加快关闭煤矿煤层气资源开发利用的思考与建议

关闭煤矿中富集大量煤层气资源,其开发利用具有经济、环境、安全和社会多重效益,我国已开展了一些关闭煤矿煤层气资源勘探开发的科技攻关及其抽采工作,但由于我国关闭煤矿煤层气资源开发利用研究属于初级阶段。通过对我国高瓦斯矿井关闭情况研究发现,高瓦斯关闭煤矿主要分布在重庆、湖南、贵州、云南、四川、山西、江西、安徽等地区,尤其以贵州、重庆以及湖南等地区最多。这些高瓦斯关闭煤矿煤层气资源存在抽采技术及模式适配性差、基础研究薄弱、矿井封闭质量不确定、矿井水无相应处理措施、开发利用成本高等问题。建议系统开展关闭煤矿煤层气资源评价,通过加强科技攻关、建立关闭煤矿闭坑监测制度、制定相应关闭煤矿产业发展政策等多方面工作,确保我国关闭煤矿煤层气资源的有效开发利用。     

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。      

我国关闭/废弃矿井资源综合利用形势分析与对策研究

长期的矿产资源开采形成了数量众多的关闭/废弃矿井(山),包括煤矿、金属和非金属矿等。矿井关闭废弃后仍赋存着方方面面的可利用资源,除了伴生的各种矿产资源外,还拥有巨大的地下空间资源(采空区和巷道),特别是部分井下仍然有多种废弃物(设备、材料等)和空间设施可再利用。通过总结一些关闭/废弃矿井资源综合利用状况,研究其功能定位和综合利用战略,并提出将关闭/废弃矿井资源综合开发利用与国家和区域经济、社会发展统筹部署的思考与建议。     

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。      

基于环境治理的关闭煤矿瓦斯和水资源利用探讨

在我国巨量的关闭煤矿井中,赋存大量的瓦斯和地下水,由于经济及地质等条件的制约,许多煤矿井只是简单关闭。这既造成可利用资源的巨额浪费,又对后续矿井生产形成安全隐患,同时又是大气及地下水的污染源。通过开展关闭煤矿资源利用调研,针对上述问题,提出了对关闭煤矿的资源利用应以有利于环境恢复和治理为前提,兼顾资源利用,以达到绿色发展的目的。为此建议①制定关闭煤矿相关政策、评价标准和技术规范;②建全环境、安全、资源要素的综合调查与评估机制;③构建矿业云数据,将关闭煤矿环境治理和资源综合利用纳入统一的生态考量系统。     

关闭煤矿的资源开发利用与地质保障

在关闭煤矿中除煤炭剩余外,还赋存丰富的煤层气、矿井水、地下空间、地热等资源,具有巨大的二次开发潜力。依据全国煤层气、矿井水、地热等资源赋存现状,梳理部分重点关闭煤矿资源的绿色开发与清洁高效利用发展趋势;通过系统介绍集钻探、物探、遥感、计算机等勘查技术于一体的综合勘探体系,总结了其在关闭煤矿资源有效开发利用的地质保障作用,并从资源、环境、技术体系及数据库等七个方面提出关闭煤矿资源开发利用地质保障工作建议。     

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。      

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<...     

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。      

徐州东部废弃矿井地下水流场演化模拟初探

以徐州东部废弃矿井为例,太原组灰岩含水层为研究对象,通过建立废弃矿井地区地下水流系统模型,运用数值模拟技术对区域地下水流场演变过程进行研究,揭示矿井废弃地区地下水流场演化的一般规律为:煤矿关闭前,为满足生产生活需要,矿井进行大量排水、抽水工作,矿区形成若干降落漏斗,如位于矿区西部的青山泉煤矿和北部的韩桥煤矿内均存在大面积降落漏斗,中心水位低于-25 m。受水力梯度影响,地下水向低洼的矿坑处汇集,原生地下水流系统遭到破坏。矿井闭坑后,原有排水系统全部停止工作,地下水位缓慢回升,降落漏斗逐渐减小,根据模型模拟结果,发现水位回升速度随矿井关闭时间的增加而减慢:在矿井关闭第1年内,水位回升速度较大,为1.14 m/a;关闭第3年时,水位回升速度减少至0.165 m/a;矿井关闭10年时,地下水最高水位为-16.55 m,从关闭第3年至第10年的7年时间内,水位回升速度仅0.039 m/a,矿区地下水流系统得到恢复,模拟区最终形成自北向南的近似稳定的地下水径流场。     

徐州东部废弃矿井地下水流场演化模拟研究

以徐州东部废弃矿井为例,太原组灰岩含水层为研究对象,通过建立废弃矿井地区地下水流系统模型,运用数值模拟技术对区域地下水流场演变过程进行研究,揭示矿井废弃地区地下水流场演化的一般规律为:煤矿关闭前,为满足生产生活需要,矿井进行大量排水、抽水工作,矿区形成若干降落漏斗,如位于矿区西部的青山泉煤矿和北部的韩桥煤矿内均存在大面积降落漏斗,中心水位低于-25 m。受水力梯度影响,地下水向低洼的矿坑处汇集,原生地下水流系统遭到破坏。矿井闭坑后,原有排水系统全部停止工作,地下水位缓慢回升,降落漏斗逐渐减小,根据模型模拟结果,发现水位回升速度随矿井关闭时间的增加而减慢:在矿井关闭第1年内,水位回升速度较大,为1.14 m/a;关闭第3年时,水位回升速度减少至0.165 m/a;矿井关闭10年时,地下水最高水位为-16.55 m,从关闭第3年至第10年的7年时间内,水位回升速度仅0.039 m/a,矿区地下水流系统得到恢复,模拟区最终形成自北向南的近似稳定的地下水径流场。     

白皎关闭煤矿瓦斯地面抽采开发思路与实践

在提升煤矿本质安全生产水平及优化四川省能源矿产发展格局的形势下,煤炭产业政策要求小型、灾害严重的煤矿(井)予以关闭;针对关闭矿井中残存煤炭、煤层气等资源,以原位区、准备区、采动区、采空区四区分别评价具备煤层气抽采条件的有利区,得出适合的钻井方式、储层改造与抽采方式及建议。白皎煤矿实施地面井抽采煤层气取得成功是我省关闭的高瓦斯矿井治理的较好例证,为煤矿企业转型有较好的示范和推广意义。     

中国煤炭甲烷管控与减排潜力

甲烷是最主要的非二氧化碳温室气体,受到越来越多的重视。煤炭甲烷是我国最主要的甲烷排放源类型,我国也是世界煤炭甲烷排放量最大的国家,煤炭甲烷的有效排放管控与高效开发利用兼具温室气体减排、能源气体开发利用和灾害气体防治三重意义。基于系统调研和研究工作积累,概述了煤炭甲烷排放管控背景,总结了全球与代表性国家煤炭甲烷排放及其管控现状,阐释了我国煤炭甲烷开发利用与排放管控历程及发展趋势,讨论和前瞻了我国煤炭甲烷减排路径与减排潜力。已有研究工作表明:我国煤炭甲烷排放主要来自煤炭地下开采风排瓦斯,且较长时期内仍是我国煤炭甲烷的主要来源;随着我国关闭矿井增多,由此产生的关闭矿井甲烷排放量呈增长趋势,是我国煤炭甲烷不容忽视的来源。随着碳中和目标的提出,温室气体减排的政策导向逐渐成为我国煤炭甲烷排放管控的重点,明确了煤炭甲烷减排方向。我国煤炭甲烷排放管控形成了以煤层气勘探开发利用、煤矿瓦斯抽采利用、关闭/废弃矿井瓦斯抽采利用、乏风瓦斯利用等全浓度利用,煤炭采前、采中和采后全周期利用为特征的关键技术路径。我国煤炭甲烷排放管控面临巨大压力和严峻挑战,诸多政策、机制、技术问题亟待破解。突破复杂地质条件适配性煤层...     

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。     

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。     

废弃煤矿瓦斯资源估算与评价方法构建及应用

基于我国废弃煤矿瓦斯资源勘探开发现状,为合理评估我国废弃煤矿瓦斯资源,提出"资源估算+初步评价"的思路,建立废弃煤矿瓦斯资源估算和评价方法,该方法具有所需参数少和实用性强等优点;依据废弃煤矿瓦斯涌出特点及废弃时间,划分废弃煤矿类型,将其分为稳定型和非稳定型两大类,非稳定型进一步划分为初期、中期和后期3个阶段;根据废弃煤...     

关闭矿井地上/下资源定量评估与转型路径探讨

随着我国关闭矿井数量逐年增加,对关闭矿井资源进行高效准确评估,实现关闭矿井转型升级,对煤炭行业发展乃至社会稳定具有重要战略意义。以陕西朱家河中型矿井为例,分析了关闭矿井地上/下资源特征及类型,提出了采用现场实测、探地雷达以及低空数据估算关闭矿井地上/下资源方法。研究表明:朱家河矿井井筒、大巷、井底车场及硐室可利用空间约为1.18×10~5 m~3,井下残留煤柱资源量达5 600万t,工业广场办公区、生产区、生活区以及辅助生产区空间容积达8.3×10~8 m~3;通过与现场实测结果对比分析,验证了探地雷达以及低空数据在关闭矿井空间资源评估方面应用的可行性;预估了2030年全国关闭矿井的空间容积。探讨了朱家河关闭矿井地上/下资源转型发展新路径,如构建井下储气站、井下水库和污水处理厂,开发矿区新农业,建立地下空间疗养院以及井下残留煤炭资源流态化开采等,形成的矿井转型发展技术体系可为关闭矿山资源评估及转型发展提供借鉴。     

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。      

我国煤矿区矿井水污染问题及防控技术体系构建

煤炭开采必然产生大量的矿井涌水,我国目前的矿井水整体上表现出水质相对较差、水处理成本较高等问题。首先明确了我国典型矿区矿井水水质的主体特征:常规离子是造成矿井水水质差的主要化学组分;矿井水中有毒有害物质占比小,且基本优于地下水Ⅲ类水质量标准。其次,详细探讨了我国矿井水水质形成、演化的几个科学问题,包括不同水文地质结构下物理–化学作用所起的主导作用,时间效应对水质演化的影响,微生物群落结构特征及其与环境因素的相关关系,水动力场–化学场–微生物场–温度场的多场耦合问题等。接着重点介绍矿井水污染防控的技术方法,以减少矿井突(涌)水量和水资源保护为前提,以实现煤–水双资源协调开采、煤炭绿色开采为目标,以矿井水“阻断、减量、保护”为主要防控思路,围绕煤矿区矿井水阻断技术、污染负荷减量技术、污染区修复治理等科学问题展开分析;通过各种现有技术、方法、工艺,最大可能地降低吨煤矿井水处理成本,如采用井下预处理、地面深度处理、超深回灌封贮、生态资源化利用等。最后,提出研发煤矿区地下水及污染物的阻断材料和吸附材料、注浆装备、监测设备、投料设备、原位取样检测设备等,形成我国煤矿区矿井水污染防控技术体系。该技术体系的构建可对煤矿绿色开采、煤矿区深层地下水污染防控、闭坑矿井水污染防控、矿区地下水资源及生态环境保护利用等提供理论及技术支撑。      

废弃矿井煤层气资源地球物理勘探研究进展

煤炭开采形成大面积的采空区和数量众多的废弃矿井,在这些废弃矿井中蕴藏着大量的煤层气资源。区别于常规煤层气资源,废弃矿井煤层气资源的勘探和开发受到采空区分布、覆盖层、围岩情况、裂隙带发育情况、煤层顶底板情况、煤矿开采方式以及采空区地下水等情况的综合影响,利用地球物理勘探技术可以为废弃矿井煤层气的开发提供技术支持。本文介绍了山西煤炭地质的基本情况,分析了采空区坍塌及积水的机制,以及围岩与采空区的地震波场特征、电性特征、激发极化特征和放射性氡异常特征;介绍了地震法、直流电法、可控源音频大地电磁法、瞬变电磁法、激发极化法、放射性勘探法、微动勘探法、航空瞬变电磁法和半航空瞬变电磁法探测采空区的原理、方法及应用。指出开发、研究新的地球物理方法,建立多方法、多维度、多空间的采空区综合探测体系,充分利用地球物理大数据,深入发掘人工智能反演技术,可为我国废弃矿井煤层气资源的勘探和开发提供技术支持。