复杂地质条件下煤矿地下水库建设研究

针对西部煤矿主产区煤炭开采与水资源保护矛盾突出的问题,采用了煤矿地下水库建设技术实现矿井水保护与利用。以宁煤灵新煤矿为对象,研究在缓倾斜煤层条件下建设煤矿地下水库。水库建设地址位于井田开拓的一采区的北翼,总库容可达380万m3,挡水坝体采用钢筋混凝土平板支墩坝。通过布置监测系统,可实现地下水库运行状况的数据采集和分析,为水库安全运行和维护提供有力保障。     

煤矿地下水库技术标准体系构建与制定

为进一步推广煤矿地下水库技术,应用系统工程理论与方法,分析了煤矿地下水库6大关键技术(水量预测、水库选址、库容确定、坝体构筑、安全运行和水质保障)涉及的关键技术标准,构建了煤矿地下水库技术标准核心架构并详述了其内涵,提出了基于PDCA循环的煤矿地下水库技术标准实施方法;在此基础上,叙述了神华集团煤矿地下水库技术标准制定与实施现状,提出了煤矿地下水库技术标准制定的建议,旨在为该技术在西部矿区的全面推广应用提供技术指导。     

华丰煤矿矿井充水条件分析

分析了华丰煤矿矿井充水因素，认为地表水，第三纪砾岩含水层的水，徐家庄灰岩和奥陶系的灰岩水，老窑水是矿井的主要充水水源，矿井充水的途径主要为采空区冒落形成的导水裂隙及煤田内的断裂构造。     

煤矿地下水库研究进展与展望

针对西部生态脆弱区煤层埋藏浅、煤层保水开采地质条件较差特点,突破以往以堵截地下水渗漏为主要技术手段的被动保水开采理念,提出了以“导储用”为核心的煤矿地下水库地下水保护理念,通过近年来的研究,煤矿地下水库在基础理论和工程实践等领域取得了大量成果。系统地总结了煤矿地下水库六大关键技术(水源预测、库容设计、水库选址、坝体结构、安全运行和水质保障)的研究进展,前3项技术是煤矿地下水库建设的前提,其研究主要涉及煤矿工程地质与水文地质条件、煤炭开采地下水运移规律、采空区垮落岩体空隙与碎胀性等;坝体结构研究主要涉及各种复杂力作用下煤柱坝体、人工坝体的稳定性及二者的连接问题;安全保障和水质保障主要研究分别为煤矿地下水库安全监控系统建立和采空区垮落岩体对矿井水的净化机理。阐述了煤矿地下水库水资源井下和地面的利用情况,实现了矿区由耗水大户向供水水源地转变。在总结相关研究成果的基础上,以煤-水-生态相协调为宗旨,展望了煤矿地下水库研究的方向。     

煤矿地下水库理论框架和技术体系

针对我国西部（晋陕蒙宁甘）地区富煤缺水,且蒸发量是降雨量的6倍左右的条件,以及西部煤炭规模化开采产生的裂隙场,破坏了原有的地下水系统,产生大量矿井水,为保障煤矿安全,解决将大量矿井水外排地表蒸发损失的问题,提出了“导储用”为核心的煤矿地下水库地下水保护利用理念,研究开发了涵盖煤矿地下水库设计、建设和运行的技术体系,包括水源预测、水库选址、库容设计、坝体构建、安全运行和水质保障等六大关键技术,并在神东矿区成功建设了示范工程,累计建成32座煤矿地下水库,为矿区提供了95%以上用水,且实现了长期低成本安全稳定运行。工程实践表明,煤矿地下水库是充分利用地下自然空间和自然力储存和净化矿井水的安全、低成本、规模化的储水技术,为西部地区煤炭开采地下水资源保护利用提供了有效技术支撑。     

煤矿地下水库对矿井水净化机理研究进展

煤矿地下水库对矿井水的净化作用主要在于库内岩体与矿井水发生的水-岩耦合作用。本文系统梳理了煤矿地下水库水-岩耦合作用的研究方法,指出水样水质测试和岩样理化性质表征项目,并通过静态模拟、动态淋滤、循环净化模拟等试验,探索煤矿地下水库对矿井水的净化规律,利用数值模拟获取反应过程中离子的选择性吸附趋势,结合Piper三线图、Gibbs模型和相关性分析等方法揭示水-岩耦合作用机理。论述了煤矿地下水库对矿井水中悬浮物、特征离子和有机物的净化作用和研究进展,研究表明,煤矿地下水库对矿井水具有一定的净化效果,其中对特征离子的净化主要与溶滤和吸附作用相关;提出了未来煤矿地下水库净化技术的3个研究方向：(1)基于水-岩耦合净化作用的井下矿井水大规模低成本处理技术;(2)耦合多种水处理技术的煤矿地下水库“三位一体”水质控制技术;(3)浓盐废水井下存储及资源化利用技术。     

煤矿地下水库技术原创试验平台体系研制及应用

煤炭是我国主体能源,西部是我国煤炭主产区,矿井水保护利用是煤炭开发面临的重大技术难题。国家能源集团煤炭绿色开采技术研发团队经过20多年持续技术攻关,首创了煤矿地下水库技术,在西部神东矿区推广应用,为矿区开发提供了95%以上用水,确保了矿区可持续开发。为进一步丰富完善煤矿地下水库理论和技术体系,在西部煤炭主产区不同地质和工况条件下推广应用该技术,保障国家能源安全和水资源安全,研发团队构建了煤矿地下水库原创技术试验平台体系,包括煤炭开采地下水运移与保护综合智能试验平台、多煤层开采煤矿地下水库模拟试验平台、煤矿地下水库坝体结构试验平台、西部深部井工矿井筒施工模拟试验台、地下水库水岩耦合机理试验、水处理工艺集成试验平台、煤矿地下水库冲击试验平台等,能够开展西部矿区不同煤层赋存条件下地下水运移规律、坝体结构参数优化、水库安全稳定性、水岩耦合作用机理、矿井水处理工艺参数优化、垮落岩体垮落冲击对坝体影响等研究,为煤矿地下水库建设、运行和安全提供理论支撑和技术验证。利用上述试验平台,开展了多煤层开采煤矿地下水库稳定性及渗流规律模拟、煤矿地下水库坝体结构安全、煤矿地下水库水岩耦合机理等多项试验研究,相关...     

煤矿地下水库人工坝体稳定性分析

为了研究煤矿地下水库人工坝体稳定性,对人工坝体修建位置应力环境进行分析,认为煤矿地下水库蓄水后在坝体周围会形成围压环境。利用FLAC3D数值模拟软件建立人工坝体模型,对模型正面施加梯度水压模拟水库水压环境,模拟结果表明：对坝体施加不同围压条件后,人工坝体稳定性与无围压条件下差距明显,施加较低强度的均匀围压和非均匀围压均会提高人工坝体的稳定性,当施加较高水平均匀围压或明显的不均匀围压时会促进人工坝体的破坏。利用理论公式及数值模拟对人工坝体外表面最大位移进行分析,研究发现坝体外表面最大位移与水库储水高度表现出良好的线性关系,当围压水平较低时,坝体外表面变化趋势相差很小,但坝体稳定性差距较大。     

煤矿地下水库DOM来源解析

为深入了解溶解性有机物(DOM)在煤矿地下水库水环境中的变化过程,本研究利用三维荧光光谱(EEMs)结合平行因子分析(PARAFAC)模型,分析了大柳塔煤矿地下水库进出水中DOM 组分的变化情况,并利用主成分分析法对影响水体 DOM 的主要因素进行了研究。 研究结果表明,煤矿地下水库有一定的净化作用,表征 DOM 的 TOC 和 UV 254 在出水处有明显降低;地下水库水体中 DOM 可分为紫外区类富里酸(240 nm/380 nm)、类蛋白色氨酸(275 nm/330nm)、紫外区类富里酸(255 nm/380 nm)、可见类富里酸(265 nm,355 nm/380 nm)4 个组分;通过主成分分析以及对 f 470/520 、HIX、BIX 3 个参数的分析,结果表明 DOM 的来源表现为内源输入与陆源输入共同作用,但以内源输入为主的特点,在地下水库的运行管理过程中应重点考虑内源污染的治理。     

大柳塔煤矿井下智能供水系统设计与应用

为使供水压力恰到好处的满足生产需求,减少人力和能源浪费,大柳塔煤矿开展了井下智能供水系统设计与改造。从矿山各系统实现综合智能化自我调节的目标出发,阐述了大柳塔煤矿井下供水系统的用途和缺陷;在明确供水系统实现智能化的工作原理后,重点叙述了智能供水系统所具备的功能。大柳塔煤矿井下智能供水系统的使用,大大减少了工作量,提高了设备运行效率和使用寿命,降低了电能损耗,可及时发现漏水现象,为矿井安全生产提供了一定保障。     

煤矿地下水库煤柱动力响应与稳定性分析

参考借鉴地面水库坝体抗震安全评价的相关研究,构建了煤矿地下水库相似材料模型平台,进行了不同烈度条件下的动力破坏试验研究,并利用摩尔库伦模型对坝体在地震作用下的动力响应进行了数值仿真,研究了坝体的地震破坏形态、抗震薄弱环节以及影响因素;同时对同等条件下的地面水库坝体进行了模型试验和数值模拟,对比分析了地下水库与地面水库的抗震安全性。结果表明:物理模型试验和数值模拟得到的动力响应较为接近;在地震波逐级加载的过程中,由于受到顶底板约束,煤矿地下水库坝体晚于地面水库坝体进入塑性工作状态,验证了煤矿地下水库坝体较地面水库坝体具有更好的抗震安全性。在此基础上,提出了煤矿地下水库坝体安全系数概念,对比分析了同条件的煤矿地下水库坝体和地面水库坝体的安全稳定性。     

煤矿井下抽水蓄能发电新技术:原理、现状及展望

煤炭开采引发矿山灾害、地表沉陷、水土流失及生态环境损害等问题,但同时在地下形成了巨大的可供利用空间。全面阐述了煤矿井下抽水蓄能发电的概念与技术,对比分析了落差型、活塞抬举型、海洋浮力型和高压风储库蓄能4种非常规蓄能发电技术,指出利用废旧煤矿的开采空间（巷道及采空区）的煤矿井下抽水蓄能发电新技术具有得天独厚的优势,对我国废旧矿井重复利用、可再生能源开发和电力调蓄、矿区生态保护等提供了新思路。估算了我国废弃煤矿和现有煤矿的蓄水储能发电总量。进一步提出了煤矿地下水库、矿井水循环利用与抽水蓄能发电一体化技术构想,充分利用煤炭开采过程中形成的巨大的地下空间,实现储水、蓄能发电、矿井水循环利用和新能源开发等多重目标,并有助于控制地表沉陷、维护生态平衡,对我国可再生能源产业发展以及水资源严重短缺的西部地区煤炭开发提供重要的技术保障,并对未来现代化、生态化矿井开拓布局、节能减排、绿色开发产生深远影响。     

煤矿智能化建设目标和总体框架的研究与设计

为了推进煤矿智能化转型升级,提升煤矿安全生产水平,增强煤矿企业的核心竞争力,对煤矿智能化建设目标和总体框架进行了研究,提出了煤矿智能化建设“四横四纵”总体框架,并详细介绍了智能化的生产系统、高速安全的传输网络系统、智能支撑平台、智慧协同管控系统的煤矿智能化主要系统建设以及安全可靠的运行保障体系、严谨全面的标准规范体系、统一完备的煤矿智能化工作机制以及创新实用的产学研用机制的煤矿智能化体系与机制建设。     

煤矿井下电网有源电力滤波器接入位置和容量研究

针对煤矿井下电网谐波污染严重的问题,提出了一种确定井下电网有源电力滤波器接入位置和容量的计算方法,该方法不仅可以抑制煤矿井下电网的谐波污染,还可以有效的降低谐波治理的投资成本。在该方法中,建立了基于瞬时无功功率的离散化APF时域模型以及基于固定成本和容量成本的优化模型,使用了粒子群优化算法对优化模型进行了求解,保证了所得最优解更加符合工程实际。通过仿真对有源电力滤波器接入位置和容量的计算方法进行了验证,结果证明了其正确性。     

煤矿井下爆炸材料库设计

 针对当前爆炸材料库设计中炸药和雷管存放形式选择随意性较大的问题,通过分析确定了根据爆炸材料库的容量选择设计形式的基本原则,并对当前煤矿井下爆炸材料库设计中存在的问题,提出了解决思路,为井下爆炸材料库设计提供了一些有益的参考。     

煤矿井下外源火灾的处理

介绍了煤矿井下外源火灾发生的原因 ,灭火程序及适用方法 ,为类似的灾害处理提供了经验。     

煤矿井下中频移动通信技术方案研究

分析了煤矿井下移动通信技术的特点,对比了井下不同的移动通信方式,指出中频(IF)无线电通信是煤矿井下恶劣环境中的最有效通信方式,并在技术上给出了设计方案。     

灵新煤矿地下水库煤柱坝体合理尺寸研究

近年来,煤矿地下水库技术已成为西部地区保护和利用矿区水资源的重要手段,地下水库矿井水已成为西部地表生态灌溉的重要水源之一。以西部矿区灵新煤矿近距离倾斜煤层群采掘地质条件为工程背景,针对该矿首座煤矿地下水库建设过程中遇到的煤柱坝体留设问题,采用数值模拟的方法,分析了六采区工作面开采和水库储水压力两大因素对煤矿地下水库煤柱坝体的影响。研究表明:相关工作面回采后,会在煤柱坝体及邻近围岩中产生塑性区,随着煤柱坝体宽度的增加,煤柱坝体及附近围岩中塑性区相互贯通的趋势逐渐减弱。当煤柱坝体宽度增至50 m时,塑性区相互贯通的现象消失;当煤柱坝体宽度增加到60 m时,煤柱坝体及邻近围岩中的塑性区间距(塑性区未贯通区域)扩大至40 m左右。在储水压力作用下,煤柱坝体及邻近围岩中的塑性区裂隙将发生二次扩展,随着水压的增大,裂隙扩展长度逐步增大,在3 MPa水压(储水高度300 m)作用下塑性区裂隙扩展长度达到5 m左右。因此,为防止水力作用下煤矿地下水库透水灾害的发生,认为煤柱坝体合理尺寸应取60 m。