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主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

2020封面文章(《煤田地质与勘探》)

来源:煤田地质与勘探

《煤田地质与勘探》创刊于1973年,双月刊。封面文章涵盖了我国煤系石墨研究及资源开发前景、煤系石墨结构演化及热反应行为、超无烟煤中石墨微晶性质等方向的最新研究成果。

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  • 作者(Author): 裴文明, 张慧, 鞠昌华, 姚素平, 任永乐, 马孟枭, 仇宽彪

    摘要:在我国东部高潜水位地区,长期的地下煤炭开采造成地表形成大面积的沉陷水域,受周围人类活动的影响,沉陷水域水环境污染风险逐渐增大。以淮南潘集采煤沉陷水域为研究对象,根据韦伯–费希纳定律,选取与沉陷水域水环境关系密切的水质评价指标,分析不同时间段沉陷水域的水环境状况,通过图层叠加融合定量反映沉陷水域水环境质量时空变化及潜在水环境风险的发生时间和区域。研究结果显示,沉陷水域水质不容乐观,存在水质恶化的风险。从5月到11月,随着时间的变化,沉陷水域都呈现出中警以上的警情,在不同月份沉陷水域出现的警情区域也有所不同,其中沉陷水域的西部和中部警情出现的概率较大。在今后的水环境管理中需针对不同时间不同区域采取针对性的治理措施,避免水环境污染风险的发生。
  • 作者(Author): 白仲荣

    摘要:堆积角度是描述充填材料采空区内空间堆积形态的一个重要参数,对确定钻孔间距、优化浆液配置、调整注浆工艺参数具有重要的指导意义。为掌握浆液–风积沙双相介质充填材料堆积角度变化规律,采用尾矿自流堆积模型实验和流变特性实验,以风积沙的质量掺入比为变量,分别测定不同含砂率条件下浆料堆积参数和流变参数,并以此为基础对Sofra&Boger公式进行了回归修正,建立适合于浆液–风积沙双相介质充填材料的堆积角度计算式,为充填材料堆积角度定量评价提供了一条新途径。
  • 作者(Author): 曹晓毅, 王玉涛, 刘小平, 曹祖宝, 武博强

    摘要: 注浆法是采煤沉陷区的主要治理方法,浆材对注浆效果和成本影响很大。以陕北地区黄土–水泥–添加剂混合浆液为研究对象,采用单因素及正交试验对黄土浆液的黏度、凝胶时间、结石率及28 d单轴无侧限抗压强度进行了试验研究,对各指标的影响因素及变化规律进行了分析,同时,建立了黄土基浆液的GA-BPNN预测模型,通过GA多目标全局寻优,优选出一定强度下、成本最低的浆液配比。试验结果表明:黄土水泥浆液与陕北地区普遍采用的水泥粉煤灰浆液性能相近,成本大幅降低,黄土基注浆材料密度及结石率受水固比影响最为明显,黏度主要受水固比及黄土(水泥)掺量同时影响,28 d强度主要受黄土(水泥)掺量影响;采用GA-BPNN构建模型预测的黄土基注浆材料性能预测值与期望值相对误差为0.74%~1.83%,预测结果精度高,可满足实际应用需求。
  • 作者(Author): 刘震, 王玉涛, 刘小平, 王晓东

    摘要:为研究深部条带开采覆岩裂隙发育高度这一采空塌陷区治理中的关键技术问题,综合运用工程地质钻探、钻孔电视与煤田测井3种方法对济宁煤田某煤矿覆岩采动裂隙进行探测与分析。结果表明:缓倾斜(煤层平均倾角6°)、深埋(平均埋深538 m)、采留比1∶2(采50 m留100 m)的条带式采动下,覆岩“三带”特征显著,空间整体呈“波浪式”破坏形态,地下采空区无明显空洞;垮落带发育高度为8.45 m,为采高的3.0倍,断裂带发育高度为57.55 m,为采高的20.6倍;覆岩“三带”发育高度判别的8个量化指标中,钻孔电视法比工程地质钻探法、煤田测井法精确度高。探测结果较为准确可靠,为深部条带采空塌陷区治理方案的选择提供依据。
  • 作者(Author): 曹代勇, 王路, 刘志飞, 丁正云, 李阳, 束振宇

    摘要:煤系石墨属于特殊的非典型晶质矿物,多为隐晶质石墨,既是石墨矿产的重要组成部分,也是煤系综合矿产的一种。煤系石墨与煤层为同层异矿,煤向石墨演化的实质在元素组成上表现为富碳、去氢和脱氧,在分子结构上表现为有序化增强和石墨晶体结构的逐渐形成。煤岩组分、岩浆热和地质构造等均对煤成石墨化作用具有重要的影响,在多因素综合作用下,煤系石墨成矿常表现出差异石墨化特征。从煤系石墨成矿机理入手,提出了以化学组成参数为基础指标,以结构参数为精确指标的煤系石墨鉴别指标体系;从资源评价需求出发,将不同演化程度的煤系石墨划分为Ⅰ级(石墨)、Ⅱ级(半石墨)和Ⅲ级(石墨化无烟煤)等3类。煤系石墨的形成与岩浆活动和挤压性构造环境密切相关,受区域性构造–岩浆带控制,煤系石墨分布具有方向性、递变性、集中成带的特点,成矿区带呈现出“一纵三横”的分布特点,划分为滨太平洋成矿域、南岭成矿域、秦岭–大别山成矿域和阴山–燕山成矿域和9个成矿带。分析了我国煤系石墨资源现状,指出由于我国煤炭资源丰富和赋煤区构造–热叠加作用显著,煤系石墨资源潜力巨大。煤系石墨开发利用对于增强石墨矿产的战略保障能力、促进煤系矿产资源合理开发利用和推动煤炭企业转型升级等均具有重要意义。分析了当前煤系石墨矿产资源开发利用方面存在的问题,提出了相应的政策建议。
  • 作者(Author): 陈泉霖, 程乔, 邓瑞锦, 林晓炎, 王路, 丁正云, 李阳

    摘要:福建省煤系石墨赋存于中二叠统童子岩组,是无烟煤受高温高压作用进一步变质而成,属隐晶质石墨。通过调查发现,福建省煤系石墨矿井、勘查区处于未开采或停采状态,开采矿区也多以煤炭开采的形式生产销售,造成资源浪费。为合理开发利用煤系石墨资源,采用d002(碳层间距)–R2(拉曼参数)模板鉴别煤系石墨并确定煤系石墨等级,结合区域构造的控制作用,划分了大田–漳平与永安–安溪石墨成矿区。在此基础上,综合实测数据和历年勘查资料分析,预测出永安长垇、永安下盖竹–甫弼–塘下洋、大田琼口–小溪洋–永安老鹰山、漳平可坑–乌石隔、漳平乌坑–华安福田5块煤系石墨资源远景区,其预测资源量8 196万t,展现了良好的开发前景。针对目前煤系石墨资源开发利用现状,提出“规范煤系石墨资源开采秩序、建立煤与煤系石墨鉴别指标并设立明确的煤矿与石墨矿权规范、优化石墨资源开发利用体系等”系列建议,以实现福建石墨产业结构协调化、技术高度化、产品系列化和价值链完整化。
  • 作者(Author): 李久庆, 秦勇, 陈义林

    摘要:超无烟煤(也称变量无烟煤)中广泛发育石墨微晶,为深入分析煤中石墨微晶产出特征及成因,以福建省永安煤田典型样品为例,采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等测试方法,识别并分析煤中石墨微晶的光学性质、物质组成、晶体结构等特征,并探讨其成因。结果显示:石墨微晶主要产出于煤中微裂缝和空腔内,多数具有类似于石油焦的纤维状显微结构,可见气泡膜状结构;石墨微晶最大反射率为9.29%~10.83%,远远高于煤中原有显微组分;正交偏光加石膏试板观测条件下,石墨微晶呈现一级黄、二级蓝干涉色以及镶嵌状、区域状、纤维状等显微结构,局部定向性明显。扫描电镜加电子探针探测显示,石墨微晶多呈鳞片状并见流动状结构和气孔构造,同时显示出纯碳特点。高分辨率透射电镜观测到石墨微晶晶格条纹呈平直定向排列,选区电子衍射呈现典型的石墨晶格环斑模式。初步分析认为,煤中石墨微晶的碳质来源于高度熔融的(变)壳质组和富氢(变)镜质体,热源为侵入煤田周边及盆地底部的燕山期花岗岩,熔融含碳物质在孔缝空间内汇聚流动并在高温下脱除杂质元素,然后在强大岩浆侵位压力下结晶形成秩理性显著的石墨微晶;同时,也不排除渗出沥青质体再次活化形成研究区煤中石墨微晶的可能性。
  • 作者(Author): 李阔, 刘钦甫, 宋波涛, 张帅, 毋应科

    摘要:为了探究煤系石墨形成过程中结构演化及不同石墨化程度无烟煤和石墨的热反应行为,选取湖南新化系列变质程度无烟煤和煤系石墨为研究对象,通过X射线衍射(XRD)和高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)对其结构进行表征 ,并结合程序控制升温法(TPO)分析不同变质程度无烟煤和煤系石墨的热反应行为。结果表明,随变质程度的增加,碳结构由无烟煤中的无定形态转变成石墨的三维有序C原子点阵。系列石墨化煤是由多种有序度不同的碳结构相组成,体现了其结构非均质性,碳结构相含量及分布随变质程度而逐渐变化,石墨化程度最高的煤系石墨中主要为石墨微晶集合体,但依旧含有结构缺陷。无烟煤和煤系石墨中碳结构的多相性和不均匀分布是影响其热反应行为的重要原因。

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