晋城矿区煤与煤层气协调开发模式优化决策方法

为进一步提高煤矿区煤与煤层气共采效率,需要对现阶段煤与煤层气协调开发模式进行优化决策,针对该问题,以晋城矿区为研究对象,基于层次规划思想提出了"采煤工作面→采区→矿井"3层级煤与煤层气协调开发模式优化决策思路;界定了采煤工作面煤与煤层气开发3区范围,采用非线性规划数学方法构建了采煤工作面煤与煤层气协调开发模式优化决策理论;基于3区时长控制关键因素建立了3区时长控制机制,明确了特殊阶段转换临界指标;基于优化决策目标内容,采用系统分析及归纳演绎法从安全性、经济性、资源效益性3方面构建了采煤工作面煤与煤层气协调开发效果评价指标体系及评价考核标准,对寺河煤矿东五盘区5301采煤工作面的煤与煤层气协调开发效果进行定量评价应用,验证了评价指标体系具有良好的现场适用性;基于煤层气开发技术和煤层气赋存条件,采用BP神经网络算法,建立了煤层气开采量预测模型,以寺河煤矿地面垂直井和井下顺层长钻孔为煤层气开采技术代表分析论证了其现场可操作性;以3区时长控制机制为纽带、以煤与煤层气开发全生命周期资源量守恒定律为本构模型、引入煤层气开采量预测模型,构建得到以3区时长为最基本待求解变量的采煤工作面煤与煤层气协调开发模式优化决策模型,决策模型以评价指标体系和特殊阶段转换临界指标作为求解约束条件,建立了可借助计算机编程语言实现的采煤工作面煤与煤层气协调开发模式优化决策流程,具体流程为"构建所有技术方案的3区时空关系制约方程并求解→通过协调开发效果评价确定每个技术方案的最佳开发方案→从所有技术方案的最佳开发方案中优选获得最佳开发方案"。研究表明:"以煤矿区煤与煤层气赋存条件、开采技术、现场实践数据为基础数据,以非线性规划、人工智能为建模方法,以计算机编程为具体实现手段"的煤与煤层气协调开发模式优化决策方法在理论与实践方面是可行的,该优化决策方法能够为解决晋城矿区煤层气开采与煤炭开采的时空矛盾问题提供指导意见。     

基于RS和GIS的矿区生态指标提取与安全评价 ——以焦作矿区为例

为了快速、高效地对煤矿区生态安全状况进行评价,借助遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、空间景观格局分析等技术,在压力-状态-响应(PSR)模型的基础上拓展构建压力-状态-响应-格局(PSRP)模型,对焦作矿区33年(1993—2026年)的生态安全状况进行评价与动态变化模拟分析。以遥感卫星影像数据为主要数据源,选取矿区1993年、2004年、2018年遥感数据及社会、经济统计数据,提取用于生态安全评价的建筑用地指数、归一化植被指数、生态弹性度、绿度指数、生物丰富度、湿度指数、破碎度指数、城市扩展强度、干度指数、人口密度、多样性指数、分维度12个关键技术指标,利用层次分析法(AHP)确定指标在生态安全评价的目标层、准则层、指标层3个层次体系,并进一步计算12个指标的权重,从而对生态安全进行评价,最后利用CA-Markov模型模拟获取2026年结果数据,对焦作矿区生态安全状况趋势评价分析和动态变化监测进行研究。结果表明:①利用遥感技术能有效提取用于生态安全评价的绝大多数指标,并且有较好的提取精度,基础指标土地利用/覆盖分类提取结果精度为92%以上;②CA-Markov模型可以进行土地利用/覆盖变化趋势模拟与预测,在该试验选择的3期数据集中预测精度达到83%;③20多年来焦作市裸地和建筑景观变化幅度最大,水体、植被景观变化相对较小,不同的地物覆盖类型均受到人类生产生活的影响;④1993—2018年间,焦作市生态安全状态总体情况先是大幅下降,然后达到平缓稳定状态,其中1993—2004年间生态状态呈现下降趋势,2004—2018年间焦作市的生态状况总体上没有显著的变化;⑤针对典型矿区,1993年,整个矿区还是处于稳定和安全的状态,到2004年,由于矿产资源大量的开采,部分地区由1993年的稳定状态转为临界状态,2018年以来,由于矿区的陆续关闭,矿区的生态安全状况相比于2004年没有太大的变化,模型预测表明到2026年焦作市及其矿区生态指数将呈现出轻微下降趋势,典型矿区与焦作区域表现出一致的生态安全等级分布状况和变化趋势。研究结果可为维护矿区及其周边生态环境的原生平衡、引导矿区资源的合理开采与利用提供技术支持。     

榆神矿区煤炭资源清洁高效转化系统分析

简述了榆神矿区的煤质特点及利用现状,认为矿区应重点发展煤炭低温热解工艺和煤制油、煤制烯烃产业;简要介绍了煤制油、煤制烯烃以及煤炭低温热解等新型煤化工技术的发展现状,并分析了这些技术路线的经济性;结合当地煤炭特色筛选出了适合本区煤矿发展的工艺技术,为榆神矿区发展煤炭资源综合利用提出了方向和建议。     

基于融合多视和全分辨率的矿区沉降监测

针对矿山开采沉降幅度大、范围小的特点,提出融合多视和全分辨率监测矿区沉降的方法。以济宁矿区为研究区,选取2景高分辨率的TerraSAR-X影像,分别采用多视和全分辨率方法获取研究区内2017年2月17日—3月11日的沉降情况;将两者得到的结果进行融合,即采用多视方法监测下沉盆地边缘较小的沉降,采用全分辨率方法监测下沉盆地中心的大梯度沉降。结果表明:在这期间济宁矿区最大沉降出现在新驿煤矿,最大沉降量达到-74 mm,最大沉降速率达到-3.36 mm/d。     

采动应力分布特征的深度效应

为研究神东矿区采煤深度增加引起的采动应力分布变化特征,采用FLAC~(3D)数值模拟软件,构建数值试验模型,分析不同采深模型下应力拱形态、超前应力峰值、位置及影响范围变化特点。通过研究不同开采深度采动应力分布特征的变化规律,得出了采深效应的作用机制。研究表明:通过分析数值模拟结果,发现不同埋深条件下工作面超前支承压力峰值距煤壁距离约8～12 m,受工作面开采剧烈影响范围(应力集中区域)约87～99 m,两者都随着埋深的增加而增大。上覆岩层形成的应力拱结构是影响采动应力分布特征的根本原因。针对深部矿井巷道围岩变形严重问题,提出了水力压裂措施,通过现场验证取得了良好的效果。     

基于遥感影像的平朔矿区碳汇变化及预测研究

土地利用变化直接体现人类活动对生态系统的影响,是全球气候和碳循环变化的重要原因。煤炭开采造成矿区农用地非农化,导致生态环境恶化,改变碳汇量/价值。本文以平朔矿区为研究对象,选取1987年建矿以来的七期遥感影像作为基础数据,从土地利用变化角度定量研究了矿区不同发展阶段碳汇量/价值变化,并基于2013年、2018年两期数据,应用马尔科夫模型预测了未来10年矿区土地利用及碳汇量/价值的变化趋势。结果显示:①平朔矿区自开采以来的32年间土地利用结构发生显著变化,大量耕地和草地被转化成采矿用地和建设用地等,与开矿初期相比耕地,和草地面积分别减少了39.16%和58.32%,采矿用地、建设用地、裸地面积则分别增加了3.19倍、1.29倍、5.57倍;②1987～2013年碳汇量呈下降趋势,由132.38万t下降为120.85万t,碳汇价值由67 248.83万元下降为61 390.50万元,2013年以后至2018年分别增加到124.03万t和63 009.33万元;③未来10年平朔矿区土地利用结构基本稳定,耕地、建设用地及裸地面积略有减少,林地、采矿用地面积略有增加;预计2023年和2028年矿区碳汇量分别比2018年增加0.50万t和0.70万t,碳汇价值分别增加254.79万元和355.84万元,矿区生态环境逐渐改善。     

城郊矿区高承压太灰水动态引流疏降关键技术研究

以城郊煤矿为例,对矿区高承压太灰水动态引流疏降关键技术进行分析,在复杂水文地质条件的影响下,为避免大量的人力和物力消耗,使吨煤成本过高,借鉴相似条件的邻近矿井的相关防治水经验,在对城郊煤矿二水平具有的特殊水文地质条件进行系统化分析的基础上,研讨出采用疏水降压措施,对矿井水文地质单元进行精细划分,使底板太灰水害得以防治,并对相关技术经验进行总结,为相似工程提供借鉴。     

水磨河阜康城区段设计暴雨洪水分析

通过对阜康市气象站暴雨资料的分析计算,确定综合径流系数,最大1 h暴雨强值,划分水磨河城区段5个分区排水面积,运用推理公式法计算水磨河阜康城区段设计暴雨洪水。