小学语文教学中现代信息技术的运用探究 王双明

随着现代信息技术的快速发展,其在各个领域的应用也越来越广泛,在教育领域中,通过现代信息技术的应用,可以在很大程度上提高学生的学习热情。小学语文是我国义务教育最基础的一门学科,其教学情况将会直接影响到学生其他学科知识学习情况,对此,小学语文教师应该灵活地应用现代信息技术,促进小学语文课堂教学质量的提高。

煤炭原位开发地质保障

“双碳”目标下,面对“缺油、少气、相对富煤”的资源禀赋特征,煤炭在一段时期内仍占据中国的主体能源地位,但煤炭的低碳、清洁开发转型势在必行。地下原位热解、气化、干馏、制氢等方式有望成为未来煤炭开发的重要抓手。当前对煤炭原位开发已有较多探索,但地质选址和开发过程的地质安全性、可靠性和环保性仍是制约其规模化和商业化的科学难题。因此,煤炭原位开发地质保障的理论和技术研究亟待深入。秉持“安全、经济、环保、可持续”原则,从煤炭资源禀赋特征和地质条件出发,分析了煤炭原位开发研究现状;基于煤炭开发全生命周期的科学理念,提出了“煤炭原位开发地质保障”的科学内涵;在查明采前地质条件的基础上,从物理机制角度揭示深部原位开发过程中围岩地质体响应特征和损害规律,阐明原位开发中岩体工程地质力学行为,构建原位开发地质条件动态评价模型,形成原位开发减损保障策略和方法,提出原位开发空间的再利用途径,并以煤炭地下气化和地下热解2种开发模式为例阐述了原位开发阶段性,明确了原位开发区设计的地质条件要素,强调开发过程中实时动态监测和评价围岩地质体响应保证开发区密封性与安全性,实现地质条件时空演化的评价及地质风险可控性,此外注重协同开发深部热能与共伴生资源,实现残余资源利用和地下空间再利用。煤炭原位地质保障研究体现了资源赋存条件、地质环境约束、原位开发技术、地质风险防控、资源协同开发等层面的要求,突出了原位扰动条件下的地质条件变化,强调开发扰动与地质体结构的整体研究,理解原位开发时空效应范畴的多相场耦合损伤机制,从多圈层角度揭示原位开发扰动效应下地质风险模式,破解资源开发与地质环境制约之间矛盾,对于推动未来煤炭低碳开发,实现煤炭工业高质量发展具有重要的理论和实践指导意义。

“双碳”目标下煤炭绿色低碳发展新思路

在“双碳”目标背景与当前技术条件下,“煤”“废”“碳”构成了煤炭的“不可能三角”,严重制约着煤炭行业的绿色低碳可持续发展。秉持“以废治废”“从哪里来到哪里去”的原则,着眼“煤”的减损化开采、“废”的功能化利用、“碳”的低碳化处置三维视角,探索“煤”“废”“碳”协同发展路径,为破解煤炭“不可能三角”和推动煤炭绿色低碳发展提供全方位解决方案。具体包括:①阐明了“煤”的减损化开采科学内涵,明确了生态脆弱区含(隔)水层空间组合特征、采煤减损技术应用下的覆岩移动规律和覆岩采动损伤下的地表变形规律等减损化开采科学问题,提出了面间煤柱“掘-充-留”一体化、窄条带式充填开采和综采架后充填开采等减损化开采技术;②阐明了“废”的功能化利用科学内涵,明确了固废功能化利用的科学问题,包括镁-煤基固废原材料改性方法与机理、多元固废协同作用机制、全固废充填材料性能调控理论3个方面,形成了以固废原材料改性、固废基胶凝材料研发、全固废充填材料制备为核心的固废功能化利用关键技术体系;③阐明了“碳”的低碳化处置科学内涵,提出了“碳”的低碳化处置科学实践框架和实施路径,厘清了在“碳”的低碳化处置过程中关于矿化材料制备、封存空间构筑、CO_(2)封存机理与调控、CO_(2)封存长期环境效应和储库稳定性等方面的科学问题,明确了碎胀空间CO_(2)封存、煤矿CO_(2)固碳充填等关键技术,形成了利用煤矿采空区实现CO_(2)低碳封存的新模式。立足煤炭绿色低碳可持续发展,协同推进“煤”的减损化开采、“废”的功能化利用与“碳”的低碳化处置,对推动煤炭行业“双碳”目标实现具有重要意义。

富油煤研究进展与趋势

富油煤是集煤、油、气属性于一身的煤基油气资源,针对国内“相对富煤、缺油、少气”的能源禀赋,开发富油煤对缓解我国紧张的油气资源供应局势、实现煤炭的绿色开发和低碳利用具有重要的意义。以富油煤为主要关键词,通过CNKI和Web of Science数据库检索自1985-2023年底已公开发表的学术论文和专利,统计分析富油煤的发展历程和主要研究内容,梳理了富油煤研究的热点方向与前沿领域,展望了未来发展趋势。研究发现:富油煤热解、赋存特征及沉积环境、孔隙和分子结构、焦油产率预测、微生物降解、资源潜力及开发利用是当前富油煤研究热点内容。富油煤含有热解可生成油气的富氢结构,如脂肪结构的侧链与桥键及缩合芳香核周缘的弱键结构;富油煤多形成于陆相沉积物供应稳定、气候温暖湿润、强还原条件下的沉积环境;孔隙结构影响富油煤的热解反应效率、焦油析出和油气运移,而分子结构(主要为脂肪族氢含量和富氢弱键)决定了富油煤的生油潜力;富油煤通过微生物的水解、发酵、产氢产乙酸和产甲烷4个阶段向油气转化。随着地质选区技术瓶颈突破及多学科交叉与融合,富油煤富油性评价指标与预测方法、富氢组分的来源与定量判识、原位开发围岩封闭性及其评价方法、微生物降解与热解联作技术将成为今后研究的热点方向。研究成果为厘清当前富油煤的研究方向和未来走势奠定了基础。

富油煤原位热解技术战略价值与科学探索

【背景】我国油气需求缺口大、供给制约多、煤炭绿色低碳转型任务艰巨,富油煤作为集煤、油、气属性于一体的煤炭资源,具有立足国内增加油气供给的巨大潜力。【进展】富油煤原位热解技术已在陕西榆林成功实施工程试验,目前仍处于探索阶段。其具备两大战略价值:一是弥补我国油气需求缺口,提高油气自主保障能力;二是变革煤炭开采技术,推动煤炭产业绿色、低碳转型发展。富油煤原位热解包括钻孔式和矿井式两种实践途径,目标是持续高效提取煤中油气资源,主要面临热解选区、加热技术与高效传热传质等难题。【展望】“四性”是原位热解技术研发的关键,包括地质条件适宜性、加热技术匹配性、传热传质有效性和热解安全稳定性。主要内容为:(1)从富油煤资源条件、地层封闭条件、水文地质条件和构造条件等方面阐明适宜富油煤原位热解的地质基础,揭示热辐射范围内围岩封闭动态稳定性的约束条件,为原位热解选址和工程设计提供地质依据。(2)深刻认识富油煤在温度、应力约束下的热物理性质演化行为,基于地质−工程条件论证原位加热技术适宜性,并针对煤层低导热特性开展高效加热工艺设计,通过风、光、电多种供能方式互补实现供热能源经济性。(3)地应力、大尺度煤体、焦油高黏度是制约原位热解油气运移、产出的主要因素,煤层致裂、载热介质优化与温压调控、焦油降黏轻质化是改善煤层传热传质性能和提高热解油气可产出性的潜在方法。(4)原位热解持续稳定运行依赖于全过程监测与动态预警,需要监测手段立体化、地质信息反演精准化、多相多场环境模型化、突变阈值预测预警等技术予以支撑。进一步探索与地质条件相匹配的富油煤原位持续高效热解关键技术,破解煤炭资源开发与地质环境之间的制约矛盾,是推动富油煤原位热解技术深入发展的关键。

西部矿区采动损害及减损开采的地质保障技术框架体系

【目的】煤炭在我国的主体能源地位短期内难以发生改变,是我国能源发展的兜底保障。煤炭资源大规模、高强度的开采损害煤矿区地质环境,同时导致突水、冲击地压等灾害。【方法】围绕煤矿安全高效开采面临的地质环境损害预测预警难和减损开采保障压力大等难题,基于煤炭采动损害预测与减损地质保障多学科交叉特点,突出地质条件的控灾机理和采动致灾模式,强调煤炭开采模式与地质结构演化全时空多场响应,分析采动效应下地质条件物质场、能量场、信息场的耦合机制,厘清损害模式和预警信息关键参量的映射关系,形成安全高效开采的地质保障策略和减损控灾工程技术体系。【结果和结论】研究思路为“孕灾环境→损害机制→过程响应→损害预测→防灾减损”,技术路线是“煤矿开采地质环境条件→地质结构演化规律及损害模式→多物理场演化全时空信息响应→损害监测及预测预警→减损保障工程技术”。核心内容包括:(1)剖析地质条件与致灾地质体的空间关系和成因联系,构建高精度的三维地质力学模型,阐明地质结构、开采条件和损害模式的映射关系,建立主控要素的特征参量数据库;(2)构建采动效应下的工程地质力学模型,研究开采方式、空间布局、采动速率等影响下地质条件结构的时空演化特征和损害机制,提出考虑地质体关键结构破坏演化规律的损害模式判识方法;(3)获取采动过程地质结构演化背景下的全时空多源信息响应,提出主控参量作用下的损害模式识别标准,进而厘清裂隙场、应力场、渗流场与地球物理场信息参量的镜像关系,建立基于地质条件物质场、能量场和信息场耦合响应的全时空信息映射模型;(4)构建地面-钻孔-井下的全空间、多方位、主被动的一体化多源监测体系,提出煤矿采动损害预测模型和预报方法;(5)构建基于损害源、损害模式、损害动力、损害通道剖析以及减损技术与效果评价于一体的减损控灾体系,追求煤炭安全开采与地质环境保护协调发展,破解资源开发与地质环境制约之间的矛盾,为煤矿安全高效开采和防灾减损提供地质、力学、物理基础的科学依据。

面间煤柱与顺槽“掘-充-留”一体化科学问题与技术

我国将煤炭作为兜底保障能源的局面短期内无法改变,仍将长时间面临煤炭资源保护与煤基固废利用率低的难题。通过创新采掘方法,同时实现提高煤炭资源回采率、规模化处置煤基固废,为煤炭行业绿色可持续发展提供了新途径。在深入调研煤炭资源开采技术发展现状的基础上,提出了煤矿“掘-充-留”掘进新工法。从大断面巷道快速掘进、连续高效充填和巷道安全留设3个方面,通过理论分析、数值模拟等手段,系统论述了“掘-充-留”工法的科学问题和关键技术,研究结果表明:①针对大断面巷道快速掘进、掘进工作面围岩稳定性控制等工程难题,凝练了煤岩特性与掘进机截割参数匹配机制、覆岩载荷空间传递机制与围岩变形机理、锚杆/索-顶板相互作用关系及支护机制3个科学难题,构建了以掘进区地质环境超前实时感知、落-装-运煤多工序智能协同作业、钻锚支架随掘随支围岩时效控制和大断面巷道防漏风及通风优化为核心的技术体系;②从大断面巷道承载体系及时构建及其承载性能调控两个方面凝练了连续高效充填的科学问题,包括充填体-煤层-锚杆/索协同承载机制、多元固废基充填材料水化固结机制,明晰充填体物理力学特性时空演化规律,建立了充填空间安全高效搭建、充填材料工作性能调控、充填材料流动-固结感知为核心的连续高效充填关键技术体系,相关理论与技术的突破可以为充填材料的原材料优选及配比设计、添加剂开发/选型及工作性能调控、掘进速率及充填步距优化设计、充填体固结监测等提供基础理论依据;③基于巷道安全留设及全生命周期内围岩易断裂、易片帮和易损伤等关键难题,阐述了巷道围岩应力场时空分布特征、巷道变形与损伤演化机制、巷道围岩工程质量监测与稳定性调控理论3个科学问题,形成了以巷道围岩稳定性智能预警、巷道围岩变形控制为核心的关键技术体系。开展煤矿“掘-充-留”工法的科学研究与工程示范,实现固废规模化处置-面间煤柱高效回收-顺槽快速掘进的协同,可以推动煤炭行业绿色低碳转型发展。

煤炭开发推动地学研究发展

煤炭绿色开发地质保障理论和技术对推动我国煤炭工业高质量发展具有重要意义。基于煤炭开发技术与地学研究相互促进、相互依存的内在联系,分析了煤炭开发地质保障技术的研究现状,阐明了煤炭开发推动地学研究的科学内涵。认为,智能开采、深部开采、绿色开采对地质保障技术发展的需求,促进了“透明地质”“数字地质”以及“宜居地质”的技术进步,有利于地学学科拓宽研究领域、提升研究精度、拓展研究尺度。

煤矿充填固碳理论基础与技术构想

在国家“双碳”目标背景下,如何减少煤炭行业的碳排放、实现碳封存已成为亟待解决的难题。煤炭行业作为高碳化石能源生产者和主体碳排放源提供者,在生产和消费过程中引发的大宗固废堆存、大型采空区形成和大量CO_(2)排放是制约煤炭可持续开发利用与绿色健康发展的瓶颈所在。为协同解决二氧化碳封存与矿山固废消纳问题,将大宗固废处置、固废高值化利用、CO_(2)封存、采空区利用有机结合,提出了二氧化碳充填的理念,从碳汇能力评估角度界定了二氧化碳充填的3种类型。具体开展工作包括:①分析了CO_(2)充填料浆输运过程和矿化反应过程涉及到的基础理论,给出了各个过程的数学方程以及碳封存量计算公式,指出了温度、湿度等因素对矿化反应机理、碳封存量和充填体强度的影响规律。②总结了现阶段CO_(2)矿化的工艺方法、主要碱性工业固废的CO_(2)封存能力和CO_(2)矿化强化措施。在此基础上提出了基于直接湿法矿化和间接矿化的2种CO_(2)充填材料制备工艺,满足矿井充填的流动性、凝固特性和强度要求。③针对CO_(2)充填过程中的CO_(2)物理封存问题,提出了窄条带式胶结充填和综采架后胶结充填2种技术路径,前者通过在弱充填条带中构筑多贯通孔隙的充填体CO_(2)物理封存,后者借助充填支架和链式自行充填挡板在长壁工作面采空区中间断构筑充填带,控制顶板垮落,形成CO_(2)物理化学封存空间。④为了评估CO_(2)充填的碳平衡效果,依据全生命周期法界定了CO_(2)充填中碳足迹及碳消纳的计算边界。然后,梳理了CO_(2)充填过程中的碳足迹及碳消纳,分别考虑了CO_(2)的来源、用量、损耗、转化等因素。给出了包括原料运输、充填料浆制备、井下注入与充填等过程中的碳足迹及碳消纳计算方法。研究成果有望降低CO_(2)封存的能耗及成本,对煤炭绿色开采及其可持续开发利用具有深远的意义。

不同气氛下富油煤受热裂隙演化及热解动力学参数变化

富油煤的清洁高效开发有助于保障我国的能源安全。选择柠条塔矿富油煤,开展了N2和欠氧气氛条件下的加热试验,利用体视显微镜获取不同温度处理后富油煤的表观形貌,在氩气气氛中,对富油煤在0~600℃下热重(TG)、微商热重(DTG)、差示扫描量热(DSC)进行测试,基于激光闪射法监测富油煤热导率变化,并分析了不同升温速率下活化能、频率因子等热解动力学参数的变化规律,探讨富油煤热处理后裂隙演化和热解动力学参数变化。研究结果表明:随着加热温度的升高,富油煤表面裂隙数目明显增多,逐渐贯通,且镜煤裂隙发育程度更高。相比N2气氛,同温度下欠氧气氛中煤样裂隙率更高。质量损失率变化趋势与裂隙率相似,由于欠氧环境中煤样发生氧化反应,导致其增速更快。N2气氛中富油煤质量损失率与裂隙率迅速提升的温度点明显滞后于欠氧气氛。室温至350℃范围内,由于热膨胀影响,富油煤热导率随着温度升高有所增加。根据热重分析,富油煤随温度变化可分为室温至300℃、300~500℃和500~600℃3个阶段,在阶段Ⅰ和Ⅱ分别由于吸附水析出和有机质的分解吸热,频率因子和活化能逐渐增大;在阶段Ⅲ由于无机矿物的分解放热,频率因子和活化能降低。研究结果有助于理解富油煤高温开发过程中的结构演化机制和传热机理。

论煤-水-土多资源协调开发

煤炭及其伴生资源是地质体的重要组成部分,大规模和高强度开采会引起近地表岩石圈、土壤圈、水圈的联动响应,进而反向制约煤炭及其伴生资源的安全开采与开发。围绕煤矿区的煤-水-土多资源协调开发,基于多学科知识交叉的地球关键带理念,阐述煤-水-土协调开发的必要性以及多圈层、多过程、多尺度、多目标的耦合关系,为煤炭安全绿色开发和生态环境可持续发展提供战略思考。(1)立足煤炭安全高效开采、土壤-水资源安全和生态环境保护多目标多维度角度,剖析大规模、高强度开发背景下采前、采中、采后地质条件动态演化、多资源时空关系、生态环境响应特征,提出煤炭资源开发生命周期条件下的煤炭资源区的地质调查战略和开发策略。(2)开展煤-水-土多资源量的系统调查和地质结构精细表征,全面理解和综合评价煤-水-土赋存特征和相互依存关系,形成集资源禀赋、生态环境、人口经济等于一体的地质调查评价体系和方法,提出基于煤炭开发、多资源利用、水土保护、生态屏障、土地安全等一体化的全链条调控措施和开发策略与开发政策。(3)监控开发过程中地层地质功能结构变化,理解煤-水-土空间组合结构及分层界面效应和煤(岩)-水-土相互作用的动态演化规律,构建复杂地层结构煤炭安全开采和水-土资源协调开发覆岩变形的演化模型,厘清煤-水-土空间结构及其对开采活动的约束效应,发展地球科学、采矿学、生态学、水文学等多学科交叉的煤炭绿色开发地质保障理论与技术。煤-水-土协调开发研究服务于煤炭安全开采与地质环境保护协调发展,破解多资源开发瓶颈及其地质环境制约之间矛盾,通过对煤炭开采全生命周期内的地质条件和环境效应的关键影响因素、状态参数阈值、演化驱动机制的理解,构建地质环境约束、开采模式调控、系统规划利用的煤-水-土多资源协调开发时空格局。

富油煤热解特性及其孔裂隙结构演化规律

【目的】富油煤原位热解提取煤基油气是弥补我国油气资源短缺、提升煤炭资源利用效率的重要措施,也是富油煤高效开发的新趋势。富油煤在原位热解过程中的油气产出特征及孔裂隙发育情况直接影响到煤体内部传热、热解产物迁移及产出,查明富油煤热解特性及其孔裂隙结构演化规律尤为关键。【方法】利用自主研制的热解实验装置,结合比表面及孔径分析仪、三维显微镜和同步热分析技术,记录富油煤在不同热解温度下的产气规律,测定热解残样的微观孔隙结构及孔径分布特征,分析煤体裂隙演化规律及表面裂隙参数,揭示煤体结构和热解产物对热解温度的响应机制。【结果和结论】结果表明,富油煤热解产气总量和最大产气速率随温度的升高而增大,在温度大于300℃时热解反应变得剧烈,产气量增加显著。通过对比不同热解温度下的孔裂隙结构,发现孔隙结构类型以300℃为界发生明显改变,低于该温度热解后的孔隙类型以细小瓶颈和缝隙/楔形孔为主,主要为中孔,随着温度升高,孔隙类型以平行狭缝为主,微孔增加,中孔和大孔则进一步发育扩展贯通,形成微裂隙。与低温作用煤样相比,高温作用煤样裂隙开度增加、裂隙网络密度及表面裂隙率相应增大,煤样结构发生宏观破坏,完整性降低。富油煤热解过程中的孔裂隙结构演化是水分蒸发、吸附气体解吸析出、不均匀热膨胀、有机质热解及热解气体逸出等共同作用的结果。研究结果可为富油煤原位热解工艺参数选择提供有益参考。

富油煤焦油产率测井评价方法研究

【目的】富油煤作为一种集煤、油、气属性为一体的煤基油气资源,对于保障我国油气资源供应、实现煤炭清洁高效利用具有重要意义。目前富油煤的识别主要依靠格金干馏试验测量的焦油产率来判断,而利用地球物理手段准确识别与评价富油煤的研究则相对薄弱。【方法】以新疆三塘湖盆地侏罗系西山窑组和八道湾组煤层为研究对象,基于岩石物理实验,在明确富油煤典型测井响应特征基础上,创新建立了一种煤焦油产率测井定量评价方法。【结果和结论】结果表明:(1)相比含油煤,富油煤具有富氢结构物质含量高、孔隙结构差的特点,这造成富油煤具有“低密度、高中子和高电阻率”的常规测井响应特征;(2)通过多状态二维核磁共振实验测量分析,明确了富油煤具有“二维核磁T1谱双峰,T_(2)<1、T_(1)/T_(2)>10区域信号强”的核磁测井响应特征,而含油煤相应区域信号不明显,这与富油煤中富氢结构物质含量高有关;(3)基于富油煤典型测井响应特征,提出利用电阻率和中子2个参数构建富油煤指示因子Z,Z越大,表明煤焦油产率越高。在煤焦油产率刻度基础上,建立了煤焦油产率与指示因子间的线性关系,实现了煤焦油产率的准确方便计算,可操作性强。上述认识为基于地球物理测井手段识别和评价富油煤提供了理论指导。

倾斜煤层煤层气与煤炭地下气化协调开发技术构想

煤层气(CBM)开发与煤炭地下气化(UCG)是我国煤基天然气生产的重要来源,新疆前陆冲断带倾斜煤层发育区煤与煤层气资源丰富。为深入剖析倾斜煤层CBM与UCG协调开发可行性,系统剖析了现有CBM与UCG关键技术及其对CBM−UCG协调开发的借鉴意义,分析了倾斜煤层CBM与UCG协调开发优势、技术路径、面临的主要问题和未来研究方向,得到以下认识:①“CBM开发疏干效应”“UCG热作用解吸效应”“UCG采动卸压效应”下CBM−UCG协调开发可形成相互促进的良性循环;②提出了直井+顺煤层倾向井“先抽后烧”、顺煤层倾向井组合“边抽边烧”、定向L型CBM井+顺煤层倾向UCG井“边烧边抽”、下部煤层布置沿倾向UCG井+上部煤层布置定向L型CBM井“先抽后烧再抽”、复杂井型“井工厂式”布置等协调开发技术路径;③CBM与UCG协调开发面临地质选区评价理论基础研究薄弱、缝网条件下UCG热作用扩展范围不清、倾斜煤层UCG过程岩层移动卸压范围不明等理论问题;同时面临CBM−UCG协调开发“井工厂式”钻井技术、CBM井与UCG井协调开发生产制度、CBM与UCG协调开发地质动态测控、CBM井密封性与耐高温性保护等工程问题;④要强化倾斜煤层CBM与UCG协调开发地质选址评价研究、开发动态理论研究、工程协调技术先导性试验研究,确保协调开发安全、有序、可控、高效。

基于煤体真密度和自然伽马响应规律的富油煤判识

【目的】格金干馏试验下的焦油产率作为评价富油煤的唯一指标受制于前期较少的勘探资料无法满足富油煤规模化精细评价要求。【方法】基于二分类法提出利用真密度(ρ)和自然伽马(GR)判识富油煤的最佳阈值,并阐释富油煤具有显著岩石物理参数响应的内在机理。【结果和结论】研究表明:不同变质程度煤不具有统一的判识阈值,其中长焰煤类富油煤最佳判识阈值为,原煤真密度小于1.41 g/cm3、GR<80 API,判识正确率达81.82%。上述富油煤的地球物理测井参数响应受控于无机和有机组分条件,其中与焦油产率呈负相关性的灰分产率是影响煤体真密度的主要因素,灰成分(Al2O3+SiO2)所指示的黏土矿物含量对GR值影响显著;而对焦油产率起决定作用的显微组分则同样对原煤真密度变化具有一定影响。从分子尺度,干燥无灰基状态下的真密度(ρdaf)越小,煤脂肪结构越丰富、越有利于热解产生焦油;反之则芳香结构含量越高、越不利于热解形成焦油。总体而言,多种因素耦合作用使得煤体真密度与焦油产率呈现良好的负相关性。上述认识为基于地球物理测井参数评价富油煤提供了理论指导。

生态脆弱矿区含(隔)水层特征及保水开采分区研究

研究发现，沙漠区植被对地下水水位埋深具有很强的依赖性，揭示了陕北榆神府矿区内合理生态地下水位埋深为1．5～5．0m，煤层开采的导水裂隙导致地下水位下降，表生生态退化，控制地下水水位是生态脆弱矿区科学开采的核心。室内模拟实验和开采实践表明，当煤层上覆隔水岩组厚度≥33～35倍采高时，煤层开采不会导致地下水位下降；煤层上覆隔水岩组厚度≤18倍采高时，煤层开采会破坏隔水层，导致水位下降；18～35倍采高时，可采取“限制采高”等措施实现保水开采。剖析了煤层、含水层的空间关系，划分了保水开采条件分区，提出了区域采煤方法规划方案，指出以控制地下水水位为目标，以采动隔水层稳定性分区为基础，以采煤方法规划为手段的开采方法是生态脆弱矿区煤炭资源科学开采的有效途径。

“双碳”目标下煤炭开采扰动空间CO_(2)地下封存途径与技术难题探索

煤炭作为我国主体能源地位短期内难以改变,但煤炭工业发展面临着“碳达峰,碳中和”目标的新挑战,积极推动煤炭资源绿色开采与低碳利用,充分发挥煤炭安全供给的兜底作用,是保障国家能源安全的重大现实需求。而CO_(2)排放是煤炭工业可持续发展面临的最大制约,探索大规模、低成本CO_(2)封存技术是煤炭资源低碳化利用必须面对及破解的难题。在对煤层自然封存CO_(2)和CO_(2)气藏赋存地质条件研究基础上,探讨和展望利用煤炭开采、地下气化及原位热解等形成的扰动空间进行CO_(2)地下封存的技术途径,并明确了实现CO_(2)地下高效封存的必备条件:①煤层上部存在不受开采扰动影响的地质密闭层是实现煤矿扰动空间CO_(2)封存的先决要求;②构建功能性充填空间是实现CO_(2)地下封存的核心工作;③由功能性充填体围限的碎裂岩体、气化煤灰及热解半焦等封存载体物性特征是影响CO_(2)封存量及封存效果的重要因素。据此,剖析了进行CO_(2)地下封存亟待解决的技术难题:①实现CO_(2)地下封存的地质条件及评价方法;②构建CO_(2)封存空间的材料与工程技术;③煤炭开采、气化及热解扰动范围探测与CO_(2)封存潜力评价;④CO_(2)充注与封存效果监测及评估。在此基础上,针对煤炭开采、地下气化及原位热解过程中形成的扰动空间特点,分别提出了煤层采空区碎裂岩体、煤地下气化灰渣及碎裂岩体、煤原位热解半焦进行CO_(2)地下封存的实现途径。

论煤炭绿色开采的地质保障

受“缺油、少气、相对富煤”能源资源禀赋特点制约,煤炭一直是我国能源安全的基础保障。煤炭资源是地球演化过程形成的层状沉积矿产,是近地表地壳的组成部分,煤炭开采会对地质条件和生态环境造成损害。煤炭绿色开采地质保障从煤炭资源赋存地质条件出发,为实现煤炭资源安全高效开采、减缓和减小采掘工程对地质条件和生态环境损害,提供地质理论和技术支撑。从绿色开采地质保障的内涵、科学问题、技术问题、研究思路4个方面系统阐释了煤炭绿色开采地质保障理论与技术。煤炭绿色开采地质保障突出深部煤炭资源开采扰动下的地质条件变化,强调煤炭开采活动与地质结构和地表生态环境变化的整体研究,关注地下采掘工程引起时空效应范畴的地质条件变化和生态环境演化之间的耦合机制。总体研究思路是开采前精细勘查、开采过程有效减损、开采后恢复利用。采前实施空天地一体化精细勘查,查明煤系矿产资源空间赋存特征及维系地表生态系统的主要地质因素,构建涵盖煤系资源、地质条件、生态环境等要素的高精度三维模型,评价煤炭资源最佳利用方向和区域环境承载能力;采中进行地质条件损害探测、监测,揭示应力场、形变场、渗流场变化规律,研究煤系气、地下水运移和涌出特点,分析导致围岩动力灾害发生的地质因素,提出煤与瓦斯突出、水害、冲击地压等灾害超前预警理论及防控措施;采后进行采空区水体、有害气体、遗留资源的探测,巷道围岩、煤柱变形特征监测,研究煤-岩-水相互作用及采空区稳定性变化,开展地质条件及地表生态恢复演化过程研究,提出地下空间及遗留资源的综合利用理论与技术。煤炭绿色开采地质保障涵盖找煤、勘探、开采及采空区利用全过程,追求煤系矿产资源和生态环境保护协调发展。

“双碳”目标下煤炭能源地位变化与绿色低碳开发

在发挥煤炭能源安全供给兜底作用的同时,实现煤炭资源绿色安全开采、清洁低碳利用,是关乎国家能源安全和发展全局的重要命题。分析了国际发展环境变化对我国利用国际市场油气资源的影响,研究了建设社会主义现代化强国对能源供给的刚性需求,立足于现阶段我国煤为主体的能源开发利用现状,遵循建设人与自然和谐现代化的根本要求,提出了在实现“双碳”目标进程中,煤炭工业绿色低碳发展方向及路径。(1)我国油气资源对外依存度分别超过70%和40%,油气战略储备不足,在国际形势深刻变化的背景下,利用国际市场油气资源的不确定性增加,国家能源安全外部风险有所增加。(2)建设社会主义现代化强国必然带动能源需求刚性增长,在新能源目前难以安全有效替代化石能源的情况下,化石能源的主体能源地位短期内难以改变。(3)对标“双碳”目标,“达峰前”煤炭消费占比呈现持续下降态势,消费总量将迎来拐点。而“达峰后”煤炭主体能源地位将弱化,但战略性矿产资源和煤基原料作用会进一步凸显。(4)在“双碳”目标驱动下,煤为主体的基本国情决定了煤炭将继续承担能源安全供给兜底的重大使命,进一步发挥战略性矿产资源的原料作用。但煤炭的高碳资源属性决定了煤炭开发利用将面临保供和减碳的双重压力。因此,科学服务经济社会高质量发展对能源安全保供和绿色低碳的重大需求,必须立足现阶段我国煤为主体、新能源为补充的能源生产和供给特点,以实现生态文明建设新进步为根本遵循,加大煤炭减损开采与生态碳汇、深部煤层与煤炭采空区CO_(2)地质封存和煤矿区新能源协同开发利用关键技术攻关力度,用技术创新支撑“双碳”目标下我国煤炭工业高质量发展。

西部地区富油煤开发利用潜力分析和技术体系构想

西部地区富油煤资源量丰富,具备产业规模化发展的资源基础;科学认识富油煤的油气资源属性,推动以油气为主要产品的富油煤开发与转化,是增加国内油气供给、缓解油气对外依存度、保障国家能源安全的战略方向。本文依据现阶段煤炭资源的勘查成果,估算了西部地区富油煤资源潜力;系统梳理了西部地区富油煤开发利用的现状和存在问题;针对碳达峰、碳中和战略目标,智能绿色开发,弥补油气不足等新要求,论证提出了西部地区富油煤开发利用的基本理念与技术构想。研究认为,富油煤的开发利用,需要着重突破高精度综合勘查、高回采率开采、井下原位热解、热解气化一体化、原位热解半焦CO_(2)封存等关键技术。研究建议,将富油煤纳入非常规油气资源管理,加大富油煤开发利用科技攻关,设立富油煤开发利用国家级示范区,推动西部地区新能源和富油煤协同开发,由此发挥富油煤作为煤基油气资源的特殊优势、实现煤炭资源低碳高值利用。