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Understanding of mineral change mechanisms in coal mine groundwater reservoir and their influences on effluent water quality:a experimental study 被引量:3
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作者 Kai Zhang Huifang Li +2 位作者 Jiaming Han Binbin Jiang Ju Gao 《International Journal of Coal Science & Technology》 EI CAS CSCD 2021年第1期154-167,共14页
This paper presents results of an experimental study to characterize the law of mineral change of fallen rock in coal mine groundwater reservoir ant its influence on water quality.The minerals of the underground reser... This paper presents results of an experimental study to characterize the law of mineral change of fallen rock in coal mine groundwater reservoir ant its influence on water quality.The minerals of the underground reservoir of Daliuta Coal Mine is taken as the research object.Simulation experiments were designed and conducted to simulate water–rock action in the laboratory.The mineral composition was analyzed by X-ray diffractometer(XRD),the surface morphology of the mineral was analyzed by scanning electron microscope(SEM),and the specific surface area,total pore volume and average pore diameter of the mineral were measured by fast specific surface/pore analyzer(BET).The experimental results show that the sandstone and mudstone in the groundwater reservoir of Daliuta Coal Mine account for 70%and 30%,respectively.The pore diameter is 15.62–17.55 nm,and pore volume is 0.035 cc/g.Its pore structure is a key factor in the occurrence of water–rock interaction.According to the water–rock simulation experiment,the quartz content before the water–rock action is about 34.28%,the albite is about 21.84%,the feldspar is about 17.48%,and the kaolinite is about 8.00%.After the water–rock action,they are 36.14%,17.78%,11.62%,and 16.75%,respectively.The content of albite and orthoclase is reduced while the content of kaolinite is increased,that is,the Na+content becomes higher,and the Ca2+and Mg2+contents become lower.This research builds a good theoretical foundation for revealing the role of water and rock in underground coal reservoirs. 展开更多
关键词 coal mine underground reservoir Fallen rock Water-rock interaction Rock composition
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煤矿地下水库技术原创试验平台体系研制及应用
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作者 顾大钊 曹志国 +10 位作者 李井峰 吴宝杨 张勇 蒋斌斌 郭强 王汉鹏 武洋 史小萌 王路军 杨毅 查尔晟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期100-113,共14页
煤炭是我国主体能源,西部是我国煤炭主产区,矿井水保护利用是煤炭开发面临的重大技术难题。国家能源集团煤炭绿色开采技术研发团队经过20多年持续技术攻关,首创了煤矿地下水库技术,在西部神东矿区推广应用,为矿区开发提供了95%以上用水... 煤炭是我国主体能源,西部是我国煤炭主产区,矿井水保护利用是煤炭开发面临的重大技术难题。国家能源集团煤炭绿色开采技术研发团队经过20多年持续技术攻关,首创了煤矿地下水库技术,在西部神东矿区推广应用,为矿区开发提供了95%以上用水,确保了矿区可持续开发。为进一步丰富完善煤矿地下水库理论和技术体系,在西部煤炭主产区不同地质和工况条件下推广应用该技术,保障国家能源安全和水资源安全,研发团队构建了煤矿地下水库原创技术试验平台体系,包括煤炭开采地下水运移与保护综合智能试验平台、多煤层开采煤矿地下水库模拟试验平台、煤矿地下水库坝体结构试验平台、西部深部井工矿井筒施工模拟试验台、地下水库水岩耦合机理试验、水处理工艺集成试验平台、煤矿地下水库冲击试验平台等,能够开展西部矿区不同煤层赋存条件下地下水运移规律、坝体结构参数优化、水库安全稳定性、水岩耦合作用机理、矿井水处理工艺参数优化、垮落岩体垮落冲击对坝体影响等研究,为煤矿地下水库建设、运行和安全提供理论支撑和技术验证。利用上述试验平台,开展了多煤层开采煤矿地下水库稳定性及渗流规律模拟、煤矿地下水库坝体结构安全、煤矿地下水库水岩耦合机理等多项试验研究,相关研究成果已应用于现场工程实践,确保了煤矿地下水库安全稳定运行。 展开更多
关键词 煤矿地下水库 地下水运移 坝体结构 冲击试验 水岩耦合
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煤矿地下水库平板型人工坝体抗震性能分析 被引量:2
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作者 池明波 李鹏 +4 位作者 曹志国 武洋 张勇 李海祥 吴宝杨 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期1179-1191,共13页
煤矿地下水库有效地解决了西部矿区矿井水保护与利用问题,地下水库安全稳定是其执行“导储用”核心技术的关键,而人工坝体是连接水库坝体的纽带。为此,针对煤矿地下水库人工坝体安全稳定问题,选取典型的平板型人工坝体为研究对象,基于... 煤矿地下水库有效地解决了西部矿区矿井水保护与利用问题,地下水库安全稳定是其执行“导储用”核心技术的关键,而人工坝体是连接水库坝体的纽带。为此,针对煤矿地下水库人工坝体安全稳定问题,选取典型的平板型人工坝体为研究对象,基于大柳塔2-2煤层煤矿地下水库基本情况,利用相似模拟实验、数值分析等研究方法,分析了不同地震(1~15 m/s^(2))作用下煤矿地下水库平板型人工坝体稳定性特征。相似模拟结果表明:煤矿地下水库平板型人工坝体可以抵抗10烈度以上(12 m/s^(2))地震作用,在由小到大地震循环加载作用下产生的最大位移为0.19 mm;人工坝体产生应力集中的位置主要在坝体底部,应力变化规律为底部>腹部>顶部,同一地震波作用下坝体反面应力峰值约大于正面10%,整个震动过程中人工坝体未出现裂隙发育情况,说明人工坝体始终保持弹性工作状态;顶部压力逐渐增加和循环地震作用过程中,人工坝体内应力急剧增加,坝体水平方向位移与非加压阶段相当,未表现出明显增加现象,但煤柱坝体在此过程中逐渐产生裂隙,最终裂隙贯通造成煤柱坝体垮落破坏。基于力学模型分析及模拟结果表明:大柳塔2-2煤矿地下水库坝体(煤柱+人工)在地震作用下未出现较大塑性变形,位移变化以垂直巷道方向最大,但变化范围均为毫米级,水库坝体在地震作用下保持较好的稳定性;由于人工坝体和煤柱坝体基础性质(强度、密度)不同,震动引起的加速度不同,造成人工坝体作用过程中加速度大于煤柱坝体(差值为1.14倍),导致坝体连接处剪切应力集中,是煤矿地下水库易发生破坏的关键位置。 展开更多
关键词 煤矿地下水库 平板型人工坝体 震动作用 抗震性能
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煤矿地下水库坝基层间岩体破坏及突渗力学模型 被引量:4
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作者 王路军 曹志国 +6 位作者 程建超 刘升贵 周宏伟 武洋 王俊光 欧阳迪 薛东杰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期1192-1208,共17页
煤矿地下水库技术为西部矿区矿井水资源储存和利用提供了新的途径。煤矿地下水库安全稳定的科学问题之一是开采扰动下煤岩体渗透特性突变机理及量化表征。以陕西大柳塔煤矿为原型开展了煤矿地下水库层间岩体裂隙演化的物理相似模拟试验... 煤矿地下水库技术为西部矿区矿井水资源储存和利用提供了新的途径。煤矿地下水库安全稳定的科学问题之一是开采扰动下煤岩体渗透特性突变机理及量化表征。以陕西大柳塔煤矿为原型开展了煤矿地下水库层间岩体裂隙演化的物理相似模拟试验和三轴循环加卸载渗流耦合试验。结果表明:下煤层工作面朝上部水库推进过程中层间岩层发生拉伸剪切破坏,裂隙逐渐向水库坝体方向延伸,采用数字散斑方法观测到坝基岩体裂隙网络由离散局部变形连通形成宏观裂缝,并贯穿至煤柱坝体;从几何和拓扑角度定量地分析了裂隙网络的幂律分布特征,证实了裂隙演化在空间上存在连通概率,岩层的裂隙网络连通属于渐进式,区别于岩石试件裂隙激增式扩展过程。综合考虑原岩应力、初始采动应力、循环加卸载等作用,发现采动应力导致煤体的体胀作用远大于砂岩,砂岩作为硬岩关键层有利于抑制裂隙扩展和渗透增加;采用基于分数阶理论的非达西渗透率公式计算瞬态法测试的渗透率,相比常规计算方法具有更好的灵敏性,渗透率突变伴随着应力突降、体应变激增、破裂信号陡增等行为,揭示了渗透率的本质是裂隙网络的拓扑连接,提出了突渗的力学定义和拓扑定义。采用逾渗理论将裂隙网络连通视为连续相至非连续相的跳跃行为,建立了煤岩体突渗的逾渗模型,经应力渗流、蠕变渗流等试验验证模型有效且形式简单,为突渗力学行为的数学描述奠定了基础。 展开更多
关键词 煤矿地下水库 煤岩体破坏 突渗定义 逾渗模型
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煤矿地下水库对矿井水净化机理研究进展 被引量:3
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作者 蒋斌斌 李井峰 +3 位作者 吴敏 苏琛 包一翔 薛蕊 《矿业科学学报》 CSCD 2023年第2期137-145,共9页
煤矿地下水库对矿井水的净化作用主要在于库内岩体与矿井水发生的水-岩耦合作用。本文系统梳理了煤矿地下水库水-岩耦合作用的研究方法,指出水样水质测试和岩样理化性质表征项目,并通过静态模拟、动态淋滤、循环净化模拟等试验,探索煤... 煤矿地下水库对矿井水的净化作用主要在于库内岩体与矿井水发生的水-岩耦合作用。本文系统梳理了煤矿地下水库水-岩耦合作用的研究方法,指出水样水质测试和岩样理化性质表征项目,并通过静态模拟、动态淋滤、循环净化模拟等试验,探索煤矿地下水库对矿井水的净化规律,利用数值模拟获取反应过程中离子的选择性吸附趋势,结合Piper三线图、Gibbs模型和相关性分析等方法揭示水-岩耦合作用机理。论述了煤矿地下水库对矿井水中悬浮物、特征离子和有机物的净化作用和研究进展,研究表明,煤矿地下水库对矿井水具有一定的净化效果,其中对特征离子的净化主要与溶滤和吸附作用相关;提出了未来煤矿地下水库净化技术的3个研究方向:(1)基于水-岩耦合净化作用的井下矿井水大规模低成本处理技术;(2)耦合多种水处理技术的煤矿地下水库“三位一体”水质控制技术;(3)浓盐废水井下存储及资源化利用技术。 展开更多
关键词 煤矿地下水库 水-岩耦合作用 净化机理 数值模拟
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神东矿区顶板垮落岩体在不同水化学条件下的离子迁移特征 被引量:2
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作者 苏琛 吴敏 +5 位作者 唐佳伟 包一翔 刘兆峰 薛蕊 张海琴 蒋斌斌 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期1353-1364,共12页
采空区内含有大量的顶板垮落岩体,矿井水在地下水库内储存过程中,与采空区内顶板垮落岩体存在离子交换/吸附、溶滤等水岩相互作用,在一定程度上影响矿井水水质。采集了内蒙古哈拉沟矿区采空区顶板垮落岩体,对其阳离子交换容量(CEC)进行... 采空区内含有大量的顶板垮落岩体,矿井水在地下水库内储存过程中,与采空区内顶板垮落岩体存在离子交换/吸附、溶滤等水岩相互作用,在一定程度上影响矿井水水质。采集了内蒙古哈拉沟矿区采空区顶板垮落岩体,对其阳离子交换容量(CEC)进行测定,并开展了不同水化学条件下(Na^(+)、Mg^(2+)、K^(+)、Ca^(2+)质量浓度各250 mg/L)的水岩耦合静态吸附-溶出实验。实验结果表明:采空区顶板垮落岩体的CEC与粒径大小成反比,当粒径小于120目(0.125 mm)时CEC达134 mmol^(+)/kg,采空区顶板垮落岩体中交换性盐基离子总量排序为交换性钙交换性镁>交换性钠>交换性钾;静态吸附-溶出实验48 h后各体系中离子质量浓度趋于平衡,Na^(+)体系溶液中阳离子质量浓度均有所升高,其他3种体系中,原有离子质量浓度均有所下降,且K^(+)质量浓度下降幅度最大。采空区顶板垮落岩体交换至水溶液中的离子质量浓度由高到低的顺序为:Ca^(2+)>Na^(+)>Mg^(2+)>K^(+),Ca^(2+)质量浓度在试验结束后依然有上升趋势。反应后采空区顶板垮落岩体的CEC均有所增加,Ca^(2+)体系下CEC最大达183.7 mmol^(+)/kg。基于XRD等表征结果进一步揭示了微斜长石、钠长石、硫铁矿等非黏土矿物的溶滤作用可以导致溶液中Ca^(2+)、Na^(+)的质量浓度增加,而伊利石、高岭石等黏土矿物则通过配位作用等对溶液中的阳离子进行吸附/交换。对于阳离子而言,若溶滤作用>离子交换作用(初始质量浓度较低)则质量浓度有所上升;反之则有所下降。因此当矿井水Ca^(2+)、Mg^(2+)质量浓度较高时,煤矿地下水库可通过水岩相互作用在一定程度上降低矿井水的硬度。 展开更多
关键词 煤矿地下水库 水岩作用 离子交换容量 吸附 溶滤作用
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国能神东煤炭集团重大科技创新成果与实践 被引量:8
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作者 罗文 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期1-43,共43页
国能神东煤炭集团有限责任公司(以下简称“神东公司”)是国家能源集团的骨干煤炭生产企业,在煤炭安全高效开采、国产高端装备制造、智能化矿井建设、安全管理模式创新与绿色低碳创新等方面取得了显著成就,引领了全国煤炭企业的科技创新... 国能神东煤炭集团有限责任公司(以下简称“神东公司”)是国家能源集团的骨干煤炭生产企业,在煤炭安全高效开采、国产高端装备制造、智能化矿井建设、安全管理模式创新与绿色低碳创新等方面取得了显著成就,引领了全国煤炭企业的科技创新,在综采采高、矿井人均工效、矿井长周期安全管理与亿吨矿区管控中心建设等方面创造了多个世界第一。系统介绍了神东公司在科技管理、创新平台、协同创新、人才队伍、知识产权、标准体系与科技成果等方面的进展,总结了神东公司创新驱动体系及螺旋加速上升的科技创新通道。在采掘技术创新与实践方面,梳理了一次采全高综采采高从6.3 m逐步提高到8.8 m的技术突破,介绍了浅埋坚硬特厚煤层上分层综采下分层综放的采煤工艺,梳理了薄煤层等高开采关键装备、技术及面临的技术问题,分析了短壁机械化全部垮落法的技术适应性及无煤柱开采方法的技术实践;介绍了快速智能掘进成套系统及掘锚一体化关键技术,提高了掘进效率,解决了“采掘失衡”的矛盾。在国产高端装备研发与应用方面,介绍了神东公司在世界首个8.8 m超大采高综采工作面装备配套方面取得的突破性成果,分析了国内首套纯水液压支架面临的技术难点与创新途径,解析了6 000 m可伸缩单点驱动带式输送机在整机降阻、张紧控制与智能变频驱动等技术方面的突破,总结了研发世界首套双百吨重载搬运车突破技术障碍的经验,列举了把新能源矿用电动车应用到井下所实现的技术创新。在智能化矿井建设方面,针对采煤工作面智能化面临智能割煤、跟机拉架方面的问题,总结了神东公司在采煤工作面智能化建设过程中实现的技术革新;梳理了智能化选煤厂“从无到有”的拓荒之旅;研究了我国首个国产煤矿井下操作系统——矿鸿的关键技术核心与推广应用价值;解析了我国首个亿吨矿区数字化集中管控平台建设使用的集成技术,介绍了13种井下智能机器人创新与实践。在安全管理技术与实践方面,创建了“135”工作法安全风险管控管理体系,实现了千万吨矿井超长的安全生产周期;搭建了神东公司矿压控制体系与矿压动态高效预警智能云平台,形成了神东矿区特有的矿压控制技术体系;介绍了水、火和瓦斯灾害防治技术体系,保障了神东公司安全管理体系的建设。在绿色生态建设方面,介绍了神东公司在煤炭绿色发展和技术创新中的成就,阐述了在开展生态矿井、绿色矿山与清洁煤炭方面的技术实践,在贯彻黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略方面,介绍了神东先行示范区。通过对神东公司科技创新体系和创新成果的总结,探讨了煤矿未来科技发展思路,明确了其在科技创新体系与重大科技攻关方面的发展方向。 展开更多
关键词 国能神东煤炭集团 矿鸿操作系统 千万吨矿井群 8.8 m一次采全高 重型工作面 亿吨矿区集控中心 矿井长周期安全管理 纯水液压支架 快速高效掘进 斜井双模盾构机 双百吨重载搬运车 智能化选煤厂 煤矿地下水库 “三期三圈”生态防治模式 神东先行示范区
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煤矿转型为专用地下水库技术研究
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作者 彭海兵 李瑞群 《陕西煤炭》 2023年第1期134-138,共5页
为了保护中国西部矿区脆弱的生态环境,对矿区稀缺的水资源进行保护和利用,神东矿区将煤矿井下采空区作为矿井水储存、净化和利用的空间,通过循环使用,建成煤矿地下水库,实现矿井水资源的保护和循环利用。然而当煤矿开采结束后,井下各个... 为了保护中国西部矿区脆弱的生态环境,对矿区稀缺的水资源进行保护和利用,神东矿区将煤矿井下采空区作为矿井水储存、净化和利用的空间,通过循环使用,建成煤矿地下水库,实现矿井水资源的保护和循环利用。然而当煤矿开采结束后,井下各个生产系统和大部分巷道将被废弃,地下水库则不具备运行条件。针对煤矿采完后,如何对矿井各个生产系统进行改造以保证地下水库安全运行进行了详细介绍,采取保留和改造矿井部分生产系统和井下巷道的办法,将煤矿作为专用地下水库继续使用,以实现水资源的持续利用和保护。 展开更多
关键词 矿井采终 地下水库 生产系统 改造方案 运行使用
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煤矿地下水库煤柱动力响应与稳定性分析 被引量:73
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作者 顾大钊 颜永国 +2 位作者 张勇 王恩志 曹志国 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期1589-1597,共9页
参考借鉴地面水库坝体抗震安全评价的相关研究,构建了煤矿地下水库相似材料模型平台,进行了不同烈度条件下的动力破坏试验研究,并利用摩尔库伦模型对坝体在地震作用下的动力响应进行了数值仿真,研究了坝体的地震破坏形态、抗震薄弱环节... 参考借鉴地面水库坝体抗震安全评价的相关研究,构建了煤矿地下水库相似材料模型平台,进行了不同烈度条件下的动力破坏试验研究,并利用摩尔库伦模型对坝体在地震作用下的动力响应进行了数值仿真,研究了坝体的地震破坏形态、抗震薄弱环节以及影响因素;同时对同等条件下的地面水库坝体进行了模型试验和数值模拟,对比分析了地下水库与地面水库的抗震安全性。结果表明:物理模型试验和数值模拟得到的动力响应较为接近;在地震波逐级加载的过程中,由于受到顶底板约束,煤矿地下水库坝体晚于地面水库坝体进入塑性工作状态,验证了煤矿地下水库坝体较地面水库坝体具有更好的抗震安全性。在此基础上,提出了煤矿地下水库坝体安全系数概念,对比分析了同条件的煤矿地下水库坝体和地面水库坝体的安全稳定性。 展开更多
关键词 煤矿地下水库 相似模型 振动台试验 动力破坏 数值仿真
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我国煤炭开采水资源保护利用技术研究进展 被引量:175
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作者 顾大钊 张勇 曹志国 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2016年第1期1-7,共7页
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... 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。 展开更多
关键词 煤炭开采 水资源保护利用 采空区储用矿井水 煤矿地下水库
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煤矿井下抽水蓄能发电新技术:原理、现状及展望 被引量:95
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作者 谢和平 侯正猛 +2 位作者 高峰 周雷 高亚楠 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期965-972,共8页
煤炭开采引发矿山灾害、地表沉陷、水土流失及生态环境损害等问题,但同时在地下形成了巨大的可供利用空间。全面阐述了煤矿井下抽水蓄能发电的概念与技术,对比分析了落差型、活塞抬举型、海洋浮力型和高压风储库蓄能4种非常规蓄能发电技... 煤炭开采引发矿山灾害、地表沉陷、水土流失及生态环境损害等问题,但同时在地下形成了巨大的可供利用空间。全面阐述了煤矿井下抽水蓄能发电的概念与技术,对比分析了落差型、活塞抬举型、海洋浮力型和高压风储库蓄能4种非常规蓄能发电技术,指出利用废旧煤矿的开采空间(巷道及采空区)的煤矿井下抽水蓄能发电新技术具有得天独厚的优势,对我国废旧矿井重复利用、可再生能源开发和电力调蓄、矿区生态保护等提供了新思路。估算了我国废弃煤矿和现有煤矿的蓄水储能发电总量。进一步提出了煤矿地下水库、矿井水循环利用与抽水蓄能发电一体化技术构想,充分利用煤炭开采过程中形成的巨大的地下空间,实现储水、蓄能发电、矿井水循环利用和新能源开发等多重目标,并有助于控制地表沉陷、维护生态平衡,对我国可再生能源产业发展以及水资源严重短缺的西部地区煤炭开发提供重要的技术保障,并对未来现代化、生态化矿井开拓布局、节能减排、绿色开发产生深远影响。 展开更多
关键词 煤矿井下抽水蓄能发电 地下水库 矿井水循环利用 一体化技术 绿色开采
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西部缺水矿区地下水库保水的库容研究 被引量:38
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作者 鞠金峰 许家林 朱卫兵 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期381-387,共7页
利用井下采空区进行水源蓄存和循环利用的地下水库技术是实现西部矿区保水采煤的有效措施,研究确定采空区的合理储水容量对于地下水库技术的安全高效实施至关重要。综合采用理论分析、模拟实验与现场实测等手段,就地下水库储水容量计算... 利用井下采空区进行水源蓄存和循环利用的地下水库技术是实现西部矿区保水采煤的有效措施,研究确定采空区的合理储水容量对于地下水库技术的安全高效实施至关重要。综合采用理论分析、模拟实验与现场实测等手段,就地下水库储水容量计算、以及极限库容与合理库容的确定等问题进行了研究,结果表明:地下水库的储水容量即为储水范围内覆岩垮落带破碎岩块间自由空隙量与裂隙带断裂岩层离层裂隙量的总和;基于覆岩垮落带类抛物空间形态模型的构建,得到了考虑煤层倾角条件下垮落带岩体空隙量的计算公式;利用覆岩采动裂隙分布的"O"形圈理论模型,获得了覆岩各层关键层底界面及相邻关键层间断裂岩层的离层空隙量确定方法;由此根据储水水位在覆岩垮裂带内的不同位置,建立了地下水库储水容量的数学表达式,形成了地下水库极限库容与合理库容的确定方法,指导了李家壕煤矿地下水库工程实践。 展开更多
关键词 保水采煤 煤矿地下水库 库容 关键层 采动岩体空隙
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煤矿地下水库水-岩相互作用机理实验研究 被引量:25
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作者 张凯 高举 +2 位作者 蒋斌斌 韩佳明 陈梦圆 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期3760-3772,共13页
为了揭示煤矿地下水库水体中离子的变化规律,阐明其自净化机理,并为其建设与发展提供理论依据。通过对神东大柳塔煤矿地下水库原位进出水水样水质分析、水化学类型分析和其中主要离子来源解析,设计4组煤矿地下水库泥岩和细砂岩分别与去... 为了揭示煤矿地下水库水体中离子的变化规律,阐明其自净化机理,并为其建设与发展提供理论依据。通过对神东大柳塔煤矿地下水库原位进出水水样水质分析、水化学类型分析和其中主要离子来源解析,设计4组煤矿地下水库泥岩和细砂岩分别与去离子水和矿井水的水-岩相互作用模拟实验,采用图示法、离子比值法等手段揭示煤矿地下水库水体中主要离子的变化规律及其来源。结果表明:大柳塔煤矿地下水库发生的主要水-岩相互作用为阳离子交换反应,黄铁矿氧化,方解石、白云石以及硅酸盐矿物的溶解。阳离子交换反应使得Na^+浓度增大而Ca^2+浓度减少、水化学类型由进水的SO4·Cl-Ca型向出水的SO 4·Cl-Na型转变以及造成Na^+浓度相对Cl-浓度过量而r(Ca^2++Mg^2+)浓度相对于r(HCO3^-+SO4^2-)浓度亏缺的主要原因;且随着水-岩相互作用的进行,泥岩和细砂岩的钠吸附比均逐渐增大,阳离子交换反应逐渐减弱。煤矿地下水库水体中SO4^2-部分来源于黄铁矿氧化,其中泥岩的方解石含量相对于白云石含量较多,主要是黄铁矿氧化与方解石发生中和反应;而细砂岩中白云石含量较多,主要是黄铁矿氧化与白云石发生中和反应。矿井水中Na^+主要来自钠长石和正长石等硅酸盐矿物的溶解,泥岩组和细砂岩组Ca^2+和Mg^2+的主要来源分别是方解石和白云石的溶解。 展开更多
关键词 煤矿地下水库 水-岩相互作用 离子来源 离子变化规律 矿井水
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煤矿地下水库理论框架和技术体系 被引量:223
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作者 顾大钊 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期239-246,共8页
针对我国西部(晋陕蒙宁甘)地区富煤缺水,且蒸发量是降雨量的6倍左右的条件,以及西部煤炭规模化开采产生的裂隙场,破坏了原有的地下水系统,产生大量矿井水,为保障煤矿安全,解决将大量矿井水外排地表蒸发损失的问题,提出了"导储用&qu... 针对我国西部(晋陕蒙宁甘)地区富煤缺水,且蒸发量是降雨量的6倍左右的条件,以及西部煤炭规模化开采产生的裂隙场,破坏了原有的地下水系统,产生大量矿井水,为保障煤矿安全,解决将大量矿井水外排地表蒸发损失的问题,提出了"导储用"为核心的煤矿地下水库地下水保护利用理念,研究开发了涵盖煤矿地下水库设计、建设和运行的技术体系,包括水源预测、水库选址、库容设计、坝体构建、安全运行和水质保障等六大关键技术,并在神东矿区成功建设了示范工程,累计建成32座煤矿地下水库,为矿区提供了95%以上用水,且实现了长期低成本安全稳定运行。工程实践表明,煤矿地下水库是充分利用地下自然空间和自然力储存和净化矿井水的安全、低成本、规模化的储水技术,为西部地区煤炭开采地下水资源保护利用提供了有效技术支撑。 展开更多
关键词 煤炭地下水库 西部地区 煤炭现代开采 地下水保护利用
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“能源金三角”地区煤炭开采水资源保护与利用工程技术 被引量:44
15
作者 顾大钊 《煤炭工程》 北大核心 2014年第10期34-37,共4页
针对制约我国煤炭开发战略西移面临的水资源短缺问题,避免矿井水外排地表蒸发损失和造成土壤盐碱化,开辟节省土地资源和节约建设运行费用的矿井水储用的新途径,保护和利用西部矿区宝贵的矿井水资源,提出了矿井水井下储存利用的新理念,... 针对制约我国煤炭开发战略西移面临的水资源短缺问题,避免矿井水外排地表蒸发损失和造成土壤盐碱化,开辟节省土地资源和节约建设运行费用的矿井水储用的新途径,保护和利用西部矿区宝贵的矿井水资源,提出了矿井水井下储存利用的新理念,即利用煤炭开采形成的采空区作为储水空间,用人工坝体将不连续的煤柱坝体连接构成复合坝体,建设煤矿地下水库。开发了水库水量预测、水库选址、库容计算、坝体建设、安全运行和水质保障等关键技术,建立了煤矿地下水库技术体系,在神东矿区建设了示范工程。目前已建成32座煤矿地下水库,储水量达3100万m3,供应了矿区用水量的95%以上,为矿区发展提供水资源保障,为我国煤炭开采水资源保护利用提供了新的技术途径。 展开更多
关键词 能源“金三角” 水资源保护利用 矿井水井下储用 煤矿地下水库
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地下水受煤炭开采的影响及其储存利用技术 被引量:35
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作者 曹志国 何瑞敏 王兴峰 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2014年第12期113-116,128,共5页
针对神东矿区现代煤炭开采对地下水的影响和矿井水外排蒸发损失等问题,采用物探和钻探观测、模型试验和数值模拟等手段,揭示神东矿区10余年来煤炭开采的地下水运移规律,即第四系松散孔隙含水层水位在下降20%~30%时,水量补给达到平衡,水... 针对神东矿区现代煤炭开采对地下水的影响和矿井水外排蒸发损失等问题,采用物探和钻探观测、模型试验和数值模拟等手段,揭示神东矿区10余年来煤炭开采的地下水运移规律,即第四系松散孔隙含水层水位在下降20%~30%时,水量补给达到平衡,水位基本保持不变;基岩裂隙水是目前矿井涌水主要来源。在掌握现代煤炭开采对地下水影响规律基础上,研发了以超大工作面采空区冒落岩体空隙为储水空间,通过建设煤柱和人工挡水坝体,构筑煤矿地下水库,实现了地下水井下储存利用。 展开更多
关键词 煤炭开采 松散层孔隙水 基岩裂隙水 煤矿地下水库 矿井水利用
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煤矿地下水库矿井水中溶解性有机质变化特征的研究 被引量:14
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作者 于妍 陈薇 +2 位作者 曹志国 陈健 张凯 《中国煤炭》 2018年第10期168-173,共6页
煤矿地下水库利用采空区冒落岩体的过滤、吸附和离子交换等固液耦合作用来净化矿井水,通过三维荧光光谱分析煤矿地下水矿井水中溶解性有机物的组成结构、变化特征及来源。经过对煤矿地下水库进出水的TOC和UV254分析,表明煤矿地下水库对... 煤矿地下水库利用采空区冒落岩体的过滤、吸附和离子交换等固液耦合作用来净化矿井水,通过三维荧光光谱分析煤矿地下水矿井水中溶解性有机物的组成结构、变化特征及来源。经过对煤矿地下水库进出水的TOC和UV254分析,表明煤矿地下水库对矿井水有较好的去除效果。三维荧光光谱显示,地下水库进水中有2类DOM,分别是紫外区类富里酸和可见区类色氨酸。经过煤矿地下水库的处理,矿井水中紫外区类富里酸和可见区类富里酸的荧光强度明显降低,在出水中出现了紫外区类色氨酸,说明矿井水在处理过程中受到微生物的影响。煤矿地下水库矿井水中的DOM既有内源输入又有外源输入,而且类蛋白组分占DOM比重较高。 展开更多
关键词 溶解性有机质 三维荧光光谱 煤矿地下水库 矿井水
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AHP理论下的煤矿地下水库储水结构稳定性评价 被引量:5
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作者 梁冰 迟海波 +1 位作者 汪北方 孙本通 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2020年第3期195-200,共6页
为分析煤矿地下水库储水结构稳定性,采用理论分析、数学建模与现场应用相结合的研究方法,建立煤矿地下水库储水结构稳定性评价体系,开展煤矿地下水库储水结构稳定性实例评价。研究结果表明:煤矿地下水库储水结构稳定性影响因素有3类13个... 为分析煤矿地下水库储水结构稳定性,采用理论分析、数学建模与现场应用相结合的研究方法,建立煤矿地下水库储水结构稳定性评价体系,开展煤矿地下水库储水结构稳定性实例评价。研究结果表明:煤矿地下水库储水结构稳定性影响因素有3类13个,且具有显著的模糊性和不确定性;基于AHP理论建立稳定性评价体系;神东矿区12303工作面评价分析结果验证了所构建煤矿地下水库储水结构评价体系的可靠性。研究结论为煤矿地下水库储水结构稳定性评价提供了一种新方法。 展开更多
关键词 煤矿地下水库 储水结构 稳定性 AHP理论 模糊评价
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煤矿地下水库岩石承载变形与时效特性实验研究
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作者 梁冰 尉达 +1 位作者 汪北方 迟海波 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2021年第6期479-485,共7页
为揭示粒径级配与水流作用对煤岩体的影响规律,采用室内实验与理论分析相结合的方法,对垮落岩石载荷作用下变形规律以及时效特性进行研究.分析煤岩体强度、粒径级配、时间与碎胀系数的关系,揭示煤岩体在恒载作用下时间与应变的变化规律... 为揭示粒径级配与水流作用对煤岩体的影响规律,采用室内实验与理论分析相结合的方法,对垮落岩石载荷作用下变形规律以及时效特性进行研究.分析煤岩体强度、粒径级配、时间与碎胀系数的关系,揭示煤岩体在恒载作用下时间与应变的变化规律.实验结果表明:煤岩碎胀系数与岩石强度成正比,随应力增大表现为非线性降低趋势.恒载作用下碎胀系数与时间对数线性相关,且水流对于应变的影响较大.研究结论为煤矿地下水库库容计算提供了思路. 展开更多
关键词 煤矿地下水库 粒径级配 碎胀特性 压实特性 时效特性
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煤矿地下水库岩体碎胀特性试验研究 被引量:14
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作者 汪北方 梁冰 +3 位作者 王俊光 孙可明 孙维吉 迟海波 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期4086-4092,4101,共8页
鉴于岩石碎胀特性对于煤矿地下水库储水能力及地表沉陷的重要影响,选取神东矿区某矿22615面为工程背景,利用相似材料模型试验探究采空区垮落岩体应力及碎胀系数分布规律,明确垮落岩体应力-碎胀系数关系,并通过岩石压实试验进行验证,揭... 鉴于岩石碎胀特性对于煤矿地下水库储水能力及地表沉陷的重要影响,选取神东矿区某矿22615面为工程背景,利用相似材料模型试验探究采空区垮落岩体应力及碎胀系数分布规律,明确垮落岩体应力-碎胀系数关系,并通过岩石压实试验进行验证,揭示饱水岩石压实特性。研究结果表明:沿采空区走向,边界附近老顶悬臂梁结构限制覆岩下沉,垮落岩体应力最低仅为0.32 MPa,碎胀系数最大达1.48;中间区域老顶结构失稳覆岩完全下沉,垮落岩体应力趋于1.5 MPa,碎胀系数降至1.09。沿采空区垂向,垮落岩体应力随高度负相关改变,而碎胀系数成正相关变化。无论沿采空区走向或垂向,垮落岩体碎胀系数与应力均满足负对数关系。与自然岩石相比,受载饱水岩石碎胀系数减幅更为明显,两者相差8.514%,为煤矿地下水库储水量和地表沉降量预测提供了基础理论依据。 展开更多
关键词 煤矿地下水库 相似材料模型试验 覆岩压力 岩石碎胀系数 岩石压实试验
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