乌达煤田地表汞交换通量研究

地表汞释放被认为是大气汞的主要来源之一。我国拥有世界上总面积最大的煤矿区,但对煤矿区地表汞释放的研究鲜有报道。采用通量箱与RA-915+测汞仪联用法对具煤火发育的乌达煤矿区地表汞交换通量进行了测试。测试结果显示:背景区地表汞交换通量值为4~29 ng/（m²·h）,均值为19 ng/（m²·h）;无火区地表汞交换通量值为14~62 ng/（m²·h）,均值为32 ng/（m²·h）;火区地表汞交换通量值为80~318 ng/（m²·h）,均值为177 ng/（m²·h）。煤矿区地表汞交换通量值显著高于背景区,并且部分汞可能直接来源于地下煤火,地表汞释放可作为认识地下煤火发育状况的有效途径。通过分析地表汞交换通量与自然条件相关性,发现汞交换通量与光照强度、地表温度存在显著正相关性。矿区白天大气汞含量受地表汞释放影响。     

乌达煤田尘土汞溯源分析

本文采用多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICPMS)分析了乌达煤田9号火区的不同煤层煤、落尘和地表土汞同位素比值,以探讨煤火区地表汞的可能来源煤层。结果表明,煤、落尘和地表土δ202Hg均值分别为-1.98 ‰、-1.30 ‰、-1.26 ‰,皆具明显偏负特征;地表汞Δ199Hg、Δ201Hg值也显示了偏负异常,如落尘分别为-0.13 ‰、-0.11 ‰,地表土分别为-0.11 ‰、-0.10 ‰。对比分析汞同位素组成特征,尘土δ200Hg、δ202Hg、Δ200Hg值均介于9号煤层与10号煤层之间,趋于9号煤且偏负,表明9号火区尘土汞主要来源于9号煤层,而非10号煤层。尘土δ202Hg值较9号煤显示明显偏负现象是煤燃烧和加热过程中动力分馏效应及地质层析效应的综合结果。汞同位素可有效判别煤火区地表汞来源煤层,添加汞同位素分析可有利于提高地下煤火监测效果。     

水力压裂增透工艺及瓦斯综合治理效果考察研究

针对某矿703综采工作面瓦斯涌出问题，在工作面回采前先对工作面进行顺层孔致裂卸压增透，再施工工作面顺层抽采钻孔治理本煤层瓦斯涌出。结果表明，未压裂区域煤层原始瓦斯含量为6.68 m³/t,压裂区域煤层瓦斯含量约为3.59 m³/t;未压裂区域煤层原始瓦斯压力为0.4 MPa,压裂区域煤层瓦斯压力约为0.14 MPa;未压裂区域煤层透气性系数为0.007 3 m²/(MPa²·d^-1),压裂区域煤层透气性系数为0.024 2 m²/(MPa²·d^-1),与未压裂区域相比，压裂区域的瓦斯抽采浓度和抽采纯量都有大幅度的提高；703工作面采取措施前，回采工作面相对瓦斯涌出量16.6 m³/t,绝对瓦斯涌出量84.01 m³/min;而703工作面采用综合瓦斯治理措施情况下，回采工作面相对瓦斯涌出量13.29 m³/t,绝对瓦斯涌出量60.28 m^...     

高河煤矿高抽巷岩体波阻抗实验研究

波阻抗对巷道围岩爆破参数设计有重要意义,以高河矿E2308高抽巷为研究背景,通过测试巷道内部不同岩性的密度与纵波波速,根据测试结果得出粉砂岩的波阻抗为7 777 679.667 kg/m³·m/s,粗砂岩的波阻抗为12 191 063 kg/m³·m/s,灰岩的波阻抗为12 172 188.33 kg/m³·m/s,细砂岩的波阻抗为12 719 719 kg/m³·m/s,实验结果将对高河矿E2308高抽巷岩石爆破参数优化具有重要的指导意义。     

北岩煤矿地质环境特征及地质灾害治理措施

通过山西省采煤沉陷区综合治理项目，以解决北岩煤矿因煤炭开采产生的诸多地质环境遗留问题。多年来，采矿活动已引发地裂缝20多处，破坏土地总面积19 987.39 m²,通过填埋地裂缝1 101 m,恢复土地面积2.00 hm²;地面塌陷区6处，塌陷坑破坏土地利用类型均为耕地，通过表土剥离、土方回填、土方整平、土地翻耕、生物工程，治理地面塌陷总面积37 695 m²,需回填土方63 250m³。区域分布火区2个，采用钻孔间歇式注浆施工法进行注浆灭火，治理区面积约9 000 m²。通过对矿山地质环境的恢复治理，取得了较高的社会效益、经济效益和环境效益。     

燃煤烟气中单质汞的氧化吸收研究

在鼓泡反应器中对次氯酸钾氧化单质汞的规律进行了研究,研究结果表明：初始元素汞浓度的增加不利于Hg⁰去除;次氯酸钾初始浓度的增加、强酸条件均有利于Hg⁰的去除;反应温度不宜过高,否则会阻碍Hg⁰的去除;次氯酸钾在酸性环境中和中性环境中氧化单质汞的机理不同,而在强碱性环境中次氯酸钾基本上不能氧化单质汞。     

深部煤层区域预测指标临界值的研究

《防治煤与瓦斯突出细则》推荐的区域预测临界值指标分别为瓦斯压力0.74 MPa（相对）、瓦斯含量8 m³/t，然而实际生产过程中，深部煤层经区域预测瓦斯压力小于0.74 MPa或者瓦斯含量小于8 m³/t的煤层也曾多次发生突出。鉴于此，在考虑温度和地应力对煤层瓦斯赋存影响的基础上，对区域预测瓦斯压力和含量临界值进行了修正，修正系数为0.75。研究表明，考虑地温和地应力的影响修正得到的区域预测指标临界值对深部煤层的防突工作具有一定指导意义。     

燃煤对大气中汞富集的贡献及相关评价模型

综述了国内外燃煤对大气中汞富集的贡献及汞分布的区域特征,介绍了目前燃煤汞排放的评价模型情况,对综述得出的结果进行了讨论,提出了燃煤汞排放的控制措施。     

动载扰动下复合顶板巷道围岩变形破坏特征

以河南省赵固二矿11020下顺槽为工程地质背景,采用现场调研、数值模拟等方法,建立复合顶板巷道模型组,研究动载扰动下围岩变形特征,总结巷道断面矢量变形与低应力区演化规律及不同顶板结构围岩稳定性评价。研究结果表明:动载扰动下复合顶板围岩变形规律会随着顶板岩层结构的改变而改变,且围岩变形各项结果显著增加:围岩矢量变形面积增加266.3%(18.6 m²)、117.8%(26.5 m²)、86.7%(19.5 m²)、150%(9 m²)、78.6%(16.5 m²),低应力区面积增加154.06%(99.2 m²)、170.8%(90.5 m²)、212.5%(48.0 m²)、88.2%(42.8 m²)、107.8%(54.2 m²),对其围岩稳定性进行评价划分后,通过现场支护试验验证其分级的合理性。     

基于图像技术的爆区粉尘浓度测量方法研究

针对露天矿爆区粉尘浓度不易测量的问题,提出了一种基于图像技术的爆区粉尘浓度测量方法。采集爆破区域内粉尘图像及典型测点的粉尘浓度信息,优选高斯滤波降噪方法并确定灰度级α为128,对粉尘图像进行降噪、增强和分割处理,有效识别粉尘区域与背景区域边界,提高了粉尘图像灰度信息提取的准确性。采用函数拟合法,优化建立爆区粉尘浓度和灰度值的函数为：C=-0.01157G²+2.342G-104.1,并应用于矿山爆区粉尘浓度测量中。结果表明：爆区粉尘浓度在起爆后第7秒达到峰值13.824 mg/m³,在第90秒下降到3.749 mg/m³;在第6秒时,爆区左后方的高浓度粉尘云团处于距地表3～52 m高度,其影响区域范围为110 m×60 m,爆区右上方的高浓度粉尘云团处于距地表52 m以上的位置,其影响区域范围为59 m×56 m;在第90秒时,粉尘云团集中在距地表40 m以上的位置,影响范围为120 m×67 m,与实际情况相符,验证了所提出的粉尘浓度测量方法的有效性。     

综采工作面喷雾降尘系统无线一体化技术应用

针对传统的喷雾降尘系统故障率极高、喷雾效果一般的问题,开发了一套无线一体化综采工作面喷雾降尘系统,对其系统组成、原理及特点进行了介绍,在阳煤二矿进行了粉尘浓度测试的工业试验。现场工业试验表明:无线一体化喷雾降尘系统应用后,工作面采样点的总尘及呼吸性粉尘浓度均出现明显降低,工作面采样点的粉尘平均全尘浓度从586.0 mg/m³降低至87.2 mg/m³,平均呼吸性粉尘浓度从277.6 mg/m³降低至34.3 mg/m³,平均全尘降尘率和平均呼吸性粉尘降尘率为85.2%、87.7%。     

离子风静电除尘器集尘效率数值仿真研究

静电除尘器是通过在放电针施加高压电场使周围气体发生电离形成电晕放电,使得气流中的粉尘荷电,带电后的粒子受静电力的作用与气流分离并朝向负极板运动,从而达到粉尘收集的目的。通过计算流体力学模型（CFD）,研究离子风对静电除尘器内流场和粉尘收集效率的影响,该模型耦合了电晕放电、气体流、颗粒荷电及传输。结果显示,在电极附近电场强度和空间电荷密度达到最大,分别是7.03×10⁶ V/m和3.93×10^-4 C/m³。在施加27、20 kV电压时,离子风速度可分别达到1.92、1.79 m/s。通过对不同粒径粉尘的除尘效率研究发现,处在中间粒径粉尘收集效率最低。     

采煤活动对煤矿地下水化学特征的影响研究

采煤活动会影响天然水化学环境,改变地下水中的无机及有机水化学成分。以保德煤矿为研究区,采集地表水、地下水及矿井水,综合利用Piper图、Schoeller图、三维荧光光谱图,从无机与有机2个方面分析矿区水化学特征及受采煤活动的影响。研究结果表明,保德煤矿地表水、泉水和奥陶系灰岩水的水化学类型主要为HCO³-Na和HCO³-Ca,但位于滞留区的钻孔新鲜水化学类型为SO₄-Na和SO₄-Mg;位于弱径流区或滞留区的奥陶系灰岩水样K⁺+Na⁺浓度大于径流区水样,而Ca^2＋（Mg^2＋）浓度则相反,主要受离子交换作用和采煤活动的影响。地表水和泉水中溶解性有机质类型主要为腐殖酸类物质,奥陶系灰岩水有机质类型主要为色氨酸和溶解性微生物代谢产物,主要是通过微生物产生的,而矿井水有机质类型为色氨酸、溶解性微生物代谢产物及腐殖酸,这是受采矿活动影响,奥陶系灰岩水流经煤层,将煤中的腐殖酸类物质溶滤形成矿井水。地表水中UV₂₅₄和TOC值较其他水样高,与地表河流中树叶等植物的腐化溶解有关,矿井水中UV₂₅₄和TOC较奥陶系灰岩水较高,与煤层中腐殖酸类物质的溶解有关。     

安阳矿区构造煤瓦斯扩散动力学特性实验研究

为研究安阳矿区构造煤瓦斯扩散动力学特性,在大众矿、龙山矿和贺驼矿分别采取2个（共6个）煤样。采用工业分析、高压吸附试验和瓦斯解吸试验等方法分析煤样的多元物性参数。运用球形扩散模型,采用Origin软件拟合解吸数据,计算出瓦斯扩散系数。结果表明,大众矿、龙山矿和贺驼矿煤样的挥发分分别为20.16%,12.10%和19.01%,变质程度由高到低为:龙山矿>贺驼矿>大众矿;大众、龙山和贺驼煤样的吸附常数a分别为37.26,52.36,41.30 m³/t,瓦斯吸附能力由大到小为:龙山矿>贺驼矿>大众矿;龙山矿、大众矿和贺驼矿煤样扩散系数分别为9.567 5×10^-10,5.294 3×10^-10,2.384 7×10^-10 m²/s,瓦斯扩散能力由大到小为:龙山矿>大众矿>贺驼矿。表明龙山构造煤瓦斯吸附和扩散能力最强,煤与瓦斯突出危险性最大。     

神东矿区矿井水水化学特征及其灌溉 适宜性评价

矿井水水化学特征决定着其处理工艺及其成本。以神东矿区为研究对象,采集了12组矿井水样品进行测试,采用统计分析、Piper三线图、Gibbs图、各离子间相关关系,确定了其水化学特征及其影响机制。结果表明,矿井水样品的pH值为7.64~8.48,TDS为275.13~3 090.14 mg/L,F^-浓度最高为6.75 mg/L,绝大部分矿井水为高氟、高矿化度水;在空间上呈现了西北高、东南低,随埋深增大,TDS和F^-浓度逐渐升高的趋势;主要水化学类型为HCO₃·SO₄·（Cl）-Na及HCO₃·SO₄·（Cl）-Na·Ca。煤层埋深较浅,易接受补给的矿井水主要受岩石风化控制,反之,主要受浓缩作用控制。同时矿井水还发生了阳离子反交换作用。其用于灌溉的盐碱害较严重,综合EC值、SAR以及钠百分含量指标,判定矿井水大部分为不适合灌溉用水。研究为后期制定矿井水处理工艺及高效利用方案提供参考。     

山西保德中低阶煤层气地质特征

通过对钻井岩心及地化进行分析,揭示了山西保德地区煤层气地质特征。山西保德煤层厚度较大（5～10 m）,埋藏较浅（450～700 m）,为高发热量低阶煤层（30.98 MJ/kg）。其分布稳定,有机质成分高（60.2%～92.7%）,变质程度低（Ro为0.55%～0.88%）,硫含量较低0.24%～1.73%,应用安全性较高,抗碎强度大（80.1%～86.0%）,不易破碎,便于压裂开采。煤层孔隙度大、渗透率高,易形成游离气的运移和聚集。煤层地处地下水径流区,地下水渗流具有侧向封堵性能,封闭性的逆断层对煤层气也具有良好的封堵作用。其构造简单,顶底板均为砂质泥岩与泥岩,封堵条件好。实验室测试,煤层吸附能力很强（3.79～14.27 m³/t）,并随埋深增强。其含气饱和度较大（10.67%～85.94%）,具有随埋深增强的趋势。储层压力较大（2.09～2.96 MPa）,具有富集成藏的良好条件。实践开采显示,8煤层含气量为0.48～7.856 m³/t,自上而下逐步增大,且甲烷含量高（18.29%～95.47%）;11煤层含气量为0.44～4.67 m³/t,自上而下逐步增加,甲烷含量高（1.24%～93.29%）。目前2层合并开采后稳定日产3 000 m³,具有工业开采价值,可在该区加大勘探开发力度。     

深圳市室内氡浓度水平调查与研究

2018—2019年，通过对深圳市室内布设的240个氡浓度监测点进行监测、数据统计、检验、分析比对后，得出深圳市室内氡浓度水平分布规律和变化趋势。根据《室内氡及其衰变产物测量规范》对各监测点位制定测量方案，采用连续测氡仪进行氡测量。分析研究得出，目前深圳市室内平均氡浓度值为（63±10） Bq/m³，其中平均氡浓度值最高为盐田区和光明新区（76±22） Bq/m³，最低为龙华新区（53±12） Bq/m³。目前深圳地区室内氡浓度比20世纪90年代升高了1.4倍，丰水期和枯水期室内氡浓度变化不显著，调查中全是已建建筑，没有发现室内氡浓度超过国标规定的氡浓度限值的建筑。     

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。