“双碳”背景下露天矿智能化建设新模式的技术路径

随着智能化开采技术的不断发展,矿山开采模式需要不断革新,目前我国露天矿智能化建设存在不少问题亟待解决,传统的采矿设计和工艺已不能适应无人驾驶、新能源等智能装备的发展,“双碳”背景下对原有的生产模式和装备提出了新的挑战。通过回顾露天矿智能化建设的现状,重点围绕“双碳”背景下露天矿低碳智能开采转型升级问题,探索了一种低碳、连续、高效、安全的露天矿智能化建设新模式——CDEC采矿模式。该模式内涵包含4个方面,即清洁能源开发及碳封存与利用(Carbon)、露天矿开采设计的新理念(Design)、新能源智能装备定制化方案(Equipment)以及露天矿无人连续生产工艺(Continuous)。随后分别从构建多能互补的可再生能源系统、探索露天矿山低碳连续生产工艺、开发碳封存与生态碳汇技术体系3个方面探讨了该模式的技术路径。最终实现“可再生能源利用+新能源装备+碳封存与利用”的绿色能源供给利用方式,形成“移动缓冲装载机(可选)+无人驾驶+破碎系统+皮带运输或升降装置”的无人连续生产工艺,为“双碳”背景下露天矿智能化建设提供指导。     

煤矿风井绿色能源供热解决方案

建设清洁低碳、安全高效的现代能源体系需要能源供给结构中新能源供给比例大幅提升,传统煤炭能源供给比例逐渐下降,实现革命性变化。根据国家环保、节能减排和矿井安全生产的要求,针对当前煤矿进风保温防冻供热现状,提出煤矿风井由燃煤热风炉向清洁能源改造的技术方案,为井工煤矿绿色供热选择提供参考。     

再论废弃矿井利用面临的科学问题与对策

在经济发展新常态和供给侧改革背景下,关闭/废弃矿井数量逐年增多,仍遗留大量可开发利用资源,开展关闭/废弃矿井资源开发利用意义重大。目前,相关研究工作仍相对滞后,难以系统解决遗留能源资源及地下空间开发利用等方面存在的科学问题和技术瓶颈。基于山西省关闭/废弃矿井资源禀赋与开发现状分析,结合关闭/废弃矿井遗留煤炭地下气化、遗留煤层气地面抽采、地下空间储能储物等重大需求,亟需研究关闭/废弃矿井能源资源协同综合利用评价方法、固-液-气及应力-位移-渗流-温度等多相多场动态演化机制、复杂遗留空间煤层气运移规律与储集成藏机理、复杂岩体多场耦合作用机理及稳定性控制等4个关键科学问题,攻克关闭/废弃矿井能源资源协同利用安全与风险评价技术、遗留煤炭地下气化炉构建及气化工艺、遗留煤层气资源地面抽采与利用、地下储库(储水、储油、储气等)库容探测与防渗等4项关键核心技术。基于矿井全生命周期绿色利用科学理念,以白家庄煤矿为例,提出了山西省关闭/废弃矿井遗留资源和空间资源"能源化、资源化、功能化"协同利用综合性解决方案,创新了"政产学研用金"协同机制为基础的关闭/废弃矿井能源资源精准开发与利用新模式。     

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。     

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...     

煤矿废弃井巷抽水储能理论与技术框架

废弃井巷抽水储能能够实现废弃矿井资源化利用及可再生能源电力的消纳,但煤矿废弃井巷抽水储能的理论及技术体系仍需进一步完善。通过分析我国主要产煤省份煤炭开采空间分布情况,揭示了我国煤矿废弃井巷抽水储能发展的巨大潜力;从工程背景、科学问题、关键技术和工程实践等方面阐述了废弃井巷抽水储能的理论与技术框架。研究结果表明:采空水赋存规律及资源化利用方法、人工坝体及煤柱多场耦合变形机理、废弃井巷抽水储能技术经济原理及煤矿回采与废弃井巷抽水储能过渡机制是废弃井巷抽水储能开发的亟需解决的科学问题;采空水资源评估及生态利用技术、煤柱防渗改造技术、人工坝体设计建设技术及底板防渗改造技术等技术是废弃井巷抽水储能需要攻关的关键技术。进一步厘清了废弃井巷抽水储能开发的理论研究体系,并为废弃井巷抽水储能技术研发及推广应用提供了参考。     

基于电化学储能的产业进入方式浅析

习近平总书记在十九大报告明确指出推进绿色发展,壮大清洁能源产业,推进能源生产和消费革命,构建清洁低碳、安全高效的能源体系,到2030年,非化石能源发电量占全部发电量的比重力争达到50%。新能源大规模并网必然增加系统的平衡成本和容量成本。储能,尤其是电化学储能的发展是清洁能源得以充分开发利用的最佳技术支撑和有效解决途径。本文通过对国内储能产业前景、目前发展制约因素进行了分析,阐述了发展储能产业的必要性、可能性及措施建议,对国家能源集团如何进入储能产业提出了建议。     

中国煤炭行业发展面临的挑战与机遇

煤炭是我国工业的粮食,随着"调结构、转方式"和节能减排的进行,引发了人们对煤炭前景的思考。受当前中国经济增长速度与增长模式变化、石油与天然气市场竞争、智能电网与大规模储能电池技术应用以及其他可再生、绿色能源的影响,煤炭发展面临着严峻的挑战,煤炭行业迫切需要绿色、可持续的煤炭利用模式。针对我国"富煤贫油少气"的资源特点,伴随着低碳技术、煤炭深加工、碳捕捉与封存技术的快速发展,通过对能源结构的分析,得出未来煤炭将在我国社会经济发展中逐步蜕变为绿色新型的主导能源。     

“双碳”目标下煤矿采空区（废弃矿井）煤层气资源再利用的政策研究

在我国以煤炭为主导的能源结构背景下,要实现“2030年前碳达峰、2060年前碳中和”的目标,除了要大幅发展可再生能源外,还需要大力推进化石能源清洁高效利用。当前,煤炭行业供给侧结构性改革持续推进,国内绿色煤炭资源量逐年减少,煤炭采空区（废弃矿井）数量日益增多。开发利用好煤矿采空区（废弃矿井）残余煤层气资源,是实现“双碳”目标的重要举措。本文总结了山西省煤矿采空区（废弃矿井）煤层气资源赋存情况,分析了开发利用煤矿采空区（废弃矿井）煤层气资源的必要性和可行性,剖析了现阶段开发利用可能面临的诸多问题,如矿业权设置、经济成本等,提出了规范开发的政策性建议：1.矿业权设置方面,可以邀请招标等方式确定实施企业;2.出台政策方面。如免征矿业权使用费、鼓励煤矿闭坑后,继续运营瓦斯抽采系统、支持煤层气移动式发电站项目建设等。3.监管方面,加大监管力度,对恢复煤炭生产的企业依法实施处罚。     

能源综合改革研究背景下山西省能源结构优化研究

目前,作为煤炭资源大省的山西省正在推动以煤为主的能源结构向多能协调发展的能源结构转变。为了更好地推进山西省能源结构优化,本文在通过梳理山西省能源结构现状问题并分析其产生原因的基础上,指出了将能源供给革命与转型发展、能源高效利用与清洁低碳、创新技术驱动与能源结构优化以及能源体制革命与社会经济发展等四个结合的能源结构改革思路,拟定了建立起能源供给系统转变体系、能源消费体系、能源技术体系、能源体制革新体系以及建立能源体制革新等五大体系的发展方向,并提出了四方面的能源结构优化策略。     

新时代山西煤炭地质工作若干问题的思考

推进能源生产革命,构建清洁低碳、安全高效的能源体系是未来我国能源发展的必由之路。煤炭是我国主要的一次能源,是我国能源稳定与安全的基础。山西是我国煤炭大省,也是国家的能源基地,做好新时代山西煤炭地质工作,保证山西的煤炭能源供应,对推进全国能源生产和消费革命,构建清洁低碳、安全高效的能源体系具有重要意义。山西首先应大力发展绿色勘查,摸清全省的煤炭科学产能和绿色煤炭资源家底,保障全省乃至全国的绿色煤炭需求量。第二,树立综合勘查理念,大力发展绿色勘查技术和绿色开发技术,建立绿色煤炭资源勘查评价体系,推进煤与煤系气、煤系共伴生矿产、煤系水资源的共同勘查协同评价,逐步推进煤炭资源的精细勘查,为下一步煤炭的精准开发奠定基础。第三,创新煤炭地质保障技术,在煤炭水文精细勘查方面,矿山垂直救援方面,矿区生态环境治理生态修复、沉陷区治理与闭坑矿井的资源化利用方面做好地质服务保障,为建设绿色矿山做好地质服务。     

“双碳”目标下地质工作助力绿色低碳发展路径研究

绿色低碳发展是我国实现双碳目标,控制温室气体排放重要举措。地质工作在助力国家生态文明建设、实现碳达峰碳中和目标和绿色低碳发展方面,大力推进化石能源绿色勘查和清洁利用技术、加快地热资源勘查突破、碳储存利用基础地质研究及碳汇的技术研究是未来工作的重要内容,应发挥好地质工作在绿色低碳发展中的基础和支撑作用。     

我国煤炭工业科技创新进展及“十四五”发展方向

煤炭是我国的基础能源和工业原料,长期以来为经济社会发展和国家能源安全稳定供应提供了有力保障。作为煤炭工业健康有序发展的核心动力,“十三五”以来,我国煤炭行业自主创新能力得到了大幅提升,实现了从跟踪、模仿到部分领域并跑、领跑的转变,取得了突出的成就。系统总结了“十三五”以来我国煤炭科技取得的主要成果,梳理了煤炭地质勘探、矿井建设、煤及共伴生资源开采、矿井灾害防治、煤机装备与智能化、洁净煤技术、节能环保与职业健康等7个领域所取得的理论、技术及工程应用方面的进展。分析了当前煤炭科技发展面临的共性问题,指出煤炭科技创新支撑我国煤炭工业高质量发展的能力依然不足。提出了煤炭科技自立自强、完善现代化煤炭开发利用理论与技术体系的“十四五”煤炭科技发展目标。围绕煤炭安全绿色智能开采和清洁高效低碳利用,明确了“31110”科技创新主要任务,包括煤炭绿色智能开采、煤矿重大灾害防控、煤炭清洁高效转化三大煤炭基础理论研究,煤炭资源勘查与地质保障、大型现代化矿井建设、煤炭与共伴生资源协调开采、煤矿灾害防治、煤矿智能化与机器人、煤炭清洁高效加工、煤炭高效转化利用、煤矿职业危害防治、煤矿应急救援、资源综合利用与生态保护十大重点领域核心技术攻关,煤矿井巷全断面快速掘进、复杂地质条件煤层智能综采、智能化煤矿建设、智能精细高效洗选、煤炭分质利用技术、煤炭液化及高端化工品制备、废弃矿井地下空间资源综合利用、矿区大宗固废资源利用、大型矿区生态修复、煤炭产品质量精准调控10项重大技术创新示范,复杂地质构造槽波地震探测、导井竖井掘进机凿井、掘支运一体化全断面岩巷掘进、煤矿井下水力压裂增透、干法矿物高效分离、采煤沉陷区土地复垦与农业生态再塑、智能无人综采工作面等百项先进适用技术推广应用,为“十四五”时期煤炭科技的发展方向提供了指导意见。     

矿山数字孪生构建方法与演化机理

新一代信息技术与煤炭开采技术深度融合，为智能矿山技术发展提供关键技术支撑，将促进煤炭工业创新、绿色、安全、高效发展。数字孪生作为煤矿智能化无人开采的核心技术，是人工智能理论方法与数字化技术的有机结合，数字孪生有望解决煤矿智能化无人开采中物理世界和信息世界交互与共智的关键技术难题，对推动矿山全生命周期智能化建设和煤炭工业高质量发展具有重要意义。本文基于数字孪生技术和平行智能理论，提出了矿山数字孪生的概念框架、体系架构、关键技术、基础理论和构建方法体系；提出了物理模型、仿真模型、机理模型和数据模型相互耦合的矿山数字孪生演化理论模型，据此进一步解析了面向矿山智能开采应用场景的数字孪生模型构建方法与演化过程，研究了矿山数字孪生系统与物理系统的理论模型、同步映射与协同演化机制，探讨并揭示了矿山数字孪生的演化机理；最后以矿山智采工作面数字孪生实际应用为例，通过模拟矿山生产场景数字孪生模型演化与协同控制，验证矿山生产场景的数字孪生建模效果并对其技术特征进行解析，实现描述、建模、演化、预测相结合的矿山数字孪生系统模型。本文旨在通过矿山数字孪生技术内涵、方法、机理等理论新型研究范式，为矿山数字孪生技术应...     

煤层CO2安全封存研究进展与展望

以CO₂地质封存为代表的负碳排放技术是实现我国碳达峰、碳中和战略目标的重要途径。煤层CO₂封存成本低,同时可实现煤层气高效采收,符合国家绿色发展理念。尽早布局煤层CO₂封存安全研究是保障我国碳达峰、碳中和目标的战略要求。对煤层CO₂封存技术发展现状和安全问题进行了梳理和分析,当前煤层CO₂封存仍处于示范阶段,规模化推广应用尚未实现。煤层CO₂封存安全性主要受封存地质体结构、地质灾害、工程扰动等因素影响,现有安全监测方法多以CO₂泄漏产生的某些环境效应为监测对象,缺乏对封存地质体自身安全性的监测。煤层碳封存全生命周期安全性存在诸多研究空白,严重制约着我国煤层CO₂封存技术的发展。针对现存问题,总结提出了应对煤层CO₂封存安全的4项关键技术,即煤层安全储碳机理与主控因素、煤层碳封存风险探测与安全评价方法、煤层碳封存全生命周期安全监测预警技术以及煤层碳封存风险应对与应急处置规范。通过上述4个方面的...     

关闭/废弃矿井地下空间抽水蓄能发展战略研究

在双碳战略目标牵引下，中国深化能源革命，目前已成为世界上最大的可再生能源发电国。为解决大规模可再生能源电力供应不稳定的难题，新型电力系统的提出与加速成长促进了抽水蓄能电站的建设与发展，但在生态红线与地形等因素约束下，传统抽水蓄能电站选址难题亟须解决。同时，煤炭去产能过程中形成了大量的关闭/废弃矿井与资源枯竭型城市。本研究详细概述了中国抽水蓄能电站的发展现状，分析了关闭/废弃矿井与抽水蓄能结合后对水资源压力的缓解与温室气体减排等环境效益。基于关闭/废弃矿井抽水蓄能电站不同模式，对关闭/废弃矿井抽水蓄能应用潜力展开了分析，最后提出中国废弃矿井抽水蓄能发展战略，并展望了关闭/废弃矿井+储能的多元产业愿景。     

“双碳”战略下传统能源企业转型战略初探——以中国神华能源股份有限公司为例

当前我国经济发展、煤炭消费、碳排放三者之间关系紧密，“双碳”目标下，解决经济增长和碳减排之间的制约关系是能源企业的首要任务，能源企业要加速绿色低碳转型，走高质量发展之路。基于ARIMA模型预测了我国近10年的煤炭消费量，在“双碳”目标的约束下，虽然以煤炭为主体的能源结构不会改变，但煤炭消费增量将放缓且不会出现较大幅度增长。能源企业虽然已加快新能源领域和CCUS的产业发展，但仍有很大的转型空间。以中国神华能源股份有限公司为例，建议充分利用绿色金融手段在储能、煤炭清洁高效利用等领域开展研究，依靠科技创新为碳减排事业贡献不竭的绿色动力。     

氢能在我国能源转型中的地位和作用

针对我国能源体系现状进行了分析,认为建立多元化、清洁化、低碳化的能源供应体系是我国能源转型的总体战略目标。在我国能源体系向"清洁、低碳、智慧"转型的过程中,氢能将扮演"清洁高效的二次能源、灵活智慧的能源载体、绿色低碳的工业原料"这三重角色,全社会氢能需求有望大幅增长。根据不同制氢工艺综合评估结果,分析了近中期和中长期各制氢路线的发展重点。面对未来巨大的氢气需求,需加快氢能供应格局的绿色低碳变革,提高"绿氢"比重。     

国家能源集团建设瓦斯“零排放”示范矿井前景分析

为了减缓全球温室效应问题,实现我国碳中和远景目标,国家能源集团积极调整产业结构,努力实现绿色低碳转型。作为全球最大的煤炭生产商,煤矿高效生产过程中难免伴随着煤矿瓦斯的产出,为了从根本上减少煤矿安全生产事故、减少温室气体排放、增加清洁能源供应量,国家能源集团可借鉴国内瓦斯"零排放"示范矿井成功经验,在全集团高瓦斯矿井实施"井上下三区联动"综合治理方式;积极探索低瓦斯浓度发电、乏风发电、低浓度瓦斯直燃、烟气再利用等关键技术,通过建立保德煤矿瓦斯"零排放"示范矿井,逐步实现全集团矿井瓦斯"零排放",推动清洁发展机制(CDM)项目交易,实现新的利润增长点,为我国早日实现碳中和目标作出贡献。     

碳中和背景下废弃矿山环境正效应资源化开发利用

矿山环境正效应开发与利用是推动生态文明建设、延长矿业产业链、推进国家能源结构转型发展、实现“碳达峰”“碳中和”战略目标的重要途径。为系统化研究废弃矿山正效应资源化开发利用,从能源结构转型、碳中和视角出发,分析了矿产资源采掘及其环境负效应的碳源和碳排放,剖析了矿山环境正效应的内涵及其资源属性特征,阐述了生态资源、可回收资源、可再生资源、空间资源、旅游文化科普资源以及原位科学实验资源等正效应资源的开发利用对于削减废弃矿区碳源、增加生态碳汇及推动碳减排的潜在优势。结合内蒙古自治区“十四五”生态文明建设和碳达峰碳中和目标,讨论了开发利用正效应实现碳减排和修复自然碳汇,促进能源结构转型,助力资源型城市碳减排,助力原位科学试验和绿色低碳科技转化以及普及低碳生活能源消费知识等方面的重要作用。结合废弃矿山正效应资源化开发利用中的多元约束条件,从市场化运作和有效的竞争导向、正效应产品和产业政策引导、数字化智能化开发利用以及精准化碳核算等角度提出废弃矿山环境正效应开发利用与管理的对策建议,以期对我国建设北方生态安全屏障、推进废弃矿山资源化再利用以及实现能源行业减排增汇、绿色低碳发展和能源安全战略的有机统一...