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。     

深凹露天矿转地下过渡期挂帮矿安全高效开采方法研究

露天矿在回采末期由露天转向地下开采过程中通常会面临减产过渡的问题,矿山一般会在此期间回采挂帮矿以补充产能,传统的挂帮矿回采方法存在安全性差、效率低及产能低等一系列问题,难以从根本上扭转减产过渡的困境。以某深凹露天矿转地下开采为工程背景,在综合分析挂帮矿分布位置、开采条件及矿岩特性的基础上,提出在过渡期利用诱导冒落法率先回采该矿南帮挂帮矿的技术方案,通过控制回采顺序诱导失稳边坡滑向采空区而不冲至露天坑底,以确保坑底露天采矿的安全性,从而在过渡期实现露天与地下安全高效协同开采,达到稳产甚至增产的建设目标。最后,利用数值模拟方法对南帮挂帮矿的诱导冒落回采方案进行了数值模拟研究,研究结果表明,在深凹露天矿条件下利用诱导冒落法回采挂帮矿是安全可行的。     

基于点云数据的露天矿坑特征线自动生成方法的应用

针对无人机倾斜摄影、三维激光扫描测量在露天矿山内业成图难、测量成果基本应用于核算挖填方量的现状,提出了一种基于无人机影像DSM、三维激光扫描的点云数据自动提取露天矿坑特征线的方法。根据露天矿坑结构特点,通过DEM三角网倾角阈值过滤,实现台阶面、道路面和坡面自动分离,进而实现台阶、道路坡顶底线等露天矿坑特征线提取。工程应用表明,方法为三维矿业软件开展露天矿采矿设计、区块划分、计划编制、爆破设计等工程提供真实、有效的数据来源,有效提高工作效率和管理水平。     

露天矿场空巷区机械作业安全厚度的确定

<正> 1 前言我国的部分露天矿场,随着采深的逐渐增加,都遇到了由于井工开采遗留下来的废弃的巷道和采区,统称为露天矿空巷区。如海州露天煤矿,矿坑内部存在着周围高德四坑、老二坑、一号井、排水坑等废弃的旧巷道。义马等露天矿也有旧巷问题存在。     

平朔东露天矿防治水系统优化

平朔东露天矿田位于宁武煤田平朔矿区北端,矿坑水的主要来源是大气降水汇集,介绍了东露天排水系统及排水系统管路的优化,为东露天矿雨季安全生产奠定了安全基础。     

露天矿大高差溜槽粉尘分布规律研究

利用溜槽工艺回填深凹废弃露天矿坑,物料从地表送输至坑底要克服几百米的高差,必将产生大量的粉尘,造成严重的矿山环境污染。为了实现露天矿坑的绿色回填,研究回填与大气环境的协调关系,采用仿真实验测试和数值模拟方法,得出溜槽在溜放过程中粉尘分布规律,确定溜槽系统粉尘的尘源,采取相应的防治措施。结果表明,溜槽出口为产尘量最大的位置,建议采用湿式除尘和自我防护措施,加大力度控制粉尘污染。     

露天矿闭坑环境地质灾害危险性分区研究

基于露天矿闭坑前后地质灾害的分析,总结出我国露天煤矿开采至闭坑前环境地质问题与灾害主要有3个方面：① 露天煤矿开采将形成深大的矿坑及废弃矸石排土场.② 露天采矿形成的矿坑边坡及排土场边坡,由于地质构造、边坡岩体、地表水与地下水作用,采矿工程活动等原因诱发一系列诸如滑坡、塌陷、泥石流、周边地面变形、地裂缝等突发性或缓变性地质灾害.③ 露天矿开采引发生态环境恶化及缓变性的灾害.提出了露天矿闭坑环境地质灾害危险性分区的方法.并根据以上研究以抚顺西露天煤矿闭坑（矿坑）环境地质灾害危险性分区为实例进行了分区,得到了符合实际的结果.     

深凹露天坑排尾砂后地下采区稳定性分析

鲁南矿业王峪矿段深凹露天矿闭坑后,由于矿区尾矿库的库容不足,提出了露天坑底部排放尾砂的工艺。通过ABAQUS大型有限元数值软件,模拟了露天坑采结束-坑底干排尾砂-露天转地下第一阶段采矿全过程,分析了露天边坡位移变化趋势以及露天转地下采区的应力分布情况,得出结论：露天坑底排尾砂后地下开采区域应力场没有明显的增加,同时围岩体的塑性区域没有贯通;原露天边坡的水平与竖直位移均在可控范围内。并针对露天转地下过程中坑底积水情况,提出了工程上的防排渗措施,具有较好的工程参考价值。     

抚顺东露天矿排土场边坡稳定性研究

由于东露天矿的排土场主要是西露天矿坑,其深度达480 m,排土作业需要自下而上逐渐形成排土台阶,这样就需要将东露天矿的剥离物从东露天矿坑内运输到地表,再从地表将剥离物反向运输至西露天矿坑下部进行排土。通过对西露天矿内排土场边坡稳定性研究,合理的对排土场进行排土,保证排土场边坡的稳定,为我矿的安全生产提供保障。     

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。     

基于模糊多准则决策模型的废弃矿井抽水蓄能电站选址研究

抽水蓄能电站建设投资大,对环境、社会、经济和安全要求严格,电站选址面临诸多因素制约。废弃矿井拥有天然高差和空间资源,将废弃矿井改造成抽水蓄能电站,可节约成本、缩短建设工期。本文基于阈值理论提出废弃矿井抽水蓄能电站选址初步筛选模型,运用专家意见与三角模糊TOPSIS决策耦合模型对通过初步筛选的矿井进行综合评价与优化排序,结合可持续发展和资源再利用要求,提出了最佳抽水蓄能电站选址的多阶段决策过程和方法体系。结果表明:选址决策的关键性指标分别为矿井水量、水位差、与电网的距离、地下空间、地震发生频率、地下围岩支护稳定性和当地用电量,矿井本身的自然条件在抽水蓄能电站改造中起决定性作用。备选矿井中石圪节煤矿最适合开展矿后抽水蓄能电站建设。     

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。     

典型储电方式的结构特点及碳中和愿景下的发展分析

基于2060年的电力市场数据对未来储电装机容量进行估算,并对抽水蓄能、压缩空气储电和电池储电进行调研,基于其结构、优缺点和性能,分析和预测它们的未来发展趋势,为可再生能源发电份额大幅度增加情况下推广储电技术提供理论依据。在未来较长时期,抽水蓄能电站仍会占储电市场的绝大部分份额;技术升级后的压缩空气储电将会迎来市场爆发,在余热回收利用的地上中小型储电领域得到商业化推广;电池在储电市场的占比将快速增长,退役电池成为未来的重要增长点。综合分析认为,储电市场前景广阔,未来较长时间将会是抽水蓄能平稳增长为主,压缩空气储能和锂电快速增长为辅的局面,从而保证双碳目标的顺利达成。     

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。     

地下转露天开采条件下某露天矿高陡边坡稳定性分析

某露天矿为地下转露天开采,在复杂工程地质条件和原地下采空区的综合影响下,露天边坡极易发生塌陷、台阶失稳等灾害,严重威胁露天矿安全生产。为研究地下转露天开采条件下某露天矿高陡边坡的岩体变形破坏规律,结合实际地质条件,利用Dimine-Midas/GTS NX耦合建立大型露天矿三维工程地质模型,并进行稳定性计算分析。分析结果表明:地下采空区顶板变形量较小,对露天矿边坡影响不大;南部强风化岩区域边坡位移量较大,边坡有向外"滑动"的趋势;开挖至-180m平台时,边坡安全系数降至临界值,并出现塑性区开始贯通坡脚现象;综合分析得出该矿山开采的临界水平为-180m平台。通过对该实例工程边坡的破坏机制分析,揭示了边坡变形破坏的主要因素,并为后续边坡治理提供理论指导。     

复杂隐伏空区群露天坑尾砂胶结充填方案

为了解决复杂隐伏采空区群露天坑地质环境亟需治理修复与矿山尾矿库逐年容量减小、尾矿排放困难的现实难题,以大冶大红山矿为例,首先对露天坑底隐伏采空群进行综合探测,制定采空区安全治理措施;然后重点围绕露天坑尾砂充填方案和充填体强度参数进行综合论证,提出采用全尾砂胶结充填技术方案,从安全性和经济性角度综合分析,构建了露天坑不同高度范围充填体强度结构模型,为类似矿山开展复杂隐伏空区群露天坑尾矿充填生态治理提供参考。     

相邻露天矿边帮压煤协调开采技术

为了解决相邻露天矿独立开采时存在的边帮压煤与边坡安全问题,通过理论计算与分析,提出相邻露天矿边帮压煤协调开采技术。分析实施该技术的条件与基础,给出边帮压煤剥采比的概念及计算方法;研究相邻露天矿采剥工程位置的协调衔接,排土空间的合理分配与利用,开拓运输系统的优化布置等关键技术内容。在国电蒙东公司旗下的2个露天煤矿进行了实践,结果表明:此技术能够使相邻露天矿边帮压煤得到安全、经济地回采,有效提高煤炭资源采出率,实现经济效益最大化。     

“双碳”目标下云南省废弃矿山光伏-抽水蓄能发电站可行性分析

为助力“双碳”目标的实现以及对废弃、再生资源的循环利用,云南省利用矿山开采遗留下来的采空区建设清洁能源发电站符合现实需要。而在实际废弃矿山改造过程中,实现多元耦合开发利用模式,更有利于再生能源的渗透和维持电网的稳定运行。根据水光互补发电特性原理,结合云南省自然资源能源禀赋特征,从废弃矿山光伏-抽水蓄能电站工作原理及结构、关键技术、经济效益估算等几个方面论述云南省建设废弃矿山光伏-抽水蓄能发电站的可行性。分析结果表明,云南省已累计超过15亿m3的采空区及丰富的自然资源、能源为光伏-抽水蓄能电站建设提供了有利条件;且云南省近几年清洁电力的比重也在不断攀升,2022年,清洁电力的占比已达到87.7%;由废弃矿山光伏-抽水蓄能电站实例计算得出,该矿山每年可产生的电量收益达1.2亿元,按照设计年限20年计算,共计产出约24亿元的收益。综上所述,云南省废弃矿山光伏-抽水蓄能发电站建设优势较为显著。