、耗能高,缺少项目运行的系统性技术评价,需从研发高效井下电加热器、地下煤层体积造缝、热解−气化一体化、热能综合利用及集成CCS等方面继续升级技术,实现降本增效,综合提高富油煤地下原位热解开采的经济性、安全性和可靠性。 展开更多

关键词 富油煤 地下原位热解 先导试验 热解−气化一体化 陕北

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中深埋厚煤层开采地下水位动态变化规律及形成机制 被引量：24

8

作者 侯恩科 谢晓深 +10 位作者 王双明 龙天文 石增武 杨征 黄永安 谢永利 陈真 白坤 马越 郭亮亮 王岗 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1404-1416,共13页

煤炭开采对风化基岩含水层和潜水含水层的影响是榆神矿区“保水采煤”研究的重点。为揭示榆神矿区风沙滩地区中深埋厚煤层开采条件下地下水动态变化规律和机理,以榆神矿区中部某矿首采工作面(01工作面)为研究区,采用钻探、地下水位观测... 煤炭开采对风化基岩含水层和潜水含水层的影响是榆神矿区“保水采煤”研究的重点。为揭示榆神矿区风沙滩地区中深埋厚煤层开采条件下地下水动态变化规律和机理,以榆神矿区中部某矿首采工作面(01工作面)为研究区,采用钻探、地下水位观测、野外实地探查和综合分析等方法,研究了采动地下水动态变化规律及其与覆岩损害和地表下沉之间的耦合关系。结果表明:①风化基岩含水层水位随回采表现出“先下降后回升”并恢复至初始水位的动态变化过程,中间可分为“快速下降”、“回升恢复”和“稳定波动”3个阶段,平均持续时间为102 d。在水位快速下降阶段,水位最大降深、平均下降速率均呈正态分布,且与距工作面中心距离呈指数函数关系;水位回升恢复阶段,持续时间和平均回升速率与距工作面中心距离呈负相关关系;②当潜水含水层分布局限、侧向补给缺乏时,潜水含水层水位出现“先下降后回升”和“持续下降”至稳定2种动态变化规律,且均未恢复至初始水位;③面内风化基岩含水层水位动态变化过程与风化基岩层的剧烈下沉密切相关,风化基岩层下沉速度的增大和减小过程分别对应水位的下降和回升过程,水位下降则与其下沉、临时性裂隙和离层发育有关,水位回升则是下沉减缓、临时性裂隙和离层的闭合以及含水层侧向补给因素有关;面外风化基岩含水层水位的动态变化则与其侧向补给有关;④面内潜水位的动态变化过程与地表下沉密切相关,其水位下降与地表活跃阶段早期剧烈下沉具有同时性和一致性,地表下沉造成的潜水水头差和潜水的渗流出露是造成水位下降的主要原因;水位回升则是地表进入活跃阶段后期和衰退阶段,高位潜水侧向补给和大气降水补给造成的;面外潜水位持续下降则是潜水侧向渗流和补给不足造成的;⑤中深埋煤层开采条件下,导水裂隙带一般不会导通至风化基岩层,风化基岩含水层水和潜水含水层水不会因采动导水裂隙而漏失,风化基岩水位可恢复,潜水含水层水位会因采动地表移动发生变化。 展开更多

关键词 中深埋厚煤层 地下水 水位变化 保水采煤 榆神矿区

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基于无人机LiDAR的榆神矿区采煤沉陷建模方法改进 被引量：31

9

作者 汤伏全 芦家欣 +3 位作者 韦书平 李小涛 何柯璐 杨倩 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期2655-2666,共12页

煤矿地表沉陷监测中常规的大地测量和InSAR等遥感手段均有一定的局限性。利用无人机LiDAR对沉陷区进行地面扫描,通过多期数据叠加可快速获取地表沉陷盆地的精细特征。然而,按现有的主流点云滤波及插值算法所构建的沉陷模型往往包含显著... 煤矿地表沉陷监测中常规的大地测量和InSAR等遥感手段均有一定的局限性。利用无人机LiDAR对沉陷区进行地面扫描,通过多期数据叠加可快速获取地表沉陷盆地的精细特征。然而,按现有的主流点云滤波及插值算法所构建的沉陷模型往往包含显著噪声,限制了该技术在矿区的实际应用。以榆神矿区某开采工作面地表为实验区,针对其地形起伏而植被覆盖度较低的地理环境,利用低空无人机LiDAR获取2期4组地面点云数据,结合常规地表移动实测数据,研究基于激光点云的矿区沉陷建模改进方法。分别采用专业化数字高程模型插值、反距离权重插值、克里金插值、自然邻域插值、样条函数插值及三角网渐进加密滤波、基于高程阈值的滤波、多尺度曲率滤波、基于坡度阈值的滤波、渐进形态学滤波等主流点云插值和滤波算法,构建实验区数字高程模型(DEM)并进行误差对比分析,发现专业化数字高程模型插值及三角网渐进加密滤波算法的效果相对较优,但两期DEM叠加生成的初始沉陷模型仍然精度不足,主要包含点云平面位置误差、非地面点噪声、点云内插误差、水域覆盖范围变化等引起的模型误差。在分析上述误差分布特征及其改进途径的基础上,提出基于小波阈值的沉陷模型去噪优化方案。针对沉陷盆地和非沉陷区域选用不同的小波参数,先利用非沉陷区下沉值为零的先验条件,对全区域数据进行多层次小波分解,再对沉陷区进行低层次小波分解,最后将两者结果进行镶嵌处理。实测验证表明,经上述小波去噪后的沉陷模型精度得到显著改善,并有效保留了沉陷盆地的细节特征,沉陷模型的总体标准差在50 mm以内,能够满足西部矿区地表大变形监测的基本要求。进一步根据沉陷模型边缘的随机误差特征,提出了基于下沉坡度临界值的沉陷边界提取方法,为机载LiDAR技术用于西部矿区采煤沉陷的高效监测与精细建模提供了可行方案。 展开更多

关键词 无人机LiDAR 榆神矿区 沉陷模型 点云滤波 小波去噪

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基于无人机影像的采动地表裂缝特征研究 被引量：20

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作者 汤伏全 李林宽 +1 位作者 李小涛 刘世伟 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第10期130-136,共7页

地下采煤引起的地表裂缝是开采沉陷破坏的直观表现,对建筑物和土地造成严重损害,精准地获取采动地表裂缝发育特征对于开采沉陷研究和矿区地面保护具有实际意义。目前采集沉陷区裂缝信息的主要方式是实地人工测量或卫星遥感影像解译,在... 地下采煤引起的地表裂缝是开采沉陷破坏的直观表现,对建筑物和土地造成严重损害,精准地获取采动地表裂缝发育特征对于开采沉陷研究和矿区地面保护具有实际意义。目前采集沉陷区裂缝信息的主要方式是实地人工测量或卫星遥感影像解译,在成本效率和时空分辨率方面存在明显局限性。以榆神矿区某矿综放工作面地表为试验区域,利用低空无人机摄影测量系统通过设定合理的航拍参数,获取采煤沉陷区数字正射影像,分别采用Canny算法、支持矢量机(SVM)以及最大似然法(MLM)对影像中的裂缝进行特征提取,并定义裂缝提取率来评价裂缝图像的提取效果。结果表明,Canny算法提取的非裂缝信息较多,支持矢量机算法效果次之,最大似然法在裂缝长度和宽度信息提取上效果较好,但得到的裂缝图像中仍存在大量的干枯植被信息。为此,利用随机森林(RF)算法对影像进行植被分类和腐蚀操作后,制作成掩膜文件以消除植被影响,再采用最大似然法进行地表裂缝的精提取。根据地表裂缝图像的灰度特征,将试验区采动裂缝分为开裂式台阶裂缝、闭合式台阶裂缝、凹陷式裂缝、条纹式裂缝、裂纹式裂缝、凹陷式闭合台阶裂缝,并将图像提取的地表裂缝信息与实测结果进行对比,验证了低空无人机影像自动提取裂缝的可靠性,为定量分析和揭示采煤沉陷区裂缝发育规律提供了有效的技术手段。 展开更多

关键词 无人机 数字正射影像 开采沉陷 采动裂缝 特征提取

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沙漠产流区工作面过沟开采保水技术 被引量：15

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作者 蒋泽泉 雷少毅 +3 位作者 曹虎生 郭亮亮 张金柱 乔晓英 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期73-79,共7页

沙漠产流区是榆神矿区重要的水源地,同时也可能成为安全生产的水害隐患。为保护沙漠珍稀水资源,保证煤炭安全高效开采,开展沙漠产流区保水采煤分区关键技术研究。采用现场实测、数值计算等手段剖析了过沟开采保水采煤的影响因素及分区标... 沙漠产流区是榆神矿区重要的水源地,同时也可能成为安全生产的水害隐患。为保护沙漠珍稀水资源,保证煤炭安全高效开采,开展沙漠产流区保水采煤分区关键技术研究。采用现场实测、数值计算等手段剖析了过沟开采保水采煤的影响因素及分区标准,并基于分区特性提出了过沟保水关键技术。研究结果表明:过沟开采对水资源的影响可分为地表径流漏失和汇流区地下水漏失两类,其中汇流区进一步划分为突水溃沙区、突水区、渗漏区和保水区。残余隔水层厚度为0时原沟谷底部隔水层失去隔水性能,地表径流将泻入井下造成水资源漏失。过沟保水采煤技术包括采用修复地裂缝,突水区筑坝引流等,在综合治理开采区取得了工程应用成功。 展开更多

关键词 保水采煤 沙漠产流区 过沟开采 筑坝引流

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神南矿区采煤导水裂隙带高度预测 被引量：23

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作者 马雄德 王苏健 +2 位作者 蒋泽泉 陈通 李文莉 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2016年第5期664-668,共5页

为研究神南矿区开采中覆岩的破坏上限及其是否会导通上覆含水层,指导矿区生产规划和采煤方法设计,采用钻孔智能全景成像测井,并通过规范经验公式、相似模拟和数值模拟及建立的本地区经验公式等方法分析采动条件下覆岩破坏程度。结果表明... 为研究神南矿区开采中覆岩的破坏上限及其是否会导通上覆含水层,指导矿区生产规划和采煤方法设计,采用钻孔智能全景成像测井,并通过规范经验公式、相似模拟和数值模拟及建立的本地区经验公式等方法分析采动条件下覆岩破坏程度。结果表明,导水裂隙带高度与煤层采厚关系密切,呈非线性关系,根据本地区实测数据建立的统计公式在预测导水裂隙带高度时更加逼真。为减少矿区煤层开采对地下水资源的破坏,应控制煤层合理采高、推行保水采煤技术。 展开更多

关键词 神南矿区 导水裂隙带 数值模拟 覆岩破坏

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榆神矿区地下水埋深上限阈值 被引量：4

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作者 马雄德 祁浩 +4 位作者 郭亮亮 迟宝锁 王宏科 朱占荣 曹虎生 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期2370-2378,共9页

减少矿产资源开发过程中水资源损失是生态脆弱矿区水资源管理的重点,量化地下水位埋深与潜水蒸发速率关系,可为西部干旱矿区水资源保护提供科学思路。以隔水岩组厚度与导水裂隙带高度之差,划分了榆神矿区煤层开采地下水位变化趋势分区;... 减少矿产资源开发过程中水资源损失是生态脆弱矿区水资源管理的重点,量化地下水位埋深与潜水蒸发速率关系,可为西部干旱矿区水资源保护提供科学思路。以隔水岩组厚度与导水裂隙带高度之差,划分了榆神矿区煤层开采地下水位变化趋势分区;以水位埋深变浅区覆盖的风积沙为试样开展潜水蒸发试验,分析蒸发过程及不同水位条件下潜水蒸发规律;通过在水分特征曲线的转折点处构建双切线,推导求取地下水埋深上限阈值的解析公式;采用漏斗法测定榆神矿区风积沙的水土特征曲线,利用最小二乘法求取特征参数,求取榆神矿区煤层开采区地下水埋深上限阈值。结果表明:榆神矿区地下水位变化趋势可分为3个区,即水位埋深变浅区、过渡区和水位埋深增加区。水位埋深变浅区多位于榆神三、四期规划区,此区域水位埋深<4 m的面积占矿区面积的59.1%,开采沉陷极易造成地下水浅埋或出露;榆神矿区风积沙蒸发过程可分为2个阶段,即稳定蒸发阶段和水汽扩散阶段,地下水位埋深0.5 m左右时蒸发过程中的水分传输机制发生了转变,蒸发进入水汽扩散阶段;在稳定蒸发条件下建立了土壤水分运移方程,推求了地下水埋深上限阈值计算公式,地下埋深上限阈值与毛细上升高度和进气压力值有关,在数值上等于表层土与地下水之间毛管水力联系中断时表层土的基质势;地下埋深上限阈值可以通过van Genuchten方程的拟合参数α,n来求解;利用实测风积沙水土特征曲线的参数,确定榆神矿区地下水埋深上限阈值为50 cm,与蒸发试验结果一致。水位埋深变浅是中深部煤层开采遇到的普遍问题,对于干旱半干旱地区的榆神矿区而言,控制合理的水位埋深上限已成为煤层开采中需要面临的新的科学问题。 展开更多

关键词 榆神矿区 潜水蒸发 埋深上限 保水采煤 水土特征曲线

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冻结黏土侧限压缩变形的S-M模型 被引量：2

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作者 姚兆明 陈伟 +1 位作者 高亚飞 连梦林 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期1392-1399,共8页

为合理设计冻结壁及确保施工安全,掌握人工冻土侧限条件下压缩变形特性非常必要。对山西省某煤矿深部黏土在不同冻结温度、含水率下,采用分级加载的方式进行侧限一维压缩试验,得到一维压缩应力-时间-轴向压缩变形之间的关系,并根据曲线... 为合理设计冻结壁及确保施工安全,掌握人工冻土侧限条件下压缩变形特性非常必要。对山西省某煤矿深部黏土在不同冻结温度、含水率下,采用分级加载的方式进行侧限一维压缩试验,得到一维压缩应力-时间-轴向压缩变形之间的关系,并根据曲线变化分析可知:同一含水率及加载应力下,温度越低,轴向压缩变形量越小;相同温度下,随着含水率和加载应力的增加,压缩变形量也逐渐增大。引入Singh-Mitchell(S-M)模型,同时考虑温度、含水率和加载应力为模型自变量,建立改进S-M模型,通过对轴向压缩变形取对数的方式计算改进S-M模型参数。将改进S-M模型计算结果与侧限一维压缩变形试验结果进行比较,研究发现:模型计算曲线与试验曲线吻合度较高,模型计算曲线能够反映冻土从初始变形状态到稳定变形状态的变形特性,能准确预测压缩变形曲线的变化趋势,且改进S-M模型涉及参数较少,实际应用价值高。 展开更多

关键词 冻结黏土 侧限压缩 压缩变形 分级加载 改进S-M模型

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基于富水性结构指数法的直罗组地层富水性评价 被引量：29

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作者 肖乐乐 牛超 +3 位作者 代革联 聂文杰 张慧婷 高亚飞 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第11期207-213,共7页

为评价陕北侏罗纪煤田顶板直罗组砂岩含水层富水性,综合分析了砂岩裂隙含水层富水性的影响因素,通过筛选并确定了含水层等效厚度、砂泥比、岩心采取率、砂泥岩交互层数等4个独立评价指标,构建了基于富水性结构指数法的含水层富水性评价... 为评价陕北侏罗纪煤田顶板直罗组砂岩含水层富水性,综合分析了砂岩裂隙含水层富水性的影响因素,通过筛选并确定了含水层等效厚度、砂泥比、岩心采取率、砂泥岩交互层数等4个独立评价指标,构建了基于富水性结构指数法的含水层富水性评价方法。以金鸡滩井田为例,采用富水性结构指数方法评价了直罗组砂岩裂隙含水层的富水性。研究表明,以孔隙度、渗透性及粒度构造的富水性结构指数消除了各个影响因素之间的关联性,能够反映砂岩含水层富水性;利用砂岩等效厚度,将不同粒度砂岩统一转化为粗砂岩作为评价砂岩含水层富水性的指标;结合抽水试验获得的水文地质参数与富水性分区图进行对比,以G值为0.15作为直罗组含水层富水弱区与富水较强区的分界值,富水性弱区主要分布在西南部和东北部,验证了富水性结构指数法为陕北侏罗纪煤田覆岩富水性评价提供了一种有效预测途径。 展开更多

关键词 富水性结构指数 直罗组砂岩裂隙含水层 富水性评价 顶板水害防治

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论保水采煤技术体系 被引量：33

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作者 范立民 孙强 +3 位作者 马立强 李涛 陈海富 蒋泽泉 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期196-204,共9页

保水采煤研究是我国西北部生态脆弱矿区水资源保护与煤炭高质量开发的理论基础和依据。针对西北部生态脆弱矿区高强度开采对含水层及生态系统的影响和损害问题,阐述了保水采煤的发展历程和科学内涵,保水采煤研究经历了萌芽期、形成期、... 保水采煤研究是我国西北部生态脆弱矿区水资源保护与煤炭高质量开发的理论基础和依据。针对西北部生态脆弱矿区高强度开采对含水层及生态系统的影响和损害问题,阐述了保水采煤的发展历程和科学内涵,保水采煤研究经历了萌芽期、形成期、发展期和成熟期4个阶段,目前已经形成较为完善的技术体系,主要表现在保水采煤理念被广泛接受,保水采煤技术广泛推广应用,保水采煤的效果监测体系已经建成,保水采煤的标准规范体系初步形成。研究认为保水采煤的核心目标是保护具有供水或生态意义的目标含水层结构基本稳定。通过研究分析采煤对含水层扰动评价技术、保水采煤地质条件分区技术和导水裂隙带发育高度预测技术等8项综合保水采煤技术的技术原理、适用条件及工程应用效果,构建了保水采煤的技术体系研究基本框架,为我国西部大型煤炭基地绿色开采、科学开采提供理论与技术支撑。 展开更多

关键词 保水采煤 技术体系 绿色开采 导水裂隙带

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碳基非贵金属电催化剂研究进展 被引量：6

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作者 吴雷 彭犇 +5 位作者 周军 刘长波 岳昌盛 田玮 宋永辉 姜磊 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第23期23009-23019,共11页

新型电池和电解水技术具有清洁、能量转化效率高等优点,其核心是阳极的析氢反应(HER)或氧还原反应(ORR)和阴极的析氧反应(OER)。然而,在这些反应中,电催化材料的研发是关键。随着新型碳材料的发现以及非贵金属在新能源领域的广泛研究与... 新型电池和电解水技术具有清洁、能量转化效率高等优点,其核心是阳极的析氢反应(HER)或氧还原反应(ORR)和阴极的析氧反应(OER)。然而,在这些反应中,电催化材料的研发是关键。随着新型碳材料的发现以及非贵金属在新能源领域的广泛研究与应用,电催化材料也从最初的贵金属单一材料,发展到转化效率高、抗毒性强、经济性好的碳基复合材料,其性能、结构、成本、制备工艺等各个方面都有了质的飞跃。电催化剂的设计关键在于增加催化剂表面活性位点和自由电子的移动。通过改变材料形状、调整材料粒径和制备复合材料等方法来增大比表面积,从而增加活性位点的数量,也可以将催化剂制成多晶、核壳和合金结构以提高材料表面自由电子的移动。石墨烯、碳纳米管、介孔碳等新型碳纳米材料具有稳定性好、孔隙可调、比表面积高、导电性能优异等优点,是良好的复合基体材料;而非贵金属,尤其是铁、钴、镍、铜、钼,具有电催化活性高、稳定性好、抗毒性强、成本低等优点,可作为催化活性组分。将非贵金属负载到新型碳基体材料上,增加碳纳米材料的电子不对称密度或打破碳表面的电中性,形成更多的吸附活性位点,也更有利于SP 2杂化碳表面π电子的自由移动,使得复合材料的电子分布和空间结构得到改变,从而有效地提高复合材料的电催化活性。本文首先归纳了碳基非贵金属电催化剂的国内外研究进展;其次,分别对碳基非贵金属电催化剂的碳基体材料和催化活性组分进行对比分析;最后,总结了碳基非贵金属电催化剂的发展优势和存在的问题,并展望其前景。 展开更多

关键词 碳基材料 非贵金属 电催化 活性组分 催化性能

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富油煤(长焰煤)孔隙结构三维表征及渗流模拟 被引量：5

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作者 黄笑乐 杨甫 +6 位作者 韩磊 宁星 李瑞宇 董凌霄 曹虎生 邓磊 车得福 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第11期5078-5087,共10页

采用X射线CT(computed tomography)成像仪对富油煤(长焰煤)进行了三维表征,建立了统计孔径分布(PSD)的等效孔隙网络模型(PNM),研究了压力梯度和流动方向对渗流过程的影响。结果表明:孔隙、矿物和基质分别占总体积的11.30%、1.03%和87.6... 采用X射线CT(computed tomography)成像仪对富油煤(长焰煤)进行了三维表征,建立了统计孔径分布(PSD)的等效孔隙网络模型(PNM),研究了压力梯度和流动方向对渗流过程的影响。结果表明:孔隙、矿物和基质分别占总体积的11.30%、1.03%和87.67%,连通孔隙率为5.13%。孔隙等效半径在3~8μm内的数量占89.23%,平均配位数为2.87,孔隙连通性较差。等效半径小于2μm的喉道数占73%,喉道的等效长度主要分布在10~30μm之间。在相同压力梯度下,三个方向的孔隙压力、渗流速度和流动路径分布不同,表现出各向异性。随着压力梯度的增大,渗流速度逐渐增大,且渗流速度随压力的变化呈现明显的非线性关系。三个方向上的调和平均渗透率为0.1403 mD,这与前人测得的榆神府矿区富油煤渗透率(0.1345 mD)相差在5%以内。 展开更多

关键词 富油煤 多孔介质 X射线成像仪 三维表征 渗透率 数值模拟

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保水采煤研究30年回顾与展望 被引量：120

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作者 范立民 马雄德 +2 位作者 蒋泽泉 孙魁 冀瑞君 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第7期1-30,共30页

煤炭是我国工业化过程中最重要的能源,在我国经济发展中一直发挥着重要作用。但所有工业化国家所面临的一个主要问题是矿区环境退化,短期的经济利益都是以巨大的环境损失为代价获得的。保水采煤是针对陕北侏罗纪煤田开发过程中出现的环... 煤炭是我国工业化过程中最重要的能源,在我国经济发展中一直发挥着重要作用。但所有工业化国家所面临的一个主要问题是矿区环境退化,短期的经济利益都是以巨大的环境损失为代价获得的。保水采煤是针对陕北侏罗纪煤田开发过程中出现的环境问题而提出的科学采矿思路与方法,在过去20多年的时间中有了长足的发展。回顾了煤田发现历程,分析了其资源特征,重点强调了煤炭开发过程中出现的突出环境问题,如土地荒漠化和水资源供需矛盾。简述了保水采煤问题的提出和发展过程,解释了保水采煤的概念及科学内涵。以CNKI文献检索结果为准,详细梳理了围绕保水采煤问题而开展的科研项目、发表的论文、论著及学术会议,并指出了该领域主要关键科学问题。进一步介绍了矿区生态水位及阈限研究、浅埋煤层岩层控制、导水裂隙带发育高度、保水开采条件分区、保水采煤技术及地下水监测网建设等方面取得的主要成果。保水采煤是维护和提升矿山生态系统功能和环境质量的重要手段,必须长期坚持,持续实施。今后保水采煤技术工程实施,需要深入贯彻落实"山水林田湖草是一个生命共同体"重要理念,推广试点工程成功经验和实践模式,全方位推进国土空间的生态保护修复。 展开更多

关键词 保水采煤 神府煤田 生态水位 导水裂隙带

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陕北矿区煤炭开采沉陷实测参数分析 被引量：17

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作者 申涛 朱占荣 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第12期207-213,共7页

为了深入研究陕北能源化工基地煤炭开采引起的地表变形及参数分布规律,并为环境修复提供理论及技术支持,采用地表移动实测研究法,在榆树湾煤矿建立矿区典型地表移动观测站,通过观测站设置与数据采集及分析,初步获得了厚风积沙黄土层、... 为了深入研究陕北能源化工基地煤炭开采引起的地表变形及参数分布规律,并为环境修复提供理论及技术支持,采用地表移动实测研究法,在榆树湾煤矿建立矿区典型地表移动观测站,通过观测站设置与数据采集及分析,初步获得了厚风积沙黄土层、中等偏硬基岩条件下的地表移动规律,并结合该矿区多个工作面地表移动观测参数,通过综合分析,获得了概率积分法预计参数与本区域风积沙黄土层以及基岩层的相互关系。结果表明:下沉系数的范围为0.50~0.65,受风积沙黄土层厚度与基岩厚度的组合变化影响不大;主要影响角正切值与风积沙和黄土层厚度及基岩厚度比值成正比关系;拐点偏移距的范围为开采深度的0.07~0.40倍,与本区域岩层硬度为中硬偏硬的规律吻合。 展开更多

关键词 开采沉陷 地表移动参数 陕北矿区 环境修复

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