检索结果-内蒙古大学图书馆

煤炭科学技术 2025年第4期53卷 1-14页

作者：卞正富朱超斌周跃进曾岩李兆泰徐雨农中国矿业大学教育部矿山生态修复工程中心江苏徐州221116 江苏省老工业基地资源利用与生态修复协同创新中心江苏徐州221116

传统抽水储能电站作为成熟的规模化储能技术,受地形和土地资源等因素的限制,难以满足快速增长的新能源装机需求。在此背景下,基于关闭矿井地下空间开发抽水储能电站的技术思路逐渐受到关注,并被视为一种具有广阔应用前景的新型储能方式... 详细信息

传统抽水储能电站作为成熟的规模化储能技术,受地形和土地资源等因素的限制,难以满足快速增长的新能源装机需求。在此背景下,基于关闭矿井地下空间开发抽水储能电站的技术思路逐渐受到关注,并被视为一种具有广阔应用前景的新型储能方式。为助力关闭矿井抽水储能产业化发展,系统梳理了国内外关闭矿井抽水储能电站的工程实践与研究进展,归纳了该技术在工程利用过程中所面临的关键挑战与现实需求。研究聚焦模式设计与选址规划、水循环环境影响机制、地下水库围岩稳定性与密闭性、电站运行多场耦合水力学特性4大核心基础技术领域,剖析了其研究进展与关键科学问题。进一步从技术、经济、政策、环境及社会多重视角,揭示制约产业化的核心矛盾,包括中试平台验证体系缺失、装机容量界定困难、地下空间产权碎片化、环境评估机制缺位及复合型人才短缺等诸多制约瓶颈。针对上述挑战,提出多维度协同发展对策,包括关键技术突破路径、工程经济提升策略、政策标准完善建议、生态环境协同管理及协同创新体系构建。研究旨在为我国关闭煤矿抽水储能技术从理论探索迈向工程产业化应用提供科学依据与技术路线,推动矿区资源绿色转型,助力新型电力系统清洁高效发展。

关键词：关闭煤矿地下空间抽水储能产业化瓶颈问题与对策

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地下气化场地地基稳定性评价及燃空区封存超临界二氧化碳初探

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采矿与安全工程学报 2024年第2期41卷 326-340页

作者：李怀展唐超郭广礼雷少刚李伟陈福周华安查剑锋黄建勇中国矿业大学矿山生态修复教育部工程研究中心江苏徐州221116 中国矿业大学江苏省老工业基地资源利用与生态修复协同创新中心江苏徐州221116

为促进燃空区及其场地高效再利用,结合煤炭地下气化工艺特点及燃空区特征建立了气化隔离煤柱稳定性评价模型、覆岩裂隙发育高度计算模型及地表残余变形预测模型,进而提出了燃空区场地稳定性评价方法,为燃空区场地的再利用提供了技术支... 详细信息

为促进燃空区及其场地高效再利用,结合煤炭地下气化工艺特点及燃空区特征建立了气化隔离煤柱稳定性评价模型、覆岩裂隙发育高度计算模型及地表残余变形预测模型,进而提出了燃空区场地稳定性评价方法,为燃空区场地的再利用提供了技术支撑。同时,针对燃空区治理难题,结合CO_(2)地质封存面临的瓶颈提出了煤炭地下气化耦合超临界CO_(2)封存的思路,分析了气化炉参数对燃空区封存超临界CO_(2)后盖层裂隙发育规律的影响,并建立了燃空区封存超临界CO_(2)过程中隔离煤柱稳定性评价方法,为面向煤炭地下气化耦合CO_(2)封存的生产设计提供了科学依据。最后,提出了煤炭地下气化耦合CO_(2)封存目前存在的主要问题,并强调了迫切需要开展的相关研究工作。研究成果对促进燃空区及其场地再利用具有一定的理论和实践指导意义。

关键词：煤炭地下气化场地稳定性 CO_(2)地质封存煤柱稳定性评价燃空区封存

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超临界CO_(2)对气化燃空区盖层烧变页岩力学性质影响规律研究

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中国矿业大学学报 2025年第2期54卷 385-398页

作者：李怀展唐超郭广礼李伟查剑锋曹景春黄温钢元亚菲中国矿业大学矿山生态修复教育部工程研究中心江苏徐州221116 中国矿业大学江苏省老工业基地资源利用与生态修复协同创新中心江苏徐州221116 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

超临界CO_(2)对气化燃空区烧变围岩力学性质的影响规律是评估煤炭地下气化耦合CO_(2)封存(UCG-CCS)中CO_(2)泄漏风险的重要参数.针对目前国内外关于超临界CO_(2)浸泡作用下烧变围岩力学试验缺乏的问题,论文基于自主研发的超临界CO_(2)... 详细信息

超临界CO_(2)对气化燃空区烧变围岩力学性质的影响规律是评估煤炭地下气化耦合CO_(2)封存(UCG-CCS)中CO_(2)泄漏风险的重要参数.针对目前国内外关于超临界CO_(2)浸泡作用下烧变围岩力学试验缺乏的问题,论文基于自主研发的超临界CO_(2)饱和增压装置,通过巴西劈裂试验以及单轴压缩试验研究了不同气化温度、不同超临界CO_(2)浸泡压力及时间作用下页岩的抗拉强度、单轴抗压强度以及裂隙破坏特征的变化规律.研究表明:烧变页岩质量减轻,且随着温度的升高,质量减轻幅度增大,烧变页岩的抗拉强度和单轴抗压强度呈阶梯状下降趋势;经超临界CO_(2)浸泡后,烧变页岩试件质量增加;超临界CO_(2)弱化了烧变页岩的抗拉强度、抗压强度和弹性模量,超临界CO_(2)浸泡后,抗拉强度和单轴抗压强度显著降低,随着浸泡压力的提升,烧变页岩抗拉强度逐渐降低,但降低幅度逐渐减小,抗压强度、弹性模量逐渐减小;随着浸泡时间的延长,烧变页岩的抗拉、抗压强度逐渐降低;随着气化温度、超临界CO_(2)浸泡压力和时间的提升,烧变页岩岩样的原生裂隙逐渐扩展,次生裂隙逐渐增多.构建了页岩抗拉强度-温度、浸泡压力和浸泡时间拟合函数与抗压强度-温度、浸泡压力和浸泡时间拟合函数.研究成果对于UCG-CCS选址及推广应用具有重要的理论及实践意义.

关键词：煤炭地下气化超临界CO_(2)封存烧变页岩气化燃空区力学性质

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巨厚弱胶结覆岩导水裂隙带演化特征及发育高度预测方法

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煤炭科学技术 2025年第2期53卷 289-300页

作者：李怀展孙兢超郭广礼唐超郑辉张连贵孟凡贞中国矿业大学矿山生态修复教育部工程研究中心江苏徐州221116 中国矿业大学江苏省老工业基地资源利用与生态修复协同创新中心江苏徐州221116 兖矿能源集团股份有限公司山东济宁273500

巨厚弱胶结覆岩导水裂隙带发育高度对陕蒙弱胶结矿区煤炭生产安全与地下水资源保护具有十分重要的意义。研究发现该矿区上覆白垩系岩层具有厚度大、强度低、结胶性差且节理不发育等特点,然而该地区煤炭开采时覆岩破坏剧烈导水裂隙带发... 详细信息

巨厚弱胶结覆岩导水裂隙带发育高度对陕蒙弱胶结矿区煤炭生产安全与地下水资源保护具有十分重要的意义。研究发现该矿区上覆白垩系岩层具有厚度大、强度低、结胶性差且节理不发育等特点,然而该地区煤炭开采时覆岩破坏剧烈导水裂隙带发育较高,裂采比达到30左右,严重威胁矿井生产安全。如何精准预测巨厚弱胶结覆岩导水裂隙发育高度,已成为巨厚弱胶结矿区煤炭安全高效开采的关键之一。基于此,以石拉乌素矿区某工作面为研究背景,利用UDEC数值模拟软件结合实测数据,探究了巨厚弱胶结覆岩导水裂隙带演化特征,得出了巨厚弱胶结覆岩导水裂隙带整体形态呈“△”特征,与东部呈“马鞍形”特征具有显著差异,且其形态及发育高度受采高、弱胶结岩层厚度和位置等因素影响,巨厚弱胶结覆岩对导水裂隙带发育形态及高度有较显著的控制作用。在此基础上,采用板理论建立了巨厚弱胶结覆岩导水裂隙带发育高度预测模型,并在石拉乌素矿区进行了应用,验证了构建模型的有效性和准确性。

关键词：弱胶结覆岩覆岩裂隙发育形态导水裂隙带高度预测模型

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热力耦合作用下煤炭地下气化地表沉陷预测方法

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煤炭科学技术 2023年第10期51卷 242-251页

作者：李怀展唐超郭广礼陈福李伟周华安黄建勇中国矿业大学矿山生态修复教育部工程研究中心江苏徐州221116 中国矿业大学江苏省老工业基地资源利用与生态修复协同创新中心江苏徐州221116

煤炭地下气化是煤炭低碳绿色开采技术体系的重要组成,煤炭行业“双碳”目标的实施使得煤炭地下气化迎来良好的发展机遇。然而煤炭地下气化也会引起岩层移动及地表变形,导致利用地下气化回收井工难以开采的“三下”压煤时,严重威胁地面建... 详细信息

煤炭地下气化是煤炭低碳绿色开采技术体系的重要组成,煤炭行业“双碳”目标的实施使得煤炭地下气化迎来良好的发展机遇。然而煤炭地下气化也会引起岩层移动及地表变形,导致利用地下气化回收井工难以开采的“三下”压煤时,严重威胁地面建(构)筑物安全。如何兼顾煤炭地下气化特点准确的预测其地表沉陷,已成为制约煤炭地下气化产业化应用的重要瓶颈之一。基于此,结合“条采-面采”后退式地下气化工艺特点,探究了热力耦合作用下煤炭地下气化引起地表沉陷的诱因,得出地下气化产生地表沉陷的根源是岩层挠曲与焦化隔离煤柱压缩变形。在此基础上,建立了热力耦合作用下煤炭地下气化顶板挠曲变形计算方法以及基于D-P准则的气化煤柱屈服模型与压缩计算方法,进而根据等效下沉空间原理构建了热力耦合作用下煤炭地下气化地表沉陷精准预测模型,并通过乌兰察布煤炭地下气化地表沉陷的实测数据验证了新方法的有效性和准确性。

关键词：煤炭地下气化岩层挠曲变形煤柱屈服区宽度地表沉陷预测

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关闭煤矿矿井水中“双源”铁污染的电化学机理实验模拟

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煤炭科学技术 2024年第3期52卷 323-331页

作者：周来叶涛郑双双朱雪强吴江峰江苏省老工业基地资源利用与生态修复协同创新中心江苏徐州221116 中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 徐州矿务集团有限公司江苏徐州221000

关闭煤矿矿井水多呈现高铁特征,闭坑淹井后残留铁质器件易锈蚀,与含铁矿物形成矿井水“双源”铁污染体系,在闭坑后不同时期贡献铁的释放,形成地下水环境风险。为明确关闭煤矿矿井水中双源铁释放过程与反应机理,刻画铁污染双源释放方式,... 详细信息

关闭煤矿矿井水多呈现高铁特征,闭坑淹井后残留铁质器件易锈蚀,与含铁矿物形成矿井水“双源”铁污染体系,在闭坑后不同时期贡献铁的释放,形成地下水环境风险。为明确关闭煤矿矿井水中双源铁释放过程与反应机理,刻画铁污染双源释放方式,量化释放速率比,基于电化学模拟原理,以黄铁矿和矿用锚杆为模拟“双源”,制备成工作电极,利用循环伏安法和极化法等电化学方法以及X射线光电子能谱材料表面表征技术,对煤矿关闭初期双源共存下在酸性矿井水环境中氧化还原反应过程与铁释放机制进行了模拟研究。结果表明,溶解氧含量是影响黄铁矿和锚杆在酸性矿井水中发生氧化还原反应的重要抑制因素。黄铁矿与锚杆的氧化机制不同,黄铁矿在氧化过程中表面出现钝化效应,2种材料的最终氧化产物均为Fe^(3+)和SO_(4)^(2-)黄铁矿主要通过矿物表面的Fe^(2+)发生氧化反应释铁,锚杆主要通过材料表面铁及其氧化产物与溶液中酸性物质的反应释铁,且铁氧化物较单质铁优先反应。在模拟富氧(DO=7.0 mg/L)酸性矿井水中,黄铁矿和锚杆的年腐蚀速率分别达到8.3636 mm/a和7.8314 mm/a,估算年释铁速率分别达到1.2240 g/a和3.9395 g/a。在模拟井下低氧(DO=3.5 mg/L)酸性矿井水中,黄铁矿和锚杆的年腐蚀速率分别达到0.7324 mm/a和0.3642 mm/a,估算年释铁速率分别达到0.1072 g/a和0.1832 g/a。综合电化学参数与静态释铁实验表明,在溶解氧充足或缺乏的条件下,总体释铁速率比均为双源>锚杆>黄铁矿。

关键词：关闭煤矿酸性矿井水双源释放铁污染电化学机理

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煤炭零碳开采技术

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煤炭学报 2023年第7期48卷 2613-2625页

作者：卞正富伍小杰周跃进程伟雷少刚朱超斌中国矿业大学教育部矿山生态修复工程中心江苏徐州221116 中国矿业大学电气工程学院江苏徐州221116 江苏省老工业基地资源利用与生态修复协同创新中心江苏徐州221116 中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116

在分析能源革命和全球绿色发展大趋势的基础上,提出了煤炭零碳或近零碳开采技术的概念与总体发展思路。煤炭零碳开采技术按照物质能量守恒定律,通过清洁能源消纳与源网荷储协同优化、二氧化碳地质封存、生态系统碳汇提升等实现煤炭开采... 详细信息

在分析能源革命和全球绿色发展大趋势的基础上,提出了煤炭零碳或近零碳开采技术的概念与总体发展思路。煤炭零碳开采技术按照物质能量守恒定律,通过清洁能源消纳与源网荷储协同优化、二氧化碳地质封存、生态系统碳汇提升等实现煤炭开采过程二氧化碳的近零排放。井工煤矿和露天煤矿均以分布式能源为基础,借用虚拟电厂技术将矿区内部资源聚合,对源网荷储协同优化,构建矿区综合能源系统,平抑可再生能源电力的随机波动性,使得不同能源形态之间的耦合更加紧密,为能量的多级应用以及能源的合理配给提供保障,使用清洁能源是实现零碳开采的根本途径。二氧化碳地质封存包括密闭封存、矿化封存和吸附封存等形式,煤矿可充分利用开采煤炭形成的地下空间、岩体裂隙以及深部不可采煤层封存坑口燃煤电厂的二氧化碳,实现封存二氧化碳、处置固体废弃物和减轻下沉的多重效果,是实现零碳开采的重要手段。提升生态系统碳汇包括强化国土空间规划、提高土地种植利用率、优选植物、改良复垦土壤等方式,土壤与植物碳汇是实现零碳开采的必要补充。

关键词：绿色开采零碳开采源网荷储协同优化二氧化碳地质封存生态系统碳汇

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腐殖质层再造修复西部矿区退化土壤的生态效应

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煤炭学报 2023年第7期48卷 2850-2857页

作者：程伟朱卓王文杰王维忠雷少刚卞正富中国矿业大学矿山生态修复教育部工程研究中心江苏徐州221116 江苏省老工业基地资源利用与生态修复协同创新中心江苏徐州221116 中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 准格尔旗矿区事业发展中心内蒙古鄂尔多斯010300

随着国家煤炭开采东退西进战略推进,煤炭资源高强度开采加剧了矿区草原生态环境损伤问题,严重影响了区域煤炭资源大规模开发和环境保护的协同发展,必须通过生态修复消除资源开发带来的环境负效应。因此,针对矿区草原粉尘沉降区诱发的土... 详细信息

随着国家煤炭开采东退西进战略推进,煤炭资源高强度开采加剧了矿区草原生态环境损伤问题,严重影响了区域煤炭资源大规模开发和环境保护的协同发展,必须通过生态修复消除资源开发带来的环境负效应。因此,针对矿区草原粉尘沉降区诱发的土壤退化问题,研究腐殖质层再造技术修复退化场地的可行性,设计了植物破碎+淹水(YS)、植物破碎+淹水+覆膜(YF)、植物破碎+淹水+覆膜+激发剂(YFJ) 3种修复模式,同时结合试验数据分析。研究结果表明,退化生境修复样地土壤容重分别比对照样地降低了8.26%、7.98%和15.24%,孔隙率增幅为39.42%、99.68%和124.24%,含水率增幅为28.16%、31.21%和71.19%,饱和持水率增幅为19.66%、20.66%和42.29%;土壤养分中水解氮质量分数比对照场地高出20.77、9.73和54.45 mg/kg;修复场地土壤速效磷质量分数依次为5.30、5.06、14.04 mg/kg;修复后土壤速效钾质量分数增加49.61%、27.31%和236.53%;土壤水稳性团聚体质量分数修复后高于对照场地,分别增幅13.00%、17.14%和83.60%;YS、YF和YFJ三种修复模式均可以增加退化场地土壤水酶活性,土壤蔗糖酶活性修复后分别高于对照区23.65%、79.88%和93.91%;3种修复技术之间过氧化氢酶和脲酶活性无显著差异,分别高于对照23.69%~31.81%和19.35%~20.46%;土壤磷酸酶活性修复后提升了14.73%、33.28%和39.25%,修复场地植物群落Shannon-Weiner指数比对照场地分别高68.32%、38.61%和45.54%;植被盖度比对照场地分别增加12.50%、81.25%和120.00%;修复区生物量分别比对照场地高出39.90%、373.49%和887.77%;YF和TFJ场地植株含水率分别比对照区增加了12.74%和36.43%。对比分析表明3种修复模式均可有效改善重度粉尘沉降区退化现状;除土壤有机质与多样性指数外,其他指标测定结果均为YFJ修复效果最优。表明腐殖层再造技术可以有效改善土壤结构,提升土壤养分,激活土壤微生物区系及功能,修复灌丛化破坏的生境,为重度粉尘沉降区退化土壤修复提供借鉴,其中,YFJ修复模式最佳。

关键词：矿山生态修复腐殖质层再造粉尘沉降草原露天煤矿

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基于优化常规双参时间函数的煤矿开采动态沉陷预测研究

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金属矿山 2025年第3期 148-157页

作者：周华安戴广礼李怀展刘超元亚菲中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 江苏省地质矿产局第五地质大队江苏徐州221004 江苏省老工业基地资源利用与生态修复协同创新中心江苏徐州221116

煤矿开采动态沉陷预测对于保证开采过程中地面建(构)筑物安全及实施边采边复具有重要作用。针对基于常规双参时间函数(Weibull、MMF、Logistic及Bertalanffy)进行开采动态沉陷预测时存在的预测精度偏低及模型拟合程度不高的问题,提出了... 详细信息

煤矿开采动态沉陷预测对于保证开采过程中地面建(构)筑物安全及实施边采边复具有重要作用。针对基于常规双参时间函数(Weibull、MMF、Logistic及Bertalanffy)进行开采动态沉陷预测时存在的预测精度偏低及模型拟合程度不高的问题,提出了一种自适应混合寻优人工鱼群算法(Adaptive Hybrid Optimization Artificial Fish Swarm Algorithm,AHO-AFSA)实现双参时间函数参数最优值求解。该算法采用自适应视野和步长对人工鱼群算法(Artificial Fish Swarm Algorithm,AFSA)的固定视野和步长进行改进,并将相对成熟但易陷入局部极值的粒子群算法与尚未广泛应用于地表动态沉陷预测的人工鱼群算法(AFSA)相结合,实现了利用寻优算法求取双参时间函数参数精度的提升。同时以静态概率积分预测模型为基础,通过复化辛普森公式优化地表点静态沉降值的求解过程,并基于此构建了煤矿开采地表动态沉陷预测理论模型。通过实测数据验证得出:利用优化求解双参的自适应混合寻优人工鱼群算法,基于Weibull、MMF、Logistic和Bertalanffy 4种时间函数模型的总体相对误差精度分别提升了2.44%、0.35%、1.48%和3.11%,总体拟合误差在10.3%以内,算法用于反演双参时间函数参数进行动态沉陷预测具有较高精度。研究成果对于基于寻优算法反演双参时间函数参数的煤矿开采动态沉陷精准预测具有参考价值。

关键词：开采沉陷双参时间函数概率积分法动态预测人工鱼群算法

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碳中和目标背景下矿山生态修复的路径选择

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煤炭学报 2022年第1期47卷 449-459页

作者：卞正富于昊辰韩晓彤中国矿业大学矿山生态修复教育部工程研究中心江苏徐州221116 江苏省老工业基地资源利用与生态修复协同创新中心江苏徐州221116 中国矿业大学江苏贾汪资源枯竭矿区土地修复与生态演替教育部野外科学观测研究站江苏徐州221116

针对“双碳目标”背景,对矿山生态修复的内涵做出了新的阐释。新形势下,矿山生态修复的目标至少包括实现修复后生态系统的自我维持能力、正向演替达到新的生态平衡和区域社会经济可持续发展。实现目标的基本手段是以自我恢复为主,与适... 详细信息

针对“双碳目标”背景,对矿山生态修复的内涵做出了新的阐释。新形势下,矿山生态修复的目标至少包括实现修复后生态系统的自我维持能力、正向演替达到新的生态平衡和区域社会经济可持续发展。实现目标的基本手段是以自我恢复为主,与适度人工干预相结合。从碳中和目标的实现路径出发,较为系统地分析了碳中和引发的社会经济与生态格局变化和结果,认为双碳目标必将加速后矿业时代到来,而生态修复是后矿业时代最为重要的任务之一。后矿业时代具有长久性、艰巨性和复杂性等特征。土地整治、环境治理、产业转型、社会转型、景观重建等是生态修复通常采用的人工引导措施,这些举措对碳中和目标的实现发挥着不同的作用。实现碳中和目标需要从能源替代、产业替代与升级、生态服务功能提升等方面延伸矿山生态修复措施,进一步分析了矿山生态修复在实现碳中和目标过程中发挥的能源替代、节能减排和固碳增汇3方面的作用和贡献,按贡献大小排序:能源替代>节能减排>固碳增汇。提出了碳中和目标背景下矿山生态修复的新路径,包括:①更新标准规范,适应碳中和目标的需求,构建“1+N”标准与规范体系,提高规范与标准的针对性和适用性;②改革管理机制,探索矿业临时用地政策,明晰地下空间产权,推进生态修复市场化机制,实现多措并举协同推进生态修复;③创新技术体系,开展分类施策、分区管控、分级治理、分步推进,推动生态修复全过程深度减排与长效生态增汇。

关键词：矿山生态修复碳中和后采矿时代路径选择双碳目标

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