基于双极膜电渗析的膜集成技术的高矿化度矿井水资源化处理 被引量：2

1

作者 刘兆峰 郭强 +7 位作者 王霄 唐佳伟 蒋斌斌 曹志国 张锁 闫祖喻 王群 李井峰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期2462-2471,共10页

在当前煤矿矿井水“零排放”及煤炭与水资源逆向分布背景下,西部矿区的高矿化度矿井水如若不进行合理处置便直接排放,不仅对当地生态环境造成不可估量的破坏,而且造成严重的水资源浪费,最终将制约煤炭绿色开发与生态文明建设。传统的高... 在当前煤矿矿井水“零排放”及煤炭与水资源逆向分布背景下,西部矿区的高矿化度矿井水如若不进行合理处置便直接排放,不仅对当地生态环境造成不可估量的破坏,而且造成严重的水资源浪费,最终将制约煤炭绿色开发与生态文明建设。传统的高盐废水零排放技术主要是利用蒸发结晶技术将无机盐由溶液态转变为结晶态进行回收。从经济性方面分析,该技术受投资高、运行成本高、无机盐附加值低等问题制约。基于此,以西部某矿井水为原水,以矿井水资源化零排放利用及脱盐低碳化为目标进行膜集成工艺设计,并在此基础上重点探讨电渗析和双极膜电渗析工序不同操作条件(操作电压、进料液浓度、温度、酸碱度、电流密度等)对电渗析脱盐性能及双极膜电渗析制酸碱性能的影响规律,之后以实验数据及经济评估模型,探究其经济可行性,旨在探索出适用于西部矿区高矿化度矿井水处理的膜集成技术,为高矿化度矿井水绿色资源化处理工艺的开发提供新的研究思路。通过对电渗析−双极膜电渗析实验过程探究,发现双极膜系统进料液质量浓度应不超过80 g/L、适宜的操作电压为18 V、适宜的进料液温度为25℃、进料液pH保持中性、更适合采用恒电压操作。此外,证实了以双极膜电渗析为核心的膜集成系统可实现高矿化度矿井水绿色资源化处理,以电渗析系统进料液总含盐量20 g/L为例,总的净收益为18604299元/a,且在耦合光伏电力供应系统时具有明显的二氧化碳减排效应,二氧化碳减排将超过3162 t/a,具有良好的经济效益和社会效益。 展开更多

关键词 高矿化度矿井水 集成膜系统 零排放 双极膜电渗析技术 矿井水资源化

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我国煤矿矿井水保护利用发展战略与工程科技 被引量：115

2

作者 顾大钊 李井峰 +5 位作者 曹志国 吴宝扬 蒋斌斌 杨毅 杨建 陈要平 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第10期3079-3089,共11页

我国煤炭开采对地下水资源的破坏是实现煤炭绿色开发和矿区生态文明建设需要解决的重大关键问题。通过调研咨询、统计分析、专家咨询等方式,系统分析了我国煤矿矿井水保护利用现状,提出了我国煤矿矿井水保护利用发展战略和工程科技。研... 我国煤炭开采对地下水资源的破坏是实现煤炭绿色开发和矿区生态文明建设需要解决的重大关键问题。通过调研咨询、统计分析、专家咨询等方式,系统分析了我国煤矿矿井水保护利用现状,提出了我国煤矿矿井水保护利用发展战略和工程科技。研究表明:目前我国吨煤开采产生矿井水为1.87 m^(3),每年产生煤矿矿井水约6.88×109 m^(3),煤矿矿井水平均利用率约为35%;根据煤炭产量发展趋势研究预测,2035年前我国煤矿矿井水每年可以稳定在6.0×109 m^(3)以上,煤矿矿井水将是我国长期稳定的非常规水资源,实现矿井水高效利用具有重大的经济社会效益。基于上述研究,提出了到2025年、2030年、2035年,我国煤矿矿井水利用率分别达到55%,70%,80%的总体目标;通过总结分析我国煤矿矿井水保护技术、矿井水处理与利用技术发展历程与趋势,提出了“2+5+5+3”的我国煤矿矿井水保护利用工程科技:即掌握“煤层开采覆岩断裂带发育规律与地下水运移机制”、“矿井水水-岩耦合化学作用机理”等2项基础理论;突破“地下水赋存精准探测技术”、“煤矿地下水库群建设与运行技术”、“充填开采技术材料与装备”、“高矿化度矿井水大规模低成本处理技术”、“含特殊组分矿井水精准处理技术”等5项关键技术;建立“蒙陕接壤区煤矿地下水库技术示范区”、“宁东、哈密高矿化度矿井水处理利用示范区”、“蒙东草原区矿井水保护利用示范区”、“华北平原区充填开采水资源保护示范区”、“两淮矿区废弃矿井水资源利用示范区”等5个矿井水保护利用示范区;到2035年实现“煤矿地下水库储水规模达到5.0×10^(8) m^(3)”、“充填开采技术成本下降50%”、“高矿化度矿井水零排放成本下降50%”等三大技术目标。同时对矿井水高效利用提出了政策建议和保障措施。 展开更多

关键词 矿井水 矿井水保护利用技术 煤矿地下水库 充填开采 工程科技

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爆炸冲击波和爆生气体的动态作用演化机制的实验与数值分析 被引量：1

3

作者 王雁冰 孔维文 +3 位作者 左进京 李林青 吴宝杨 陶志刚 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期248-260,共13页

在岩石爆破过程中,爆炸冲击波和爆生气体的波动机理尚不清楚。通过高速纹影系统和超压测试系统并结合AUTODYN数值模拟分析,对爆炸冲击波和爆生气体的波动机理开展研究。设计了不同炸药类型和装药结构下的5种药包,通过纹影照片直观地显... 在岩石爆破过程中,爆炸冲击波和爆生气体的波动机理尚不清楚。通过高速纹影系统和超压测试系统并结合AUTODYN数值模拟分析,对爆炸冲击波和爆生气体的波动机理开展研究。设计了不同炸药类型和装药结构下的5种药包,通过纹影照片直观地显示爆生产物的动态作用演化过程。对比分析5种情况下爆炸冲击波和爆生气体在流场中的波动变化,将数值模拟结果与纹影实验结果进行对比并反演了炸药内部爆轰波动过程。结果表明:爆炸冲击波与爆生气体一开始伴随扩展,并以起爆点为中心向外以球形传播。在传播过程中,爆炸冲击波与爆生气体逐渐分离,爆炸冲击波传播速度大于爆生气体的传播速度。在不同的装药结构情况下,爆炸冲击波和爆生气体的分离特征不同,分离的时间随药包外壳约束作用的增强而缩短。在不同的炸药类型情况下,爆炸冲击波和爆生气体的波动形态基本相同,但因炸药材料本身物理力学参数不同,所以爆炸冲击波和爆生气体传播过程中的速度和压力变化会有差异。当存在切口时,爆炸冲击波和爆生气体会优先从切口处向外传播,然后向其他方向进行绕流,切口方向的压力和速度都会变大,切口方向能量集中且管壁优先破坏,达到定向破坏的效果。数值模拟中爆炸冲击波和爆生气体的波动变化形态与纹影实验结果在形态上较为吻合。 展开更多

关键词 爆炸冲击波 爆生气体 高速纹影 动态演化 AUTODYN

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国外矿井水利用现状及特点分析 被引量：18

4

作者 李庭 李井峰 +3 位作者 杜文凤 郭奇峰 张英 李娜 《煤炭工程》 北大核心 2021年第1期133-138,共6页

利用方式和处理技术是影响矿井水利用的最主要因素,因此通过大量的文献和调查研究,对国外主要矿业国家的矿井水利用方式和处理技术进行了分析总结。目前国外矿井水利用方式除了自身生产利用外,主要还包括生活饮用水、工业用水、灌溉用... 利用方式和处理技术是影响矿井水利用的最主要因素,因此通过大量的文献和调查研究,对国外主要矿业国家的矿井水利用方式和处理技术进行了分析总结。目前国外矿井水利用方式除了自身生产利用外,主要还包括生活饮用水、工业用水、灌溉用水、环境用水、回注地下和用于蓄热等,同时矿井水达标外排也较为普遍。国外的矿井水利用处理技术主要包括反渗透、纳滤等主动处理技术和人工湿地、可渗透反应墙等被动处理技术,更重视对低能耗、低维护的被动处理技术的开发与应用。此外,国外发达国家还普遍重视对矿井水进行分类收集,对废弃矿井排水进行处理利用等。对国外现状的研究可给我国矿井水利用提供学习和借鉴。 展开更多

关键词 矿井水利用 水处理技术 煤矿 金属矿 主动处理 被动处理

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二氧化碳用于地质资源开发及同步封存技术综述 被引量：10

5

作者 包一翔 李井峰 +2 位作者 郭强 蒋斌斌 苏琛 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期84-95,共12页

以煤炭为主体的化石燃料目前占我国一次能源消费的80%以上,在“碳达峰、碳中和”目标下,二氧化碳捕集与封存技术(CCS)是二氧化碳(CO_(2))规模化减排的关键技术。对比了世界各国CCS工程应用的进展,全球目前共有164个CCS项目(分布在28个国... 以煤炭为主体的化石燃料目前占我国一次能源消费的80%以上,在“碳达峰、碳中和”目标下,二氧化碳捕集与封存技术(CCS)是二氧化碳(CO_(2))规模化减排的关键技术。对比了世界各国CCS工程应用的进展,全球目前共有164个CCS项目(分布在28个国家),正在运行的CCS项目有56个(分布在15个国家),美国、中国和英国是CCS项目总数排名前三的国家,正在运行的CCS项目数前三的国家为美国、中国和加拿大。介绍了CO_(2)用于石油、卤咸水、天然气、可燃冰等地质资源开发并同步实现不同程度地质封存的技术原理。CO_(2)驱油技术比传统生产方法碳强度低,同时能够利用原油采空区实现CO_(2)封存。深部卤咸水层的理论CO_(2)封存容量可实现保持大气中CO_(2)浓度约为450×10^(-6),卤咸水及其所含矿物元素均可转化为收益从而抵消一部分封存技术成本。采用CO_(2)驱替甲烷等气体时,岩层特性、注入压力和温度等决定了生产效率,天然气储存地层的密封性有助于减少CO_(2)在竖直方向的扩散和损失。探讨了CO_(2)地质封存协同高浓盐水处置、CO_(2)用于地下煤气化、CO_(2)用于干热岩开发技术。CO_(2)封存协同高浓盐水处置可实现二者同时减量,浓盐水中的高硬度可加快CO_(2)的碳酸化过程。CO_(2)用作气化剂,可调节合成气的组成,但气化过程较难控制,煤气化产生的地层空间可用于CO_(2)封存。CO_(2)用于干热岩开发可节省用水、减少管道结垢等,但CO_(2)较高损失率或导致封存效果不够理想。最后,总结了CCS面临的成套装备开发缺乏、技术原理认识不足、技术成本高、法律法规不完善等问题并对其应用潜力进行了展望。 展开更多

关键词 二氧化碳 地质封存 资源开发 同步封存

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我国闭坑煤矿矿井水水质演化研究进展与展望 被引量：1

6

作者 张海涛 许光泉 +4 位作者 陈晓晴 李旭 翟晓荣 李洋 李子璇 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3944-3959,共16页

随着我国煤矿矿井关闭数量的逐渐增加,闭坑矿井水水质恶化和污染问题日益突出,准确掌握闭坑矿井水水质演化规律及机制,是目前闭坑矿山可持续绿色发展的重大科学难题,也是地下水污染有效防控和水资源合理开发利用的重要前提。在回顾关闭... 随着我国煤矿矿井关闭数量的逐渐增加,闭坑矿井水水质恶化和污染问题日益突出,准确掌握闭坑矿井水水质演化规律及机制,是目前闭坑矿山可持续绿色发展的重大科学难题,也是地下水污染有效防控和水资源合理开发利用的重要前提。在回顾关闭矿井发展历史的基础上,首先阐述了我国关闭矿井的分布情况,之后分别对闭坑矿井水水质特征、水质演化规律及水质演化的多场作用等方面展开综述,最后对我国闭坑矿井水水质研究中存在的关键问题和应用方向进行了展望。研究结果表明:①截至2023年底,我国关闭矿井的数量已经上升到13000多个,主要分布在山西、河南、河北、山东、江苏和安徽北部等地区;②我国部分闭坑矿井水的pH、矿化度、硫酸盐、氟化物和铁锰重金属等水质指标含量超过Ⅲ类水标准,其中酸性矿井水(pH<6.5)主要分布在云贵、鲁西、山西等地区,高矿化度矿井水(TDS>1000 mg/L)主要分布在鲁西、山西、河南、两淮、蒙东、宁东、新疆等地区,硫酸盐矿井水(硫酸盐质量浓度>250 mg/L)主要分布在云贵、鲁西、山西、蒙东、宁东、神东、新疆哈密等地区,氟化物矿井水(F质量浓度>1.0 mg/L)主要分布在两淮、山西、神东等地区,铁锰重金属矿井水(Fe质量浓度>0.3 mg/L、Mn质量浓度>0.1 mg/L)主要分布在云贵、鲁西、山西、蒙东等地区。③在闭坑矿井被完全淹没之前,其水质在空间上会出现明显的分层现象,即浅部的优质水层、中部的过渡水层和深部的劣质水层,这主要与矿井采掘空间分布、地温梯度和盐度等因素有关。④煤矿关闭后,矿井水水质的演变过程大致可分为3个阶段,第Ⅰ阶段为矿井水中典型污染物(硫酸盐和铁离子)质量浓度快速上升达并到峰值阶段,第Ⅱ阶段为污染物浓度快速下降阶段,第Ⅲ阶段为矿井水水质与邻近含水层地下水水质背景值相同并保持相对稳定阶段。⑤系统总结了我国闭坑矿井水动力场、水化学场、微生物场和温度场的研究进展,指出了闭坑矿井多相(水−岩−气−生)多场(水化学场−水动力场−微生物场−温度场)耦合作用机制的研究还不充分。⑥提出了我国闭坑矿井水水质演化问题的研究仍然面临着水质演化规律和水质演化机制不清楚等关键科学问题。 展开更多

关键词 闭坑矿井 水质演化 分层现象 水污染 多相多场耦合

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煤矿地下水库岩石堆积效应对矿井水悬浮物去除规律研究

7

作者 蒋斌斌 李井峰 +3 位作者 马力强 吴敏 苏琛 李吉辉 《煤炭科学技术》 CSCD 北大核心 2024年第12期352-361,共10页

煤矿地下水库为煤炭开采过程中保障水资源的合理利用开辟了一条有效的技术途径。笔者以神东矿区大柳塔煤矿地下水库岩石和矿井水为研究对象,结合矿井水悬浮物去除模拟试验、计算流体力学–有限元分析耦合仿真模拟等研究手段,量化了岩石... 煤矿地下水库为煤炭开采过程中保障水资源的合理利用开辟了一条有效的技术途径。笔者以神东矿区大柳塔煤矿地下水库岩石和矿井水为研究对象,结合矿井水悬浮物去除模拟试验、计算流体力学–有限元分析耦合仿真模拟等研究手段,量化了岩石堆积效应对水体悬浮物去除的影响规律。结果表明:岩石堆积环境能改变矿井水流态特征,产生明显的回流区和低速区,从而延长悬浮物沉降距离,减弱水流的扰动,创造类自由沉降环境;在一定范围内,悬浮物浓度随沉降时间和距离的增加而逐渐减小,第6 m出水口的悬浮物质量浓度为20 mg/L,比初始浓度降低95.7%,且悬浮物稳态沉降时间为5 h,浊度为60 NTU,远小于空白模拟试验的9 h和350 NTU;沉降后悬浮物颗粒的平均径由14.99μm减小到2.02μm,比表面积由12.30 m^(2)/g增加到15.75 m^(2)/g;地下水库对悬浮物的去除作用主要包括过滤作用、沉降作用和吸附作用,使悬浮物沉降时间更短、效果更佳。该研究为煤矿地下水库出水水质特征预测和淤积防控提供理论依据。 展开更多

关键词 煤矿地下水库 悬浮物沉降 岩石堆积效应 仿真模拟 流态分布特征

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HSRO■技术在脱硫废水零排放中的设计及应用 被引量：1

8

作者 王海棠 罗纯仁 +4 位作者 陈成 程子洪 曹志国 方杰 钟振成 《现代化工》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期218-220,224,共4页

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... 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。 展开更多

关键词 HSRO 脱硫废水 零排放 极限浓缩 浓盐水

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神东矿区矿井水灌溉适宜性空间分布特征 被引量：1

9

作者 郭洋楠 《矿业科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期561-572,共12页

神东矿区位于我国西北地区,气候干旱,水资源匮乏,大量矿井水被用于矿区生态灌溉。针对矿井水灌溉适宜性,通过矿区矿井水现场采样和水化学测试,分析了水质参数的空间分布规律及水化学类型,分别应用钠离子吸附比(SAR)、可溶性钠百分比(K_(... 神东矿区位于我国西北地区,气候干旱,水资源匮乏,大量矿井水被用于矿区生态灌溉。针对矿井水灌溉适宜性,通过矿区矿井水现场采样和水化学测试,分析了水质参数的空间分布规律及水化学类型,分别应用钠离子吸附比(SAR)、可溶性钠百分比(K_(Na))、凯利比率(KR)、渗透率指数(PI)、残余碳酸钠(RSC)、镁吸附比(K_(Mg))单指标法以及USSL图解法、Wilcox图解法进行了长期生态灌溉适宜性预测评价,同时结合矿区地下水位埋深、土壤质地类型以及气候条件,讨论了指标的适用性。研究结果表明,神东矿区矿井水中主要离子质量浓度排序,阳离子为Na^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)、K^(+),阴离子为HCO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)、Cl^(-)、NO_(3)^(-);矿井水整体上呈弱碱性,Cl^(-)、NO_(3)^(-)离子浓度在空间上变化较显著;Na^(+)、Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、溶解性总固体(TDS)、电导率(γ)之间、Ca^(2+)与Mg^(2+)之间存在较强的正相关性,F^(-)与Ca^(2+)、Mg^(2+)之间具有一定的负相关性;矿井水主要水化学类型为NaHCO_(3)型,化学成分主要受到离子交换作用以及蒸发作用的影响;矿井水中Na^(+)、SO_(4)^(2-)、Ca^(2+)、Mg^(2+)相对富集,且Cl^(-)、F^(-)、TDS和γ存在超标;矿区地下水和地表水渍涝共同影响下的盐分积累作用不明显,土壤板结问题不突出,PI法、USSL图解法不适宜本区灌溉水质评价;基于Wilcox图解法的评价结果,哈拉沟矿、石圪台矿及大柳塔井的矿井水适宜作为灌溉水,补连塔矿、上湾矿、布尔台矿、乌兰木伦矿及活鸡兔井的矿井水不宜长期直接用于灌溉。研究结果对于合理开发利用矿区矿井水资源具有理论与实际意义。 展开更多

关键词 神东矿区 矿井水 水化学 灌溉水质

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矿井水反渗透系统阻垢剂成分与阻垢机制

10

作者 李曈 徐梦兰 +4 位作者 赵悦 任舒阳 王霄 郭开祥 李从举 《工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第6期1004-1011,共8页

矿井水反渗透浓水中阻垢剂可以抑制Ca^(2+)、Mg^(2+)结晶沉淀导致双碱法投药量高、除硬效果差,影响后续蒸发结晶分盐效果.探究反渗透系统中阻垢剂成分及阻垢机制是实现Ca^(2+)、Mg^(2+)脱稳、解决深度除硬与零排放问题的关键.本文首先... 矿井水反渗透浓水中阻垢剂可以抑制Ca^(2+)、Mg^(2+)结晶沉淀导致双碱法投药量高、除硬效果差,影响后续蒸发结晶分盐效果.探究反渗透系统中阻垢剂成分及阻垢机制是实现Ca^(2+)、Mg^(2+)脱稳、解决深度除硬与零排放问题的关键.本文首先测定反渗透浓水水质条件,通过超滤分级、傅里叶红外光谱(FT-IR)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)和三维荧光光谱(EEM)分析得出溶解性有机物主要为分子量<3 kDa且含有羧基、醇/酚羟基与不饱和烃结构的微生物代谢产物和类腐殖酸物质;根据13C和31P核磁共振(NMR)谱化学位移特征(甲基碳、季碳和C—PO_(3)H_(2)结构),确定阻垢剂主要成分为羟基乙叉二膦酸(HEDP);吸附去除88.55%总磷和38.86%COD后,双碱滴定结果表明,Ca^(2+)沉淀完全所需CO^(2)_(-3)的投加量从2845.8减少至826.8 mg·L^(-1),表明HEDP主要阻止Ca^(2+)结晶成垢;重新利用HEDP复配,CO^(2)_(-3)投加量仅增加至1626.3 mg·L^(-1),说明吸附去除的部分有机物具有一定分散作用,可以抑制溶液中Ca^(2+)结晶团聚.HEDP与溶解性有机物的协同阻垢机制,为矿井水反渗透浓水中Ca^(2+)、Mg^(2+)深度去除提供重要理论依据和调控策略. 展开更多

关键词 反渗透浓水 阻垢剂 羟基乙叉二膦酸 核磁共振 阻垢机制

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基于同位素的神东矿区植物吸水深度及生态水位研究

11

作者 赫云兰 杨英明 +3 位作者 王玺凯 李可新 房鲁鹭 刘卓鸣 《煤炭工程》 北大核心 2024年第4期199-203,共5页

为了研究神东矿区煤炭开采造成的地下水位下降是否会对地表植被的生存产生威胁,以神东矿区分布最广泛的植物沙蒿为研究对象,采用水稳定同位素示踪技术研究神东矿区成年沙蒿的根系吸水深度,通过MixSIAR同位素混合模型分析成年沙蒿的土壤... 为了研究神东矿区煤炭开采造成的地下水位下降是否会对地表植被的生存产生威胁,以神东矿区分布最广泛的植物沙蒿为研究对象,采用水稳定同位素示踪技术研究神东矿区成年沙蒿的根系吸水深度,通过MixSIAR同位素混合模型分析成年沙蒿的土壤水分吸收策略。结果显示,研究区成年沙蒿的吸水的极限深度为2.5~3 m,沙蒿会较均匀的吸收不同深度的土壤水分,但其水分利用策略也会受到土壤含水率高低的影响。该研究揭示了研究区成年沙蒿的根系吸水深度和水分利用策略,从植物角度说明了该区域生态水位的下限是2.5~3 m。 展开更多

关键词 同位素 半干旱煤矿区 根系吸水深度 植物水分利用 生态水位

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布尔台煤矿采空区土地复垦对涌水量的影响及灌溉水回归系数研究

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作者 杨茂林 吴宝杨 汪定武 《中国煤炭》 北大核心 2024年第8期223-234,共12页

矿山土地复垦是解决矿山生态环境问题的主要途径之一,土地复垦后大量灌溉水涌入采空区,增大的矿井涌水量影响矿井安全。为研究煤矿采空区上部土地复垦对矿井涌水量的影响,确定采空区灌溉水回归系数,协调矿区灌溉复垦与煤矿生产关系,采... 矿山土地复垦是解决矿山生态环境问题的主要途径之一,土地复垦后大量灌溉水涌入采空区,增大的矿井涌水量影响矿井安全。为研究煤矿采空区上部土地复垦对矿井涌水量的影响,确定采空区灌溉水回归系数,协调矿区灌溉复垦与煤矿生产关系,采用室外试验、数值模拟的方法开展采空区灌溉水回归系数研究。研究结果表明,在多年平均气象条件下,研究区黄土和砂土地区灌溉水回归系数分别为30.30%和30.38%,灌溉水需要424 d到达采空区。灌溉水达到采空区所需时间受松散层厚度以及导水裂缝带发育高度的影响,所需时间与松散层的厚度呈正比,与导水裂缝带发育高度成反比。灌溉水入渗过程存在明显的滞后效应,即松散层越厚,滞后效应越明显、月灌溉水回归系数波动越小。 展开更多

关键词 煤矿采空区 土地复垦 矿井涌水量 灌溉水回归系数 入渗过程

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蒙东典型大型露天矿生态储存指标体系及过程分析——以宝矿、敏矿、胜利矿为例 被引量：6

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作者 赵玉国 吉莉 +3 位作者 董霁红 房阿曼 曹志国 张峰 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期271-280,共10页

为研究草原矿区不同开采时期的生态状况,选取自然条件及开采现状较为相似的、具有不同开采年份的3个大型露天矿宝日希勒露天矿(20 a)、伊敏露天矿(36 a)、胜利一号露天矿(45 a),在初步划定各矿区生态敏感区的基础上,基于生态服务价值分... 为研究草原矿区不同开采时期的生态状况,选取自然条件及开采现状较为相似的、具有不同开采年份的3个大型露天矿宝日希勒露天矿(20 a)、伊敏露天矿(36 a)、胜利一号露天矿(45 a),在初步划定各矿区生态敏感区的基础上,基于生态服务价值分析,结合生态储存状态、过程、能力、格局及条件指标,综合评价对比各矿区的生态储存效应。研究结果表明:①宝矿、敏矿、胜利矿矿区生态服务价值变化幅度分别为-4212.19、1915.68、-2491.49元/a;生态储存状态指标显示,宝矿、敏矿、胜利矿的矿区生态系统单位面积生态服务价值分别以83.68、75.38、48.01元/(hm^(2)·a)的速度发生退化。②三个矿生态储存转化率均为负值,生态系统呈现高服务功能向低服务功能转换的过程,生态储存过程均呈现消极转化趋势;宝矿、敏矿、胜利矿生态储存能力值分别为-410、-310、-240元/(hm^(2)·a),其中胜利矿具有相对较好的生态储存能力;三个矿的生态储存格局值较为接近,宝矿、敏矿、胜利矿生态储存条件值分别为0.37%、0.69%、0.62%。③生态储存效应综合指数显示,敏矿综合指数相对较高为4.37,宝矿次之、胜利矿相对较低为1.65,表明土地利用对区域生态储存影响伊敏矿最小,胜利矿最大。研究结果有利于及时采取应对措施以减缓矿区生态效应的累积趋势,促进煤炭开采与草原生态的协调发展。 展开更多

关键词 露天煤矿 生态储存 指标体系 过程分析 生态累积效应

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破碎岩体水沙两相渗透特性研究进展 被引量：5

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作者 杜锋 曹正正 李振华 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2018年第7期48-53,共6页

为了研究西部矿区浅埋煤层采动破碎岩体诱发的突水溃沙灾害机理,根据两相流相关理论,分析了破碎岩体水沙两相渗流的特征及适用理论模型,提出了破碎岩体水沙两相渗流主要渗透特性参量,研究了破碎岩体水沙两相渗透特性参数的提取方法及不... 为了研究西部矿区浅埋煤层采动破碎岩体诱发的突水溃沙灾害机理,根据两相流相关理论,分析了破碎岩体水沙两相渗流的特征及适用理论模型,提出了破碎岩体水沙两相渗流主要渗透特性参量,研究了破碎岩体水沙两相渗透特性参数的提取方法及不同粒径破碎岩体渗透特性参数变化规律。研究结果表明:(1)破碎岩体水沙两相渗流为典型的非Darcy渗流、非Newton流体,适宜采用双流体连续介质模型;(2)破碎岩体水沙两相渗流特性主要参数为流度、非Darcy流β因子和加速度系数;(3)在沙相压力梯度构造时间序列和渗流速度时间序列基础上,结合数值分析等方法可以有效提取水沙两相渗透特性参数;(4)随着破碎岩体粒径增大,水沙两相非Darcy流β因子和加速度系数随之减小,流度随之增加。 展开更多

关键词 突水溃沙 破碎岩体 水沙两相渗流 渗流特性

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矿井水影响下粗砂岩力学性能变化规律研究 被引量：8

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作者 吴宝杨 刘康 郭东明 《矿业科学学报》 2020年第6期632-637,共6页

地下水库是矿井地下水处理的有效措施之一,但矿井水对水库坝体力学性能具有弱化效应,威胁着地下水库的安全稳定。因此,有必要开展矿井水作用下岩石力学性能劣化规律研究。本文以灵新煤矿地下水库为背景,通过室内试验研究,分析了矿井水... 地下水库是矿井地下水处理的有效措施之一,但矿井水对水库坝体力学性能具有弱化效应,威胁着地下水库的安全稳定。因此,有必要开展矿井水作用下岩石力学性能劣化规律研究。本文以灵新煤矿地下水库为背景,通过室内试验研究,分析了矿井水浸泡下粗砂岩力学性能的劣化规律。结果表明:浸泡试件的质量变化与比表面积、填隙物和岩石矿物成分有关。较小水压下,粗砂岩的渗透率呈指数型衰减。但随着水压的进一步增加,堵塞孔隙的颗粒被冲刷,渗透率开始增加;水压越大,渗透率升高幅度越大。随着浸泡时间的增加,岩石抗拉强度存在快速劣化段;之后趋缓,并呈线性劣化趋势。单轴抗压强度呈现先快速减小、后略微增加、再减小的规律。粗砂岩的力学性能劣化是矿井水渗入岩石节理,与填隙物发生水化膨胀以及溶解岩石中部分矿物引起。单轴抗压强度增加阶段与孔隙堵塞引起的孔隙水压力有关。 展开更多

关键词 矿井水 浸泡 粗砂岩 力学性能 劣化规律

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煤矿地下水库高盐矿井水封存对地下水的影响 被引量：6

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作者 吴宝杨 李全生 +4 位作者 曹志国 郭强 孔军峰 武书泉 张宗鲜 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期2360-2369,共10页

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... 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,高浓度盐水首先在裂隙采空区流动,随后沿着覆岩断裂裂隙进入K4含水层,并最终在K4含水层及其邻近覆岩断裂裂隙中流动,渗流场离K3含水层较远。浓度场在自身重力所用下10 a后扩散速度有所减缓,在50 a内,浓度场主要在K4含水层邻近覆岩、K4含水层和底部泥岩中扩散,只有微量高盐矿井水会扩散至K3含水层中。 展开更多

关键词 地下水库 高盐矿井水 裂隙渗流 浓度扩散 含水层

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煤矿地下水库人工坝体安全多层次模糊综合评价研究 被引量：13

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作者 孔祥松 方杰 +3 位作者 蒿晓林 吴宝杨 张浩琛 王栓 《煤炭工程》 北大核心 2019年第9期158-161,共4页

基于煤矿地下水库人工坝体安全评价包含多种因素、准则和层次复杂的情况,为了准确评价坝体安全稳定性,提出了人工坝体安全多层次模糊综合评价模型。在该模型中,通过文献研究、访谈专家的方式分析了影响煤矿地下水库人工坝体安全的关键因... 基于煤矿地下水库人工坝体安全评价包含多种因素、准则和层次复杂的情况,为了准确评价坝体安全稳定性,提出了人工坝体安全多层次模糊综合评价模型。在该模型中,通过文献研究、访谈专家的方式分析了影响煤矿地下水库人工坝体安全的关键因素,建立坝体安全综合评价指标体系,采用层次分析法计算各层级因素的权重,建立比较判断矩阵并满足一致性检验;根据坝体安全评语集,以模糊理论为基础结合专家调查表,确定评价因素隶属度、评价矩阵并综合评价。应用该模型对神东矿区大柳塔矿地下水库人工坝体安全现状进行评价,结果表明坝体处于安全状态。 展开更多

关键词 煤矿地下水库 坝体安全 层次分析法 模糊评价

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絮凝剂的研究进展及其在煤矿矿井水处理中的应用 被引量：5

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作者 李雪佳 唐佳伟 +3 位作者 李杰 郭强 王小龙 李井峰 《工业水处理》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期93-103,共11页

随着我国煤炭开采规模的扩大、开采深度的增加以及开采区域的西延,煤矿矿井水水量逐年增多,水质也呈现出复杂多样化的特点。与此同时,我国生态环保要求日益严格,煤矿区排水水质标准也大幅提高,给煤矿矿井水处理和矿用絮凝剂的开发与使... 随着我国煤炭开采规模的扩大、开采深度的增加以及开采区域的西延,煤矿矿井水水量逐年增多,水质也呈现出复杂多样化的特点。与此同时,我国生态环保要求日益严格,煤矿区排水水质标准也大幅提高,给煤矿矿井水处理和矿用絮凝剂的开发与使用提出了更高的要求。系统梳理了絮凝剂的研究进展,阐述了其在煤矿矿井水处理中的应用与挑战,并针对应用中的问题提出了未来的研发方向。为了满足新需求、适应新形势,新型矿用絮凝剂未来会向多功能、高效率、低成本及绿色环保的方向发展,并且优先考虑絮凝性能和环保要求,在满足处理水质需求和效率最大化的基础上,对其成本进行有效控制。 展开更多

关键词 煤矿矿井水 絮凝剂 絮凝

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含水率影响下砂质泥岩直剪特性及声发射特征 被引量：20

19

作者 姚强岭 王伟男 +2 位作者 杨书懿 方杰 周保精 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期2910-2922,共13页

剪切破坏是煤矿开采中岩石破坏的主要类型之一。开采扰动引起顶板覆岩结构与完整性遭到破坏,致使含水层以层间径流向垂向径流转变,水-岩作用下岩石剪切破坏特征将发生显著改变。为研究水作用下岩石剪切破坏特征演化规律,以神东矿区乌兰... 剪切破坏是煤矿开采中岩石破坏的主要类型之一。开采扰动引起顶板覆岩结构与完整性遭到破坏,致使含水层以层间径流向垂向径流转变,水-岩作用下岩石剪切破坏特征将发生显著改变。为研究水作用下岩石剪切破坏特征演化规律,以神东矿区乌兰木伦煤矿3-1煤顶板砂质泥岩为研究对象,通过薄片显微鉴定试验得到了其组分及微结构特征;结合无损浸水试验装置测试了其含水率随时间变化规律,确定了砂质泥岩含水率状态,为研究含水率影响下砂质泥岩直剪特性演化规律提供了可能;利用自制的岩石直剪试验系统,并结合声发射监测结果,探讨了含水率影响下砂质泥岩直剪变形破坏规律、强度损伤及声发射特征。结果表明:砂质泥岩具有水平层理构造,其中的粉砂质碎屑质量分数为40%,泥质质量分数为60%,黏土矿物主要为高岭石和伊蒙混层,占整体矿物成分的75%;根据岩样含水率随浸水时间变化规律,将其划分为快速增长(0~18 h)、缓慢增长(18~42 h)和稳定(42 h~)3个阶段;随着含水率增加,岩样抗剪强度、黏聚力和内摩擦角分别呈指数、负指数和线性降低;由干燥到饱和,黏聚力和内摩擦角分别下降77.9%和33.3%;随着含水率增加,岩样声发射累计计数逐渐减小,破坏后宏观主裂隙平整度降低;峰值破坏阶段低含水率岩样产生大尺度张拉裂隙,高含水率岩样产生小尺度张拉裂隙。 展开更多

关键词 水-岩作用 直剪 MOHR-COULOMB准则 声发射 显微特征

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我国西部生态脆弱矿区煤-水共采问题分析 被引量：16

20

作者 姚强岭 汤传金 刘梓昌 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第12期225-232,共8页

煤炭在我国能源结构中占有主导地位,是我国能源战略安全的重要组成部分。我国煤炭能源时空赋存特征及国内外政治经济环境决定了当前以西部生态脆弱矿区煤炭资源开发为主的格局,该区域已成为我国煤炭能源供给的重要战略基地。根据已有的... 煤炭在我国能源结构中占有主导地位,是我国能源战略安全的重要组成部分。我国煤炭能源时空赋存特征及国内外政治经济环境决定了当前以西部生态脆弱矿区煤炭资源开发为主的格局,该区域已成为我国煤炭能源供给的重要战略基地。根据已有的研究成果可知,大规模高强度开发已超过该区域部分矿区的生态环境承载能力,极有可能造成生态环境的不可逆破坏。我国能源的赋存特征又决定了必须科学有序开发该区域煤炭资源,兼顾考虑国家能源战略安全与生态环境长期稳定与恢复是当前亟待解决的关键科学问题。其中,保水开采与采空区储水(地下水库)技术的推广应用在一定程度上缓解了煤炭开采与生态环境保护的矛盾。但是,从长远来看,该矛盾将伴随着煤炭开采全生命周期及其后煤炭开采时期。分析认为,应建立国家西部生态脆弱矿区煤炭资源开发与环境保护协调中心,由国家发改委能源局主导协调多部门参与,以煤炭开采与生态环境保护为主线,制定考虑生态环境承载能力的煤炭开采中长期规划,建立开采前充分论证评价,开采中与开采后连续监测的全周期煤炭开采技术体系;同时,应加大该区域煤炭开发的科技投入,采矿、生态环境保护与监测、人工智能等多学科交叉融合解决煤炭开采与生态环境保护矛盾。 展开更多

关键词 煤炭开发 西部矿区 生态环境保护 煤-水共采 生态脆弱矿区

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