废弃煤矿压缩空气储能地质安全稳定性分析

为解决去产能废弃矿井的再利用问题，根据压缩空气储能的技术特点，提出了利用废弃煤矿的深地空间进行压缩空气储能的五个原则和要求，并针对具体矿井计算了可作为压缩空气储能的地下可利用空间，提出了用于选取合适储气压力区间的四个稳定性评价准则，利用FLAC3D数值模拟软件对新集三矿地下可利用空间建立了数学模型，对主、副井筒以及-340m水平巷道和硐室在10.8MPa下支护前后的地质安全稳定性进行了数值模拟分析。研究结果表明：在10.8MPa的压力范围内，经过支护、加固后的井筒、巷道和硐室，可以满足压缩空气储能的安全稳定性要求，这为利用废弃矿井进行压缩空气储能提供了研究基础和理论依据。     

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...     

废弃井巷抽水储能技术构想及关键技术参数研究

结合煤矿井巷和采空区废弃过程及废弃矿井抽水储能研究现状,提出了废弃井巷抽水储能技术构想、技术方案及实现方法,对系统关键技术参数及其计算方法进行了介绍和推导,研究结果表明:完全地下的废弃井巷抽水蓄能系统、井上下联合的废弃井巷抽水蓄能系统、利用虹吸效应的废弃井巷抽水蓄能系统是三种可行的废弃井巷抽水储能技术方案;采空区涌水量、废弃井巷水库库容、系统电能储备量是废弃井巷抽水储能的三项重要技术参数;结合废弃井巷及采空区的空间资源特性,在废弃井巷水库库容计算中提出了阶梯式死水位的概念,提高了水库库容的计算精度。进一步厘清了废弃井巷抽水储能技术实现方式及关键技术参数,为废弃井巷抽水储能系统设计及技术推广应用提供了参考。     

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。     

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,...     

废弃煤矿资源再利用及生态修复现状问题及对策探讨

文中介绍了我国废弃煤矿概况及其遗留的地质环境问题,通过收集国内外废弃煤矿开发利用的实践,根据废弃煤矿资源的井上下空间位置,介绍了目前废弃煤矿资源再利用的各种方式,如矿山公园、井下空间利用、生态修复等,根据废弃煤矿资源再利用现状分析了我国废弃煤矿资源再利用存在的主要问题,并提出了解决废弃煤矿资源再利用的相关对策,为废弃煤矿资源再利用及实现废弃煤矿区与区域经济、社会、生态融合发展提供了指导。     

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。     

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。     

废弃矿井改建能源储库的发展现状及方法研究

石油和天然气等战略资源的储备问题一直是国家能源安全的重点。随着“双碳”共识的进一步深化,大量退出煤矿产生。为更好地推进废弃矿井改建地下能源储库,在总结归纳已有工程实例和分类基础上,介绍了国内外利用矿井作为能源地下储库的相关案例;通过对比分析国内废弃矿井地下空间的不同规模,综述了改建地下能源储库的基本标准;根据我国矿井开采方式和岩性特征,总结了不同岩性围岩改建地下能源储库的支护方案,有助于促进废弃矿井空间资源的再利用。     

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。     

国内外废弃矿井资源化利用现状与关键技术研究

废弃矿井的处置是能源环境领域面临的一大关键问题,严重影响着全球资源开发与环境保护协调发展。为了更好地利用矿井废弃后遗留的大量资源,介绍了国内外废弃矿井现状以及废弃矿井资源化利用现状与特点,简述了废弃矿井的潜在危害,阐述了废弃矿井综合利用的内涵与关键科学问题,探讨了废弃矿井地热能开发利用、地下水资源精准利用、建设地下储气库等关键技术,指明了废弃矿井地热能资源勘察评估、地下水库煤柱坝体稳定性以及储水能力计算、地下储气库选址的技术难点,提出了废弃矿井资源化利用思路。研究表明,废弃矿井资源化综合利用在废弃矿井转型与可持续发展等方面具有广阔应用前景,可促进我国资源枯竭型城市转型发展。     

城区型废弃矿区地下空间开发策略研究

资源枯竭型城市的转型是亟待解决的问题。矿区采掘过程中形成的废弃地下空间给矿区甚至资源枯竭型城市的生态转型带来许多问题,但同时也带来了转型的契机。资源枯竭型城市与矿区需要协同发展,其中与城区型矿区的关系更为密切。因此,如何在"矿城"协同生态转型的基础上,实现城区型废弃矿区地下空间的开发利用是本文的研究重点。本文立足于城市发展的视角,将废弃矿区置于城市整体格局的层面,提出"矿城"协同转型是矿区地下空间开发的潜在模式,并依据区位因素对地下空间开发模式的限制,系统化地提出了城区型矿区地下空间二次利用的三种策略。     

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。     

我国关闭煤矿潜在资源分析及二次利用前景

供给侧结构性改革的提出加速了我国煤矿落后产能的退出，但同时关闭煤矿的合理再利用提上日程。为探讨关闭煤矿潜在的可利用资源及其利用前景，基于关闭煤矿彻底废弃的负面效应分析，对其潜在资源类型进行了划分，并对各种资源的利用前景进行了分析，最后指出其在二次利用中亟待解决的问题。研究表明：我国关闭煤矿潜在资源主要包括剩余煤炭、矿井水、煤层气、地下空间以及生态开发与工业旅游资源；厘清剩余煤炭资源赋存特征、提高关闭煤矿信息化程度、构建关闭煤矿剩余资源评价体系以及建立健全关闭煤矿综合开发利用政策对关闭煤矿资源二次利用具有重要意义。     

废弃煤炭井巷抽水储能的全生命周期成本研究

废弃煤炭井巷抽水储能不仅有利于废弃煤炭井巷资源的再利用,而且有利于促进可再生能源电力的消纳,能够推动煤炭资源型地区能源供给系统的转型发展。废弃煤炭井巷抽水储能的全生命周期成本核算是该项技术推广的前提,具有必要性和现实意义。本文参照大柳塔煤矿地下水库的相关数据,建立了废弃煤炭井巷抽水储能的技术参数体系;通过与传统抽水储能电站进行对比,分析废弃煤炭井巷抽水储能的全生命周期经济成本和环境成本;利用敏感性分析,得出各影响因素对平准化发电成本的影响程度。结果显示:①在不考虑施工难度的情况下,同等装机规模的废弃煤炭井巷抽水储能的平准化储能成本低于传统抽水储能电站的平准化储能成本;在考虑施工难度的情况下,若废弃煤炭井巷抽水储能的施工难度系数小于传统抽水储能的1.26倍,则废弃煤炭井巷抽水储能的成本要小于传统抽水储能;②废弃煤炭井巷抽水储能的装机规模小于传统抽水储能时,其平准化储能成本虽然高于传统抽水储能,但低于当地峰谷差价,具有经济可行性;③施工难度是影响废弃煤炭井巷抽水储能成本的关键因素,环境成本对废弃煤炭井巷抽水储能平准化发电成本影响程度最小;④废弃煤炭井巷抽水储能的环境成本较低,在全生命周期发电成本中所占比重较小,废弃煤炭井巷抽水储能具有良好的环境效益。     

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。     

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。     

废弃矿井抽水蓄能句法视角下拓扑模型构建及空间优化

废弃矿井抽水蓄能电站技术不仅是废弃矿井转型升级的重要途径,也是可再生能源规模储能的有效手段。废弃矿井巷道是抽水蓄能电站地下水库理想载体,但其复杂的空间拓扑结构制约了水体的流动性,因此需研究巷道地下空间结构优化方法,为抽水蓄能电站地下水库建设提供技术支撑。以我国淮南某矿东区为研究对象,阐述了空间句法视角下废弃矿井地下空间结构分析方法,建立小尺度多元凸空间的地下空间拓扑模型。借鉴空间句法中各形态分析变量,基于局部与整体层次特征研究巷道和硐室结构之间的内在逻辑性和拓扑关系,分析了废弃矿井地下空间在抽水蓄能电站地下水库建设中存在的问题,并对地下空间结构进行优化。研究表明：基于局部空间特征的地下空间单元可利用性与连接值、控制值、选择度、局部整合度成正比,与平均深度值成反比;基于整体空间特征的地下空间结构全局整合度、可理解度和空间智能度较低,反映在抽水蓄能电站地下水库建设中存在空间导向性差、空间利用率低和蓄能能力弱等问题。因此通过选取局部整合度与全局整合度均高于其平均值的空间单元重新构建新的地下空间拓扑模型,优化后地下空间单元数量减少73%,空间可理解度从很差(0.217)提升到一般(0.480)...     

基于模糊综合评价法的废弃矿硐储油可行性研究

针对我国废弃矿硐空间资源浪费和石油储备量严重不足的问题，提出了利用废弃矿硐进行储油的设想。本文选取3个一级评价指标：开发条件、地质条件、地下水条件，以及11个二级指标，通过采用层次分析法建立评价体系，在此基础上，利用模糊数学综合评价法构建利用废弃矿硐进行储油的可行性评价模型，并以白家庄煤矿为例进行综合评价。采用层次分析法和模糊综合评价法对白家庄煤矿废弃矿硐储油的可行性进行综合评价，研究结果表明：地质条件对废弃矿硐储油的可行性影响最大，权重为0.65；地下水条件的影响次之，权重为0.23；开发条件的影响最小，权重为0.12。白家庄煤矿废弃矿硐储油的可行性综合评价结果为适中，符合实际情况，并且根据评价结果提出了解决方法。白家庄煤矿废弃矿硐储油的可行性评价结果符合实际，证明建立的评价模型能够客观、科学和准确地评价废弃矿硐储油的可行性，为废弃矿井地下空间资源开发利用的理论研究提供了参考。     

关闭/废弃煤矿的生态修复研究进展及展望

随着资源枯竭和宏观政策导向,我国已有大量关闭/废弃煤矿,并将持续增加。作为一类受损的"社会-自然-经济"复合生态系统,关闭/废弃煤矿急需生态修复,以便重构自然本底并再次促进经济与社会发展。本文从三个方面对近三十年的关闭/废弃煤矿研究进行梳理:(1)从生物、土壤和景观等方面总结关闭/废弃煤矿生态修复技术;(2)基于生物多样性、土壤理化性质、遥感影像和综合体系分别阐述生态修复评价方法;(3)根据修复尺度将关闭/废弃煤矿生态修复划分为局地型生态修复规划和区域型生态修复工程,前者以点或线的视角从单个、多个局地关闭/废弃煤矿进行规划研究,而后者则从面的视域整合生态修复同质区域,更能满足当前国土空间规划体系建设的需要。针对关闭/废弃煤矿生态修复研究现存的不足,从综合利用体系的构建、顶层设计带动全域发展、多学科交叉的全要素治理以及新技术手段实现精准预测共四个方面进行展望。