• 作者(Author):范京道
    关键词(KeyWords):煤炭开采,大采高工作面,智能化开采,防片帮控制,护帮板精准控制,底软智能控制,顶板破碎智能控制

    摘要:为了解决大采高综采工作面用人多、劳动强度大等问题,针对陕西陕煤黄陵矿业有限公司二号煤矿实际情况,分析了大采高工作面智能化综采存在的片帮精准控制难、底软拉架难及装备可靠性、感知精准度、协同性差等技术难题;选用可视化远程干预型技术路线来实现大采高综采工作面智能常态化开采;重点研究了高效采煤工艺、防片帮控制技术、底软智能控制技术和顶板破碎智能控制技术。通过采煤工艺革新,三角煤截割效率提高了30%;在煤壁发生片帮的不同阶段采用不同的控制手段,实现了护帮板精准控制;通过液压支架多次降架模拟人工操作的方式完成底板软弱条件下的智能化处理,解决了架前堆煤问题;通过液压支架超前拉架的方式完成工作面顶板破碎条件下的智能化处理,确保顶板破碎区域可以智能开采。二号煤矿实践表明,采用智能化综采技术后,实现了以工作面设备智能运行为主、现场干预控制为辅的智能化生产模式,以及井下7人作业、地面2人监控的“7+2”作业模式,达到了减员提效的目的
  • 作者(Author):张立亚
    关键词(KeyWords):煤矿安全,事故应急处理,灾变处置,应急救援,救护保障,环境信息,生命体征,数据融合

    摘要:针对矿山事故快速高效的应急处理和救援需求,通过分析灾害现场的环境信息与救护人员生命体征信息,设计了一种矿山救护保障系统,介绍了该系统的组成及井下超前环境侦测设备、救护人员穿戴式生命体征设备2种检测设备的设计方案,阐述了基于救护人员生命体征信息和井下环境信息融合分析的救护保障检测方法。试验结果表明,该系统能够对救援人员在救护过程中的状态和井下灾害现场的环境状况进行实时监测和报警,保障了救援队员的自身安全,提高了救援效率
  • 作者(Author):任波,袁亮,桑树勋,郭华,薛俊华,黄华州,李源,武杰
    关键词(KeyWords):厚表土层,地面井,瓦斯,变形破坏,预防措施,顾桥矿

    摘要:以顾桥矿工程实践为基础,结合物理模拟实验和现场监测结果,研究了厚表土层深井卸压开采地面钻井变形破坏及其预防。结果表明:钻井破坏是地面卸压瓦斯抽采失败的关键,采动影响下地面瓦斯抽采井破坏以变形和错断为主,破坏深度不一,主要集中在松散层中下部和基岩中上部;在钻井完好情况下,将钻井终孔位置布置于断层附近、"O"型圈范围内更有利于卸压瓦斯抽采。采动引起的上覆岩层离层、应力集中、竖向破断以及厚表土层"杠杆效应"造成地面瓦斯抽采井破坏,其由下至上多次出现是导致地面井多处变形破坏的主要原因。煤层采动对工作面前方巷帮应力、顶板应力的影响范围分别可达320 m、350 m,对轨顺相对位移影响范围可达工作面前方50m和后方200m,采场中部覆岩与地表之间的相对位移量远大于采场边缘附近,更容易导致井孔破坏。采用"抗"和"让"相结合的井身结构、"上止下泄"固井–完井施工工艺以及合理的井位布置等措施,可有效防止卸压开采地面钻井变形破坏,实现瓦斯稳定高效抽采。
  • 作者(Author):陈捷,易同生,金军
    关键词(KeyWords):薄至中厚煤层群,分段压裂,影响因素,参数优化,煤层气

    摘要:目前薄至中厚煤层群煤层气井普遍存在"前期产能高但周期短、衰减快且幅度大、后期恢复困难"的生产特征。针对这一现象,以黔西松河井田为例,通过对示范井组工程效果从煤储层赋存特征、合层分段改造效果及影响因素进行对比分析,并对施工参数进行优化和工程试验。分析认为:合层分段压裂仍是多煤层煤层气开发主要途径,其效果受层间兼容性和开发方式影响;投球暂堵合层改造受层间跨度、有效射孔厚度、施工参数及固井质量影响大。基于影响因素分析,提出施工参数优化措施,即施工排量6~8m3/min,前置液占比40%~50%,单孔流量0.2~0.3m3/min和前置段塞加砂方式,优化方案经后期工程验证取得较好的试验效果,对类似地质条件煤层群发育区煤层气合层开发层段组合、施工参数优化有较好的借鉴意义。
  • 作者(Author):吴国代,郭东鑫,程礼军,程军,朱长生,谢庆明,刘代喜,王开文
    关键词(KeyWords):松藻矿区,煤层群,储层含水性,压降,合采

    摘要:西南地区晚二叠世龙潭组煤层气勘探开发取得较好的成效,该层位弱含水性制约着煤层气的排采。为揭示多煤层合采条件下煤储层的压降特征,以平面径向渗流理论为指导,利用松藻矿区Q1井地质工程数据,基于井底流压、套压、日产水量、日产气量数据的综合分析,建立了纵向上不同储层的井底流压数学模型,并分析不同储层的压降特征。研究表明:M6、M7、M8煤层的初始产气时间分别为45 d、162 d、217 d;储层压力和渗透率控制储层供液能力,导致压降效果随层位的降低而降低;储层临界解吸压力相差较大(4.07 MPa)和日产水量低(0.23 m3)影响多煤层的合采效果。加强选层综合研究、产水特征分析和注水时机研究,开展递进排采相关工艺设备研发和工程探索是弱含水煤层群合采的重要工作方向。
  • 作者(Author):桑树勋
    关键词(KeyWords):煤基CO2地质存储,煤层气强化开发,有效性,研究现状

    摘要:煤层CO2地质存储与CH4强化开采(CO2-ECBM)技术融温室气体减排与化石新能源开发为一体,极具发展前景。CO2-ECBM技术有效性是经济性、长期性和安全性的基础和前提,建立深部煤层CO2-ECBM有效性理论和生产技术在中国的需求尤为迫切。中国、美国、英国、澳大利亚、日本等国家在该领域开展了大量实验模拟、数值模拟和工程探索研究。研究工作表明:CO2可注性、CO2封存机制与存储容量、CH4增产效果构成了CO2-ECBM有效性的核心内涵,其中CO2可注性更为关键;CO2注入时煤储层发生体积应变效应和地球化学反应效应,其导致的渗透率快速衰减与可注性变差制约着CO2-ECBM的有效性;CO2/CH4竞争吸附与置换是主要的CO2封存机制,地层条件下CO2/CH4竞争吸附与置换封存决定了有效存储容量的主体,对于超临界CO2,改进的吸附势模型(Modified D-R model)表征计算结果与实验模拟结果的拟合度最好;通过优化注入参数、间歇性注入、先压后注、与N2交替注入等方式可以提高深部煤层的CO2可注性,试验井组煤层气生产井可实现最高3.8倍的增产效果;沁水盆地深部无烟煤CO2-ECBM技术的有效性已得到实验室研究和工程试验的初步证实。中国科学家在持续开展和不断深化CO2-ECBM技术的研究工作,CO2-ECBM有效性的关键科学技术问题有望在中国得到破解。
  • 作者(Author):秦志宏
    关键词(KeyWords):煤结构,嵌布结构模型,理论构建,全组分分离,全煤阶煤

    摘要:虽然人类认识和利用煤的历史已十分久远,但有关煤结构的研究仍没有获得广泛认可的理论突破,煤结构理论仍需要煤化学工作者的持续努力探索.论文基于"模糊/精细论"观点,利用"自然类聚"的全组分分类法对煤进行"种属"划分和精细解析,将原先提出的煤嵌布结构模型理论进一步发展,构建了更为系统和精细的"适于全煤阶的煤嵌布结构模型理论",形成了较完善的有关煤组成结构的理论体系.论文综述了该理论建立的整个过程,并提供了部分主要的支持数据和分析测试结果,包括TEM,AFM,FTIR,GC/MS,MALDI/TOF/MS,DART/MSD以及分形分析等.所建立的煤嵌布结构理论充分兼顾了全煤阶煤的同一性与特殊性,在全煤阶范围反映了煤组成结构的本质,在宏观和微观两个层面初步解决了对煤组成结构的系统认知难题,为指导煤加工和转化利用技术提供了一条有价值和有意义的理论途径.
  • 作者(Author):袁亮,张通,赵毅鑫,任波,郝宪杰,徐超
    关键词(KeyWords):精准协调开采,预留走廊,煤与伴生资源,技术途径,特种稀有金属

    摘要:基于国家能源需求、新一轮科技创新及煤与共伴生资源赋存现状,为实现科学技术指导下的煤与伴生资源安全、高效、绿色开采,提出了煤与共伴生资源精准协调开采概念及预留走廊开采技术手段.精准协调开采是以生态资源保护为前提,基于透明空间地球物理技术、多物理场耦合理论,采用数字化、信息化及智能化手段,精确勘探资源赋存环境,利用预留走廊开采技术手段,精准定量确定煤、油、非常规天然气、特种稀有金属、水等叠置资源开发模式,智能生成最优开采技术方案的煤与共伴生资源科学开采方法.本文以鄂尔多斯盆地为例,聚焦煤与伴生特种稀有金属精准协调开采,具体分析开采所涉及的资源间作用、地下水、地表生态、多场动态信息数字化定量与采集传输的关键科学问题,制定精准协调开采安全等级初步评价标准,进一步分析了精准协调开采关键技术,并提出相关举措及建议,对煤与共伴生资源中长期开采具有良好的借鉴意义.
  • 作者(Author):葛世荣
    关键词(KeyWords):化学开采技术,煤炭无人化开采,煤炭地下气化,煤炭地下热解,煤炭生物溶解

    摘要:为了探索地下煤炭开采技术革命的新方法,提出地下煤炭化学开采的基本概念,并将其归纳为3种化学开采方法,即地下气化、地下热解和生物溶解.首次提出了煤炭化学开采技术架构、工艺系统和需要突破的关键技术:1)地下煤炭盾构-气化协同工艺及装备系统,合成燃气用于整体煤气化联合循环(IGCC)发电及CO2埋藏的技术思路,地下气化污染物抑制及稳定产气控制方法;2)基于聚光太阳能供热和干热岩集热供热的地下煤炭原位干馏技术,基于电磁感应加热和微波辐射加热的地下煤炭原位热解技术;3)基于微生物溶煤的地下煤炭原位生物开采技术.国内外研究表明:与传统井工煤矿生产和发电系统相比,煤炭地下气化的投资降低60%,生产成本降低70%,煤炭资源回采率提高到95%,土地复耕成本降低80%;发电热效率提高50%,发电成本约为0.15元/(kW·h).可以预见,化学开采将成为高回收、低损害、超低排放、零死亡的煤炭开发技术革命的新方向.
  • 作者(Author):黄炳香,刘江伟,李楠,赵兴龙
    关键词(KeyWords):矿井,闭坑,安全,环境,地下空间利用

    摘要:随着闭坑矿井的数量增多,其带来的安全与环境问题日益突出,且闭坑矿井的大量地下空间可以考虑利用.定义了矿井全生命周期的概念,明确了"矿井全生命周期采矿"的内涵.分析了闭坑矿井的数量、特征以及地下空间的特点.提出了矿井闭坑的工程背景、科学问题、关键技术、实践等基本问题框架.探讨了闭坑矿井的评价标准和责任体系、采空区覆岩长期沉陷规律、采空区水、气与污染物质的多场耦合与迁移规律、地下空间长期稳定性评价标准、地下空间利用方法等理论问题.在此基础上,分析了矿井闭坑的长期安全监测与评价、长期环境监测与评价、开拓巷道空间利用、采空区利用、生态环境修复等关键技术问题.政府与矿山企业需转变闭坑理念,重视闭坑矿井带来的安全、环境问题,从矿井全生命周期对该问题进行思考;积极探索闭坑矿井长期安全和环境监测、评价、修复治理技术,进行闭坑矿井的地下空间利用评价,并最大限度研究地下空间利用方法.
  • 作者(Author):武强,刘宏磊,陈奇,孙文洁,陈延
    关键词(KeyWords):矿山环境修复治理模式,模式构成,修复治理对象,修复治理目标,沉陷盆地

    摘要:为促进我国矿山环境修复治理工作,从矿山环境问题的系统性与复杂性出发,探讨了矿山环境修复治理模式相关理论,明确提出矿山环境修复治理模式的定义。围绕矿山环境问题修复治理模式所涉及的对象、目标、技术及模式构成等核心内容展开了系统深入研究。用逐层分析的方法梳理了治理修复对象的主要控制因素;从多角度将治理目标分为地质工程目标、土地修复目标及生态修复目标;总结归纳了消灾修复技术、工程修复技术、生态修复技术、生物修复技术四类主要矿山环境修复治理技术;最后,提出了以对象明确、目标控制、技术厘定为基础的矿山环境修复治理模式体系构建方法。以煤炭矿山沉陷盆地问题为例,提出了沉陷盆地修复治理的目标与要求,筛选了适用的消灾修复技术,共构建五例适用于沉陷盆地问题的矿山环境修复治理模式。以内蒙古和河北两例采煤矿山沉陷盆地问题防治实践为例,根据二者沉陷盆地问题发生的实际情况选取适用的治理模式并分析了其在实际工程中的应用效果。
  • 作者(Author):谢和平,高明忠,高峰,张茹,鞠杨,徐恒,王勇威
    关键词(KeyWords):关停矿井,转型升级,地下空间,资源化利用,立体式开发

    摘要:煤炭是我国主导能源,随着洁净、绿色、低碳理念的践行,煤炭在一次能源消费结构中的比例将逐步下降,关停的矿井将越来越多,对关停矿井的认知随着社会发展和科技进步必须突破传统思维定势,建立新的资源理念,即关停矿井不只可以遏制生态破坏,还可以提供宝贵的地下空间资源。关停矿井的资源化利用和转型升级,不仅是一个经济问题,更是一个科学问题。解决好这个问题,将对我国未来矿业生态、城乡建设以及能源战略产生深远影响。提出了关停矿井科学转型升级应遵循的6个基本原则,强调了关停矿井转型升级的立体化和生态化开发理念、关停矿井空间资源化利用的国家战略思维以及关停矿井开发利用的历史文化观,系统阐述了关停矿井资源化转型升级所涉及的关键技术,如地下生态城市、井下抽水蓄能发电、竖井地下停车场、地下医学和地下疗养院、地下农业种植、地下生态景观、深地科学探索等,同时建议部分富有特色和历史内涵的矿井申报工业遗产。以上战略构想和相应关键技术有望为未来关停矿井的资源化利用、立体式开发和全面转型升级提供解决思路。
  • 作者(Author):袁亮
    关键词(KeyWords):煤炭精准开采,透明地球,互联网+,科学开采

    摘要:新世纪互联网+及智能化发展势头强劲,在总结煤炭开采历史及科技发展趋势的基础上,思考了煤炭开采如何应对新一轮科技创新的到来,针对我国煤炭开采面临的挑战和机遇,提出了煤炭精准开采的科学构想。煤炭精准开采是基于透明空间地球物理和多物理场耦合,以智能感知、智能控制、物联网、大数据云计算等作支撑,将不同地质条件的煤炭开采扰动影响、致灾因素、开采引发生态环境破坏等统筹考虑,时空上准确高效的煤炭少人(无人)智能开采与灾害防控一体化的未来采矿新模式。煤炭精准开采可显著提高煤炭安全开采自动化、智能化、信息化水平,实现煤炭工业由劳动密集型向具有高科技特点的技术密集型转变。本文凝练了煤炭精准开采的7个关键科学问题和八个主要研究方向,为实现互联网+科学开采的未来少人(无人)采矿提出了技术路径。
  • 作者(Author):范立民
    关键词(KeyWords):保水采煤,科学内涵,岩层控制,生态脆弱矿区

    摘要:为保护干旱半干旱矿区含水层及生态系统,通过阐述榆神矿区矿床地质、开采条件、岩层移动特征等,从系统论角度提出了保水采煤的概念和科学内涵,并构建了保水采煤研究基本框架。认为保水采煤适用于干旱半干旱缺水矿区,目标是保护含水层结构和河流基流量基本稳定;主要研究地质条件、岩层移动控制技术、水与生态约束条件和保水采煤关键技术;技术途径包括控制岩层移动抑制导水裂隙带发育、隔水层再造和注浆改造隔水层等。低成本充填技术和沙漠区地下水位相对变浅后的环境效应是保水采煤研究面临的挑战。保水采煤研究是我国干旱半干旱矿区煤炭开采与水资源保护的理论基础和依据。
  • 作者(Author):谢和平,高峰,鞠杨,葛世荣,王国法,张茹,高明忠,吴刚,刘见中
    关键词(KeyWords):深地开发,煤炭资源,流态化开采,物理转化,化学转化,生物转化,无人智能化

    摘要:地球浅部煤炭资源逐步开采殆尽,煤炭资源开发不断走向地球深部。然而,面对深部地层环境与极限开采深度的限制,传统采矿学与力学等理论难以解决深部煤炭开采出现的技术难题,深部煤炭绿色安全高效生产面临严峻挑战。结合深地煤炭资源开发的未来趋势,提出深地煤炭资源流态化开采的颠覆性科学构想及流态化开采定义、目标与内涵,建立深地流态化开采的应力-温度-渗流-化学-微生物等多种作用机制的多场耦合模型与可视化理论,揭示煤炭流态转换的物理、化学与生物机制,建立深地煤炭资源的采、选、充、电、热、气一体化的物理流态化开采、化学转化流态化开采、生物降解流态化开采、物理破碎流态化开采等颠覆性理论和技术。在此基础上,提出"2025基础研究、2035技术攻关、2050集成示范"的战略实施路线,构建深地煤炭资源无人智能化的采选充一体化开采、热电气集成转化的流态化开采理论与技术体系,达到"地上无煤、井下无人"的绿色环保目标,实现深地煤炭资源开采的颠覆性变革。

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