关闭矿山地下空间资源定量评估与再利用途径

随着煤炭资源的长期开发,越来越多的煤矿面临关闭/废弃或已关闭。这些矿井历经长期开采,形成大量地下空间,传统的封井措施会造成巨大的地下空间资源浪费。在国内外关闭矿山数量增加与绿色发展时代背景之下,采用数学模型定量评估与管理关闭矿山地下空间资源,提出矿区资源再利用途径,不仅是能源环境领域的重要议题,而且也是社会关注的热点,还是矿山企业解决发展困境的迫切需求。主要研究内容包括：（1）划分了关闭矿山地下空间资源类型,提出了不同类型巷道空间计算方法、工作面采空区空间计算方法和井下残留煤炭资源的估算方法。（2）分析了国内外关闭矿山地下转型利用模式,构建基于生态效益、经济效益、社会效益的矿山转型综合效益评估指标体系,采用层次分析法评估关闭矿山地下空间不同转型方案的综合效益。在此基础上,通过比较分析得出关闭矿山地下空间资源最优转型利用路径。（3）以渭河流域某矿为例,估算得到某矿地下空间为1.18×10⁵ m³,残余资源量为5 600万t,地下转型方式按照效益由大到小依次为地下矿山博物馆、地下度假村和地下物资储备库。综合关闭矿山地上/下空间资源,根据资源特点与...     

我国转型煤矿井下空间资源开发利用新方向探讨

随着煤炭资源的长期开采、采矿技术的进步以及能源结构的调整,近年来越来越多的煤矿面临关闭或已关闭。目前针对废弃煤矿采取的主要措施是矿山环境恢复治理,以致遗留许多社会、经济和生态环境问题,且造成了矿区井上下资源的严重浪费。因此,如何科学、高效地解决煤矿关闭后的资源利用问题,实现矿山的成功转型利用,对煤炭工业乃至国民经济的发展具有重要战略意义。分析了转型煤矿资源类型,介绍了我国转型矿山开发利用现状,主要包括废弃工业广场建筑物、废弃土地(工业广场土地、沉陷区土地)的开发利用及建设矿山公园等。并指出国内废弃煤矿资源利用存在开发利用不充分、运行成本高等问题,特别是井下空间资源的开发利用率低。如井筒、巷道、硐室等井下空间资源,在封井后几乎全部浪费。因此,针对转型煤矿井下空间资源利用率低的问题,重点分析探讨了煤矿井下空间资源开发利用新方向,如利用煤矿井下空间资源储存石油、天然气,建设蓄能站以及地下城市等等,为我国关闭矿山的转型开发利用提供思路。     

新安矿区二1煤煤层气分布特征及资源潜力

以新安矿区二₁煤层为研究对象,基于区内煤田地质勘查、煤炭资源开发资料,结合区内煤矿井观察,分析了煤储层和煤层气分布特征,估算煤层气总资源量347.80×10⁸ m³,资源丰度0.614 4×10⁸ m³/km²。选取地质构造、埋深、煤厚、渗透率、储层压力、资源丰度6个要素对该区煤层气资源潜力进行评价,综合评价认为KD₁、KD₃属较有利区,其他属潜力区。     

“我国关闭/废弃矿井资源精准开发利用研究”专题特邀主编致读者

<正>我国“缺气、少油、富煤”,煤炭作为主体能源的地位在相当长一段时间内无法改变,仍将长期担负国家能源安全、经济持续健康发展的重任。随着我国能源供给侧结构性改革的深入以及能源产业淘汰落后产能工作的持续推进,加之华东、东北地区部分能源资源逐步枯竭,部分矿井已到达其生命周期,也有部分矿井不符合安全生产要求,或开采成本过高而亏损严重,正面临关闭或废弃,导致废弃矿井数量逐步增加。预计到2030年,我国关闭/废弃矿井将达到1.5万处。直接关闭或废弃此类矿井不仅会造成资源的巨大浪费和国有资产流失,还有可能诱发后续的安全、环境等问题。据调查,目前我国已关闭/废弃矿井中赋存煤炭资源量高达420亿t、非常规天然气近5000亿m³、地下空间资源约为72亿m³,并且还具有丰富的矿井水资源、地热资源、旅游资源等,这使得关闭或废弃矿井资源的综合开发利用成为我国面临的新课题、新难题。     

废弃矿井蓄洪储能与取热综合利用模式研究

废弃矿井地下空间利用是煤炭行业重点支持的方向。将地下空间利用、汛期蓄洪和冬季供热相结合,提出了基于地面引水蓄洪、井下蓄水储能和热泵取热技术的废弃矿井蓄洪储能与取热综合利用模式,阐述了该模式的概念、关键技术和科学问题;分析了我国废弃矿井分布及其与降水量分布之间的关系,论证了废弃矿井地下空间的蓄洪储能潜力。研究发现,安徽、河南、山东等13个省份的废弃矿井地下空间近6 000万m³,可储存约6个西湖的水量,适宜开展废弃矿井地下蓄洪储能和取热的工程示范。其中,仅淮南矿区5个废弃矿井的地下空间资源高达30万m³,储能量达94 500 GJ,可满足21万m²的建筑供暖需求。以旗山矿为例,设计了地面引水沟渠布置、井下储水空间布置以及矿井水提取和利用等方案,初步测算旗山矿蓄洪储能方案的供热功率可达6 835 kW,可为13.67万m²的建筑供暖,减少二氧化碳排放量约5 330 t,经济效益达350.75万元,初步论证了废弃矿井地下空间蓄洪储能的可行性。废弃矿井蓄洪储能与取热综合利用模式既可有效利用废弃矿井地下空间,...     

河南省煤矿城市地下空间量估算

河南省内，因资源枯竭、非法开采、经营不当以及国家去产能政策等导致大量煤矿关闭/废弃，形成了大量的井筒、巷道、硐室和采空区等地下空间。基于河南省煤矿统计数据和矿井地面数据、井下调研数据，采用比例系数法和采空区模型计算法对河南省煤矿井巷和采空区可利用地下空间进行了估算，获得井巷地下可利用空间5265.97万m³,采空区可利用地下空间180255.21万m³,空间上主要分布在全省的中部和西部城市。并对空间资源量超过10000 m³的典型煤矿城市郑州市、平顶山市、三门峡市、鹤壁市和洛阳市提出了综合开发利用建议。     

极复杂水文地质条件下矿井堵源截流技术应用研究

平禹一矿水文地质类型为极复杂型,历史上多次发生灰岩承压水突水淹井和淹采区事故,矿井主采二₁煤层、二₃煤层,当前矿井总涌水量为2 000 m³/h。中央泵房排水能力3 300 m³/h,五采区中央泵房排水能力3 200 m³/h,中央泵房及五采区中央泵房均采用独立系统,井下水可分别直排地面。平禹一矿岩溶水补给量较大,疏水降压存在着排水量大、降压目标难以实现的困难,经研究论证,通过采取地面注浆和井下注浆的堵源截流技术,切断岩溶水进入矿井导水通道,可以完全或部分消除岩溶水对二₁煤层开采的威胁。经过Ⅰ期（2009—2010年）和Ⅱ期（2013—2014年）2次堵源截流工程施工,矿井涌水量显著减少,特别是Ⅱ期工程实施后,堵水效果明显。通过堵源截流技术在平禹一矿的应用,封堵了充水通道,减少了矿井排水量,降低了矿井生产成本,有效保护了地下水资源,同时保证了矿井带压开采的安全性,具有明显的经济和社会效益。     

突出煤层掘进工作面硫化氢综合治理技术

随着煤层开采深度的增加,煤层地质条件愈趋复杂,煤层掘进时硫化氢大量涌出,严重威胁井下工作人员的身体健康。阜康一矿11A221回风巷突出煤层掘进期间,在钻孔预抽消突后,残留的硫化氢气体掘进时大量涌出,导致工作面回风流中硫化氢浓度最高达73×10^-6,平均为55×10^-6,超出《煤矿安全规程》规定的6.6×10^-6。研究发现,单一增大风量至风速极限,硫化氢浓度仍不能降低至规定容许范围内。因此,采用增大风量和压注碳酸钠溶液综合治理硫化氢。对巷道轮廓线外2 m、工作面前方42~53 m的煤体压注浓度为5.73%的碳酸钠溶液,从源头降低煤体中硫化氢含量,并将工作面风量由530 m³/min提高至940 m³/min,提高稀释硫化氢能力。掘进期间工作面及回风流中的硫化氢浓度控制在5×10^-6和3×10^-6左右,低于安全允许值,有效保障了工作面安全生产。研究可为类似条件矿井硫化氢治理提供经验。     

煤-热共采模式下矿井地热水开采及智能调度技术研究

为响应我国“碳达峰、碳中和”战略目标,实现能源绿色清洁转型,开发深部矿井地热资源具有重要意义。以平煤十矿为背景,利用热储体积法,评价了矿区地热水开发潜力,结果显示矿区地热水蕴藏热能7.63×10¹⁷ J,折合标煤26.1 Mt,动态地热流体可采量折合标煤1.01 Mt/a,具有较高开发潜力。基于此,在煤-热共采理论及框架的基础上,提出了矿井地热水开采方法,并提出了一种基于地面热负荷的地热水开采智能调度技术。通过计算矿区热负荷,设计了矿井地热水开采方案,并进行了现场工业性实验。实验结果表明,开发利用矿井地热水可满足平煤十矿矿区17万m²的冬季供暖及7 000余名职工日常洗浴,同时可减少燃煤约10 327 t/a,折合CO₂排放量2.69×10⁴ t/a,为企业带来693.8万元的经济效益。因此,深部矿井地热水开采具有良好的安全效益、经济效益、社会效益与环境效益,可为我国“双碳”目标的实现贡献力量。     

周口凹陷区（周口段）地热资源评价

地热能是集热、矿、水为一体的可再生绿色能源。为保障周口凹陷区地热资源的可持续利用，实现节能、减排，保护环境，通过对周口凹陷区的地质背景、地热地质条件、热储赋存条件的分析，阐述了该区具有经济价值的新近系热储层的赋存特征，建立热储地质模型，对周口凹陷区（周口段）2 000 m以浅的地热资源储量进行评价。评价结果表明，该区主采热储层地热流体温度40～70 ℃，2 000 m以浅地热流体资源储存量为24 560.08×10⁸ m³、热能储存量为104 123.24×10¹⁶ J，地热流体可开采量为4 234.58×10⁴ m³/a，按照100年保证开采年限，可采热能为161.30 MW，属低温大型地热田；分析了该区地热水资源利用现状及存在的问题，并对合理开发利用与保护地热水资源提出了合理化建议。     

韦二煤矿煤储层物性特征及煤层气资源前景

依据韦州矿区煤炭勘探煤层资料、煤层气参数井获取的储层资料，通过对煤层气开发地质信息的有效提取，对韦二煤矿煤储层物性进行深入分析、研究，对煤层气资源量进行了计算，并采用数模方法预测了煤层气抽采率，确定了地面煤层气抽采相对有利区。研究认为:区内煤层含气性整体偏低，煤层甲烷含量在0.20～11.73 m³/t，气含量高值区仅出现在部分煤层、局部区域。多期次构造运动致使裂隙发育复杂化，硬度变小，煤体结构多为碎粒—糜棱结构，渗透率降低。主要可采煤层煤层气资源量为5.55×10⁸ m³，资源丰度为1.51×10⁸ m³/km²，属中等丰度、小型煤层气藏。各煤层煤层气采收率较低，约为15%，可采潜力较差。资源量在煤层分布上相对集中，12、14、15煤层气含量4 m³/t以上重叠区域为煤层气地面抽采相对有利区块。     

某退役铀矿山放射性环境现状调查及评价

对江西某退役铀矿山的放射性环境进行调查与分析,查明了该退役铀矿山的污染源项,确定了治理项目。结果表明,5处废石堆的氡析出率均超过了0.74 Bq/(m²·s)的管理限值,废石中w(U_天然)和a(²²⁶Ra)高于当地本底值;工业场地和运矿道路的土壤均受到了不同程度的污染;4个有水坑口流出水中ρ(U_天然)高于0.3 mg/L的排放限值,经矿井水处理设施处理后可达标排放;矿区遗留的设备、管线和构筑物的α表面污染水平和β表面污染水平均较高;该铀矿山退役治理前致公众最大个人剂量为5.94×10^-4 mSv/a。     

湘中冷水江矿区煤层气地质条件分析

基于勘探资料和实验数据,分析了冷水江矿区煤层含气性和储层特征,估算了煤层气资源量。研究表明：研究区3、5煤层累计厚度3.5 m。3、5煤层含气量一般大于8 m³/t,最高可达20.37 m³/t。3、5煤层煤体结构较破碎,孔隙、裂隙发育,渗透性差,吸附性好,储层压力适中。研究区煤层气地质资源量28.37亿m³,资源丰度0.61亿m³/km²,资源前景较好。     

基于井工金矿石开采的新工艺与装备研制

<正>我国矿产资源丰富,是世界矿山开采大国,矿山开采主要包含矿石开采、装运、提升,矿石开采是最关键的工序^[1]。近年来,我国矿山机械有了很大进步,但与国际同行业设备及工艺相比,还有待进一步完善,主要是采掘和井下铲运设备存在差距^[2]。国外采矿装备产品丰富,配套设施完善,具有机械化、无轨化、自动化等特点^[3]。我国矿山开采技术逐步向世界先进水平跟进,初步具备井下作业机械化、     

资源枯竭矿井工业广场压覆煤炭开采方案研究

牛儿庄矿按计划于2021年关闭,矿井关闭将导致工业广场煤柱343.8万t可采资源浪费,为保障相邻大社矿剩余储量安全开采(两矿之间存在过水通道),仍需保留矿井排水系统,每年仍将产生4800余万元排水费用.为了避免煤炭资源浪费及保障大社矿剩余储量安全开采,提出了工业广场压覆煤炭开采方案研究,本文分别从"井巷布置"和"开采技术"进行对比论证,最终确定采用"新建安全斜井+不充填全采方案".分析结果表明,该方案预计可回收煤炭资源300余万t,延长矿井寿命6.1a,并提高了本矿及相邻矿井安全生产保障.     

河北省浅层地热能资源潜力评价

浅层地热能是一种清洁的能源,分布广储量大,在供暖制冷等行业有着广泛的利用前景,其合理的开发利用需以资源量的合理评价为基础。通过层次分析法对河北省地下水源热泵系统和地埋管热泵系统进行适宜性分区,在分区基础上对适宜区和基本适宜区进行资源量评价,应用热储法计算河北省地源热泵系统热容量为505.1×10¹⁴ kJ,折合标准煤166 432.259×10⁴ t;利用地下水量折算法得出地下水源换热功率为地下水源热泵系统换热功率21.16×10⁷ kW,单位换热量法计算的地埋管热泵系统换热功率为51.27×10⁷ kW;开发利用潜力地下水热泵系统冬季可供暖面积47.02×10⁸ m²;地埋管热泵系统冬季可供暖面积113.93×10⁸ m²。可见河北省浅层地热能资源量丰富,开发潜力巨大。     

矿井水处理工程设计与运行

针对中煤某矿井水高COD、高悬浮物的特点，采用混凝沉淀、过滤和反渗透工艺对矿井水进行了综合治理，考察其运行效果，对经济效益进行了分析。结果表明:经过絮凝沉淀和过滤工艺处理的出水水质可以达到井下消防、降尘洒水和选煤厂补水的用水标准，使废水重复利用，直接回用于矿区的生产，改善矿区用水紧张的局面。经反渗透系统（RO）深度处理后的外排水水质可以达到周边生态用水标准。RO系统深度处理前后的运行成本分别为0.416元/m³和0.738元/m³，每年节省水费高达270多万元。该工程项目的建成，不仅避免了废水直接外排对水资源的巨大浪费，也消除了对环境造成的不良影响，取得了良好的环境、社会和经济效益。     

鄂尔多斯盆地南部延长组长6、长7和长8段致密油资源评价

鄂尔多斯盆地内致密油资源潜力不清,资源分布不明,制约了鄂尔多斯盆地致密油的勘探开发。以鄂尔多斯盆地南部长6、长7和长8段致密油为研究对象,运用小面元容积法和分级资源丰度法2种方法对研究区致密油资源量进行了资源评价,从烃源岩特征、沉积相—储层特征和成藏特征系统分析了鄂尔多斯盆地南部长6、长7和长8段致密油的特征。小面元容积法评价得到长6、长7和长8段致密油资源量分别为12.24×10⁸,8.42×10⁸,9.60×10⁸ t,分级资源丰度类比法评价得到长6、长7和长8段致密油资源量分别为12.13×10⁸,9.00×10⁸,9.50×10⁸ t。高丰度区主要分布在樊学、新安边、吴仓堡、义正、张家湾—高哨和直罗—富县等地区。评价结果为鄂尔多斯盆地致密油的勘探与开发提供指导。     

巴里坤煤矿通风阻力测定与分析

矿井通风阻力测定是矿山通风工作中一项重要内容,是获取实际井巷风阻和矿井通风阻力分布的唯一手段。为准确掌握巴里坤煤矿通风系统现状,采用用精密气压计基点测定法,对巴里坤煤矿矿井通风阻力进行测定。通过数据整理分析得出通风阻力测定结果为296.81 Pa,矿井等积孔为4.36 m²,矿井总回风量为3786.72 m³/min,矿井进风段阻力占总阻力42.27%,矿井通风难易程度为容易,为科学有效优化矿井通风系统提供了数据支持。     

登封市建筑用砂矿山地质环境特征及生态恢复治理研究

研究矿山为建筑用砂开采矿山,矿区水文地质条件、工程地质条件简单,以露天开采,现状条件形成CK1、CK2、CK3、CK4采坑4个,不稳定斜坡3处,排土场1个,各类挖损、压占土地面积27.63 hm²,地形地貌景观及土地资源破坏严重。为了消除矿区地质灾害,修复地形地貌景观及土地资源,经研究讨论采取削坡及平台修建、修筑田埂、采坑覆土及平整、土壤改良、植被恢复等工程,恢复治理矿区生态环境。其中,清理区块面积791.37 m²,清理方量11 900 m³;覆土及平整土地面积173 194 m²,覆土方量106 553.2 m³;栽植白皮松45 661棵;修筑田埂总计1 572 m,工作量589.55 m³。通过上述工程施工,可有效遏制矿区周边环境的恶化,减少水土流失,对局部环境空气和小气候产生正效与长效影响,改善周边区域的大气环境质量,从而改善矿区人民的生活工作环境和自然生态环境。