煤矿地下水库高盐矿井水封存对地下水的影响

以宁夏灵新煤矿地下水库建设为工程背景,分析了在煤矿地下水库建设和运行过程中,可能对邻近含水层造成影响的两大因素:(1)煤层工作面重复开采引起的覆岩裂隙导通含水层,会对矿区地下水资源造成初次影响;(2)在高盐矿井水注入地下水库的过程中,由于浓度梯度的作用,矿物离子将主要沿着裂隙通道进行扩散,进而可能对矿区地下水资源造成二次影响。这2种影响方式都与采空区覆岩中的采动裂隙是否形成贯通的渗流通道密切相关。基于上述分析,首先通过固-液耦合相似模型试验与数值计算相结合的方法,分析了灵新煤矿拟建煤矿地下水库区域重复开采条件下采空区覆岩的裂隙网络演化规律和渗流通道特征,进而深入分析了重复开采对煤层上方各含水层的影响,具体表现在:一采区工作面回采结束后,采空区上覆岩层裂隙相互连通并扩展至K4含水层,但K3含水层与采空区之间未出现明显的渗流路劲,表明重复开采对K3含水层的影响较小。综合上述相似模拟试验和数值计算得到的裂隙网络特征,采用OpenGeoSys多场耦合数值模拟软件,模拟了高盐矿井水在采动裂隙网络中的渗流过程,分析了高盐矿井水在煤矿地下水库中封存后对上覆含水层的污染风险。研究结果表明:注水条件下,...     

基于WEB-GIS的矿区生态监测与管理信息系统

生态监测与管理信息系统对于促进矿区生态治理工作具有支持作用。针对矿区生态环境监测信息化建设的迫切需求,采用通用的B/S架构,开发了基于WEB-GIS的矿区生态监测与管理系统总体设计方案,实现了多源、海量基础空间信息资源的管理和服务,包括基础GIS分系统,遥感监测分系统,视频监测分系统,生态、灌溉水质和土壤风蚀监测分系统,数据管理分系统,用户管理分系统六个部分,实现了对矿区生态环境各类监测数据、工程数据进行存储、管理、分析、发布与展示。该系统在神东矿区应用,实现了矿区历年生态基础数据、遥感数据的动态可视化管理,验证了系统运行的可靠性,同时为矿区未来生态治理指明了方向。     

矿区可持续发展的模糊综合评价建模与系统实现

以可持续发展理论为基础,分析了矿区可持续发展的特征,以矿区资源、环境、安全、经济与社会为子系统,建立了矿区可持续发展的综合评价多层次结构体系。在此基础上,建立了矿区可持续发展模糊综合评价模型;利用专家咨询法确定各指标权重,通过改进传统的线性隶属度方法,采用模糊C-均值确定指标隶属度,进而计算矿区可持续发展程度。最后利用Matlab7.0和Vb6.0混合编程,设计开发了矿区可持续发展综合评价系统,以某矿区进行了实例分析,验证了该模型的可行性。     

大型煤电开发的公众生态环境风险信息获取研究

生态环境风险信息获取与沟通可有效缓解煤电基地生态环境破坏引起的社会风险,本文依据风险信息寻求与加工模型(RISP),对锡林浩特煤电基地周围社会公众进行问卷调查,定量分析煤电基地开发过程中生态环境风险信息获取情况与偏好。结果表明:公众对煤电基地生态环境风险信息获取较不充分概率高达51.5 %; 互联网作为获取风险信息来源受53.4 % 的公众青睐,公众对各渠道生态环境风险信息表示信任概率高达50 %,且带有数据的生态环境风险信息可将不信任概率明显降低至14.6 %; 牧民的风险信息获取充分性和获取能力相对较低,风险信息获取渠道传统且单一,提高牧民受教育程度与收入可有效提高信息获取充分性并丰富风险信息获取渠道; 对比政府保护政策,受访者对企业种植植被、围栏封育等直接有效且效果明显的生态环境保护措施更加满意。建议煤电基地开发全过程建立公众参与机制,多渠道加强风险教育并长效实施风险信息沟通。     

煤炭深部开采界定及采动响应分析

科学界定深部是深部开采理论发展与技术实践的重要问题,探讨适于我国煤炭现代开采实践的深部开采界定方法具有重要意义。为此,综合考虑我国煤矿矿区深部岩石、地下水环境和现代开采方式,将区域应力场与采动应力场分析相结合,基于我国地壳浅部、煤矿矿区深部准静水应力状态分析,进一步研究我国煤矿矿区的深部界定、基于不同矿区煤岩状态(岩性及组合、含水性等)差异的相对深部界定和开采时动态深部区确定方法。研究表明,原岩初始状态和开采方式共同决定了采动力学状态及变化规律和其他伴生状态变化。基于深部与浅部的力学状态差异,将深部开采界定为在高地应力环境且具有采动非线性力学响应的煤岩体空间实施的采矿活动;依据我国煤矿矿区应力场统计变化规律和准静水应力状态分析,采用平均侧压系数K_(av)(即:水平最大主应力和最小主应力的平均值与垂直应力之比)确定煤矿矿区深部临界深度,结合我国中东部深部开采实践确定的参考深部临界深度H_m为850～900 m;基于不同矿区原岩差异性(岩性及组合、含水性等),建立了不同初始状态时实际深部临界深度H_s(简称为视临界深度)与H_m比较模型,分析发现采动煤层覆岩越软和含水性越强,其深部临界深度越浅(或"趋浅"),降低幅度可达30%～50%;基于开采"应力拱"现象构建了深部采动应力状态K_(av)模型和H_s计算方法,采动响应分析表明:开采工作面切眼外侧及采场前端局部H_s呈变浅→变深→正常的变化特征(或"端部效应"),工作面中部区域呈变浅趋势(或"趋浅"),采高越大其H_s"趋浅"效应越显著,而随工作面推进距离增加端部效应变小;东、中、西部典型矿区H_s与H_m比较表明:东部矿区H_s偏深,中部矿区深度相近,西部(陕、蒙等)地下水丰富的矿区偏浅,在500～600 m即可达到实际深部临界深度,采深400～500 m时大采高工作面两端外侧局部也可显现深部力学状态。研究基于我国深部岩石力学研究成果和开采条件及现代开采方式,探讨提出的深部界定方法和结果,与已有深部开采理论研究与实践成果比较证实,该方法具有理论合理性和结果可靠性。     

HSRO?技术在脱硫废水零排放中的设计及应用

介绍了HSRO^?(高盐反渗透)的技术特点。内蒙古境内某火力发电厂脱硫废水零排放一期项目工程工艺流程膜浓缩工段成功设计并应用了HSRO装置,该装置运行稳定可靠,整体回收率高于90%,最终反渗透产水可作为生产用水直接回用。该技术不仅在脱硫废水领域成功得到了工程验证,也为高矿化度矿井水、煤化工浓盐水等浓盐水领域工艺选择提供了参考。     

基于导水裂隙带高度的地下水库适应性评价

利用煤矿井下采空区进行矿井水资源储存和循环利用的地下水库技术为西部缺水矿区的绿色开采提供了新的途径,但其推广应用仍需符合一定的适用条件。综合采用现场实测与理论分析,结合神东矿区煤矿地下水库工程实践,开展了基于导水裂隙带高度的地下水库适应性评价方法研究。结果表明:地下水库储水的高效循环使用是保证该技术成功应用的关键,必须满足"水源"、"库容"和"通道"三大条件。采动覆岩导水裂隙作为地下水库水源补给的重要通道,是影响地下水库适应性的核心因素。利用"基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法",判别具体开采条件导水裂隙带发育高度,当导水裂隙沟通区域补给水源(含水层)时,地下水库具备适应性;否则,区域水源水体一般难以汇聚至井下采空区,从而地下水库中可供循环利用的水资源量将难以保证,地下水库保水方法一般不适用。研究结果得到了神东矿区地下水库工程的验证,并指导了李家壕煤矿地下水库适应性评价和地下水库建设选址。     

基于改进Dijkstra算法的矿山突水可视化仿真

针对矿山生产过程中的高突水风险,在对矿井突水过程研究分析的基础上,采用面向对象的程序设计方式,建立矿山水灾突水仿真系统,即首先通过对巷道网络的数据处理,设计和实现了面向水灾的井下巷道三维可视化系统,然后利用改进的Dijkstra迭代算法对巷道的突水过程进行数值仿真,最后以时间序列的方式通过三维可视化技术实现巷道突水过程可视化显示。通过应用于某矿山,验证了系统的可靠性和准确性。     

煤矿地下水库坝基层间岩体破坏及突渗力学模型

煤矿地下水库技术为西部矿区矿井水资源储存和利用提供了新的途径。煤矿地下水库安全稳定的科学问题之一是开采扰动下煤岩体渗透特性突变机理及量化表征。以陕西大柳塔煤矿为原型开展了煤矿地下水库层间岩体裂隙演化的物理相似模拟试验和三轴循环加卸载渗流耦合试验。结果表明：下煤层工作面朝上部水库推进过程中层间岩层发生拉伸剪切破坏,裂隙逐渐向水库坝体方向延伸,采用数字散斑方法观测到坝基岩体裂隙网络由离散局部变形连通形成宏观裂缝,并贯穿至煤柱坝体;从几何和拓扑角度定量地分析了裂隙网络的幂律分布特征,证实了裂隙演化在空间上存在连通概率,岩层的裂隙网络连通属于渐进式,区别于岩石试件裂隙激增式扩展过程。综合考虑原岩应力、初始采动应力、循环加卸载等作用,发现采动应力导致煤体的体胀作用远大于砂岩,砂岩作为硬岩关键层有利于抑制裂隙扩展和渗透增加;采用基于分数阶理论的非达西渗透率公式计算瞬态法测试的渗透率,相比常规计算方法具有更好的灵敏性,渗透率突变伴随着应力突降、体应变激增、破裂信号陡增等行为,揭示了渗透率的本质是裂隙网络的拓扑连接,提出了突渗的力学定义和拓扑定义。采用逾渗理论将裂隙网络连通视为连续相至非连续相的跳跃行...     

煤矿地下水库人工坝体嵌入煤柱/体的构筑参数优化研究

为了得到煤矿地下水库人工坝体嵌入煤柱/体的掏槽构筑作业的合理参数,利用FLAC^3D数值模拟软件,以神东浅埋大采高典型开采条件为背景,通过设置不同掏槽深度和掏槽位置,对拟构筑人工坝体的巷道两帮煤体受掏槽作业及后续采空区地下水库储水外推力影响下的塑性区发育及煤体位移等开展了研究。结果表明,巷道帮部掏槽深度越大,越有利于减少采空区地下水库储水的渗漏通道,但会在煤体内部原始弹性区新增发育一定范围塑性区;而掏槽位置越靠近外侧巷道口,掏槽处直至巷道口范围的煤体越易在储水外推力作用下发生整体剪切滑移,造成溃坝危险。据此基于不同掏槽参数对帮部煤体稳定性的影响规律,确定了神东矿区典型开采条件下的合理掏槽参数。