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。     

基于熵权法-云模型保水开采生态环境评价研究

随着煤矿绿色开采技术的成熟应用,我国矿区的生态环境得到了明显改善,特别是西部生态脆弱矿区的生态环境实现了正向演替。因此为了量化衡量矿区生态环境的改善效果,反映绿色开采技术对矿区生态环境恢复的作用,基于绿色开采中的保水开采技术,提出了一套以保水开采技术为基础的矿区生态环境评价指标体系。在该评价体系中,采用较为客观的熵权法来对各个指标进行赋权以减少指标赋权时的专家主观性,并且为了兼顾评价信息的随机性与模糊性,采用能够描述信息随机性与模糊性的云模型理论作为建模基础,构建了一套以熵权法和云模型为基础的保水开采生态环境评价模型。该模型能够量化给出保水开采技术对矿区生态环境的改善效果,达到对以保水开采技术为主的矿区生态环境评价的目的。另外,通过实地调研选择神东矿区的哈拉沟煤矿为例,借助本评价模型对哈拉沟矿区生态环境进行评价并对本评价模型的合理性进行验证。结果表明：哈拉沟矿区的生态环境水平位于评语级“优”与评语级“良”之间,总体处于一个较好水平,和哈拉沟矿区生态环境状况相一致,从而验证了本评价模型的合理性;但通过评价云图也可看出评价结果偏向“良”的评语级,也反映了哈拉沟煤矿的生态环境状况还有提升空间...     

基于云物元模型的煤与瓦斯突出危险性评估模型研究

为准确预测煤与瓦斯突出危险性等级,建立了改进层次分析法-云物元的综合评估模型。首先,选取了开采深度等5个指标构建了煤与瓦斯突出危险性综合评价指标体系;其次,采用改进层次分析法确定指标权重,对指标进行等级划分,计算单指标确定度和综合确定度,基于最大隶属度原则,判断综合评价等级;最后,将所建立的模型应用到某煤矿煤与瓦斯突出危险性评估。研究结果表明:该研究所建立的危险性评估结果可靠,进一步拓展了煤与瓦斯突出危险性评估思路。     

大型矿区资源与环境协调开发评价模型及应用

基于大型矿区资源与环境协调开发面临的资源可持续性差、安全生产要求高、生态环境破坏严重、投资回收期长等突出问题,提出了以矿井生命力指数、免疫力指数、适应力指数、活力指数为准则的矿井健康综合评价指标体系,运用AHP法与FCE法相结合,构建了大型矿区资源与环境协调开发评价模型,并以同煤集团塔山煤矿进行了评价实例验证。研究结果表明:该评价模型可用于大型矿区资源与环境协调开发现状的健康状况诊断,对大型矿区的资源与环境协调开发影响因素进行重要性排序,提出矿井资源、安全、环境、效益协调开发整改措施,为矿井中长期规划提供理论数据支撑。同煤塔山煤矿经评价健康状况为健康,矿井对外界环境的适应力较差,应加强生态环境保护方面的技术与资金投入。     

双碳背景下“煤-水-热”正效协同共采理论与技术构想

双碳目标下，煤炭企业绿色低碳化发展已成为我国能源革命的迫切需求。煤炭生产在大力发展节能提效技术的基础上，消除水害与热害隐患的负面影响，主动激励伴生资源的潜在正面效应发挥能源替代功能是实现矿山可持续性绿色开采的有效举措。基于我国煤矿资源特点，首先提出了一种集约型煤水热多资源正效协同开采模式，剖析了该模式的内涵与基本协同模式，对全生命周期煤炭开采伴生资源控制-利用-储存形成矿区资源产供储一体产业链。通过阐述顶板水高效精准疏放、季节性含水层储能、低焓热能高效提取与梯级利用、深部地热原位开采和矿井水深部地质封存等关键技术及科学问题，提出了以煤炭开采低碳零碳融合为核心的全生命周期煤水热共采技术体系。针对系统运行优化管理，考虑以碳排放与经济性为双重目标配置优化开采工艺与运行策略的协同度。最后以陕西榆林小纪汗煤矿为分析案例，初步基于遗传算法构建煤水热共采模式下矿区资源多目标配置优化模型，评估了系统运行节能减排效益，结果表明：利用小纪汗矿伴生风/水资源年节能率可达50.2%,减少矿区生产用能总二氧化碳排放量24.2%,节能减排效果显著。通过实现矿业负效应资源的正向转换，拓展伴生资源对矿区综合能源体系的...     

煤与煤层气协调开发综合评价

为了进一步探索和研究我国煤矿区煤与煤层气协调开发效果,根据煤与煤层气协调开发过程中需要考察的相关因素,提出基础考察指标,并按照适应性评价、安全评价和效果评价3项评价目标,提出二级评价指标和三级评价指标,分级构建了煤与煤层气协调开发评价指标体系。利用隶属度函数,构建评价矩阵,建立煤与煤层气协调开发评价模型。按照不同评价要求,提出相应的评价标准,并且结合评价目标引入协调指数,利用层次分析法(AHP)及模糊综合评价方法构建煤与煤层气协调开发综合评价方法。以寺河煤矿为例,对该方法进行了验证,研究结果表明该方法具有可行性,可以对煤与煤层气协调开发实施综合评价。     

淮南矿区煤炭深部开采技术问题与对策

为实现深部煤炭安全高效绿色开采,剖析了淮南矿区深部开采面临的瓦斯、灰岩水、地压、地温等4个方面技术难点,并给出深井开采的7大关键技术对策,即:优化开采布局,整合资源;构建瓦斯治理模式,创建瓦斯治理示范工程;研发试验了深部煤矿全断面硬岩盾构机和更小断面煤矿顶管机等,推进"机械化、自动化、智能化、信息化"进程;开创"钻、疏、注"一体化灰岩水防治技术;研发矿井降温技术;开发深井巷道稳定性控制与支护技术;推进协调、绿色开采成套技术,以此解决深部开采的关键技术难题,推进协调绿色发展,提高深部矿井安全生产及综合效益。     

黄河中游榆神府矿区煤-岩-水-环特征及智能一体化技术

黄河中游榆神府矿区承担着能源保障和生态保护的双重战略重任,为了探索实现2者并举的途径,基于520余个钻孔地层数据,将采煤与矿区生态环境看作一个整体,采用基岩煤层厚度比与裂采比对比的方法,研究了榆神府矿区煤-岩-水-环的空间组合特征及采煤对生态损伤机理;依据煤-岩-水耦合作用对生态扰动方式,划分出厚基岩保水盐渍型、中厚基岩控水沉降型、薄基岩失水塌陷型、薄基岩无水裂塌型、烧变岩失水裂塌型、烧变岩无水裂塌型6种类型;针对矿区内日益增加的高强度开采与矿区生态本底脆弱并存的局面,根据采煤对生态的扰动机理和减损开采目标,指出如何应用信息技术实现生态扰动最小化和煤炭资源开采效益最大化协调发展是当前亟待解决的技术问题;提出研发采煤-覆岩-地下水-生态环境智能一体化系统的目标架构、技术思路和面临的技术难题。结果显示:中东部是生态对采煤扰动的敏感区;采煤对生态损伤的方式有地表下沉,潜水位下降与相对上升引起的植被退化、土地盐渍化;浅埋煤层开采引起地表裂缝塌陷破坏土壤结构和包气带水并损伤植被根系;黄土梁峁地貌区地表移动变形诱发滑坡切断植物根系。指出有必要根据不同破坏方式建立不同的评价指标体系及预测模型,并构建大数据驱动的透明动态地质模型,实时展示开采损害的动态智能监测与预报预警,为采煤过程中对生态潜水和生态环境实施有效保护提供地质保障。     

煤与煤层气协调开发机制研究

为了更好地推广煤与煤层气协调开发技术,以实现煤与煤层气的协调开发,通过对油气重大专项3个示范矿区的煤层气抽采技术、采掘接续、开采过程中区域划分以及各个阶段所允许的最大煤层气含量的研究,初步建立了煤与煤层气协调开发机制。研究认为:根据各个矿区地质条件的不同,可划分为3个或4个区域,分阶段进行抽采和开采接续;建立了根据每个阶段的回采或掘进速度、风量等参数确定每个阶段的煤层气最大安全允许含量的公式;根据每个阶段的抽采技术和相关参数,可确定每个区域的合理抽采时间,从而合理安排采掘计划,最终实现采煤与采气在时间、空间上的协调;建立了3个示范矿区所代表典型地质条件下的协调开发机制。     

基于GIS的白马红格矿区地质环境承载力研究

为有效应对四川省白马红格矿区存在的过度开采与无序开采行为,针对常规方法难以对矿山地质环境承载力进行量化分析的不足,根据矿区特殊的自然环境特征,选取了自然地理、社会经济、矿山开发、矿山环境、基础地质5个要素层共14个指标构建了矿区地质环境承载力评价指标体系,采用定性与定量相结合的综合评价法-层次分析法（Analytic Hierarchy Process,AHP）进行了矿区地质环境承载力评价。研究表明：矿区承载力存在明显的高低分布和空间发展规律,根据承载力高低可将矿区划分为优等区、中等区、差等区,绘制了矿区地质环境承载力分布图,并对各区的空间分布特征进行了分析,认为白马红格矿区承载力整体较低,中等区与差等区面积总和为615.73 km²,占矿区总面积的28%,差等区面积达到79.25 km2,占矿区总面积的3.6%,研究结果实现了对矿区地质环境承载力定性与定量的综合评价,可有效反映矿区地质环境承载力状况。在上述分析的基础上,针对矿区承载力差等区,提出了优化矿区周边环境、开展生态修复工程、建设绿色矿山等措施,对于提升整个矿区的地质环境承载力、实现矿区可持续发展、遏制矿区存在的不合理开采行为有一定的参考价值。     

重庆煤矿区生态补偿研究-以松藻矿区为例

本文以松藻矿区为研究区,根据松藻矿区生态环境破坏现状调查以及前人研究成果,构建适宜重庆松藻矿区的生态环境价值损失评价指标体系,在此基础上,利用1999-2008年十年期间环境监测、调查以及统计等数据,综合运用价值损失法和恢复成本法,核算出十年期间松藻矿区生态环境与居民累计价值损失值,并根据生态系统稳定性等原则,得出松藻矿区吨煤应提取的生态补偿量,为重庆煤矿区生态补偿制度建立提供科学依据。通过研究,本文认为：1999-2008年十年期间研究区累计造成的生态环境和居民损失共446784万元,折合吨煤损失118.36元/吨;松藻矿区吨煤应提取的生态环境经济补偿量为73.71元/吨,其中,生态环境补偿量为42.25元/吨,居民生产和生活补偿量为31.46元/吨。     

论煤炭绿色开采的地质保障

受"缺油、少气、相对富煤"能源资源禀赋特点制约,煤炭一直是我国能源安全的基础保障。煤炭资源是地球演化过程形成的层状沉积矿产,是近地表地壳的组成部分,煤炭开采会对地质条件和生态环境造成损害。煤炭绿色开采地质保障从煤炭资源赋存地质条件出发,为实现煤炭资源安全高效开采、减缓和减小采掘工程对地质条件和生态环境损害,提供地质理论和技术支撑。从绿色开采地质保障的内涵、科学问题、技术问题、研究思路4个方面系统阐释了煤炭绿色开采地质保障理论与技术。煤炭绿色开采地质保障突出深部煤炭资源开采扰动下的地质条件变化,强调煤炭开采活动与地质结构和地表生态环境变化的整体研究,关注地下采掘工程引起时空效应范畴的地质条件变化和生态环境演化之间的耦合机制。总体研究思路是开采前精细勘查、开采过程有效减损、开采后恢复利用。采前实施空天地一体化精细勘查,查明煤系矿产资源空间赋存特征及维系地表生态系统的主要地质因素,构建涵盖煤系资源、地质条件、生态环境等要素的高精度三维模型,评价煤炭资源最佳利用方向和区域环境承载能力;采中进行地质条件损害探测、监测,揭示应力场、形变场、渗流场变化规律,研究煤系气、地下水运移和涌出特点,分析导致围岩动力灾害发生的地质因素,提出煤与瓦斯突出、水害、冲击地压等灾害超前预警理论及防控措施;采后进行采空区水体、有害气体、遗留资源的探测,巷道围岩、煤柱变形特征监测,研究煤-岩-水相互作用及采空区稳定性变化,开展地质条件及地表生态恢复演化过程研究,提出地下空间及遗留资源的综合利用理论与技术。煤炭绿色开采地质保障涵盖找煤、勘探、开采及采空区利用全过程,追求煤系矿产资源和生态环境保护协调发展。     

恒源煤矿6煤底板岩性-结构类型划分

依据恒源煤矿勘探阶段和生产过程中的地质资料,对恒源煤矿6煤底板岩层岩性特征分析评价,划分出底板岩体岩性类型;在统计分析平面变形系数和断裂分维值的基础上采用灰色模糊评价法划分6煤底板岩体结构类型,综合底板岩性-结构类型将底板岩体稳定性分为4类,为该矿底板防治水工作提供基础资料和科学依据。     

基于层次分析法的煤矿矿山生态环境评价定量模型研究

煤矿矿山生态环境评价是促进煤炭资源利用及环境保护相协调的重要环节。但不同类型矿山开采对环境影响过程及结果不尽相同,构建适合煤矿矿山生态环境特性的评价模型对煤矿可持续发展具有重要意义。本文提出一套由评价因子体系、评价方法和等级标准构成的煤矿矿山生态环境概念模型。以煤矿矿山生态环境特性为基础,建立评价因子指标体系;用层次分析法确定评价因子权重,并对因子指标量化和标准化,从而定量评价煤矿矿山生态环境;通过划分指标层中每个因子等级,构建起煤矿矿山生态环境评价等级。以伊兰县煤矿为例,阐述该模型运用过程。该模型具有适合煤矿矿山特性、规范化及定量化的特性。     

中国平煤神马集团瓦斯综合治理的回顾与展望

为了适应煤矿进入千米以下深部开采的安全需要,基于加快构建平顶山矿区煤矿深部开采瓦斯综合防治新模式、新架构,推动《中国平煤神马集团煤矿瓦斯防治"十二五冶规划》的实施和矿区瓦斯防治技术的持续进步,通过对平顶山矿区近30年煤矿瓦斯综合治理发展历程的回顾,结合矿区煤矿开采与瓦斯治理的不同模式和技术背景,指出了矿区瓦斯治理发展过程4个历史阶段及其技术特征。简要分析和研究了平顶山矿区在不同历史阶段,开采深度逐年增加、冲击地压显现、地质条件日益复杂的局面下,煤矿瓦斯防治技术发展、提高的过程和技术特点。结合集团公司规划,提出了"十二五冶期间矿区新的瓦斯综合防治理念和技术发展方向。     

基于GIS的白马红格矿区地质环境承载力研究

为有效应对四川省白马红格矿区存在的过度开采与无序开采行为，针对常规方法难以对矿山地质环境承载力进行量化分析的不足，根据矿区特殊的自然环境特征，选取了自然地理、社会经济、矿山开发、矿山环境、基础地质5个要素层共14个指标构建了矿区地质环境承载力评价指标体系，采用定性与定量相结合的综合评价法-层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）进行了矿区地质环境承载力评价。研究表明：矿区承载力存在明显的高低分布和空间发展规律，根据承载力高低可将矿区划分为优等区、中等区、差等区，绘制了矿区地质环境承载力分布图，并对各区的空间分布特征进行了分析，认为白马红格矿区承载力整体较低，中等区与差等区面积总和为615.73 km²，占矿区总面积的28%，差等区面积达到79.25 km2，占矿区总面积的3.6%，研究结果实现了对矿区地质环境承载力定性与定量的综合评价，可有效反映矿区地质环境承载力状况。在上述分析的基础上，针对矿区承载力差等区，提出了优化矿区周边环境、开展生态修复工程、建设绿色矿山等措施，对于提升整个矿区的地质环境承载力、实现矿区可持续发展、遏制矿区存在的不合理开采行为有一定的参考价值。     

煤矿区绿色低碳评价指标构建及应用

煤矿矿区是煤炭生产的重要基地,对当地经济和能源供应具有重要意义。在我国能源开发和环境保护中,矿区规划占据着举足轻重的地位。随着全球能源格局的变化以及我国提出的“碳达峰、碳中和”战略目标,煤矿矿区的规划不再仅仅局限于资源的开采,更要注重生态环境的保护与修复,以及矿区经济的可持续发展。因此,有必要将“双碳”规划的内容纳入到矿区总体规划中,以此来引导煤炭行业的可持续发展,并支持国家的“双碳”战略目标。为了进行矿区“双碳”规划,首先需要对矿区的碳排放现状进行详细评估,从而为“双碳”规划提供科学依据。以煤矿矿区为视角,提出了“三步法”构建评价指标,即综合分析法初选指标、社会网络分析法补充指标和模型法校核指标。该指标体系包含7项一级指标和36项二级指标,引入模糊变量隶属度函数,建立模型对二级评价指标量化计算,采用逐层模糊综合评价法,对矿区绿色低碳度进行评价。以宁夏积家井矿区为案例,应用本研究的评价体系进行实证分析。结果表明,积家井矿区在绿色低碳发展方面尚处于较低水平,但同时也显示出巨大的改善潜力。针对评价结果,提出矿区未来应当注重合理利用土地资源,加强土地复垦,强化生态重建与保护措施,为矿区的绿色...     

浅谈潞安矿区水害防治之实践

论述了近年来潞安矿区在水害防治方面的实践与经验,提出了"被动治水到主动防水、一切采掘活动须在透明地质平台下进行"的防治水理念,执行有掘必探、有采必探,提出奥灰水防治新思路,推行煤水共采的绿色开采新模式,使煤矿防治水安全水平得到提升。     

煤炭安全智能开采地质保障系统软件开发与应用

随着我国智能化煤矿建设工作的快速推进,开发煤炭安全智能开采地质保障系统软件已成为当前的急需任务。以陕煤集团各煤矿地质条件为背景,采用MySQL8.0、VS2019、OpenGL等开发工具,开发了煤炭安全智能开采地质保障系统软件。该系统由地质信息管理、二/三维一体化建模、开采地质条件评价预测、工作面精细地质建模、地质灾害预警、地质大数据分析和导航7个子系统组成。地质信息管理子系统主要存储和管理地质、测量、物探等信息,为三维地质建模、开采地质条件评价预测、地质灾害预警、工作面精细地质建模和大数据分析提供基础数据;二/三维一体化建模子系统可绘制各种二维图件、构建三维地质模型,为煤矿地质工作者提供必需的图件和可视化三维模型;开采地质条件评价预测子系统能进行地质构造复杂程度评价、顶板涌（突）水危险性评价预测、底板涌（突）水危险性评价预测、瓦斯灾害危险性评价预测、冲击地压危险性评价预测、开采地质条件综合评价和矿井地质类型划分,为工作面布置、地质灾害预警提供二维图件和三维模型;工作面精细地质建模子系统能融合工作面巷道写实、钻探、物探等各种地质信息,构建工作面高精度三维地质模型并进行动态更新,为工作面...     

西部脆弱矿区绿色开采技术发展现状及方向

为了吸取东部地区的经验及教训,伴随西部大开发的进程,在前人提出的绿色开采概念的基础上,论述了我国西部地区煤矿绿色开采核心技术的发展现状。通过对支撑西部地区煤矿高效高质量发展的绿色开采技术发展的分析,阐述了我国西部地区保水采煤的工程地质及水文地质的特点;介绍了保水采煤地质条件预测的经验公式法、三图预测法、常用实测方法。同时,从西部地区充填、窄条带等保水采煤方法的工程实践出发,介绍了地下水转移储存保水采煤工程实践与煤水仿生共采理念以及主动型矿区生态环境综合治理与防治技术体系的理念,系统总结了保水开采的技术目前存在的问题以及西部地区绿色开采技术未来的发展方向。