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。

4种新疆煤无机特性及其对超细颗粒物生成的影响

深刻理解新疆煤的无机特性对其燃烧颗粒物生成的影响规律,对于新疆煤的清洁高效利用具有重要意义。选取五彩湾煤(WCW)、万象煤(WX)、天池煤(TC)和西黑山煤(XHS),深入研究了它们的无机特性及其与超细颗粒物生成之间的关联关系。结果表明,4种新疆煤主要为低灰、低硫褐煤;煤灰富含碱性元素,其中,Na_(2)O质量分数普遍高于常规动力煤(3.58%~7.13%),WCW和WX煤灰中CaO质量分数超过33%,但SiO_(2)和Al_(2)O_(3)质量分数较低,WX煤的高Na、高Cl特性尤为突出;煤中Na以水溶态为主(占比62.3%~90.6%),K则主要以盐酸不溶态存在,Fe以盐酸溶态和盐酸不溶态为主,而Ca、Mg在不同形态中的分布因煤种而异。新疆煤燃烧超细颗粒物组成均以Na、K、Cl、S为主,以Na_(2)O+K_(2)O+Cl+SO_(3)的质量分数高于50%为判定条件,准确界定了超细颗粒物的粒径范围。其中,WCW煤、TC煤和XHS煤的超细颗粒物具有相似的粒径范围(≤0.07μm);而水溶态Na含量最高的WX煤的超细颗粒物粒径范围更宽(≤0.76μm)。研究发现超细颗粒物的生成量y与煤中水溶态(Na+K)总量x呈高度线性正相关,关系式为y=0.528x−0.239,相关系数为0.948。

铜绿假单胞菌对富集镜质组新疆大南湖低阶煤的降解特性

目前,微生物降解低阶煤技术已经取得显著的研究成果,但低阶煤的组成复杂,微生物降解低阶煤的机理仍然不明晰。因此,根据煤岩学的原理,分离得到富集镜质组的低阶煤(镜质组煤样),从而简化煤的组成,再利用微生物降解镜质组煤样,进而推知微生物对镜质组煤样的降解特性。采用重力分选法分离得到富集镜质组的新疆大南湖低阶煤,利用铜绿假单胞菌对硝酸预处理镜质组煤样进行降解,通过单因素实验和正交实验研究煤浆质量浓度、菌浓度、降解时间对铜绿假单胞菌降解镜质组煤样的影响。结果表明:三种因素按对降解效果的影响由大到小为降解时间、煤浆质量浓度、菌浓度,分析正交实验结果可知,铜绿假单胞菌降解预处理镜质组煤样的最优工艺条件为煤浆质量浓度6 g/L、菌浓度6.37×10^(6) CFU/mL、降解时间11 d,最大降解率为57.1%;对镜质组煤样、预处理镜质组煤样及降解后剩余镜质组煤样进行工业分析和元素分析,发现预处理镜质组煤样经过铜绿假单胞菌降解后,C元素和N元素的质量分数减小,H元素和O元素的质量分数增大;由红外分析结果可知,预处理镜质组煤样经过铜绿假单胞菌降解后,镜质组煤样中芳香结构发生变化,烷基侧链被降解;通过XRD分析发现,预处理镜质组煤样经过铜绿假单胞菌降解后,芳香层片的间距d 002、堆砌高度L c、微晶宽度L a均减小,芳香层数N增大,表明铜绿假单胞菌能够降解预处理镜质组煤样中的芳香结构;采用气相色谱-质谱联用仪对铜绿假单胞菌降解预处理镜质组煤样后的液相产物进行分析,发现在二氯甲烷与甲苯萃取物中,质量分数最高的物质为烷烃类物质(均超过50%),其次为酯类物质(质量分数均在30%以上),相对分子质量均集中在142~394,说明铜绿假单胞菌可以将镜质组煤样降解为小分子;液相产物两种萃取物中还检测到部分胺类和硫取代基类化合物,综合元素分析结果得出铜绿假单胞菌能降解预处理镜质组煤样中的含氮结构和硫元素。

新疆黑山低阶煤镜质组的分离及其微生物降解研究

利用重液离心法分离出新疆黑山低阶煤中的镜质组,采用土壤水微菌对低阶煤镜质组进行降解实验。通过偏光显微镜分析结果可知,镜质组的最佳分离密度区间为1.15~1.20 kg/m^(3),此区间内镜质组的富集产率达到92.50%。土壤水微菌降解镜质组的最佳工艺条件为:煤浆浓度0.60 g/50 mL培养基,菌液用量8 mL/50 mL培养基,降解时间13 d,此时降解率为24.35%。FTIR分析和XRD分析结果表明,微生物降解后,镜质组的脂肪烃、芳香烃吸收峰减弱,羧基和硝基的吸收峰消失,芳香层间距增加,芳香层数减小,说明镜质组中的有机大分子已被土壤水微菌降解为小分子。GC-MS分析结果表明,镜质组的液相产物中主要含有脂肪烃、芳香烃、酯类和胺类等小分子物质,其中脂肪烃类物质的含量最高。

新疆煤炭产业发展现状及疆煤外运经济性分析研究

针对新疆煤炭外运经济性差的问题,基于近几年我国煤炭供需形势的新变化和新疆煤炭产业发展现状,分析了未来疆煤出区的主要目标市场煤炭需求量,梳理了新疆哈密和准东煤炭主产区至各目标市场的运距运费及市场价对比情况,重点研究了疆煤运至不同区域的经济性。研究表明:近三年内哈密和准东地区煤炭市场价一直处于低位,与其外运目标市场均存在一定的价格差,且在疆煤市场价与各外运目标省份及黄骅港保持一定差值时,煤炭出疆具备一定经济性。

高岭土粒径对新疆煤积灰行为及烧结特性的影响

针对燃烧新疆煤面临严重的沾污结渣问题,添加高岭土添加剂是缓解该问题的有效途径。结合沉降炉积灰实验和固定床烧结实验对不同粒径高岭土的防控性能与机理进行研究。结果表明:高岭土通过自身的稀释作用和与煤中矿物的交互作用两方面共同改变新疆煤的成灰特性,进而影响积灰行为与烧结特性;细高岭土虽然通过交互作用可以有效抑制碱性物质气相沉积,但添加剂自身的稀释作用导致成灰粒径较小,更易在初始阶段形成积灰;在两方面的综合作用下,细高岭土和粗高岭土对初始阶段积灰生长的防控效果相近;此外,添加细高岭土后更小的成灰粒径分布促进灰烧结程度的发展,不利于沉积物的吹灰清除。

新疆煤在气化过程中Na形态分布的热力学模拟研究

为研究新疆煤中Na元素在气化过程中的形态分布,基于热力学平衡原理,利用Factsage软件对新疆白石湖煤和疆纳煤的气化过程开展化学热力学模拟分析。结果表明:在气化温度为800℃~1400℃时,疆纳煤和白石湖煤中Na的主要气相产物为NaCl(g),并产生少量的Na(g)和NaOH(g),且随着温度的升高,两种煤析出的Na(g)和NaOH(g)逐渐增加,析出的NaCl(g)在1150℃时到达峰值,之后其析出量趋于平稳或降低;疆纳煤和白石湖煤在气化过程中,在800℃~1050℃下,均生成了大量的Na_(2)CaAl_(4)O_(8)(g)和少量的Na_(4)Al_(4)O_(8)(g),且当气化温度高于1100℃后,Na_(2)CaAl_(4)O_(8)和Na4Al4O8均分解消失;疆纳煤和白石湖煤在气化过程中,从1000℃开始生成液态渣,液态渣中Na的化合物主要为Na_(2)O、NaAlO_(2)、Na_(2)S、NaAlS_(2)、NaFeO_(2)和NaFeS_(2)等,这些含Na矿物质易发生共熔反应,生成低熔点共熔体,降低疆纳煤和白石湖煤的灰熔融温度,增加灰渣的黏性,导致结渣等问题。

新疆主要煤田关键煤质特征及利用途径分析研究

分析新疆主要煤田关键煤质特征及其与利用途径的适配关系,并对新疆煤炭资源开发及利用提出建议。研究结果表明,新疆主要煤田的煤质特征具有多样性,导致部分新疆煤的煤种判断极易发生偏差;煤中矿物含量及赋存状态导致煤灰成分、煤灰熔融性温度及黏温特性波动较大,极易对煤炭加工及利用产生不利的影响。新疆东部矿区以煤炭外运为主,准南煤田及南疆各煤田以满足当地用煤需求为主,准东、伊犁及准北煤田适宜建设大型煤电、煤化工基地。在利用过程中应建立商品煤质量与煤灰化学调控技术,建立煤化工项目用煤与地勘煤质数据的跟踪校正机制,保障煤质稳定。

提高临哈铁路货运能力对策研究

临哈铁路作为疆煤外运的北翼通道,提高其货运能力,为国家能源安全稳定供应提供运力支撑,对进一步服务国家能源保供大局具有十分重要的意义。在阐述临哈铁路基本情况及货运需求能力分析的基础上,针对临哈铁路运输组织过程中存在的单线区段限制能力提升、大区间列车运行调整困难、点线能力不协调不匹配、衔接线路通道能力紧张、分界口利用率不高、机车运用紧张、机班投入不足等问题分析原因,有针对性地提出新增二线及电化工程改造、开通部分车站侧线、修建车站增加会车能力、优化临河节点运输组织、加强外排车流输送、组织均衡运输及优化机车机班运用等建议,以期达到提高临哈铁路货运能力的目的。

低温氧化环境下煤炭自燃特性与铁路煤炭运输防自燃对策研究

煤炭是新疆铁路运输的重点物资,其发运量占总发运量的70%左右。由于煤炭的自燃属性,使其在站场堆存、铁路运输的低温氧化环境下存在火灾隐患,威胁着煤炭铁路运输安全和生产秩序。为探究低温氧化环境对煤炭自燃特性的影响,选取新疆哈密地区动力煤为样本,通过实验方法,从微观指标阐述煤炭在低温氧化过程中的自燃机理、自燃特性和发火规律;通过实地调研,从宏观角度分析煤炭自燃的影响因素。根据综合分析,提出完善规章制度、审查检测报告、规范堆存管理、加强温度监测、试行自动测温技术和开展阻燃攻关等煤炭防自燃管理措施,为确保铁路“疆煤外运”安全提供借鉴。

新疆某超贫钒钛磁铁矿尾渣可选性试验研究

针对某超贫钒钛磁铁矿尾渣进行可选性实践分析。先对选定的磁铁矿尾渣进行品位情况的分析,明确对应的品位范围,以此为基础,进行初始可回收比的测定。然后采用浮选柱和振动筛的组合方式对尾渣进行关联测定,针对多粒径的磁铁矿尾渣,在不同的测试温度下,测定其最终的可选回收率,获取结果数据。结果表明:粗细度不同的超贫钒钛磁铁矿尾渣在不同的测试温度下,得出的尾渣可选回收率差异较大;尾渣粒径越小,温度越高,对应的可选回收率较高;尾渣粒径大,温度越低,对应的可选回收率较低。因此,在浮选测试的背景条件下,不同粒径的尾渣都是可选回收的,温度越高,粒径较小的尾渣回收率较高,可选性强;温度越低,粒径较大的尾渣回收率较低,可选性差;尾渣的可选程度与温度和粒径的大小存在正向的关联;在测试过程中,尾渣中存在的组分越多,回收可选的难度越小。

格库铁路扩能改造需求与对策研究

格库铁路是南疆地区重要的出疆通道,于2020年开通运营,2021年运输能力已饱和。通过对比格库铁路运量构成、路网结构确定格库铁路运量增长的原因,以及其在路网中的重要作用。结合格库铁路作为单线铁路现状区间过长的特点,对增加会让站、复线及二者结合三种扩能改造方案的运输能力、工程投资、对既有线运营影响进行对比。研究表明,增开会让站方案具有工程投资少、建设工期短、对既有线运营干扰小等明显优势。采用该方案后,平图能力将由现状的15对/d提升至34对/d。本研究对于出疆通道结构布局、单线铁路扩能改造方案选择具有一定借鉴意义。

新疆东部煤中水溶态元素组合模式研究

新疆高碱煤中水溶态钠、氯、硫酸根离子等含量较高,严重影响了新疆煤的清洁高效利用,高碱煤中水溶态元素的组合模式及其对煤质的影响已成为科学认识和评价新疆煤需要解决的一个基本问题。研究采集了新疆东部地区大井、西黑山、三塘湖、淖毛湖和沙尔湖等矿区的煤层煤样和商品煤样,以及不同矿区地表土壤、煤层上覆岩层、煤层顶板和夹矸样品,包括部分矿区地表盐岩样品,利用溶滤试验,测定了各相关样品中水溶态离子的含量;综合各矿井煤灰成分分析、水溶态离子占比、水溶态离子比值参数与Piper三线图等方法,分析了不同矿区煤中水溶态元素的组合特征差异;通过比较煤层、含煤地层中其他岩层及地表土壤中各种水溶态离子含量的变化,初步探讨了煤中水溶态元素的可能成因及其影响因素。结果表明:新疆东部不同矿区煤中水溶态元素含量和组合模式都存在比较显著的差异,其含量差异可以达3倍左右,组合模式方面,既有Cl-Na型和Cl·HCO_(3)-Na型,也有SO_(4)-Na·Ca型和SO_(4)·HCO_(3)-Na型等其他类型组合分布。各种水溶态离子比值参数显示,煤中水溶态离子之间发生过离子交换作用。新疆高碱煤的形成是一个目前仍在发展中的现代地质作用过程,地表盐岩和土壤中水溶态离子随地下水下渗逐步进入煤层而导致高碱煤形成的可能性极大,且过程比较复杂。受离子交换作用和沉淀作用等因素影响,煤中碱金属、碱土金属和氯、硫等元素的相互结合形态、赋存状态变得更加复杂,但水溶态仍是主要形式。

新疆侏罗系煤层地下“水库”型水害防治实践研究

新疆地区侏罗系含煤地层广泛发育,其水害防治逐渐成为影响煤炭资源勘探开发的关键问题。通过对新疆侏罗系含煤地层赋存特征的总结分析,探讨了煤矿水文地质特点及水害要素,结合火烧区积水和老空区积水防治案例,提出地下“水库”型水害防治方案。研究表明,新疆地区探明矿区主要集中在6个片区,侏罗系煤层开采直接充水含水层主要为顶底板碎屑岩孔裂隙含水层,富水性弱,但在火烧区、老窑和采空区、断层破碎带易形成积水区,造成地下“水库”型水害。通过防治案例发现,采用地面物探和钻探验证确定积水区,利用井上下钻孔疏排的方式可以较好地解决水害威胁,确保煤矿安全生产。

玉米芯对新疆皮里青次烟煤灰熔融特性的调控

生活中会产生许多生物质废弃物,为了使这些废弃生物质得到充分利用,该研究将生物质灰与新疆皮里青次烟煤(PSBC)灰混合后研究煤气化特性。加入玉米芯灰后测定PSBC的灰熔融温度,用不同比例的煤制备混合灰分样品,借助HR-4A型微机灰熔点测定仪,测定生物质灰对PSBC灰熔融特性的影响。结果表明:添加不同比例的玉米芯,都可以降低PSBC的灰熔融温度,但结果呈现出不同的趋势。由Factsage7.2软件分析生物质与煤混合后生成了低熔点的镁硅钙石、碳酸钾和高熔点的氧化钙等各种矿物质,根据混合后矿物质变化分析出PSBC的灰熔融温度变化原因。

基于InSAR技术的露天矿恢复治理形变监测

煤炭等矿产资源大规模的开采,满足了我国经济建设需求的同时,也导致了地面塌陷、采空区沉降等一系列灾害,严重制约着矿区环境、社会经济的可持续发展。合成孔径雷达干涉测量技术以其全天时、全天候、高精度和大面积覆盖监测的优势将成为监测矿区灾害的首选技术。以新疆某露天矿区为研究对象,选取2018年2—12月的升降轨哨兵数据,基于SARscape软件,采用SBAS-InSAR技术进行处理,得到该煤矿的时间序列形变图及形变速率图,并对形变速率进行了二维分解,获取到东西向和垂直向的形变速率,矿坑内坡体的东西向形变速率在-140~40 mm/a,垂直向形变速率在-196~20 mm/a。研究表明,InSAR技术可以有效应用于露天矿恢复治理过程中的形变监测,为边坡稳定及治理工作提供有效的数据支撑。

水电煤电协同发展促进电力系统低碳转型方案评价

为协同开发水电(抽蓄),积极谋划煤电退役规模与时序、整合风光资源,保证系统稳定低碳过渡,以及探究电力系统转型(主要考虑水电发展与煤电发展)中多指标、多层次的综合效益问题,以新疆维吾尔自治区电力系统转型方案为例,构建了详细考虑水库运行条件与机组运行特性的电力系统机组组合模型,依据地区发展规划制定基础退役、水电改造、煤电改造、增加抽蓄以及加速退役5种转型场景,结合层次分析法-熵权法建立了经济、环境、技术与社会4个维度的综合评价指标体系。结果表明:(1)在协同煤电转型下增加抽水蓄能可有效降低电力系统弃风弃光量与系统失负荷概率;(2)增加抽蓄并合理规划退役煤电未增加电力系统年度成本,且可以减少系统碳排放;(3)加速退役场景的综合评价得分最高,为71.53。研究成果可为新型电力系统构建与水电(抽蓄)开发、煤电退役以及整合风光资源提供理论支撑。

铁路疆煤外运运输通过能力提升对策

在我国深入实施碳达峰、碳中和的大背景下,随着煤炭行业供给侧结构性改革的纵深推进,全国煤炭生产基地向新疆集中,疆煤产能得到进一步释放,在满足当地市场需求的前提下,将持续大幅度提高疆煤外运量,填补国内市场的煤炭缺口。综合分析当前铁路疆煤外运运输通过能力现状及存在问题,针对主要站点及部分区段运输通过能力不足、机车机班运用相对紧张、施工作业组织待优化等多重因素影响,结合疆煤外运主要流量、流向,从系统提升点-线-网运输通过能力、补充机车机班及优化机车运用、提高货物列车编组质量、优化施工组织、提升调度精细化指挥水平5个方面提出改进建议,以进一步提升铁路疆煤外运运输通过能力,为满足疆煤外运需求提供运力支撑。

准东煤田西山窑组煤层地震反射特征及其地质意义

应用陆相聚煤盆地沉积学的理论,通过对地震反射波特征的认识,揭示了地震响应所反映的煤岩层赋存形态的地质意义;结合钻井岩心描述、测井资料等构建初始模型,反演煤层反射波物性参数,建立地震资料与复煤层宏观结构的联系,描述了煤层的赋存形态。

疆煤外运相关问题分析及对策研究

从系统总结新疆维吾尔自治区煤炭生产和运输现状出发,分析疆煤外运煤源、运输结构、供应范围和运输通道布局及运力适应状况,归纳当前疆煤外运在运输经济性、通道能力和运输组织等方面存在的主要问题和制约因素。结合近一段时期内煤炭供应的形势变化,围绕我国煤炭保供稳价逐步常态化的现实需要,按照国家和新疆维吾尔自治区新的开发政策和外运目标,研判疆煤外运总体发展态势和市场增长空间,提出疆煤外运通道建设规划和运力保障的初步方案,以及矿区生产、集疏运系统配套完善、运价机制等方面的具体对策,为推动新疆地区煤炭开发,增强疆煤外运市场竞争能力,实现良性发展提供理论支撑和决策依据。