能源安全工程研究体系探讨

随着矿物能源开采消耗量的急剧增加,煤炭开采安全、能源开采和消耗引起的生态环境改变及破坏、世界石油市场油价波动对经济增长的不利影响、水电等可再生能源所占比重较低等,构成了制约可持续发展的能源安全问题。能源安全工程研究体系由区域能源开发消费安全、合理能源结构和消费布局、能源安全战略及相关法律法规等研究内容组成。通过分层次研究和循环促进,开展能源安全战略、能源安全技术、能源生态关系、能源安全经济的系统研究,为科学解决能源安全问题、实现国家或区域社会经济的可持续发展,提供了理论支持和科技保障。     

本煤层瓦斯抽采渗流模型及数值模拟

在研究煤层瓦斯抽采时,假定煤岩为具有孔隙裂隙的双重介质,在运动方程、连续性方程和辅助方程基础上,以煤岩体应变为耦合媒介建立了考虑裂隙瓦斯渗流、微孔隙吸附瓦斯解吸扩散和煤岩变形的渗流模型.借助多物理场分析软件COMSOL Multiphysics,将模型转化为偏微分方程组,结合沙曲矿24305工作面瓦斯赋存条件进行分析求解.结果表明,进行煤层瓦斯预抽时,抽采初期瓦斯压力下降较快,抽采孔间距对抽采效果影响比较显著,距离抽采孔越远瓦斯压力下降越慢,抽采时瓦斯渗流速度变化可分3个阶段.参考模拟结果现场布置孔距为6m的顺层钻孔,抽采稳定时瓦斯纯量达5～7 m3/min,抽采效果比较理想.     

不同pH值对磷矿废石磷素浸出特性影响的实验研究

采用EPA 1314pH酸碱预滴定实验和pH浸出实验,研究了pH对磷矿废石磷元素浸出特性的影响,以及磷矿废石的酸碱缓冲容量。实验结果表明:磷矿废石的碱缓冲容量小,pH从8.75上升到13.50消耗了0.1mmol/g的NaOH,磷矿废石酸的缓冲容量较大,pH从5.50到1.00,共消耗2.2mmol/g的H2SO4;浸提液的酸碱性是影响磷矿废石中磷元素浸出的重要参数,酸性条件下很大程度上促进了磷元素的浸出,随着H+离子浓度的增加,总磷浓度随之升高。相反在碱性条件下的反应过程中,OH-阻碍磷元素的浸出,消耗正磷酸根离子和羟基磷酸根离子,使其生成沉淀,有一定的固磷作用,为磷元素的固化提供了更多途径。     

钻屑法测定煤层H_2S含量

为了测定煤层硫化氢(H2S)含量,防治矿井H2S涌出,提出一种通过钻屑法测定煤层H2S含量的方法。在未受采动影响的新鲜煤壁,采用钻屑法取样,通过测定煤样H2S解吸量、取样过程损失量和H2S残存量确定煤层H2S含量。根据溶于水中H2S的p H值和色谱分析解吸气体中H2S体积分数,确定H2S解吸量;根据煤样解吸规律和气样H2S体积分数,确定H2S损失量;根据色谱分析残存气体中H2S体积分数,确定其残存量。用此方法,对山西某矿H2S涌出煤层进行现场和实验室测定。研究表明,该矿H2S含量为(4.465~6.701)×10-3m3/t。钻屑法测定煤层H2S含量是可行的,可以为矿井H2S治理提供基础数据。     

有机污染物在土壤中迁移转化的研究进展

从机理、实验和数值模拟方面,综述了近年来国内外土壤中有机污染物迁移转化过程的最新进展,重点介绍了处理耦合数学模型的的数值模拟方法,并结合土壤污染发展的特点,对今后有机污染的研究方向作了一般性探讨,提出了需要进一步解决的关键性问题。     

珠江三角洲河网的水环境问题和影响因素及其防治

珠江三角洲河网的水体污染严重，水生生态环境恶化，水质性缺水问题突出，水环境容量形势严峻，治理任务艰巨。受人类经济活动、水资源时空分布、潮汐回荡、盐水入侵和人为浪费等因素的影响，河网区的水资源供需矛盾突出。其中，人文因素是造成水质污染和水生生态环境恶化的主要原因。为此，需采取合理有效的策略来保护河网的水环境，实现可持续发展的战略目标。     

本煤层顺层预抽瓦斯钻孔间距数值模拟研究北大核心CSCD

煤层瓦斯流动存在启动压力,在预抽钻孔抽采瓦斯的后期瓦斯渗流出现非Darcy渗流的现象,同时煤层瓦斯压力、吸附膨胀应力、有效应力等物性参数亦发生改变。为得到为得到启动压力对抽采的影响作用,基于煤岩弹性理论和瓦斯渗流理论,研究了在启动压力作用下非Darcy渗流现象,得到了考虑启动压力的达西定律,建立了考虑启动压力、地应力、吸附膨胀应力、孔隙压力共同作用的煤岩瓦斯流固耦合数学模型。采用建立的模型对漳村煤矿2601工作面瓦斯抽采钻孔间距进行数值模拟研究,研究结果表明:建立的考虑启动压力的煤岩瓦斯流固耦合数学模型具有一定的可靠性,一定负压下启动压力影响钻孔抽采范围。最终给出了漳村煤矿2601工作面预抽钻孔抽采设计参数。     

卸载破碎区域气动喷雾联合抑尘网除尘的数值模拟研究

为了有效治理安家岭煤矿输煤系统中卸载破碎区域的粉尘污染,提出卸载坑外围设置柔性抑尘网及坑口处设置气动喷雾的防尘方案。采用现场测试与三维数值模拟相结合的方法,得出卸载坑粉尘逸散规律。通过对卸载坑气动喷雾的雾化效果和设置抑尘网后的风速分布的数值模拟,分析该方案的除尘机理,并通过在安家岭煤矿的现场试验,验证该方案的可行性。结果表明:坑口处的气动喷雾能有效抑制坑内粉尘飞扬,外围设置的柔性抑尘网能有效控制坑口处的风速,防止粉尘受外界气流影响,有效降低粉尘污染浓度,其降尘效率达到90%以上,该综合除尘方案为输煤系统卸载破碎区域的粉尘治理提供理论依据。     

动力扰动诱发巷帮煤体冲击矿压机制研究

基于煤岩介质的动力扰动载荷理论,对动力扰动诱发深埋巷道帮部煤体冲击矿压机制进行了研究。利用FLAC3D软件数值模拟了深埋巷道围岩,尤其是帮部煤体对动力扰动的响应。结果表明,随扰动载荷增加,巷道围岩速度、应力和位移均产生了急剧变化,两帮煤体发生严重拉伸破坏,塑性分布区明显扩大。始终维持极限平衡状态的深埋巷道帮部煤体在动载反复扰动下容易产生超高应力集中,帮壁煤体发生破坏,形成应力转移,导致深部煤体由三向应力状态迅速转化为双向或单向应力状态。同时,动载产生的强烈振动改变了顶底板对煤层的约束条件,降低了摩擦阻力,诱发深埋巷道帮部煤体冲击矿压。根据现场统计,大安山矿+550 m西二褶曲轴10下槽回风顺槽动力扰动诱发的冲击矿压为35次,约占冲击显现总数的93.3%。     

冻-融及干-湿循环对采矿废石风化产酸影响的试验研究

为研究我国东北地区典型气候条件对采矿废石酸性排水的影响,以辽宁省本溪市红透山铜矿废石为研究对象,探讨了干-湿循环和冻-融循环作用对采矿废石风化产酸的影响。黄铁矿(FeS2)在废石中的平均质量分数为23.51%,是主要的产酸硫化矿物。利用自制淋溶试验设备开展了为期120 d(共计20次)的冻-融循环、干-湿循环及淋溶试验,对不同试验条件下铜矿废石淋溶液的pH值、酸度、电导率以及Ca2+、Mg2+、SO2-4、总Fe及Cu2+质量浓度进行了测试分析。结果表明,相对于干-湿循环作用而言,单纯的冻-融循环作用不会对废石的风化产酸产生明显影响。试验过程中冻-融循环作用下废石淋溶液的pH值基本维持在5左右,干-湿循环作用下废石淋溶液的pH值则保持在4.5左右。由于风化产酸程度较高,干-湿循环作用下黄铁矿风化所形成的总Fe、SO2-4质量浓度分别为冻-融循环下的8.5倍和1.6倍;Cu2+的质量浓度约为冻融循环条件下Cu2+质量浓度的5.2倍。冻-融循环及干-湿循环条件下,氧气及水分穿透黄铁矿外"包裹层"的时间分别为60 d和80 d。因此,与南方相对温暖湿润的气候类型相比,我国东北地区冰冻期长、丰水期短的气候类型可在一定程度上抑制废石风化产酸的形成。