煤矿采动影响体微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同充填关键技术

煤矿采空区是我国实现“双碳”目标的重要突破口,煤炭开采形成的、能够富集煤层气、为后期微生物活动和矿化充填提供底物和空间的地质体定义为采动影响体。以采动影响体为研究对象,提出了采动影响体微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同矿化充填关键技术,并从必要性和可行性2个方面阐述了该技术在采动影响体资源二次开发、CO_(2)安全封存以及燃煤电厂粉煤灰固废高效处置等的广阔前景。其总体思路是将采动影响体作为一个厌氧发酵“工厂”,高产高效产甲烷菌群作为“劳动者”对“工厂”已有的原材料——残煤、薄煤层和分散有机质以及注入的CO_(2)进行加工,其“产品”是甲烷,进而实现微生物采残煤和CO_(2)资源化。同时,CO_(2)与碱性的粉煤灰结合,在实现了CO_(2)矿化封存的同时,也实现了采动影响体的充填。该技术涉及的关键科学问题包括采动影响体类型划分与有机质特征、采动影响体原位条件下厌氧发酵产甲烷机制、微生物-CO_(2)-粉煤灰协同矿化/固化机制以及微生物采残煤与充填关键技术示范工程建设。实验室物理模拟采动影响体原位条件实验表明其中残煤和富含有机质的泥页岩能够在微生物作用下生成生物甲烷,且添加少量的粉煤灰能够进一步强化甲烷的产出。物理模拟地下水补给的动态实验表明营养物质的补给对厌氧发酵系统的影响尤为重要,补给循环周期为14 d的厌氧发酵系统恰与产甲烷菌群繁殖的周期一致,能够保证厌氧发酵系统的持续高效运行。高钙粉煤灰-CO_(2)-矿井水协同胶结的试件经过28 d的养护后抗压强度为12.31 MPa,其矿化封存潜力约为21.99 m3 CO_(2)/t(粉煤灰),说明粉煤灰在实现采空区固化的同时能够实现CO_(2)减排。此外,基于微生物采残煤与粉煤灰充填目的对工程试验靶区进行优选,地下水滞留区是CO_(2)矿化和粉煤灰充填的最佳场所,因采掘活动自然形成的自然圈闭和人工充填形成的圈闭是较有利的工程试验靶区之一。针对这些靶区提出了微生物采残煤与CO_(2)-粉煤灰协同充填关键技术,旨在为中国碳减排和采空区生态环境治理提供一条新的技术路径。

残煤复采区巷道掘进凝胶堵漏防灭火技术研究

采空区中遗留煤炭自燃现象直接影响着煤矿的安全高效开采,而采用堵漏材料封闭漏风通道是解决采空区煤自燃问题的有效方法。以运河煤矿F1301复采工作面为工程背景,针对在采空区中掘进巷道时遗留松散煤体的自燃隐患问题,制定了松散煤体凝胶堵漏防灭火技术实施方案,采用COMSOL数值模拟方法研究了不同注胶时间与压力下的凝胶扩散规律,并进行了工程应用。结果表明:注胶时间和压力与凝胶扩散范围成正比,综合考虑注胶效果与成本,选取10 MPa、140~160 min为最佳的注胶压力与时间,注胶钻孔间距设置为5 m;实施凝胶堵漏防灭火方案后,巷道两侧观测钻孔监测数据显示,标志气体CO体积分数稳定于24×10^(-6)以下,凝胶堵漏防灭火效果良好,有效消除了采空区遗留煤炭自然发火隐患。

残煤复采回采巷道变形机理及支护研究

以白沟煤矿3号煤层残煤复采的实际情况为研究背景,对巷道围岩变形破坏情况进行了理论分析和数值模拟,并从岩土破损力学角度分析了破碎巷道围岩变形破坏机理,通过采用“注浆+锚(索)网”的支护方式,有效控制了残煤复采时破碎回采巷道围岩的变形量。

基于S7-1200的残煤共振清理系统的研制

针对煤质黏度较大,煤仓、提升机箕斗等场所经常卸载不净、贴壁,造成堵塞、残煤、返料,影响运输效率等问题,文章提出一种基于PLC的残煤检测和声能共振清理控制系统,详细介绍了检测和声能共振清理的工作原理,给出了采用PLC进行残煤量检测,控制声能共振装置产生气流脉冲性振动和声能热效应,并产生翻滚包裹式微震,实现贴壁残煤的检测、剥落和清理的方法。实验结果表明:该系统能够有效实现精准残煤检测和清理,提高了生产效率,消除了传统残煤清理方式时的作业风险,降低了职工劳动强度,有较高的应用价值。

采空区上覆残煤复采技术的研究与应用

本文主要论述随着生产技术,生产工艺、生产装备及支护材料、支护能力的不断提高,对煤矿前期残留的煤炭资源进行复采已经成为可能,采用比值判别法、围岩平衡法、三带判别法、探巷实见以及上下煤层开采的间隔时间分析等方法综合论证,论证了采空区上部残煤复采的安全可行性,并在实践中通过合理的回采设计、回采工艺,顺利完成回采,提高了老化矿井的煤炭资源回收率。

复杂难采老窑破坏区残煤资源安全高效复采关键技术与应用研究

我国煤炭资源丰富,在未来相当长的时间内,以煤为主的能源供应格局仍很难改变。煤炭是不可再生能源,储存量终归有限,在煤炭资源开采的过程中,要基于安全、合理原则,尽可能减少资源浪费。复杂难采的老窑破坏区开采环境特殊,很难保障开采安全性和煤炭资源开发效率,通过提高重视程度,着重研究残煤资源复采技术及充填材料,保障充填复采技术能够有效发挥作用,最大限度地开发老窑破坏区残煤资源,切实保障残煤开采工作的安全性,实现煤炭资源绿色开采。

上下柱式开采对中部残煤采场岩层应力分布时空演化的影响

针对上下柱式多重采动影响下中部残煤的安全开采,根据白家庄煤矿复合刀柱式残采区中部7号残煤的赋存状况,采用相似模拟和数值模拟相结合的方法,研究了上下柱式开采对中部残煤采场岩层应力分布时空演化的影响,揭示了复合刀柱开采后中部残煤的应力分布特征。研究结果表明:1下部煤层柱式开采时,刀柱煤柱/柱采区域采场煤岩层会逐渐演化为应力增高区/应力降低区,二者在水平方向上交替显现;上部煤层柱式开采时,采场煤岩层的应力集中程度/卸压程度会进一步增强。2多重柱式采动影响下,采场煤岩层的应力分布呈现"原始平衡—初始波态平衡—新波态平衡"的演化特征,不仅揭示了支承压力在刀柱煤柱采场煤岩层中的时空叠加效应,而且证实了柱采区域采场煤岩层的复合卸压效应。3复合刀柱开采后,中部残煤的应力分布表现出明显的波态特征。

近距残煤综放复采顶煤损伤与冒放性控制

以西山煤电(集团)有限责任公司白家庄煤矿为工程研究对象,分析了近距残煤整层未采、已采上分层及刀柱煤体的损伤力学特性。结合煤层中含有不同硬度夹矸的特点,分别建立了3种残煤状态下的损伤力学方程。结果证明,降低围压可提高顶煤的冒放性和采出率。针对这一特点,在相似材料模拟的基础上,提出了采用错层位巷道布置采煤法为控制措施,具体以增加顶煤自由面为手段,可显著提高煤炭采出率。

残煤自燃过程中温度场与应力场耦合作用

为了研究采空区残煤自燃过程中温度场与应力场耦合作用下温度、位移与应力的变化规律。应用飞箭有限元分析软件,利用耦合理论方程,编制了相应的二维有限元程序模拟残煤自燃的过程。模拟结果显示:残煤燃烧导致整个岩体结构发生性质上的改变,内部应力场重新分配,进而产生应力释放,回弹效应。在一定范围内,使地表产生变形和移动。有限元模拟与试验结果类似。

房柱式开采残煤复采顶底板应力分布规律的数值模拟研究

以山西晋城市西河煤矿残煤资源长壁法复采工程为背景，建立房柱式残煤长壁复采的三维有限元模型，采用有限元模拟了残煤复采过程并计算顶底板应力分布。结果表明：房柱式残煤复采过程中顶底板应力增高区较整装煤层综采增加5～10m，工作面通过空巷时顶底板应力突然增加1．5～2．5倍，对支护设备影响较大。采出面积比越小、煤柱面积越小则顶底板应力的变化率越大。揭示了房柱式残煤复采过程中的矿压显现规律，对相似条件下的残煤复采具有指导意义。

~1H－NMR对气煤吡啶抽提残煤热解加氢产物的结构分析

用￣１Ｈ－ＮＭＲ结合元素分析和分子量测定等方法，对抚顺老虎台气煤吡啶抽提残煤的热解加氢产物进行了表征。结果表明：各组分具有氢化芳环和杂环化合物的开链结构。求得了各组分的平均分子结构中含有的芳香环数和平均取代度。这些结果对于推断原始煤的大分子结构具有参考价值。

基于PFC3D的残煤自燃对露天矿边坡稳定性研究

为了了解残存在露天煤矿边坡内的残煤自燃对边坡稳定性的影响,使用PFC3D对某矿某边坡进行建模,在热力耦合的条件下,模拟了残煤自燃至不同燃空区深度时,边坡内部的岩体破坏过程,进而确定影响边坡稳定的岩体破碎区。研究表明:随着燃空区深度的发展,当深度较浅时破碎区分布为三角形;当燃空区超过80 m后,破碎区为喇叭口形;当燃空区超过100 m后,岩体内部破碎的分层较为明显;当燃空区超过160 m后,裂隙基本不向上再发展。因此,对于残煤层上覆完整高强岩体的露天煤矿边坡,不应以边坡表面的开裂情况判断煤层自燃程度,应进一步进行物理探测,从而采取有效措施保证边坡稳定。

过空巷群残煤复采液压支架额定工作阻力确定

兰兴煤矿2201工作面是为了回收旧房式开采所遗留的煤柱,工作面前方存在多条空巷,条件比较复杂。通过实际观测,工作面老顶的初次来压步距为30 m,周期来压步距为12 m。用实测统计法,计算出液压支架的额定工作阻力为4 297 k N/架,并用有限元软件FLAC3D模拟计算,得出液压支架的额定工作阻力为4 166.67 k N/架。实测统计法与模拟计算法得出的结果差距不大。因此,结合这两种方法可以对过空巷群残煤复采时液压支架的额定工作阻力进行确定。

内配残煤对某低品位铁矿石小球团还原—弱磁选影响研究

将回转窑还原后的残煤和原煤按比例混合作为内配煤,研究了某低品位铁矿石内配残煤对其还原—弱磁选的影响。结果表明:低品位铁矿石内配残煤不利于铁氧化物的快速还原和铁晶粒长大,焙烧小球金属化率有所降低,但能降低内配煤焙烧小球的孔隙率,提高小球的抗压强度;残煤配比为50%时,磨矿—弱磁选指标较好。

房柱式残煤复采顶板应力分析及顶板来压观测

为获得房柱式采煤法残留煤柱回采时的顶板变形、破坏特征和顶板应力分布规律,根据山西煤炭运销集团阳城西河煤业3#煤层残煤资源长壁式复采进行三维相似模拟试验。复采过程中对煤层的直接顶、基本顶的应力、位移进行观察、记录,模拟过程再现了顶板下沉、断裂、垮落以及对采煤工作面的影响全过程。通过试验观测与数据分析演化,研究残煤复采过程中顶板的应力变化对顶板初次来压与周期来压以及顶板垮落的影响。

基于核检测技术的箕斗残煤检测的实现

针对煤矿提升箕斗中存在残煤影响提升效率且难以检测的问题,提出一种采用核放射检测方法的残煤检测技术。详细介绍检测原理及光电隔离方法,给出了利用C8051F005单片机进行测量与过采样处理,实现残煤厚度显示、数据传输及控制报警的实现方法,并给出了试验数据,实际应用表明这种残煤检测技术的实现可使提升系统提高运输效率,减少能源消耗。

吉林省辽源市残煤资源的开发利用

本文从残煤资源开发和资源管理两个方面,对辽源市开采残煤资源的现状、存在问题等方面进行了分析。在此基础上,针对辽源市残煤资源的特点,提出了管理工作方法的建议。这对辽源市残煤资源的开发和利用,以及辽源市经济建设和经济可持续发展有着重要意义。

资源枯竭矿区建筑物及水体下特厚残煤安全开采技术

以西安矿建筑物下特厚残煤采区16采区为例,经过对采区地质采矿条件、地表移动与变形计算参数分析,进行了多种开采方案的地表移动与变形计算,最终提出了适合16采区条件的优化开采方案。对地表水体下的采区进行了覆岩破坏高度预计,计算了防水安全煤岩柱尺寸,就松散含水层和地表水体对工作面充水是否产生影响进行了评价,为工作面的安全生产提供可靠依据。

建筑物下残煤开采设计与实践

详细介绍了辽源西安矿残柱开采的设计方案优化。依据地质条件选取合理的计算参数,对多个方案进行了地表移动与变形分析,在允许局部变形的条件下,对残柱开采的可行性、开采方案等进行了评价与设计,从而提高了资源采出率,取得了较大的经济与社会效益。

放顶煤技术在残煤开采中的应用

放顶煤技术是适用于煤层较厚、煤质松散的煤层开采的一种方法。残煤开采是将过去已开采区留下的煤柱、不可采的煤柱,再进行复采。文章就放顶煤技术在残煤开采中遇到的有关问题做一般性分析,仅供参考。