我国煤矿区矿井水污染问题及防控技术体系构建     

孙亚军  徐智敏  李鑫  张莉  陈歌  赵先鸣  高雅婷  刘琪  张尚国  汪韦峻  朱璐璐  王晟 《煤田地质与勘探》2021,49(5):1-16

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。   相似文献   

煤矿区碳排放的确认和低碳绿色发展途径研究     

王猛  马如英  代旭光  单雅迪 《煤田地质与勘探》2021,49(5):63-69

开展煤矿区碳排放的系统评价和减排路径的综合分析,是落实我国碳达峰与碳中和愿景的具体行动。针对煤矿区碳排放源边界不清、核算模型缺乏及碳中和背景下发展方向等问题开展分析。通过文献查阅、资料收集等方法,厘清煤矿区碳排放源边界,并建立碳排放量核算模型,明确煤矿区低碳绿色发展方向。结果表明:煤矿区碳排放(CH₄和CO₂)来源可划分为自然排放和人为排放两大类,并细分为5种类型,针对不同碳排放源提出相应的数学模型;同时煤矿区要加大节能和低碳技术的投入,提高综合资源的利用程度和瓦斯的监测力度,加强绿色矿山修复和建设,积极参与碳市场和碳排放权交易及培育适应市场的管理模式等一系列措施,逐步实现低碳、绿色产业体系;此外,煤矿相关单位应高瞻远瞩,深入分析并发挥政府的低碳环保政策的作用,与相关高校加强合作,在我国碳减排目标下,大力推动煤制氢技术的发展,突破CO₂-ECBM和CCUS关键技术中的运输、封存选址、安全稳定性评价、成本降低等瓶颈问题,以期在双碳背景下碳减排过程中实现经济、环保双重效益。   相似文献   

基于MEMS与LwIP的煤矿三分量地震数据采集系统     

王怀秀  仇帅  朱国维  陈波 《煤田地质与勘探》2021,49(4):8-14

针对当前煤矿地震数据采集传输系统中数据传输实时性差,数据传输量有限的问题,以及数据采集需要满足多波宽频的要求,设计了基于MEMS与LwIP的煤矿三分量全波地震数据采集系统。该系统由MEMS三分量检波器、数据采集单元、高性能防爆路由器、高性能嵌入式主机及采集控制软件、主机监控软件构成。采用MEMS加速度芯片VS1002作为检波器芯体,利用其高灵敏度、宽频带响应等特点;主机监控软件完成对全波采集单元监控、管理及简单的数据处理功能;全波数据采集单元实现了三分量地震信号的数据拾取、转换、存储和数据输出;系统采用分布式控制方式,可实现系统的灵活组合与拆分,提高了采集信号的质量,增强了在煤矿中的适用范围。实验结果表明:与常规地震采集系统相比,本系统具有抗干扰力强,响应频带宽的特点,可在恶劣环境条件下捕捉到频带较宽的地震信号。   相似文献   

软煤夹层水射流层状卸压增透抽采瓦斯数值模拟及试验     

刘晓  李勇  宣德全  胡世雄  荆天祥  徐森 《煤田地质与勘探》2021,49(2):54-61

水力冲孔是煤层瓦斯增透抽采的主要技术措施,其主要以出煤量考察卸压效果,但是也存在出煤量大、卸压不均一、应力易集中等问题。因此,提出软煤夹层水射流层状卸压增透抽采瓦斯技术,考虑瓦斯压力压缩和煤基质吸附瓦斯膨胀对本体变形的影响,建立应力场、裂隙场、渗流场耦合条件下的多物理场理论模型,并结合COMSOL数值模拟软件对软煤夹层水射流分支数、卸压影响范围内煤体的瓦斯压力和瓦斯含量变化规律进行了研究。研究表明:当水射流分支长半轴为2 m,短半轴为0.22 m时,水射流分支数为6个时较为合理;在相同出煤率情况下,相同时间内瓦斯压力和含量均随着与钻孔距离的增加而减小,抽采180 d,水射流层状卸压有效抽采半径约为常规水力冲孔有效抽采半径的2.14倍,且在有效影响范围2 m时,水射流层状卸压瓦斯含量降低量为7 m3/t,而常规水力冲孔瓦斯含量降低量为4.1 m3/t,水射流层状卸压瓦斯降低量为常规水力冲孔的1.71倍;在新义煤矿现场试验中发现,当水射流层状卸压出煤率为常规冲孔出煤率的0.29~0.71倍,抽采较高浓度瓦斯时长仍是常规水力冲孔的2倍。软煤夹层水射流层状卸压增透抽采瓦斯技术的提出,对未来煤矿井下软煤夹层水力冲孔技术的发展有着重要的意义,为井下瓦斯的治理提供了新的方法和方向。   相似文献   

煤矿井下顶板梳状长钻孔分段压裂强化瓦斯抽采实践     

贾秉义  陈冬冬  吴杰  孙四清  王建利  赵继展  张杰 《煤田地质与勘探》2021,49(2):70-76

为了解决碎软煤层本煤层钻孔施工困难,瓦斯抽采浓度低,抽采效果差,无法实现大面积区域预抽的问题,在现有煤矿井下定向钻进技术和水力压裂技术的基础上,结合前期研究成果,提出了顶板梳状长钻孔分段水力压裂技术,并在韩城矿区桑树坪二号井进行了现场试验。现场施工顶板梳状长钻孔主孔长度588 m,包含8个分支孔,钻孔总进尺1 188 m,主孔距煤层0~3.28 m,平面上覆盖约12.5 m。采用不动管柱分段水力压裂工艺,分4段进行水力压裂施工,累计注水2 012 m3,最大泵注压力8.74 MPa。压裂后最大影响半径大于30 m,且裂缝主要位于钻孔下方,向煤层延伸。压裂钻孔稳定抽采阶段瓦斯抽采纯量1.18 m3/min,抽采瓦斯体积分数平均43.54%。顶板梳状长钻孔分段水力压裂钻孔瓦斯抽采纯量是水力割缝钻孔的1.2倍,是本煤层顺层钻孔的4.0倍。试验结果表明,顶板梳状长钻孔分段水力压裂技术可有效避免本煤层常规钻孔施工过程中存在的塌孔、卡钻、喷孔等问题,实现了碎软低渗煤层大面积区域瓦斯预抽,为碎软低渗煤层区域瓦斯预抽提供了新思路和新方法。   相似文献   

随机森林模型预测岩溶区酸性煤矿井水锰污染   总被引：1，自引：0，他引：1  

李冲 《中国煤炭地质》2021,(3):43-47,59

酸性煤矿井水严重威胁地下水的水质。如何更有效对受影响区域的地下水源进行动态监测是当前的一个关键问题。采用随机森林中的回归模型,利用自变量(采空区水位、岩溶水位、pH值、泉水流量、电导率)和因变量(污染离子浓度)的相关性,建立回归模型;使用测试数据进行误差分析,结果证明模型准度较高,所得预测值具有参考价值;得出各自变量对因变量影响的重要程度,分析结果与实际情况相符合。试验表明,随机森林回归模型在酸性煤矿井水污染预测方面具有适用性,可作为辅助手段监测水质污染情况,对今后工作有一定的指导意义和经济价值。  相似文献   

基于TBM掘进性能和适应性分析的围岩分级方法及应用     

刘佳伟  张盛  陈召  杨战标  冀畔俊  魏永辉 《煤田地质与勘探》2023,(8):161-170

煤矿巷道变化的围岩地质条件影响着全断面岩石掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)的推广应用,准确评估煤矿岩体可掘性和岩层TBM适应性对TBM高效施工至关重要。基于对岩体参数和岩体可掘性指标的评价,采用优劣解距离法(TOPSIS)建立了岩体可掘性分级模型,并结合不同地质条件的[BQ]值和TBM利用率的相关性分析,提出了岩层适应性分级模型。以日掘进速度为判断指标,进行岩体可掘性和岩层适应性评估,建立了一套基于TBM施工性能的围岩综合分级方法,采用河南平顶山首山一矿底板瓦斯抽采巷道TBM掘进过程中的工程数据,对TBM围岩综合分级方法进行了现场应用。结果表明：在岩体可掘性等级为Ⅰ级,地层TBM适应性等级为3级的条件下,TBM施工巷道平均月进尺可达到400 m;当TBM利用率不足20%时,极有可能会出现卡机、出渣困难等现场问题。围岩综合分级方法通过利用自动采集的TBM掘进数据和围岩性质的综合分析,能够动态评估TBM在不同围岩地质条件下的施工性能,并为TBM掘进控制参数设计提供了理论依据。  相似文献   

煤矿井下水平保压取心保压触发装置研制与试验研究     

黄伟  陈领  李佳南  凡东  杨明庆  刘贵康  许晴  马长亮  吕晓东  王鼎铭 《煤田地质与勘探》2023,(8):39-46

瓦斯含量是煤矿安全开采和煤层气资源开发利用的重要评价指标,而保压取心技术是提高煤层瓦斯含量精确测定的有效途径。针对煤矿水平保压取心特殊工况,基于煤矿原位保压保瓦斯取心原理与技术,为提高保压煤样的采取率,研制了保压触发装置,系统设计了装置的密封保压单元、液压驱动模块和捞矛头与水平打捞器连接-脱卡机构等关键部件。搭建了保压触发装置工作性能地面试验系统,对装置性能进行试验研究。结果表明：在保压控制器阀盖5个典型的翻转方向工况下,保压触发装置的各功能模块均稳定运行,保压控制器均完成了翻转闭合;同时,钢丝绳顺利从取心钻杆内取出,有效防止取心器从孔底提至孔口过程中钢丝绳缠绕,避免引起设备故障。采用电动试压泵对已完成工作性能试验的取心器保压舱进行打压测试,结果表明：在最高压力为4.1 MPa条件下,压力表读数稳定,取心器保压舱内带压流体不发生泄漏,表明保压触发装置可触发取心器的密封保压功能。最后,在煤矿井下实际条件下对装置性能进行试验,结果表明：保压触发装置可在煤层实际工况下稳定实现取心器的密封保压功能,煤样采取率高达90%。保压触发装置的研发可促进煤矿水平保压取心技术的发展,对煤层瓦斯含量的精准测...  相似文献   

注浆改造厚含水砂层提高开采上限技术及应用     

邢茂林  郑士田  石志远  赵少磊  杜博涛  崔思源 《煤田地质与勘探》2023,(5):113-122

为了实现在厚松散含水砂层下留设防塌煤(岩)柱以提高开采上限,研究厚含水砂层区域注浆改造技术。以安徽淮北五沟煤矿1010-1工作面第四含水层(简称四含)下提高上限开采为目标,通过理论计算、注浆材料配比实验和原位注浆试验,对改造范围和层位、注浆材料的适用性、不同深度的浆液配比、钻孔布置方式和注浆方法进行分析,并通过取心测试、水文地质试验和井下钻孔验证对注浆效果进行检验。结果表明：五沟煤矿四含改造区域松散含水砂层底部无黏土,且在有含水风化基岩条件下,提高上限开采需同时注浆改造松散砂层和风化基岩;粉煤灰–水泥浆较石膏–水泥浆具有更好的体积稳定性,粉煤灰掺量20%～50%的粉煤灰–水泥浆结石率大于98%,且有较稳定的凝结强度,能够满足砂层劈裂注浆的需求,风化基岩采用纯水泥浆或10%以内掺量的粉煤灰–水泥浆,基岩之上2倍采高的砂层注入10%～20%掺量的粉煤灰–水泥浆改造后充当保护层,上部采用20%～50%掺量的粉煤灰–水泥浆进行充填压密,粉煤灰掺量随注浆深度递减;注浆终压可在最浅部砂层注浆劈裂压力的基础上,按地层压力和孔隙水压力梯度0.3 MPa/10 m增加;泄压诱导注浆可有效控制浆液的劈裂扩...  相似文献   

淄博洪山—寨里煤矿地下水串层污染治理区水化学和硫同位素特征     

刁海忠  于桑  李洪亮  尹秀贞  周建伟  刘红  王元新 《中国岩溶》2023,(1):171-181

在明确淄博洪山—寨里煤矿地下水串层污染治理区内水文地质状况、地下水流场特征等基础上,通过对矿井水、采空区水.、矿排水、奥灰水、雨水、地表水的取样分析,掌握治理区的地下水水化学、硫同位素特征。选择接受大气降雨补给的区域.、煤矿水聚集区、奥灰水聚集区以及奥灰水与煤矿水交叉混合区,分区对地下水水质现状及煤矿水和奥灰水之间水力联系情况进行分析判断。通过对比分析治理前后研究区水质情况,发现治理后奥灰水仍呈现高SO₄^2-浓度、高硬度、高TDS特征,且硫酸盐主要来源于煤矿水,治理后洪山、寨里煤矿地下水串层通道依然存在,串层污染情况持续进行,且污染较治理前有加重趋势。则今后治理工作应进一步查清、控制导水通道,控制矿坑水水位,避免其污染奥灰水。  相似文献