生物产氢余煤再产甲烷的有利因素研究

厘定生物产氢后的余煤再产甲烷的有利因素,对于提高煤联产第二阶段甲烷产气效率具有重要的理论和实际意义。以内蒙古白音华露天矿煤为发酵底物,改变通气条件和水力停留时间(HRT),讨论不同条件下厌氧发酵产氢余煤再产甲烷量和煤结构的动态变化趋势。结果表明:(1)对比其他气氛条件,CO_(2)组产甲烷效果最好,单位气体生成量为4.72 mL/g,而HRT增加使产气效果逐渐降低。(2)氢化酶活性与产气量的变化规律具有一致性,反应结束后菌液化学需氧量值(COD)均偏低,认为CO_(2)可促进菌体酶活性增强,使CO_(2)甲烷化过程更明显,而较长的HRT不利于微生物菌群存活,建议在后期的工程实践中,设置较短的HRT工艺条件。(3)对厌氧发酵后的余煤进行XRD和FTIR监测,发现通CO_(2)后煤的芳香碳层间距最大,煤中一些活性官能团如羧基、羟基等均有所减少,HRT为3 d条件下微晶结构和官能团变化较显著,而随着HRT时间延长,煤结构变化愈加不明显。(4)通入CO_(2)不仅能提高产气率,还可以改变煤大分子结构和孔隙结构,达到煤层自身的增透、增扩、增渗和增解的目的,实现CO_(2)地质封存和煤层气生物工程的融合。

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。

煤层自燃区隐蔽火源的综合地球物理探测应用

煤自燃灾害是影响我国许多矿区发展的因素之一,带来严重的资源损失和环境污染。隐蔽火源定位及其分布范围识别是煤矿企业制定预防和治理措施的重要依据,也是煤火灾害领域内的研究热点和难点。合适的通风供氧通道是煤层自燃的必备条件,当煤体的氧化放热速率超过散热速率时,煤体温度不断上升直至引起煤层自燃,因此,找准火区燃烧中心并确定烧空区和垮落带是煤火探测的主要任务。以内蒙古乌海市公乌素露天矿为研究对象,在煤层电阻率与温度关联分析的基础上,采用地质雷达和圆锥型瞬变电磁法开展了着火点及分布范围探测,结合地面冒烟区位置获得了火区地下通道的地球物理特征,进而确定了研究区着火通道的分布范围。研究结果表明:原岩区和烧结区的物性稳定性较为连续,其顶界面在雷达影像中呈现出较为明显的反射同相轴,在圆锥型瞬变电磁成果中则体现为横向连续的电阻率分布。地下隐蔽着火通道由孔洞裂隙发育、岩体破碎等因素造成,在地质雷达剖面中反映为同相回波弱且不连续,在瞬变电磁拟断面中出现电阻率等值线在横向上下凹或错段。测线方向上高程落差不同处视电阻率范围不同,需要在测区整体电性规律的基础上,分区研究测线局部范围内的物性变化,以界定原岩中物探异常的分布规律。综合圆锥型瞬变电磁和地质雷达两种方法,可对潜在自燃着火点位置及着火范围进行有效识别,为着火区范围的圈定以及着火规律的分析提供依据。

结合星载与地基InSAR技术的露天矿地表形变监测

为了保障露天矿区安全生产及运营,针对露天矿区形变区难以及时识别与监测问题,采用星载合成孔径雷达干涉测量(InSAR)和地基InSAR联合监测模式,对露天矿区开展不同阶段、多尺度的形变区域识别与监测,分析形变趋势,研究二者InSAR技术在露天矿区形变区调查、重点形变区确定及监测预警的应用效能。研究结果表明:星载InSAR技术实现对露天矿区的广域地表形变监测,且识别出重点形变区,分析形变发展趋势;地基InSAR实现了对露天矿区重点边坡形变区进行近实时、高频率的监测,根据监测数据变化趋势,判别形变发展阶段;两者InSAR技术结合应用,充分发挥各自优势,星载InSAR实现面域形变区识别与监测,地基InSAR实现重点形变区的高频监测及无法形成有效干涉形变区的补充监测,获取了更为详细、全面的形变信息,为露天矿区形变灾害监测预警提供高效、可靠的监测数据,提升露天矿区防灾减灾的能力。

基于无人机影像的露天矿工程量监测分析方法

提出了一种基于无人机影像序列的露天矿工程量(采剥量、堆放量等)计算方法.该方法利用旋翼无人机搭载低成本便携式数码摄像机获取露天矿山不同时间的视频帧或影像序列.基于运动恢复结构(Sf M)和多目立体视觉(PMVS)算法,自动生成矿山完整、致密的三维点云.研究设计了一种基于形态不变区的点云配准方法进行两期点云空间配准,并采用DTM三角网差值法计算矿山工程量.矿堆体积变化无人机监测实验结果表明,该方法重建点云模型的点间相对误差小于±1%,堆放体积变化监测精度接近92%,基本达到地面Li DAR扫描的堆放体积变化监测精度.

露天矿运输调度优化的生物地理学改进算法

露天矿生产运输调度优化问题是一类典型的具有非线性、多变量特征的优化问题。首先,在对露天矿卡车调度优化进行系统分析的基础上,以总运输费用最小为目标函数,给定矿石量、运输能力等约束条件,建立运输调度优化模型;然后,提出将差分算法中局部搜索功能引入到基本生物地理学优化算法的迁移策略中的改进生物地理学优化算法;最后,以MATLAB软件为平台,以露天矿实际生产运输实例数据为依据,计算出改进的生物地理学算法优化路径的综合运输成本比实际花费成本节约5 994万元,且比单一的生物地理学算法和差分算法优化路径的运输成本更低,验证了该算法求解露天矿运输调度问题的优越性。

露天矿设备维修模式选择

借鉴国内外设备管理的先进经验,结合黑岱沟露天煤矿设备及其使用环境特点,根据设备故障规律,运用层次分析法选择设备维修模式,提出了黑岱沟露天煤矿的设备维修管理体制。以630E卡车的K50发动机为例说明状态维修比定期维修可以节省约三分之一的维修费用。

复兴东路隧道工程浦东岸边段深基坑开挖同步监测设计及信息化施工效果分析

针对上海复兴东路隧道工程浦东工作井和暗埋段深基坑的特征,提出了基坑开挖同步监测设计方案,信息化施工效果分析表明,该监测方案是可行的。通过监测信息反馈,及时进行施工工序和施工参数调整,取得了较好的经济效益和社会效益。

矿业废弃地空间环境修补对策探索——以阜新市海州露天矿废弃矿区治理为例

在我国快速推进城市化进程的形势下,矿业废弃地已成为矿业城市发展过程中必须面对的特殊地貌。该文以阜新市海州露天矿废弃矿区的更新情况为例,探讨其空间环境修补对策,从整体区域发展、功能更新、原真性保护、生态环境修复等方面提出具体策略。

露天矿软弱基底内部排土场稳定性研究

为解决露天矿软弱基底内部排土场极易滑坡的问题,采用数值模拟和现场观测的方法,对露天矿软弱基底引起内部排土场滑坡的机理进行研究,并对内部排土场的稳定性进行分析,得出内部排土场滑坡机理主要为单台阶圆弧滑移和整体"坐落—滑移式"破坏2种形式,提出了内部排土场滑坡防治措施。实践结果表明:建立基底导水盲疏导系统,控制内部排土场边坡角12°以内,进行内部排土场基底改造,建立内部排土场位移监测系统等内部排土场滑坡防治措施,解决了内部排土场极易滑坡的难题。

基于距离的开采区域规整性测度及其几点性质

基于距离的开采区域规整性测度是评价露天矿开采区域连续规整程度的一种指标,将其加入到一般的露天矿生产调度模型当中,可获得现实可行的露天矿生产调度方案。用定理的方式证明了这种开采区域规整性测度具有3点性质,即方形优先性、可平移性和可旋转性,从而从另一个角度证明了它的合理性,并为它的应用奠定了数理基础。

富家矿露天坑底保安矿柱回采工程实践

保安矿柱是露天转地下开采重要的工程实施。以富家矿露天坑底保安矿柱为工程背景,详细介绍了应用下向水平进路高水基胶结充填采矿法和机械化下向倾斜进路粗骨料胶结充填采矿法回采保安矿柱的工艺工程。工程实践不仅取得了可观的经济及社会效益,还为其他矿山类似工程提供了宝贵的经验。

基于多元回归模型的GB-SAR监测误差改正及形变分析

针对基于地基合成孔径雷达(GB-SAR)露天矿边坡监测原始影像干涉相位误差改正不准确导致形变数据精度偏低的关键问题,以马兰庄露天铁矿GB-SAR原始影像为数据源,对原始影像干涉相位误差来源和分布特征进行了分析.提出了利用三重阈值提取PS点和高质量PS点的方法,并基于高质量PS点相位与像元坐标建立了多元回归模型.依据该模型对PS点进行相位改正以获取准确形变相位和单幅影像形变量,并在时间序列上进行叠加分析.研究结果表明,基于多元回归模型的GB-SAR形变监测误差改正方法可以准确改正GB-SAR形变监测误差,提高了形变监测数据的精度.

地基InSAR技术及其典型边坡监测应用

为了开展边坡活动实时监测,研究以IBIS-L地基In SAR系统为代表的地基In SAR形变时序分析关键技术,进行针对不同变形特征的观测方案和数据处理方法的优化,并开展了奉节大树场镇灾后滑坡、神农架林区人工不稳定斜坡和备战铁矿露天采矿边坡等边坡活动的监测应用,以及备战铁矿隧道南口冰川运动的监测试验。4种类型边坡地基In SAR监测结果表明,在复杂工作情况下,地基In SAR设备具有较高的观测稳定性,在满足观测条件的情况下,地基In SAR测量精度能达到亚mm级,已成为监测边坡微小形变的重要技术手段。这扩展了形变监测模式从星载In SAR技术的"大尺度、宽覆盖"走向地基In SAR技术的"小尺度、局部精细测量",进一步丰富了科研人员对边坡变形现象的动力学过程认识,为"星-地"联合In SAR技术监测地表形变过程奠定了技术基础。

基坑支护中支护桩的设计与施工

在基坑深度较大的基坑支护中,由于其场地有限,限制了放坡开挖及简易支护,故不能采用按比例放坡方案 但支护桩的埋置深度不够时,必造成围护桩的倾覆及土坡的失稳 通过有限放坡、沉井及中心岛相结合的设计与施工方法,实现了工程的预期效果

采矿体系化全方位虚拟仿真教学方法和虚拟实习基地研究与实践

为推进采矿工程专业教学内容、方法、技术、手段及实践教学模式的改革,建成地下煤矿、地下金属矿、露天煤矿虚拟矿山实习基地。体系化全方位建设大型复杂、高度仿真的三维可视化沉浸感知和交互操作的采矿虚拟仿真教学项目。同时研发线上采矿虚拟仿真实验项目,形成线上、线下虚拟仿真教学相结合的完整教学体系,在教学中广泛应用,解决了矿山实习难、实习及教学实验效果不佳的教学难题,改变了传统的矿山实习模式和采矿工程实践教学方法,提高了教学质量,为培养学生创新实践能力提供了有力保障。

大冶露天铁矿爆破计算机辅助设计

本文介绍的计算机辅助设计及爆破数据库管理系统是以长沙矿冶研究院和大冶铁矿长期合作进行的科研工作所积累的爆破参数和爆破效果为基础,以实测数据和相应的爆破机理为依据建立起来的,同时考虑不同矿岩类型、采矿总成本最低等因素,因此可以利用它对露天矿山清碴爆破、留碴爆破与预裂爆破进行计算机辅助设计及爆破资料的管理。

水文保留曲面下草原露天矿内排土场地貌近自然重塑

露天开采作为草原矿区开采的重要方式,采排复过程中形成的“梯田式”内排土场传统地貌面临占地面积大、景观破碎、水土侵蚀等问题。基于自然的解决方案(NbS)可以自然地貌为师,具有融合矿区原始景观的独特优势。为构建与周边自然地貌相融合的内排土场地貌,在现有工艺和团队已有成果上,提出一种采排复一体情景下,基于水文保留曲面(HPCS)的内排土场近自然地貌重塑模型,以新疆黑山露天矿内排土场为例,构建HPCS下近自然设计地貌(NNDL_HPCS)为实验组,地表调整曲面下近自然设计地貌(NNDL_SAS)、原始自然地貌(PNL)和传统设计地貌(TDL)3者为对照组,结合GIS空间分析软件与CLiDE演化模型,模拟并评价NNDL_HPCS在地貌融合、土方调配与土壤抗水蚀3方面的改良效果,结果表明:地貌设计上,基于HPCS的内排土场近自然地貌重塑模型可依据预设采复周期下采复子区采前地表、矿层顶板和矿层底板3者的数字高程数据(DEM),自动求解复填可用土方量,获取复填子区地表高程设计结果;地貌融合上,NNDL_HPCS较NNDL_SAS和TDL视觉上更接近于PNL,其相对PNL的高程总方差较后两者分别低50.37%和37.92%,且其自然水文保留率较后两者分别高出2.85%和8.53%;土方调配上,NNDL_HPCS土方运移成本小幅增加,其土方平均运距分别较NNDL_SAS和TDL分别高出约4.99%和5.05%;土壤抗水蚀上,NNDL_HPCS较NNDL_SAS 10 a可减少约55%的表土水蚀总量,较TDL减少约72.6%,可显著提高内排土场表土抗水蚀能力。

唐山马兰庄铁矿露天开采边坡变形监测的GB-InSAR技术

高精度实时变形监测是露天矿边坡安全监测的重要思路。与常规的测量方式相比,地基差分干涉雷达(Ground-based differential interferometric radar,GB-InSAR)具有全天候、非接触、高精度、宽角度、实时监测等优点,适合于对露天矿危险边坡进行监测,是目前露天矿边坡安全监测的主要技术装备。马兰庄铁矿露天矿区边坡为典型岩质边坡,边坡标高落差大,边坡较陡(边坡角为38°~47°),采场存在雾霾、粉尘,能见度较小。为确保该矿边坡稳定,确保矿区安全生产,在详细分析GB-InSAR技术原理、系统组成及工作流程的基础上,将其应用于该矿露天矿区边坡稳定性实时监测中。在露天矿区东坡监测出一90 m×40 m椭圆形变形区域,该区底部的变形量和变形速率均大于顶部,11 d(2016年12月10日—2016年12月20日)的最大变形量累计达到-270 mm,部分点位的变形速率稳定于-1 mm/h。根据监测结果,及时对该变形区域进行了边坡处理,有效避免了灾害发生。研究表明:采用GB-InSAR对露天矿区边坡稳定性进行实时监测,可以达到边坡灾害预警的目的,对于确保矿区边坡稳定具有重要作用。

试论矿山生态修复的地质成土

土壤是植物生长的重要基质,是矿山生态修复成败的关键。针对大多数矿山生态修复所面临缺少土壤的现状和土壤漫长的地质成土过程的现实,试图在阐述自然地质成土原理的基础上,探讨矿山生态修复中的地质成土(简称矿山地质成土)的概念与方法。自然地质成土是地质大循环和生物小循环历经漫长时期将“岩石”变成“土壤”的过程,其中风化、黏化、有机质积聚以及元素的交换和迁移是重要的自然地质成土过程。矿山地质成土是指仿自然地质成土过程,通过筛选矿区可利用的成土母质或土壤材料,采用物理、化学和生物措施促进土壤快速发育和熟化并在短期内形成期望土壤功能、达到自我可持续发育状态的过程,其实质为人工造土。方法包含矿山地质成土的需求分析、成土材料的筛选、土壤材料的组配和生物熟化4步骤,还阐述了矿山地质成土与矿山复垦土壤重构的关系。以内蒙古某露天煤矿生态修复为例,详细讨论基于原始地层材料的露天矿表土的矿山地质成土过程,筛选出原始第3层土壤作为新表土的最优土壤材料组配与生物熟化方法;以矿山固体废弃物为土壤材料,介绍利用自然地质成土原理所构造的煤基生物土的方法;同时对黄河泥沙基矿山地质成土在西部矿区生态修复中的应用给予了展望。