我国煤矿矿井水保护利用发展战略与工程科技 被引量：64

1

作者 顾大钊 李井峰 +5 位作者 曹志国 吴宝扬 蒋斌斌 杨毅 杨建 陈要平 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期3079-3089,共11页

我国煤炭开采对地下水资源的破坏是实现煤炭绿色开发和矿区生态文明建设需要解决的重大关键问题。通过调研咨询、统计分析、专家咨询等方式,系统分析了我国煤矿矿井水保护利用现状,提出了我国煤矿矿井水保护利用发展战略和工程科技。研... 我国煤炭开采对地下水资源的破坏是实现煤炭绿色开发和矿区生态文明建设需要解决的重大关键问题。通过调研咨询、统计分析、专家咨询等方式,系统分析了我国煤矿矿井水保护利用现状,提出了我国煤矿矿井水保护利用发展战略和工程科技。研究表明:目前我国吨煤开采产生矿井水为1.87 m^(3),每年产生煤矿矿井水约6.88×109 m^(3),煤矿矿井水平均利用率约为35%;根据煤炭产量发展趋势研究预测,2035年前我国煤矿矿井水每年可以稳定在6.0×109 m^(3)以上,煤矿矿井水将是我国长期稳定的非常规水资源,实现矿井水高效利用具有重大的经济社会效益。基于上述研究,提出了到2025年、2030年、2035年,我国煤矿矿井水利用率分别达到55%,70%,80%的总体目标;通过总结分析我国煤矿矿井水保护技术、矿井水处理与利用技术发展历程与趋势,提出了“2+5+5+3”的我国煤矿矿井水保护利用工程科技:即掌握“煤层开采覆岩断裂带发育规律与地下水运移机制”、“矿井水水-岩耦合化学作用机理”等2项基础理论;突破“地下水赋存精准探测技术”、“煤矿地下水库群建设与运行技术”、“充填开采技术材料与装备”、“高矿化度矿井水大规模低成本处理技术”、“含特殊组分矿井水精准处理技术”等5项关键技术;建立“蒙陕接壤区煤矿地下水库技术示范区”、“宁东、哈密高矿化度矿井水处理利用示范区”、“蒙东草原区矿井水保护利用示范区”、“华北平原区充填开采水资源保护示范区”、“两淮矿区废弃矿井水资源利用示范区”等5个矿井水保护利用示范区;到2035年实现“煤矿地下水库储水规模达到5.0×10^(8) m^(3)”、“充填开采技术成本下降50%”、“高矿化度矿井水零排放成本下降50%”等三大技术目标。同时对矿井水高效利用提出了政策建议和保障措施。 展开更多

关键词 矿井水 矿井水保护利用技术 煤矿地下水库 充填开采 工程科技

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HSRO■技术在脱硫废水零排放中的设计及应用

2

作者 王海棠 罗纯仁 +4 位作者 陈成 程子洪 曹志国 方杰 钟振成 《现代化工》 CAS CSCD 2024年第3期218-220,224,共4页

介绍了HSRO■(高盐反渗透)的技术特点。内蒙古境内某火力发电厂脱硫废水零排放一期项目工程工艺流程膜浓缩工段成功设计并应用了HSRO装置,该装置运行稳定可靠,整体回收率高于90%,最终反渗透产水可作为生产用水直接回用。该技术不仅在脱... 介绍了HSRO■(高盐反渗透)的技术特点。内蒙古境内某火力发电厂脱硫废水零排放一期项目工程工艺流程膜浓缩工段成功设计并应用了HSRO装置,该装置运行稳定可靠,整体回收率高于90%,最终反渗透产水可作为生产用水直接回用。该技术不仅在脱硫废水领域成功得到了工程验证,也为高矿化度矿井水、煤化工浓盐水等浓盐水领域工艺选择提供了参考。 展开更多

关键词 HSRO 脱硫废水 零排放 极限浓缩 浓盐水

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国外矿井水利用现状及特点分析 被引量：11

3

作者 李庭 李井峰 +3 位作者 杜文凤 郭奇峰 张英 李娜 《煤炭工程》 北大核心 2021年第1期133-138,共6页

利用方式和处理技术是影响矿井水利用的最主要因素,因此通过大量的文献和调查研究,对国外主要矿业国家的矿井水利用方式和处理技术进行了分析总结。目前国外矿井水利用方式除了自身生产利用外,主要还包括生活饮用水、工业用水、灌溉用... 利用方式和处理技术是影响矿井水利用的最主要因素,因此通过大量的文献和调查研究,对国外主要矿业国家的矿井水利用方式和处理技术进行了分析总结。目前国外矿井水利用方式除了自身生产利用外,主要还包括生活饮用水、工业用水、灌溉用水、环境用水、回注地下和用于蓄热等,同时矿井水达标外排也较为普遍。国外的矿井水利用处理技术主要包括反渗透、纳滤等主动处理技术和人工湿地、可渗透反应墙等被动处理技术,更重视对低能耗、低维护的被动处理技术的开发与应用。此外,国外发达国家还普遍重视对矿井水进行分类收集,对废弃矿井排水进行处理利用等。对国外现状的研究可给我国矿井水利用提供学习和借鉴。 展开更多

关键词 矿井水利用 水处理技术 煤矿 金属矿 主动处理 被动处理

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二氧化碳用于地质资源开发及同步封存技术综述 被引量：4

4

作者 包一翔 李井峰 +2 位作者 郭强 蒋斌斌 苏琛 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期84-95,共12页

以煤炭为主体的化石燃料目前占我国一次能源消费的80%以上,在“碳达峰、碳中和”目标下,二氧化碳捕集与封存技术(CCS)是二氧化碳(CO_(2))规模化减排的关键技术。对比了世界各国CCS工程应用的进展,全球目前共有164个CCS项目(分布在28个国... 以煤炭为主体的化石燃料目前占我国一次能源消费的80%以上,在“碳达峰、碳中和”目标下,二氧化碳捕集与封存技术(CCS)是二氧化碳(CO_(2))规模化减排的关键技术。对比了世界各国CCS工程应用的进展,全球目前共有164个CCS项目(分布在28个国家),正在运行的CCS项目有56个(分布在15个国家),美国、中国和英国是CCS项目总数排名前三的国家,正在运行的CCS项目数前三的国家为美国、中国和加拿大。介绍了CO_(2)用于石油、卤咸水、天然气、可燃冰等地质资源开发并同步实现不同程度地质封存的技术原理。CO_(2)驱油技术比传统生产方法碳强度低,同时能够利用原油采空区实现CO_(2)封存。深部卤咸水层的理论CO_(2)封存容量可实现保持大气中CO_(2)浓度约为450×10^(-6),卤咸水及其所含矿物元素均可转化为收益从而抵消一部分封存技术成本。采用CO_(2)驱替甲烷等气体时,岩层特性、注入压力和温度等决定了生产效率,天然气储存地层的密封性有助于减少CO_(2)在竖直方向的扩散和损失。探讨了CO_(2)地质封存协同高浓盐水处置、CO_(2)用于地下煤气化、CO_(2)用于干热岩开发技术。CO_(2)封存协同高浓盐水处置可实现二者同时减量,浓盐水中的高硬度可加快CO_(2)的碳酸化过程。CO_(2)用作气化剂,可调节合成气的组成,但气化过程较难控制,煤气化产生的地层空间可用于CO_(2)封存。CO_(2)用于干热岩开发可节省用水、减少管道结垢等,但CO_(2)较高损失率或导致封存效果不够理想。最后,总结了CCS面临的成套装备开发缺乏、技术原理认识不足、技术成本高、法律法规不完善等问题并对其应用潜力进行了展望。 展开更多

关键词 二氧化碳 地质封存 资源开发 同步封存

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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

5

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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絮凝剂的研究进展及其在煤矿矿井水处理中的应用

6

作者 李雪佳 唐佳伟 +3 位作者 李杰 郭强 王小龙 李井峰 《工业水处理》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期93-103,共11页

随着我国煤炭开采规模的扩大、开采深度的增加以及开采区域的西延,煤矿矿井水水量逐年增多,水质也呈现出复杂多样化的特点。与此同时,我国生态环保要求日益严格,煤矿区排水水质标准也大幅提高,给煤矿矿井水处理和矿用絮凝剂的开发与使... 随着我国煤炭开采规模的扩大、开采深度的增加以及开采区域的西延,煤矿矿井水水量逐年增多,水质也呈现出复杂多样化的特点。与此同时,我国生态环保要求日益严格,煤矿区排水水质标准也大幅提高,给煤矿矿井水处理和矿用絮凝剂的开发与使用提出了更高的要求。系统梳理了絮凝剂的研究进展,阐述了其在煤矿矿井水处理中的应用与挑战,并针对应用中的问题提出了未来的研发方向。为了满足新需求、适应新形势,新型矿用絮凝剂未来会向多功能、高效率、低成本及绿色环保的方向发展,并且优先考虑絮凝性能和环保要求,在满足处理水质需求和效率最大化的基础上,对其成本进行有效控制。 展开更多

关键词 煤矿矿井水 絮凝剂 絮凝

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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：1

7

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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神东矿区天然矿物中的氟化物浸出规律研究 被引量：1

8

作者 张海琴 包一翔 +5 位作者 唐佳伟 曹志国 蒋斌斌 李杰 李井峰 刘兆峰 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期436-448,共13页

随着神东矿区煤炭开采向深部转移,矿井水中氟化物超标问题凸显,因此研究氟化物的主要来源对控制矿井水中的氟化物浓度具有重要的意义。为证明天然含氟矿物是矿井水中的氟的主要来源,深入了解天然含氟矿物在矿井水中的浸出过程,以神东矿... 随着神东矿区煤炭开采向深部转移,矿井水中氟化物超标问题凸显,因此研究氟化物的主要来源对控制矿井水中的氟化物浓度具有重要的意义。为证明天然含氟矿物是矿井水中的氟的主要来源,深入了解天然含氟矿物在矿井水中的浸出过程,以神东矿区为对象,分析了不同深度矿井水中的水质变化规律,研究了不同深度矿物中的氟化物变化,并讨论了天然含氟矿物在矿井水中的氟化物浸出规律。研究结果表明,当煤炭开采深度大于120 m时,矿井水中氟化物浓度超过地表III类氟化物标准值,并且含氟矿物在天然矿物中的比例增大。通过对矿井水中阴阳离子成分分析,认为矿井水中氟化物主要来源于煤炭开采深部含氟矿物的浸出。研究不同水岩作用条件下含氟矿物浸出规律发现,提高水岩作用强度,可以加速含氟矿物中氟化物的浸出;当岩水比例增大(大于1∶50)时,部分含氟矿物的氟浸出浓度大于1.0 mg/L;特别在酸性或碱性条件下,由于离子交换作用和溶解平衡机制,含氟矿物中难溶性氟化物发生浸出。综上所述,在一定的水岩作用环境中,天然含氟矿物中的氟化物浸出,可导致矿井水中氟化物浓度超标(大于1.0 mg/L),这一结论为在复杂地质条件下精确管控天然矿物的氟化物浸出提供了重要指导。 展开更多

关键词 矿井水 天然含氟矿物 氟来源 氟化物浸出 矿井水污染

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高矿化度矿井水的膜蒸馏处理

9

作者 郭强 李井峰 +4 位作者 刘兆峰 曹志国 何瑞敏 卞伟 刘淑琴 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期3494-3502,共9页

我国西部煤炭主产区气候干旱水资源短缺,煤炭开采产生的矿井水普遍具有高矿化度高硬度等特点。目前高矿化度矿井水的零排放处理普遍存在工艺流程长、系统复杂和运行成本高等问题。为了缩短处理流程提高处理效率,针对高矿化度矿井水浓缩... 我国西部煤炭主产区气候干旱水资源短缺,煤炭开采产生的矿井水普遍具有高矿化度高硬度等特点。目前高矿化度矿井水的零排放处理普遍存在工艺流程长、系统复杂和运行成本高等问题。为了缩短处理流程提高处理效率,针对高矿化度矿井水浓缩脱盐处理过程,采用真空式膜蒸馏技术替代现有多级反渗透膜浓缩技术,对经过石灰-纯碱软化处理后的西部矿区典型煤矿高矿化度矿井水进行不同浓缩倍率处理,并针对浓缩过程中的膜污染机理和膜清洗方法进行研究。结果显示随着浓缩倍率的升高,聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜的膜通量和脱盐率逐渐降低,而产水电导率缓慢升高,当浓缩倍率达到27倍时,膜通量为8.87 L/(m^(2)·h),脱盐率为99.7%,产水电导为26.6μS/cm。膜蒸馏过程受矿井水中钙镁离子结垢导致的膜污染抑制,反冲洗和超声清洗等物理方式无法去除无机盐沉淀,连续运行96 h后PVDF膜的膜通量由12.85 L/(m^(2)·h)下降到5.21 L/(m^(2)·h)。预处理除硬工序对膜蒸馏过程钙镁结垢影响明显,当除硬率超过95%时,PVDF膜的脱盐率和膜通量衰减明显减弱。采用柠檬酸清洗剂可以有效去除钙镁沉淀引起的膜污染,在酸浓度0.87 mol/L、清洗温度38℃和清洗时间40 min的优化条件下,膜清洗效率可达到99.5%。采用原子力显微镜(AFM)和扫描电镜(SEM)对原始膜、污染膜和化学清洗后膜的微观形态和结构进行表征,结果显示清洗后膜表面沉积的污染物明显减少,但表面形态和微观结构都发生不可逆变化。 展开更多

关键词 煤矿矿井水 水处理 膜蒸馏 膜污染 膜清洗

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神东矿区地表水、地下水和矿井水水质特征及健康风险评价

10

作者 卢振 郭洋楠 +3 位作者 李国庆 王雷 李富忠 张政 《安全与环境工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期222-234,共13页

神东矿区气候干旱,水资源匮乏,掌握矿区各类水体的水质特征及健康风险,对合理开发与利用矿区水资源具有重要意义。对神东矿区地表水、第四系地下水和矿井水进行取样测试,测试指标包括水质常规指标和毒理学指标,采用CCME-WQI法开展矿区... 神东矿区气候干旱,水资源匮乏,掌握矿区各类水体的水质特征及健康风险,对合理开发与利用矿区水资源具有重要意义。对神东矿区地表水、第四系地下水和矿井水进行取样测试,测试指标包括水质常规指标和毒理学指标,采用CCME-WQI法开展矿区不同水体的水质评价,在此基础上通过建立水质健康风险评价模型分析矿区范围内不同类型人群的水质健康风险及其空间分布特征。结果表明:神东矿区地表水和第四系地下水水质总体优良,矿区东部矿井水水质优于西部,矿区西部HJT井、SW矿、BLT矿、BET矿的矿井水水质较差;矿井水水质主要受到离子交换作用和蒸发作用的影响,其分布特征与地层结构差异有关;矿区地表水、第四系地下水和矿井水通过皮肤入渗摄入途径的非致癌健康风险HI值小于1、致癌健康风险CR值小于1.0×10~(-6),表明通过皮肤入渗摄入途径的健康风险可忽略;影响矿区地表水、第四系地下水和矿井水通过饮水摄入途径的非致癌健康风险的主要指标是F~-、As和Mn;矿区西部的矿井水具有非致癌健康风险和致癌健康风险,不同人群的非致癌健康风险和致癌健康风险从高到低依次为儿童>成年男性>青少年>成年女性;矿区地表水、第四系地下水和矿井水的非致癌健康风险和致癌健康风险的空间分布特征较为一致,推测矿区矿井水的生态利用对地表水和第四系地下水水质具有潜在的影响。 展开更多

关键词 神东矿区 不同水体水质 CCME-WQI法 健康风险评价

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电厂反渗透膜污染及控制策略的研究进展

11

作者 郭洪涛 李大强 +1 位作者 张彦海 刘兆峰 《能源与环境》 2023年第5期110-113,共4页

反渗透系统是电厂锅炉补给水的主流生产工艺,反渗透系统的平稳运行与电厂的安全、经济、高效运营息息相关,反渗透膜的污堵是影响反渗透系统运行的重大问题。针对此问题,首先介绍用于判断反渗透膜污染程度的系统标准化计算流程及判断基... 反渗透系统是电厂锅炉补给水的主流生产工艺,反渗透系统的平稳运行与电厂的安全、经济、高效运营息息相关,反渗透膜的污堵是影响反渗透系统运行的重大问题。针对此问题,首先介绍用于判断反渗透膜污染程度的系统标准化计算流程及判断基准。然后根据原水水源类型界定了反渗透膜污染的基本类型,并分析了电厂反渗透系统中出现膜污染的原因、故障表现及膜污染类型和组成。最后总结出膜污染控制的不同处置思路及其应对策略。通过构建What-Why-How-How(2W2H)膜污染分析流程,为电厂反渗透系统的实际运行操作提供一定的借鉴及参考。 展开更多

关键词 反渗透 膜污染 锅炉补给水 污染控制 电厂

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破碎岩体水沙两相渗透特性研究进展 被引量：5

12

作者 杜锋 曹正正 李振华 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第7期48-53,共6页

为了研究西部矿区浅埋煤层采动破碎岩体诱发的突水溃沙灾害机理,根据两相流相关理论,分析了破碎岩体水沙两相渗流的特征及适用理论模型,提出了破碎岩体水沙两相渗流主要渗透特性参量,研究了破碎岩体水沙两相渗透特性参数的提取方法及不... 为了研究西部矿区浅埋煤层采动破碎岩体诱发的突水溃沙灾害机理,根据两相流相关理论,分析了破碎岩体水沙两相渗流的特征及适用理论模型,提出了破碎岩体水沙两相渗流主要渗透特性参量,研究了破碎岩体水沙两相渗透特性参数的提取方法及不同粒径破碎岩体渗透特性参数变化规律。研究结果表明:(1)破碎岩体水沙两相渗流为典型的非Darcy渗流、非Newton流体,适宜采用双流体连续介质模型;(2)破碎岩体水沙两相渗流特性主要参数为流度、非Darcy流β因子和加速度系数;(3)在沙相压力梯度构造时间序列和渗流速度时间序列基础上,结合数值分析等方法可以有效提取水沙两相渗透特性参数;(4)随着破碎岩体粒径增大,水沙两相非Darcy流β因子和加速度系数随之减小,流度随之增加。 展开更多

关键词 突水溃沙 破碎岩体 水沙两相渗流 渗流特性

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矿井水影响下粗砂岩力学性能变化规律研究 被引量：5

13

作者 吴宝杨 刘康 郭东明 《矿业科学学报》 2020年第6期632-637,共6页

地下水库是矿井地下水处理的有效措施之一,但矿井水对水库坝体力学性能具有弱化效应,威胁着地下水库的安全稳定。因此,有必要开展矿井水作用下岩石力学性能劣化规律研究。本文以灵新煤矿地下水库为背景,通过室内试验研究,分析了矿井水... 地下水库是矿井地下水处理的有效措施之一,但矿井水对水库坝体力学性能具有弱化效应,威胁着地下水库的安全稳定。因此,有必要开展矿井水作用下岩石力学性能劣化规律研究。本文以灵新煤矿地下水库为背景,通过室内试验研究,分析了矿井水浸泡下粗砂岩力学性能的劣化规律。结果表明:浸泡试件的质量变化与比表面积、填隙物和岩石矿物成分有关。较小水压下,粗砂岩的渗透率呈指数型衰减。但随着水压的进一步增加,堵塞孔隙的颗粒被冲刷,渗透率开始增加;水压越大,渗透率升高幅度越大。随着浸泡时间的增加,岩石抗拉强度存在快速劣化段;之后趋缓,并呈线性劣化趋势。单轴抗压强度呈现先快速减小、后略微增加、再减小的规律。粗砂岩的力学性能劣化是矿井水渗入岩石节理,与填隙物发生水化膨胀以及溶解岩石中部分矿物引起。单轴抗压强度增加阶段与孔隙堵塞引起的孔隙水压力有关。 展开更多

关键词 矿井水 浸泡 粗砂岩 力学性能 劣化规律

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煤矿地下水库高盐矿井水封存对地下水的影响 被引量：3

14

作者 吴宝杨 李全生 +4 位作者 曹志国 郭强 孔军峰 武书泉 张宗鲜 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期2360-2369,共10页

以宁夏灵新煤矿地下水库建设为工程背景,分析了在煤矿地下水库建设和运行过程中,可能对邻近含水层造成影响的两大因素:①煤层工作面重复开采引起的覆岩裂隙导通含水层,会对矿区地下水资源造成初次影响;②在高盐矿井水注入地下水库的过程... 以宁夏灵新煤矿地下水库建设为工程背景,分析了在煤矿地下水库建设和运行过程中,可能对邻近含水层造成影响的两大因素:①煤层工作面重复开采引起的覆岩裂隙导通含水层,会对矿区地下水资源造成初次影响;②在高盐矿井水注入地下水库的过程中,由于浓度梯度的作用,矿物离子将主要沿着裂隙通道进行扩散,进而可能对矿区地下水资源造成二次影响。这2种影响方式都与采空区覆岩中的采动裂隙是否形成贯通的渗流通道密切相关。基于上述分析,首先通过固-液耦合相似模型试验与数值计算相结合的方法,分析了灵新煤矿拟建煤矿地下水库区域重复开采条件下采空区覆岩的裂隙网络演化规律和渗流通道特征,进而深入分析了重复开采对煤层上方各含水层的影响,具体表现在:一采区工作面回采结束后,采空区上覆岩层裂隙相互连通并扩展至K4含水层,但K3含水层与采空区之间未出现明显的渗流路劲,表明重复开采对K3含水层的影响较小。综合上述相似模拟试验和数值计算得到的裂隙网络特征,采用OpenGeoSys多场耦合数值模拟软件,模拟了高盐矿井水在采动裂隙网络中的渗流过程,分析了高盐矿井水在煤矿地下水库中封存后对上覆含水层的污染风险。研究结果表明:注水条件下,高浓度盐水首先在裂隙采空区流动,随后沿着覆岩断裂裂隙进入K4含水层,并最终在K4含水层及其邻近覆岩断裂裂隙中流动,渗流场离K3含水层较远。浓度场在自身重力所用下10 a后扩散速度有所减缓,在50 a内,浓度场主要在K4含水层邻近覆岩、K4含水层和底部泥岩中扩散,只有微量高盐矿井水会扩散至K3含水层中。 展开更多

关键词 地下水库 高盐矿井水 裂隙渗流 浓度扩散 含水层

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煤矿地下水库人工坝体安全多层次模糊综合评价研究 被引量：10

15

作者 孔祥松 方杰 +3 位作者 蒿晓林 吴宝杨 张浩琛 王栓 《煤炭工程》 北大核心 2019年第9期158-161,共4页

基于煤矿地下水库人工坝体安全评价包含多种因素、准则和层次复杂的情况,为了准确评价坝体安全稳定性,提出了人工坝体安全多层次模糊综合评价模型。在该模型中,通过文献研究、访谈专家的方式分析了影响煤矿地下水库人工坝体安全的关键因... 基于煤矿地下水库人工坝体安全评价包含多种因素、准则和层次复杂的情况,为了准确评价坝体安全稳定性,提出了人工坝体安全多层次模糊综合评价模型。在该模型中,通过文献研究、访谈专家的方式分析了影响煤矿地下水库人工坝体安全的关键因素,建立坝体安全综合评价指标体系,采用层次分析法计算各层级因素的权重,建立比较判断矩阵并满足一致性检验;根据坝体安全评语集,以模糊理论为基础结合专家调查表,确定评价因素隶属度、评价矩阵并综合评价。应用该模型对神东矿区大柳塔矿地下水库人工坝体安全现状进行评价,结果表明坝体处于安全状态。 展开更多

关键词 煤矿地下水库 坝体安全 层次分析法 模糊评价

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含水率影响下砂质泥岩直剪特性及声发射特征 被引量：11

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作者 姚强岭 王伟男 +2 位作者 杨书懿 方杰 周保精 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期2910-2922,共13页

剪切破坏是煤矿开采中岩石破坏的主要类型之一。开采扰动引起顶板覆岩结构与完整性遭到破坏,致使含水层以层间径流向垂向径流转变,水-岩作用下岩石剪切破坏特征将发生显著改变。为研究水作用下岩石剪切破坏特征演化规律,以神东矿区乌兰... 剪切破坏是煤矿开采中岩石破坏的主要类型之一。开采扰动引起顶板覆岩结构与完整性遭到破坏,致使含水层以层间径流向垂向径流转变,水-岩作用下岩石剪切破坏特征将发生显著改变。为研究水作用下岩石剪切破坏特征演化规律,以神东矿区乌兰木伦煤矿3-1煤顶板砂质泥岩为研究对象,通过薄片显微鉴定试验得到了其组分及微结构特征;结合无损浸水试验装置测试了其含水率随时间变化规律,确定了砂质泥岩含水率状态,为研究含水率影响下砂质泥岩直剪特性演化规律提供了可能;利用自制的岩石直剪试验系统,并结合声发射监测结果,探讨了含水率影响下砂质泥岩直剪变形破坏规律、强度损伤及声发射特征。结果表明:砂质泥岩具有水平层理构造,其中的粉砂质碎屑质量分数为40%,泥质质量分数为60%,黏土矿物主要为高岭石和伊蒙混层,占整体矿物成分的75%;根据岩样含水率随浸水时间变化规律,将其划分为快速增长(0~18 h)、缓慢增长(18~42 h)和稳定(42 h~)3个阶段;随着含水率增加,岩样抗剪强度、黏聚力和内摩擦角分别呈指数、负指数和线性降低;由干燥到饱和,黏聚力和内摩擦角分别下降77.9%和33.3%;随着含水率增加,岩样声发射累计计数逐渐减小,破坏后宏观主裂隙平整度降低;峰值破坏阶段低含水率岩样产生大尺度张拉裂隙,高含水率岩样产生小尺度张拉裂隙。 展开更多

关键词 水-岩作用 直剪 MOHR-COULOMB准则 声发射 显微特征

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我国西部生态脆弱矿区煤-水共采问题分析 被引量：11

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作者 姚强岭 汤传金 刘梓昌 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第12期225-232,共8页

煤炭在我国能源结构中占有主导地位,是我国能源战略安全的重要组成部分。我国煤炭能源时空赋存特征及国内外政治经济环境决定了当前以西部生态脆弱矿区煤炭资源开发为主的格局,该区域已成为我国煤炭能源供给的重要战略基地。根据已有的... 煤炭在我国能源结构中占有主导地位,是我国能源战略安全的重要组成部分。我国煤炭能源时空赋存特征及国内外政治经济环境决定了当前以西部生态脆弱矿区煤炭资源开发为主的格局,该区域已成为我国煤炭能源供给的重要战略基地。根据已有的研究成果可知,大规模高强度开发已超过该区域部分矿区的生态环境承载能力,极有可能造成生态环境的不可逆破坏。我国能源的赋存特征又决定了必须科学有序开发该区域煤炭资源,兼顾考虑国家能源战略安全与生态环境长期稳定与恢复是当前亟待解决的关键科学问题。其中,保水开采与采空区储水(地下水库)技术的推广应用在一定程度上缓解了煤炭开采与生态环境保护的矛盾。但是,从长远来看,该矛盾将伴随着煤炭开采全生命周期及其后煤炭开采时期。分析认为,应建立国家西部生态脆弱矿区煤炭资源开发与环境保护协调中心,由国家发改委能源局主导协调多部门参与,以煤炭开采与生态环境保护为主线,制定考虑生态环境承载能力的煤炭开采中长期规划,建立开采前充分论证评价,开采中与开采后连续监测的全周期煤炭开采技术体系;同时,应加大该区域煤炭开发的科技投入,采矿、生态环境保护与监测、人工智能等多学科交叉融合解决煤炭开采与生态环境保护矛盾。 展开更多

关键词 煤炭开发 西部矿区 生态环境保护 煤-水共采 生态脆弱矿区

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蒙东典型大型露天矿生态储存指标体系及过程分析——以宝矿、敏矿、胜利矿为例 被引量：1

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作者 赵玉国 吉莉 +3 位作者 董霁红 房阿曼 曹志国 张峰 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期271-280,共10页

为研究草原矿区不同开采时期的生态状况,选取自然条件及开采现状较为相似的、具有不同开采年份的3个大型露天矿宝日希勒露天矿(20 a)、伊敏露天矿(36 a)、胜利一号露天矿(45 a),在初步划定各矿区生态敏感区的基础上,基于生态服务价值分... 为研究草原矿区不同开采时期的生态状况,选取自然条件及开采现状较为相似的、具有不同开采年份的3个大型露天矿宝日希勒露天矿(20 a)、伊敏露天矿(36 a)、胜利一号露天矿(45 a),在初步划定各矿区生态敏感区的基础上,基于生态服务价值分析,结合生态储存状态、过程、能力、格局及条件指标,综合评价对比各矿区的生态储存效应。研究结果表明:①宝矿、敏矿、胜利矿矿区生态服务价值变化幅度分别为-4212.19、1915.68、-2491.49元/a;生态储存状态指标显示,宝矿、敏矿、胜利矿的矿区生态系统单位面积生态服务价值分别以83.68、75.38、48.01元/(hm^(2)·a)的速度发生退化。②三个矿生态储存转化率均为负值,生态系统呈现高服务功能向低服务功能转换的过程,生态储存过程均呈现消极转化趋势;宝矿、敏矿、胜利矿生态储存能力值分别为-410、-310、-240元/(hm^(2)·a),其中胜利矿具有相对较好的生态储存能力;三个矿的生态储存格局值较为接近,宝矿、敏矿、胜利矿生态储存条件值分别为0.37%、0.69%、0.62%。③生态储存效应综合指数显示,敏矿综合指数相对较高为4.37,宝矿次之、胜利矿相对较低为1.65,表明土地利用对区域生态储存影响伊敏矿最小,胜利矿最大。研究结果有利于及时采取应对措施以减缓矿区生态效应的累积趋势,促进煤炭开采与草原生态的协调发展。 展开更多

关键词 露天煤矿 生态储存 指标体系 过程分析 生态累积效应

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煤水共采相似模拟试验材料力学特性分析 被引量：2

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作者 吴宝杨 李鹏 +2 位作者 王雁冰 张冰 池明波 《中国煤炭》 2022年第10期64-73,共10页

为满足煤水共采相似模拟试验材料对物理、力学、水理等性质的特殊要求,以石英砂、重晶石粉和滑石粉为骨料,以C325白水泥为粘结剂,以硅油为调节剂,使用电动平板夯振动压实成型,研发了一种低强度、吸水率可调、遇水不崩解且容易制作的新... 为满足煤水共采相似模拟试验材料对物理、力学、水理等性质的特殊要求,以石英砂、重晶石粉和滑石粉为骨料,以C325白水泥为粘结剂,以硅油为调节剂,使用电动平板夯振动压实成型,研发了一种低强度、吸水率可调、遇水不崩解且容易制作的新型煤岩体流固耦合相似材料。通过正交试验、极差分析法和方差分析法获取了材料的各类参数及影响规律,试验结果表明,材料密度可控范围为1.87~2.21 g/cm^(3),单轴抗压强度可控范围为0.75~5.24 MPa,弹性模量可控范围为117.76~505.05 MPa,吸水率可控制在1.85%~23.55%,各参数可通过石英砂含量、重晶石粉含量、水泥含量和硅油含量进行精确调节。采用该材料开展了多煤层开采煤矿地下水库模拟试验,试验中煤柱坝体裂隙发育与现场情况一致,离层裂隙和采空区具有较强的储水效果,而区域垂向裂隙导水效果更明显,验证了该材料的可行性与适用性。 展开更多

关键词 相似材料 流固耦合 保水开采 正交设计 地下水库

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我国煤矿矿井水处理技术现状与展望 被引量：60

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作者 顾大钊 李庭 +4 位作者 李井峰 郭强 蒋斌斌 卞伟 包一翔 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期11-18,共8页

系统梳理了我国煤矿矿井水的处理技术现状,对高悬浮物矿井水、高矿化度矿井水和含特殊组分矿井水的常用处理技术进行了对比分析。近年来高矿化度和含特殊组分矿井水逐年增多,相关水质标准大幅提高,给煤矿矿井水处理提出了更高的要求。... 系统梳理了我国煤矿矿井水的处理技术现状,对高悬浮物矿井水、高矿化度矿井水和含特殊组分矿井水的常用处理技术进行了对比分析。近年来高矿化度和含特殊组分矿井水逐年增多,相关水质标准大幅提高,给煤矿矿井水处理提出了更高的要求。为了适应新形势,煤矿矿井水处理技术应通过科技创新,实现矿井水大规模低成本处理,支撑矿井水高效利用,一是要大力发展井下处理技术,利用井下空间和岩体自然净化优势大幅降低矿井水处理成本,并实现矿井水大规模调配与利用;二是要因地制宜利用西部矿区丰富的太阳能、地热等新能源以及火电厂余热等,驱动低温多效蒸发、膜蒸馏等处理技术,可大幅降低处理能耗;三是要通过对相关标准体系的完善,促进矿井水处理实现"分级处理、分质利用"。 展开更多

关键词 煤矿矿井水 水处理技术 煤矿地下水库 井下处理 水资源利用

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