深部高温矿井大断面岩巷TBM智能掘进技术--以“新矿1号”TBM为例

我国中东部众多矿区相继进入深部开采,面临着采掘接续紧张的突出问题。大断面岩巷TBM掘进以其智能化程度高、作业安全、掘进效率高等特点已逐渐应用于浅部矿井,在深部矿井中却应用极少,匮乏建设经验。因此,为研究深部矿井岩巷TBM智能高效掘进技术,提升深部矿井机械化、智能化建设的水平,山东新巨龙煤矿研发了大断面岩巷TBM智能掘进系统(“新矿1号”),系统集成了掘进、出渣、支护、除尘、通风、降温、导向、防爆、防冲等技术于一体,实现了深井直径6.33 m硬岩巷道智能掘进、掘进时锚杆自动化施工、掘支平行作业等技术。基于此,综述了深部高温矿井TBM全断面硬岩掘进机应用的关键技术,主要包括:①适用于深部高温矿井的岩巷TBM掘进装备建造模式;②TBM大尺寸部件的大埋深、长距离运输与安装技术;③TBM智能掘进技术;④深井超大断面安装硐室和掘进巷道围岩稳定性控制技术;⑤深部高温高地应力矿井TBM智能掘进综合保障技术,包括:TBM通过高应力软岩破碎带等不良地层的地质预报、降温、除湿、降尘等技术。旨在通过论述该设备的研发和应用过程,提出深部矿井硬岩TBM掘进的难点和解决方法,为类似矿井采用TBM法掘进岩巷提供一定的经验和技术借鉴,以便于国内同行对该技术进行全面认识与深入研究。

深部高温开掘工作面降温技术研究与应用

随着矿井开采的不断延伸,采掘面的空气温度呈现出逐渐增高的态势,在煤炭矿业深度挖掘和开采工作面面临高温的问题。很多工作人员反映,尤其是夏季工作面临分开掘工作面的局面,将有可能制约其安全生产。为了降温并去除湿度,有效地改善井下的开掘面环境,更好地保护工作人员生活及生命安全,应采取优化通风、改进掘进工艺的一系列办法,使用局部降温和制冷的技术解决开掘工作量高温、高湿等一系列问题,因此,本文就深部高温开掘工作面降温技术的研究和应用加以探讨。

浅析中国深部高温岩体地震地质异常响应

通过对1900—1980年中国境内发生的3442次≥4.7级破坏性地震的深入分析研究,按地理区位、构造单元,划分11个不同类型的地震分区,对各地震分区地震频次、强度、密度等分布特征与规律进行剖析与对比排队,从中遴选出地震频次多、强度大、密度高的地震分区作为中国深部地震地质响应强烈的干热岩重点工作区,这是大区域、小比例尺干热岩初查阶段最有效的手段,可作为选定全国性干热岩地热地质勘查和编制设计书的基础。

浅析福建与台湾海峡深部高温岩体火山岩浆活动地质响应

通过福建与台湾海峡深部高温岩体火山、岩浆活动地质响应行为与轨迹的调查与阐述,查明研究区火山、岩浆活动强度自西往东、由北向南梯度增强的变化趋势特征与规律,昭示研究区地下干热岩潜能自西往东、由北向南梯度增大的规律,为研究区干热岩地热资源勘查、评价与综合开发利用提供参考依据。

浅析福建与台湾海峡深部高温岩体构造应力场地质响应

通过对福建与台湾海峡深部高温岩体构造应力场地质响应行为与轨迹的阐述,发现研究区深部热物质上涌、运移、调整、分异、变异、交换(能源)活动与深部高温岩体构造应力场异常地质响应的强度,自西往东、由北向南梯度增强趋势十分明显,昭示研究区最东端的台湾海峡沉降带所遭受的构造应力(地应力)最大,干热岩地热潜能无限;闽台梯级过渡带所遭受构造应力大,干热岩地热潜力大;闽西南拗陷区所遭受构造应力较大,干热岩地热潜能较大;闽西北隆起区所遭受构造应力中等,干热岩地热潜能一般。

浅析福建与台湾海峡深部高温岩体新构造断裂活动地质响应

通过福建省与台湾海峡深部高温岩体新构造断裂活动异常地质响应行为与轨迹的阐述,映衬研究区深部热物质上涌、运移、交换、分异、变异、交换(能量)活动与深部高温岩体新构造活动断裂异常地质响应的强度自西往东、由北向南增强的特征与分布规律十分明显,与地应力自东向西、自南向北衰减的总趋势完全吻合。

闽台过渡带及台湾海峡深部高温岩体成岩、成矿地质响应探讨

通过闽台梯级过渡带及台湾海峡深部高温岩体成岩、成矿地质响应自西往东、由北向南梯度增强、形成年代渐新的叙述,映衬研究区深部高温岩体热物质活动强度自西往东、由北向南增强的趋势十分明显,表明:台湾海峡深部高温岩体热物质上涌、运移、变异、交换活动最强烈;次之是闽东燕山断陷区的闽台梯级过渡带东部;再次之是闽东燕山断陷区的闽台梯级过渡带西部;福建大陆西部受台湾海峡与闽台梯级过渡带深部高温岩体活动的影响较大,其中西部的闽西南坳陷区深部高温体成岩、成矿地质响应程度明显要比闽西北隆起区强烈。

浅析福建省与台湾海峡深部高温岩体地球物理场与地球化学场地质响应

通过研究区深部高温岩体地球物理场与地球化学场异常地质响应行为与轨迹的阐述,对研究区壳、幔密度结构、磁性结构、电性结构、地震波速结构进行高精度的刻画,昭示:研究区地球物理场与地球化学场异常地质响应强度自西往东、由北向南梯度增强趋势十分明显。表明台湾海峡沉降带干热岩地热潜能最大,次之是闽台梯级过渡带,再次是闽西南拗陷区,垫底的是闽西北隆起区。

闽台深部高温岩体地形地貌地质响应探讨

通过闽台梯级过渡带及台湾海峡深部高温岩体成山、成盆等地形、地貌地质响应自西往东等距梯级坡降特征、分布规律的描述,映衬该研究区为环太平洋台湾岛孤不可或缺的重要组成部分,闽台梯级过渡带与台湾海峡是密不可分的唇齿关系,均是欧亚大陆板块与菲律宾海板块和太平洋板块聚焦碰撞,引起深部热物质强烈上涌、运移、变异、交换的结果。

漳州盆地等福建大陆裂谷地热资源与深部高温岩体地质响应研究

通过漳州盆地等福建省大陆裂谷地热资源与深部高温岩体地质响应的研究,表明大陆活裂谷是地下深部高温岩体活动与响应最剧烈的部位,往往成为地下热流汇聚的场所,成为地下热河,地表显示活裂谷轴部温泉串珠状排列,微小地震频繁,映衬地下干热岩地热资源丰富,具备狭义干热岩必要条件与充分条件,在此基础上提出干热岩地热资源综合开发利用建议。

渤海湾周缘高温地热异常特征及深部热结构分析

渤海湾周缘高温地热异常区是华北重要的地热资源区,研究其浅层高温地热异常及深层高温地热结构,是解决中国东部高温地热勘查开发瓶颈的重要基础,对加快构建东部现代能源体系、推进“双碳”目标进程具有重要的科学意义。利用最新的中国大陆岩石圈速度模型USTClitho2.0和航磁资料,在大地热流资料约束下,本文计算了渤海湾周缘浅层与深层高温热结构,结果表明:该区居里面平均深度20.8 km,居里温度420℃,中、上地壳高温热结构与居里面起伏形态密切相关。上地壳生热率随深度增大而递减,反映了放射性生热元素向上迁移、在浅层富集的垂向分异特征。Moho面温度在600~800℃之间,岩石圈底界面1300℃等温面深度在66.3~97.5 km之间,平均值为76.8 km。依据USTClitho2.0模型Vp、Vs速度结构,本文修正了前人的地壳分层结构及上地壳生热率,计算了研究区内全部91个大地热流点的壳幔热流比,结果表明:Qc/Q=56.4%、Qm/Q=43.6%,Qc/Q>Qm/Q,显示该区为“热壳”结构。前人认为此区是“冷壳热幔”型热结构,本文的计算结果修正了前人的认识,指出上地壳层热流在地表总热流中所占比例较高,为该区寻找和发现中深层高温地热资源提供了重要依据。

高温凝胶深部调剖剂的研究及在华北油田西柳10断块的应用

华北油田西柳10断块是高温中孔低渗油藏,基于油藏物性开展了以改性酚醛树脂为交联剂的高温凝胶深部调剖剂的研究。通过室内试验确定了高温深部调剖剂的基本配方,考察了聚合物、交联剂、促交剂、除氧剂用量对凝胶黏度、成胶时间的影响。结果表明,配方体系适应120℃的地层温度,热稳定性好,初始黏度小于100 mPa.s,成胶黏度大于14 Pa.s。该调剖剂已在西柳10断块整体调剖中得到应用,取得了良好的控水稳油效果。

三河尖煤矿降温新技术研究及应用

三河尖煤矿高温热害日益突出,严重影响了矿井的安全生产。针对三河尖煤矿这种冷源缺乏型矿井,提出以地表河水为新冷源的HEMS降温技术,实现矿井的降温。通过对72302工作面降温效果的分析,认定该系统大大改善了工作面高温高湿的作业环境,提高了矿井的经济效益。

《台湾海峡及周边地区地热潜能与应用》编后感

依靠濒临环太平洋地热带的优势,台湾海峡及周边地区可以作为探寻中国超高温、高温地热资源的潜在目标区。收集了该地区地质构造、地热地质、地震地质、矿床地质、地球物理、地球化学、地热勘查与开发利用等方面资料,开展了多领域、多学科、多技术的综合研究。运用逆向思维方法,如果具备深部热物质活动与深部高温岩体的异常,就会在地壳浅部产生多种地质响应。分析研究了地貌与地质灾害、成岩成矿、构造应力场、新构造断裂活动、地震、地球物理与地球化学、地热、及火山岩浆8类地质响应的强度大小和分布规律,从而判断识别出潜在的高温、甚至超高温条件,遴选出干热岩重点工作靶区和次重点工作靶区,并初步估算了各区蕴含的地热资源量,可供结合投资可能和地方的需求投入勘查工作。另提出了与将来开发相关的建议,力争探索干热岩勘查与开发利用的有效创新方案,用大量鲜活的事实雄辩地证明中国东南沿海不仅幔热,而且壳也热,干热岩地热潜能巨大,是中国最具干热岩地热潜能的不可多得的区域之一,第二、三空间地热等矿产资源极其丰富。

台湾海峡和福建省干热岩地热资源勘查研究

通过台湾海峡和福建大陆干热岩地热资源勘查研究的阐述,摸索出1套克服我国干热岩勘查工作瓶颈的科学创新方法、手段与方案。可能会消除我国干热岩勘查与综合开发利用前进道路上拦路虎。