新疆煤炭资源开发潜力与开发策略

鉴于新疆煤炭资源赋存条件的独特性以及煤炭赋存区生态环境的脆弱性,科学开发新疆煤炭资源成为当务之急。为此,简要论述了新疆煤炭资源地质赋存条件、赋煤区水文地质条件、自然地理与生态环境条件,分析了新疆煤炭资源开发潜力。结果表明:新疆煤炭资源极为丰富,全区预测煤炭资源量2.19万亿t,占全国总预测储量的40%以上;新疆共有24个预测资源量超过100亿t的煤田,其中5个煤田预测资源量超过1 000亿t,8个煤田预测资源量在400亿~1 000亿t,11个煤田预测资源量在100亿~400亿t;潜在煤炭资源量中,1 000 m以下浅储量占比52.8%。新疆煤炭资源以低阶烟煤和中阶烟煤为主要煤阶,其次是中煤阶煤中的高阶烟煤,而低煤阶煤中的褐煤和中煤阶煤中的超高阶烟煤以及高煤阶煤中的无烟煤,分布范围和数量极为有限,所占资源总量的比例很低;综合考虑疆煤外运、疆电外送、西气东输以及本地煤化工产业规划,预计2035年新疆煤炭产能有望超8亿t。在此基础上,构建了生态环境承载力评价指标体系,对新疆规划建设的五大煤矿区生态环境承载力进行了评价,得出:新疆煤炭资源赋存区生态环境承载力整体处于中低水平,五大煤矿区生态环境承载力均值排序为伊犁(0.42)>库拜(0.38)>和丰(0.31)>准东(0.25)>吐哈(0.22),呈现出由西到东递减的趋势。针对新疆煤炭资源开发条件与潜力,提出了优化煤炭资源开发布局、推动开采技术升级、推进智能采矿技术、强化绿色开采理念、拓展煤炭多元化利用渠道等策略。

基于事故树分析的煤矿潜在突水危险评价研究

基于事故致因理论建立煤矿突水事故模型。煤矿突水事故危险源被分为突水水源、突水通道、突水诱因和应急失效4类;建立煤矿突水事故树模型,并提出基于事故树方法的煤矿突水危险性专项评价方法。以杨庄矿及其周边6个地方煤矿为例,识别周边地方煤矿可能诱发杨庄矿发生地表洪水、太原组灰岩水等突水的4类突水事故危险源,并以此建立杨庄矿突水事故树模型,求最小割集评价最危险突水路径,利用最小径集优化最有效防治措施。研究结果表明,有306种可使杨庄煤矿发生煤矿突水的基本事件组合,防止杨庄矿突水事故发生的有效途径是加强监管,杜绝地方煤矿穿层、越界等违规操作。事故树方法可以完成复杂煤矿突水危险性专项安全评价。

安全检查表法评价中小煤矿潜在突水危险性

为评价中小煤矿突水危险性,基于煤矿突水原理和事故致因理论建立煤矿突水事故模型,确定突水水源、突水通道、突水诱因和应急失效四类突水事故危险源,以杨庄矿周边六个地方煤矿为例,参考专家经验建立地方煤矿突水危险性检查表与评价标准,通过现状调查并赋分评价地方煤矿突水危险性.结果表明,6个地方煤矿的突水危险等级为1个高度危险、4个中度危险,1个低度危险.防治地方煤矿突水的重点是加强对危险煤矿重点监管,严禁擅自提高开采上限、严禁破坏各类防水(砂)安全煤(岩)柱;安全检查表法能够可靠完成煤矿潜在突水危险性专项评价.

复杂条件下矿井水文地质类型划分方法

矿井水文地质类型科学划分是煤矿制订防治水规划、实现防治水安全的技术前提,《煤矿防治水规定》（2009年）要求煤矿每3年评价1次矿井水文地质类型。具有多年开采历史的地质与开采条件复杂矿井的水文地质类型划分暴露出罗列矿井已有勘查资料、难以顾及不同水平与盘区水文地质条件差异、需进一步明析评价目的性和指导性等问题。以1984年曾发生特大型岩溶陷落柱突水、其后保持安全生产30 a的大型现代化矿井——开滦集团范各庄矿为例,实现了矿井水文地质类型的分水平、分盘区、分阶段评价与复杂等级划分。提出：矿井水文地质类型划分应该是对矿井当前揭露条件下水文地质特征的根本概括与评价;复杂条件下矿井水文地质类型评价与复杂等级划分应以煤矿中、长期防治水规划和防治水安全为目标,采用分水平、分盘区、分阶段评价的原则与方法,指导和服务于煤矿未来3~5 a生产规划,体现水文地质类型评价基础性、阶段性和指导性的根本特征。

地下水可持续开采量评价的前沿问题

地下水可持续开采量是允许开采量发展的必然,与允许开采量不同,地下水可持续开采量突出了环境因素,同时强调了地下水资源的可更新和可持续利用性。地下水可持续开采量评价是实现地下水可持续利用的前提。本文在综合调研基础上,探讨了地下水可持续开采量的内涵与特点,分别从地下水更新能力、环境需水、动态性等方面,综述了目前国内外实现地下水可持续开采量评价的前沿问题及发展动态。

地下水可持续开采量评价方法综述

本文评述了地下水开采量概念的发展过程,指出为实现可持续开采量的评价,国内外目前研究的焦点主要集中在可持续开采量的可更新能力、生态和环境用水约束与社会经济发展及环境保护的协调优化等方面。同位素和地球化学示踪、GIS等新技术的发展及新技术与传统评价方法的有机结合大大促进了可持续开采量评价的发展。本文着重讨论了当前水均衡法、数值模拟、同位素技术和基流分割等评价方法的优缺点,以及在实现地下水可持续开采量评价方面的进展和面临的问题,认为多种方法有机结合是未来的发展方向。

煤与共伴生战略性金属矿产协调开采理论与技术构想

煤与煤系共伴生矿产协调开采是国家重大战略需求。我国煤系共伴生有铝、铀、铁、镓等22种战略性金属矿产,种类多、储量丰富、与煤层叠置,赋存状态与开采方法差异大,各矿产开采的岩层活动、流体迁移等影响彼此正常开采。传统煤矿仅开采煤炭,对煤系共伴生矿产考虑较少或没有考虑,导致资源浪费;近些年国内开始出现煤与共伴生矿产开采的矛盾,煤与共伴生矿产协调开采迫在眉睫。面向煤系全部共伴生战略性金属矿产,聚焦典型代表性的煤系铝土矿和铀矿,保障研究成果的通用性。煤与共伴生矿产协调开采亟需解决的核心共性重大科学问题是:协调开采的固液气应力场、渗流场、化学场、微生物场、采动裂隙场耦合机制及岩层活动叠加影响规律。亟需攻克的关键技术包括:煤与共伴生矿产协调、协同及共采的分区错时协调开采技术、减振高效爆破开挖技术、水位主动调控技术、污染物的微生物原位还原-矿化治理技术。针对协调开采的重大科学问题和关键技术,研究揭示协调开采多相多场耦合机制与岩层活动叠加影响规律,提出协调开采成套方法,研发协调开采关键技术与装备,构建全资源、全生命周期协调开采规划理论,制定协调开采技术标准,形成通用性的协调开采理论与技术体系,保障各矿产开采活动不影响彼此正常开采。实现煤与共伴生矿产可持续绿色协调性开采,释放矿产储量,保障资源集约开发,经济社会效益显著。

改进的灰色系统理论预测矿井涌水量

基于我国东部许多大水矿区煤炭资源日渐枯竭,衰老矿井涌水量变化巨大的现状,以灰色系统理论为基础,提出了一种新的矿井涌水量预测组合模型——GM(1,1)–Markov–新陈代谢组合模型以及用于预测结果综合评价的指数Z。模型验证结果表明,该组合模型的预测结果优于其他模型,减小了序列数据波动性大、新旧信息更替差异所造成的误差,能够较好地解决时间跨度下采空区残留涌水、意外突水等不确定因素对衰老矿井涌水量预测精度和可靠性的影响。将该组合模型及其他模型应用于开滦集团荆各庄衰老矿井涌水量的预测,结果显示:GM(1,1)–Markov–新陈代谢组合模型的综合评价指数最高,达到0.475;荆各庄矿2011—2015年的矿井涌水量将分别为13.055 m3/min、12.730 m3/min、12.579 m3/min、12.493 m3/min和12.503 m3/min。

基于时间序列分析的辛安泉流量变化研究

本文利用时间序列分析方法建立了辛安泉流量模型。根据泉流量模型计算出1981～2006年的资源量并与天然资源量进行了对比分析。结果显示:辛安泉系统的功能在逐渐退化,导致系统退化的原因是人类的开采和泉域系统内降雨量的减少。目前系统仍具有维持其水资源稳定的能力。

低中放核素在地下水环境运移的动力学研究

针对处置库中低中放核素释放对地下环境潜在性污染的严重性,建立了核素在包气带和含水层中联合迁移的数值模型,利用所建立模型对某一处置场核素迁移的动力学行为进行环境预测。数值模拟结果表明:包气带对于吸附性较强的核素具有很大的阻滞作用,对于低分配系数的核素阻滞作用较弱;衰变系数对含水层中核素的迁移起到了重要作用,随着衰变系数的增大,地下含水层中的核素体积浓度逐渐降低,并且分配系数的大小直接影响着核素在含水层中体积浓度分布曲线的形状。采用系统耦合数学模型来研究核素在包气带和含水层中的运移是预测核素污染的重要手段和有效方法,可为核素在地下处置库中安全处置及环境影响的评价提供科学依据和技术指导。

煤系含水层地下水流速与流向测定方法研究

地下水流速从传统计算方法是从二阶不稳定渗流方程出发,求出地下水头分布,然后按照达西定律用差分法或有限元法求出渗流速度,相对误差为20%～30%。在介绍自然电位法和孔间示踪法现场测定地下水流速和流向测量原理的基础上,用实例说明了埋深800m以下煤系含水层地下水流速和流向的测定和计算方法。结果表明,运用自然电位法和孔间示踪法所测的流速的误差为6.97%,与传统方法有很大提高,其结果可为煤矿建井提供比较准确的水文地质参数。

老矿井冲积层防水煤柱留设方法探讨

文章以开滦荆各庄矿为例,根据规范计算、现场实测和数值模拟三种方法论证了当前开采条件下导水裂缝带高度,重新计算、留设了井田冲积层防水煤柱。冲积层防水煤柱高度由原来的60m缩小变为43m,解放原煤炭资源54.172万t,提高了煤炭资源的采出率,延长了矿井服务年限,为荆各庄矿带来了社会和经济效益。

杭州龙井茶田土壤酸化过程分析

针对杭州龙井茶田土壤酸化趋势日益加重的现状,通过矿物表征、室内试验等技术方法,研究了茶田土壤酸性来源及产酸机制.在茶田现场采集6组20个土壤样品及对应岩样,茶田土壤pH稳定在4左右;通过XRD和XRF对土壤样品和岩石样品中的化学成分和矿物成分进行测定,结果显示茶田土壤中的常规阳离子含量远低于全国土壤元素丰度值;土壤和岩样动态淋滤试验结果表明,土壤酸性类型为HNO3和H2SO4,基岩风化过程中产生的Ca2+含量较大,且易发生淋溶,土壤成土后K^+、Ca^2+、Na^+、Mg^2+等盐基阳离子淋失快且淋失量大,是造成酸化的主要原因.茶树在多年种植条件下,由于盐基阳离子淋失,使得土壤盐基饱和度降低,从而导致土壤缓冲能力降低,造成土壤酸化.

伊南煤田伊犁一矿侏罗纪煤系地下水化学特征与水循环演化

伊犁盆地伊南煤田是我国较早发现的重要含砂岩铀矿煤田,侏罗纪煤系裂隙-孔隙承压水是伊犁一矿和周边铀矿共同扰动和影响的主要地下水系统,煤铀协调开采的重点问题是如何协调煤矿和铀矿对侏罗纪煤系含水层的影响。及时研究和预测煤矿对侏罗纪煤系含水层已有影响对于煤铀协调开采重要且必要。伊犁一矿是目前投产的伊南煤田唯一的大型煤炭生产矿井。在伊犁一矿自上而下取煤系第四系水、3煤顶板水、5煤顶板水、5煤底板水和矿井混合水水样,做水质全分析、D/^(18)O、T和^(14)C测年,运用水文地球化学分析方法研究伊犁一矿现状条件下煤系地下水质特征和水循环演化状态。结果表明:矿井地下水为近中性、低矿化的HCO_(3)·SO_(4)型或HCO_(3)·SO_(4)型淡水;δD和δ^(18)O分别为-91‰~-118‰和-12.7‰~-16.0‰;除5煤底板水(铀含量11.1μg/L)外,煤系水铀含量仅约0.8μg/L;煤系地下水平均年龄为5000~6000 a,而3煤顶板水和5煤顶板水年龄为1.25万~2.5万a。伊犁一矿侏罗纪煤系地下水具有显著的“三低、一老、一少”即低矿化、低氘、低铀、较老和少污染特征。由于煤矿疏放5煤底板水,围绕伊犁一矿已形成侏罗纪煤系深层裂隙-孔隙水的疏干式局部水文循环,5煤底板含水子系统水位漏斗已顺层扩展和水循环已顺层局部加速;3煤顶板和5煤顶板含水子系统仍相对独立和封闭,疏干后难以恢复。3煤顶板水和5煤顶板水属于理想的低氘和水质优良地下水。

注浆钻孔数据反演煤层底板灰岩含水层富水特征研究

利用工作面底板注浆钻孔成果数据分析二2煤层底板太原组上段3层灰岩含水层充水裂隙与耗浆量的规律,反演工作面底板灰岩含水层富水特征,通过绘制钻孔涌水量等值线图,圈定太原组上段灰岩富水异常区和构造控水区域,对工作面底板注浆改造工程设计、施工和注浆效果评价有重要的指导意义。

我国煤系共伴生矿产赋存特征及分布规律

我国煤系共伴生矿产有85种,种类多、分布广、储量大,具有很高的经济价值和战略价值,按工业属性和用途可分为煤系能源矿产、煤系金属矿产和煤系非金属矿产。系统性分析煤系能源矿产(煤系气、富油煤、油页岩、铀矿)、煤系金属矿产(铝土矿、铁矿、镓、锗、锂、稀土元素)及煤系非金属矿产(硫铁矿、高岭土、耐火黏土、膨润土、隐晶质石墨)的赋存特征和分布规律,总结论述我国14大煤炭基地煤系共伴生矿产赋存分布及开发利用状况。结果表明:煤系共伴生矿产主要赋存于煤层、顶底板中或在煤层附近岩层中单独成矿,分布规律与我国煤炭分布具有一定的相似性,呈现明显的时期性与区域性。我国煤系共伴生矿产形成时期主要集中在石炭-二叠纪、早中侏罗世和晚侏罗世-早白垩世3个成煤期,分布区域主要集中于华北的鄂尔多斯盆地、沁水盆地、华北南部盆地,西北的准噶尔盆地、伊犁盆地、吐哈盆地,东北的松辽盆地、二连盆地,西南的川南黔北地区,以及四川盆地等各大含煤盆地。我国神东基地、晋北基地、晋中基地、晋东基地、云贵基地和新疆基地煤系共伴生矿产种类储量丰富,具有广阔的综合开发利用前景。

煤系共伴生矿产地质成因与成矿过程

目前,关于煤系共伴生矿产地质成因与成矿过程的研究多分散针对单一矿产,系统化研究仍较为缺乏。文章系统性地总结论述煤系共伴生矿产的成矿有利条件、地质成因及成矿过程等。按照主控成矿作用,煤系共伴生矿产地质成因可以分为变质作用成矿、沉积作用成矿和后生作用成矿三大类。以聚煤盆地形成演化为主线,煤系形成前期,铝、铁率先在盆地基底沉积成矿。随后煤系油页岩、高岭土等沉积型矿床多因成煤环境改变而与煤层交替沉积成矿,镓、锗等金属元素多由含矿流体携带富集于成煤沼泽之内,煤成气、富油煤及煤系石墨则是煤系有机质在各种条件下的变质分化产物。在煤系演化后期,砂岩型铀矿和各种稀有金属元素则会后生成矿于煤系内。煤系共伴生矿产成矿的主控因素主要包括适当的地质构造活动、充足的物质来源、湿热的古地理气候以及煤系内丰富的有机质等,受这些因素影响,各大聚煤期内煤系矿产资源的成矿特征存在明显差异。

提高高中物理教学有效性的策略探究

在新时代背景下,教师不仅要提高教学的有效性,也要全面培养学生的素质,促使学生综合能力的提升以及知识水平的提高。在高中物理的教学工作中,教师需要结合课本的内容,优化教学方式,提高教学设计的合理性,以便于夯实学生的基础知识,发展学生的综合素质。为提高教学有效性,本文以高中物理为例,对教学条件进行分析,对教学现状进行研究,提出了提高教学有效性的策略,以期为高中物理教师提供参考。

漳村矿峰峰组隔水关键层孔隙性实验研究

随着诸多华北石炭二叠系煤田进入下组煤开采，研究奥陶系峰峰组地层岩溶发育规律及能否为下组煤开采提供隔水屏障十分重要．以潞安矿区漳村矿下组煤补充勘查漳54号水文地质孔为取样孔，通过岩石薄片鉴定、X射线荧光光谱分析、岩石微结构分析等综合试验，分析了峰峰组岩性、孔隙结构特征及其垂向分布规律．研究表明：峰峰组上段为泥晶至细砂晶灰岩，下段为石膏与白云岩互层；上段灰岩孔隙类型以晶间孔隙、溶蚀孔隙、缝合线等次生孔隙为主，为泥质、方解石、石膏充填，岩溶不发育，平均孔隙度仅1．15％，体积中值孔径0．0288μm，面积中中值孔径0．0098μm，最大连通孔喉直径约0．02～0．04μm，细小和超毛管微孔隙占总孔隙体积的70％以上，重力和毛细水运动微弱，属于低孔隙低渗透性介质；峰峰组上部和下部存在隔水层，中间为弱含水层岩性组合，峰峰组可利用隔水关键层的厚度为142m．为判断、确定奥陶系顶部隔水关键层提供了岩石学和微结构方面实验依据．

神东矿区煤矿水害类型及水文地质特征分析

运用水文地质分析、岩相古地理分析等方法研究了神东矿区不同类型水文地质结构特征、分布规律、水文循环特征和岩相古地理成因,基于突水案例分析了神东矿区各类水害水文地质特征.研究表明:神东矿区包含两类典型水文地质结构,一类为下侏罗统煤层顶板薄基岩上覆中至强富水第四系厚层松散孔隙水系统,矿井水害以浅埋深、薄基岩条件下的厚松散砂层突水和溃砂为典型;另一类为下侏罗统煤层顶板厚基岩上覆中至强富水下白垩统裂隙孔隙裂隙水系统,矿井水害类型以厚基岩条件下白垩系突水为典型.矿区西部较完整保存的直罗组为实现神东矿区白垩系保水采煤提供了天然屏障.本研究为神东和鄂尔多斯盆地其它矿区矿井水害防治及保水采煤奠定了可靠研究基础.