过断层压气储能巷道围岩变形特征与支护优化

目的为解决断层附近储气巷道围岩变形不协调、在储气循环荷载作用下易发生损伤失稳的问题。方法采用FLAC3D建立数值模型,基于淮南潘一矿第一水平西翼轨道石门实际地质条件和原有支护方案,分别开展单一内压荷载作用和循环荷载作用下,储气巷道穿越Fe3正断层附近区域围岩变形破坏特征与支护方案优化模拟分析,针对该区域提出注浆加固方案,并通过数值模拟方法对注浆效果进行考察。结果随着内部储气上限压力的增大,储气库围岩变形加剧。尤其穿越破碎带区域,在循环荷载作用下,围岩累积损伤导致储气巷道极限承载能力大幅度降低,位移增加显著,成为潜在破坏区。注浆后巷道围岩顶底板及两帮位移量明显降低,对储气巷道围岩稳定性具有良好的控制作用。结论研究结果可指导破碎区域注浆加固提高储气巷道内压上限,为同类高压储气巷道的稳定性和安全性提供参考。

安徽省关闭煤矿资源调查及其综合利用研究

【目的】在煤炭资源持续高强度开发与能源供给侧结构性改革的背景下,安徽省关闭了一批资源枯竭、产能落后的煤矿,而关闭煤矿仍赋存有地下空间、遗煤、瓦斯、矿井水、土地与基础设施设备等资源,开展关闭煤矿资源再利用具有现实的工程价值和经济效益。【方法】统计自2013年以来安徽省59座关闭煤矿基础信息和再利用现状,分析关闭煤矿分布特征、遗留资源与再利用潜力;构建安徽省关闭煤矿数据库与WebGIS云平台,实现关闭煤矿信息查询分析与可视化;以潘一矿与石台煤矿为例,分别介绍遗留瓦斯抽采与半地下抽水蓄能的关闭煤矿再利用方案。【结果和结论】结果表明:安徽省关闭煤矿主要集中分布在两淮矿区,部分关闭煤矿关闭时间较短、遗留资源丰富、产权隶属清晰,再利用潜力较大;潘一关闭煤矿综合使用封闭墙压管抽采、原抽采钻孔抽采和地面钻井抽采的立体化遗留瓦斯抽采技术,实施关闭煤矿采空区“排水-抽采-利用”的一体化工程,3年内累计抽采瓦斯量4 840万m^(3)、发电8 590万kW·h、直接经济效益5 120万元,同时保障了相邻矿井的安全生产;石台关闭煤矿拟建设半地下抽水蓄能电站,地下空间可提供有效库容30万m^(3)、装机容量35 MW。案例分析表明安徽省部分关闭煤矿资源再利用在技术经济上具有合理性,但仍需开展进一步深入研究。

关闭/废弃矿井地下空间抽水蓄能发展战略研究

在双碳战略目标牵引下,中国深化能源革命,目前已成为世界上最大的可再生能源发电国。为解决大规模可再生能源电力供应不稳定的难题,新型电力系统的提出与加速成长促进了抽水蓄能电站的建设与发展,但在生态红线与地形等因素约束下,传统抽水蓄能电站选址难题亟须解决。同时,煤炭去产能过程中形成了大量的关闭/废弃矿井与资源枯竭型城市。本研究详细概述了中国抽水蓄能电站的发展现状,分析了关闭/废弃矿井与抽水蓄能结合后对水资源压力的缓解与温室气体减排等环境效益。基于关闭/废弃矿井抽水蓄能电站不同模式,对关闭/废弃矿井抽水蓄能应用潜力展开了分析,最后提出中国废弃矿井抽水蓄能发展战略,并展望了关闭/废弃矿井+储能的多元产业愿景。

整合压汞、N_(2)和CO_(2)吸附的中−高阶煤多重分形特征

煤储层孔隙结构多重分形特征控制着煤层气的运移和可持续产出,直接决定了煤层气的开采效率,对煤层气开采具有重要意义。为了研究中−高阶煤孔隙结构多重分形特征及其在煤化作用过程中的演化趋势,针对取自沁水煤田生产矿井的中−高阶煤样,整合高压压汞、低温氮气吸附实验和二氧化碳吸附实验,结合多重分形理论,表征并探究了中−高阶煤储层宏孔(>50 nm)、介孔(2~50 nm)和微孔(<2 nm)的多重分形特征在煤化作用过程中的演化趋势及其影响因素。结果表明,中−高阶煤宏孔、介孔和微孔的广义维数谱(D_(q)−q)和多重分形奇异谱(f(α)−α)均满足多重分形特征,这意味着中−高阶煤宏孔、介孔和微孔均表现出多重分形行为。相对于宏孔和介孔,微孔表现出更大的奇异性指数α_(0)和谱宽(ΔD)与较小的赫斯特指数(Hurst,H),即微孔具有更强的非均质性和更差的孔隙连通性。煤化作用促进了煤中大分子的聚合,使煤储层由宏孔优势型和宏孔−微孔并存型储层转变为更为致密的微孔优势型储层,煤中不同尺度孔隙孔径分布趋于均质化,导致中−高阶煤储层孔隙结构均质性的增强和孔隙连通性的改善。宏孔和微孔体积分数对其相应孔径范围内孔隙结构非均质性分别存在积极和消极的影响,而介孔体积分数并不是介孔孔隙孔径分布非均质性的有效约束。镜质组和惰质组对孔隙孔径分布非均质性表现出相反的影响,镜惰比(V/I)与H之间存在正相关性,与α_(0)之间呈负相关性,富镜质组煤发育更多的微孔从而表现出更强的孔隙结构均质性和较好的孔隙连通性。

基于正交试验的采空区下单轨吊巷道支护参数优化研究

潘二矿18124工作面顶板条件复杂,岩层强度较低,易出现顶板垮落等安全事故,给单轨吊大件运输留下安全隐患。为解决此类安全问题,以潘二矿18124工作面单轨吊运输巷道为工程背景,在单轨吊轨道梁受力分析的基础上,采用正交试验与极差分析法系统研究了采空区下复杂顶板条件影响巷道变形的敏感性因素,对比探究了不同参数下锚杆锚索协同支护作用。研究结果表明,影响巷道顶底板及两帮变形的敏感性因素排序:锚杆间排距A>锚杆长度B>锚杆直径C(锚索间排距D>锚索长度E>锚索直径F);确定了实验条件下的最优支护方案,即锚杆间排距800 mm×900 mm,锚杆长度2.5 m,锚杆直径22 mm,锚索间排距1000 mm×1800 mm,锚索长度9.3 m,锚索直径22 mm。研究结果可为单轨吊在类似地质条件的工作面安装与使用提供理论依据。

废弃矿井地下空间物理储能方式对比与优选

为开展废弃矿井地下空间物理储能方式对比优选,在总结分析废弃矿井抽水蓄能、重力储能和压缩空气储能原理及发展现状的基础上,采用层次分析法选取6个一级指标(资源条件、技术方案、经济效益、环境影响、安全保障及能耗水平)、19个二级指标以及3种储能方案,建立了废弃矿井地下空间物理储能方式评价指标体系。以山西白家庄煤矿为例,基于专家打分法分析了各指标及方案层权重,获得一二级指标中的主控因素及影响程度,并基于此分析对比3种物理储能方式的优劣。结果表明,在一级指标中,安全保障权重占比最高,环境影响次之,之后依次是资源条件、经济效益、能耗水平和技术方案;在二级指标中,权重最高的3个指标分别是技术保障、自然生态、资金投入;在3种方案中,重力储能最具优势,其次是抽水蓄能,最后是压缩空气储能。研究结果可为废弃矿井地下空间物理储能方式的选择提供参考。

基于风光储配置模型的废弃矿井重力储能参数优化研究

我国能源生产和消费结构中煤炭比例居高不下,向清洁、低碳能源转型的任务艰巨,而风电、光电等新能源稳定性差,就地消纳困难,亟需大规模储能基础设施建设。同时,高质量发展和“双碳”目标下废弃矿井的数量日益增多,为提高废弃矿井空间资源利用率和可再生能源发电的稳定性和可靠性,提出以废弃矿井重力储能为基础的风光储联合发电系统。综合考虑矿区能源系统负荷特点,风电、光电等可再生能源条件,以及废弃矿井大规模物理储能优势,构建风光重力储能联合发电系统。以系统总净现成本值(NPC)最低为目标函数,提出风光重力储能联合发电系统参数优化模型,并以重力储能电站充放电功率、系统与电网交互容量、年可再生能源发电率为约束条件,对光伏电站、风力电站、重力储能电站等容量进行决策优化。基于淮南潘一矿区实际工程背景,利用HOMER仿真模拟软件进行案例分析,结果表明:算例在循环充放控制策略下最优,所得风光重力储能参数的总净现成本值最低,年可再生能源发电率最高,能够有效提高风光互补特性及系统的稳定性和可靠性,为风光重力储能联合发电系统的参数优化研究提供了参考。

基于叠后地震几何属性融合的煤层大尺度裂缝预测

煤层大尺度裂缝是导致煤矿瓦斯突出和矿井突水的主要因素之一,准确预测煤层中的大尺度裂缝对于煤层气开发和矿井水害治理至关重要。本文以叠后地震数据为基础,提取能够反映目标层位裂缝几何特征和分布信息的叠后地震几何属性;为避免单一地震几何属性在预测煤层大尺度裂缝时出现的多解性或不确定性问题,通过PCA(Principal Component Analysis)-BP(Back Propagation)神经网络(主成分分析与反向传播神经网络相结合)模型对相干、曲率、倾角、方差等地震几何属性进行融合,预测得到目标煤层大尺度裂缝分布特征。通过对比预测结果与实际揭露情况,90%的断层位置与大尺度裂缝发育区相一致,融合结果与构造解释结果吻合较好。表明基于地震几何属性融合的预测方法具有一定的效果,能在一定程度上刻画煤层大尺度裂缝的特征。

分层地应力方法在薄互层低渗油藏大型压裂设计中的应用

对薄互低渗油藏实施水力压裂改造时经常出现缝高难以控制、滤失过大、压后效果差等问题。针对薄互低渗油藏特有的地质特点,根据三维分层地应力方法原理利用声波、密度等常规测井资料获取了薄互低渗油藏地应力及裂缝连续分布剖面。用数值方法研究了此类油藏压裂过程中地应力及天然裂缝分布特征对压裂缝形态的影响规律,结果发现地应力及天然裂缝对压裂缝的高度、长度及宽度都具有直接控制作用,基于此提出了突出地应力和裂缝作用的薄互低渗油藏大型压裂设计方法。对胜利油田某油区C1井的实际资料进行研究分析,并据此实施了大型压裂设计,效果较好。

优化反分析方法在地应力与裂缝研究中的应用

应用优化反分析方法建立了基于常规测井资料的地应力及裂缝分析模型,该模型可以利用声波、密度和自然伽马等资料求取井筒附近的岩石力学参数、地应力及裂缝参数的连续剖面,为钻井过程中保持井眼稳定、压裂设计等提供参考。以胜利油田纯化油区几十口井的实际资料为例进行计算分析,获取了相应的地应力及裂缝分布规律,并首次回归拟合了该油区三向地应力随深度变化的关系曲线。大量试验结果和现场应用情况表明,该方法准确可靠,成本较低,适应性强。

新集矿区煤岩物理力学参数测试及其统计特征分析

通过对新集矿区石盒子组主采煤层顶、底板上千个试件进行室内试验测试,获取了该矿区典型岩性的密度、弹性模量、泊松比及抗压、抗拉强度等物理力学参数。并利用数理统计方法对测试参数进行回归拟合,得到了各主要参数的分布概型及最优估计参数。

朱仙庄矿10煤地质力学评估及其回采巷道分类支护

为有效解决深部煤炭开采过程中回采巷道围岩失稳严重、变形破坏剧烈等问题,利用室内试验测试、围岩结构观测、地应力原位测量及现场监测等手段,分析得出巷道围岩地质力学属性和原岩应力分布特征,并结合矿井生产技术条件对巷道围岩进行地质力学评估和稳定性分类。以淮北朱仙庄煤矿10煤的Ⅱ1053工作面为工程背景,构建基于地质力学评估的巷道分类控制支护体系,并对该工作面回采巷道支护参数进行优化设计。用FLAC3D数值模拟和井下监测等技术方法,对掘进及回采期间巷道围岩应力、位移、锚杆受力及塑性区分布特征等进行分析。结果表明,将试验测试和现场数据资料相结合,以地质力学评估为基础的巷道分类支护技术明显优于以往经验设计法,能有效保障回采工作面的安全快速推进。

朱仙庄煤矿南翼地应力原位测试及其最优化反分析

地应力在软岩或深部煤矿设计、施工与安全生产中具有重要作用。采用空心包体应变计法对朱仙庄煤矿南翼II、III 水平进行了地应力原位测试，获得了该矿地应力大小及主要方位；以此作为约束条件，基于多目标约束的最优化方法利用ANSYS 软件建立了朱仙庄煤矿南翼地应力最优化反分析模型，反演得出了最优边界条件，并用数值分析了该区域地应力分布特征和变化规律。结果表明：朱仙庄煤矿南翼地应力以水平构造应力为主，且具有明显的方向性，最大主应力值变化范围是20~25 MPa，方位则分布在N 60°E 和N 75°E 之间，其水平地应力非均匀系数为1.1~1.8。

软岩巷道围岩破坏特征的中间主应力效应研究

为了研究中间主应力对软岩巷道围岩变形的影响机制,以淮北矿区朱仙庄矿Ⅱ1053工作面软岩运输巷为工程背景,在地应力原位测试的基础上,采用FLAC3D软件构建了不同中间主应力条件的数值计算模型,开展了软岩巷道围岩破坏特征的中间主应力效应研究。结果表明:中间主应力的改变,使巷道开挖后的应力分布、表面位移与塑性区发育情况都呈现一定的阶段性特征,表现出明显的"区间效应"。现场监测数据及钻孔窥视表明,该模型能反映现场实际情况。

关于提高采矿工程专业课程教学质量的思考

采矿工程专业的毕业生基础理论要求高、专业实践性强。如何全方面调动学生学习积极性、培养良好的自主学习动机,全面提高采矿工程专业课程教学质量具有非常重要的意义。笔者首先根据近几年的教学科研实践,总结分析了当前采矿工程专业课程教学方面的一些问题,然后有针对性地提出了一些可行性建议,为采矿工程专业课程的教学研究提供一定的参考。

“光盘行动”如何做到可持续——安徽理工大学“光盘行动”调查报告

本文对安徽理工大学在校大学生践行"光盘行动"情况进行调查,结果显示:推广"光盘行动"对治理大学生"舌尖上的浪费"现象具有一定的效果,但仍存在一些问题。本文认为应将理念宣传和可行性措施相结合,才能使"光盘行动"常态化和持续化。

基于虚拟矿井建设的采矿工程学科实验教学方法探讨

实验教学在培养学生实践动手能力和创新思维训练等方面具有重要意义。本文针对安徽理工大学采矿工程学科现有实验条件及实验教学现状,总结分析了实验教学过程中的一些问题与不足,探讨了一种基于虚拟矿井建设的采矿工程学科实验教学方法。该方法通过构建兴趣驱动的游戏般的实验环境,使互动媒体实验教学与课堂理论教学相统一,挖掘学生的自主性、探索性和创新性,循序渐进地培养具有实践能力强、素质高、创新型的高素质人才,可为相关专业实验教学体系改革提供重要借鉴。

山西白家庄废弃矿山地下旅游资源开发设计方案研究

山西省积极响应国家去产能政策,关闭/废弃矿山日益增多,其后闲置的大量地下空间资源亟需开发利用。基于山西丰富旅游资源,开展矿山旅游资源开发方案研究,明确功能分区、细化功能部署方法,实现旅游项目主题连贯设计,构建完整旅游体系,将历史文化遗迹与现代工业遗产和自然生态环境有机融合,促进能源型城市转型发展。以山西省白家庄矿2^(#)井为例,在综合分析矿井历史、地下空间资源、地理区位优势及现有旅游条件基础上,借鉴"三觉五性"设计方法,进行井下工业旅游开发方案设计,并依据儿童、成人和实训学生等不同游客群体特性规划三种游览路线,既突显行业背景优势和旅游特色,又实现废弃矿井地下空间资源的合理开发利用。废弃矿山旅游开发研究可以推动废弃矿区的经济增长和城市转型发展,带来良好的产业示范效应与社会效益,具有重要意义。

天然源槽波勘探的可行性研究

常规炸药震源在高瓦斯矿井受到了十分严格的管制,迫切需要一种新型非炸药震源的槽波勘探方法作为替代。基于此,开展了矿井中天然源槽波勘探方法的可行性实验研究。通过理论分析和数值模拟实验,论证了煤层具备天然源槽波发育的地球物理基础。通过构建“三随机”天然源槽波模型,即震源的空间位置随机、震源初始激发时刻随机和震源的振幅随机,成功实现了天然源槽波的时间域数值模拟实验。采用相移法对天然源槽波数值模拟数据进行了频散谱计算,结果具有明显的频散特征。数值模拟实验结果证明了理论模型中天然源槽波的存在,且基阶和高阶形态均发育。在安徽淮南某煤矿工作面进行实测实验,成功采集到天然源槽波三分量数据,对实测数据进行频散谱计算,结果表明3个分量均具备频散特征,其中X分量频散曲线能量脊较为清晰,达到了验证天然源槽波存在的预期目标。总的来说,数值模拟结果表明天然源槽波的地球物理基础和形成机理是正确的,现场实验结果证明了天然源槽波在煤层中自然存在,该方法在矿井地质勘探中具有可行性和潜力。

工科专业“评估”和“认证”实质等效性分析及人才培养质量评价模型

学科评估与工程教育专业认证是各高校工科专业办学水平高低的重要衡量标准,对工程教育起着重要的引领作用。在深入学习当前工科类专业相关重要指导文件内涵的基础上,开展主要评价体系的实质等效性分析,并在国家专业质量标准的指导下,融合“评估”“认证”等要求构建工科专业人才培养质量评测指标体系,构建了评价模型。以安徽理工大学采矿工程专业数据为例,进行模拟分析有效揭示了该专业发展现状中存在的问题与不足,进而对专业办学质量和水平进行预测诊断、提出相应指导建议。研究结果对促进高校工科专业发展和学科建设、培养适合新时代的高素质人才具有重要参考意义。