双碳目标下“煤基固废-CO2”协同充填封存技术构想

“双碳”目标的提出给煤炭行业绿色低碳发展带来了新挑战和新要求。针对煤炭开发利用全生命周期过程中“煤基固废-CO₂”双重近零排放的要求，通过探究煤炭开发利用过程中的碳排放源，结合现有充填开采技术，提出了以“煤基固废-CO₂”近零排放为核心的协同充填封存技术构想，以实现煤炭开采与“煤基固废-CO₂”充填封存的“内部闭圈消化”。基于矸石零排放研究团队相关成果，提出了三类功能性充填材料，其中第一、二类充填材料可控制覆岩移动和构筑充填单元体，形成以煤层底板、充填体、煤柱及上覆顶板为边界，地质盖层为最后屏障的CO₂地下封存空间；第三类充填材料可与CO₂发生化学反应，实现对CO₂的矿化封存。基于此，分析了“煤基固废-CO₂”协同充填封存的关键问题：煤层赋存地质条件评价；CO₂封存空间稳定性控制；CO₂封存能力估算；CO₂充注效果监测与调控；CO₂封存安全风险应急...     

煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填方法

矿山固废处置与利用是我国煤矿开采中面临的主要问题之一，严重制约着煤炭资源开发与环境保护协调发展。井下充填是矿山固废绿色高效处置的重要技术途径之一，但现有充填技术增加了工作面生产工序，降低了15%～20%采煤效率，亟需解决矿山固废充填与煤炭开采之间时空干涉难题，突破矿山固废井下充填处置的技术瓶颈。为此，综述了矸石处置利用现状与存在问题，提出了煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填方法，系统阐述了嗣后空间矸石注浆充填方法内涵及关键科学与技术问题，给出了嗣后空间矸石注浆充填系统空间布局方式，探讨了非均质矸石料浆流动性稳态控制机理、嗣后空间空隙结构特征及时空演化规律、嗣后空间矸石料浆迁移扩散规律、嗣后空间矸石注浆充填岩层控制机理等理论的研究重点，分析了毫米级矸石注浆充填材料研发、矸石料浆高效制备与输送、注浆钻孔布局及时效控制、矸石注浆充填效果智能监控等技术的研究难点。煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填方法创新了矸石井下高效处置新模式，完善了矸石综合处置与利用技术体系，引领了我国煤炭资源绿色安全高效开发新方向，在矿山固废高效处置及生态环境保护等方面具有广阔应用前景，可促进矿山矸石固废的源头减排、就地处置、循环利...     

煤矿充填固碳理论基础与技术构想

在国家“双碳”目标背景下,如何减少煤炭行业的碳排放、实现碳封存已成为亟待解决的难题。煤炭行业作为高碳化石能源生产者和主体碳排放源提供者,在生产和消费过程中引发的大宗固废堆存、大型采空区形成和大量CO₂排放是制约煤炭可持续开发利用与绿色健康发展的瓶颈所在。为协同解决二氧化碳封存与矿山固废消纳问题,将大宗固废处置、固废高值化利用、CO₂封存、采空区利用有机结合,提出了二氧化碳充填的理念,从碳汇能力评估角度界定了二氧化碳充填的3种类型。具体开展工作包括：(1)分析了CO₂充填料浆输运过程和矿化反应过程涉及到的基础理论,给出了各个过程的数学方程以及碳封存量计算公式,指出了温度、湿度等因素对矿化反应机理、碳封存量和充填体强度的影响规律。(2)总结了现阶段CO₂矿化的工艺方法、主要碱性工业固废的CO₂封存能力和CO₂矿化强化措施。在此基础上提出了基于直接湿法矿化和间接矿化的2种CO₂充填材料制备工艺,满足矿井充填的流动性、凝固特性和强度要求。(3...     

矿山充填技术的演进历程与基本类别

充填采矿技术是实现矿山绿色发展的重要技术载体，在历时几十年矿山实践中有了长足发展。在综述常规矿山充填技术发展历程和基本类别的基础上，提出以矿山充填、固废处置、采空区再利用、地热开 发、战略资源储备和智能控制等为协同发展目标，以充填能效为发展主线，将矿山充填技术演进历程划分为体积性充填、结构性充填、功能性充填和智能性充填4个阶段，分别从概念、功能和基本类别等进行了论述。 认为目前矿山充填发展阶段为结构性充填，随着矿山生产实践与科学技术的不断发展，功能性充填和智能性充填将成为矿山充填发展的新方向，进一步革新充填材料、充填工艺和充填装备，将对深地矿产资源开发与 未来矿山转型升级等产生重要而又深远的影响。     

全尾砂充填采矿低成本新型充填胶凝材料研究与发展方向

全尾砂充填法采矿是创建绿色矿山和实现清洁生产的重要途径之一。降低充填采矿成本，提高充填采矿的经济效益、环保效益和安全效益，是充填采矿研究与技术发展永久追求的目标。首先，概述了低成本全尾砂充填胶凝材料的研究进展，包括利用固废作为水泥掺合料的混合胶凝材料、高水充填胶凝材料以及近数十年来利用冶金工业固废开发的低成本新型充填胶凝材料；然后，概述了全固废胶凝材料研究与关键技术，在分析全固废胶凝材料需求的基础上，提出了全固废胶凝材料研发路线和主要研究内容。在上述分析的基础上，明确指出了低成本全固废新型充填胶凝材料的研究与发展方向。结果表明：①在分析全固废胶凝材料研究现状的基础上，全固废胶凝材料研发应由钢渣基向多固废低成本绿色充填胶凝材料方向发展，注重全固废胶凝材料复合水化机理研究以及胶凝材料配比优化决策方法研究；②重视与全尾砂充填矿山采矿方法与充填工艺密切结合，走技术、产品和商品化的全固废胶凝材料的新产品研发路线，以创建全固废充填材料和低成本充填采矿技术和工艺的示范矿山为突破口，全面推进低成本全固废新型充填胶凝材料在技术研发和工业化应用方面取得新进展。     

金属矿山大流量充填技术的应用及发展趋势

随着国家日益重视矿山安全生产和环境保护,越来越多的大型金属矿山采用充填采矿法进行开采,大流量充填技术得到快速发展和推广应用。介绍了大流量充填关键技术在浓密、搅拌、输送等装备的大型化、集约化、协同化方面的进展情况;指出该项技术有效地降低了矿山建设投资、节约了生产成本、提高了经济效益、提升了风险防控水平;分析表明,低成本新型胶凝材料、精准制备和智能管控、高浓度料浆深井安全输送、固废梯级利用无尾协同生产等将是未来金属矿山大流量充填技术的主要发展方向。     

矿山特大型采空区全尾砂充填封闭工程实践

为了解决采空区安全隐患，同时为矿山生产中大量的尾砂寻找堆存场地，经充分论证，利用全尾砂对采空区进行充填处理.井下采空区的封闭是实施全尾砂充填的必要条件之一，本文简述了井下采空区全尾砂充填封闭工程封闭墙位置的选择、墙体结构型式与厚度的确定及施工过程和实施效果等。     

全固废充填材料在高海拔寒区矿山应用研究

为了解决高寒高海拔地区矿山尾矿处置成本高、处置率低带来的安全和环境问题,本文研究“钢渣—矿渣—脱硫石膏—精炼渣”四元固废充填材料在高海拔寒区矿山的适用性。以西藏某铜矿充填采矿为案例,通过实验研究全固废充填材料低温下固结的技术可行性,通过分析原料成本、运输成本、环境收益、和充填工艺成本等估算经济可行性。研究结果表明,全固废充填材料5 ℃条件下养护28 d的单轴抗压强度可达1.22~1.46 MPa,塌落度达到192~225 mm,满足高寒高海拔地区矿山充填需求;全固废胶凝材料成本为193元/t,运输成本210元/t,环境效益103元/t。胶砂比1：8情况下,采用全固废胶凝材料进行尾砂处置的成本可达50元/t,是水泥处置尾砂成本的1/3。本文首次研究“钢渣-矿渣-脱硫石膏-精炼渣”四元固废基胶凝体系在高寒地区矿山充填的应用,本文的研究成果可为降低高海拔寒区尾砂处置成本提供指导。     

深井充填管道输送系统减压技术探讨

随着开采深度的增加，深井矿山越来越多，充填采矿法已显得越来越重要。深井充填管道输送由于充填倍线小，料浆流速大对管道形成了很大的冲击磨损。文中从研究影响充填管道磨损的因素出发，总结归纳出了国内外7种深井充填系统减压技术，并分别阐述了其工作原理和实现途径，为深井矿山充填系统的设计提供了重要的理论依据。     

喀拉通克铜镍矿戈壁-冶炼渣胶结充填试验研究

新疆喀拉通克铜镍矿采用戈壁料作为矿山充填骨料,随着国家对矿山开采环保要求的不断提高,开采大量的戈壁料,不仅破坏生态环境,而且充填成本过高。同时矿山存在大量的冶炼渣、尾砂等固体废弃物难以处理,故本文基于冶炼渣、尾砂等固废开展制备充填料浆试验研究,从而实现固废生态化充填利用技术,进而降低矿山充填成本。本文首先分析了冶炼渣、尾砂等固废物理化学特性,测试了不同骨料配比组成料浆的流动性及泌水性能,确定了最佳的比例参数范围,并在此基础上开展了充填体强度测试试验,最终结合矿山采矿工艺对充填体的强度要求,确定了最佳的配比参数。     

金川废弃物及在充填采矿中综合利用研究现状与展望

金川镍矿深井与贫矿充填法开采面临采矿经济效益和环境保护压力。利用废弃物开发低成本和高性能充填胶凝材料,对于提高采矿经济与社会效益与金川矿山可持续发展具有重要意义。首先,调查金川公司废弃物现状及资源化利用存在的问题;然后,总结分析金川矿山废弃资源开发利用研究进展与技术进步成果;在此基础上,提出金川固体废弃物在充填采矿中资源化综合利用的技术途径及关键技术,并给出在金川矿山充填采矿中资源化综合利用研究技术路线;最后,展望金川矿山实现废石、废渣、尾砂等固体废弃物资源化综合利用经济效益与发展前景。     

气力输送原生矸石充填系统的研究

对新汶矿业集团协庄煤矿气力管道输送原生矸石充填系统进行了简要介绍,并通过理论数据分析了气力矸石充填技术的设计与计算方法,为未来煤矿气力输送技术的设计与应用提供基本的理论依据。     

深井软岩准备巷道中交岔点支护形式

通过与原有支护形式和使用效果的对比分析,阐明了全封闭 U 型钢支架壁后充填支护形式在小康矿深井软岩巷道交岔点支护中使用的适应性和良好的效益,并简述了这种支护形式的施工工艺。     

多级柔性防冲密闭技术研究

针对传统密闭方式不能满足矿井冲击地压和防灭火安全的缺点,通过双墙夹墙密闭施工技术、采空区空巷充填技术、密闭外加设钢丝绳悬挂全断面金属网技术形成多级柔性防冲密闭技术,能够最大程度地减少密闭区内自然发火与冲击地压风险,提高矿井密闭治理水平,提升矿井安全生产保障能力.     

基于正交实验的废石-磷尾砂充填材料配比优化研究

为改善磷矿山固废物的赋存问题,采用正交实验法,开展了废石、磷尾砂充填配比研究。基于SPSS多元非线性回归分析,研究充填体单轴抗压强度、泌水率及坍落度的影响因素,确定较优配比并开展半工业实验进行可靠性分析。实验结果表明:当废石尾砂比为6∶4时,充填性能达到较优;当充填料浆的质量浓度为78%、水泥掺量为280 kg/m3时,充填体泌水率达到较优并满足高流态的泵送要求,符合矿山充填工艺要求。      

基于ECT技术的充填管道内固液两相流仿真方法研究

矿山充填过程中，管道中产生的结块和充填料浆中夹杂的废石会造成堵管或爆管等严重安全事故，制约了矿山充填技术的应用与发展，所以及时对管道内堵塞结块及废石的方位和大小进行检测,对矿山充填的安全稳定有着重要意义。以电容层析成像(ECT)技术为基础，研究了矿山充填管道的检测方法。针对传统ECT重建算法成像质量差、精度低等问题，提出了一种适用于充填管道内固液两相流检测的基于极限学习机和卷积神经网络的ECT图像重建方法。该图像重建网络由单隐藏层前馈神经网络和图像预测网络两部分组成。利用极限学习机建立电容数据与介电常数值的映射关系，并通过图像预测网络完成对图像的重建。通过充填管道仿真试验，证明了该方法不仅能够有效减少重建图像的伪影和变形，提高图像重建准确度，而且对充填管道中可能出现的复杂情况有较好的重建效果。所提出的ECT图像重建方法对于矿山充填管道内存在的堵塞结块及废石的检测有很好的效果，可以有助于推动ECT技术在充填管道检测领域的应用和推广。     

综合机械化充填采煤

为了消除煤矿矸石山以及减轻对周边环境的影响,结合安全开采建筑物下大量压煤,进行了3种类型充填采煤试验。通过对不同充填介质材料实验研究,基本掌握了合理的充填材料配比,各种充填材料的压实度、流变性及风化性等力学特性;研发出采充一体液压支架充填与挤捣实装置和采充隔离密封机构等具有自主知识产权的核心技术;解决了固体输送系统中的大垂深大投量防堵、防冲击缓冲泄压等难题,研制了充填料配比、实时来料质量动态调整计算机智能控制系统;优化了充填工艺与系统成套装备等充填技术参数。     

深部矿井高应力巷道复合支护技术研究

为了对深井高应力巷道进行科学有效支护,对平煤股份四矿北石门大弧板段巷道围岩岩性及复杂应力情况进行了分析,提出了用多层次强韧封层复合支护技术来解决围岩破碎、流变性强、难以支护问题。实践表明,采用复合支护体系进行修复,实施点→线→面施工工艺,增大了支护韧性和刚性,确保了巷道的支护稳定性。     

西部生态脆弱区村庄下固废绿色充填开采技术应用研究

针对西部生态脆弱区村庄下压煤及高强度开采产生的固废排放处置、地表沉陷控制难题,提出了短壁连采连充式胶结充填采煤技术。阐述了该技术的技术内涵和采充工艺,分析了充填材料的组成和强度,确定了适用于工程现场的充填材料矸石(炉渣)、粉煤灰、石膏、水泥、矿井水配比为74∶2∶2∶7∶15,料浆浓度为85%,该配比下充填体单轴抗压强度可达3.1MPa左右。该技术充填系统包括矸石运输系统、泥浆制备系统、监测系统、工作面充填系统四大部分。工程应用表明：该技术开采5.25m厚的煤层充实率可达98%以上,地面最大下沉量约为180mm,可处理工业固体废弃物40万t,充填效果良好。     

丰山铜矿碎石胶结充填技术研究

半山铜矿分段碎石胶结充填法,采用碎石胶结充填技术,解决了露天废石堆放、井下作业条件差、地表水渗漏大等问题,同时提高矿石回收率,延长矿山服务年限,有利于环境保护。本文主要论述了碎石胶结充填技术工艺特点。