煤矿采空区破损煤岩层的渗透性研究

利用矿井资源修建地下储库有助于实现“碳达峰,碳中和”战略目标,保障国家能源安全。掌握矿井储存空间内煤岩层渗透特性,是确定地下储库储存容量,保障储能系统稳定性和安全性的前提。本文以灵新煤矿矿井浓盐水地下储库工程为背景,开展现场原位压水试验,对采掘完成的矿区煤岩层渗透特性进行研究,探明了矿区遗留煤柱、采区顶、低板的渗透特性和透水能力。试验结果表明各煤层遗留煤柱的稳定流量值为1.0~6.12 L/min,15和16煤顶板稳定流量为1.76~8.82 L/min,16煤的底板稳定渗流量为1.971~8.82 L/min。在此基础上,计算了各层煤柱透水率为0.046~0.261 Lu,顶板透水率为0.07~0.162 Lu,底板透水率为0.042,其中16煤煤柱透水率最大,为0.261 Lu。煤岩层透水性较差,有利于修建地下储库工程。

我国煤炭开采水资源保护利用技术研究进展

水资源短缺是全球性问题,我国是全球最缺水的国家之一。煤炭资源与水资源的逆向分布使得我国煤炭开采水资源保护利用成为煤炭绿色开发的重大技术难题。我国西部已成为煤炭的主产区,但该地区生态环境脆弱,水资源蒸发量大,矿井水外排后蒸发损失是我国目前煤炭开采年损失60亿t矿井水的主要原因。系统分析了煤炭开采水资源保护利用的技术进展及工程应用特点;介绍了神华集团经过近20年的技术探索和工程实践,突破传统理念,首次提出采空区储用矿井水的技术构想,攻克了水源预测、水库选址、库容计算、坝体构筑、安全控制和水质保障等技术难题,构建了煤矿地下水库技术体系。该技术已在神东矿区全面实施,并将在西部其他矿区推广应用,为煤炭开采水资源保护利用开辟了有效的技术途径。

废弃煤矿采空区抽水蓄能水库初步可行性研究

近年来中国的风能太阳能发电取得了巨大的进步,装机容量跃居世界第一。由于相关配套储能设施的匮乏,造成了大量的弃风、弃光、弃电等现象。目前中国的电网储能主要依靠抽水蓄能电站。采用废弃煤矿建设抽水蓄能电站可以提高中国对风能太阳能的高效利用,同时实现废弃煤矿资源化和水资源保护。从采空区的可储空间和采空区的地下布置问题初步研究了废弃煤矿采空区抽水蓄能水库的可行性。研究发现:采空区的渗透系数越大,则越多的水可以被抽出或注入,其有效库容也越大。若是满足有效库容系数(有效库容与总库容的比值)大于0.8,则采空区的渗透系数需大于8×10^-8 m^2,采空区上下水库间距越小,上水库水量的漏失量也越大。

考虑有效应力影响的煤矿地下水库储水系数计算模型

综合考虑煤矿地下水库储水系数的潜在影响因素,对弹性模量、上覆岩层体应力、泊松比、上覆岩层密度等进行理论分析,结合弹性力学、渗流力学的相关原理与知识,以及矿井水流动涉及的流固耦合渗流机理,建立了考虑有效应力影响的煤矿地下水库储水系数数学模型,并确定了模型解析解。以宽沟煤矿地下水库为例,计算该地下水库的储水系数并进行影响因素分析。结果表明:采高对储水系数的影响最大,上覆岩层体应力次之,弹性模量最小;储水系数随上覆岩层体应力、垮落带高度的增大而减小,随弹性模量、泊松比、采高的增大而增大。弹性模量每增加1.1 GPa,储水系数增大0.4%~3.0%;上覆岩层体应力每增加20 MPa,储水系数减小19%~39%;泊松比每增加0.1,储水系数增大10%~14%;垮落带高度每增加2 m,储水系数减小8%~11%;采高每增加1 m,储水系数增大20%~60%。根据该模型计算所得储水系数的分布范围为10%~35%,这与矿区抽排水工程试验值范围一致,验证了模型的准确性。

神山露天煤矿井工采空区处理及防治措施

原井工开采煤矿经过技术改造整合为露天煤矿,然而因井工开采遗留的采空区对露天开采生产作业构成重大安全隐患。为保证井工转露天开采煤矿生产作业安全,应采取各种处理及防治措施对井工采空区综合治理。文中以神山露天煤矿为例,分析了井工采空区失稳垮落的力学模型,介绍了确定采空区顶板最小厚度的鲁佩涅依特法,总结了采空区对露天煤矿生产影响的几种表现形式:煤层自燃、顶板垮塌影响设备作业安全、影响爆破安全作业及露天煤矿边坡稳定等。最后分析了神山露天煤矿在实际生产中采取的过采空区处理及防治措施。

露天煤矿巷柱式地下采空区安全顶板厚度估算方法研究

为了消除已有地下采空区对作业设备和人员的安全威胁,提高露天矿采剥作业效率,以元宝山露天煤矿工程地质条件与采矿条件为背景,研究了露天煤矿地下采空区顶板稳定性的主要影响因素,对比分析了现有巷柱式采空区安全顶板厚度估算方法在露天煤矿实际应用中的优点和不足,选取了符合现场实际情况的安全顶板厚度的估算方法。结果表明,空场长宽比法比较全面的考虑了影响采空区顶板稳定性的主要因素,可以作为元宝山露天煤矿巷柱式采空区安全顶板厚度的估算方法,基于该方法绘制的现场主要采矿设备在不同采空区跨度条件下的安全顶板厚度取值曲线,计算了不同跨度条件下的不同设备采空区安全顶板厚度值,对于优化采空区治理时间、避免采空区塌陷事故的发生、确保露天煤矿安全生产具有重要意义。

河南省煤矿城市地下空间量估算

河南省内,因资源枯竭、非法开采、经营不当以及国家去产能政策等导致大量煤矿关闭/废弃,形成了大量的井筒、巷道、硐室和采空区等地下空间。基于河南省煤矿统计数据和矿井地面数据、井下调研数据,采用比例系数法和采空区模型计算法对河南省煤矿井巷和采空区可利用地下空间进行了估算,获得井巷地下可利用空间5265.97万m3,采空区可利用地下空间180255.21万m3,空间上主要分布在全省的中部和西部城市。并对空间资源量超过10000 m3的典型煤矿城市郑州市、平顶山市、三门峡市、鹤壁市和洛阳市提出了综合开发利用建议。

采煤影响下天山北麓潜水资源流失特征

天山博格达峰北麓山前丘陵区潜水资源为当地工农业以及居民生活用水的重要水源,针对该区日益严重的潜水资源流失问题,以铁厂沟河流域潜水含水层为研究对象,采用水文地质测绘、地面高密度直流电法勘探、水文地质钻探以及数值模拟等手段,对沿铁厂沟河流域潜水含水层空间展布与富水性特征、潜水资源的流失途径及流失量进行了研究与分析。结果表明:铁厂沟河与八道湾向斜北翼煤系地层交汇区第四系冲洪积层呈南(上游)厚北(下游)薄的特征,松散层底界标高沿河流方向呈逐渐降低趋势,与山前沟流冲洪积厚度及空间形态特征基本一致;通过抽水试验获得该区潜水含水层单位涌水量q为0.146 L/(s·m),渗透系数K为0.233 m/d,含水层富水性中等;潜水流场以地表塌陷坑为中心呈现出典型的降落漏斗形态,结合塌陷坑内存在流水声现象,分析该塌陷坑区域存在沟通潜水含水层与井下采空区的集中通道;采用FEFLOW数值模拟计算塌陷坑处的潜水漏失量86 m3/h,与井下涌水量实测值基本吻合,进一步验证了第四系潜水通过塌陷坑区集中通道补给井下采空区,使得井下采空区涌水维持稳定;煤矿开采是引发铁厂沟河中下游流域潜水资源流失的主要原因,采动后形成的塌陷裂缝是潜水流失的主要通道,针对塌陷裂缝的工程治理是保护潜水资源的主要途径。

吕鑫露天煤矿黄岭采区综合灭火方案

根据黄岭采区发现采空区存在高温火区的情况,经过研究分析揭露15#煤层后自燃发火时间、起火情况,制定并施行综合灭火方案,在小型露天煤矿同类问题的处理方法上,具有一定的参考价值。

浅谈非煤矿山地下开采采空区治理问题

由于非煤矿山地具有地势方面的不稳定性,对其进行开采所形成的采空区更是存在着巨大的安全隐患,这也对我国煤矿事业的长远发展带来了极其不利的影响,因而本文主要根据非煤矿山地下开采采空区常见的治理问题进行分析探讨,并给出相应的方法策略,以此为后续的采空区提供一定的参考意见。

采空区灾害综合防治分析

煤矿开采后会形成一定的采空区,这些采空区会引发一些灾害,威胁煤矿的生产安全。简要分析了采空区灾害的类型,主要包括地表沉陷、瓦斯涌出以及突水,并提出了一些采空区灾害综合防治措施,以保证煤矿的安全生产。

井下相邻采空区有害气体防治技术研究

针对塔山煤矿特厚煤层小煤柱工作面开采期间由于沿空掘巷导致与相邻采空区出现呼吸现象的问题,提出了利用地面钻孔抽放结合井下注氮,置换采空区高浓度瓦斯气体的解决方案。一方面平衡相邻采空区与小煤柱工作面之间的压差,消除采空区"呼吸"问题;另一方面利用氮气将采空区高浓度瓦斯逐步置换,使采空区内形成低瓦斯含量的混合气体,消除采空区瓦斯、自燃隐患,为小煤柱工作面的安全顺利开采奠定了基础。

井下掘进工作面超前探测采空积水的方法

水患是煤矿常见的主要灾害,给煤矿的开采增添了难度,如果处理不当,还会发生事故,给施工人员的生命安全带来威胁。对煤矿井下掘进工作面超前探测采空积水的技术要求和施工方法作了详细论述,做好防治水工作,保证煤矿开采的安全。

平朔东露天矿火区治理方法

随着平朔集团有限公司东露天矿坑延伸,东露天矿坑开采进入小煤窑采空区范围。地下煤火不仅烧毁大量的煤炭资源,而且源源不断的向环境释放毒害气体,加剧环境的恶化。因此,探究东露天矿采空区火区治理方法具有重要的意义。

鄂尔多斯地区老采空区灾害治理与残煤回收方案

通过对井工与露天2种灾害治理及残煤回收方案的优缺点和可行性进行分析,结合老采空区赋存条件,推荐露天方式开展回收残煤示范工程,实现安全效益、生态效益、社会效益互补,推进和谐型矿区建设。

小煤窑采空区冲击钻桩局部封堵施工技术

通过神延线小煤窑采空区桥梁桩基冲击钻桩的施工实践 ,介绍了利用片石、碎石、水泥粘土坯对开放性地下孔洞进行局部封堵冲击成孔的施工技术 ,并对用碎石、粘土、水泥拌制的钻土砼进行了试验分析 。

煤矿采空区公路路基设计实践与分析

阐述了煤矿采空区路基的特点及设计原则,结合工程实例,介绍了采空区公路路基填筑方案、路基基底处理方案、地下自燃处理方案、排水防护方案等,实际工程试验段的数据计算及分析结果表明:在保证采空区路基耐久性及稳定性的前提下,相关设计方案能够在大大减少公路建设投资的同时确保公路的通行能力,节省了运营期养护费用。故应因地制宜地结合采空区现有实际状况,综合分析比选路基填注、基底处理等方案,确保采用最佳设计方案。

煤矿矿井水井下直接处理及循环利用

为了节能减排和保护矿区环境,利用煤层开采后形成的采空区,采用曝气氧化池和压力式气水相互冲洗滤池相结合的工艺,将矿井水在井下直接处理后循环作为防尘洒水和设备冷却用水。利用采空区巨大空间内的矿物颗料填充物,在沉淀、过滤和吸附等作用下去除矿井水中大部分悬浮物,利用曝气、接触氧化过滤进一步去除悬浮物、胶体、铁和锰等物质。运行实践表明,该工艺系统不需要投加化学药剂、适合煤矿井下巷道环境,具有流程简短、处理设施少、处理成本低、自动化程度高、运行稳定等优点。

煤矸石中无机和有机氮的溶出规律研究

在我国生态脆弱煤矿区,地下采空区多以煤矸石为填充材料用于矿井水的临时储存和净化,然而,煤矸石中溶出的氮素对矿井水水质的影响研究报道却很少。文中以保德矿区采集的煤矸石为研究对象,在温度为25℃,达西流量0.25mL/min条件下通过柱模拟试验研究了地下采空区充填煤矸石无机和有机氮的溶出规律,这对于评价地下采空区预处理矿井水效果具有重要意义。研究结果表明:煤矸石溶出的氮素主要为氨氮,其次为有机氮。在整个实验过程中,煤矸石中氨氮、总氮(TN)及有机氮的溶出具有间歇性特点,这与所研究煤矸石的岩石成分、矿物成分和化学成分有关,且氨氮的间歇性溶出对淋出液中pH值的变化也有一定影响。淋出液中氨氮(NH+4-N)、硝态氮(NO-3-N)、亚硝态氮(NO-2-N)、总氮(TN)和溶解性总固体(TDS)浓度的最大值均出现在实验初始取样点18h;其中硝态氮、亚硝态氮和TDS均经过了快速下降、缓慢下降至稳定三个阶段。实验开始时淋出液中硝态氮浓度约为实验结束时的42倍左右,亚硝态氮浓度约为结束时的600倍左右。总体上,煤矸石中各类氮素在前期溶出速度较快,但溶出量随时间的推移而减小并趋于稳定。

资源整合煤矿采空区灾害特点及防治对策

基于对我国资源整合煤矿采空区灾害事故分析和采空区灾害类型分析,研究了采空区灾害的特点,提出了防治对策及建议。结果表明:按致灾形式划分,我国资源整合煤矿采空区分为废弃老采空区(井筒)透水、采空区火灾(含自燃、瓦斯爆炸等)、采空区有毒有害气体(含瓦斯)涌出、采空区诱发的不良地质异常灾害等4种类型;老采空区具有分布情况不明、灾害种类多样、隐蔽性和突发性、难以预测性的特点;总结提出了资源整合煤矿采空区灾害防治的36字方针,即"地面普查先行、井下勘查跟进、评价评估及时、综合治理减灾、监测监控到位、安全措施保障"。