关闭矿山空间资源特征解析与转型路径

随着我国社会经济发展和煤炭资源的持续开发,部分矿井已到达其生命周期终点。预计到2030年,我国关闭矿井将达到15 000处,矿井直接关闭不仅会造成资源巨大浪费和国有资产流失,还可能诱发生态环境问题。针对关闭矿山引起资源浪费及环境与社会问题,如何科学开发利用关闭矿山资源,促进资源枯竭型矿区转型,已成为当今世界能源环境领域的重要议题。主要研究：（1）分析国内外关闭矿山学术关注与相关研究热点,总结了关闭矿山领域主要有待研究解决的问题,探究关闭矿山研究理论体系及主要评价方法。（2）采用卫星-机载-地面数据识别关闭矿山资源特征并划分了矿井地上/下资源类型,地上资源包括地表水资源、土地资源、工业广场和生活区建筑等,地下资源包括地下水资源、残留煤炭资源、地下空间资源和井下设备等。（3）运用井上/下空间资源评价模型,计算得到朱家河煤矿工业广场建筑空间体积为1.04×10⁵ m³,井下空间包括井筒、巷道、硐室体积共1.18×10⁵ m³,总残留煤炭资源量近5 600万t。（4）比较已有国内外关闭矿山转型利用方式,基于...     

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。     

“我国关闭/废弃矿井资源精准开发利用研究”专题特邀主编致读者

<正>我国“缺气、少油、富煤”,煤炭作为主体能源的地位在相当长一段时间内无法改变,仍将长期担负国家能源安全、经济持续健康发展的重任。随着我国能源供给侧结构性改革的深入以及能源产业淘汰落后产能工作的持续推进,加之华东、东北地区部分能源资源逐步枯竭,部分矿井已到达其生命周期,也有部分矿井不符合安全生产要求,或开采成本过高而亏损严重,正面临关闭或废弃,导致废弃矿井数量逐步增加。预计到2030年,我国关闭/废弃矿井将达到1.5万处。直接关闭或废弃此类矿井不仅会造成资源的巨大浪费和国有资产流失,还有可能诱发后续的安全、环境等问题。据调查,目前我国已关闭/废弃矿井中赋存煤炭资源量高达420亿t、非常规天然气近5000亿m³、地下空间资源约为72亿m³,并且还具有丰富的矿井水资源、地热资源、旅游资源等,这使得关闭或废弃矿井资源的综合开发利用成为我国面临的新课题、新难题。     

麻家梁矿14104-1工作面停采缩面综合技术研究

针对麻家梁矿14104^-1工作面停采缩面施工中可能存在的巷道变形及悬顶问题,以及高效回收煤炭资源需要,从安全施工技术角度,综合给出了停采缩面期间工作面铺网支护技术、布巷施工技术、支架回撤技术及工作面悬板治理技术,形成了工作面停采缩面综合安全施工技术,有效保障了麻家梁矿14104^-1工作面停采缩面施工安全,使煤炭资源得以安全高效回采,研究技术可为类似工程条件矿山提供工程借鉴。     

爆破参数智能设计的T-S模糊神经网络方法

针对地下矿山爆破参数设计的工作繁琐、任务量大等问题,建立基于T-S模糊神经网络的地下矿山爆破参数智能设计模型,实现爆破参数快速、智能设计。以某矿山地下矿中深孔爆破为研究对象,收集大量矿山现场实测数据,以抗压强度、抗拉强度、初始弹模、弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角、孔底距和排距为输入量,利用BP神经网络和T-S模糊神经网络,建立不同的地下矿山爆破参数预测模型,结果表明,T-S模糊神经网络具有更高的准确性以及更快的运行时间,能够更好地表达地下矿爆破参数与主控因素之间的非线性关系,网络预测值与目标值的均方误差达到1.375 9×10^-5,模型预测效果最佳,为矿山地下矿爆破参数设计提供了参考依据。     

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,...     

新安矿区二1煤煤层气分布特征及资源潜力

以新安矿区二₁煤层为研究对象,基于区内煤田地质勘查、煤炭资源开发资料,结合区内煤矿井观察,分析了煤储层和煤层气分布特征,估算煤层气总资源量347.80×10⁸ m³,资源丰度0.614 4×10⁸ m³/km²。选取地质构造、埋深、煤厚、渗透率、储层压力、资源丰度6个要素对该区煤层气资源潜力进行评价,综合评价认为KD₁、KD₃属较有利区,其他属潜力区。     

中央资金背景下的历史遗留废弃矿山生态修复示范工程研究——以山东济宁某石灰岩矿山为例

为贯彻“绿水青山就是金山银山”的生态环境治理修复的指导思想，国家用专项资金开展历史遗留废弃矿山生态修复工作。以山东济宁某石灰岩历史遗留废弃矿山现存的地质环境问题修复治理为例，采用危岩体卸载、坡面排险、残梁清理、地形地貌整治、截排水工程、挡墙工程施工、绿化工程、养护工程等各项治理修复工程措施，达到历史遗留废弃矿山修复治理预期目标：治理生态修复面积34.62hm²。其中，消除地质安全隐患点5个，恢复植被面积11.18hm²，新增乔木林地面积7.13hm²，增加其他林地面积0.84hm²，增加其他草地面积11.27hm²。盘活利用土地面积20.33hm²。修复治理后在产出指标、效益指标和满意度三个评估项中，均达到或超过可研指标值，表明恢复治理的效果显著。通过开展历史废弃矿山的恢复治理研究，为修复历史遗留废弃矿山提供了技术支撑。     

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。     

3Dmine软件在煤炭资源国情调查中的应用

为了顺利完成煤炭资源国情调查三维建模工作,对比研究不同建模方法所得资源储量与资源储量普查成果之间的相对误差,确定此类矿山最佳的三维建模方法,基于3Dmine软件平台,以某矿区为研究区域,系统收集、调查和整理了该矿区和其邻矿区的各类地质资料,建立钻孔数据库,生产矿区钻孔轨迹图,分别采用全煤层建模法和不同的网格估值法(距离幂次反比法、普通克里格法)生成了二₁煤层顶底板表面模型和三维矿体空间模型,结果表明距离幂次反比法建模计算所得二₁煤资源储量与资源储量普查成果更接近,为此类矿山三维模型的建立和资源储量的估算提供借鉴和参考。     

“双碳”目标下煤炭开采扰动空间CO2地下封存途径与技术难题探索

煤炭作为我国主体能源地位短期内难以改变,但煤炭工业发展面临着“碳达峰,碳中和”目标的新挑战,积极推动煤炭资源绿色开采与低碳利用,充分发挥煤炭安全供给的兜底作用,是保障国家能源安全的重大现实需求。而CO₂排放是煤炭工业可持续发展面临的最大制约,探索大规模、低成本CO₂封存技术是煤炭资源低碳化利用必须面对及破解的难题。在对煤层自然封存CO₂和CO₂气藏赋存地质条件研究基础上,探讨和展望利用煤炭开采、地下气化及原位热解等形成的扰动空间进行CO₂地下封存的技术途径,并明确了实现CO₂地下高效封存的必备条件：（1）煤层上部存在不受开采扰动影响的地质密闭层是实现煤矿扰动空间CO₂封存的先决要求;（2）构建功能性充填空间是实现CO₂地下封存的核心工作;（3）由功能性充填体围限的碎裂岩体、气化煤灰及热解半焦等封存载体物性特征是影响CO₂封存量及封存效果的重要因素。据此,剖析了进行CO₂...     

深部煤炭地下气化制氢碳排放核算及碳减排潜力分析

创新煤炭开发利用技术以降低煤炭从生产到利用全生命周期内的碳排放,是符合我国能源禀赋特点的煤基清洁能源路线。地下气化是深部煤炭原位开采的潜力方式之一,耦合CCS/CCUS(碳捕集与封存/碳捕集、利用及封存)的深部煤炭地下气化制氢技术路线不仅可以利用丰富的深部煤炭资源,而且有望成为一种理想的煤基低成本制氢路线。基于世界上唯一的千米级深部煤炭地下气化试验数据,结合Aspen Plus过程模拟,开展了深部煤炭地下气化制氢碳排放核算及碳减排潜力分析。与商业化的Lurgi煤炭地面气化制氢路线作对比,利用生命周期评价方法建立了2种工艺的全生命周期碳排放计算模型,比较了2种制氢路线的生命周期碳排放。评估了深部煤炭地下气化制氢的CCS/CCUS路径及碳减排潜力。研究结果表明,在氢气生产能力为12亿Nm³/a情形下,深部煤炭地下气化制氢和Lurgi煤炭地面气化制氢生命周期内的碳排放分别为3.29×10⁶ t CO₂-eq (当量二氧化碳)和3.93×10⁶ t CO₂-eq,其中以废气形式直接排放...     

建设项目压覆资源储量评估

针对某线性工程输水管线压覆地质勘查项目资源储量和工程量，通过调查建设项目周边（沿线）地质矿产概况和压覆矿业权情况，采用垂直剖面法确定了压覆范围。区分露采矿山和地采矿山，考虑边坡稳定性，并依据可视范围不能出现露采矿山，根据各种情况选取最大值，确定了露采矿山拟压覆边界。在资源储量估算过程中，选取能代表拟压覆区内特征的参数，包括矿层厚度、视密度、倾角产状等，利用地质块段法估算了拟压覆区内的资源储量，最终确定了建设项目压覆的资源储量和工程量。通过对压覆资源储量的评估，最终为建设项目依法用地提供技术支持，同时为保障矿产资源国家权益、保护矿业权人合法权益以及矿政管理和资源储量登记统计等提供了技术支撑。     

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。     

基于3DMine软件的三维地质建模及储量估算

为了明确可开发利用煤炭资源储量的范围、分布及发展潜力,查明井田产能建设的煤炭资源储量,规划井田开采方案,为煤矿资源储量的可持续发展提供可靠保障,以新疆巴里坤矿区某井田A₁煤层为研究对象,提出了一种基于3DMine软件的三维地质建模与储量估算方法。该方法首先结合已有地质资料和钻孔数据,建立了地质数据库,圈定了矿体边界,构建了矿体三维模型;然后将矿体模型分解为离散的块体组合模型,采用普通克里格空间插值法估算煤炭资源储量。结果表明：普通克里格法计算煤炭资源储量能够充分利用样品信息,与传统地质块段法相比较而言,估算结果较为可靠;该方法综合考虑了煤样的形状、大小及煤样与储量块等变量之间的空间结构特征,能够为井田采矿设计与规划提供参考。     

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。     

麻家梁矿工作面停采缩面安全施工方法

为保障麻家梁矿14104^-1工作面停采缩面施工安全,从安全施工方法及煤炭资源高效利用层面考虑,确定了14104^-1工作面停采缩面安全施工方法,包括停采缩面施工工艺流程、补巷支护方法、空巷治理方法及设备稳装方法;针对空巷治理,提出了密闭掏槽支护、混凝土浇筑与粉煤灰充填、注浆封堵及气体监测及置换方法,形成了工作面停采缩面综合安全施工方法,保障了麻家梁矿14104^-1工作面停采缩面施工安全。