“双碳”目标下煤田区地热资源开发利用与储能技术

开发煤田地热不仅可以改善煤田开采的温度环境,还可以通过地热能的清洁利用变“害”为“利”,尤其是在目前“双碳”目标下利用煤田采空区储能大有前景。评估获得我国主要赋煤区地热资源热储量为1.12×1019 kJ,折合标煤3 795.39亿t,可采热储量1.71×1018 kJ,折合标煤569.31亿t。其中,华北赋煤区的可采热储量约占74.7%,特别西区(晋陕蒙宁分区)拥有神东、晋北、晋东、晋中、陕北、黄陇(华亭)、宁东7大煤炭基地,资源最为丰富,占近48.7%。进一步指出“煤-热共采”是煤田区地热开发利用的主要形式,包括充填埋管取热、采空区矿井水取热和深部煤矿含水层取热等。此外,提出将采空区以及排水后腾出来的空间作为“储层”加以利用是下一步的工作方向,并对回填(相变)材料储热、废弃煤田抽水蓄能和废弃煤田压缩空气蓄能做了详细评述。最后,对煤田热害防治技术进行了简要评述。总之,煤田规模化储能与热害防治和地热利用将成为煤田地热研究和开发利用的主要方向,是实现煤矿绿色转型和国家“双碳”目标的重要抓手。     

徐州市矿山环境地质问题及防治对策

徐州市为我国著名的煤炭生产基地,是全国主要矿业城市之一。随着社会经济特别是矿业的不断发展,该市的矿山环境问题日益突出。如煤矿、铁矿地面塌陷破坏的土地21309hm2,开山采石占用与破坏土地1430hm2,造成矿区10万人失去了赖以生存的土地;矿坑排水、洗(选)煤水排放、煤矸石堆放、回填塌陷地及开山采石造成矿区水、土、气环境严重污染;井下采矿大量疏干排水造成水资源枯竭;采煤塌陷地破坏水利工程及道路等地表设施;开山采石影响自然景观及城市景观……。针对上述状况,文章从构建"绿色徐州"及"生态徐州"角度出发,提出一系列防治对策建议:①加快矿山环境保护与治理规划编制,严格矿山环境准入制度;②创建"绿色矿山",走可持续发展的道路;③重视采煤地面塌陷区的土地复垦,建设生态农业示范区;④加大废弃资源的综合利用,挖掘矿山旅游资源。     

章丘市采煤区地质环境问题及恢复治理

煤炭是章丘市的主要矿产资源,分布于章丘市中、西部地区,煤炭地质储量1.67亿t,可采储量0.43亿t,年生产能力200万t左右,开采方式为地下开采。针对章丘市采煤区不同的地质环境问题,提出了相应的治理措施,对采空塌陷区土地进行综合治理,对固体废弃物和矿井排水进行资源化利用。上述措施和方法的推广,既节约了大量土地,又改善了矿区环境质量,取得了良好的社会、经济、环境效益。     

高水固化材料在南京铅锌银矿中的应用

南京铅锌银矿是地下开采矿山,历史上遗留的大量采空区已严重威胁地面风景区的稳定,区内不断发生地面沉降、塌陷等地质灾害;１９８８年以后,采矿方法更改为分级尾砂充填法后,随之又带来对井下作业环境的污染;选矿后产生的尾泥直接排入长江,造成环境污染。在本项研究中,提出“用全尾砂加高水固化材料充填采空区和生产采场”方案,并进行工业性试验,效果良好,可解决上述三大问题。     

辽宁省矿区沉陷型地质灾害治理实用技术研究达到国际先进水平

日前,铁法能源集团首次以矿区生产单位开展矿区沉陷实用和经济性回填技术研究取得重要科技创新成果,为辽宁省矿山企业边生产边解决矿区沉陷问题开辟一条新路。前不久,铁法能源集团2011年度的一项科技创新成果《综采工作面膏体充填技术及地表面沉陷控制研究》成果经鉴定达到同类国际先进水平。其膏体采用煤矸石做主料,以粉煤灰、水泥等添加剂作辅料,混合后经特制设备、管路导入综采支架后方采空区,实现了开采对地面设施不破坏的科研目的。     

井下开采引发地面塌陷的定量评估方法--以新疆伊犁州煤矿为例

0引言矿层井下采矿工程引发的采空区地面塌陷是矿层开采普遍存在的环境工程地质问题,它对城市、交通、管线、水体运动会产生严重影响,对农村农耕地的破坏也不容忽视。据专家们统计:我国已经建有国有矿山8000多座,非国有矿山10万多座,年采掘矿石量达40亿t,由于矿产资源的开采,采矿塌陷严重,全国因采矿塌陷破坏的土地基数达400多万hm2[1]。矿层开采引发的采空区地面塌陷地质灾害危险性评估一直处于经验判断的阶段,其评估结论已经不能满足评估工作的要求,亟需结合矿山工程技术与环境地质知识来进行预测地面塌陷地质灾害的可能发生范围,使评估工…     

南钦铁路工程中煤矿采空区的防治探讨

新建南钦铁路DK93至DK95区段,经过正在开采的稔子坪煤矿及已停采大硐、横岭煤矿与个别小煤窑。基于已有的采空区可能危及拟建的铁路,运用现场调查、专项地质测绘、地质钻探、测井、地面物探、跨孔地震成像法等勘察方法,结合所收集到的采矿资料,对铁路沿线的采空区进行了危险性评估。评估结果认为,横岭、大垌煤矿开采遗留的采空区在DK93+300至DK94+200区段,地表变形剧烈,对工程建设的安全影响极大。针对不同地段的情况,采取了高压注浆充填和地面深坑清污、回填碎石土、浅层固结等方法进行处理,对现采矿井提出了留设保安煤柱、减少地下水抽排量、进行长期跟踪观测的预防建议。     

基于动态物质流分析的中国铁二次资源回收潜力研究

新时代背景下,增强铁资源二次循环利用率,是中国钢铁工业摆脱国外铁矿石依赖,同时实现绿色低碳高质量发展的重要途经。为揭示铁资源二次回收规模,本文利用动态物质流分析(MaterialFlow Analysis, MFA),对中国铁循环规律、社会存量和二次资源潜力进行了分析。结果显示:(1)国内铁矿石供应不足,国外铁矿石进口为中国铁循环的重要来源。建国以来,中国累计净进口铁矿石中的铁物质达90.7亿t,实际铁资源消费量累计为120.2亿t。(2)2021年中国铁社会存量达97.9亿t,人均铁社会存量也达到了6.9t/人,但人均存量尚未达到发达国家平均水平,未来,铁社会存量会进一步增加,同时也将继续刺激铁矿石资源的大量消耗。(3)建国以来,中国铁资源理论报废量持续上升,累计达22.2亿t。到2050年,中国铁二次资源报废量达4.4亿～5.6亿t,铁社会存量规模也将达141.0亿～199.9亿t,充足的铁二次资源规模是缓解初级供应短缺的重要基础条件。基于研究结果,中国应该加快构建旧废钢回收体系,引导新型全废钢电弧炉冶炼工艺的开发设计,全面提高铁二次资源循环利用效率。同时,以“双碳”目标为契机,倒...     

中国铜资源在用存量与二次供应潜力

铜是中国最为紧缺的大宗有色金属矿产。核算中国铜资源在用存量水平,定量化评估二次资源供应潜力,对于缓解铜资源供应压力、保障资源与产业安全具有重要意义。本文通过物质流分析法,构建了铜在用存量分析模型,估算了中国铜在用存量水平,精细刻画了铜全产业链物质流动过程,预测未来到2050年中国铜需求量和理论报废量变化趋势,评估铜资源循环利用潜力。结果显示, 1949—2021年,中国铜消费量、矿山铜产量、粗铜产量、精炼铜产量、废铜产量、铜在用存量等都保持增长状态;铜消费量累计1.9亿t,矿山铜产量累计3583.6万t,粗铜产量累计8824.1万t,精炼铜产量累计约1.4亿t,废铜产量累计约7187.5万t,铜在用存量达到约1.4亿t;通过高效的国际贸易体系,累计净进口铜精矿4325.9万t、粗铜1 010.9万t、精炼铜5 445.5万t、废铜2 978.8万t,累计净出口铜制品2 352.5万t。中国在全球铜产业链具有举足轻重的地位。2022—2050年,中国铜累计需求量约3.6亿t,铜在用存量将快速提升,峰值将在2035年左右出现,达到约2.0亿t;铜二次资源供应潜力累计约3.4亿t,供应潜力峰...     

平邑县左庄石膏矿区塌陷机理探析与防治措施

左庄石膏矿区已发生过3次地面塌陷灾害,但井下调查发现采空区并未塌陷,作者根据矿区地质条件、矿体赋存状态、采矿方法及井巷工程布置等,分析认为致灾原因是矿山在建设初期将井巷工程布置得太靠近地表,在矿床回采时揭穿采空区顶板接触到第四系覆盖层,孔隙潜水携带泥砂流入矿坑发生潜蚀作用,在采空区顶板与第四系覆盖层之间形成“天窗式”砂漏,并逐渐在松散覆盖层中形成土洞,土洞塌陷后引发地面塌陷,形成“似岩溶塌陷”地质灾害,并由此提出了防治措施。     

中国煤炭资源保障程度和绿色勘查开发途径

文中进一步厘定了煤炭资源/储量的概念,全面分析了我国煤炭资源勘查开发现状,深入阐述了我国煤炭资源保障程度,认为煤炭资源总体丰富,可采、预可采储量不足,服务年限少,区域煤炭资源保障不平衡,优质炼焦用煤稀缺,中东部地区煤炭资源压覆严重,中西部煤炭开发的生态环境问题突出。在分析煤炭资源保障程度基础上,根据煤炭安全高效绿色勘查开发的基本要求,提出了煤炭资源绿色勘查技术、煤矿高精度高效安全开采地质探测技术、煤矿水害探测与防治技术、煤矿绿色充填开采关键技术、采煤沉陷综合治理与生态环境恢复再造技术、煤矿瓦斯井上井下联合抽采技术、废弃矿山资源综合利用和环境恢复技术研究、煤矿高矿化度矿井水及固废处理技术、洁净煤技术的基础地质研究、煤系多能源矿产综合勘查开发和利用技术、煤炭地下气化与煤层气联合协调勘查开发技术、煤源雾霾研究和二氧化碳地质封存技术十二项煤炭绿色勘查开发的技术途径。     

煤炭充填开采技术在济宁煤矿的应用

济宁市煤炭企业为安全高效开采煤炭资源,开展了煤炭充填开采技术研究,该技术的实施既释放了地下煤炭资源,提高资源回收率;又控制了土地塌陷,减少矸石占压,保护矿区生态环境,提高矿井开采安全保障程度,具有良好的经济效益和社会效益。但该技术还存在生产效率低、厚层煤充填效果不理想、不能满足大面积实施等一些问题,需要进一步完善提高。     

煤矿塌陷区覆土造地综合研究——以新庄孜矿为例

以新庄孜矿为例,针对覆土造地过程中,煤矸石充填可能带来的重金属元素的迁移污染作了相关分析。采用煤矸石充填塌陷区,既减少矸石山占地面积,又能在塌陷区覆土造地;同时,填埋矸石有利于保护环境,防止环境污染,具有较大的经济效益、社会效益和环境效益,对淮南矿区覆土造地及工农业持续发展具有重要的示范意义。      

利用煤炭开发地下空间储能的技术路径与地质保障

煤炭资源在我国能源结构中仍处于主体地位,但煤炭工业发展面临着“碳达峰碳中和”的新挑战。积极发展煤炭开发地下空间储能技术,是推动能源利用低碳化和清洁化的有效手段,也是保证我国能源战略安全的关键措施。结合当前储能技术,探讨了煤炭开发地下空间的利用现状,围绕利用煤炭开发地下空间抽水蓄能、热储能、压缩空气储能、电化学储能、生物质储能等储能新技术,重点阐述废弃矿井不同能源类型的储能理念及方式,系统分析储能过程中面临的地质保障关键技术难题。煤炭开发地下空间储能新技术总体思路为：利用煤炭开发地下空间所具有的低位势能差,将其用作梯级储水库(抽水蓄能);或直接将其用作储质、储能空间(热储能、压缩空气储能、电化学储能、生物质储能),既可提升煤炭开发地下空间资源的开发利用率,又可避免土地资源浪费,尽量降低对生态环境的扰动。虽然煤炭开发地下空间可作为大规模储能库,但其开发利用过程仍存在一些亟待解决的地质问题以及地质保障技术。主要包括：(1)地质条件与选址适宜性分析和安全性评价,即对储能空间的地质因素进行岩土工程性质和环境地质条件的系统研究,查明储能空间稳定性主控因素及其权重,构建选址指标体系与评价方法,重点查...     

氨氮在煤矿采空区充填矸石中的运移机制

我国西部多数煤矿区矿井水往往含有较多的生产污水,导致其氨氮含量较高,利用煤矿采空区充填矸石对矿井水进行预处理已成为矿井水及矸石资源化利用的重要措施。以神华神东煤炭集团公司保德矿矸石为充填介质、以矿井水中的氨氮为研究对象,通过模拟采空区的水文地质环境,开展柱模拟实验,结合CXTFIT 2.1软件,研究氨氮在充填矸石中的运移机制,这对于评价煤矿采空区充填矸石对矿井水的预处理效果具有重要意义。结果表明:达西流速3.12 cm/h、25℃时,Cl?在充填矸石中的运移可用CDE模型较好地表征(r2=0.999),较高的纵向弥散系数(D)、溶质分子扩散系数(D_f)、机械弥散系数(D_h)和弥散度(λ)值与充填矸石较大粒径、较长运移距离有关,淋出液中总溶解性固体(TDS)和Cl?的质量浓度呈显著线性关系;双点位吸附溶质运移模型能够较好地表征氨氮的运移过程,氨氮的阻滞系数R为23.79,其在矸石上的平衡吸附点位仅占总吸附点位的46%,一级动力学吸附速率常数α为3.5×10?4 h?1;氨氮的孔隙流速及水动力弥散系数远低于Cl?的数值,这主要与高含量的黏土矿物高岭石对氨氮的吸附有关;在649 h的氨氮运移过程中,亚硝酸盐和硝酸盐氮以及pH值均无明显变化,实验中后期TDS稳定,这进一步证实氨氮在模拟的矸石柱运移过程中以对流、弥散迁移及吸附为主,生物转化作用可以忽略。研究结果可为评价我国煤矿采空区地下水库的水质预处理技术提供重要理论依据。      

浅议北京戒台寺滑坡坡体变形与地下采空区的关系

本文对北京戒台寺滑坡坡体内部采空区做了较为详细的论述,并进一步分析了地下采空区和坡体变形的关系。调查结果表明,采矿形成的采空区是产生滑坡的主要诱发因素。对分析由地下采空区所引发的地质灾害具有一定的借鉴意义。     

Preliminary Discussion on Comprehensive Utilization of Tailings

Tailings produced in a concentration plant are the discharge of solid wastes after grinding ore into size and selecting useful components in the specific economic and technological condition. According to statistics, for the mining of metal ore, non-metallic ore, coal, clay, etc, the production of tailings of the world is up to 100 million tons per year. The number of existing tailing piles is 12718 in China, of which the construction ones are 1526, accounting for 12% of the total, and the closed tailing piles are 1024, accounting for 8%. As of 2007, the national total tailings accumulation is 8.046 billion tons. The non-ferrous metal mining is one of the largest discharge of solid wastes industries because of its low comprehensive recovery rate. For example, the beneficiation and recovery rate of non-ferrous metal mine is from 50% to 60% in China, which is lower 10% to 15% than developed countries, and the associated non-ferrous metal recovery rate is 40%, which is lower 20% than developed countries. On the utilization of duns, Poland is 90% to 100%, United States, Australia, France, Canada, Belgium and other countries followed, while China is only about 20%. The utilization of fly ash is to 100% in Japan and Denmark, France is 65%, UK is 55%, and China is just 45%. Quantities of waste rock, waste slag, and waste water have occupied land, destructed vegetation, deteriorated the soil and water quality, and caused land subsidence, landslides, mud-flow and other geological disasters. Therefore, the comprehensive utilization of resources is the right choice of mining sustainable development, environment protection, resource conservation, economic and social development.     

贵州洞湾煤矿地质灾害及其治理

洞湾煤矿位于贵州省晴隆县城以西,含煤地层为龙潭组砂泥岩层,主采煤层为10、22、24、25、26五层,目前开采深度为175m,已形成大寨滑坡及五个塌陷区,通过分析计算,本区煤层的安全开采深度为3 363m。煤层开采会引起滑坡、地面塌陷等地质灾害,为此提出了设置禁采区,拟建污水处理厂,综合利用煤矸石,建立地面移动变形观测站等矿山环境保护与综合治理的技术方法。