关闭/废弃矿井地下空间资源精准开发利用模式研究

随着煤炭绿色资源的不断开采,位于煤炭开发利用全周期末端的矿井关闭\废弃问题逐渐显现,随之而来的关闭/废弃矿井地下空间资源开发利用成为一个亟须解决的问题。在对我国废弃矿井现状统计分析的基础上,以能源开采造成的地下空间方位、形态差异化为依据,将关闭/废弃矿井地下空间资源分为采空区空间资源、巷道空间资源、硐室空间资源;探讨了空间资源作为能源存储场所的单一利用方式和多方向、多领域协同多元开发利用的关闭/废弃矿井地下空间资源利用方式;并由此提出了一种关闭/废弃矿井地下空间分类分级精准利用模式,构建调研分析、工程类比初判、模型构建详估和软件决策系统研发为主干流程的精准开发利用系统,通过精准利用模式与精准开发利用系统模型对单一和多元开发利用方式进一步分析,为关闭/废弃矿井空间资源开发利用的研究和实践提供参考。      

大力开发地下空间,节约利用土地资源——中国地质调查局“城市地质调查工程”进展简介

正地下空间是一个巨大而重要的资源,世界各国高度重视。地下空间的用途主要有:(1)城市地下交通(地铁等);(2)商业设施(地下商城等);(3)地下车库;(4)市政管线;(5)民防工程;(6)其他仓储设施(地下油库、核废料储库等)。在我国,土地资源匮乏,城市地下空间开发利用的重要性尤为突出。以我国城市建设用地最多的2012年     

空间治理视角下露天废弃矿山生态修复路径研究

基于我国露天废弃矿山生态修复工作现状以及废弃矿山造成的压占污染土地资源、次生地质灾害、水生态环境破坏、植被生态系统破坏等问题,研究了当前国土空间生态修复视角下露天废弃矿山的地质安全隐患治理、水生态系统恢复治理、污染土地治理与开发、空间综合开发利用修复路径,提出了编制废弃矿山整体指引性规划、制定"一矿一策"精准制定恢复策略、鼓励市场化方式推进矿山生态修复的建议.     

东北地区主要矿山环境地质问题

东北地区是我国重要的矿业基地,矿山环境地质问题极为突出.从矿山环境地质问题表现形式上将其划分为土地资源破坏、环境污染和地质灾害3个类型.防治矿山环境地质问题应采用新技术、新方法、科学监测、建立地质灾害信息系统,制定矿区生态重建方案,倡导"绿色矿业".     

黄河流域九省区废弃矿井抽水蓄能利用潜力评估

针对我国关闭矿井资源利用率低、蓄电储能需求日益增长的问题,废弃矿井抽水蓄能技术是实现资源二次开发利用,提升电网调峰能力的有效手段。基于废弃矿井抽水蓄能电站工作原理与发展现状,提出在黄河流域九省区利用废弃矿井建设抽水蓄能电站的半地下式、全地下式2种模式。通过综合考虑空间、地质、水文、社会、经济与资源等影响因素,提出废弃矿井抽水蓄能电站选址评价指标体系,并进行黄河流域废弃矿井抽水蓄能电站实例分析。基于2016—2020年黄河流域九省区的废弃煤矿资料,利用废弃矿井抽水蓄能电站静态效益与动态效益计算方法,定量评估黄河流域九省区废弃煤矿抽水蓄能电站建设的开发潜力。结果表明:(1) 黄河流域九省区能源资源丰富,现阶段满足电力供应需求,但火电仍是电力供应主体且水电发展进入瓶颈阶段;(2) 影响废弃矿井抽水蓄能电站选址的重要因素为巷道空间体积、上下水库水位差、巷道围岩稳定性、巷道围岩渗透率与地下水循环特征;(3) 由黄河流域废弃矿井抽水蓄能电站实例分析可知,其发电效率可达到75.7%,可媲美常规抽水蓄能电站;(4) 2016—2020年黄河流域九省区废弃煤矿累计有效可利用井巷空间为4.7×107 m3,依据132座废弃矿井基本情况,从统计学角度估算出废弃矿井抽水蓄能电站可利用井巷空间为1.34×107 m3,利用其建设抽水蓄能电站年发电量可达3.78×109 kW·h,可满足2021年黄河流域九省区28.4%的弃风、弃光电量的消纳需求,每年直接经济效益约达21.2亿元。综上表明,黄河流域九省区废弃矿井抽水蓄能利用具有可观的发展前景。      

云南省废弃矿山生态修复分区与修复建议

为确实做好云南省废弃遗留矿山生态修复工作,达成经济发展与环境保护的互促共赢,在充分了解、调查和收集云南省废弃遗留矿山实际情况的基础上,本文提出按修复区各自的地形坡度、可耕种性等特点的分类方法,建议将废弃遗留矿山划分为三种类型生态修复区,并针对不同类别修复区,分别提出了实施修复的技术性建议。     

废弃矿井地下空间旅游资源开发利用模式研究

随着煤炭产业去产能政策的深入推进,大量矿井面临关闭或废弃,但其仍赋存大量可利用资源,如何开发利用,已成为煤炭工业转型发展的一大难题。在分析国内废弃矿井工业旅游开发现状与地下空间旅游开发问题的基础上,借鉴学习国外废弃矿井旅游开发模式经验,并总结分析废弃矿井地下空间旅游资源的特征。探索废弃矿井地下空间旅游资源开发利用模式,提出基于视觉、触觉和听觉以及知识性、观赏性、参与性、娱乐性和趣味性的“三觉五性”设计方法。并针对目前废弃矿井地下空间资源开发利用中存在的问题,给出相应的对策,即:高度重视废弃矿井旅游资源开发,改善传统单一旅游模式,加强体验式旅游设计,对地下空间进行现代化功能型改造。对实现地下空间资源利用最大化,服务于国家发展建设、社会民生保障及经济发展提供一定参考。      

盐岩地下油气储库运营期风险的故障树分析

盐岩以其良好的蠕变特性、低渗透性和损伤自我恢复性而被广泛用于地下油气能源储备,虽然目前国内外对盐岩力学特性的研究成果较多,但关于盐岩地下油气储库风险分析的研究报道却尚不多见。为了探讨盐岩地下油气储库运营期的风险机制,以江苏金坛盐岩地下油气储库为示范工程,对储库运营期的风险因子进行了辨识。应用故障树分析方法对储库运营期事故进行研究,建立了储库运营期腔体失效、地表沉陷、油气渗漏的故障树模型。通过对运营期故障树最小割集和结构重要度的分析,将储库运营期的风险因子按其影响程度进行了排序,并对故障树分析方法进行了评价,所得结论为进一步开展储库风险评估与控制提供了指导意见。     

能源储备地下库群稳定性与连锁破坏分析

基于变形加固理论关于结构失稳的严格定义及其集合逻辑表述,提出了基于不平衡力和最小塑性余能原理的地下储库群稳定性判别方法。在非平衡态弹塑性力学框架下,将经典有限元拓展到结构失稳后的分析,塑性余能范数即可作为库群失稳判据,而不平衡力及其发展则表征了库群失稳破坏的形态和演化路径。研究了单储库的稳定性、双储库结构在不同储库间距条件下的整体稳定性及连锁破坏规律,并应用于金坛盐矿油气储库群的稳定性分析和连锁破坏模拟计算分析。研究表明,不平衡力和塑性余能范数用来定量评价地下储库的稳定性是合适的。变形加固理论为评价库群整体稳定性、研究储库间相互作用以及破坏的时空演化提供了定量实用的分析方法,为地下储库群的灾变机制与防护研究打下基础。     

地下长距离废弃管道充填施工设计

阐述了某地下废弃管道的充填处置施工设计方案,为地下废弃管道处置项目的施工实践提供依据,并对以后类似长距离废弃地下空间的充填施工具有很好的借鉴意义     

海岛环境下地下水封油库竖直水幕系统水封可靠性研究

我国地下水封油库多建造在沿海地区陆地岸线以内,在海岛建造地下水封油库尚未有先例。海岛四周为海水包围,地下洞室的开挖会导致海水入侵,影响地下油库的使用寿命。为保证地下洞库的水封可靠性需布置水幕系统,现今已建油库的水幕系统多以水平水幕为主,尚未有专门针对竖直水幕系统水封可靠性的相关研究。竖直水幕系统相比于水平水幕系统具有操作简单、对原岩扰动小等优点,且可以起到对海水的"屏障"作用,因此开展海岛环境下地下水封油库竖直水幕系统的水封可靠性研究具有重要意义。论文采用数值模拟方法,研究竖直水幕孔的布置方式,根据正交试验确定竖直水幕孔的最佳布置参数;以浙江某海岛地下水封油库为依托,通过无水幕、设置水平水幕和设置竖直水幕3种情况的对比分析,研究竖直水幕系统的水封可靠性。研究得出:在只设置竖直水幕系统情况下,可以满足水封条件,且相较于水平水幕系统,竖直水幕系统可以更好地隔绝相邻主洞室间的串油。该研究成果为海岛环境下地下水封油库水幕系统优化设置提供了理论依据。     

利用废弃石膏矿储存原油可行性分析

随着我国能源消费的急剧增加,原油储备的建设已经刻不容缓,目前国内外常用的原油储存方式为地面油罐储存,其技术成熟、建设周期较短、全世界已经建设有大量的地面原油罐,而另外一种储备型式地下存储原油,则是近年来国内兴起的一种新兴石油储备方式。国内目前一般都选则花岗岩体作为建库岩体,采用此方法建设地下洞库对岩石条件限定较严格,目前国内在建的几座地下洞库都分布于东部沿海花岗岩地区。本文主要研究利用废弃石膏矿存储原油的可行性,通过对国内某石膏矿区的工程地质特性、水文地质特性、围岩稳定性分析、室内原油浸泡试验、原油储备综合分析等综合手段研究,初步得出了该石膏矿区具有较好的地质条件; 场区区域稳定性好无断层通过,石膏矿体平均厚度为458.42m,石膏矿岩样的单轴饱和抗压强度平均为55.45MPa、石膏矿体的岩体质量为Ⅱ级,采房及各种巷道围岩稳定,石膏矿吸水率范围在0.014% ～0.036%,吸油率范围在0.060% ～0.083%。同时石膏矿储备原油具有节约土地、投资省、运营定员少、安全性高、环保污染少、使用寿命长等特点。通过以上研究,本文得出该石膏矿区已经具备建设地下原油储备的基本地质条件。     

层状盐岩中储备库油气渗漏风险的故障树分析

油气渗漏是盐岩地下储备库事故的重要类型之一,具有突发性强、损失难以估计的特点。针对国内层状盐岩中储备库运营过程中的油气渗漏风险进行分析,揭示了油气渗漏事故的发生机制并建立了相应的故障树模型。通过对该模型的分析,找出了事故发生的各基本致因事件和故障模式,并得出适用于典型层状盐岩储备库油气渗漏事故的发生概率公式。分析结果表明,国内层状盐岩中储备库发生油气渗漏事故的可能故障模式有28种,且发生条件易于满足而难于防范,因此事故发生的可能性较大;按照各基本事件结构重要度的计算结果,盐岩强度低、盐岩蠕变过量、附近有断层、地震、造腔参数控制不当、非均匀地应力、人为操作失误等是层状盐岩中储备库油气渗漏事故的主要致因事件,并据此提出有效措施防止事故发生;通过专家调查法和故障树法的综合分析得出,金坛盐矿5口老腔储库在近10年的运营期内发生油气渗漏事故的概率为0.703%,属于偶发性事故。     

在我国东部沿海修建地下水封石洞油库若干问题的探讨

随着我国大陆架油、气田不断被发掘、开采,石油储运问题已指日可待。我国海岸线的基岩岸约占全长的2/3以上,其中,块状结晶岩体又占基岩岸的一半以上,这就给水封油库的布置提供了良好的基础。在油库的选择和兴建中,应加强对建库岩体和主要结构面、地应力及其分布的充分研究,以期能对洞库稳定问题、地下水位及水量的合理确定问题有所裨盖、     

新建地下水封油库对附近运行油库水封可靠性影响研究

大型地下水封油库分期建设中,新建地下水封油库可能会对已投产的同类洞库水幕系统及渗流场产生一定影响,进而可能导致已建油库发生油气外泄等安全事故,但目前国内外对该问题的研究甚少。以在邻近某一已建大型地下水封油库附近扩建国家三期战略石油储库项目为背景,研究因扩建项目施工改变库区渗流场而导致的对已投产大型水封油库储油安全性的影响。通过洞库实际涌水量资料反演分析获取库区岩体的等效渗透张量,采用COMSOL Multiphysics软件模拟已建成的地下水封油库运营期的渗流场,并将其作为初始渗流场,进而模拟研究新建洞库开挖情况下渗流场的演化规律。以洞库区地下水位线、水封压力及围岩渗水量为评判指标,分析新建洞库对运行洞库水封可靠性的影响,研究表明:当两期洞库间距超过200m时,即使不设置中央垂直分离水幕系统,新建洞库施工也不会对已投产洞库的水封可靠性产生影响,即确保储油安全的最小洞库间距为200m。研究成果对评价在已投产地下水封油库附近修建同类油库的可行性及相互影响程度提供了理论依据。     

基于GIS的中国东部沿海地区地下水封油库建造适宜性研究

地下水封油库以其经济、环保、安全、便捷、适合战略储备等优点, 成为国家石油储备的首选形式。我国石油战略储备库建设方兴未艾, 与众多大型地下洞室一样, 水封油库的选址对其顺利建设及安全运营均起着决定性作用。论文以中国东部沿海地区为研究区域, 在分析地下水封油库储油原理及其自身特点的基础上, 选取地震烈度、活动断裂、最大水平地应力、地层岩性、地下水埋深、年均降雨量、与大型码头距离、与大型炼油厂距离等8个评价指标构建用于地下水封油库建造适宜性综合评价的指标体系。在此基础上采用层次分析法确定指标权重并应用ArcGIS的空间分析功能对研究区的地下水封油库建造适宜性进行研究, 得到了中国东部沿海区域地下水封油库建造适宜性分区评价成果, 为我国东部沿海地区地下水封油库科学选址提供了参考依据。     

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...     

新时期我国煤矿地下空间综合利用现状及展望

我国煤炭资源的长期大规模开采,产生了大量的地下空间,直接一关了之不仅造成地下空间资源浪费,还可能产生一系列安全、环境及经济问题,因此,如何科学、高效地解决煤矿地下空间的综合开发利用问题,对煤炭产业乃至国民经济的发展具有重要现实意义。笔者等以主要产煤省份为代表,结合调研收集的最新生产煤矿和关闭煤矿数据,深入分析了“十三五”期间生产煤矿地下空间和关闭煤矿地下空间总体情况,系统总结了国内外煤矿地下空间在储物、储能等方面的功能化利用现状,指出了当前我国煤矿地下空间利用存在资源数据信息匮乏、整体开发利用率低、相关技术研究工作仍相对滞后、可供推广借鉴的成熟示范工程较少等问题,提出了新时期煤矿地下空间基础数据库建设、利用体系构建、关键技术攻关、示范工程推广4个方面作为重点发展方向。