井工煤矿减损开采理论与技术体系

煤炭开采改变了覆岩边界条件,引起围岩应力重新分布和覆岩变形、运动、破断,造成覆岩损伤自下而上传导,引起含水层、地表附属物、矿区生态系统等损伤。现代开采在保障经济社会发展能源需求同时,也对矿区地下水资源、生态环境和建/构筑设施造成较大损伤。为解决规模化煤炭开采与矿区生态协调的问题,在系统分析国内外减损开采理论与技术以及长期实践基础上,根据“源头减损”理念和“采前源头损伤控制、采中优化减损、采后生态要素系统修复”的开采全过程减损思路,提出了以“基于开采工艺参数优化的源头减损、硬岩采前预裂-软岩注浆改性与采后导水裂隙封堵控水、采中覆岩承载结构稳定性维持减损”的采前、采中、采后3类4项技术为主导的开采全过程减损技术措施,创建了井工煤矿减损开采理论与技术体系,明确了减损开采研究的重点和方向。在开采损伤监测方面,由于监测技术时空差异大,难以实现地表变形与裂缝的同时空监测和地表生态环境多要素一体化同步监测,仍需针对性地提出煤矿井工开采损伤多源监测异步数据的同时空校正与处理方法。在损伤传导理论方面,基于覆岩损伤传导理论,从能量出发提出了采动损伤场模型,并结合岩层软硬组合、岩土层介质的差异,提出了涵盖“覆岩-含水层-地表-生态”多因素指标的煤炭井工开采覆岩损伤场量统一与跨界面传导理论。神东矿区上湾矿12401工作面采用采前开采参数优化,采中垮落带注浆等减损技术,地表最大沉降值相对减小25%,地表裂缝由台阶型裂缝调控为动态小裂缝;此外,神东矿区自2010年实施减损开采技术以来,植被覆盖度由原来平均31%上升到74.1%。

煤矸石浆体充填技术应用与展望

为实现煤矸石原位、绿色和规模化处置,煤矸石浆体充填技术作为新兴充填技术近年来得到了快速发展与应用。论文系统回顾和总结了煤矸石浆体充填技术框架提出、浆体充填理论体系形成、工程示范应用及技术迭代创新等不同阶段下浆体充填标志性成果与关键工艺技术,形成了高位注浆、低位灌浆和邻位注浆3种充填方式,建立了煤矸石浆体采空区垮落带流动的“介入理论”和浆体管道输送的“三度一场”理论,成功开展了国内外首套煤矸石井下浆体充填和地面制浆+井下邻位注浆充填示范工程;阐述了煤矸石浆体充填技术体系,围绕煤矸石浆体充填过程中的煤矸石破碎、成品矸石粉料加水制浆、制备浆体泵送和井下目标区域充填等工艺流程,探讨了煤矸石高效分级破碎、浆体精准制备、浆体管道输送和末端充填等关键技术核心问题,分析了破碎设备、筛分设备、计量设备、搅拌设备和泵送设备等关键设备技术原理与应用场景;以张家峁煤矿小空间、多设备、高能力的煤矸石浆体充填需求为工程背景,创新研发设计了煤矸石浆体充填地面制浆、管道输送、井下充填和智能控制等不同系统的布置,年充填矸石量可达55.4万t,形成了煤矸石浆体充填工程示范,实现了矿井矸石零排放和绿色处置,树立了良好的地区示范效应;未来煤矸石浆体充填技术将围绕设备小型轻量化、系统高度集成化、技术迭代创新化等方向进一步研究发展,为构建煤矿绿色开采技术体系、实现国家“双碳”目标提供技术支撑。

煤炭开采企业绿色全要素能源效率研究

煤炭开采行业是高碳能源的生产行业,提升煤炭开采企业的绿色全要素能源效率对促进我国“双碳”目标的实现具有重要作用。基于影子价格模型,对企业的二氧化碳边际减排成本进行测算,进而构建DEA-Malmquist指数模型计算煤炭开采企业绿色全要素能源效率。实证结果表明:样本企业绿色全要素能源效率水平参差不齐,但均呈现不同程度的上升趋势;相对于综合技术效率,技术进步对企业绿色全要素能源效率水平上升做出了更多贡献。基于上述结果,从企业内部、外部2个视角对影响企业绿色全要素能源效率的因素进行分析,通过专利分析企业自主研发能力及技术选择、分析外部政策环境,提出完善碳交易市场形成有效监管、适当扩张企业规模提高规模效率、加强自主研发走内涵式发展道路等对策建议。

“双碳”战略下煤矿减碳实施路径研究

随着“双碳”战略的推进,煤炭生产企业提出“零碳矿山”等建设目标,着力降低煤炭开采过程的碳排放。在煤矿碳排放来源和结构组成分析的基础上,提出减碳、零碳和负碳多组合技术实施路径,以西部某2 000万t/a新建在产矿井为例,定量分析了碳排放量和减碳实施路径及减碳贡献。结果表明,仅靠煤矿能源系统低碳化改造和矿区碳汇减排贡献量有限,还需发展风光新能源绿电、优化开采工艺减少CH_(4)和CO_(2)逃逸排放、开展CO_(2)矿化等技术来实现大幅减碳,最终实现煤矿“零碳”开采生产。

粉煤灰/煤矸石离层注浆充填材料性能研究

针对离层注浆充填材料中粉煤灰需求量大、成本高的问题,提出将粉煤灰/煤矸石作为离层注浆充填材料,研究了煤矸石的物化性质和不同水固比、粉煤灰(80~109μm)与煤矸石(80~109μm)之比(“粉矸比”)、煤矸石(80~109μm)与细粒煤矸石(小于80μm)之比(“大矸比”)对离层注浆充填材料的黏度、流动度、密度及析水率的影响规律。结果表明:经球磨破碎后的煤矸石物化性质与粉煤灰相近;水固比为1.2、粉矸比为8∶2时,充填材料黏度、流动度、析水率及密度分别为22.25 s、250 mm、3.4%、1.325 g/cm3,与现用粉煤灰充填材料各性能指标相近,可作为离层注浆充填材料使用。

煤矸石离层注浆充填“五位一体”开采工艺研究

为协同解决制约煤炭高效开采的矸石处置、灾害治理、生态保护等难题,提出了百万吨煤矸石覆岩隔离注浆充填处废、防冲、减震、保水、减沉的“五位一体”安全绿色开采工艺。研究了台阶式自流型制浆输浆工艺,解决了制浆输浆系统占地紧张、长距离输送等难题,达到了大规模处理矸石、系统节能稳定的目的。该工艺在葫芦素煤矿进行了现场试验,实现了一期处理矸石能力70万t/a,二期投产后处理矸石能力将达到150万t/a,累计节省矸石处理和水处理费用约1730万元,注浆充填区域地表下沉量降低52.9%~53.2%,工作面平均涌水量降幅17.7%~29.1%,冲击地压能量发生次数减少774次,降幅30.5%,取得了较好的经济、安全环保效果。

新形势下煤矿开采中采煤技术的应用

随着节能减排和环境保护工作的不断推进,煤矿企业需要响应国家号召采用新型采煤技术实施开采工作。针对矸石造成的污染,选择将矸石充填到采空区中,同时分析了井下矸石分选和充填的原理,探讨了矸石充填过程中存在的顶板管理问题,以期为煤矿绿色开采提供一定的参考。

矿用自卸车新能源技术研究现状与展望

矿业是我国国民经济的支柱产业,为社会发展提供了关键的矿产资源与能源保障。然而矿业开采过程中面临着能源消耗高、能源利用效率低、排放污染密度大等问题,自然资源部等六部委联合发布《关于加快建设绿色矿山的实施意见》明确指出要研发高效、节能的采矿新装备。矿用自卸车是一种典型的采矿运输装备。开发清洁、高效、节能的矿用自卸车,提高能源利用率、降低运输过程中的碳排放,是绿色矿山建设的关键环节,助力矿业“碳达峰、碳中和”建设。我国新能源汽车经过十余年发展,为上述问题的解决提供了丰富的技术储备。首先分析了矿用自卸车的能源利用效率、污染排放特性、经济性,指出了矿用自卸车发展新能源技术的必要性;在矿用自卸车动力领域,梳理了锂电池、氢燃料电池、天然气发动机、甲醇内燃机等4项替代能源动力技术路径,分析了各替代能源的技术特点;从全球各主要矿业国家政府政策法规、矿用自卸车主要供应商以及主要用户的策略,分析了替代能源技术在矿用自卸车领域的应用现状与研究趋势;此外,在传动与驱动领域,以车端能量高效利用为目标,分析了复合传动技术以及牵引控制技术的特点。研究表明,与应用场景的结合,才能最大程度发挥新能源技术在矿用自卸车领域的作用。

超高水材料充填减灾减损绿色开采理论与技术进展及展望

深部煤层安全高效开采与生态环境保护是当前煤炭资源绿色开采的重大难题之一。充填开采对于防治深井动力冲击灾害、减少地表下沉、保护生态环境具有显著成效,其中超高水材料水体积比高,充填开采具有工艺简单、适应性强、用料少、充填率高等特点,可有效解决地面环境保护与煤炭资源开采破坏之间的突出矛盾,符合煤炭资源减灾减损绿色智能开采新发展理念的要求。在总结充填开采技术研发背景与发展历程的基础上,阐明了超高水材料充填开采的技术原理、工艺流程及材料性能;重点从充填开采地表沉陷控制“充填体—煤柱”及“充填体—支架—煤体”协同承载等方面揭示了充填开采动力灾害防治机理;提出了减灾减损绿色开采动力灾害防治、智能化感知、地表形变监测与预计及充填装备智能化控制等关键技术,在山东义能煤矿成功进行了超高水材料充填开采实践,并实现了“三下”深部煤层安全高效智能绿色开采。为推进生态文明建设与环境保护,实现现代化矿井减灾减损绿色开采,展望了超高水材料充填开采研究方向为:深化深部超高水材料充填开采岩层控制基础理论、提高超高水材料充填开采技术智能化水平,创新超高水充填与煤系共伴生资源协同开采技术体系,联合超高水材料充填开采与碳捕获、封存及再利用技术,优化智能化绿色开采监测评估体系与方法,为实现深部资源绿色化开采提供科学依据。

煤矸石山人工造土造地绿化先导试验研究

人工造土造地是近年来提出的一种煤基固废大规模处置利用的新型技术路线,用于煤炭矿山绿化和生态修复具有较大的潜力。通过从室内到室外逐步放大的试验研究有利于验证该技术的可行性,并减少其不确定性和风险。本次先导试验研究为在贵州盘南煤炭公司所属的响水煤矿庙田矸石山开展的煤基固废人工造土造地绿化现场示范项目的第一阶段,介绍了前期勘察、检测化验以及室内人工造土作物种植试验等可行性研究工作,并重点介绍了现场先导试验的研究过程和结果。结果表明:箭舌碗豆在响水煤矿煤矸石人工造土中可快速生长,可作为室内人工造土作物种植试验的检验作物;先导试验完成人工造土先导试验区面积约764 m^(2)的种植工作和天然土壤对比区面积约349.2 m^(2)的种植工作,种植植物黑麦草出苗快、长势好,绿化率接近100%,先导试验区优于对比区,证明了人工造土造地技术路线在矿山绿化和生态修复应用上的可行性。该研究可为煤矸石山人工造土造地的其他更多应用提供借鉴。

双碳背景下龙王沟煤矿新型绿色矿山建设

在我国大力推进“碳达峰、碳中和”的背景下,加快建设安全、高效、可持续发展的绿色矿山变得尤为迫切。因此,以龙王沟煤矿为例,建设了符合龙王沟煤矿的新型绿色矿山模式。通过对龙王沟煤矿的地区资源及矿井现状开展调研分析,综合考虑矿山存在的煤矸石堆存困难、采煤沉陷面积大以及风光资源丰富的特点,笔者对龙王沟煤矿煤矸石综合处理、采煤沉陷区治理和风光微电网建设的可行性及可操作性进行了研究,并结合龙王沟煤矿新型绿色矿山建设实况对未来绿色矿山发展提出了逐步向智能化靠近的展望。研究取得了以下成果:首次提出了龙王沟矿产资源生产—煤基固废回填—风光电网建设—生态环境修复—风能光能发电—矿产资源生产的新型绿色矿山资源开发内循环和“采-选-充-控-平-建”一体化的新型绿色矿山建设技术;构建了从煤矸石中提取高岭土,废矸石用于充填采煤沉陷区的煤矸石综合利用模式(实现了经济增益,处理了煤矸石约625.2万t);建设了清洁、低碳、安全的风光微电网(初步估算平均年上网电量约13924.6万kW·h);减少了矿井二氧化碳排放量13367.6万kg;治理并利用了采煤沉陷区土地面积1060 m^(2)。龙王沟新型绿色矿山建设大幅提高了矿区土地利用率,缓解了矿井用电压力,减少了二氧化碳排放量,从根源上解决了制约龙王沟煤矿发展的难题,为绿色矿山建设提供了新思路。

东部草原区露天煤矿减损开采与生态系统修复技术及应用

东部草原区是我国重要的煤能源基地,煤炭开发为东北区能源保供和我国经济发展做出了巨大贡献。东部草原区气候酷寒干旱、土壤瘠薄、植被抗扰动能力低,而煤炭大规模开发导致了当地草原退化和水位下降等问题,因此开展了东部草原区露天煤矿减损开采与生态系统修复研究,提出了露天煤矿源头减损-过程控制-末端治理的生态修复理念,研发了开采节地减损、物料跨时空调配储用和“生态窗口期”协同修复等技术,并在胜利露天矿和宝日希勒露天矿进行技术应用和示范。结果表明:胜利露天矿原排土工作帮坡角提高了2.9°,可开展生态修复时间提前0.9 a,采场占地面积缩小75.2 hm^(2);仅在宝日希勒露天矿南帮实施冻结期靠帮开采-快速回填技术多回收煤炭资源69.55万t,占年生产能力的2%,在满足露天矿生产能力的前提下少征地2.4 hm^(2)/a。研究成果为相似露天矿开展减损开采与生态修复工作提供了技术支撑,具有广泛的应用和推广价值。

神东高强度开采煤矸石规模化利用模式研究

针对神东高强度开采矸石产量大且现有各种矸石利用、处置方式均存在一定局限性,导致矸石消化能力不足的问题,提出了神东高强度开采煤矸石规模化利用模式,分析了神东各矿井矸石产量及实际生产条件、神东矿区矿井实际情况及周边产业分布情况、各矿煤矸石利用途径,总结了煤矸石发电、煤矸石铺路、煤矸石生产建筑材料、煤矸石制高岭土、煤矸石用于农业和工业、煤矸石井下充填利用等,构建了神东矿区煤矸石规模化利用模式,实现煤矸石地面资源化利用,结合矿井回收煤柱、灾害治理等进行矸石充填开采,消耗剩余大部分矸石,且应用充填开采不得影响矿井产量,同时对充填方式进行适当优化,精准落实“一矿一策”,形成条带胶结膏体充填、综采膏体充填、注浆充填、固体充填、“采选充”一体化充填和多模式综合充填等神东井下分类精准化充填模式。这种“地面资源化利用+井下精准化充填”矸石规模化利用模式,能够实现经济效益和矸石处置、灾害治理效益最大化。

我国井下智能干选技术装备发展及展望

井下智能分选技术装备是煤矿智能化建设的重要组成部分,也是当前深入推进绿色矿山建设的重要抓手。文章总结了当前智能干法煤矸识别技术装备的发展现状,介绍了当前井下智能干选工艺应用的阶段性成果,探讨了井下智能干选工艺布置的基本准则:紧凑型、智能化、模块化、一体化,并分析了制约其装备研发与应用的关键因素:布料均匀性、识别高效性、粉尘无害化。最后从社会效益及经济效益等角度展望了其发展趋势。

近全岩保护层开采煤矸井下分选及充填一体化技术研究与应用

结合平煤十二矿深部突出矿井的地质特点,针对己15突出煤层需要卸压开采但不具备常规保护层的问题,提出了近全岩保护层开采理论,将仅含煤线厚夹矸的全岩或近全岩层设计为保护层;针对高夹矸煤一次采全高设备损坏率高的难题,通过硬岩辅助预裂爆破软化处理工艺实现了煤岩快速截割。其次,鉴于近全岩保护层开采过程中矸石产量大的问题,平煤十二矿结合现场实际工况合理高效地布置了煤矸井下分选系统,研发了适用于千米深地煤矿井下洗选一体化设备,实现了矿山灾害防治和矿山安全高效生产。最后,采用阻化剂对矸石进行阻化处理,研究了井下充填工艺与方法,形成了深部突出矿井的安全、绿色开发模式,对我国同类矿井的开发具有一定的参考价值。

红庆河煤矿绿色矿山建设实践

介绍了内蒙古伊泰广联煤化有限责任公司红庆河煤矿的基本情况,重点阐述了红庆河煤矿在矿区环境、资源开发方式、资源开发利用、节能减排、科技创新、智能矿山建设、企业管理与企业形象等领域开展的绿色矿山建设具体实践。目前,红庆河煤矿基本实现绿化全覆盖,并采用新技术、新设备有效提高了资源开发效率;通过矸石离层注浆项目实现了矸石零排放;同时,全力推动煤矿智能化建设,增强地企合作,助力乡村振兴,已将红庆河煤矿基本建成了资源节约型、环境友好型的绿色矿山。

淮北矿区海孜煤矿覆岩隔离注浆技术

绿色矿山建设成为行业共识,众多煤矿都在积极探寻高效环保的新型生产方式。淮北矿区海孜煤矿将矿山充填技术与矿井废弃物处理有机结合,采用了矸石覆岩隔离注浆充填技术,介绍了技术的背景、思路、原理以及实际应用情况。该技术能有效减少地面塌陷及地裂隙等地质灾害,同时消除地面煤矸石大量堆积导致的对矿区生态环境的破坏,实现经济效益和社会效益双达标。该技术可为矿山绿色开采提供新思路、新方法。

哈尔乌素露天煤矿绿色节能矿山建设策略与实践

阐述了国能准能集团哈尔乌素露天煤矿基于黄土高原原始地貌土体构成特性,在肩负煤炭生产保供重任同时,通过制定具有自身特色的绿色矿山建设策略,进行露天煤矿采区生态修复美化的具体实践。其构建起集水土流失控制技术、生态重构技术、复垦绿化标准化作业技术于一体的排土场复垦区治理体系,累计实现复垦绿化土地共683.1 ha,植被盖度提升55%。同时,基于煤矿智能化建设和维护职工职业健康目标出发,通过推进主采系统与生产辅助设备的智能化与无人化,极大地改善了作业人员的工作环境,从源头上隔绝了尘肺病等职业性呼吸系统疾病的发生。在节能减排方面,通过科学管理和精细化管理,使原煤开采吨煤综合能耗控制在3 kg标煤,远低于国家能耗限额先进值,超标准达到国家能耗“双控”要求。

乌海能源利民煤矿生态矿山建设研究与实践

简要介绍了国能乌海能源内蒙古利民煤焦有限责任公司利民煤矿(以下简称“利民煤矿”)的基本情况,具体阐述了利民煤矿在进行生态修复治理和企业节能减排领域采取的主要措施和取得的相关成果,同时介绍了利民煤矿“十四五”规划中在绿色转型发展方面的主要目标和任务。利民煤矿通过“落水种”法,在不用人工撒播种子的条件下,营造出红柳和芨芨草混交林;通过加大节能新技术、新工艺、新设备和新材料的研究开发力度和推广应用,加快淘汰了高耗能落后工艺、技术和设备,把节能降耗技术改造作为增长方式转变和结构调整的根本措施,促进了企业生产工艺的优化和产品结构升级,并且实现了技术节能和结构节能。

红阳二矿绿色矿山建设分析

为了响应国家绿色矿山建设,红阳二矿开展了绿色矿山的建设与规划。通过分析红阳二矿绿色矿山建设的现状,主要包括绿色矿山基本条件、矿山管理、绿色开发情况、综合利用情况、节能减排情况、技术创新情况和环境保护与土地复垦情况,发现该矿已经满足了绿色矿山的基本要求。为了进一步推进绿色矿山建设,制定了两阶段建设方案,可以为绿色矿山完善提供一定的指导。