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论“碳、水、环”约束下的煤炭减损开采地质保障
1
作者 王双明 李识博 +6 位作者 孙强 侯恩科 耿济世 师庆民 王生全 周书涛 郑鑫超 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第1期1-11,共11页
受“缺油,少气,相对富煤”能源资源禀赋制约,煤炭开发是中国能源安全的兜底保障。当前,煤炭开发中,碳排放增加、水资源损害和水质污染、生态环境损害等是制约煤炭工业高质量发展的“碳、水、环”三重约束难题,如何协调煤炭资源的安全开... 受“缺油,少气,相对富煤”能源资源禀赋制约,煤炭开发是中国能源安全的兜底保障。当前,煤炭开发中,碳排放增加、水资源损害和水质污染、生态环境损害等是制约煤炭工业高质量发展的“碳、水、环”三重约束难题,如何协调煤炭资源的安全开采和绿色开采,保障“碳达峰、碳中和”、生态文明建设和美丽中国的战略需求,成为煤炭工业高质量发展亟待破解的瓶颈。围绕煤炭开采地质条件演化和多圈层结构响应,提出了破解煤炭安全开采、环境保护和可持续发展问题的“6R”(可恢复“Recover”、可再用“Reuse”、可减损“Reduce”、可再储“Restore”、可循环“Recycle”、可再生“Renewable”)开发理念和煤矿区资源安全、绿色开采和减损地质保障的科学内涵和研究思路,主要内容包括:明晰煤炭开采地质条件的演化规律,厘清安全开采与绿色开采的关系,建立煤炭安全开采和绿色开采的协调机制,应用地质工程手段保障煤炭安全减损开采和绿色开采,形成煤炭开发、多资源利用、水土保护、生态屏障、土地安全等一体化的全链条调控策略和开发理念;基于安全开采和绿色开采协调的“碳、水、环”约束下煤炭开采区采动影响地质结构和地质条件功能再利用理念,建立基于煤炭开采区地质结构保护与煤炭安全、绿色开采的多方位、全时空监测-预测-预警体系,剖析减损开采的地质主控因素,提出关键岩层组合关系和隔水封闭层位的动态评价和保护与修复方法,形成基于关键岩层和隔水层损害程度、宏观裂隙形态与地下水导流能力控制的减损开采理论与模式;推进“煤炭安全、绿色开发→地质条件保护、修复、利用→资源再利用和可持续发展”全周期和全链条减损保障研究,通过开采调控、岩层控制、工程防治和修复重构,形成多圈层功能服务的煤矿区地质条件保护和重构技术及理论,打造“碳、水、环”约束下地质条件再利用的煤炭开采区“碳-水-生态-能源”的储蓄库,发展人地和谐和产业可持续开发模式。“碳、水、环”约束下的煤炭减损开采地质保障研究,服务于煤炭安全、绿色开采和地质环境保护、经济社会可持续发展,实现煤炭开采区地表生态和谐与地下空间功能利用,形成能源安全牵引、减碳低碳驱动、水资源和水环境保护、生态环境和谐下的煤矿区可持续发展的全链条开发减损地质保障格局。 展开更多
关键词 “碳、水、环”三重约束 多圈层响应 减损机制 煤炭开采地质保障 全链条综合开发
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煤炭原位开发地质保障 被引量：14
2
作者 王双明 孙强 +5 位作者 胡鑫 耿济世 薛圣泽 刘浪 师庆民 魏江波 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2024年第1期1-11,共11页
“双碳”目标下,面对“缺油、少气、相对富煤”的资源禀赋特征,煤炭在一段时期内仍占据中国的主体能源地位,但煤炭的低碳、清洁开发转型势在必行。地下原位热解、气化、干馏、制氢等方式有望成为未来煤炭开发的重要抓手。当前对煤炭原... “双碳”目标下,面对“缺油、少气、相对富煤”的资源禀赋特征,煤炭在一段时期内仍占据中国的主体能源地位,但煤炭的低碳、清洁开发转型势在必行。地下原位热解、气化、干馏、制氢等方式有望成为未来煤炭开发的重要抓手。当前对煤炭原位开发已有较多探索,但地质选址和开发过程的地质安全性、可靠性和环保性仍是制约其规模化和商业化的科学难题。因此,煤炭原位开发地质保障的理论和技术研究亟待深入。秉持“安全、经济、环保、可持续”原则,从煤炭资源禀赋特征和地质条件出发,分析了煤炭原位开发研究现状;基于煤炭开发全生命周期的科学理念,提出了“煤炭原位开发地质保障”的科学内涵;在查明采前地质条件的基础上,从物理机制角度揭示深部原位开发过程中围岩地质体响应特征和损害规律,阐明原位开发中岩体工程地质力学行为,构建原位开发地质条件动态评价模型,形成原位开发减损保障策略和方法,提出原位开发空间的再利用途径,并以煤炭地下气化和地下热解2种开发模式为例阐述了原位开发阶段性,明确了原位开发区设计的地质条件要素,强调开发过程中实时动态监测和评价围岩地质体响应保证开发区密封性与安全性,实现地质条件时空演化的评价及地质风险可控性,此外注重协同开发深部热能与共伴生资源,实现残余资源利用和地下空间再利用。煤炭原位地质保障研究体现了资源赋存条件、地质环境约束、原位开发技术、地质风险防控、资源协同开发等层面的要求,突出了原位扰动条件下的地质条件变化,强调开发扰动与地质体结构的整体研究,理解原位开发时空效应范畴的多相场耦合损伤机制,从多圈层角度揭示原位开发扰动效应下地质风险模式,破解资源开发与地质环境制约之间矛盾,对于推动未来煤炭低碳开发,实现煤炭工业高质量发展具有重要的理论和实践指导意义。 展开更多
关键词 深埋煤层 原位开发 碳中和 地质储能
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煤炭开采地质体复合损害与减损保障
3
作者 王双明 孙强 +8 位作者 胡鑫 耿济世 侯恩科 王生全 周书涛 师庆民 袁士豪 陈凯 宋世杰 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第1期1-11,共11页
【目的和背景】煤炭长期处于我国主体能源地位。随着近年开采规模和强度的增大,煤炭开采区岩石、土壤、水圈、生态环境的关联程度得到强化,急需从地球系统科学的理念出发,理解煤炭安全开采和绿色开采中围岩移动变形、冲击地压、煤与瓦... 【目的和背景】煤炭长期处于我国主体能源地位。随着近年开采规模和强度的增大,煤炭开采区岩石、土壤、水圈、生态环境的关联程度得到强化,急需从地球系统科学的理念出发,理解煤炭安全开采和绿色开采中围岩移动变形、冲击地压、煤与瓦斯突出、涌突水、地面沉陷、水土流失、生态环境损害等之间的耦合关系和链生特征。【方法和结果】提出基于地质结构控制和岩体结构采动响应的地质体复合损害科学研究内容、关键问题与减损地质保障思路,包括:(1)开展煤矿区煤−岩−水−土−生态圈层组合关系与动态响应特征研究,剖析复合损害形成的地质基础条件,厘清开发背景下各圈层采前、采中、采后地质条件动态演化特征,建立煤−岩−水−土−生态环境动态耦合演化模型。(2)建立复合损害协同驱动模型,精准识别量化各要素的关键状态参量,查明损害类型及其主控因素,揭示采动多场耦合响应规律与复合损害演化过程。(3)基于煤炭开采下多圈层损害之间的关联性,关注复合损害动态演化过程与对应关键状态参量变化,建立煤矿区复合损害协同预测监测与防控体系。(4)构建“五体系一平台”(精准勘探体系、智能感知体系、快速解译体系、风险评估体系、工程减损体系和采动复合损害综合分析平台),科学分析煤炭埋藏条件、岩体结构条件、水文地质条件、生态环境条件等自然因素及岩−水−土−生态环境多圈层响应规律等地质信息,实现地质结构条件透明化、评价模型及方法有效化、煤炭开发模式优选化、风险动态预测超前化、地质保障策略科学化。煤矿围岩复合损害地质保障研究能够为煤炭减损开采提供科学指导,服务煤炭绿色安全开采与生态环境保护。 展开更多
关键词 岩体形变 多圈层响应 复合损害 时空演化 地质减损 煤炭
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煤炭绿色开发地质保障体系的构建 被引量：20
4
作者 王双明 耿济世 +3 位作者 李鹏飞 孙强 范章群 李丹 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期33-43,共11页
煤炭资源的大规模、高强度开采诱发了煤矿区地质条件和生态环境的损害,开展煤炭开采引起的地质结构–地下水环境–生态环境动态演化的耦合机制研究,发展煤炭绿色开发地质保障理论和技术,对于推动我国煤炭工业高质量发展有重要意义。结... 煤炭资源的大规模、高强度开采诱发了煤矿区地质条件和生态环境的损害,开展煤炭开采引起的地质结构–地下水环境–生态环境动态演化的耦合机制研究,发展煤炭绿色开发地质保障理论和技术,对于推动我国煤炭工业高质量发展有重要意义。结合当前煤炭开采技术,分析了煤炭绿色开发地质保障的研究现状,提出了“煤炭绿色开发地质保障体系”的科学内涵。主要包括:(1)开采前煤炭赋存综合地质条件勘查、评价,开采区生态环境类型划分:通过三维地质结构、水文地质条件、岩土工程性质和生态环境等系统调查分析,阐明煤炭开采区损害类型及其主控因素。(2)煤炭采动作用下地质条件变化与地质结构功能系统演化:阐明煤炭开采条件下覆岩变形特征及地质条件响应模式和损害机理,揭示开采过程中应力场、变形场、渗流场等多场耦合作用下生态环境的时空演化特征和损害规律。(3)采后煤炭绿色地质保障技术与生态环境功能重建:研究采后覆岩结构、地质结构功能、生态环境的相互作用,提出采空区与遗留资源的利用途径,恢复煤炭开采区生态环境功能。基于精准勘查与监测,创建含地层结构、水文地质结构和岩体力学性质等信息的数据库,建立煤炭开采地质结构演化动态模型,构建生态脆弱区煤炭资源开采与地质环境保护的综合研究平台,为煤炭全生命周期的绿色安全开发和生态环境保护提供支持,进而寻求破解煤炭开采与生态文明建设矛盾的最优途径。煤炭绿色开采地质科学系统应从科学分析、科学对待、科学归纳3个方面出发,发展基础地质学、采矿学、生态学、人文经济学等多学科交叉的煤炭绿色开发地质保障理论与技术,构建以煤炭开采、地质工程、生态环境与人文经济四位一体的绿色安全开发知识体系,服务煤炭绿色安全开采。 展开更多
关键词 煤炭开采 地质保障 生态修复 学科交叉 理论体系
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智能时代的矿井地质工作展望——矿井开采智能地质保障技术体系架构
5
作者 夏玉成 孙学阳 +2 位作者 苗霖田 郭晨 杜荣军 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第1期64-76,共13页
【背景和意义】面临碳达峰碳中和(“双碳”)目标的严峻挑战,煤矿智能化是新时期煤炭产业高质量可持续发展的必由之路和重要标志。矿井地质工作为地下煤矿开采提供地质基础和保障,在煤炭产业转型升级高质量发展中的重要性将日益增强。通... 【背景和意义】面临碳达峰碳中和(“双碳”)目标的严峻挑战,煤矿智能化是新时期煤炭产业高质量可持续发展的必由之路和重要标志。矿井地质工作为地下煤矿开采提供地质基础和保障,在煤炭产业转型升级高质量发展中的重要性将日益增强。通过“矿井地质+人工智能”,构建“矿井开采智能地质保障技术体系”,为矿井安全高效绿色智能开采提供全方位和全过程地质保障,是新时期矿井地质工作契合煤矿智能化建设目标的发展方向与必然趋势,必将成为助推矿井地质工作提质增效的新质生产力。【方法和结果】在探讨矿井开采智能地质保障技术体系科学内涵的基础上,初步搭建了矿井开采智能地质保障技术体系架构,并对构成该技术体系的5个子体系:基础地测信息智能化管理、矿井地质灾害的智能化预测预警、矿区生态环境的智能化监测预测预警、开采有利区块的智能化辨识、透明工作面子体系,及其核心工作模块进行系统梳理。【结论】同时特别强调,在地质探测、检测技术手段不断进步的前提下,矿井开采智能地质保障技术体系的有效性取决于原始数据的准确性和可靠性,归根结底取决于地测人员的数量和专业素养,呼吁进一步加强矿井地质专业人才的引进与培养。 展开更多
关键词 矿井地质 人工智能 地质保障 技术体系 人才队伍
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论煤炭绿色开采的地质保障 被引量：128
6
作者 王双明 孙强 +1 位作者 乔军伟 王生全 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期8-15,共8页
受“缺油、少气、相对富煤”能源资源禀赋特点制约,煤炭一直是我国能源安全的基础保障。煤炭资源是地球演化过程形成的层状沉积矿产,是近地表地壳的组成部分,煤炭开采会对地质条件和生态环境造成损害。煤炭绿色开采地质保障从煤炭资源... 受“缺油、少气、相对富煤”能源资源禀赋特点制约,煤炭一直是我国能源安全的基础保障。煤炭资源是地球演化过程形成的层状沉积矿产,是近地表地壳的组成部分,煤炭开采会对地质条件和生态环境造成损害。煤炭绿色开采地质保障从煤炭资源赋存地质条件出发,为实现煤炭资源安全高效开采、减缓和减小采掘工程对地质条件和生态环境损害,提供地质理论和技术支撑。从绿色开采地质保障的内涵、科学问题、技术问题、研究思路4个方面系统阐释了煤炭绿色开采地质保障理论与技术。煤炭绿色开采地质保障突出深部煤炭资源开采扰动下的地质条件变化,强调煤炭开采活动与地质结构和地表生态环境变化的整体研究,关注地下采掘工程引起时空效应范畴的地质条件变化和生态环境演化之间的耦合机制。总体研究思路是开采前精细勘查、开采过程有效减损、开采后恢复利用。采前实施空天地一体化精细勘查,查明煤系矿产资源空间赋存特征及维系地表生态系统的主要地质因素,构建涵盖煤系资源、地质条件、生态环境等要素的高精度三维模型,评价煤炭资源最佳利用方向和区域环境承载能力;采中进行地质条件损害探测、监测,揭示应力场、形变场、渗流场变化规律,研究煤系气、地下水运移和涌出特点,分析导致围岩动力灾害发生的地质因素,提出煤与瓦斯突出、水害、冲击地压等灾害超前预警理论及防控措施;采后进行采空区水体、有害气体、遗留资源的探测,巷道围岩、煤柱变形特征监测,研究煤-岩-水相互作用及采空区稳定性变化,开展地质条件及地表生态恢复演化过程研究,提出地下空间及遗留资源的综合利用理论与技术。煤炭绿色开采地质保障涵盖找煤、勘探、开采及采空区利用全过程,追求煤系矿产资源和生态环境保护协调发展。 展开更多
关键词 煤炭 绿色开采 地质保障 精细勘查 有效减损 恢复利用
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西部矿区采动损害及减损开采的地质保障技术框架体系 被引量：4
7
作者 王双明 孙强 +9 位作者 耿济世 袁士豪 谷超 杨多兴 牛超 路拓 郭晨 张唤兰 黄海鱼 师庆民 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1-13,共13页
【目的】煤炭在我国的主体能源地位短期内难以发生改变,是我国能源发展的兜底保障。煤炭资源大规模、高强度的开采损害煤矿区地质环境,同时导致突水、冲击地压等灾害。【方法】围绕煤矿安全高效开采面临的地质环境损害预测预警难和减损... 【目的】煤炭在我国的主体能源地位短期内难以发生改变,是我国能源发展的兜底保障。煤炭资源大规模、高强度的开采损害煤矿区地质环境,同时导致突水、冲击地压等灾害。【方法】围绕煤矿安全高效开采面临的地质环境损害预测预警难和减损开采保障压力大等难题,基于煤炭采动损害预测与减损地质保障多学科交叉特点,突出地质条件的控灾机理和采动致灾模式,强调煤炭开采模式与地质结构演化全时空多场响应,分析采动效应下地质条件物质场、能量场、信息场的耦合机制,厘清损害模式和预警信息关键参量的映射关系,形成安全高效开采的地质保障策略和减损控灾工程技术体系。【结果和结论】研究思路为“孕灾环境→损害机制→过程响应→损害预测→防灾减损”,技术路线是“煤矿开采地质环境条件→地质结构演化规律及损害模式→多物理场演化全时空信息响应→损害监测及预测预警→减损保障工程技术”。核心内容包括:(1)剖析地质条件与致灾地质体的空间关系和成因联系,构建高精度的三维地质力学模型,阐明地质结构、开采条件和损害模式的映射关系,建立主控要素的特征参量数据库;(2)构建采动效应下的工程地质力学模型,研究开采方式、空间布局、采动速率等影响下地质条件结构的时空演化特征和损害机制,提出考虑地质体关键结构破坏演化规律的损害模式判识方法;(3)获取采动过程地质结构演化背景下的全时空多源信息响应,提出主控参量作用下的损害模式识别标准,进而厘清裂隙场、应力场、渗流场与地球物理场信息参量的镜像关系,建立基于地质条件物质场、能量场和信息场耦合响应的全时空信息映射模型;(4)构建地面-钻孔-井下的全空间、多方位、主被动的一体化多源监测体系,提出煤矿采动损害预测模型和预报方法;(5)构建基于损害源、损害模式、损害动力、损害通道剖析以及减损技术与效果评价于一体的减损控灾体系,追求煤炭安全开采与地质环境保护协调发展,破解资源开发与地质环境制约之间的矛盾,为煤矿安全高效开采和防灾减损提供地质、力学、物理基础的科学依据。 展开更多
关键词 地质保障 地质损害 减损开采 多场信息响应 损害模式图谱 减损控灾技术
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“双碳”目标下煤炭能源地位变化与绿色低碳开发 被引量：69
8
作者 王双明 申艳军 +3 位作者 宋世杰 刘浪 顾霖骏 魏江波 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期2599-2612,共14页
在发挥煤炭能源安全供给兜底作用的同时,实现煤炭资源绿色安全开采、清洁低碳利用,是关乎国家能源安全和发展全局的重要命题。分析了国际发展环境变化对我国利用国际市场油气资源的影响,研究了建设社会主义现代化强国对能源供给的刚性需... 在发挥煤炭能源安全供给兜底作用的同时,实现煤炭资源绿色安全开采、清洁低碳利用,是关乎国家能源安全和发展全局的重要命题。分析了国际发展环境变化对我国利用国际市场油气资源的影响,研究了建设社会主义现代化强国对能源供给的刚性需求,立足于现阶段我国煤为主体的能源开发利用现状,遵循建设人与自然和谐现代化的根本要求,提出了在实现“双碳”目标进程中,煤炭工业绿色低碳发展方向及路径。(1)我国油气资源对外依存度分别超过70%和40%,油气战略储备不足,在国际形势深刻变化的背景下,利用国际市场油气资源的不确定性增加,国家能源安全外部风险有所增加。(2)建设社会主义现代化强国必然带动能源需求刚性增长,在新能源目前难以安全有效替代化石能源的情况下,化石能源的主体能源地位短期内难以改变。(3)对标“双碳”目标,“达峰前”煤炭消费占比呈现持续下降态势,消费总量将迎来拐点。而“达峰后”煤炭主体能源地位将弱化,但战略性矿产资源和煤基原料作用会进一步凸显。(4)在“双碳”目标驱动下,煤为主体的基本国情决定了煤炭将继续承担能源安全供给兜底的重大使命,进一步发挥战略性矿产资源的原料作用。但煤炭的高碳资源属性决定了煤炭开发利用将面临保供和减碳的双重压力。因此,科学服务经济社会高质量发展对能源安全保供和绿色低碳的重大需求,必须立足现阶段我国煤为主体、新能源为补充的能源生产和供给特点,以实现生态文明建设新进步为根本遵循,加大煤炭减损开采与生态碳汇、深部煤层与煤炭采空区CO_(2)地质封存和煤矿区新能源协同开发利用关键技术攻关力度,用技术创新支撑“双碳”目标下我国煤炭工业高质量发展。 展开更多
关键词 “双碳”目标 能源安全 煤炭能源地位 绿色低碳开发 技术挑战
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西部生态脆弱区煤炭减损开采地质保障科学问题及技术展望 被引量：77
9
作者 王双明 申艳军 +1 位作者 孙强 侯恩科 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2020年第4期1-15,共15页
我国能源禀赋特点决定了煤炭主体能源地位短期难以改变,其中,西部煤炭资源担负着我国基础能源自主供给的核心角色。但西部煤炭多处于干旱-半干旱带沙漠-黄土覆盖生态脆弱区,易因开采扰动引起地下水及生态环境产生显著影响。因此,减损开... 我国能源禀赋特点决定了煤炭主体能源地位短期难以改变,其中,西部煤炭资源担负着我国基础能源自主供给的核心角色。但西部煤炭多处于干旱-半干旱带沙漠-黄土覆盖生态脆弱区,易因开采扰动引起地下水及生态环境产生显著影响。因此,减损开采成为西部生态脆弱区煤炭资源安全高效开发与环境保护协调发展的必然选择。立足西部煤炭资源开发现实情况,提出了西部生态脆弱区煤炭减损开采面临的四大关键科学问题,即:①煤-水空间发育组合特征;②采动过程地质条件变化规律;③保水开采分区及地质判据;④西部煤炭减损开采技术体系构建思路。同时,详细阐述了煤炭减损开采技术发展状况及存在的现实难题。在此基础上,尝试构建西部生态脆弱区煤炭减损开采技术体系,并展望了西部煤炭减损开采技术未来发展方向。相关研究以期为西部生态脆弱区煤炭绿色减损开采提供借鉴。 展开更多
关键词 西部生态脆弱区 减损开采 科学问题
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煤炭开发推动地学研究发展 被引量：10
10
作者 王双明 孙强 +4 位作者 谷超 李鹏飞 耿济世 王生全 师庆民 《中国煤炭》 北大核心 2024年第1期2-8,共7页
煤炭绿色开发地质保障理论和技术对推动我国煤炭工业高质量发展具有重要意义。基于煤炭开发技术与地学研究相互促进、相互依存的内在联系,分析了煤炭开发地质保障技术的研究现状,阐明了煤炭开发推动地学研究的科学内涵。认为,智能开采... 煤炭绿色开发地质保障理论和技术对推动我国煤炭工业高质量发展具有重要意义。基于煤炭开发技术与地学研究相互促进、相互依存的内在联系,分析了煤炭开发地质保障技术的研究现状,阐明了煤炭开发推动地学研究的科学内涵。认为,智能开采、深部开采、绿色开采对地质保障技术发展的需求,促进了“透明地质”“数字地质”以及“宜居地质”的技术进步,有利于地学学科拓宽研究领域、提升研究精度、拓展研究尺度。 展开更多
关键词 煤炭开发 地学研究 地质保障 科学内涵 综合研究
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煤炭开采地球关键带响应及减损开采技术体系
11
作者 王双明 孙强 +6 位作者 耿济世 袁士豪 贾海梁 王生全 张卫强 胡建军 李得路 《中国地质》 北大核心 2025年第1期1-21,共21页
【研究目的】破解能源安全兜底保障和生态环境保护的矛盾是当前生态脆弱区煤炭资源开发面临重大难题。煤炭资源大规模、高强度的开采在引起地质条件快速变化的同时,也影响着矿区地球关键带结构和功能。地球关键带是指从地下水底部或者土... 【研究目的】破解能源安全兜底保障和生态环境保护的矛盾是当前生态脆弱区煤炭资源开发面临重大难题。煤炭资源大规模、高强度的开采在引起地质条件快速变化的同时,也影响着矿区地球关键带结构和功能。地球关键带是指从地下水底部或者土壤−岩石交界面一直向上延伸至植被冠层顶部的连续体域。【研究方法】围绕如何理解地球关键带运行与煤炭开发地质条件演化的关系,基于煤炭采动地质条件解析与关键带响应阐明了煤炭开采影响区地球关键带的响应模式、监控技术、预测方法和保障策略及减损工程。立足“煤炭资源开采地质条件演化与地球关键带保护”,从关键带对煤炭开发响应的科学内涵、科学问题、研究思路和保障方案四个方面,系统剖析了煤炭开发地球关键带减损保障的理论与技术。【研究结果】关键带对煤炭开采响应研究思路主线是“煤炭采前地质条件和关键带结构及要素→地质条件变化和关键带响应模式及演化状态判识→全时空主被动多源信息响应及动态监控→关键带结构−功能动态演化模型及智能预测评价→关键带减损地质保障策略及修复−重构一体化技术方法”。研究内容包括:(1)查明煤炭赋存的地质结构、水文地质、岩层组合、地应力等开采地质条件因素综合特征,揭示地球关键带和下部煤层、岩层及地下水的空间关系特征,进行对关键带多要素、多模态、多场景的精细表征,形成包括环境承载力指标体系、评价模型和承载力分区在内的快速查询、智能分析数字化平台;(2)解析开采影响下岩(土)层裂隙场与关键带水文循环的连通关系,揭示地质条件和关键带的协同演化机制,提出地球关键带对煤炭开发响应模式的判识方法;(3)研究开采因素下岩层结构、裂隙网络、渗流通道、应力−能量集中特征、物质循环、能量交换与多源信息场的时空演化关系,构建煤炭开发全生命周期下的地球关键带全时空信息响应映射模型;(4)构建煤炭开采全生命周期条件下地球关键带空−天−地−钻(孔)−井(下)的全空间、多方位的多源信息量融合监测体系,形成煤炭开采影响下地球关键带界面结构和运行过程要素监控分析系统,预测分析煤炭开发区地球关键带的结构变化、响应模式、运行过程和生态环境效应;(5)提出煤及煤系资源协同开发、矿井水综合利用、煤炭开发地下空间规模化利用等技术,建立基于多源信息的地质条件和关键带结构监控技术,实现“地质结构条件透明化、损害关键要素数字化、演化过程监控信息化、模型预测智能化、关键带保障技术精准化”。【结论】地球关键带地质保障涵盖地质条件、开采模式、监控系统、预测方法和减损技术等方面,追求煤炭安全开采与地质环境保护协调发展,破解资源开发与地质环境制约之间矛盾,完善生态脆弱区煤及煤系资源综合开发和地球关键带功能减损保护及修复重构的理论与技术,为建设资源节约型和环境友好型社会提供地质、力学、物理基础的科学依据,推动煤炭工程实践与安全理论深入发展。 展开更多
关键词 煤炭 地球关键带 开采地质条件 响应模式 多场信息 综合开发利用 矿产勘查工程
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富油煤的油气资源属性与绿色低碳开发 被引量：93
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作者 王双明 师庆民 +3 位作者 王生全 申艳军 孙强 蔡玥 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1365-1377,共13页
黄河中上游是国家大型煤炭基地集中分布区,也是我国富油煤的主要生产区。受我国“缺油、少气、相对富煤”资源禀赋特点的制约,煤炭安全绿色开采,清洁低碳利用已成为保障国家能源安全的重大需求。实现黄河流域富油煤开发与生态环境保护... 黄河中上游是国家大型煤炭基地集中分布区,也是我国富油煤的主要生产区。受我国“缺油、少气、相对富煤”资源禀赋特点的制约,煤炭安全绿色开采,清洁低碳利用已成为保障国家能源安全的重大需求。实现黄河流域富油煤开发与生态环境保护协调发展,对缓解我国油气供应紧张、保障能源战略安全具有重要的科学价值和现实意义。富油煤是集煤油气属性为一体的煤炭资源,其油气潜力、特殊性、关键地质问题亟需研究,绿色低碳化开发技术亟待探索。①富油煤主要赋存于中低阶煤类中,主要特点是富含较多富氢结构;在隔绝空气加热时,可生成油、气和半焦。半焦主要成分为固定碳,与无烟煤相近;气体的主要成分是CH_(4),H_(2),CO等,可以作为燃料气和原料气;油为煤焦油,类似于重质石油,可通过前处理、加氢精制和加氢催化裂化工艺等达到清洁燃料油标准;②富氢结构是富油煤具有油气资源属性的物质基础,研究富氢结构的岩石学、沉积学特征及变化规律,分析富氢结构物质来源、沉积转化、变质演化、聚集规律及地质驱动机制,是构建富油煤预测模式与评价理论的基础;③梯级利用和原位热解是富油煤绿色低碳开发的重要途径。富油煤地面热解-气化一体化、热解-化工-发电一体化技术可以实现清洁高效利用,井下原位热解有望破解清洁低碳利用的难题。其中,矿井式原位热解技术通过井巷工程布置方式,利用井下巷道开展煤层分割、保温封闭,通过煤层原位加热实现井下热解生产油气;钻孔式原位热解技术通过注热孔加热和油气抽采孔回收油气,也可借助人工辅助造缝,实现加热回收油气。将富油煤作为煤基油气资源管理和开发,是新时代煤炭工业高质量发展的重要方向。 展开更多
关键词 富油煤 煤基油气资源 富氢结构 焦油产率 低碳开发
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黄河几字弯区煤炭基地地质灾害与生态环境典型特征 被引量：26
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作者 申艳军 杨博涵 +4 位作者 王双明 寇海波 陈兴 徐雅丽 韩森磊 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期104-117,共14页
“黄河流域生态保护和高质量发展”现已上升为国家重大战略,黄河几字弯区为黄河流域重要组成部分,也是我国煤炭能源重要聚集区。现区域分布有6个国家级煤炭基地,煤炭产量约占全国的40%,在我国能源安全供给保障中占有“压舱石”的地位。... “黄河流域生态保护和高质量发展”现已上升为国家重大战略,黄河几字弯区为黄河流域重要组成部分,也是我国煤炭能源重要聚集区。现区域分布有6个国家级煤炭基地,煤炭产量约占全国的40%,在我国能源安全供给保障中占有“压舱石”的地位。但该区域地处西部干旱−半干旱地区,生态环境脆弱、抗扰动能力差,易在煤炭开采过程中诱发各类地质灾害,产生水位下降、水土流失、土地沙化等生态环境问题,成为该区域煤炭工业高质量发展的核心制约因素。基于前人大量文献、报道及官方统计数据资料,对黄河几字弯区6大国家级煤炭基地地质环境特征予以剖析,并对该区域煤炭基地所面临的主要地质灾害及生态环境问题进行总结,凝练出各自的发育类型及典型特征,研究表明:(1)黄河几字弯区中主要聚煤地层为侏罗纪及石炭−二叠纪地层,区域地质构造相对简单、煤层大多埋藏较浅、厚度大而稳定,适合于开展大规模工业化开采。(2)黄河几字弯区内6大煤炭基地地质灾害处于高度易发区,地质灾害发育特征与地貌类型、采矿过程和人类工程活动密切相关,其中,宁东、神东基地和陕北基地西北部位于风积沙区,主要存在地面塌陷及地裂缝灾害;晋北、晋中、黄陇基地以及陕北基地东南部因位于黄土高原腹地,受季节性强降雨、采煤活动等影响,易发育黄土崩塌、滑坡、泥石流等灾害。(3)区内各煤炭基地生态环境问题及影响程度存在一定差异,其中,神东、陕北煤炭基地以采煤活动引起的地下生态水位的问题最为突出;宁东、神东煤炭基地土地荒漠化问题严峻;而陕北、黄陇、晋中、晋北煤炭基地则主要面临着水土流失问题。研究成果对推动黄河几字弯煤炭资源基地的可持续开发、实现黄河流域生态保护和高质量可持续发展提供基础性借鉴。 展开更多
关键词 黄河流域 几字弯区 煤炭基地 地质灾害 生态环境 典型特征 生态水位
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陇东地区富油煤地质特征与主控因素研究
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作者 李新虎 刘晓梅 +4 位作者 李晓君 杨承文 李健 程光艺 丁佳萌 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2024年第5期901-910,共10页
为探明陇东地区富油煤地质特征及主控因素,结合地质背景、煤工业分析、显微煤岩分析及格金低温干馏试验等相关测试,对陇东地区富油煤地质特征进行研究,采用统计分析方法,研究煤相参数与焦油产率之间的线性关系,分析影响陇东地区富油煤... 为探明陇东地区富油煤地质特征及主控因素,结合地质背景、煤工业分析、显微煤岩分析及格金低温干馏试验等相关测试,对陇东地区富油煤地质特征进行研究,采用统计分析方法,研究煤相参数与焦油产率之间的线性关系,分析影响陇东地区富油煤焦油产率的主要控制因素。结果表明:陇东地区固定碳含量和灰分产率明显较小,水分含量和挥发分产率明显较大,挥发分产率越高,焦油产率越高;煤岩组分以镜质组为主,惰质组次之,整体属于富油煤;陇东地区煤中焦油产率受成煤物质以及成煤环境的影响,煤中焦油产率与镜质组含量呈正相关趋势,与惰质组含量呈负相关趋势,与煤中H元素含量和H/C原子比呈正相关趋势;灰成分指数和镜惰比与焦油产率呈正相关趋势,表明陇东地区成煤环境属于潮湿、厌氧的还原环境,有利于煤中有机质生油。研究结果为今后煤炭资源勘探提供科学依据,有助于富油煤资源量的准确预测。 展开更多
关键词 陇东地区 富油煤 焦油产率 煤岩组分 成煤环境
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论煤-水-土多资源协调开发 被引量：3
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作者 王双明 孙强 +9 位作者 袁士豪 师庆民 侯恩科 陈凯 黄震 吴海波 武佳坤 耿济世 张玉良 黄金廷 《西北地质》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1-10,共10页
煤炭及其伴生资源是地质体的重要组成部分,大规模和高强度开采会引起近地表岩石圈、土壤圈、水圈的联动响应,进而反向制约煤炭及其伴生资源的安全开采与开发。围绕煤矿区的煤-水-土多资源协调开发,基于多学科知识交叉的地球关键带理念,... 煤炭及其伴生资源是地质体的重要组成部分,大规模和高强度开采会引起近地表岩石圈、土壤圈、水圈的联动响应,进而反向制约煤炭及其伴生资源的安全开采与开发。围绕煤矿区的煤-水-土多资源协调开发,基于多学科知识交叉的地球关键带理念,阐述煤-水-土协调开发的必要性以及多圈层、多过程、多尺度、多目标的耦合关系,为煤炭安全绿色开发和生态环境可持续发展提供战略思考。(1)立足煤炭安全高效开采、土壤-水资源安全和生态环境保护多目标多维度角度,剖析大规模、高强度开发背景下采前、采中、采后地质条件动态演化、多资源时空关系、生态环境响应特征,提出煤炭资源开发生命周期条件下的煤炭资源区的地质调查战略和开发策略。(2)开展煤-水-土多资源量的系统调查和地质结构精细表征,全面理解和综合评价煤-水-土赋存特征和相互依存关系,形成集资源禀赋、生态环境、人口经济等于一体的地质调查评价体系和方法,提出基于煤炭开发、多资源利用、水土保护、生态屏障、土地安全等一体化的全链条调控措施和开发策略与开发政策。(3)监控开发过程中地层地质功能结构变化,理解煤-水-土空间组合结构及分层界面效应和煤(岩)-水-土相互作用的动态演化规律,构建复杂地层结构煤炭安全开采和水-土资源协调开发覆岩变形的演化模型,厘清煤-水-土空间结构及其对开采活动的约束效应,发展地球科学、采矿学、生态学、水文学等多学科交叉的煤炭绿色开发地质保障理论与技术。煤-水-土协调开发研究服务于煤炭安全开采与地质环境保护协调发展,破解多资源开发瓶颈及其地质环境制约之间矛盾,通过对煤炭开采全生命周期内的地质条件和环境效应的关键影响因素、状态参数阈值、演化驱动机制的理解,构建地质环境约束、开采模式调控、系统规划利用的煤-水-土多资源协调开发时空格局。 展开更多
关键词 煤-水-土协调开发 开采地质条件 多界面效应 动态耦合响应 时空演化规律 全链条综合开发
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深度学习及其在地质领域中的应用
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作者 刘晓梅 李新虎 +1 位作者 马天录 赵元元 《矿产勘查》 2024年第2期281-291,共11页
深度学习技术的快速发展将成为地质领域再出发的助推剂,深度学习是人工智能范畴内的一个重要分支,是一种以人工神经网络为基本框架,从大量历史数据中学习规律并预测新数据的算法。为了充分理解深度学习在地质领域的应用价值,明确其在地... 深度学习技术的快速发展将成为地质领域再出发的助推剂,深度学习是人工智能范畴内的一个重要分支,是一种以人工神经网络为基本框架,从大量历史数据中学习规律并预测新数据的算法。为了充分理解深度学习在地质领域的应用价值,明确其在地质领域应用中存在的挑战和机遇,本文在系统阐述深度学习的发展过程、方法分类以及常见的4种深度学习模型的基础上,对比了它们在地质领域应用的特点和优势。主要从基础地质、地质勘探、地质灾害以及水文地质4个方面介绍了深度学习在地质领域应用的研究和进展,最后根据现有的情况给出了未来发展的建议,为深度学习在地质领域中应用可能遇到的机遇和挑战提供参考。 展开更多
关键词 深度学习 神经网络 监督学习 无监督学习 地质领域
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陕北黄土覆盖区煤层上覆岩系层状结构对开采区土壤损伤效应研究
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作者 王双明 宋世杰 +5 位作者 魏江波 刘浪 牛瑞琳 李源红 谈庆钰 田雨 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期23-42,共20页
煤炭开采区生态保护是黄河流域高质量发展亟需破解的重大难题。科学认识煤层上覆岩层对煤炭开采采动损害向地表传递的响应规律是实现煤矿区生态环境全生命周期保护的重大需求。以陕北黄土覆盖区煤炭开采区为研究对象,综合运用野外地质... 煤炭开采区生态保护是黄河流域高质量发展亟需破解的重大难题。科学认识煤层上覆岩层对煤炭开采采动损害向地表传递的响应规律是实现煤矿区生态环境全生命周期保护的重大需求。以陕北黄土覆盖区煤炭开采区为研究对象,综合运用野外地质调查、采样测试、数值模拟、室内实验和理论计算方法,针对覆岩层数、层厚、岩性、厚硬岩层与煤层的空间位置等层状结构对地下采煤的“响应-传递”特点,研究了相同采矿条件下煤层覆岩层状结构对采动覆岩应力场的影响规律,揭示了不同煤层覆岩层状结构下土壤物理、化学、微生物、侵蚀四大特性的损伤特征及煤炭开采区土壤物理、化学、微生物特性变化对侵蚀特性的作用机制。结果表明:①相同或相近的采矿条件下,采煤沉陷区地表生态损害结果的迥异主要取决于煤层上覆岩(土)层对地下采煤活动的应力应变响应、由下向上的传递及土壤损害特点。在覆岩层状结构与采动应力传递的耦合下,煤层覆岩自下而上形成了垂向强力链塑性变形区(VCP)、水平强力链弹塑性变形区(HCEP)、水平强力链弹性变形区(HCE)的采动损害特征。其中,煤层覆岩下部的互层结构及特征对塑性变形区界面高度具有重要影响。煤层上覆岩(土)层和地表土层(壤)均是地下采煤活动及其损害作用的响应载体。岩层层数、层厚、岩性、厚硬岩层与煤层的空间位置及地表变形等是影响土壤损害类型及特点的重要地质因素。②厚砂岩在覆岩中的位置是地下“VCP-HCEP”界面、“HCEP-HCE”界面发育高度和地表形变程度的第一主控因素,决定了“两界面”的发育位置和地表变形的程度,高位厚砂岩对“两界面”发育和地表形变具有较明显的抑制作用;砂层系数作为第二主控因素,在既定厚砂岩位置且砂层系数小于73%条件下与“两界面”发育和地表形变均呈正相关关系;③基于两大主控因素划分了4个覆岩层状结构基本类型,从“地下覆岩层状结构基本类型+地表形态变化程度+地表采动损害形式+土壤质量特性指标”耦合的角度,发现“低位厚砂岩+砂层系数大于73%”类型对地表土壤损害效应最为显著,其中沉陷坡面土壤物理、化学、微生物特性指标的损伤均集中在坡顶、坡中部位,降幅介于11.81%~42.01%(p<0.05);采动地裂缝是沉陷坡面土壤损伤的主要原因;④“低位厚砂岩+砂层系数大于73%”类型对坡面土壤可蚀性K值的放大效应最为明显,平均增幅为26.38%(p<0.05),其中坡顶部位土壤可蚀性K值平均增幅最大,为37.98%(p<0.05);沉陷坡面同一部位裂缝区土壤可蚀性K值平均增幅较非裂缝区高出92.28%(p<0.05);黄土沉陷坡面可蚀性K值与土壤孔隙度呈极显著正相关关系(p<0.01),与土壤含水率、黏粒质量分数、有机质质量分数、速效养分质量分数、土壤微生物数量及酶活性呈极显著负相关关系(p<0.01)。因此,“低位厚砂岩+砂层系数大于73%”的覆岩层状结构类型区是陕北黄土沟壑煤炭开采区生态损害的关键区域,应采取充填减沉、土壤改良等人工措施进行保护与修复,对于“低位厚砂岩+砂层系数小于73%”和“高位厚砂岩+砂层系数大于73%”的覆岩层状结构类型区可采取人工辅助的生态修复方式,对于“高位厚砂岩+砂层系数小于73%”的覆岩层状结构类型区则可采取自然恢复方式进行生态修复。 展开更多
关键词 覆岩层状结构 响应传递 土壤 损伤效应 陕北矿区
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煤层气多层合采解吸叠加效应分析方法与实践——以黔西小屯井田为例
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作者 郭晨 吉彦 +8 位作者 赵宸谊 卢玲玲 于鑫航 高俊喆 李猴强 张旭阳 王祥 何红斌 张润涵 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第1期152-162,共11页
【目的】煤层气多层合采是提高单井产量的重要手段,但开发实践表明煤层气合采效果与控制因素复杂多变,面临产气贡献判识、产气潜力预测、产层组合优化等技术难点。不同煤储层解吸产气的叠加性决定着煤层气合采能否取得高产。【方法】提... 【目的】煤层气多层合采是提高单井产量的重要手段,但开发实践表明煤层气合采效果与控制因素复杂多变,面临产气贡献判识、产气潜力预测、产层组合优化等技术难点。不同煤储层解吸产气的叠加性决定着煤层气合采能否取得高产。【方法】提出解吸次序判断、解吸区间叠加性与解吸阶段匹配性分析、井控可解吸量预测的煤层气合采解吸叠加效应分析方法,并以黔西小屯井田为例开展应用研究。【结果和结论】结果表明,该区煤储层具有吸附能力强、含气饱和度低、临界解吸压力低的特点。煤层气产层可划分为2套解吸系统,上部解吸系统的解吸次序为6上、7、6中与6下煤,下部解吸系统的解吸次序为34、33煤。以生产过程动液面变化为刻度,分析煤层气合采过程中各煤层的解吸历程,发现6上、7、6中、6下煤在45 m的动液面范围内能够同步解吸,33煤与34煤在92 m的范围内能够同步解吸。基于等温吸附曲线揭示各煤层解吸阶段的匹配性,由于临界解吸压力低,各煤层解吸后直接进入敏感解吸阶段,解吸效率高且匹配性好,有利于高产,但存在压降空间不足,排水周期长等弊端,对煤储层改造和排采提出更高要求。井控可解吸量及其时变曲线预测表明,当解吸系统内部所有产层同步解吸时,将迎来解吸高峰,此阶段上部系统井控可解吸量378.09万m3,日均4.20万m3,下部系统井控可解吸量199.11万m3,日均1.08万m3。上下2套解吸系统均显示了良好的解吸叠加效应,分别构成两套有利合采产层组合。该方法可为煤层气合采产气贡献识别、产气潜力预测与产层组合优化提供参考依据。 展开更多
关键词 煤层气合采 解吸叠加 解吸阶段 动液面 产层组合
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面向对象的无人机遥感影像区域滑坡承灾体信息提取研究
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作者 毛正君 李欢 +3 位作者 石硕杰 孙婕文 仲佳鑫 于海泳 《工程地质学报》 北大核心 2025年第1期171-185,共15页
采用无人机遥感获取低成本、高空间分辨率且实时的影像,并基于面向对象分类自动提取滑坡承灾体信息意义重大。本文以宁夏固原市彭阳县红河镇为研究区,基于无人机遥感获取分辨率为0.13 m的174 km^(2)正射影像,在分析其滑坡承灾体影像特征... 采用无人机遥感获取低成本、高空间分辨率且实时的影像,并基于面向对象分类自动提取滑坡承灾体信息意义重大。本文以宁夏固原市彭阳县红河镇为研究区,基于无人机遥感获取分辨率为0.13 m的174 km^(2)正射影像,在分析其滑坡承灾体影像特征后,设定实验区并采用多尺度分割和单一尺度分割两种面向对象的滑坡承灾体信息提取方法,比较了基于两种尺度分割的滑坡承灾体信息提取精度和时间效率,通过方案优化实现了研究区滑坡承灾体信息提取。结果表明:(1)通过引入反映分割结果的均质性的局部方差指数,对实验区进行多尺度分割的最优分割尺度划分,通过构建光谱、范围、形状特征规则,能够依次在不同层次上提取出相应的承灾体信息;(2)在多尺度分割的基础上结合试算设置实验区单一分割尺度,承灾体信息提取的总体精度和Kappa系数虽逊于多尺度分割但相差不大,所需时间不到多尺度分割的四分之一;(3)综合考虑研究区滑坡承灾体空间分布、影像特征信息和实验区滑坡承灾体信息提取结果,确定研究区单一分割尺度优化方案。研究结果以期为区域滑坡承灾体信息提取、滑坡风险评估及风险管理提供必要参考。 展开更多
关键词 滑坡承灾体 无人机遥感 面向对象分类 尺度分割 信息提取
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“双碳”目标下煤炭开采扰动空间CO_(2)地下封存途径与技术难题探索 被引量：62
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作者 王双明 申艳军 +5 位作者 孙强 刘浪 师庆民 朱梦博 张波 崔世东 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期45-60,共16页
煤炭作为我国主体能源地位短期内难以改变,但煤炭工业发展面临着“碳达峰,碳中和”目标的新挑战,积极推动煤炭资源绿色开采与低碳利用,充分发挥煤炭安全供给的兜底作用,是保障国家能源安全的重大现实需求。而CO_(2)排放是煤炭工业可持... 煤炭作为我国主体能源地位短期内难以改变,但煤炭工业发展面临着“碳达峰,碳中和”目标的新挑战,积极推动煤炭资源绿色开采与低碳利用,充分发挥煤炭安全供给的兜底作用,是保障国家能源安全的重大现实需求。而CO_(2)排放是煤炭工业可持续发展面临的最大制约,探索大规模、低成本CO_(2)封存技术是煤炭资源低碳化利用必须面对及破解的难题。在对煤层自然封存CO_(2)和CO_(2)气藏赋存地质条件研究基础上,探讨和展望利用煤炭开采、地下气化及原位热解等形成的扰动空间进行CO_(2)地下封存的技术途径,并明确了实现CO_(2)地下高效封存的必备条件:①煤层上部存在不受开采扰动影响的地质密闭层是实现煤矿扰动空间CO_(2)封存的先决要求;②构建功能性充填空间是实现CO_(2)地下封存的核心工作;③由功能性充填体围限的碎裂岩体、气化煤灰及热解半焦等封存载体物性特征是影响CO_(2)封存量及封存效果的重要因素。据此,剖析了进行CO_(2)地下封存亟待解决的技术难题:①实现CO_(2)地下封存的地质条件及评价方法;②构建CO_(2)封存空间的材料与工程技术;③煤炭开采、气化及热解扰动范围探测与CO_(2)封存潜力评价;④CO_(2)充注与封存效果监测及评估。在此基础上,针对煤炭开采、地下气化及原位热解过程中形成的扰动空间特点,分别提出了煤层采空区碎裂岩体、煤地下气化灰渣及碎裂岩体、煤原位热解半焦进行CO_(2)地下封存的实现途径。 展开更多
关键词 “双碳”目标 煤炭开采扰动空间 CO_(2)地下封存 地质盖层 扰动空间 封存途径
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