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大兴安岭中南段哈力黑坝岩体的年代学、地球化学及其构造拆沉作用

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中国地质 2024年第3期51卷 978-994页

作者：魏巍黄行凯徐巧蒋斌斌刘孜祝新友巫锡勇西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学地球科学与工程学院四川成都611756 紫金矿业集团股份有限公司福建上杭364200 北京绿勘科技有限责任公司北京101100 中色紫金地质勘查(北京)有限责任公司北京100012 北京矿产地质研究院有限责任公司北京100012

【研究目的】在区域地质调查基础上,本文探讨了大兴安岭中南段哈力黑坝岩体早白垩世花岗岩成岩年代、岩石成因类型、源区性质及地球动力学背景。【研究方法】本文基于显微镜、XRF和(LA-)ICP-MS等手段对哈力黑坝岩体早白垩世花岗岩进行... 详细信息

【研究目的】在区域地质调查基础上,本文探讨了大兴安岭中南段哈力黑坝岩体早白垩世花岗岩成岩年代、岩石成因类型、源区性质及地球动力学背景。【研究方法】本文基于显微镜、XRF和(LA-)ICP-MS等手段对哈力黑坝岩体早白垩世花岗岩进行了岩相学、锆石U-Pb年代学、地球化学及Hf同位素组成研究。【研究结果】哈力黑坝早白垩世花岗岩主要包括中细粒黑云母花岗岩和细粒斑状黑云母花岗岩,LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果分别为(139.1±0.7)Ma和(138.4±1.0)Ma。岩石主量元素具有高硅(74.09%~77.19%)、富碱(7.92%~8.46%),低CaO(0.35%~1.14%)和低MgO(0.15%~0.47%)的特征,属高钾钙碱性系列;其A/CNK值介于0.95~1.08,为准铝质—弱过铝质岩石。岩石相对富集轻稀土元素,(La/Yb)N=3.69~13.17,稀土配分模式图呈右倾海鸥型,具有较为明显的负铕异常(δEu=0.11~0.47)。岩石微量元素组成显示岩石富集Rb、U、Th、Zr、Hf等元素,强烈亏损Sr、Ba、Ti、P等元素。岩石具有高正的ε_(Hf)(t)值(+5.0~+11.2)和年轻的二阶段Hf模式年龄(408~731 Ma)。【结论】哈力黑坝岩体早白垩世花岗岩为铝质A型花岗岩,其源区主要为年轻地壳物质,并有老地壳物质的贡献,形成于伸展的大地构造背景,受控于岩石圈拆沉减薄过程。

关键词：锆石U-Pb年代学早白垩世花岗岩 Hf同位素哈力黑坝大兴安岭中南段地质调查工程

基于双极膜电渗析的膜集成技术的高矿化度矿井水资源化处理

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煤炭学报 2024年第5期49卷 2462-2471页

作者：刘兆峰郭强王霄唐佳伟蒋斌斌曹志国张锁闫祖喻王群李井峰国家能源集团煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室北京102209 北京低碳清洁能源研究院北京102209 神华新街能源有限责任公司内蒙古鄂尔多斯017200 山东科技大学化学与生物工程学院山东青岛266590 山东海化集团有限公司山东潍坊262737

在当前煤矿矿井水“零排放”及煤炭与水资源逆向分布背景下,西部矿区的高矿化度矿井水如若不进行合理处置便直接排放,不仅对当地生态环境造成不可估量的破坏,而且造成严重的水资源浪费,最终将制约煤炭绿色开发与生态文明建设。传统的高... 详细信息

在当前煤矿矿井水“零排放”及煤炭与水资源逆向分布背景下,西部矿区的高矿化度矿井水如若不进行合理处置便直接排放,不仅对当地生态环境造成不可估量的破坏,而且造成严重的水资源浪费,最终将制约煤炭绿色开发与生态文明建设。传统的高盐废水零排放技术主要是利用蒸发结晶技术将无机盐由溶液态转变为结晶态进行回收。从经济性方面分析,该技术受投资高、运行成本高、无机盐附加值低等问题制约。基于此,以西部某矿井水为原水,以矿井水资源化零排放利用及脱盐低碳化为目标进行膜集成工艺设计,并在此基础上重点探讨电渗析和双极膜电渗析工序不同操作条件(操作电压、进料液浓度、温度、酸碱度、电流密度等)对电渗析脱盐性能及双极膜电渗析制酸碱性能的影响规律,之后以实验数据及经济评估模型,探究其经济可行性,旨在探索出适用于西部矿区高矿化度矿井水处理的膜集成技术,为高矿化度矿井水绿色资源化处理工艺的开发提供新的研究思路。通过对电渗析−双极膜电渗析实验过程探究,发现双极膜系统进料液质量浓度应不超过80 g/L、适宜的操作电压为18 V、适宜的进料液温度为25℃、进料液pH保持中性、更适合采用恒电压操作。此外,证实了以双极膜电渗析为核心的膜集成系统可实现高矿化度矿井水绿色资源化处理,以电渗析系统进料液总含盐量20 g/L为例,总的净收益为18604299元/a,且在耦合光伏电力供应系统时具有明显的二氧化碳减排效应,二氧化碳减排将超过3162 t/a,具有良好的经济效益和社会效益。

关键词：高矿化度矿井水集成膜系统零排放双极膜电渗析技术矿井水资源化

基于双极膜电渗析的膜集成技术用于高矿化度矿井水资源化研究

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煤炭学报 2024年

作者：刘兆峰郭强王霄唐佳伟蒋斌斌曹志国张锁闫祖喻王群李井峰山东科技大学化学与生物工程学院国家能源集团煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室神华新街能源有限责任公司山东海化集团有限公司北京低碳清洁能源研究院

在当前煤矿矿井水“零排放”及煤炭与水资源逆向分布背景下，西部矿区的高矿化度矿井水如若不进行合理处置便直接排放，不仅对当地生态环境造成不可估量的破坏，而且造成严重的水资源浪费，最终将制约煤炭绿色开发与生态文明建设。传统... 详细信息

在当前煤矿矿井水“零排放”及煤炭与水资源逆向分布背景下，西部矿区的高矿化度矿井水如若不进行合理处置便直接排放，不仅对当地生态环境造成不可估量的破坏，而且造成严重的水资源浪费，最终将制约煤炭绿色开发与生态文明建设。传统的高盐废水零排放技术主要是利用蒸发结晶技术将无机盐由溶液态转变为结晶态进行回收。从经济性方面分析，该技术受投资高、运行成本高、无机盐附加值低等问题。基于此，西部某矿井水为原水，以矿井水资源化零排放利用及脱盐低碳化为目标进行膜集成工艺设计，并在此基础上重点探讨电渗析和双极膜电渗析工序不同操作条件（操作电压、进料液浓度、温度、酸碱度、电流密度等）对电渗析脱盐性能及双极膜电渗析制酸碱性能的影响规律，之后以实验数据及经济评估模型，探究其经济可行性，旨在探索出适用于西部矿区高矿化度矿井水处理的膜集成技术，为高矿化度矿井水绿色资源化处理工艺的开发提供新的研究思路。通过对电渗析-双极膜电渗析实验过程探究，发现双极膜系统进料液浓度应不超过80000 mg/L、适宜的操作电压为18 V、适宜的进料液温度为25℃、进料液pH保持中性、更适合采用恒电压操作。此外，证实了以双极膜电渗析为核心的膜集成系统可实现高矿化度矿井水绿色资源化处理，以电渗析系统进料液总含盐量20，000 mg/L为例，总的净收益为￥18，604，299/年，且在耦合光伏电力供应系统时具有明显的二氧化碳减排效应，二氧化碳减排将超过3，162吨/年，具有良好的经济效益和社会效益。

关键词：高矿化度矿井水集成膜系统零排放双极膜电渗析技术矿井水资源化

煤矿地下水库技术原创试验平台体系研制及应用

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煤炭学报 2024年第1期49卷 100-113页

作者：顾大钊曹志国李井峰吴宝杨张勇蒋斌斌郭强王汉鹏武洋史小萌王路军杨毅查尔晟煤炭开采水资源保护与利用全国重点实验室北京102211 北京低碳清洁能源研究院北京102211 国家能源投资集团有限责任公司北京100011 国能神东煤炭集团有限责任公司陕西榆林719315 山东大学齐鲁交通学院山东济南250061

煤炭是我国主体能源,西部是我国煤炭主产区,矿井水保护利用是煤炭开发面临的重大技术难题。国家能源集团煤炭绿色开采技术研发团队经过20多年持续技术攻关,首创了煤矿地下水库技术,在西部神东矿区推广应用,为矿区开发提供了95%以上用水... 详细信息

煤炭是我国主体能源,西部是我国煤炭主产区,矿井水保护利用是煤炭开发面临的重大技术难题。国家能源集团煤炭绿色开采技术研发团队经过20多年持续技术攻关,首创了煤矿地下水库技术,在西部神东矿区推广应用,为矿区开发提供了95%以上用水,确保了矿区可持续开发。为进一步丰富完善煤矿地下水库理论和技术体系,在西部煤炭主产区不同地质和工况条件下推广应用该技术,保障国家能源安全和水资源安全,研发团队构建了煤矿地下水库原创技术试验平台体系,包括煤炭开采地下水运移与保护综合智能试验平台、多煤层开采煤矿地下水库模拟试验平台、煤矿地下水库坝体结构试验平台、西部深部井工矿井筒施工模拟试验台、地下水库水岩耦合机理试验、水处理工艺集成试验平台、煤矿地下水库冲击试验平台等,能够开展西部矿区不同煤层赋存条件下地下水运移规律、坝体结构参数优化、水库安全稳定性、水岩耦合作用机理、矿井水处理工艺参数优化、垮落岩体垮落冲击对坝体影响等研究,为煤矿地下水库建设、运行和安全提供理论支撑和技术验证。利用上述试验平台,开展了多煤层开采煤矿地下水库稳定性及渗流规律模拟、煤矿地下水库坝体结构安全、煤矿地下水库水岩耦合机理等多项试验研究,相关研究成果已应用于现场工程实践,确保了煤矿地下水库安全稳定运行。

关键词：煤矿地下水库地下水运移坝体结构冲击试验水岩耦合

二氧化碳用于地质资源开发及同步封存技术综述

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煤炭科学技术 2022年第6期50卷 84-95页

作者：包一翔李井峰郭强蒋斌斌苏琛国家能源集团煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室北京102209 北京低碳清洁能源研究院北京102209

以煤炭为主体的化石燃料目前占我国一次能源消费的80%以上,在“碳达峰、碳中和”目标下,二氧化碳捕集与封存技术(CCS)是二氧化碳(CO_(2))规模化减排的关键技术。对比了世界各国CCS工程应用的进展,全球目前共有164个CCS项目(分布在28个国... 详细信息

以煤炭为主体的化石燃料目前占我国一次能源消费的80%以上,在“碳达峰、碳中和”目标下,二氧化碳捕集与封存技术(CCS)是二氧化碳(CO_(2))规模化减排的关键技术。对比了世界各国CCS工程应用的进展,全球目前共有164个CCS项目(分布在28个国家),正在运行的CCS项目有56个(分布在15个国家),美国、中国和英国是CCS项目总数排名前三的国家,正在运行的CCS项目数前三的国家为美国、中国和加拿大。介绍了CO_(2)用于石油、卤咸水、天然气、可燃冰等地质资源开发并同步实现不同程度地质封存的技术原理。CO_(2)驱油技术比传统生产方法碳强度低,同时能够利用原油采空区实现CO_(2)封存。深部卤咸水层的理论CO_(2)封存容量可实现保持大气中CO_(2)浓度约为450×10^(-6),卤咸水及其所含矿物元素均可转化为收益从而抵消一部分封存技术成本。采用CO_(2)驱替甲烷等气体时,岩层特性、注入压力和温度等决定了生产效率,天然气储存地层的密封性有助于减少CO_(2)在竖直方向的扩散和损失。探讨了CO_(2)地质封存协同高浓盐水处置、CO_(2)用于地下煤气化、CO_(2)用于干热岩开发技术。CO_(2)封存协同高浓盐水处置可实现二者同时减量,浓盐水中的高硬度可加快CO_(2)的碳酸化过程。CO_(2)用作气化剂,可调节合成气的组成,但气化过程较难控制,煤气化产生的地层空间可用于CO_(2)封存。CO_(2)用于干热岩开发可节省用水、减少管道结垢等,但CO_(2)较高损失率或导致封存效果不够理想。最后,总结了CCS面临的成套装备开发缺乏、技术原理认识不足、技术成本高、法律法规不完善等问题并对其应用潜力进行了展望。

关键词：二氧化碳地质封存资源开发同步封存

内蒙古克什克腾旗毛盖吐锡矿点LA-ICP-MS锡石U-Pb年龄及地质意义

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地质科技通报 2022年第3期41卷 158-165页

作者：蒋斌斌邹滔祝新友北京矿产地质研究院有限责任公司北京100012 中色紫金地质勘查(北京)有限责任公司北京100012

毛盖吐锡矿点为北京矿产地质研究院在大兴安岭南段新发现的矿点,位于内蒙古克什克腾旗境内。矿点地处大兴安岭中南段多金属成矿带,矿化类型为锡石石英脉型。矿石矿物主要为锡石和少量闪锌矿、方铅矿、黄铜矿以及银的矿物,脉石矿物主要... 详细信息

毛盖吐锡矿点为北京矿产地质研究院在大兴安岭南段新发现的矿点,位于内蒙古克什克腾旗境内。矿点地处大兴安岭中南段多金属成矿带,矿化类型为锡石石英脉型。矿石矿物主要为锡石和少量闪锌矿、方铅矿、黄铜矿以及银的矿物,脉石矿物主要为石英以及少量的萤石。该矿由于首次发现,研究程度较低,关于其矿床成因、成矿时代等规律尚不明确。大兴安岭中南段多金属成矿带上发育多个锡多金属矿床,目前的研究表明这些锡多金属矿床的成矿年龄多集中在早白垩世,成因与早白垩世花岗岩相关。为了研究毛盖吐锡矿与区域锡多金属成矿作用的联系,开展了对毛盖吐锡矿点成矿时代的研究,本研究选取1件石英脉型锡矿石样品进行LA-ICP-MS锡石U-Pb定年,获得锡石的^(207)Pb/^(206)Pb-^(238)U/^(206)Pb谐和年龄为130.2±3.4 Ma(MSWD=2.9),表明毛盖吐锡矿点形成于早白垩世,这与区域上主要的锡多金属矿床成矿时代一致,说明在大兴安岭中南段寻找锡多金属矿床拥有很好的前景。

关键词：锡石U-Pb年龄毛盖吐锡矿内蒙古大兴安岭中南段

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煤矿地下水库对矿井水净化机理研究进展

矿业科学学报 2023年第2期8卷 137-145页

作者：蒋斌斌李井峰吴敏苏琛包一翔薛蕊国家能源集团煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室北京102211 中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083 中国地质大学(北京)水资源与环境学院北京100083

煤矿地下水库对矿井水的净化作用主要在于库内岩体与矿井水发生的水-岩耦合作用。本文系统梳理了煤矿地下水库水-岩耦合作用的研究方法,指出水样水质测试和岩样理化性质表征项目,并通过静态模拟、动态淋滤、循环净化模拟等试验,探索煤... 详细信息

煤矿地下水库对矿井水的净化作用主要在于库内岩体与矿井水发生的水-岩耦合作用。本文系统梳理了煤矿地下水库水-岩耦合作用的研究方法,指出水样水质测试和岩样理化性质表征项目,并通过静态模拟、动态淋滤、循环净化模拟等试验,探索煤矿地下水库对矿井水的净化规律,利用数值模拟获取反应过程中离子的选择性吸附趋势,结合Piper三线图、Gibbs模型和相关性分析等方法揭示水-岩耦合作用机理。论述了煤矿地下水库对矿井水中悬浮物、特征离子和有机物的净化作用和研究进展,研究表明,煤矿地下水库对矿井水具有一定的净化效果,其中对特征离子的净化主要与溶滤和吸附作用相关;提出了未来煤矿地下水库净化技术的3个研究方向:(1)基于水-岩耦合净化作用的井下矿井水大规模低成本处理技术;(2)耦合多种水处理技术的煤矿地下水库“三位一体”水质控制技术;(3)浓盐废水井下存储及资源化利用技术。

关键词：煤矿地下水库水-岩耦合作用净化机理数值模拟

神东矿区顶板垮落岩体在不同水化学条件下的离子迁移特征

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煤炭学报 2023年第3期48卷 1353-1364页

作者：苏琛吴敏唐佳伟包一翔刘兆峰薛蕊张海琴蒋斌斌国家能源集团煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室北京102209 中国地质大学(北京)水资源与环境学院北京100083

采空区内含有大量的顶板垮落岩体,矿井水在地下水库内储存过程中,与采空区内顶板垮落岩体存在离子交换/吸附、溶滤等水岩相互作用,在一定程度上影响矿井水水质。采集了内蒙古哈拉沟矿区采空区顶板垮落岩体,对其阳离子交换容量(CEC)进行... 详细信息

采空区内含有大量的顶板垮落岩体,矿井水在地下水库内储存过程中,与采空区内顶板垮落岩体存在离子交换/吸附、溶滤等水岩相互作用,在一定程度上影响矿井水水质。采集了内蒙古哈拉沟矿区采空区顶板垮落岩体,对其阳离子交换容量(CEC)进行测定,并开展了不同水化学条件下(Na^(+)、Mg^(2+)、K^(+)、Ca^(2+)质量浓度各250 mg/L)的水岩耦合静态吸附-溶出实验。实验结果表明:采空区顶板垮落岩体的CEC与粒径大小成反比,当粒径小于120目(0.125 mm)时CEC达134 mmol^(+)/kg,采空区顶板垮落岩体中交换性盐基离子总量排序为交换性钙交换性镁>交换性钠>交换性钾;静态吸附-溶出实验48 h后各体系中离子质量浓度趋于平衡,Na^(+)体系溶液中阳离子质量浓度均有所升高,其他3种体系中,原有离子质量浓度均有所下降,且K^(+)质量浓度下降幅度最大。采空区顶板垮落岩体交换至水溶液中的离子质量浓度由高到低的顺序为:Ca^(2+)>Na^(+)>Mg^(2+)>K^(+),Ca^(2+)质量浓度在试验结束后依然有上升趋势。反应后采空区顶板垮落岩体的CEC均有所增加,Ca^(2+)体系下CEC最大达183.7 mmol^(+)/kg。基于XRD等表征结果进一步揭示了微斜长石、钠长石、硫铁矿等非黏土矿物的溶滤作用可以导致溶液中Ca^(2+)、Na^(+)的质量浓度增加,而伊利石、高岭石等黏土矿物则通过配位作用等对溶液中的阳离子进行吸附/交换。对于阳离子而言,若溶滤作用>离子交换作用(初始质量浓度较低)则质量浓度有所上升;反之则有所下降。因此当矿井水Ca^(2+)、Mg^(2+)质量浓度较高时,煤矿地下水库可通过水岩相互作用在一定程度上降低矿井水的硬度。

关键词：煤矿地下水库水岩作用离子交换容量吸附溶滤作用

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神东矿区天然矿物中的氟化物浸出规律研究

煤炭科学技术 2023年第2期51卷 436-448页

作者：张海琴包一翔唐佳伟曹志国蒋斌斌李杰李井峰刘兆峰国家能源集团煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室北京102209 北京低碳清洁能源研究院北京102209 国家能源集团神东煤炭集团有限责任公司内蒙古鄂尔多斯719315

随着神东矿区煤炭开采向深部转移,矿井水中氟化物超标问题凸显,因此研究氟化物的主要来源对控制矿井水中的氟化物浓度具有重要的意义。为证明天然含氟矿物是矿井水中的氟的主要来源,深入了解天然含氟矿物在矿井水中的浸出过程,以神东矿... 详细信息

随着神东矿区煤炭开采向深部转移,矿井水中氟化物超标问题凸显,因此研究氟化物的主要来源对控制矿井水中的氟化物浓度具有重要的意义。为证明天然含氟矿物是矿井水中的氟的主要来源,深入了解天然含氟矿物在矿井水中的浸出过程,以神东矿区为对象,分析了不同深度矿井水中的水质变化规律,研究了不同深度矿物中的氟化物变化,并讨论了天然含氟矿物在矿井水中的氟化物浸出规律。研究结果表明,当煤炭开采深度大于120 m时,矿井水中氟化物浓度超过地表III类氟化物标准值,并且含氟矿物在天然矿物中的比例增大。通过对矿井水中阴阳离子成分分析,认为矿井水中氟化物主要来源于煤炭开采深部含氟矿物的浸出。研究不同水岩作用条件下含氟矿物浸出规律发现,提高水岩作用强度,可以加速含氟矿物中氟化物的浸出;当岩水比例增大(大于1∶50)时,部分含氟矿物的氟浸出浓度大于1.0 mg/L;特别在酸性或碱性条件下,由于离子交换作用和溶解平衡机制,含氟矿物中难溶性氟化物发生浸出。综上所述,在一定的水岩作用环境中,天然含氟矿物中的氟化物浸出,可导致矿井水中氟化物浓度超标(大于1.0 mg/L),这一结论为在复杂地质条件下精确管控天然矿物的氟化物浸出提供了重要指导。

关键词：矿井水天然含氟矿物氟来源氟化物浸出矿井水污染