《煤炭科学技术》虚拟专题 | 一键下载 | 2023~2024年低碳减损绿色开采成果

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《煤炭科学技术》虚拟专题 | 一键下载 | 2023~2024年低碳减损绿色开采成果

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为实现碳达峰、碳中和的长远目标，煤炭行业需要大力推行清洁生产，将煤炭清洁高效开发作为能源转型发展的立足点和首要任务。基于此，《煤炭科学技术》编辑部整理了近2年30篇充填开采、注浆减沉开采、煤与瓦斯共采等低碳减损绿色开采成果，以飨读者。

行业视野: 煤炭科学技术
类别; 126个
关键词; 164位
专家; 29篇
论文; 5289IP
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采空区煤矸石浆体充填技术研究进展与展望

作者(Author)：朱磊, 古文哲, 宋天奇, 潘浩, 刘治成, 张鹏, 何志伟

摘要：煤矸石浆体充填是一种低干扰条件下矸石无害化规模处置的重要技术手段，是实现煤炭绿色开采的重要途径之一，符合国家绿色发展理念。但针对浆体充填材料制备缓存、浆体长距离输送及采空区充填处置等方面的研究仍不完善，部分问题的研究尚属空白，严重制约浆体充填技术在煤矸石固废处置领域的发展。通过近年来研究，煤矸石浆体充填在基础理论及关键技术均取得了大量的成果。文章系统性地梳理了多种煤矸石充填固废处置技术及其发展历程，总结了其适用性及优缺点，阐述了浆体充填诞生的技术背景及科学内涵，明确了浆体充填关键技术与工艺原理。从大规模推广应用角度出发，总结了浆体材料精准制备与流变特性、矸石浆体长距离管输特征、采空区空隙空间浆体介入规律3 项关键科学问题，围绕以上关键科学问题，重点开展了精准制浆技术、管道输送技术、浆体多位充填技术等方面的研究。分析了多因素耦合条件矸石浆体流变特性，揭示了矸石浆体成浆机理，构建了矸石浆体精准制备模型，提出了矸石浆体管道输送关键参数确定方法，总结了高位、低位、邻位3 种形式的浆体流动扩散规律，进而指导浆体充填工程实践。在以上研究基础上，分析了浆体充填技术当前研究的不足及未来研究的重点难度，并对“双碳”背景下煤矸石浆体充填技术的发展趋势进行了展望，认为以下3 个方向是今后研究的重点：①矿化CO2 制备负碳浆体技术；②基于MICP 技术的浆体重构岩层技术；③浆体置换难采煤体流态化开采技术。

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煤炭科学技术

2023年第02期

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基于导水裂隙扩展−重金属离子迁移的短壁块段式充填保水采煤机理研究

作者(Author)：张云, 刘永孜, 来兴平, 宋天奇, 张雷铭, 孙浩强, 万培烽, 詹睿

摘要：短壁块段式充填采煤技术可有效解决煤炭资源浪费、水资源流失和矸石堆积等问题，然而，采空区矸石充填材料受到矿井水的长期作用后，其内部重金属离子可能会发生浸出，对矿区水资源造成一定潜在污染影响。为此，结合短壁块段式充填采煤技术，系统地对采动造成的水资源流失和水资源污染综合防治展开研究。首先，针对矿区水资源流失防治，基于“煤柱、充填体−阻隔层−隔水层”的层位组合关系，研究短壁块段式充填采煤覆岩导水裂隙发育特征，揭示短壁块段式充填采煤诱发的覆岩结构演变下水资源保护的控制机理。其次，针对矿区水资源污染防治，建立采空区矸石充填材料重金属离子迁移模型，揭示矸石充填材料对水资源的污染机理，分析矸石充填材料重金属离子迁移规律。并由此总结矿区水资源流失-污染综合防治技术，提出基于水资源流失−污染防治的充实率设计方法。结果表明：在水资源流失防治方面，矸石材料作为充填体充入采空区后，作为永久承载体与块段间保护煤柱共同承担上覆岩层的载荷，有效阻止了低位岩层组的垮落，限制覆岩导水裂隙贯穿隔水层，确保高位岩层组的完整性；在水资源污染防治方面，矸石充填材料重金属离子在渗流、浓度、应力的耦合作用下，以矿井水为载体，在重力势能和水头压力的驱动下沿着煤柱侧向以及底板下方进行迁移运动，且重金属离子迁移距离随底板岩层渗透率、重金属离子浸出浓度/污染源强、底板裂隙深度和水位高度的增大而增大，随矸石粒径和围岩应力的增大而减小。基于此，总结了矿区水资源流失−污染综合防治技术，包括开采参数调控技术、充填参数调控技术、污染源头调控技术、传播途径调控技术以及水体原位调控技术，并提出基于水资源流失−污染防治的充实率设计方法，实现矿区水资源流失−污染综合防治。研究成果对综合防治煤炭开采造成的矿区水资源破坏问题提供一定的科学理论依据和工程指导。

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煤炭科学技术

2023年第02期

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平顶山矿区深部动力灾害防治与资源绿色开采

作者(Author)：张建国, 王满, 张国川, 杨国和, 张晋京, 牛泽华

摘要：中国平煤神马集团开采的平顶山矿区是我国煤矿深部开采的典型代表，历经70 a的发展，集团始终坚持以科技力量引领生产，以技术装备保障安全，对瓦斯的认识不断深化，走过了“被动防、主动治、绿色用”三大阶段，动力灾害监测预警技术能够超前研判灾害发生概率，预测不发生动力灾害准确率达到100%，发生动力灾害准确率达80%，使瓦斯灾害可防可控；低渗煤层瓦斯的高效增透抽采技术使瓦斯治理周期由24个月缩至8个月，吨煤瓦斯治理成本降低了60%；瓦斯“抽采—发电—制冷”一体化绿色开发利用技术有效降低巷道温度5～10℃，瓦斯抽采浓度提升到50%，保障了矿井冬季取暖和夏季制冷，日均节省用电消耗6万kW·h，既消除了瓦斯威胁，使矿井瓦斯变害为宝，又保障国家煤炭供应安全，符合“双碳”目标的发展需求。未来，集团将以深部动力灾害的防治为基础，积极推进煤炭转型绿色利用，构建以炼焦煤资源安全开采、高效分选、绿色转化的产业化道路，推进企业快速转型升级，打造领跑行业的科研创新平台，保障国家能源供应安全、紧跟社会经济发展步伐。

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煤炭科学技术

2023年第01期

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平原煤粮主产复合区煤矿开采和耕地保护协同发展研究现状及对策

作者(Author)：郭广礼, 李怀展, 查剑锋, 刘文锴, 胡青峰, 王方田, 陈超, 张沛沛, 张会娟, 张秋霞

摘要：耕地是粮食安全的基础，煤炭是能源安全的保障。我国煤炭和耕地资源分布重合的煤粮复合区面积约占耕地总面积的42.7%，煤炭开采与耕地保护之间的矛盾十分突出。如何实现煤矿开采与耕地保护协同发展是我国煤粮复合区亟待解决的瓶颈难题。从平原煤粮复合区采动耕地损毁机理、采动耕地破坏程度评价、开采沉陷控制技术等3个方面分析了煤矿开采和耕地保护协同发展的研究现状与存在问题。在此基础上结合耕地保护面积大、变形耐忍度高等特点，提出了一种面向煤矿开采和耕地保护协同发展的源头控制与修复治理有机结合的绿色开采区域性岩层及地表变形控制技术途径，建立了相应的地表变形预测及控制设计方法，并指出了平原煤粮复合区煤矿开采和耕地保护协同发展的重点研究方向：平原煤粮复合区耕地采损驱动机制、采煤沉陷耕地防护阈值体系、面向耕地保护的煤矿绿色开采区域沉陷协调控制理论与方法，以期推动煤粮主产复合区煤矿绿色开采与耕地保护协同发展。

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煤炭科学技术

2023年第01期

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东部草原区露天煤矿减损开采与生态系统修复技术及应用

作者(Author)：李全生, 李淋

摘要：东部草原区是我国重要的煤能源基地，煤炭开发为东北区能源保供和我国经济发展做出了巨大贡献。东部草原区气候酷寒干旱、土壤瘠薄、植被抗扰动能力低，而煤炭大规模开发导致了当地草原退化和水位下降等问题，因此开展了东部草原区露天煤矿减损开采与生态系统修复研究，提出了露天煤矿源头减损-过程控制-末端治理的生态修复理念，研发了开采节地减损、物料跨时空调配储用和“生态窗口期”协同修复等技术，并在胜利露天矿和宝日希勒露天矿进行技术应用和示范。结果表明：胜利露天矿原排土工作帮坡角提高了2.9°，可开展生态修复时间提前0.9 a，采场占地面积缩小75.2 hm2；仅在宝日希勒露天矿南帮实施冻结期靠帮开采-快速回填技术多回收煤炭资源69.55万t，占年生产能力的2%，在满足露天矿生产能力的前提下少征地2.4 hm2/a。研究成果为相似露天矿开展减损开采与生态修复工作提供了技术支撑，具有广泛的应用和推广价值。

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煤炭科学技术

2023年第01期

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