宁东煤田二叠纪煤岩煤质特征及清洁利用研究

以宁东多年以来煤田地质勘查资料为主要依据,分析研究了宁东煤田二叠纪煤岩煤质特征。研究结果表明,宁东煤田二叠纪煤层宏观煤岩特征主要为半亮煤和半暗煤,次为光亮煤和暗淡煤;宁东煤田二叠纪煤具有中等灰分、特低-低硫、特低-低磷、特低氯、高发热量等特征,可作为清洁动力煤;同时具有中等-中高挥发分、中-强黏结性、中等含量镜质组的特征,在选煤和降灰后可作为炼焦配煤。宁东煤田中,建议红墩子矿区清洁利用方向为清洁动力用煤、炼焦配煤、干煤粉气流床煤气化用煤;建议横城矿区清洁利用方向为清洁动力用煤、炼焦配煤、干煤粉气流床煤气化用煤;建议韦州矿区清洁利用方向为清洁动力用煤、炼焦配煤、干煤粉气流床煤气化用煤、水煤浆气流床煤气化用煤;建议四股泉矿区清洁利用方向为清洁动力用煤、干煤粉气流床煤气化用煤。

宁东煤田枯竭油层回注存储高矿化度矿井水技术思路

宁东煤田地处我国西北干旱-半干旱区,是我国批准建设的14个亿吨级大型煤炭基地之一,目前存在高矿化度矿井水量大、处理技术成熟但成本高、综合利用率低等问题。为实现宁东煤田高矿化度矿井水的低成本资源化回注存储和水文生态环境保护,结合宁东煤田13座煤矿矿井水矿化度高的典型特征,因地制宜地提出在煤油资源重叠区,利用枯竭油层回注存储高矿化度矿井水这种宝贵的非常规水资源的技术思路,即利用枯竭油层孔-裂隙双重结构中储水空间、油田关停初期地层压力亏空和废弃油井/注水井低成本处置高矿化度矿井水经资源化利用后的余量水;系统阐述枯竭油层选择、回注工艺、储水潜力、预处理水质要求和环境的可行性;凝练出基础理论、法律法规政策和实时监测监管的研究展望。结果表明,提出的枯竭油层回注存储技术具有可行性,可实现宁东煤田高矿化度矿井水的低成本资源化处置,“如何精细刻画注水渗流过程”是回注处置技术瓶颈问题,科学实质是高矿化度矿井水-砂岩耦合化学作用下孔裂隙介尺度的枯竭油层注水渗流演化机理。同时,相关法律法规政策和实时监测监管方面亟需完善,以保障枯竭油层回注存储技术的顺利实施。研究旨在为高矿化度矿井水资源化回注存储提供新思路,为煤油气资源开发中二次水资源保护提供参考。

任家庄井田晚古生代煤系战略性金属元素富集特征

煤系是战略性金属矿产增储的重要来源。宁东煤田煤炭资源丰富,部分地区煤中富集战略性金属。以宁东煤田任家庄井田煤系为研究对象,系统采集主煤层剖面煤样、夹矸及顶(底)板样,采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、X-射线荧光光谱(XRF)和X射线衍射(XRD)进行了系统的矿物学和地球化学测试分析,查明常量元素和微量元素分布及富集情况,讨论战略性金属元素富集成因并进行物源分析。结果表明,任家庄井田石炭-二叠纪煤系富集战略性金属矿产,太原组和山西组煤中战略性金属元素整体含量水平较高,以Li-Ga-Zr(Hf)-Nb(Ta)-Th(U)-Pb及REY共富集为特征,且顶底板及夹矸更为富集。其中:5号煤层Li、Ba高度富集,Rb、Zr富集;9号煤层Li高度富集,Zr、Hf、Th富集;9~上煤层微量元素含量整体相对较低,Cr富集。5号煤层和9号煤层战略性金属元素富集程度较9~上煤层更好。5号煤层和9号煤层灰基Li、Ga均达到了开发利用品位,5号煤层灰基REY也达到了开发利用品位,具有良好开发利用前景。基于元素赋存特征、沉积环境、构造演化的综合分析,认为任家庄井田战略性金属元素富集主要受陆源碎屑供给影响,由鄂尔多斯盆地西缘北部阴山古陆与西北部阿拉善地块蚀源区的长英质-中性岩碎屑物质经古水流搬运进入泥炭沼泽,在特定沉积环境及地球化学环境下通过有机质与无机质相互作用而富集,并经多期次构造演化控制形成现今赋存分布状态及富集特征。

宁东煤田中部侏罗纪煤的矿物学特征

样品采自鄂尔多斯盆地西部宁东煤田的7个井田,共26个样品,包括25个煤样和1个矸石样。对所采的25个煤样做了工业分析、全硫分析和发热量分析,并运用低温灰化-X射线衍射(LTA-XRD)仪、光学显微镜、扫描电镜(SEM)以及能谱仪(EDS)等设备对样品矿物成分、化学成分、微形貌特征等方面进行了研究,探讨了煤中矿物的物质来源。研究表明,宁东煤田中部侏罗纪煤属中等挥发分煤,具有中灰、低硫、中低发热量的特征,其(低温灰化后)矿物组成为:33.1%高岭石、22.8%伊利石、21.5%石英、13.2%钠长石、6.6%鲕绿泥石、2.8%方解石。另外在扫描电镜下还发现了极少量的黄铁矿、菱铁矿、钛铁矿、黄铜矿、锆石。高岭石、伊利石、鲕绿泥石、石英、钠长石源自贺兰山脉片麻岩、麻粒岩和花岗岩的风化产物。

宁东煤田南北段构造演化差异成因研究

为探讨构造演化过程对煤系现今赋存状况的影响,基于构造动力学背景,采用构造沉降史与构造应力场恢复,对宁东煤田南北段的构造演化过程及分异成因进行了综合分析。结果表明:宁东煤田不同时期受不同构造单元联合控制,构造演化过程复杂;煤田构造沉降史存在东西向分异,由于所处逆冲推覆构造系统位置不同,西部抬升剥蚀量较东部大;煤田构造应力场存在明显南北向分异,由于分属不同逆冲推覆构造系统,各期应力场南北部最大主应力方向不甚相同,其构造演化分异主要受北祁连褶皱带和阿拉善地块的控制影响,南北两段分属六盘山和贺兰山逆冲推覆构造系统,西部受力作用较东部强烈。

矿井涌水量预测的几种常用方法对比——以宁夏宁东煤田鸳鸯湖矿区麦垛山煤矿11采区水文地质补勘为例

我国许多煤矿区,由于地下水频繁突入,造成淹井或因突水威胁使大量煤炭资源难以开发。因此,准确预测矿井涌水量,为矿井防治水提供依据,对煤矿床安全开采和长远发展至关重要。以宁东煤炭基地麦垛山煤矿为例,采用解析法、水文地质比拟法和三维渗流数值法等六种预测方法,对该煤矿11采区110203、110208工作面2#煤顶板直罗组底部砂岩含水层进行了涌水量预测。通过各种方法的分析比较,最后推荐采用最小二乘比拟法预算结果做最终矿井涌水量。

宁东煤田中部2号煤煤相特征

采用煤岩学方法,对宁东煤田中部2号煤煤相特征进行了分析,研究结果表明2号煤层属于淡水陆相沉积,其成煤植物以草本植物为主,煤相类型以低位泥炭沼泽相为主、潮湿森林沼泽相为辅。通过煤相分析,为宁东煤田中部2号煤成煤环境的研究提供了佐证。

石槽村矿矿井水防治工作难易程度的评价

矿床充水是指煤矿床开采过程中,各种来源的水通过不同的方式和途径进入矿坑的过程,其特征由充水水源、充水方式和通道以及影响充水性质和强度的其它因素所决定。本区处于干旱沙漠地带,地面水稀少,地下水补给来源贫乏,仅为大气降水,井田构造以单斜构造为主,断裂发育较少,因而导致本区岩层含水性差。根据井田水文地质条件,结合邻近生产矿井的水文地质条件特征和充水因素进行分析评述。

宁东煤田侏罗纪煤岩煤质特征及清洁高效利用

宁东煤田侏罗纪煤炭资源量巨大,是当前宁夏回族自治区煤炭资源开发利用的主体。为保障煤炭资源的清洁高效利用,以煤田大量勘查资料为主要依据,分析了宁东煤田侏罗纪煤的煤岩、煤质特征。结果显示:宁东煤田侏罗纪煤具有特低-低灰、特低-低硫、低磷、低砷、低氟、高发热量的特征,这些特征表明其为高清洁度动力用煤;同时还具有中高挥发分、较高氢碳原子比、焦油产率较低(普遍<7%)及富惰质组等特征表明不适于直接液化用或提取煤焦油。无黏结性、较低水分产率、较高的与二氧化碳反应性(950℃)、煤灰熔融温度,表明其适于气化,且以水煤浆气流床和干煤粉气流床为宜。综合认为研究区煤炭资源的清洁高效利用方式为动力用煤,气化用煤及以气化为基础的间接液化用煤。

宁东鸳鸯湖矿区矿井废水处理工艺设计与利用

红柳矿井下水处理站工艺分预处理与深度处理两大部分,预处理部分包括混凝、沉淀、除油及过滤,深度处理部分包括机械过滤、活性炭过滤、精密过滤、反渗透及消毒。预处理部分处理对象为红柳矿井井下排水,深度处理部分处理对象为经过预处理的红柳矿井、麦垛山矿井井下排水,其中麦垛山矿井井下排水经过麦垛山矿井井下水处理站预处理,水质达到深度处理进水要求(pH:6～9、色度:≤30度、浊度:≤3NTU、悬浮物粒径:<0.3mm、CODcr:≤30mg/L、氨氮:≤10mg/L、石油类:≤1mg/L)后,加压供至本处理站进行深度处理。

宁东煤田红墩子矿区沉积环境对煤岩煤质的影响

为了揭示沉积环境对煤岩煤质的影响,以宁东煤田红墩子矿区为研究区,采用沉积学和煤岩学等方法对太原组和山西组层序进行了划分,结合煤岩煤质数据,探讨了沉积环境对煤岩煤质的影响。研究结果表明:层序Ⅰ、层序Ⅱ煤层受海水潮汐作用影响,整体上硫分含量较层序Ⅲ高,镜质组和惰质组含量较低,平面上,灰分、硫分呈现出南高北低的规律,镜惰比则出现南低北高的现象;层序Ⅲ煤层受河流及物源的共同影响,高灰煤、高硫煤主要集中在矿区的南北两端,镜惰比则由于河流作用导致沼泽水动力强弱及覆水稳定的变化,出现南高北低的现象。

宁东煤田东北部高矿化度地下水分布特征及形成机制

宁夏宁东煤田东北部地下水矿化度较高,且具有分布不均和变化较大的特点。通过分析地下水矿化度的空间分布特征,结合区域地质构造、地下水补给径流条件,借助Piper三线图、Gibbs图、离子比例系数等手段,深入研究高矿化度地下水的形成机制。结果表明,宁东煤田东北部地下水矿化度为0.30~23.56 g/L,平均值为5.84 g/L,淡水、微咸水、咸水、盐水所占比例分别为3.16%、50.00%、33.68%、13.16%。水平方向上,基岩裂隙水矿化度由东向西逐渐降低,在鸳鸯湖矿区南部形成高矿化度异常带。此外,在研究区西部及南北部的零星地区出现矿化度较高区。矿化度整体较高与石膏、盐岩及黄铁矿溶解和地下水长期滞流有关,而矿化度由东向西逐渐降低则受鄂尔多斯台地逆冲推覆构造前缘坳陷影响。鸳鸯湖矿区南部位于鄂尔多斯台地南北冲断体系的过渡带,褶曲较完整,地下水环境相对封闭,形成高矿化度异常带。垂直方向上,从Ⅰ含水层至Ⅴ含水层深部含水层的矿化度比浅部高,主要与深部地下水环境封闭,更新较慢有关。该研究将为相似矿区地下水资源开发与利用提供理论依据。

掘进巷道突水溃砂高压扰动注浆技术与应用

为了对弱胶结地层条件下的掘进巷道突水溃砂进行治理,以宁东煤田麦垛山煤矿2煤大巷掘进期间突水溃砂为研究对象,针对地面治理工程量大、周期长、井下常规治理风险高等问题,采用井下挡水墙建造、高压扰动注浆、钻注一体化和孔口控压保浆技术,完成了突水溃砂点封堵体的构筑。结果表明:通过在巷道内建造挡水墙,可以有效控制注浆期间的水砂淹没范围,经过对挡水墙及其围岩强度的核算,挡水墙能够至少抵抗1.64 MPa的压力,大于顶板含水层1.2 MPa的水压。首先在距离突水溃砂点较远的区域采用高压扰动注浆建造1号封堵体,将水砂淹没范围进一步缩小,然后在距离突水溃砂点较近的区域继续施工2号封堵体,对突水溃砂点周边进行治理;研发钻注一体化技术及钻具,能够避免钻孔在退钻后塌孔,影响后续注浆,实现钻探和注浆一体化作业。发明了孔口控压保浆装置,达到了在20 MPa注浆压力条件下浆液高效利用的目的;对巷道内松散砂体固结形成的封堵体采用取心和压水试验进行质量检验,取心完整,并且封堵体在1.8 MPa水压的作用下不漏水,说明封堵体质量良好。采用高压扰动注浆对掘进巷道内突水溃砂进行治理,具有安全、高效、经济等特点,并且可以有效避免治理期间二次灾害的发生。

宁东煤田侏罗纪煤中硫分、灰分特性及成因探讨

以大量煤田地质勘探和煤质分析资料为基础,对宁东煤田不同矿区侏罗纪延安组煤的煤岩、灰分和硫分组成特征进行了系统研究,并结合构造背景和成煤环境对煤中硫分、灰分成因进行研究探讨。研究结果表明,宁东煤田延安组煤中显微组分以惰质组为主,镜质组次之,壳质组最少;成煤沼泽为淡水沼泽,硫的供给不足,形成了以硫化铁硫为主的低硫煤;成煤泥炭沼泽以高位沼泽为主,由地下水输入的陆源碎屑物质较少,形成特低-低灰煤。

高分辨率地震技术在宁东煤田构造勘查中的应用

宁东煤田地震勘探的开展始于2003年,截至2008年底,共完成各种勘查阶段的地震勘探报告29件,累计完成二维地震勘探物理点约144270万个,三维地震勘探控制面积159.33km2。历经6年多的努力,已初步形成了颇具宁东(沙漠、半沙漠和戈壁复杂地震地质条件)特色的六项地震勘探优势技术,即:①沙漠区、戈壁区地震资料采集技术;②复杂地表高精度静校正技术;③共反射面元优化叠加技术;④叠前偏移技术;⑤小断层地震识别技术;⑥陡倾逆掩构造高精度地震成像技术。从而使地震勘探技术在这一地区的煤田构造勘探中的应用取得了突破性进展。实践表明,其三维地震精细地质构造勘探与二维地震快速控制地质构造勘探,可有效提高勘查精度、降低勘查费用、缩短勘查周期。

宁东煤田马家滩矿区沉积环境与聚煤作用

马家滩矿区主要含煤地层为侏罗系中统延安组(J2y),含煤30余层,根据矿区岩性特点、成因标志、标志层、煤层特征、相序组合、物性特征等因素,将延安组地层自下而上划分为5个中旋回,每个中旋回又根据湖水的进退,三角洲的伸缩等特点可细分为16个次一级的亚旋回;延安组聚煤作用是在三叠系起伏不平的基底之上发展起来的,其沉积环境主要为三角洲之上的冲积平原,浅湖—滨湖—沼泽—三角洲—浅湖—滨湖—沼泽相继更迭而形成区内各个煤层。

宁夏宁东煤田灵武矿区煤中砷含量及赋存形态探讨

通过对宁夏宁东煤田灵武矿区2号煤层煤样测试数据进行相关性分析,总结该矿区煤中砷的含量特征,探讨煤中砷的赋存状态和砷的来源,为砷的脱除方法提供理论依据。结果表明,宁东煤田矿区2号煤层中砷含量平均值为3.8μg/g,低于中国煤中砷含量平均值,属于一级含砷煤。煤中砷主要与硫化物结合的无机态存在,在黏土矿物、硅酸盐类矿物、有机矿物中赋存的几率很小,砷元素的来源为后生来源,富集主要受构造裂隙热液影响。

宁东煤田控煤构造特征与发育规律研究

宁东煤田地处鄂尔多斯盆地西缘,属稳定块体与活动带之间的过渡地区。通过研究分析将宁东煤田在东西向上划分为鄂尔多斯盆地西缘褶皱逆冲带和鄂尔多斯陆内盆地;提出了宁东煤田具有东西分区、南北分带的基本构造格局特征,将宁东煤田划分为贺兰山逆冲推覆构造体系和六盘山东麓逆冲推覆构造体系;通过对区域断裂和各矿区断层要素资料统计分析,得出宁东煤田南部地区发育北西—北北西向断裂,北部地区发育近南北向以及北东向断裂,中部地区三组断裂均有发育;在此基础上建立了宁东煤田赋煤构造单元划分方案,研究了控煤构造特征与发育规律。

宁东煤田——上海庙煤田区域构造初探

宁东煤田北部与其相邻的上海庙煤田为同一含煤沉积体系,其区域构造也具有连续性,随着上海庙煤田的勘查程度的逐步提高,查清宁东煤田—上海庙煤田的区域构造,对进一步勘查和煤矿开采都具有很好的指导意义,本文对此进行了初步探讨。

基于Adeli的宁东煤田构造演化数值模拟

采用有限元数值模拟软件Adeli构建宁东煤田及邻区数值模型,模拟分析印支期、燕山期、喜山期构造演化。结果表明:印支期华北、华南板块南北向拼合的构造格局中,阿拉善地块向东滑移,北部最大主压应力方向为南东向,南部最大主压应力方向为北东向;燕山期北部最大主压应力方向为南东东向,南部最大主压应力方向为北东东向;喜山期印度板块向北俯冲,太平洋板块向西俯冲消减,中国大陆东部向东蠕散的大地构造背景下,北部主要受到北北西—南南东方向拉张应力。