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。     

我国大陆地区煤矿2014年以来新增地下空间资源研究

我国煤矿地下空间资源丰富。本文对2014年-2018年上半年煤矿井新增的地下空间资源进行了估算,并对其空间分布进行了分析研究。估算表明,2014年-2018年上半年,我国大陆地区新形成可利用地下空间资源为33.85亿m_³,其中关闭煤矿井井巷可利用地下空间资源为1.31亿m_³,因采煤形成的工作面可利用地下空间资源为32.54亿m_³;因煤矿山关闭和采煤新形成的可利用地下空间资源较多的省份有山西省、内蒙古自治区、陕西省、贵州省、新疆维吾尔自治区等,新形成可利用地下空间资源主要分布于东北地区、华北地区、西北地区。     

废弃矿井地下空间反季节循环储能研究

随着我国“碳达峰,碳中和”目标的提出,煤炭在一次能源消费结构中的比例逐步下降,关停矿井数量逐年增多。直接关闭或废弃矿井不仅造成巨大的资源浪费,还极有可能诱发一系列的安全、环境等问题,需要因地制宜的提出符合我国废弃矿井现状的剩余资源开发利用模式。基于此,系统梳理了国内外废弃矿井开发再利用现状,着重讨论了废弃矿井地下空间储能的利用模式,针对性的提出了废弃矿井反季节循环储能工艺系统,该系统充分考虑了废弃矿井地下空间资源、地热资源、水资源和地上可再生资源,通过在沉陷区布置太阳能和风能发电设备,为周边用户和整个系统提供电能,以井下恒温岩土体中的巷道群和采空区为储能空间,以矿井水为储能介质,通过太阳能集热和地热能资源为周边用户供热/制冷,在无需供热/制冷的季节将热能储存至矿井地下,实现反季节循环储能。阐述了废弃矿井地下反季节循环储能亟需突破的3个关键技术：多尺度空间热储评估方法、废弃矿井反季节循环储能井上井下整体优化设计方法以及反季节循环储能多源耦合的运行模式。最后,以京西王平村废弃矿井为例研究了该系统的节能减排效益,结果表明：与传统化石燃料相比,应用反季节循环储能系统供热制冷,每年可减排二氧化碳...     

废弃煤矿压缩空气储能研究现状与发展趋势

压缩空气储能具有建设成本低、设备占地面积小、储能周期长以及环保等优点,探索地下空间压缩空气储能技术发展是实现我国“双碳”目标的创新途径之一,地下空间储能库可分为盐穴、含水层、枯竭油气田、废弃煤矿及岩洞储能库。随着国内废弃煤矿数量逐年增多,直接将资源枯竭的煤矿关闭不仅造成巨大的地下空间资源浪费,还极有可能诱发一系列的安全、环境等问题,利用废弃煤矿地下空间作为压缩空气储能电站储能库具有很好的应用前景。基于此,系统梳理了我国废弃煤矿地下空间资源利用情况,阐述了废弃煤矿地下储能库建设、地下储能库密封性和稳定性的研究现状,着重介绍了废弃煤矿地下空间压缩空气储能的研究进展与存在问题。分析表明：(1)废弃煤矿有大量可利用空间,总结了废弃煤矿地下空间的8种再利用模式：农林用地、建设用地、场地绿化、水域利用、水热联用、湿地公园、矿山公园、空间再利用;(2)我国废弃煤矿压缩空气储能的研究起步晚,基础理论研究薄弱,关键技术不成熟,且煤矿地质条件复杂,相关应用基础研究不足,尚未实现商业化、规模化推广应用;(3)总结提出了应对废弃煤矿压缩空气储能的三项关键技术,即废弃煤矿储能库建设选址评估方法、废弃煤矿储能库密...     

煤矿井下抽水蓄能发电新技术:原理、现状及展望

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。     

河北省关闭煤矿“生态闭井”及关键技术探讨

以河北省为例,在对河北省主要矿区关闭煤矿多要素综合调查工作的基础上,阐述了煤矿关闭退出后,残存着规模可观的剩余资源,不仅造成资源的浪费,部分残存资源也易引发次生灾害。以“生态闭井”科学内涵为引点,详细分析了国内外研究现状、水平及发展趋势,以变废为宝、化害为利为目标,提出了地表资源开发利用技术、煤层气(瓦斯)资源开发利用技术、煤炭地下气化技术、地下空间开发利用技术、矿井水(地热)资源开发利用技术和地表生态修复技术等生态闭井关键技术和主要研究内容,以及资源开发利用、生态修复与重建、安全与环保等建议,以期推动关闭煤矿剩余资源高效开发利用与灾害科学预控防治等工作的发展。     

废弃矿井改建抽水蓄能电站现状与展望

由于煤炭资源枯竭、资源整合以及淘汰落后产能等因素,大量的煤矿濒临关闭。为了合理地利用好煤矿开采遗留下来的可供利用地下空间,解决废弃煤矿带来的资源浪费问题,通过介绍国内外废弃煤矿地下空间改建抽水蓄能电站的现状,阐述废弃矿井地下空间改建抽水蓄能电站的基本原理与工程技术。并以此为基础,提出该技术未来需要解决的3个科学问题,首先应解决地下空间岩体稳定性影响问题,其次应关注输水系统稳定支护及密闭问题,最后应处理人员和大型设备高效与安全运输问题,为未来废弃煤矿地下空间改建抽水蓄能电站设计优化工程提供参考。     

“后煤矿时代”地下空间开发利用的设计思考

实施煤炭去产能政策以来,我国已退出煤炭产能4.4亿t,大量煤矿企业面临转型,进入"后煤矿时代"。文章从"后煤矿时代"的概念切入,梳理当前关停矿井的转型现状,指出后煤矿时代历经的三个阶段,并提出"主动式后煤矿时代"阶段的观点,列举了煤矿井下的空间类型,结合利用现状和前景从设计角度总结出地下空间开发利用的设计理念,为相关行业的规划和设计指出关键方向,同时也为关停矿井的转型方向提供了参考。     

平顶山矿区煤矿地下空间资源开发利用探究

中国平煤神马集团所属平顶山矿区,经过近70年的煤炭开采,形成了大量的煤矿地下空间资源,包括井工煤矿开采后遗留的井筒、巷道、硐室、采空区以及遗留煤炭、煤层气、地热水等。有巨大开发利用潜力和价值的特殊资源,引起了诸多领域广泛的关注,开展了不同方向前期理论研究和初步试验,通过对平顶山矿区煤矿地下空间进行调查、分类和分析,结合空间赋存特点提出了开展抽水蓄能、压缩空气储能、CO₂地质封存、地热能利用、建立仓储库、煤层气抽采等针对性的开发利用方案,为关闭退出矿井多元化开发提供思路。     

废弃煤矿抽水蓄能发电新技术可行性分析

为克服可再生能源天然的随机性和不稳定性,以及对电网蓄能设施越来越大的需求,提出了利用废弃煤矿的矿井空间建设地下抽水蓄能发电站的设想。通过以某废弃煤矿的实际布局为对象设计了地下蓄能电站,计算了电站主要参数,并分析了其经济技术和经济指标。研究结果表明,利用废弃煤矿改造建设蓄能电站具有可行性,为技术选址提供了参考,可有效降低建设成本,具有较好的社会经济和环境效益,也为类似条件下的废弃煤矿再利用提供了借鉴。     

关停矿井转型升级战略构想与关键技术

煤炭是我国主导能源,随着洁净、绿色、低碳理念的践行,煤炭在一次能源消费结构中的比例将逐步下降,关停的矿井将越来越多,对关停矿井的认知随着社会发展和科技进步必须突破传统思维定势,建立新的资源理念,即关停矿井不只可以遏制生态破坏,还可以提供宝贵的地下空间资源。关停矿井的资源化利用和转型升级,不仅是一个经济问题,更是一个科学问题。解决好这个问题,将对我国未来矿业生态、城乡建设以及能源战略产生深远影响。提出了关停矿井科学转型升级应遵循的6个基本原则,强调了关停矿井转型升级的立体化和生态化开发理念、关停矿井空间资源化利用的国家战略思维以及关停矿井开发利用的历史文化观,系统阐述了关停矿井资源化转型升级所涉及的关键技术,如地下生态城市、井下抽水蓄能发电、竖井地下停车场、地下医学和地下疗养院、地下农业种植、地下生态景观、深地科学探索等,同时建议部分富有特色和历史内涵的矿井申报工业遗产。以上战略构想和相应关键技术有望为未来关停矿井的资源化利用、立体式开发和全面转型升级提供解决思路。     

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。     

关闭煤炭矿区资源利用与可持续发展的几点思考

随着中国能源结构的调整,煤炭开采从原来的分散式开采向精细化、集中化和精准化发展,矿井数量大幅度减少,大量资源枯竭及落后产能矿井面临关闭或废弃。这一转变将使中国现阶段及未来很长一段时间都将面临与德国相似的"后采矿"时代。从中国能源结构发展的大趋势以及煤炭资源开发的宏观战略来看,已经关闭和即将关闭的大量矿井或者矿区重新恢复开采的可能性不大。矿井的关闭或废弃不仅会带来水、大气等环境污染问题,还会带来企业职工难以安置、固定资产难以处理等社会经济问题。因此,本文针对矿区关闭或废弃后出现的问题,借鉴德国应对后采矿的处理方案、后采矿工业区资源可持续发展战略,对比中国对关闭矿区的处理案例,提出了应把矿区关闭后资源的利用纳入整个矿山开发的顶层设计中的理念,以及煤炭地下空间、矿井水等资源综合利用的思路。国内外虽提出了形式多样的废弃矿井利用方案,但总体利用率不高,仍需继续深入探究关闭矿区资源利用基础理论和手段方法,以及应对关闭矿区后发展需要的教育与技术人才培养措施。     

矿业城市生态环境正效应资源开发利用研究

矿业城市在长期开发过程中积累了大量的矿山环境问题。探讨矿山闭坑后矿山环境问题修复与生态环境正效应资源开发利用,对矿业城市经济建设和可持续发展具有重大意义。通过对抚顺矿山环境问题现状的掌握,厘定了井工矿与露天矿地下空间与土地开发利用目标,讨论了矿山生态环境正效应资源开发类型。以抚顺西露天矿为例,剖析了露天煤矿闭坑后正效应资源开发利用条件与优势,围绕矿区环境安全、城市规划、地下空间资源的开发3方面,阐述了西露天矿生态环境正效应资源开发利用的具体治理规划建议。     

我国关闭/废弃矿井资源精准开发利用的科学思考

当前我国煤炭产能中部分矿井已到达其生命周期或不符合安全生产的要求或开采成本高亏损严重,直接关闭或废弃此类矿井不仅造成资源的巨大浪费,还有可能诱发后续的安全、环境及社会等问题。我国关闭/废弃矿井剩余资源开发利用难度大,〖JP2〗无法照搬国外利用模式,开展整体战略、基础理论和关键技术研究迫在眉睫。系统阐述了我国关闭/废弃矿井资源开发利用面临的5个科学问题:地下煤炭气化高效转化与开发利用耦合机制、基于安全智能精准控制的地下空间储物环境保障机理、基于多场耦合的矿井水及非常规能源智能精准开发模式、构建关闭/废弃矿井可再生能源开发与微电网输能模式、构建基于生态修复与环境支持的关闭/废弃矿井工业旅游开发模式。在能源生产与消费革命和推动煤炭供给侧改革的新时代背景下,开展我国关闭/废弃矿井资源精准开发利用研究,具有重要的政治和经济战略内涵,对于提高关闭/废弃矿井资源开发利用效率意义重大。     

闭坑矿山的正负生态环境效应与对策

为了科学应对大量矿山闭坑后出现的环境问题,有效开发利用其采掘空间和地面设施及伴生资源等,做到趋利避害、化害为利,应用水文地质学、工程地质学、环境学和采矿学等理论,全面研究了闭坑矿山的正负生态环境效应,提出了有针对性的开发挖掘和预控治理对策。研究指出:闭坑矿山存在着形成劣质矿井(坑)水、污染地下水与地表水、危害城乡供水、造成地表二次塌陷与山体滑坡、影响高层建筑地基稳定或致建筑物破裂等负效应;同时也存在着采掘空间可供农作物、石油、城市垃圾、工业“三废”储藏(存)与种养殖、汛期拦洪,也可开发为地下科技原位试验场、军事防御工程、疗养院、地下城市以及旅游、科教、休闲场所、光伏发电站等,还可以利用势能差与电价差发电以及开采地热、煤层气、水等伴生资源与开发利用所属土地、地面建筑等正效应。提出了诸如做好收尾地测工作、采掘资料归档、开展专题研究与生态环境监测、防治地质灾害与环境污染、加强相邻生产矿井防治水工作、制定规范闭坑矿山开发利用的相关法规和技术标准、结合当地经济发展、多渠道融资以及在开发挖掘闭坑矿山生态环境正效应时应采取合理措施避免出现新的负生态环境效应等主要对策与建议。     

衰老矿井循环经济模式的构建

以循环经济理论为指导, 以资源再次开发利用为目标, 就衰老矿井循环经济发展模式进行了探讨。介绍了矿山企业特征, 分析了衰老矿井的资源种类及特点, 提出了衰老矿井资源开发利用的思路, 构建了衰老矿井循环经济体系, 尤其是依据衰老矿井空间布局及其发展的历史过程, 建立了地面及地下基础设施资源的循环利用模式, 为处于衰退期矿山企业发展循环经济及我国衰老矿井资源的再次利用提供了一定可借鉴的思路和途径。     

碳中和目标下煤矿甲烷减排趋势模型及关键技术

"双碳"目标的提出,要求我国在强化CO2排放控制的同时加强对甲烷等非CO2温室气体的控排.在研究我国煤矿甲烷排放来源及构成的基础上,采用基于矿井实测法T3方法分析测算我国煤矿甲烷的历史排放趋势,辨识煤矿甲烷排放的影响因素,建立煤矿甲烷排放主因素分析模型(MFAME),并按照基准、发展、新政策3种情景预测到2060年的煤...