提升神东采掘运设备价值最大化的措施

通过调研和分析神东公司采掘运大型机电设备目前的使用和管理现状,从神东集团13个矿井的生产、机电设备结构配置、机电设备成本、机电设备管理等方面入手,深入分析影响采掘运大型机电设备价值最大化的原因,并给出后期发挥采掘运大型机电设备最大使用价值的努力方向,对降低机电设备成本的投入以及安全、高效生产具有现实意义,对其他煤炭企业采掘运设备的高效、精细、精益、价值最大化管理亦有重要的借鉴作用。

提升神东煤矿机电设备管理效益的探究

文章从煤矿机电设备的配套、运行、大修、车辆辅助运行、指挥调度、新技术标准应用六个方面调研了国能神东煤炭集团公司煤矿机电设备目前使用和管理的现状,深入分析其原因并给出了提升机电设备管理效益的具体措施,这对国能神东煤炭集团公司提升机电设备管理效益具有十分重要的指导意义,对其他煤炭企业机电设备的精细、精益,安全管理亦有重要的借鉴作用。

神东煤矿机电设备大型部件安全库存分析

为探讨煤矿机电设备大型部件安全库存的必要性以及对煤企安全生产的影响,通过调研国能神东机电设备大型部件库存的现状,给出了保障国能神东煤矿机电设备大型部件安全库存的具体措施。分析认为,开展机电设备大型部件库存统计对实现国能神东在管理上的提质降本增效有重要的作用,且在实践中应建立一套符合神东模式的机电设备大型部件安全库存储备标准,有助于为设备管理提供科学精准的参考。

神东矿区立体帷幕注浆精准堵漏风与高效防灭火技术

为高效治理神东矿区浅埋藏煤层开采漏风引起的煤自燃隐患,以大柳塔煤矿活鸡兔井12_上、12_下煤层工作面为研究对象,通过立体帷幕注浆的方式进行精准堵漏风与防灭火工程示范。首先利用地质剖面移动角计算注浆距离,并设计注浆平面布置,同时针对不同地质情况,设计了先导钻孔、注浆钻孔和监测钻孔;根据活鸡兔井实际情况,共施工104个钻孔,设计帷幕体长度约1020 m,高度约40 m;通过分段上行式注浆法,设计工作面切眼外侧注浆高度72 m,12_上205运输巷段注浆高度12 m,注浆宽度15 m,总注浆169569.1 m^(3)。通过立体帷幕注浆,12_下205工作面漏风较同条件下最大减少约1000 m^(3)/min,12_下207工作面漏风较同条件下最大减少近800m^(3)/min;堵漏风效果明显,有效降低12_下煤层工作面煤自燃隐患。

西部高强度开采矿区覆岩破坏发育高度分析

导水裂缝带是煤层顶板水害的主要通道,准确预测计算其发育高度是保障矿山安全生产的重要任务。在实测资料的基础上,通过采用理论分析和相似模拟等方法,揭示了西部高强度开采矿区采动覆岩的破坏类型、破坏关系及导水裂缝带的发育特征。结果表明:在薄基岩厚煤层高强度开采条件下,覆岩破坏类型为严重损坏类型。在采动覆岩中只存在“两带”形式,在采空区上方不存在岩层破坏后的具有一定隔水性的弯曲带,导水裂缝带直通地表,地表严重受损。覆岩以组合关键层的形式发生运移。在采动过程中组合关键层以滑落失稳的方式在岩层两端产生切落式破断,导致上覆基岩和松散层切落破断,地表产生台阶状裂缝。地表实测台阶状裂缝沿工作面推进方向的间距与井下周期来压步距相一致。综合考虑覆岩破坏的开采厚度与基岩厚度等关键性因素,提出了高强度开采导水裂缝带发育高度预测计算公式,其可靠性得到了现场实测与相似材料模拟结果的验证,研究结果对于神东矿区煤矿安全开采具有一定的指导意义。

神东矿区干旱空间异质性及其环境驱动机制

【目的】分析神东矿区干旱空间异质性及其环境驱动机制,为该地区生态环境改善的精准施策提供参考。【方法】基于温度干旱植被指数(Temperature Vegetation Drought Index, TVDI)分析神东矿区2002—2018年植被生长季的地表干旱状况,利用地理探测器分析不同环境因子对干旱空间异质性的影响。【结果】2002—2018年,空间平均TVDI呈持续下降趋势,2018年空间平均TVDI最低,为0.561。年内干旱程度最严重时期集中在5—8月,研究区西南部干旱程度大于东北部。降水、归一化植被指数、土壤类型的地理探测器q>10%,以上因子与其他因子之间的交互作用能增强单因子对干旱空间异质性的解释性能。塌陷区年平均TVDI高于非塌陷区。【结论】TVDI可有效表征矿区干旱状况,降水、归一化植被指数、土壤类型为影响研究区干旱空间异质性的主要因子。

补连塔煤矿回采巷道锚索主动式超前支护技术应用

为了实现神东矿区综采工作面的无人化、少人化,降低工人劳动强度,以补连塔煤矿22406综采工作面为背景,采用理论分析计算与现场实测相结合的研究方法对工作面主运巷采用锚索主动式超前支护方式的科学性和合理性开展了研究,同时引用两侧实体煤巷道力学模型对主运巷专用锚索超前支护设计进行验证,通过验证“排距3 m,每排2套”的超前支护形式满足工作面超前支护要求。通过主运巷道超前支护段锚杆(索)受力监测可知,工作面推进过程中,超前支承压力的影响范围约为42 m,在距工作面10~26 m范围,超前支承压力增加幅度较大,应力集中系数为1.23~1.5。通过巷道围岩表面位移监测可知,主运巷在距离回采工作面35 m左右受采动影响开始变形,回采过程中,顶板最大下沉量达到16 mm,底板最大底鼓量达到42 mm,两帮最大移近量达到45 mm。研究结果表明,采用锚索补强超前支护方式,巷道围岩得到有效控制,围岩整体稳定且变形可控,现场应用效果良好。

基于遥感生态指数的神东矿区1990—2022年煤炭开采对生态环境的影响分析

定量分析煤矿开采、土地复垦等人类活动对环境产生的影响可为矿区环境保护提供复垦依据。基于1990—2022年Landsat影像,采用遥感生态指数RSEI评估神东矿区的生态环境时空动态演变特征,并利用随机森林模型建立温度、降雨、潜在蒸散发与RSEI的关系模型,得到气候条件下RSEI的预测值R′SEI,结合残差分析与基于Landsat的干扰和恢复趋势检测(Landtrendr)算法定量评估人类活动的影响。结果表明:①矿区与矿井尺度的整体RSEI均值皆有所上升,但矿井尺度RSEI均值低于矿区尺度;2018—2022年光伏区RSEI下降速率为-0.027,略低于控制区,表明神东矿区整体生态环境得到略微改善,但人为采矿活动导致矿井尺度生态环境质量低于矿区尺度,而光伏区的建设对生态环境起到了改善作用。②神东矿区采矿前(1990—1996年)和采矿后(1996—2022年)R′SEI与实际RSEI的相关系数R^(2)为0.61。矿区生态环境在只受气候因素影响下呈变好趋势。③采矿后(1996—2022年),矿区尺度残差δ均值为0.07,δ<0的部分主要集中在矿区北部矿井集中区及其周边地区,占总面积的39.74%,每当矿区有新矿活动加入,δ<0的面积占比就会大幅增加;矿井尺度整体δ均值在1996—2000年呈下降趋势,2000—2012年呈上升趋势,2012—2022年呈下降趋势。④1990—2022年矿区尺度扰动和恢复强度均值分别为0.45、0.37,矿井尺度扰动和恢复强度均值分别为0.43、0.37,矿井尺度扰动强度低于矿区尺度但恢复强度与其相近;采矿后(1996—2022年),扰动与恢复面积占比都保持先上升后下降趋势,表明矿区扰动和恢复行为总是伴随发生且煤炭开采所产生的扰动可由生态遭到破坏后的自我修复及人类复垦行为进行抵消。矿区扰动持续时间占比最大为1 a,恢复持续时间最大为16 a,表明研究区的采矿扰动为急剧的采矿干扰事件,短暂采矿干扰影响发生之后,便有恢复事件发生,且人为对矿区采取的修复行为具有长期性和持续性。综上所述,煤矿开采行为对矿区生态环境造成较强的负面影响,但人类对矿区生态采取的各种治理措施及环境自身的修复能力可对其进行修复。该研究有助于理解煤炭开采对矿区生态环境的影响,并为神东矿区生态环境质量的恢复与提升提供科学依据。

补连塔煤矿12511工作面覆岩导水裂隙带发育特征

采动诱发覆岩导水裂隙带发育范围探测及机理研究对于科学指导煤矿井下涌水量统计、工作面水害防治及保水开采具有重要意义。本研究以神东矿区补连塔煤矿12511工作面为地质原型,基于物理模型试验对工作面开采引起的导水裂隙带发育高度进行研究,并通过钻孔视频与冲洗液漏失量的结果进行综合评定。研究结果表明:物理模型试验测试的顶板初次来压步距50.6 m,平均周期来压步距为15 m,岩层断裂角变化范围为32°~60°,平均51°,顶板基本运动方式主要为离层、弯曲、断裂、回转、垮落;工作面从100 m位置到推进至200 m位置过程,随着顶板的破断并不断压实,覆岩裂隙密度从初次来压时的20条/m降至16条/m。冒落带发育高度35.7 m,裂隙带发育高度为118 m,依据现场钻孔视频与冲洗液流失量监测结果,认定导水裂隙带高度为93.12 m,冒落带高度为36.52 m,裂采比为16.63∶1。研究证明了基于物理相似模型试验得出的导水裂隙发育特性结果的合理性,对于推动覆岩导水裂隙带发育高度的研究具有重要意义。

神东矿区矿井水灌溉适宜性空间分布特征

神东矿区位于我国西北地区,气候干旱,水资源匮乏,大量矿井水被用于矿区生态灌溉。针对矿井水灌溉适宜性,通过矿区矿井水现场采样和水化学测试,分析了水质参数的空间分布规律及水化学类型,分别应用钠离子吸附比(SAR)、可溶性钠百分比(K_(Na))、凯利比率(KR)、渗透率指数(PI)、残余碳酸钠(RSC)、镁吸附比(K_(Mg))单指标法以及USSL图解法、Wilcox图解法进行了长期生态灌溉适宜性预测评价,同时结合矿区地下水位埋深、土壤质地类型以及气候条件,讨论了指标的适用性。研究结果表明,神东矿区矿井水中主要离子质量浓度排序,阳离子为Na^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、K^(+),阴离子为HCO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)、Cl^(-)、NO_(3)^(-);矿井水整体上呈弱碱性,Cl^(-)、NO_(3)^(-)离子浓度在空间上变化较显著;Na^(+)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、溶解性总固体(TDS)、电导率(γ)之间、Ca^(2+)与Mg^(2+)之间存在较强的正相关性,F^(-)与Ca^(2+)、Mg^(2+)之间具有一定的负相关性;矿井水主要水化学类型为NaHCO_(3)型,化学成分主要受到离子交换作用以及蒸发作用的影响;矿井水中Na^(+)、SO_(4)^(2-)、Ca^(2+)、Mg^(2+)相对富集,且Cl^(-)、F^(-)、TDS和γ存在超标;矿区地下水和地表水渍涝共同影响下的盐分积累作用不明显,土壤板结问题不突出,PI法、USSL图解法不适宜本区灌溉水质评价;基于Wilcox图解法的评价结果,哈拉沟矿、石圪台矿及大柳塔井的矿井水适宜作为灌溉水,补连塔矿、上湾矿、布尔台矿、乌兰木伦矿及活鸡兔井的矿井水不宜长期直接用于灌溉。研究结果对于合理开发利用矿区矿井水资源具有理论与实际意义。

基于多源遥感数据融合的神东矿区植被覆盖变化及其驱动力分析

【目的】揭示神东矿区长时序下植被覆盖变化特征及其演变机理对矿区的生态修复和可持续发展具有重要意义。【方法】利用STARFM方法融合Landsat和MODIS数据,构建2000-2022年神东矿区的长时序核归一化植被指数(k NDVI)数据,分析其变化趋势,利用偏相关分析和地理探测器模型探究矿区植被覆盖变化的驱动机制。【结果】1)基于STARFM方法融合的年kNDVI与年kNDVI影像具有较强的相关性(R^(2)=0.864),表明融合后的Landsat影像精度较高。2) 2000-2022年神东矿区植被整体呈现明显改善趋势,显著改善面积占比达到90.36%。3)土地利用类型是影响神东矿区植被覆盖度的最主要驱动因素;此外,气象因子对kNDVI的约束力先增强后减弱。【结论】研究结果可为更好构建可持续、绿色矿山提供科学依据。

布尔台矿综采工作面主运巷道矿压显现规律研究

针对神东矿区特大型矿井在较深开采深度下矿压显现规律研究不足的问题,以布尔台煤矿22209综采工作面为工程背景,研究较深埋深条件下高开采强度综采工作面主运巷道矿压显现规律,结果表明:巷道表面位移监测显示,主运巷道顶板、正帮、副帮均未发生明显变形,巷道围岩变形可控;煤壁钻孔应力监测显示,在距离煤壁45 m左右的位置开始进入超前应力影响区域,应力值增幅开始明显,在10 m左右位置应力增幅明显增大,煤壁可能会出现帮鼓、片帮,甚至存在炸帮的可能性,推测此段处于超前支承压力峰值区域,必须严格执行超前锚杆索防护;数值模拟分析,在锚杆与锚索支护方式下,主应力和剪切应力均不同程度缩小了范围,围岩的完整性得到提升,顶板塑性区块的数量下降,以拉伸破坏为主,巷道两帮塑性区范围变小,且以剪切破坏为主。

神东矿区顺槽物料运输现状与发展趋势

介绍了神东矿区综采工作面主要巷道构成、顺槽掘进工艺、掘进工作面成套设备配套以及物料运输的现状,分析了顺槽掘进工作面物料运输存在的问题,展望了煤矿井下物料运输的发展趋势。

神东千万吨矿井群掘进设备配套管理探索

神东矿区煤层埋藏浅(大部分在100 m以内)、上覆基岩薄、煤层稳定,具备实行大规模集约化设备配套管理模式的条件。自神东公司成立以来,立足世界前沿、创新采煤技术,形成千万吨矿井群建设核心配套体系。神东煤炭集团的快速发展,离不开高度集约化的设备配套管理模式。详细阐述神东掘进设备配套管理的特点和优势,并对集约化设备配套管理模式下掘进设备的配套标准进行分析说明。

A Synergetic Study on Large-Scale Coal Mining and Eco-Environment Protection in Shendong Coal Mining Area

Based on the sharp contradiction between the economic benefits and adverse ecological impact of coal development in China's west,this paper establishes an evaluation model for the synergetic eco-environmental development in Shendong Coal Mining Area through using synergism of five laws and the fuzzy comprehensive evaluation method. The analysis on synergy between large-scale coal mining and the eco-environment protection in Shendong is also conducted,arriving at the conclusion that synergetics of Shendong 's eco-environment protection is"good". And thus,the result sheds light on the fact that while working to quench China's energy demand on its path towards a modernized large coal mine complex,Shendong,as part of Shenhua Group's mining operation,has applied innovative management concepts and models to improve eco-environment for harmony and win-win results between resource exploration and environmental protection.

Prevention and Control Mode of Desertification in China＇s State Energy Group Shendong Mining Area with Annual Coal Output of 200 Million Tons

According to the strategic goal of sustainable development,construction and management for the construction of Shendong mining area with ecological safety,the ecological restoration principle of ＂ control protects development and development promotes control＂ for desertification prevention and control was adopted,and engineering measures,plant greening measures,and enclosure management and protection measures were taken to prevent and control desertification in the mining area based on careful detailed investigation and accurate planning and design in the early period. After 32 years,the desertification ecological landscape environment of the mining area has undergone a qualitative change,and the vegetation coverage has increased from 3%-8% to above 60% after the development. The former desertification land has become a modern green energy base that has produced 200 million tons of coal every year. The construction and management mode of an ecologically safe and modernized green coal mining area built by Shendong in the desertification region of northwestern China shows that taking appropriate comprehensive ecological restoration construction technology and management measures that integrate engineering,plants and enclosure management and protection is an effective technical and management paradigm for the construction of a modernized green large-scale coal mining area in China＇s arid and semi-arid regions.

基于大样本的露天开采植被扰动范围一般性统计规律——以神东煤炭基地为例

露天开采对植被的扰动范围对于矿区生态环境治理与修复具有重要意义。现有研究主要以单个或若干个煤矿为研究对象,所得结论仅能反映个体煤矿的特点,缺乏对区域尺度上大量露天煤矿的开采扰动一般性规律研究,难以在实践中推广使用。针对上述问题,本研究根据临近煤矿分布特点与生态扰动类型,定义了4种类型的露天煤矿区OD-NDVI曲线(Orientation Distance-Normalized Difference Vegetation Index Curve),包括“负独立型曲线”、“负密集型曲线”、“正独立型曲线”和“正密集型曲线”,并提出了基于OD-NDVI曲线的开采植被扰动距离提取方法,包括数据预处理、OD-NDVI曲线提取、曲线分类与开采扰动距离识别4个主要步骤。以神东煤炭基地106个露天煤矿为研究对象,提取所有煤矿的开采扰动距离并进行定量统计分析,揭示了研究区露天开采对植被扰动范围的一般性统计规律。结果如下:(1)采用Shapiro-Wilk统计检验方法进行显著性检验,发现神东煤炭基地露天煤矿的开采扰动距离符合正态分布(R^(2)=0.95),开采扰动距离大多在均值1 214 m附近,且68.26%的开采扰动距离分布在[939.05 m, 1 488.71 m]内(均值的1倍标准差内);(2)借助箱线图统计,揭示了露天煤矿的开采扰动距离存在有界性特点,最大值为2 025 m,最小值为600 m,仅有0.13%的开采扰动距离大于2 038.37 m(超过均值3倍标准差);(3)通过分析露天煤矿在8个方向上开采扰动距离的变异系数,发现其开采扰动距离存在显著的方向异质性,70.7%的煤矿方向开采扰动距离存在较强或中等方向异质性,仅有29.3%存在弱方向异质性;(4)通过拟合建模分析,发现开采扰动距离与实际年产煤量存在显著的对数模型关系(R^(2)=0.613),随着煤矿的年产煤量增长,其开采扰动距离呈对数增加,但在年产煤量增加至232万t后,年产煤量对扰动距离无明显影响作用。基于大样本露天煤矿的统计分析结果具有更强的普适性和精细度,有望为干旱半干旱煤矿区的分级分区治理、精准修复、生产计划优化等提供科学指导。

基于生态产品价值视角的矿区植被恢复成效评估:以神东矿区为例

生态系统服务和生态产品价值提升是矿区实施植被恢复的主要目标.神东煤矿是我国最大的煤炭生产基地,地处黄土高原与毛乌素沙地过渡地带,原生生态环境极其脆弱.为了解神东矿区近30年来植被恢复成效,本文基于遥感影像、地面观测和经济统计数据,采用修正后的单位面积价值当量因子法,引入生态系统质量调整系数用以区分同类生态系统内部差异,构建区域生态产品价值评估模型,评估1990—2018年神东矿区生态产品价值及时空变化特征,从生态产品价值视角定量揭示矿区植被恢复效益.结果表明:①从整体上看,近30年神东矿区生态产品总价值增加6.57×10^(8)元,单位面积生态产品价值增长84.33×104元/km^(2),其中价值增高区域占65.35%,主要位于矿区东部的哈拉沟、大柳塔、石圪台、柳塔、乌兰木伦煤矿以及矿区西部的活鸡兔井;价值量减少区域占33.32%,主要位于乌兰木伦河沿岸及矿区西部的寸草塔、布尔台、补连塔、上湾煤矿边缘地区.②从不同服务类型看,其生态产品价值增量自高到低排序依次为调节服务、供给服务、支持服务、文化服务,增量分别为3.35×10^(8)、1.84×10^(8)、1.14×10^(8)和0.23×10^(8)元,其中增幅最大的为供给服务,增长率达273.78%.③从不同恢复模式看,2018年单位面积生态产品价值自高到低排序依次为经济林模式(291.31×104元/km^(2))、光伏灌草模式(182.47×104元/km^(2))、生态林模式(171.70×104元/km^(2))、风沙防治模式(166.74×104元/km^(2)),近30年这4种模式的单位面积生态产品价值均呈增加趋势,分别增加177.68×104、48.62×104、32.80×104、166.74×104元/km^(2).其中,经济林模式兼具供给服务、调节服务、支持服务和文化服务,单位面积生态产品价值最高且增量最多,能够有效提升矿区生态产品价值;光伏灌草模式和生态林模式能提供较高的调节服务和支持服务,但供给服务不高;风沙防治模式的调节服务和支持服务较高,供给服务和文化服务不足,但由于本底价值较低,单位面积生态产品价值增量较多.研究显示,近30年来神东矿区4种恢复模式下单位面积生态产品价值均呈增加趋势,生态效益和经济效益明显.从生态产品价值视角评估矿区植被恢复成效,能够为矿区制定科学的植被恢复计划提供参考,同时也为矿区生态产品价值实现提供基础数据和科技支撑.

神东矿区地表水、地下水和矿井水水质特征及健康风险评价

神东矿区气候干旱,水资源匮乏,掌握矿区各类水体的水质特征及健康风险,对合理开发与利用矿区水资源具有重要意义。对神东矿区地表水、第四系地下水和矿井水进行取样测试,测试指标包括水质常规指标和毒理学指标,采用CCME-WQI法开展矿区不同水体的水质评价,在此基础上通过建立水质健康风险评价模型分析矿区范围内不同类型人群的水质健康风险及其空间分布特征。结果表明:神东矿区地表水和第四系地下水水质总体优良,矿区东部矿井水水质优于西部,矿区西部HJT井、SW矿、BLT矿、BET矿的矿井水水质较差;矿井水水质主要受到离子交换作用和蒸发作用的影响,其分布特征与地层结构差异有关;矿区地表水、第四系地下水和矿井水通过皮肤入渗摄入途径的非致癌健康风险HI值小于1、致癌健康风险CR值小于1.0×10~(-6),表明通过皮肤入渗摄入途径的健康风险可忽略;影响矿区地表水、第四系地下水和矿井水通过饮水摄入途径的非致癌健康风险的主要指标是F~-、As和Mn;矿区西部的矿井水具有非致癌健康风险和致癌健康风险,不同人群的非致癌健康风险和致癌健康风险从高到低依次为儿童>成年男性>青少年>成年女性;矿区地表水、第四系地下水和矿井水的非致癌健康风险和致癌健康风险的空间分布特征较为一致,推测矿区矿井水的生态利用对地表水和第四系地下水水质具有潜在的影响。

保德煤矿冲沟地形下综放开采地表沉陷规律研究

针对保德煤矿综放开采易导致冲沟地形坡体裂缝异常发育甚至滑坡的现象,本文采用现场实测及数值模拟方法,研究了冲沟地形下高强度开采地表沉陷规律。研究结果表明:实测保德煤矿81306综放工作面采后的地表最大下沉量为3158 mm,下沉系数为0.53,采动影响范围190 m,计算得出基岩裂缝角为83°,移动角为78°,边界角为68°,其开采扰动影响程度及范围比传统条件有明显增大。模拟研究发现,当冲沟地形处于开采边界的正上方时,其引起的开采沉陷会异常增大,主要原因是井下采动导致上覆沟谷坡体出现一定的滑动现象。基于此,本文针对性地提出了塌陷裂缝的治理措施,研究结果为冲沟地形建筑物下开采边界的合理选择及类似条件下的沉陷控制提供借鉴。