高矿化度矿井水纳滤膜适度脱盐技术研究 被引量：22

1

作者 葛光荣 吴一平 张全 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第3期208-214,共7页

高矿化度矿井水在我国西部矿区普遍存在。近年来随着煤炭西进战略的实施,该区域的干旱、水污染和生态退化问题日益凸显,迫使关于高矿化度矿井水资源化和达标排放的政策法规日益趋严,进而倒逼高矿化度矿井水节能高效脱盐技术不断发展。... 高矿化度矿井水在我国西部矿区普遍存在。近年来随着煤炭西进战略的实施,该区域的干旱、水污染和生态退化问题日益凸显,迫使关于高矿化度矿井水资源化和达标排放的政策法规日益趋严,进而倒逼高矿化度矿井水节能高效脱盐技术不断发展。为进一步提高西部矿区高矿化度矿井水的资源化利用水平、降低脱盐成本,基于广泛的矿井水水质水量、分布现状和脱盐技术现状调研,针对现阶段高矿化度矿井水脱盐主流技术因非选择性脱盐和单纯追求高脱盐率而产生的过度脱盐、工艺复杂、高能耗、膜污染等问题,提出针对煤矿区溶解性总固体(TDS)在1 000~3 000 mg/L微咸矿井水分级分质回用适度脱盐工艺。适度脱盐核心是对矿井水中特定离子(如Ca^(2+)、Mg^(2+)、SO_(4)^(2-)等)进行有选择性的脱除,在满足相关水质要求前提下使脱盐成本最小化,实现节能脱盐和降本增效。将微咸矿井水的适度脱盐作为目标,将纳滤膜(NF)的筛分、道南效应作为理论基础,通过室内配水试验、现场小试、实验室表征等,系统性研究微咸矿井水的适度脱盐工艺及其关键运行参数。结果表明NF在允许部分一价离子通过的同时能够截留矿井水中高价态特征离子,其较为宽泛的脱盐率区间(37.4%~98.25%)相对反渗透技术在微咸矿井水适度净化方面更具优势;由于纳滤膜运行压力低、膜孔径大,相比反渗透膜的抗污染能力更强,纳滤适度脱盐工艺在无机污染物较重的微咸矿井水净化方面具有较大应用前景。 展开更多

关键词 高矿化度 矿井水 纳滤 适度脱盐 膜污染 矿井水处理

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回采速度对采场能量释放的影响规律研究 被引量：8

2

作者 冯龙飞 窦林名 +4 位作者 王晓东 许刚刚 蔡武 朱广安 焦彪 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第11期77-84,共8页

开采活动是造成煤矿强矿震甚至冲击地压的根本原因。针对回采速度对采场围岩弹性能释放的影响机制,通过理论分析、数值模拟、现场实测的方法,阐述了回采速度对采场支承压力-顶板破断释放能量的影响,实现了开采过程中采场围岩矿震能量的... 开采活动是造成煤矿强矿震甚至冲击地压的根本原因。针对回采速度对采场围岩弹性能释放的影响机制,通过理论分析、数值模拟、现场实测的方法,阐述了回采速度对采场支承压力-顶板破断释放能量的影响,实现了开采过程中采场围岩矿震能量的时空演化特征模拟,统计了回采速度对矿震能量、频次分布的影响结果。研究结果表明:回采速度越快,单位时间内模型释放的总能量和最大能量越大;模型释放的总弹性能峰值随开挖次数的增多而增大;证明了围岩的能量积聚程度会随回采速度和开挖次数的增大而增强;且回采速度越快,采场围岩大能量矿震所占的比例就越高。通过实际采场围岩矿震能量的统计分析验证,根据日平均总能量和大能量矿震日平均频次随回采速度的变化梯度,确定402103工作面中等及以上冲击危险及区域的合理回采速度区间为3.2~4.8 m/d,并将统计分析结果应用于邻近工作面的开采强度优化,取得良好效果。 展开更多

关键词 回采速度 支承压力 弹性能 冲击地压 开采强度优化

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基于高掺量粉煤灰防渗墙的露天矿水资源保护技术 被引量：21

3

作者 王海 黄选明 +2 位作者 朱明诚 曹海东 张雁 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第3期1160-1169,共10页

蒙东某露天矿矿坑涌水量高达100000 m^3/d,补给源主要为海拉尔河,河水经深厚砂卵石层沿煤层隐伏露头渗入煤层,进而涌入矿坑,采用疏干井疏排矿坑涌水,造成水资源的巨大浪费和环境严重破坏,并增加露天矿生产成本。为截断补给通道、减小矿... 蒙东某露天矿矿坑涌水量高达100000 m^3/d,补给源主要为海拉尔河,河水经深厚砂卵石层沿煤层隐伏露头渗入煤层,进而涌入矿坑,采用疏干井疏排矿坑涌水,造成水资源的巨大浪费和环境严重破坏,并增加露天矿生产成本。为截断补给通道、减小矿坑涌水量、保护水资源和矿区生态环境,通过试验、理论分析研究了高掺量粉煤灰防渗墙材料的强度、抗渗性能、黏度、粉煤灰激发剂效果,并针对露天矿煤层厚、补给范围广的特点,进行了现场帷幕截水试验。研究结果显示,水固比0.7∶1.0时,防渗墙材料的抗压强度和抗渗性能与水泥掺量呈正相关关系,粉煤灰掺量为80%的充填材料前期强度增长缓慢,后期强度增大较快,60,90 d抗压强度分别为28 d的1.90倍、3.25倍;CaCl2和NaCl可加快粉煤灰活性发挥、促进水化反应、减小颗粒间孔隙,显著提高充填材料的早期强度和抗渗性能,具有良好的激发效果;防渗墙材料的黏度随着剪切速率的增大具有明显的剪切变稀现象,剪切速率为30 s^-1时出现拐点,呈现剪切增稠现象;膨润土可增加充填材料的黏度,消除其剪切增稠现象,并提高材料的抗渗性能。通过露天矿北侧补给区域进行高掺量粉煤灰防渗墙截水试验,矿坑涌水量减少24000 m^3/d,截水效果显著,水资源得到保护;防渗墙内外水位差逐渐增大,墙外水位逐渐恢复,水位埋深达到-6^-7 m,水位恢复到植被所需的生态水位,生态水位得到保障。在露天矿采用高掺量粉煤灰防渗墙可截断渗水通道、减少矿坑涌水量、保护生态环境,实现露天矿绿色、保水开采。 展开更多

关键词 高掺量粉煤灰 防渗墙 露天矿 水资源保护 保水采煤

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煤矿工作面推采采空区涌水双指数动态衰减动力学研究 被引量：17

4

作者 周振方 靳德武 +6 位作者 虎维岳 董阳 曹海东 赵春虎 彭江军 赵宝峰 董兴玲 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期2587-2594,共8页

基于系统动力学理论,提出了煤矿工作面推采采空区涌水双指数衰减动力学模型,选取宁东煤田鸳鸯湖矿区典型工作面推采顶板涌水过程为研究对象,进行了双指数动力衰减模型拟合,利用麦克劳林公式等方法确定了具有物理意义的模型参数的近似解... 基于系统动力学理论,提出了煤矿工作面推采采空区涌水双指数衰减动力学模型,选取宁东煤田鸳鸯湖矿区典型工作面推采顶板涌水过程为研究对象,进行了双指数动力衰减模型拟合,利用麦克劳林公式等方法确定了具有物理意义的模型参数的近似解,以及工作面推采过程采空区峰值水量及发生位置,动态平衡水量及发生位置,探讨了主要参数的影响因素。结果指示:以动、静两种形态涌入采空区的水量共同作用,控制采空区涌水变化特征,但动态补给量是主控因素;在顶板含水层特征类似,构造影响可忽略条件下,推采速度决定了峰值水量和动态平衡水量发生位置,峰值水量和动态平衡水量受采厚、顶板岩性特征、含水层特征等条件共同影响。研究结果为形成趋势合理、精度较高的工作面涌水量预测方法提供了新思路。 展开更多

关键词 双指数衰减模型 工作面采空区 涌水规律 峰值水量 动态平衡水量

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基于蚁群算法的煤矿水害避灾路径研究 被引量：3

5

作者 乔伟 《西部探矿工程》 CAS 2017年第8期126-128,共3页

我国煤矿的水文地质条件较为复杂多样,煤矿水害时有发生。在落实水害防治措施的前提下,仍需积极研究水害发生时的应急救援技术手段。对煤矿水害中人群的避灾行为和影响逃生的主要因素进行分析,构建了煤矿巷道加权网络模型,采用蚁群算法... 我国煤矿的水文地质条件较为复杂多样,煤矿水害时有发生。在落实水害防治措施的前提下,仍需积极研究水害发生时的应急救援技术手段。对煤矿水害中人群的避灾行为和影响逃生的主要因素进行分析,构建了煤矿巷道加权网络模型,采用蚁群算法解算并模拟出煤矿突发水害时的最佳避灾路径,为井下人员避灾和煤矿应急救援提供技术手段。 展开更多

关键词 煤矿水害 避灾路径 蚁群算法 应急救援

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三轴应力作用下破碎煤体渗透特性演化规律 被引量：9

6

作者 尚宏波 靳德武 +5 位作者 张天军 李树刚 王治宙 赵春虎 周振方 柳昭星 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期1066-1075,共10页

深部破碎煤岩体受地应力和开采扰动常处于三向应力状态,其渗透特性是影响矿井突水灾害预防和瓦斯抽放的重要因素之一。为研究深部破碎煤体的渗透性能,采用自主研发的破碎岩石三轴渗流试验系统,并设计一套破碎煤体三轴渗流试验方案,进行... 深部破碎煤岩体受地应力和开采扰动常处于三向应力状态,其渗透特性是影响矿井突水灾害预防和瓦斯抽放的重要因素之一。为研究深部破碎煤体的渗透性能,采用自主研发的破碎岩石三轴渗流试验系统,并设计一套破碎煤体三轴渗流试验方案,进行三轴应力作用下破碎煤体渗流试验,得到破碎煤体渗透特性随围压及孔隙率的演化规律。试验结果表明:①三轴应力作用下破碎煤样渗流雷诺数最大值为47. 58,渗流速度与孔压梯度两者之间符合Forchheimer关系;②三轴应力作用下破碎煤样的孔隙率与围压的变化规律呈负相关,各级轴向位移下,两者服从对数函数关系;③随着有效应力的增大,各粒径下的破碎煤样孔隙率逐渐减小,破碎煤样孔隙率的理论计算值与试验结果较为吻合,表明文中给出的孔隙率计算方法可行;④各级轴向位移下,破碎煤样的渗透率随围压增大而减小,不同粒径的破碎煤样渗透率随围压的演化规律可用k=me^(nσ3)公式表示,颗粒粒径越大,破碎煤样的渗透率随围压的变化越敏感;⑤颗粒粒径及孔隙排列方式影响破碎煤样渗透性能,不同粒径破碎煤样随孔隙率的减小,渗透率整体减小,非Darcy流β因子呈增大趋势,其中渗透率的量级为10^(-14)～10^(-10) m^2,非Darcy流β因子的量级为10~7～10^(11)m^(-1)。所得研究结论有助于增强深部破碎煤岩体渗透特性演化规律的认识。 展开更多

关键词 三轴应力 破碎煤样 渗透特性 围压 孔隙率

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西部浅埋煤层开采顶板含水层水量损失动力学过程特征 被引量：25

7

作者 靳德武 周振方 +2 位作者 赵春虎 冯龙飞 许峰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期690-700,共11页

受保护含水层水量损失的定量计算是"保水采煤"理论发展目前面临的瓶颈问题。利用覆岩破坏数值模拟方法,将陕北榆神矿区典型覆岩结构下煤层开采顶板水量损失过程划分成单一风化基岩失水和萨拉乌苏组、风化基岩复合失水模式;基... 受保护含水层水量损失的定量计算是"保水采煤"理论发展目前面临的瓶颈问题。利用覆岩破坏数值模拟方法,将陕北榆神矿区典型覆岩结构下煤层开采顶板水量损失过程划分成单一风化基岩失水和萨拉乌苏组、风化基岩复合失水模式;基于系统动力学理论,构建了2种水量损失模式动力系统模型,建立了实际疏放与无疏放状态水量损失过程之间的数学关系,求解了水量损失动力系统模型参数,确定了水量损失峰值及发生位置、水量损失动态平衡值及发生位置;通过开采扰动区水流数值模拟,计算了2种模式单位走向长度水量损失强度。结果表明:覆岩组合特征控制着煤层采动含水层动、静储量叠加释放过程,决定了工作面采动顶板水量损失模式; 2种水量损失模式相比,复合模式下水量损失峰值和动态平衡值均较大;钻孔疏放水显著削减了推采过程水量损失峰值强度,改变了水量损失方式和时机,但采动过程水量损失动态平衡值及顶板水资源损失总量并未发生变化;两种模式下工作面采动,水资源损失总量以及水资源损失强度中松散层和风化基岩水占比计算结果,揭示了古近系黏土隔水层对于萨拉乌苏组潜水保护的重要意义。研究结果为"保水采煤"理论在工作面尺度含水层水量损失及保护的定量计算提供了新思路。 展开更多

关键词 煤矿工作面 水量损失模型 覆岩组合特征 钻孔预疏放 特征水量损失强度 保水采煤

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基于多源空间信息融合的含水煤层顶板复合岩层富水性分区 被引量：11

8

作者 周振方 董阳 +5 位作者 董兴玲 李鹏 王强民 乔伟 赵春虎 杨建 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期114-120,共7页

侏罗系煤田煤层开采普遍受到顶板复合含水层水影响。选取陕北榆横矿区袁大滩煤矿2煤开采顶板复合砂岩地层为研究对象,基于经验公式和实测公式,计算导水裂缝带发育高度,确定2煤至直罗组顶界为富水性分区范围;选取评价层段砂岩等效厚度、... 侏罗系煤田煤层开采普遍受到顶板复合含水层水影响。选取陕北榆横矿区袁大滩煤矿2煤开采顶板复合砂岩地层为研究对象,基于经验公式和实测公式,计算导水裂缝带发育高度,确定2煤至直罗组顶界为富水性分区范围;选取评价层段砂岩等效厚度、砂–泥互层特征等7个岩性结构指标,重点考虑2煤含水性特征,计算了各钻孔位置富水性综合指数,借助Arcgis软件,绘制了研究区富水性分区图,揭示区内富水性从西北向东南递减,与区域富水性背景一致。研究结果对于富水性指数法在煤层含水条件下的应用有推动作用。 展开更多

关键词 复合地层富水性分区 含水煤层 多源空间信息融合 袁大滩煤矿

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水化学和统计学基本方法在突水溃砂物源判别上的应用 被引量：1

9

作者 周振方 董阳 《西部探矿工程》 CAS 2017年第7期176-179,共4页

水化学和统计学基本理论在突水水源判别方面应用较多,但在砂源判别方面还较为新颖。针对鄂尔多斯盆地西缘某侏罗系煤矿发生的一起典型突水溃砂事故,利用水化学Piper图法和Gibbs图法等对突水水源进行了研究,经分析、验证,成功确定了突水... 水化学和统计学基本理论在突水水源判别方面应用较多,但在砂源判别方面还较为新颖。针对鄂尔多斯盆地西缘某侏罗系煤矿发生的一起典型突水溃砂事故,利用水化学Piper图法和Gibbs图法等对突水水源进行了研究,经分析、验证,成功确定了突水含水层;结合溃砂样和附近钻孔岩芯砂样矿物成分,利用层次聚类分析方法对砂源地层进行了分析,得到了溃砂层位信息。研究结果验证了水化学特征分析法判别突水水源的可靠性,推动了统计学方法在砂源判别应用上的发展,能够为区域水害防治提供理论依据。 展开更多

关键词 突水溃砂 侏罗系 水化学:聚类分析

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煤岩灾变破坏过程的声震前兆识别与综合预警模型研究 被引量：21

10

作者 窦林名 冯龙飞 +4 位作者 蔡武 王华 贺海鸿 焦彪 张敏 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第5期960-968,976,共10页

针对冲击矿压的有效监测预警难题,利用实验室声发射和采场微震监测手段,开展了煤岩灾变破坏过程的声震前兆识别研究,提出了一种基于微震前兆指标体系的冲击矿压综合预警模型。以陕西彬长胡家河煤矿为例,首先通过现场取样开展了煤样单轴... 针对冲击矿压的有效监测预警难题,利用实验室声发射和采场微震监测手段,开展了煤岩灾变破坏过程的声震前兆识别研究,提出了一种基于微震前兆指标体系的冲击矿压综合预警模型。以陕西彬长胡家河煤矿为例,首先通过现场取样开展了煤样单轴加载的声发射试验,识别选取了b值、缺震、A(b)值、断层总面积、活动度S和等效能级参数6个煤岩灾变破坏的前兆敏感指标;其次,结合401102工作面的历史冲击案例及其全过程的微震监测数据,采用统计学方法进行标准化计算确定各指标异常系数,并以此作为模型输入,发展了以混淆矩阵与高斯隶属判别函数联合的模糊综合评判模型作为智能融合运算的分级预警模型,实现了以客观数据驱动为主的指标权重自适应智能调整,以及以无、弱、中、强4个危险等级标识的概率及综合智能预警模式;最后,根据接续402103工作面回采过程中的两次冲击实例验证了综合预警模型的有效性,为现场冲击矿压的有效综合预警提供了一种思路和方法。 展开更多

关键词 煤岩灾变 冲击矿压 声发射 微震 综合预警

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综放大煤柱临空侧巷道密集区冲击地压机制研究 被引量：14

11

作者 冯龙飞 窦林名 +4 位作者 王皓 王晓东 许刚刚 张权 焦彪 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第6期1100-1110,1121,共12页

冲击地压矿井临空侧采动巷道大多存在冲击危险,针对综放大煤柱临空侧巷道屡次冲击的工程难题,结合"两带"高度,建立考虑开采沉陷参数的临空侧向覆岩结构模型,理论估算侧向支承压力大小,明确临空巷静载力源及控制矿压的亚关键层... 冲击地压矿井临空侧采动巷道大多存在冲击危险,针对综放大煤柱临空侧巷道屡次冲击的工程难题,结合"两带"高度,建立考虑开采沉陷参数的临空侧向覆岩结构模型,理论估算侧向支承压力大小,明确临空巷静载力源及控制矿压的亚关键层;根据采动矿压监测的顶板破断动载特征,利用理论和数值模拟揭示破断动载叠加多因素静载后临空侧巷道应力和能量的激增机制,得出结论:侧向覆岩结构传递的增压载荷导致侧向煤柱区域应力、能量基础值大幅提升,多因素累积叠加后易诱发冲击;坚硬顶板破断动载与多因素静载叠加后,超前距20~40 m内回风巷帮部垂直应力峰值陡升至56~63 MPa,相比纯静载提高约23%,弹性能密度峰值激增至3.0~3.5 MJ/m^(3),相比纯静载提高约40%,动载对能量的增益作用大于应力;动静载叠加后超前距0~40m范围内回风巷帮部冲击驱动区发生了卸荷释能,证明帮部煤岩体发生冲击破坏,与实际现场相符。基于冲击机制,提出并论证了针对动静载荷的优化防治措施,为相似工程防冲难题提供借鉴。 展开更多

关键词 冲击地压 综放 大煤柱 临空侧 巷道密集区

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单指数模型在分析井下钻孔疏水规律中的应用 被引量：10

12

作者 周振方 《采矿与安全工程学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第3期642-648,共7页

选取宁东煤田鸳鸯湖矿区典型的仰采和俯采工作面为研究对象,利用单指数动力衰减模型,拟合了工作面顶板水疏放钻孔涌水量动态变化规律,分析了模型参数的水文地质学意义,探讨了疏放水效果的主要影响因素。结果表明:在构造不发育或钻孔施... 选取宁东煤田鸳鸯湖矿区典型的仰采和俯采工作面为研究对象,利用单指数动力衰减模型,拟合了工作面顶板水疏放钻孔涌水量动态变化规律,分析了模型参数的水文地质学意义,探讨了疏放水效果的主要影响因素。结果表明:在构造不发育或钻孔施工参数差别不明显的条件下,疏放水效果主要受充水含水层水文地质特征影响,其次是含水层形状特征,最后是钻孔施工参数。其中,施工参数中钻孔方位角和钻孔与切眼之间的距离对模型参数影响显著,钻孔仰角和孔深影响较为模糊;含水层水文地质参数中渗透系数和单位涌水量是控制疏放水效果的主要因素,而含水层厚度没有表现出明显的影响。 展开更多

关键词 单指数模型 疏放水钻孔 涌水量 钻孔施工参数 水文地质参数

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