废弃煤矿采空区瓦斯抽采可行性评价模型构建及应用

在碳达峰碳中和的政策背景下,开发废弃煤矿瓦斯资源可产生较高的资源、经济与环境三重效益。通过调研及文献查阅,从技术可行性和经济合理性2个角度建立废弃煤矿采空区瓦斯抽采可行性评价指标体系,将博弈论组合赋权方法与模糊综合评价法结合,构建了博弈论?模糊综合评价模型,以晋城矿区废弃矿井古书院矿为例进行瓦斯抽采可行性评价。结果表明:一级指标中瓦斯资源条件及瓦斯保存条件的权重较高,分别为0.439 1和0.383 6,说明煤矿瓦斯赋存量和煤矿密闭性是影响废弃煤矿采空区瓦斯抽采可行性的决定因素;二级指标中,地面钻孔甲烷浓度和矿井涌水量权重较高,分别为0.091、0.087,说明废弃煤矿采空区瓦斯富集区的甲烷纯度及煤矿水害严重程度是影响废弃煤矿采空区瓦斯抽采可行性的关键因素;建立的评价模型修正了单一赋权评价法导致的权重失真问题,兼容了主客观定权重方法的优点;验证了博弈论?模糊综合评价模型应用于废弃煤矿采空区瓦斯抽采可行性评价的合理性。      

陕西省区域性瓦斯地质分带研究

瓦斯地质规律和瓦斯地质区划研究是煤矿瓦斯宏观管理和瓦斯资源科学利用的基础和依据。根据陕西省"三级"瓦斯地质编图成果,系统分析和研究了陕西省瓦斯地质规律。结果显示:陕西省瓦斯地质条件复杂,多样化特点明显;瓦斯赋存与分布受多种地质因素影响,其中地质构造是主控因素。文章还根据陕西瓦斯地质条件和瓦斯分布与变化特征,在全区划分出榆林单斜低瓦斯带、延安单斜低瓦斯带、黄河断褶高瓦斯带、渭北断隆高瓦斯带和秦巴构造系高瓦斯带等5个区域性瓦斯地质带。这不仅对全省煤矿瓦斯管理与煤层气开发利用具有重要的现实意义,而且对于全国瓦斯地质规律研究和丰富瓦斯地质理论与方法也有一定的理论意义。      

废弃矿井瓦斯抽采利用技术初探——以呼鲁斯太矿区乌兰特矿为例

废弃矿井瓦斯资源开发利用在我国尚处于探索阶段。以乌兰煤矿为依托,分析了乌兰煤矿地质特征及目前瓦斯抽采现状,开展了废弃矿井瓦斯地面抽采及资源化利用研究。在充分利用已有钻孔的基础上,制定了"疏通解堵、降低水位、增透增产"三步走的工程方案,并提出了井位选择及具体施工方案,为今后废弃矿井瓦斯抽采利用提供了借鉴。     

煤矿地质类型划分若干问题研究

针对分析了现行《煤矿地质工作规定》中地质类型划分问题,通过分析煤矿地质类型划分报告和煤矿地质报告的异同点、煤矿瓦斯类型划分指标、及其地质类型划分对煤矿地质、煤矿设计、安全生产的影响,结合《矿井地质规程》等相关现行技术规定及标准,指出《煤矿地质工作规定》中地质类型划分与煤矿(建井、生产)地质报告关系人为复杂化、煤矿地质类型评定在空间和时效性存在矛盾、煤层瓦斯含量作为划分瓦斯类型指标不合理以及煤矿地质条件分类与煤矿生产安全相联系的目的性缺失等突出问题。建议把煤矿地质类型划分报告并入煤矿建井及生产地质报告之中;明确"地质类型划分"以煤矿接续区为评价对象;提出以矿井瓦斯等级为主、瓦斯压力及瓦斯含量为补充作为煤矿瓦斯类型划分指标;并给出了"四类十型"煤矿地质类型划分方案。     

废弃井“一井多用”瓦斯抽采关键技术及应用

煤矿区地面瓦斯废弃井改造再利用,可进行采动区瓦斯抽采,具有保障回采工作安全生产,瓦斯资源有效利用,减少瓦斯逸散对环境压力等经济环保多重效益。针对这一目的,结合采动区地面井和废弃井的特点,提出废弃井“一井多用”瓦斯抽采技术思路。通过分析试验工作面开采工艺、覆岩结构及废弃井的基本情况等条件,研究并提出了废弃井优选及判识、地面井改造工艺、防护装置安设、抽采系统布置及抽采控制技术等,改进了废弃井改造射孔造缝段长度确定方法。研发了基于油套环空动态调节、组合套管双重防护及筛管分级优化的安全防护方法,形成了废弃井“一井多用”地面井瓦斯抽采技术。选取晋城矿区岳城煤矿作为试验对象,完成了3口废弃井(井号为YC-50、YC-52、YC-54)再利用改造试验,其地面井瓦斯抽采量累计分别为257.88万、172.50万、129.60万m3。YC-50井改造运行后,地面井抽采范围内工作面上隅角瓦斯体积分数最大值从0.77%降至0.40%,降幅48.05%;YC-52井改造运行后,采煤工作面上隅角瓦斯体积分数降幅为52.38%,有效保障了回采工作面安全生产,实现了废弃井“一井多用”目标,取得了良好的经济与社会效益...     

Bayes逐步判别分析法在煤矿瓦斯分区评价中的应用

瓦斯是影响煤矿安全生产的主要因素，本文探索了依据Bayes逐步判别分析法建立评价预测模型，进行矿区瓦斯地质条件分析评价的一般方法，并结合淮南潘三矿的具体数据资料，进行实际应用研究，通过该区瓦斯地质条件评价指标体系的构建和等性块段的划分，实现了该区瓦斯地质条件的分区评价，为制定煤矿开采方案和进行瓦斯防治提供了重要依据。     

贵州省煤矿瓦斯赋存构造控制规律与分带划分

瓦斯赋存规律认识不清,是导致煤矿瓦斯突出灾害频发的根本原因。应用瓦斯赋存地质构造逐级控制理论,结合贵州省煤矿瓦斯地质图编制资料,探讨了贵州省煤矿瓦斯赋存构造控制规律,进行了瓦斯分带划分和瓦斯带特征分析。研究结果表明：贵州省位于滨太平洋构造域和西部特提斯构造域的接合部,其构造演化控制着成煤环境和瓦斯赋存。燕山运动形成的一系列褶皱、逆掩断层和推覆构造,使煤体强烈变形、构造煤特别发育,是导致贵州省瓦斯突出严重的根本原因。燕山期岩浆活动,使煤的变质程度增加,生烃能力增强。将贵州省煤矿瓦斯赋存分布划分为3个高突瓦斯带和1个瓦斯带,即六盘水高突瓦斯带、织纳六枝贵阳北高突瓦斯带、黔北高突瓦斯带和黔东瓦斯带。     

中国煤矿瓦斯赋存构造逐级控制规律与分区划分

在编制全国2792对矿井、173个矿区、22个省(区市)煤矿瓦斯地质图的基础上,编制了1∶250万中国煤矿瓦斯地质图,进一步深化了中国煤矿瓦斯赋存地质构造逐级控制理论与技术路线,提出了中国煤矿瓦斯赋存地质构造逐级控制规律的10种类型,从而将中国煤矿瓦斯赋存分布划分为29个区,其中16个为高突瓦斯区,13个为瓦斯区。研究为更深入揭示中国煤矿瓦斯赋存分布机理和煤与瓦斯突出机理奠定了可靠基础并提供了必要依据。     

中国煤矿瓦斯赋存构造逐级控制规律与分区划分

在编制全国2792对矿井、173个矿区、22个省(区市)煤矿瓦斯地质图的基础上,编制了1∶250万中国煤矿瓦斯地质图,进一步深化了中国煤矿瓦斯赋存地质构造逐级控制理论与技术路线,提出了中国煤矿瓦斯赋存地质构造逐级控制规律的10种类型,从而将中国煤矿瓦斯赋存分布划分为29个区,其中16个为高突瓦斯区,13个为瓦斯区。研究为更深入揭示中国煤矿瓦斯赋存分布机理和煤与瓦斯突出机理奠定了可靠基础并提供了必要依据。     

书讯

正《陕西省煤矿瓦斯地质规律研究》是一本全面论述陕西省煤矿瓦斯地质条件及控制因素、瓦斯预测的专著,全书共10章,分别是瓦斯地质条件、煤炭资源分布及开发现状、煤矿瓦斯分布特征、地质构造对瓦斯的控制作用、煤层埋藏条件及其对瓦斯赋存的影响、煤矿瓦斯地质分区、主要矿区瓦斯地质规律、瓦斯资源评价与预测和结论。本书可供油气地质、煤炭开采工程技术人员、煤炭行业管理人员及地质与煤炭、石油天然气类大专院校     

山西省废弃矿井煤层气地面钻井开发关键问题与对策

随着我国煤炭去产能政策的有力实施,一批资源枯竭及产能落后矿井将陆续关停废弃。废弃矿井仍赋存着大量的煤层气资源,其开发利用是实现煤炭产业清洁安全高效低碳发展、促进煤矿安全生产、优化能源结构、实现温室气体减排等方面的重要举措。基于山西省煤基重点科技攻关(煤层气产业链)项目相关研究,系统阐述了废弃矿井煤层气开发面临着资源量评价不准、钻进体系不健全、井上下联合缺失等关键问题。针对这些问题提出以下几点对策:废弃矿井精准地质探测是采空区地面钻井轨迹设计的重要依据,尤其是炮采等落后采煤工艺的废弃矿井,地球物理勘探精度应达到米级才能有效降低钻遇煤柱风险;优选废弃矿井煤层气地面“L”型钻井思路,即选采空区周边一定距离的保安煤柱作为L型井位,并配套特殊钻进工艺;煤矿企业应将废弃矿井资源开发利用纳入煤矿全生命周期规划,尤其是矿井废弃前应确保煤层气抽采通道畅通,以实现煤层气井“一井多用”的新型井上下联合开采模式,提高废弃矿井煤层气开发效率;采用防回火、各种传感器等装置,并对关键参数设置自动报警停机界限值,从而使废弃矿井煤层气地面开采工艺安全、高效;对不同浓度废弃矿井煤层气,需要采取相应的梯级利用模式,从而提高整体开发利用价值。以山西省废弃矿井为示范区,研究认识对推动全国煤矿区废弃矿井煤层气开发利用具有重要的指导和示范意义。      

废弃矿井遗留煤层气资源次生富集成藏研究现状及展望

在当前国家大力推进"双碳目标"落实阶段,废弃矿井遗留煤层气资源开发具有重要的现实意义.然而,废弃矿井遗留煤层气资源开发具有其独特性,源于其在原始地质条件下扰动后的二次动态成藏.通过综述近些年国内外研究成果得出:(1)煤层开采覆岩及底板扰动区可以依次分为导气裂隙带、卸压带及不易解吸带,长臂法开采煤层覆岩采动影响范围可达到...     

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4.7×10^7<...     

河北省主要矿区关闭煤矿资源再利用模式探讨

关闭煤矿资源评价与利用,具有资源、环境双重效益,可为煤矿企业提供一条转型发展路径。在河北省主要矿区关闭煤矿资源调查工作的基础上,通过对国内外关闭煤矿资源再利用典型案例的总结,重点归纳了河北省关闭煤矿农林用地、建设用地、塌陷水域综合利用、矿山公园模式、关闭煤矿资源综合利用、矸石山利用、井下空间利用等7类19种资源再利用推荐模式,分析了推荐模式选择因素,划分了资源类型。依据矿山地质环境影响程度、问题类型及矿山区位差异,按照推荐模式选择原则,提出适合不同关闭煤矿山资源利用模式。综合考虑关闭煤矿背景条件和资源开发利用条件,对河北省主要矿区118个关闭煤矿提出了资源再利用途径。在相关研究基础上,针对河北省主要矿区关闭煤矿资源再利用存在的支撑条件不足、安全评价、支撑政策和管理办法欠缺、资源调查评价与利用技术指南欠缺等现实问题,提出了资源利用典型项目建设、及时掌握关闭煤矿综合信息、构建关闭煤矿资源调查与评价技术指南、开展相关治理工程做好资源利用统筹工作、加强科技投入和关键技术研发、树立矿井全生命周期理念并重视矿业资产的后周期管理及完善闭坑管理等建议,以期选择生态敏感性较弱、资源丰富、区位条件优越、符合当地经济社会发展需求、便于协调开发利用的关闭煤矿作为重点研究对象,开展资源综合利用工业性试验和示范工程,系统构建关闭煤矿资源评价体系,实现关闭煤矿资源利用与生态保护协同发展。      

Using stable isotopes (δD, δ<Superscript>18</Superscript>O, δ<Superscript>34</Superscript>S and <Superscript>87</Superscript>Sr/<Superscript>86</Superscript>Sr) to identify sources of water in abandoned mines in the Fengfeng coal mining district,northern China

With depleted coal resources or deteriorating mining geological conditions, some coal mines have been abandoned in the Fengfeng mining district, China. Water that accumulates in an abandoned underground mine (goaf water) may be a hazard to neighboring mines and impact the groundwater environment. Groundwater samples at three abandoned mines (Yi, Er and Quantou mines) in the Fengfeng mining district and the underlying Ordovician limestone aquifer were collected to characterize their chemical and isotopic compositions and identify the sources of the mine water. The water was HCO₃·SO₄-Ca·Mg type in Er mine and the auxiliary shaft of Yi mine, and HCO₃·SO₄-Na type in the main shaft of Quantou mine. The isotopic compositions (δD and δ¹⁸O) of water in the three abandoned mines were close to that of Ordovician limestone groundwater. Faults in the abandoned mines were developmental, possibly facilitating inflows of groundwater from the underlying Ordovician limestone aquifers into the coal mines. Although the Sr²⁺ concentrations differed considerably, the ratios of Sr²⁺/Ca²⁺ and ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr and the ³⁴S content of SO₄^2? were similar for all three mine waters and Ordovician limestone groundwater, indicating that a close hydraulic connection may exist. Geochemical and isotopic indicators suggest that (1) the mine waters may originate mainly from the Ordovician limestone groundwater inflows, and (2) the upward hydraulic gradient in the limestone aquifer may prevent its contamination by the overlying abandoned mine water. The results of this study could be useful for water resources management in this area and other similar mining areas.     

基于InSAR三维分解技术的贵州省贞丰某煤矿地下采空区反演

贵州是我国主要煤炭产地之一, 成本与地方条件的限制使贵州贞丰县山区出现大量的非法小煤窑, 其大多开采一年、半年便废弃煤矿, 调查其地下开采范围对矿区生态修复、土地资源再利用、煤矿越界开采监测等有一定意义。本文利用升、降轨观测共16期3 m空间分辨率的L波段PALSAR-2影像为数据源, 在贵州省贞丰县采用InSAR技术对煤矿采空区开展了短期动态地表沉降监测, 结合研究区地质条件、地下开采条件、开采时间、范围等信息, 计算了该地区煤矿开采沉陷影响角的规律与变形时间滞后关系; 而后利用上述参数及地表变形信息, 在其附近一处废弃煤矿, 对其地下采空范围及开采时间进行反演:(1)研究区煤炭开采走向影响角为83°、上山影响角75°、下山影响角80°, 地表变形时间与地下开采时间差约1个月; (2)计算反演出研究区废弃煤矿地下开采范围为380 m×150 m; (3)在反演煤矿采区, 对比FLAC3D数值模拟计算结果和野外现场调查, 验证了InSAR计算结果基本准确, 验证了此方法对煤矿采区反演的合理性与可靠性。     

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。      

采煤对浅层地下水环境的影响及矿井水生态利用分析

黄河流域中上游矿区煤?水矛盾突出,煤炭开采对地下水环境造成一定的破坏。基于此,以鄂尔多斯盆地北部侏罗纪煤田榆神府矿区为研究区,在野外调查、数据分析、室内测试的基础上,分析研究区矿井水的量质特征,揭示煤炭高强度开采对地下水环境的影响,并开展矿井水生态利用研究。结果表明:研究区矿井富水系数在0.23~2.28,平均为0.91,评估2020年区内矿井排水量高达4.70亿m3,受采掘活动影响,浅埋煤层开采区地下水位下降趋势明显;区内矿井水出现不同程度的污染组分超标现象,主要超标指标为化学需氧量(COD)、Na+、SO₄ 2?、溶解性总固体(TDS),未处理的矿井水外排将会污染区内地下水环境;研究区浅层地下水超限的水质指标主要为NO₃-N,与矿井水超限水质指标差别较大,反映出浅层地下水水质受采矿活动影响较小;提出矿井水浅层回灌和矿井水生态灌溉2种模式开展研究区矿井水的生态利用,矿井水回灌对矿井水中的溶解性有机碳、色度具有较好的去除效果,回灌后出水满足Ⅲ类地下水限值;浅埋煤矿矿井水具有作为矿区生态修复灌溉用水的较好潜力,中深埋煤矿和深埋煤矿矿井水不适宜作为灌溉用水。研究结果为我国西部煤矿区水资源保护和生态修复提供重要依据。      

基于不同开采方式的煤矿涌水量预测及其环境影响分析

煤矿开采不当会对水资源与水环境造成破坏,尤其在生态环境相对脆弱地区更是如此。针对目前矿井涌水量预测大多以单一工作面或煤矿为评价单元,对沟域内煤矿群同时长期开采的地下水环境影响重视不够。选择头道河则沟域为研究区,以地下水勘查、井田勘探资料为依据,构建了头道河则完整沟域的地下水三维非稳定流数值模型,根据地下水、地表水监测数据和煤矿群开采涌水量的长观资料进行模型的识别与验证,以9#煤矿为典型矿区,分析综采和条带充填2种不同开采方式下矿井涌水量及其对水环境的影响。研究结果表明：(1)综采状态下,矿井涌水量增加0.70×10⁴ m³/d,导致地下水溢出量减少0.20×10⁴ m³/d,引发矿区及区域地下水水位下降0.21～17.92 m;条带充填开采状态下,矿井涌水量增加0.11×10⁴ m³/d,导致地下水溢出量减少0.04×10⁴ m³/d,引发矿区及区域地下水水位下降0.01～0.44 m。(2)煤矿按综采方式开采,...