“煤系战略性金属矿产资源”学术研讨会
基本信息
2022-06-26
2022-06-26
;中国煤炭学会;《煤炭学报》编辑部
会议文集
21. 煤系中战略性金属矿产资源:意义和挑战
摘要： 战略性金属矿产资源对国民经济发展和国防安全具有重要作用.煤是特殊的沉积有机岩石,在其形成过程的特定地质条件下,可以富集战略性金属,并在煤系中形成大型或超大型金属矿床.由于煤系战略性金属矿床不断被发现,世界各国对煤系战略性金属矿产高度重视,使其成为矿产资源勘探的重要领域和重要方向.基于煤系战略性金属矿产的丰度和规模、粉煤灰中金属元素(如锗、镓、铝、铀等)现有提取利用情况和其他金属开发潜力评估,煤系战略性金属矿产的开发利用表现出了良好的前景,将为战略性金属资源增储和环境保护(如燃煤引起的环境污染控制和碳中和目标的实现)发挥重要作用.然而,煤系战略性金属矿产在成矿理论、勘探和提取的理论与技术等方面的研究时间尚短、研究问题复杂和难度大,面临诸多难题或挑战.在成矿理论方面存在的诸多关键科学问题中,核心难题包括:成煤全过程中有机质(矿产)和无机质(矿产)的相互作用及其效应、金属成矿4个过程(物源供给/形成—物质迁移—金属富集—后期改造保存)和盆地演化3个阶段(沉积物充填—成岩作用—改造就位)之间的时空配置规律.在勘查技术方面存在的诸多关键技术问题中,其核心技术难题是煤系中战略性金属元素丰度和组合与地球物理参数的定量表征.煤系战略性金属的类型、赋存环境、组合样式的多样性,造成传统的或单一的勘探技术难以适应煤系中大部分金属矿床的勘探.在提取技术方面存在的挑战是除了个别金属外(如锗、铀、铝等),煤系(或粉煤灰)中大部分战略性金属具有低品位和难提取的特征.正确认识煤系中战略性金属矿产资源现有研究状况、重要的科学和社会意义,以及面临的机遇和挑战,对实现战略性金属矿产的增储、资源评价和推动煤系金属资源的开发利用具有重要作用.
提交时间：2022-06-26
22. 煤型关键元素矿床的资源综合利用与潜在环境风险——以云南临沧某锗提炼厂为例
摘要： 煤和煤系资源的综合高效清洁利用是"双碳"目标达成的必要和有效途径.煤型关键元素矿床在富集有益元素的同时,常高度富集有害元素,且关键元素提取过程的有害物质释放,对环境和人体健康构成潜在风险.煤型锗、镓-铝、钒-硒矿床已在中国成功开发利用,然而,煤型关键元素矿床资源的综合利用率低,尾矿环境危害大.以云南临沧某锗提炼厂为例,聚焦尾矿中的关键元素资源和有害元素潜在环境风险,进而为煤型关键元素矿床的开发利用提出建议.结果表明:尽管临沧锗提炼厂尾矿中关键元素Be,Cr,Nb,Mo,Sb,Cs和W较世界褐煤煤灰富集,但均低于煤型矿床的边界品位,鉴于尾矿固体废物处置成本和资源综合利用收益,Be和Cs可作为关键元素与锗协同提取或从尾矿中再提取综合利用.与世界土壤相比,临沧锗提炼厂尾矿中Be,As,Mo,Sb和U富集,而Cr,Cu,Zn,Se和Pb稍富集,存在一定环境风险.鉴于煤型关键元素矿床低品位与难提取的特点和开发提取现状,煤型关键元素矿床的绿色可持续开发利用应加强煤及煤系地层多关键元素矿床的成矿机理和成矿条件研究,构建煤系多资源、多关键元素协同勘探和协调开采技术体系,建立煤及煤系地层多关键元素综合提取与高值化利用关键技术和煤基废物有害元素的环境风险评价技术保障体系.
提交时间：2022-06-26
23. 陕西典型矿区煤系关键金属元素富集特征及其成因机制
摘要： 煤型关键金属矿床的研究现已成为国内外煤地质学和矿床学研究的重要内容,也是当前国际矿产地质界的前沿问题.陕西煤炭资源丰富,含煤岩系涵盖石炭—二叠系(太原组,山西组)、三叠系(瓦窑堡组)及侏罗系(延安组),不同煤田及不同时代煤层煤质特征差异较大,部分地区煤中存在关键金属的富集.为了查明陕西煤系关键金属的富集分布特征及成因机制,选取主要煤田10个典型煤矿的含煤岩系为研究对象,系统开展煤的工业分析、全硫分析和微量元素地球化学测试.陕西煤中关键金属富集主要分布于石炭—二叠系煤系,在渭北及陕北石炭—二叠系煤系中普遍存在Li-Ga-Nb-Ta-REY 关键金属组合的共富集.这些关键金属主要赋存于高岭石、勃姆石、磷酸盐等矿物中,且在靠近煤层夹矸及顶底板的煤系中更为富集.陕西石炭—二叠系煤中关键金属的富集与华北地台沉积基底及本溪组古风化壳密切相关,关键金属元素主要由盆地周缘蚀源区古风化壳黏土质和铝土质碎屑物质经水系搬运进入泥炭沼泽,通过有机质与无机质相互作用而富集;此外,也可能受同沉积火山灰输入及大地构造的部分影响.石炭—二叠系为陕西煤型关键金属矿产的富集层位,煤系Ga,Li,Nb,Ta 等关键金属普遍达工业利用品位,REY 在金华山煤矿太原组和桑树坪煤矿山西组煤系中也达工业利用品位,具有良好的勘查前景.其中,渭北石炭—二叠纪煤田和陕北石炭—二叠纪煤田府谷矿区可作为陕西煤型关键金属矿产勘探开发的首选靶区.
提交时间：2022-06-26
24. 深部强采动大断面煤巷围岩外锚-内卸协同控制技术
摘要： 针对深部剧烈动压扰动影响下软碎煤体巷道围岩持续大变形破坏的控制难题,以某矿深部强采动影响区典型大断面软碎煤体巷道为研究对象,分析了深部煤巷经历强采动影响下的矿压显现规律,阐明了引起围岩大变形破坏的主要原因,得出了煤巷围岩的主要控制难点.基于此提出了深部强采动大断面煤巷围岩外锚-内卸协同控制技术,煤巷浅部围岩锚索注强化锚固技术提高了主体承载结构的围岩强度,为内部造穴卸压创造了良好的施工环境;两帮煤体深部应力高峰区采取大直径孔洞造穴卸压,阐明了在不破坏浅部锚固围岩稳定性基础上使煤巷两帮高支承压力峰值转移至造穴孔洞实体煤侧的卸压机制.内部大直径造穴孔的布置使深部煤岩体的变形向卸压孔洞群转移,为深部煤岩体持续向外运移提供让压补偿空间,浅部强化锚固能有效阻断深部煤岩体向煤巷空间运移,减少煤巷两帮围岩变形量;提出大断面煤巷围岩外锚-内卸的“ 固结修复、桁索强锚、内卸转移、内外协同”控制机理,并通过相似模拟及数值模拟的方法验证了煤巷围岩外锚-内卸协同控制技术的可行性.现场工程实践表明:煤巷采取外锚-内卸协同控制技术,有效抵御了大断面软碎煤体巷道在强采动影响下的两帮围岩大变形,显著改善了煤巷围岩应力状态.
提交时间：2022-06-26
25. 神府南部延安组富油煤多源判识规律
摘要： 富油煤对缓解中国油气资源供应紧张局势、实现煤炭绿色低碳利用具有重要的资源优势.与富氢煤相比,富油煤具有更广义的范畴、更明确的实用性,且高挥发分产率与高焦油产率之间并不具有单调对应性,尤其在有限区域或煤阶范围内,这一规律尤为明显.但目前富油煤识别指标单一且以往数据较少,在标准格金干馏试验基础上丰富富油煤识别方法是亟待解决的重要问题.以神府南部矿区为例,通过探讨富油煤相关性特点及宏-微观控制规律,结果显示:① 煤层厚度与煤焦油产率分布稳定性呈正相关性,但与焦油产率相关性较弱;② 在有限的煤阶范围内,挥发分与焦油产率间规律不甚显著,反而对产气率、产水率约束性更为明显.这一现象同样体现在H/C 原子比,高H/C 原子比并未指示高焦油产率,但对较低的产气率和较高的产水率具有清晰指示意义,这与煤中含氧官能团裂解并获取氢自由基的过程存在密切相关性;③ 宏观煤岩类型对焦油产率具有较好的控制性,这与煤体显微煤岩组成密切相关,总体表现为镜质组、矿物双重控制性,其中光亮煤、半亮-半暗煤焦油产率主要受控于镜质组含量;暗淡煤、夹矸主要受控于煤中矿物含量;④ 灰分与焦油产率间总体呈单调递减规律,但不同煤灰成分表现有所不同.指示内源沉积作用的CaO+MgO 质量分数增加,有助于富油煤热解催化并一定程度提高煤焦油产率.指示陆源碎屑沉积的SiO2+Al2O3质量分数增加则会降低煤焦油产率,与灰分指示规律一致.指示闭塞、滞留环境的Fe2O3(黄铁矿)虽然对煤热解具有催化裂解作用,但在格金干馏试验条件下并未明显促进焦油产率升高,反而对产水率的促进作用更为明显;⑤ 真密度与焦油产率间呈负相关性,低密度煤样表现为Aar/Aal,B,C,CH2/CH3相对较小,指示煤中脂肪结构较为丰富、烷基侧链丰富,有利于热解过程中不稳定化学键裂解形成分子量较小的烷基自由基进而提高煤焦油产出.
提交时间：2022-06-26
26. 稀土-锆(铪)-铌(钽)-镓的活化、迁移和富集机理——以务正道地区上二叠统吴家坪组煤系为例
摘要： 对务川—正安—道真(务正道)地区桥溪河矿区上二叠统吴家坪组底部煤系进行了系统的矿物学和地球化学测试和分析,以便查明煤系战略性金属的活化、迁移和富集过程,并评价其综合利用潜力.依据矿物组成和高岭石的结晶程度,自上而下确定了4个矿物组合层段(层A、层B、层C 和层D).层A(煤层顶板)的矿物主要由方解石、石英和伊利石组成;层B(煤层)由高岭石、黄铁矿、黄钾铁矾和伊/蒙混层组成;层C(直接底板黏土岩)由有序高岭石组成;层D(间接底板黏土岩)由无序高岭石组成.REY,Zr(Hf),Nb(Ta),Ga 的质量分数由高到低依次是:层C+D＞层B＞层A.层A,B,C 和D 中的REY 分别赋存于磷灰石、独居石、锆石+高岭石、高岭石+磷酸盐矿物中.层A,B 中的Nb(Ta)和Zr(Hf)主要赋存于锆石和钛矿物中,层C,D 中则主要赋存于锆石中.层A,B 碎屑物质主要来源于峨眉山玄武岩和少量的碱性火山灰,层C 黏土岩起源于过碱质中酸性火山灰的沉降和蚀变,层D 黏土岩起源于碱性基性火山灰的沉降和蚀变.煤系剖面中REY,Zr(Hf)和Nb(Ta)的活化、迁移和富集受控于载体矿物的控制:① Zr(Hf)和Nb(Ta)主要赋存于耐蚀变性的锆石或钛矿物中,水/岩作用过程中Zr(Hf)和Nb(Ta)无明显的活化、迁移和分异,故它们的分布受控于火山灰性质(过碱质、中酸性火山灰)和输入量的控制;② REY 主要来源于火山碎屑或峨眉山玄武岩,水/岩作用过程中容易解离出来而随溶液迁移和沉淀,引起REY 质量分数和REY 地化参数的不均匀分布.煤层(层B)和黏土岩(层C+D)可作为REY-Zr(Hf)-Nb(Ta)-Ga 的潜在来源,可考虑综合勘探和利用.
提交时间：2022-06-26
27. 伊犁盆地煤中关键金属的分布赋存特征
摘要： 为查明伊犁盆地煤中关键金属的富集情况,通过工业分析、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、逐级化学提取试验(SCEE)方法及带能谱的扫描电镜(SEM-EDS),结合盆地北部皮里青矿区西山窑组煤与顶底板样品及前人研究成果,探讨煤中关键金属的分布赋存特征.结果表明:伊犁盆地煤中关键金属质量分数整体上并不高,只有局部地区受砂岩型铀矿影响出现了U,Se,Mo及Re 等元素的高度富集.在水平上,伊犁盆地的伊宁凹陷呈现南缘显著高于北缘及中部,而北缘又略高于中部的分布特征,这与南缘受到后生富铀溶液渗入、南北缘距离物源更近以及北部的同沉积断裂构造有关.在垂向上,伊犁盆地不同成煤时期的关键金属分布表现为中段的三工河组＞下段的八道湾组＞上段的西山窑组:受后生富铀溶液渗入,三工河组煤中关键金属质量分数较高;由于构造条件、沉积环境、沼泽地下水位等不同,八道湾组煤中关键金属质量分数高于西山窑组.皮里青矿区西山窑组煤中关键金属富集程度与盆地整体分布情况相符,处于亏损～正常水平,且具有更强的无机亲和性:Li,Zr,Hf,Nb 等元素都主要以硅酸盐结合态形式赋存,主要存在于黏土矿物中;Be,V,In,Sr 等元素主要以碳酸盐或硫酸盐结合态形式赋存,主要存在于方解石、菱铁矿、石膏中;W 主要以硫化物结合态形式赋存,与煤中黄铁矿关系密切;Mo,Se 主要以有机结合态形式存在,皮里青矿区煤中不富集U,Se,Mo 和Re 等元素,主要是由于缺少后生富铀溶液的入渗及不具备富铀海西期花岗岩蚀源区这样的地质条件及可淋溶性条件.
提交时间：2022-06-26
28. 真三轴动静组合加载饱水煤样能量耗散特征
摘要： 煤矿冲击地压发生与煤岩的物理力学性质、所受静载荷与动载荷的结构失稳等因素有关.煤岩体失稳过程伴随着能量的吸收、储存、转换和释放,现场煤岩体破坏是受多种环境影响下的复杂过程,较难完成定量描述煤岩体释放吸收能量的大小,真三轴动静组合加载条件煤岩变形破坏的机理和能量耗散特征值得深入研究.采用真三轴动静载霍普金森冲击加载系统对自然与饱水2种状态煤样进行不同动静组合加载试验,通过试验分析2种状态煤样真三轴动静组合加载变形破坏过程中各能量变化规律及占比特征.试验结果表明:通过饱水处理能够降低煤样对弹性能量的储存能力,饱水煤样的能量反射率比自然煤样高17.25％～37.04％,在相同Y 轴静载作用下自然煤样的能量吸收率比饱水煤样高17.13％～55.95％;揭示了自由水在煤样裂隙中抑制能量的透射率,使入射能以反射能的方式进行无用耗散,减小煤样的能量吸收率;自然煤样的能耗密度大于饱水煤样,在冲击加载X 方向煤样能耗密度与峰值动态应力呈正相关,在Y,Z 轴方向呈负相关.证实了水在三维动静组合加载作用下对煤样吸能破坏的诱导作用,冲击能量在煤样中被煤样和水吸收,煤样吸收能量用于诱导形成新的裂隙,形成煤样宏观破坏,水吸收能量用于新旧裂隙的相互贯通,形成煤样内部微观结构破坏.
提交时间：2022-06-26
29. 重庆中梁山煤田凝灰岩中战略性金属的浸出试验
摘要： 西南地区晚二叠世含煤岩系底部广泛分布一层由基性火山灰经热液流体蚀变的凝灰岩.凝灰岩中富集稀土元素(REY),Nb 和Ga 等战略性金属,称之为一种新型的煤型战略性金属矿床.然而,凝灰岩中战略性金属的可提取性如何,尚不清楚,制约了这些金属的开发利用.为此,以重庆中梁山煤田晚二叠世凝灰岩为对象,采用(NH4)2SO4,H2SO4,NaOH,HCl 和HF 等试剂对凝灰岩中REY,Nb,Ga,Al2O3和SiO2进行分步连续浸出.结果表明,(NH4)2SO4能浸出约30％的REY,表明凝灰岩中离子吸附型REY 占比大于30％,其余的战略性金属均以矿物相形式存在.(NH4)2SO4—H2SO4—NaOH—HCl—HF 分步连续浸出可有效提取凝灰岩中的REY,Ga,Nb 等战略性金属.REY,Ga,Nb,Al2O3,SiO2的总浸出率分别为86.52％,67.32％,54.70％,87.87％和98.97％.浸出后的残渣以硫铁矿为主,也可以被综合利用.整个分步连续浸出的较优条件为:①(NH4)2SO4质量浓度为15g/L,浸出温度为20 ℃,浸出时间为12h,液固比为1;② H2SO4质量分数为60％,浸出温度为130 ℃,浸出时间为3h,液固比为3;③ NaOH 质量分数为45％,浸出温度为130 ℃,浸出时间为2.5h,液固比为3;④ HCl 质量浓度为150g/L,浸出温度为90 ℃,浸出时间为2h,液固比为3;⑤ HF 质量分数为15％,浸出温度为75 ℃,浸出时间为2h,液固比为4.
提交时间：2022-06-26
30. MG400/951-WD型采煤机螺旋滚筒可靠性灵敏度优化设计
摘要： 为提高含夹矸煤层赋存条件下采煤机螺旋滚筒的可靠性,以“ MG400/951-WD”采煤机为研究对象,对含夹矸煤层的试样进行物理力学参数测试.基于破煤理论,模拟得到含夹矸煤层赋存条件下螺旋滚筒的冲击载荷.结合刚柔耦合虚拟样机技术建立以螺旋滚筒为模态中性文件的采煤机刚柔耦合虚拟样机模型,得到螺旋滚筒的应力分布规律和振动特性.对采煤机刚柔耦合模型进行受迫振动分析,得到系统模态频率.在可靠性干涉理论和共振失效准则分析的基础上,利用神经网络,讨论相关失效理论的采煤机螺旋滚筒可靠性灵敏度优化设计问题.分析牵引速度vq、螺旋滚筒直径D、螺旋升角a、螺旋滚筒宽度B 和截线距t 对螺旋滚筒应力可靠性、振动频率可靠性和振幅可靠性的影响.构建螺旋滚筒多目标优化设计状态函数,利用结构进化优化算法,得到螺旋滚筒设计变量的最优解.结果表明:优化后螺旋滚筒最大应力为770.0351MPa,较优化前降低11.42％;优化后的螺旋滚筒固有频率得到提升;优化后螺旋滚筒振幅为0.3616mm,较优化前降低20.12％,动力学指标得到改善,螺旋滚筒设计变量对其可靠性的影响程度降低;优化后螺旋滚筒可靠度由0.8324提高至0.9885.将刚柔耦合虚拟样机技术与基于相关失效模式的可靠性灵敏度设计理论和结构进化算法相结合,为设计含夹矸煤层赋存条件下的高可靠性采煤机螺旋滚筒提供更快速、可靠的技术手段.
提交时间：2022-06-26
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