废弃矿井资源开发利用战略

正废弃矿井资源开发利用的三大方向:能源化利用(主要针对煤炭、煤层气、新能源),资源化利用(主要针对矿井水),功能化利用(主要针对地下空间和地上空间)。如在煤炭气化利用上,应根据矿井开采条件和废弃煤层的地质条件选择气化炉结构形式和地下气化工艺;废弃矿井可建设煤矿地下水库、地下水污水处理中心、抽水蓄能电站等。此外,还可进行生态修复、地表复垦后建设光伏园区、发展第三产业等。     

废弃矿井抽水蓄能面临的关键问题与对策思考

为向低碳清洁能源转型,我国风、光等新能源高速发展,新型电力系统对调节电源的需求更加迫切,抽水蓄能逐渐成为储能技术开发与利用的热点。本文在系统梳理抽水蓄能电站技术研究现状的基础上,从电站选址、库容计算、地下空间改造及安全运维四个视角分析了废弃矿井抽水蓄能电站建设面临的主要难题;从工程角度提出亟待研究解决的四项关键技术：地上水库安全性评价方法与治理技术、地下水库库容计算模型及调蓄技术、地下水库损伤变形机理及加固技术、二次开挖地下结构变形失稳机制及治理技术。利用废弃矿井遗留的大量地下空间资源建设抽水蓄能电站,有助于构建清洁低碳能源体系,增强能源供给稳定性。     

封面图片说明：废弃矿井资源开发利用战略

 废存矿井资源开发利用的三大方向：能源化利用（主要针对煤炭、煤层气、新能源），资源化利川（主要针对矿井水），功能化利用（主要针对地下空间和地上空间）。如在煤炭气化利用上，应根据矿井开采条件和废弃煤层的地质条件选择气化炉结构形式和地下气化工艺；废弃矿井可建设煤矿地下水库、地下水污水处理中心、抽水蓄能电站等。此外，还可进行生态修复、地标复垦后建设光伏园区、发展第三产业等。     

中国关闭/废弃矿井地下空间储物环境稳定性保障：现状、评价及改造

 中国存在大量关闭/废弃矿井,其中关闭/废弃矿井地下空间资源是稳定且易开发的资源。在梳理不同类型储物下（油、气、水、核废料、种子等）研究现状的基础上,研究了矿井遴选、密封性能、储物空间大小、储物时间等,提出了相应的地下空间储物评价指标和改造技术,形成了适合中国国情、自然地质条件的关闭/废弃矿井地下空间储物环境稳定性保障理论与技术。     

基于城市燃气输配的废弃煤矿井储存天然气方法

 结合城市燃气输配关键内容,分析了中国废弃煤矿井资源及利用的现状和特点,研究了废弃煤矿井永久地下空间作为城市天然气储存空间的限制条件,提出了废弃煤矿井储存天然气的思路。分析表明,密封性是废弃煤矿井储存天然气的限制条件,可根据城市调峰气量的确定,利用废弃煤矿井井下的永久性地下空间,并配合井下空间的改造及地面工程建设,实现废弃煤矿井作为地下储气库,以有效解决城市不同时段的天然气供需不平衡问题。     

面向光伏消纳的光伏-废弃矿井抽蓄-蓄电池联合发电系统优化调度策略

 为提高光伏消纳能力,构建了一种含废弃矿井抽蓄-蓄电池混合储能的联合发电系统。针对联合发电系统,分别研究了光伏、废弃矿井抽蓄电站及蓄电池的数学模型,引入弃光成本,提出了以联合发电系统总运行成本最低和光伏消纳量最大为目标的优化调度模型,结合功率平衡约束、废弃矿井抽蓄电站运行约束、电池储能运行等约束,利用CPLEX优化工具实现调度模型最优解求取。通过算例,对系统在光伏-废弃矿井抽蓄、光伏-电池储能和光伏-废弃矿井抽蓄-电池储能3种不同调度方式下的光伏消纳效果进行对比,结果表明,本调度策略可以达到系统运行成本最优、降低弃光的效果。     

基于矿井地下水库的煤矿采空区地下空间利用模式与关键技术

 利用煤矿采空区建设矿井地下水库对实现矿井采空区地下空间及矿井水资源化、能源化利用,促进矿区环境生态保护意义重大。综合国内外典型案例,论述了基于矿井地下水库的矿井地下空间及水资源的3种利用模式：矿井地下储滤水库、抽水蓄能电站及矿井地热开发利用。与国外传统地下水库以井巷为主要存储空间相比,目前国内构建的地下水库主要以矿井采空区垮落带为存储空间,这使得矿井地下水库的容量大幅度提升,且垮落带内的煤矸石对矿井水还具有过滤作用。在此基础上,凝练了中国煤矿地下水库2个关键科学问题：矿井地下水库库容能力和矿井地下水库稳定性控制。探讨了库容能力和坝体稳定性控制的影响因素和现阶段主要研究手段,提出了在产矿井和资源枯竭型矿井建设地下水库的后续研究方向。     

废弃矿井水位回弹诱致环境与安全灾害分析

分析研究了废弃煤矿矿井特有的导水和含水介质结构特征及其地下水运动循环、水文地球化学与水动力学基本特征,探讨了煤矿矿井关停废弃后地下水位淹没回升机理,分析了废弃矿井地下水淹没过程中可能诱发的水资源与环境问题、工程安全与地质灾害问题,提出了有效保护利用废弃煤矿井区水资源及其防范相关环境与地质灾害所面临的关键科学问题。     

中梁电站地下厂房洞室开挖技术与过程控制

中梁电站地下厂房三大主洞室平行布置,从上游向下游分别为主厂房、主变洞、尾闸室,洞室间岩壁厚度分别为23.0m和15.0m。采用各部位平行施工、各工序交叉作业的整体施工方案,尽量减少爆破对周边围岩的破坏与扰动,及时支护,确保施工安全。     

机械上梁装置在煤矿的设计和应用

受井下特殊条件限制，传统煤矿井下煤、岩巷道金属支护棚搭建过程基本上靠肩扛手推的方法进行。随着煤矿综合机械化装备水平不断提升，大功率、商陛能掘进机广泛应用，巷道掘进速度陕速提升，传统的人工支护棚架设方式成为制约巷道快速推进的瓶颈。另外，随着现代化矿井建设及大功率井下施工设备的应用，设备的体积也越来越大．     

节点虚流量法的某抽水蓄能电站地下厂房渗流场分析

利用求解有自由面渗流场的节点虚流量法,对某抽水蓄能电站施工期地下厂房渗流场分布进行三维有限元仿真模拟,着重研究施工期厂房区洞室的渗流特性,并对施工期厂房区渗控方案进行评价.研究表明,施工期间排水设施尚未形成时,各已经开挖的洞室成为排水的主要边界;在保证各洞室的渗透水能及时排出的提前下,渗流场可以满足施工环境要求;顶排型排水幕排水效果并不明显.     

上池下库循环,绿水青山常在——抽水蓄能技术应用与发展

 电力系统需要配置大容量的储能装置,补偿功率变化,适应新能源的大规模发展。更重要的是,近年来电力负荷率较低、负荷波动较大,需要对负荷进行调整。在电力系统中配置适当规模的抽水蓄能,是解决当前风电等新能源大规模发展对电网安全稳定影响问题的最佳选择。分析了抽水蓄能技术的基本原理和特性,阐述了抽水蓄能技术发展的新趋势。介绍了可变速抽水蓄能技术,探讨了双馈方式和全功率方式的整体结构,并提出了在不同模式下的控制策略,分析了新型特殊抽水蓄能电站的构成、技术挑战和解决方案。     

调变式钻爆作业台车的设计与应用

地下工程采用钻爆法施工时均需根据隧洞断面制作施工作业台车,呼和浩特蓄能电站地下厂房系统附属隧洞共11条,开挖施工由于工期宽裕、且洞型差异不大,通过对钻爆作业台车的结构型式进行创新设计,采用调变式钻爆作业台车,达到减少钻爆作业台车数量而增效的目的,发挥明显的节省成本效益。其设计成果对类似工程的施工具有指导意义,有着广阔的应用前景,可供借鉴使用。     

中国废弃矿山地下抽水蓄能电站技术要点与可行性分析

 为应对全球气候变化、化解资源环境危机，中国需推进能源结构调整与优化，逐步提高可再生能源开发利用比例，加快解决可再生能源存储的瓶颈问题。中国废弃矿山数量巨大，利用废弃矿山遗留下来的大量地下空间建造抽水蓄能电站为中国可再生能源存储提供了新的思路。基于德国利用废弃金属矿山和煤矿地下空间建造地下抽水蓄能电站的实例，从岩石力学、矿山规划、机械构置、能源系统规划、法律、环境影响以及经济性等方面深入探讨了中国利用废弃矿山建造地下抽水蓄能电站的相关评价原则与技术要点，并进一步提出了中国废弃矿山地下抽水蓄能电站研究的基本方向和主要内容。     

用随机生产模拟方法计算抽水蓄能电站的节煤效益

应用随机生产模拟理论,建立了等效电量函数法分段模型,从抽水蓄能的主要功能－调峰填谷作用以及较高的可靠性出发,以安徽琅琊山抽水蓄能电站为例,首先对抽水蓄能电站在电力系统中运行产生的节煤效益进行了计算和评价,然后对抽水蓄能电站最优运行方式进行了研究,从而证明了随机生产模拟方法的实用性,并由此得出了抽水蓄能电站的最佳运行方式。     

抽水蓄能电站地下厂房楼板结构的动力特性分析

以某电站地下厂房楼板结构为例,采用计算模拟法对抽水蓄能电站常用的板梁和厚板结构进行计算,并对其不同楼板结构的动力特性进行了对比分析.结果表明,当厂房楼板的静力刚度要求较高时(板梁结构静力刚度等效于1.5 m厚板结构),板梁结构自振频率高、动力响应小,其结构形式优于厚板结构;当厂房楼板的静力刚度要求不高时(板粱结构静力刚度等效于1.0 m厚板结构),板梁和厚板结构的动力特性相差不大.     

地下厂房锚杆支护的反向传播神经网络智能化设计模型

水电站地下厂房的支护设计一般采用工程类比法,而西南地区高地应力、大跨度地下洞室的修建难度往往超出以往的工程,难以完全适应。亟待建立考虑复杂地质条件影响的围岩支护定量设计理论和方法。在29个跨度为18.0～34.0 m,强度应力比为2.00～80.8的地下厂房支护参数的基础上,采用反向传播(back propagration, BP)神经网络方法,训练出了地下厂房系统锚杆支护的智能化设计模型。该模型通过输入洞室跨度值和强度应力比对系统锚杆直径、间排距进行优化设计。采用对神经网络权重分析的方法探讨了洞室跨度和强度应力比对系统锚杆支护方案选择的影响程度。研究结果表明:基于BP神经网络的水电站地下厂房系统锚杆支护的智能化设计模型具有良好适用性和可靠性;在仅考虑强度应力比和洞室跨度的情况下,水电站地下厂房系统锚杆的支护设计应该优先考虑强度应力比的大小。