煤与天然气协同开采理论与技术构想

我国存在大量的煤炭与天然气重叠赋存资源,出于对资源开采效率的要求,大量的煤与天然气重叠资源需要在同一时空内同步开采,传统的煤与天然气开采理论与技术难以满足协同开采出现的技术难题,煤与天然气协同开采的进程受到了严重制约。基于此,结合国内煤与天然气重叠赋存情况对煤与天然气协同开采进行了科学定义,总结了已有可借鉴的煤与天然气开采技术和相关理论。建立了天然气井近场岩体力学理论、天然气近场围岩耦合损伤理论、“围岩–水泥环–套管”耦合损伤理论、煤与天然气协同开采垂直场围岩耦合损伤理论,揭示了煤与天然气协同开采围岩的耦合损伤机理,为煤与天然气技术体系的构建提供了理论基础。提出了“煤与天然气协同开采技术”“煤炭开采通过废弃井技术”和“天然气近场小煤柱留设技术”3项技术以及“协同开采分区规划系统”“透明地质与生产信息动态监测系统”和“煤与天然气协同区安全监测与评价系统”三大系统,为煤与天然气协同开采提供技术支持,提高煤炭与天然气资源的开采效率。在此基础上,构建了煤与天然气协同开采的理论与技术体系,明确了煤与天然气协同开采未来的研究重点,提出了我国煤与天然气资源安全、绿色、高效协同开采的技术路径与研究方向。

深部矿井煤炭−地热协同开采系统研究

在煤炭资源深部开采趋势下,矿井高温热害问题日益严重,引起矿井高温热害的热源实质为可持续利用的地热能,在进行煤炭开采的同时将深部矿井地热能提取并进行资源化利用,是建设绿色矿山、降低矿井碳排放的创新途径。总结了国内外深部矿产和地热能共采现状,从工艺流程和关键设备方面分析了煤炭−地热协同开采的可行性,最终提出一种煤炭−地热协同开采系统。该系统总体采用闭式循环,包括地面热能利用系统和井下取热系统,通过在预采煤层水平钻孔并布置同轴套管换热器提取煤层地热能,并由地面热泵机组将从井下开采的低品位地热能进行利用。秉承“先采热、后回采”的时间和空间协同原则,预先在回采工作面前向划分采热工作面,提出顺序采热、交替采热2种模式,确保采热过程对采煤过程无干扰。分析了空间协同设计、煤层钻孔、高效采热和智能监控调控等关键技术,对煤炭开采和地热能提取进行井下空间协同设计,提出基于煤层注水的同轴套管换热器布置工艺,使用快捷装配式同轴套管换热器可进行多种组合实现高效采热,构建智能监控调控平台并提出相关优化模型,构建取热量计算模型,提出智能控制采热方式。简化煤系地层传热过程,构建煤层采热传热模型,可根据回采工作面实际情况和出口风流参数对回采工作面采热能力进行计算评估。根据煤层采热传热模型,分析得出煤层初始温度、煤炭运输量、回采工作面出口风流温度、风流含湿量变化量是决定煤层采热量的关键参数。定义回采工作面风流含湿量不变且回采工作面出口风流等效温度不高于28℃时的采热量为煤层最大采热量。系统的应用将会使深部矿井热害资源化,不仅解决了煤炭开采热害问题,而且实现了深部矿井地热能综合利用。

淮南煤田刘庄矿区A组煤底板灰岩地热资源特征分析

对淮南煤田刘庄矿区A组煤底板灰岩地热资源进行了调查研究,建立了地热概念模型。研究区煤层底板灰岩具有典型的热传导型层状热储特征,通过钻探与测井取得热储层顶底板温度,估算其地热资源储量为171.17×10^(16) J,折合标准煤58.48×106 t;抽水试验结果表明热储层富水性弱,涌水量小且热损失大致出水温度低。提出进一步详查及煤热共采等建议。

我国煤矿绿色开采与生态修复技术发展现状及展望

绿色开采是我国煤炭开发的必然发展方向。基于中国煤炭科工集团与国家能源集团主持和参与的科研项目,总结凝练分析了我国井工和露天煤矿绿色开采与生态修复方面取得的研究成果及技术现状。包括传统井工煤矿采动损害控制技术、基于开采工艺参数优化和覆岩承载结构稳定性维持的现代源头减损开采技术;露天煤矿生态型优化设计与规划、靠帮开采、沿帮开采与强化内排及生态修复窗口期协同利用等生态减损绿色开采技术;坚硬主控岩层预裂弱化控制导水裂缝带、顶板含水层控水开采、采动裂隙引导修复及采后导水主通道注浆封堵、分布式地下水库、露天煤矿采场注浆帷幕等矿区水资源保护技术;多源固废充填开采技术以及CO_(2)矿化及粉煤灰资源化利用技术;采煤沉陷区井上下协同治理及功能化利用技术;地表裂缝及沉陷区植被分区修复技术;露天煤矿土壤改良与提质增容、内排土场生态型地层立体重构、高效粉尘阻控、植物优选保育与联合修复、景观生态功能提升等技术;煤矿区采动损害协同监测技术,绿色开采的研究与实践表明,我国煤矿已初步形成了以低损害开采、充填开采、保水开采、生态修复等为主的绿色开采理论与技术体系,为绿色矿山建设与煤炭高质量发展提供了可靠的技术保障。最后,提出了我国煤炭绿色开采技术的发展方向和建议。

深部矿山地热与煤炭资源协同开发技术体系研究

深部煤炭资源开采已势在必行,但随着开采深度的增加,伴生着热能的释放,该热能作为地热资源的重要组成部分,是一种不受环境因素影响的可再生清洁能源.深部矿井开采带来的丰富地热可作为共生资源进行开采利用.基于此,本文总结了深部矿井地热资源的发展潜力以及地热与煤炭资源开采的现状,论述了深部矿井地热开发的必要性和可行性,创新了地热与煤炭资源协同开发的思路,阐述了矿山地热与煤炭资源协同开发的内涵与科学问题,围绕深部矿山岩热和水热资源开发这一主题,利用煤炭资源开采的采后空间及生产系统,提出了充填埋管采热、采空区储水采热、采动区封闭采热及深部原位钻井采热4种采热方法,探讨了深部矿山地热探测评价、深部大空间煤基固废吸热功能材料、多场环境下采场岩层移动特征及其控制、低品位热能的高效传输及阶梯利用和协同开发系统智能监测等技术的研究重点与难点.研究成果将为中国深部矿山地热与煤炭资源的协同开发提供技术支撑,为深部矿井资源系统开发提供理论与实践参考,促进我国深部矿井绿色矿山建设与多元经济型发展.

一种废弃矿井地热资源再利用系统研究

废弃矿井的再利用对矿业产业的可持续发展起着至关重要的作用。矿井废弃后仍赋存着丰富的资源,有潜在的积极用途,尤其是大量可再生地热资源有着巨大的应用前景。分析了国外废弃矿井地热资源开采与利用现状,提出了一种废弃矿井地热资源利用循环系统模型,该系统利用顶板垮落后采空区的储水优势,能够充分利用废弃矿井地热、水及空间资源,进行清洁能源的生产,避免了矿井废弃后资源的浪费与次生灾害的发生,同时可有效地降低温室气体排放和环境污染。研究结果表明:倾向长度350 m,走向长度4000 m,高度6 m近水平工作面采空区的储水能力约为580000 m^(3),静态储能约为5200 MW·h;考虑不同地层采空区的温度特性,设置冷热源水库,整个系统运行时功率可达8.4 MW,年供能约24960 MW·h,可约为250000 m^(2)住宅空间进行有效的供暖或制冷。与传统化石能源煤炭相比,系统运行时每年可减少约为7812 t二氧化碳排放,碳排放系数仅为0.072 kg/(kW·h),降低了81%以上。此外,相关部门应建立健全废弃矿井的管理机构,提前做好矿井关闭前再利用计划。同时,矿业企业要做好再利用的技术储备与措施,实现废弃矿井的再利用,推动采矿区域环境恢复和经济复苏。

废弃矿井地下空间反季节循环储能研究

随着我国“碳达峰,碳中和”目标的提出,煤炭在一次能源消费结构中的比例逐步下降,关停矿井数量逐年增多。直接关闭或废弃矿井不仅造成巨大的资源浪费,还极有可能诱发一系列的安全、环境等问题,需要因地制宜的提出符合我国废弃矿井现状的剩余资源开发利用模式。基于此,系统梳理了国内外废弃矿井开发再利用现状,着重讨论了废弃矿井地下空间储能的利用模式,针对性的提出了废弃矿井反季节循环储能工艺系统,该系统充分考虑了废弃矿井地下空间资源、地热资源、水资源和地上可再生资源,通过在沉陷区布置太阳能和风能发电设备,为周边用户和整个系统提供电能,以井下恒温岩土体中的巷道群和采空区为储能空间,以矿井水为储能介质,通过太阳能集热和地热能资源为周边用户供热/制冷,在无需供热/制冷的季节将热能储存至矿井地下,实现反季节循环储能。阐述了废弃矿井地下反季节循环储能亟需突破的3个关键技术:多尺度空间热储评估方法、废弃矿井反季节循环储能井上井下整体优化设计方法以及反季节循环储能多源耦合的运行模式。最后,以京西王平村废弃矿井为例研究了该系统的节能减排效益,结果表明:与传统化石燃料相比,应用反季节循环储能系统供热制冷,每年可减排二氧化碳约2781.1 t。若加入太阳能、风能集热发电系统,节能减排效果将更加明显。应高度重视废弃矿井资源开发利用,加大废弃矿井资源开发利用科学问题的研究力度。相关部门和矿山企业应积极稳步推进废弃矿井绿色低碳开发利用,提高可再生清洁能源利用比例,实施碳排放总量和强度“双控”,为国家“双碳”目标的实现提供助力。

王行庄煤矿地温特征及地热资源的利用

王行庄煤矿位于河南省郑州市南45 km,设计生产能力120万t/a,为一大型新建矿井。该区因煤层埋藏较深、地温较高,地热成为影响该区煤炭开采的重要因素之一。通过对测温资料的整理,确定了恒温带、孔底温度、地温梯度和煤层底板温度等重要地温参数,并总结出矿区二1煤层地温变化规律、地温热害分区、地温梯度及地温异常分区、地温梯度变化规律、矿山地温类型等地温地质特征及其影响因素,并对矿区地热资源的利用进行分析。该研究对指导矿山建设与资源开发具有重要意义。

煤矿机械装备知识资源集成创新平台设计

为降低煤矿机械装备企业研发成本,加强资源集成,缩短设计周期,提高研发效率,实现协同创新,搭建了基于Web的煤矿机械装备知识资源集成创新系统。着重描述了系统的体系结构和功能结构,详细论述了搭建系统的主要步骤和关键技术。系统包含FLV(视频)、PRT(三维模型)、DWT(设计图纸)、CAJ/PDF(文献)、DOC、PPT等6种格式的知识资源库,通过ASP.NET控件和j Query控件实现了6种资源在线学习与利用;建立了基于SQL server 2008的后台资源数据库,并使用ADO.NET技术对其进行管理和操作。系统可为中小企业提供资源共享和技术支持,为研发人员和应用工程师提供数据支持。

河北省煤矿区地热异常与地热资源开发前景浅议

河北省部分煤矿区存在地热异常现象 ,地温梯度最高可达 6℃ /10 0m ,形成矿井热害。这些地热异常区的形成多与构造和地下水密切相关。开发利用这些煤矿区的地热资源 ,有助于减轻矿井热害 ,有利于改善这些地区的能源消费结构 ,减轻环境污染。

孟加拉国煤炭资源状况及开发途径

介绍了孟加拉国煤炭资源状况及开发现状,分析并提出了可供孟加拉国煤炭业参考的开发途径和管理思路,并建议中国煤炭界把握时机,积极参与到该国煤炭投资与开发建设之中。

龙南县汶龙镇煤矿地热资源应用前景分析

汶龙镇煤矿含煤地层为二叠系龙潭组,上覆侏罗系火山沉积岩,深部隐伏有燕山期高生热率花岗岩体。矿区构造复杂,主干断裂规模较大,活动剧烈,次生断层发育。矿井生产时井下温度较高,矿井突水温度高达37℃,说明存在地热异常。综合研究分析认为矿区具有较好地热资源前景,建议进一步开展工作。通过对已关闭矿山汶龙镇煤矿的地质资料综合分析,并进行采样测试,阐述了矿区的地质概况及地热地质特征。