国内外矿井水处理及资源化利用研究进展

煤矿区矿井水处理及资源化利用是实现煤炭工业高质量发展与矿区生态文明建设双重目标的重要推力。在全球水资源短缺与生态环境保护的约束下,矿井水作为一种非常规水资源,其大规模处理与高效利用是未来发展的必然选择。文中从煤矿区矿井水水质特征出发,全面论述了矿井水水质形成机制与水质评价方法,并将矿井水水质形成划分为含水层水–岩作用和采空区水–岩作用2个阶段。系统分析了国内外含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水、酸性矿井水及含特殊组分矿井水处理技术优缺点,重点阐述了含悬浮物矿井水高效旋流净化、高矿化度矿井水双极膜和膜蒸馏处理、酸性矿井水人工湿地处理的新技术。在总结国内外矿井水资源化利用现状的基础上,阐明了矿井水资源化利用的途径主要包括工业生产用水、生态用水、生活用水及热能利用4种。最后,提出了目前我国煤矿区矿井水处理及资源化利用存在的问题及科学思考,建立了矿井水处理及资源化利用概念模型,通过不断推进矿井水处理及资源化利用技术研发,提高矿井水资源综合利用率,解决煤矿区水资源供需矛盾,促进社会经济增长、煤炭资源开发与矿区生态文明建设三者之间的协同发展。     

沙下大采高采煤导水裂隙带高度的确定--以鄂尔多斯煤田南部为例

通过实际条件分析,建立了ＦＣＢＰ－２Ｄ不抗拉力学模型、在力学参数选取上采用ＲＭＲ岩体分类法,并以鄂尔多斯煤田南部的补连塔为例进行了计算。生产验证此种方法计算的结果是合理的。     

华北煤田陷落柱的地下水内循环形成机理——以峰峰矿区为例

分析了华北型煤田,特别是峰峰矿区陷落柱的发育规律,提出了陷落柱的地下水内部循环形成机理。认为莫霍面抬高和火成岩体产生的地热异常使得奥灰水产生内部对流循环,导致岩溶发育;论证了地热,特别是亚临界和超临界水对CaCO3 溶解的加速作用,认为封闭环境中矽卡岩矿物在形成过程中产生的CO2 和灰岩在热解过程中产生的CO2 造成CO2 分压升高,导致了CaCO3 溶解速度的提高。文章还提出了灰岩内对流散热过程中“烟囱”效应,认为强烈对流区的“火苗”形溶洞进一步发展成为最有利于对流的“烟囱” ,上覆岩层垮落后即形成陷落柱。据此,还解释了陷落柱边缘导水的原因。      

黄土滑坡的空间预报

在对黄土力学性质进行大量测试的基础上,结合对60多个典型黄土滑坡灾害实例的研究反演,提出了考虑滑坡体滑出条件、黄土特性及触发因素等条件的一种新的黄土滑坡空间预报理论和预报公式。应用此公式对多个大中型黄土滑坡进行了空间预报和模拟反演。      

煤矿井下3 000 m顺煤层定向钻孔钻进关键技术

保德煤矿大盘区工作面采前瓦斯超前治理模式要求井下定向长钻孔能够沿煤层钻进3 000 m以上,针对现有技术装备在超长定向钻孔施工中存在滑动钻进困难、进水水路压耗大、有线随钻测量信号传输距离受限、冲洗液无法循环利用等问题,开发了煤矿井下基于螺杆马达水力加压和超长钻具正反扭转给进的滑动钻进减阻工艺、基于回转钻进倾角控制和侧钻分支的复合钻进轨迹控制技术,设计了低压耗进水水路系统、泥浆脉冲无线随钻测量系统和冲洗液净化循环系统,结合保德煤矿生产需要,完成了主孔深度3 353 m、孔径120 mm的顺煤层超长贯通定向孔。钻进效果表明:滑动钻进减阻工艺有效降低了给进力,显著提高了深孔滑动定向钻进能力;基于复合钻进的轨迹控制技术,保证了钻孔轨迹沿煤层定向延伸,并提高了钻进能力和钻进效率;泥浆脉冲无线随钻测量信号长距离传输稳定可靠,克服了有线随钻测量信号传输的局限性;井下冲洗液净化循环系统净化效果良好,实现了井下定向钻进冲洗液循环利用。研究成果对支撑煤矿大区域瓦斯超前治理、以孔代巷工程、水害防治及地质勘探等技术进步具有重要意义。      

"过程数字勘查技术"研究

煤炭地质勘查技术近年来有着长足的发展,但矿井突水、冲击地压、瓦斯突出等事故仍时有发生,反映了煤炭地质勘查技术存在着"瓶颈"。为此,结合云计算、AI、工业互联网等现代科学技术,以及国家提出的煤矿山地质保障2021初步形成、2025基本实现智能化的要求,提出了以"精细动态描述"为目标、以"过程"为对象的"过程数字勘查技术"概念,以及实施过程数字勘查的技术路径,包括"智能钻孔"、"智能勘查"、"智能勘查地质"、"矿山地质神经网络"、"智能矿山地质"。过程数字勘查技术可有效提升煤炭勘查和矿山开采的地质认识,为矿山超前预测、预报、安全生产等提供可靠的地质保障,为勘查地质和矿山地质向高度智能化、信息化、数字化、综合化和技术集约化发展创造条件,填补智能地质空白。     

煤层底板水害超前区域治理理论框架与关键技术

随着我国华北型煤田浅部煤炭资源开采殆尽,深部煤炭资源受底板灰岩岩溶水害威胁严重,常规井下直孔注浆方式存在施工位置受限、钻遇含水层孔段短、注浆盲区大、目标位置不准确等问题。为此,提出了基于顺层定向钻孔进行注浆改造的超前区域治理技术,系统研究了顺层近水平注浆孔浆液运移规律、底板水害超前注浆模式、注浆参数控制工艺、隐伏导水通道超前判识探查与注浆效果检验与评价等。通过系统研究,构建煤层底板水害超前区域治理理论框架与技术体系,具体包括5方面内容:提出煤矿底板水害超前区域治理模式分类和选择准则,概化形成适用于我国华北型煤田地质及水文地质条件的底板含水层注浆改造模式;形成隐伏导水通道水平定向钻超前判识治理技术;建立超前区域治理关键注浆参数控制工艺体系;提出了注浆全过程的多指标定性、定量效果检验与评价技术。上述研究成果在煤层底板水害超前区域治理工程中成功应用,对底板水害超前区域治理起到重要的理论和技术支撑作用,为我国华北型煤田深部煤炭资源安全开采提供保障。     

逐光而行 “炭”索未来——庆祝《煤田地质与勘探》创刊五十周年特刊 刊首语

<正>1973年,为落实推动我国出版工作的全新安排,贯彻国家能源、矿业大发展规划策略,响应煤田地质行业创新发展的需要,中煤科工西安研究院(集团)有限公司作为主办单位积极筹措创建《煤田地质与勘探》,旨在刊发和推广我国科技工作者在煤田地质方面的最新科研成果和先进的技术、装备,推动煤炭行业安全发展。时至今日,《煤田地质与勘探》已走过50年的风雨历程。     

刘桥二矿651工作面煤层底板岩体质量评价

华北型煤田煤层底板突水灾害性评价是一种特殊的工程地质问题,目前已有数学、力学和经验的多种方法研究这一问题,但是用岩体分级的方法进行安全性评价的尚未见报道。本文建立了一套新型的岩体分级方法,并将该方法用于刘桥二矿651工作面底板突水评价,收到了很好的效果。这一方法也普遍使用了其他华北型煤田。     

裂隙-岩石格架系统中二相流的耦合模型

针对某些地质条件导出了离散双重介质二维二相流耦合微分方程,对方程中的渗透率和裂隙宽度进行了Karhunen－Loeve级数展开,对其他参数进行了多项式随机函数的级数展开,同时对截取级数前有限项所产生的误差作了分析．在求解基本未知量的同时也能求解随机变量的特征数。