关注新质生产力：煤炭地质保障领域的创新成果精选

来源：煤田地质与勘探

高质量发展是新时代的硬道理，需要新的生产力理论来指导。习近平总书记在中共中央政治局第十一次集体学习时强调：“发展新质生产力是推动高质量发展的内在要求和重要着力点”“新质生产力已经在实践中形成并展示出对高质量发展的强劲推动力、支撑力”。2024年政府工作报告提出，深入推进能源革命，控制化石能源消费，加快建设新型能源体系，为推动能源转型、塑造新质生产力明确了方向，应把握“五个坚持”抓好落实：

一是坚持把保障能源安全放在首位；二是坚持能源科技创新引领；三是坚持走能源绿色低碳发展之路；四是坚持培育能源发展新动能；五是坚持能源体制机制创新。针对这几个方向，《煤田地质与勘探》编辑部整理出近几年刊发的绿色低碳发展、清洁高效利用、数字智能化、可再生能源相关的代表性文章，供大家参考学习：

行业视野: 煤田地质与勘探
类别; 59个
关键词; 59位
专家; 13篇
论文; 5160IP
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地质钻进过程智能控制研究进展与发展前景

作者(Author)：陆承达, 甘超, 陈略峰, 陈鑫, 曹卫华, 吴敏

摘要：复杂多变的地质环境和恶劣的施工条件给地质钻进过程控制提出了巨大挑战，大数据、人工智能等前沿技术的蓬勃发展给钻探行业带来了全新的发展机遇。首先，从钻进过程感知与建模、钻进过程智能优化与钻进过程控制3个方面阐述地质钻进过程智能控制的国内外发展现状。在钻进过程感知与建模方面，利用多源钻进过程信息，建立地质环境模型，实现地质环境变化和钻进过程状态的感知，基于钻进信息特征进行故障诊断和预警；在钻进过程智能优化方面，建立钻速预测模型，提出适合地质钻进过程的钻速优化算法，面向多样约束条件和优化指标探索最优钻进轨迹的设计；在钻进过程控制方面，通过建立钻柱、钻进轨迹、钻井液循环模型，设计控制器来调整钻压、转速、泵量等操作参数，保障钻进过程的安全高效。其次，论述了地质钻进过程智能控制系统及其工程应用情况。最后，展望了未来需要攻克的基于工业物联网的信息物理融合与钻进过程智能控制技术，包括多目标和高维约束的优化决策与控制一体化技术以及融合大数据、云边协同技术的网络化智能管控，从而提升地质钻进这类复杂工业系统的感知深度、综合调度和全局优化能力。随着新一轮找矿突破战略行动的开展，需加快推进人工智能、新一代信息技术与地质钻探相关工艺、理论方法和技术的深度融合，突破地质钻进过程智能控制的关键科学问题，研发先进的智能地质装备，为资源勘探和开发提供技术支撑。

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煤田地质与勘探

2023年第09期

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煤矿坑道钻进过程智能优化与控制技术

作者(Author)：姚宁平, 吴敏, 陈略峰, 陆承达, 范海鹏, 张幼振, 李旺年, 姚克

摘要：煤矿坑道钻进施工环境恶劣、复杂的煤层结构和繁杂的操作工序造成钻进效率低、钻进成本高。开展煤矿坑道钻进过程优化与控制技术的研究势在必行。围绕煤矿坑道钻进控制过程关键技术，从含煤地层岩性智能识别、钻进参数智能优化和智能控制3方面展开。首先，为了准确判断含煤地层类型，建立基于BP-Adaboost的含煤地层岩性智能识别模型。然后，在不同含煤地层条件下，建立基于机械比能和钻速的智能优化模型，为司钻人员提供最优给进压力和转速参考值。进而，提出一种基于模糊PID的给进压力控制策略，实现给进压力的有效控制。最后，基于煤矿坑道钻机智能钻进系统在淮南矿区某煤矿井下进行了现场试验。试验结果表明：所提含煤地层岩性智能识别方法的识别准确率达到96.75%；智能优化方法显著提升现场钻速，消耗的机械比能降低，在提高钻进效率的同时降低了钻进成本；给进压力控制策略使给进压力稳定运行在最优值附近，减小给进系统超调的同时，提升系统的响应速度，使给进压力的动态响应更加平稳。煤矿坑道钻进过程智能优化与控制技术能够保障钻进过程安全高效运行，促进煤矿坑道钻进技术智能化发展。

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煤田地质与勘探

2023年第09期

184

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利用煤炭开发地下空间储能的技术路径与地质保障

作者(Author)：孙强, 张卫强, 耿济世, 胡建军, 张玉良, 吕超, 葛振龙, 李鹏飞, 贾海梁, 刘亚斌, 李宇翔

摘要：煤炭资源在我国能源结构中仍处于主体地位，但煤炭工业发展面临着“碳达峰碳中和”的新挑战。积极发展煤炭开发地下空间储能技术，是推动能源利用低碳化和清洁化的有效手段，也是保证我国能源战略安全的关键措施。结合当前储能技术，探讨了煤炭开发地下空间的利用现状，围绕利用煤炭开发地下空间抽水蓄能、热储能、压缩空气储能、电化学储能、生物质储能等储能新技术，重点阐述废弃矿井不同能源类型的储能理念及方式，系统分析储能过程中面临的地质保障关键技术难题。煤炭开发地下空间储能新技术总体思路为：利用煤炭开发地下空间所具有的低位势能差，将其用作梯级储水库(抽水蓄能)；或直接将其用作储质、储能空间(热储能、压缩空气储能、电化学储能、生物质储能)，既可提升煤炭开发地下空间资源的开发利用率，又可避免土地资源浪费，尽量降低对生态环境的扰动。虽然煤炭开发地下空间可作为大规模储能库，但其开发利用过程仍存在一些亟待解决的地质问题以及地质保障技术。主要包括：(1)地质条件与选址适宜性分析和安全性评价，即对储能空间的地质因素进行岩土工程性质和环境地质条件的系统研究，查明储能空间稳定性主控因素及其权重，构建选址指标体系与评价方法，重点查明区域构造、围岩体强度以及孔裂隙发育等情况，必须保证场地安全性。(2)储能地质体构建及关键技术研究，即根据地下空间实际条件和相关参数构建储能地质体在温度(T)、渗流(H)、应力(M)、化学(C)耦合条件下的地质体多尺度性能演化模型，结合数值分析和仿真技术构建地下空间隔离墙，确立储能空间体系，评价储能潜力，创新地下空间围岩加固改良、防渗等安全措施，并为地下空间储能长期安全高效开发提供地质保障。(3)储能地质体性能演化规律研究，即基于多相(固、液)、多场(温度场、应力场、渗流场、化学场)耦合模型，揭示多尺度下(微观、细观、宏观)围岩热损伤特性、围岩疲劳强度劣化机制等，获得储能介质物性参数、注入量、注采频率、储能时间和储能压力等关键参数，提出合理的围岩加固工艺与稳定性控制技术，分析覆岩长期沉降规律，为储库泄漏防治工程提供依据。(4)地下空间长期安全稳定性评估，即对煤炭开发地下空间地质条件、安全条件及环境条件等方面进行长时间、多尺度健康监测与动态评估，构建储库地质环境安全预警系统，分析运行过程及地质环境演变，为煤炭开发地下空间储能提供全方位安全监测和预警。发展煤炭开发地下空间储能技术可为我国井下空间资源利用提供思路，推进“双碳”目标下我国煤炭产业向绿色清洁高效转型发展。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

161

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煤炭绿色开发地质保障体系的构建

作者(Author)：王双明, 耿济世, 李鹏飞, 孙强, 范章群, 李丹

摘要：煤炭资源的大规模、高强度开采诱发了煤矿区地质条件和生态环境的损害,开展煤炭开采引起的地质结构–地下水环境–生态环境动态演化的耦合机制研究,发展煤炭绿色开发地质保障理论和技术,对于推动我国煤炭工业高质量发展有重要意义。结合当前煤炭开采技术,分析了煤炭绿色开发地质保障的研究现状,提出了“煤炭绿色开发地质保障体系”的科学内涵。主要包括:(1)开采前煤炭赋存综合地质条件勘查、评价,开采区生态环境类型划分:通过三维地质结构、水文地质条件、岩土工程性质和生态环境等系统调查分析,阐明煤炭开采区损害类型及其主控因素。(2)煤炭采动作用下地质条件变化与地质结构功能系统演化:阐明煤炭开采条件下覆岩变形特征及地质条件响应模式和损害机理,揭示开采过程中应力场、变形场、渗流场等多场耦合作用下生态环境的时空演化特征和损害规律。(3)采后煤炭绿色地质保障技术与生态环境功能重建:研究采后覆岩结构、地质结构功能、生态环境的相互作用,提出采空区与遗留资源的利用途径,恢复煤炭开采区生态环境功能。基于精准勘查与监测,创建含地层结构、水文地质结构和岩体力学性质等信息的数据库,建立煤炭开采地质结构演化动态模型,构建生态脆弱区煤炭资源开采与地质环境保护的综合研究平台,为煤炭全生命周期的绿色安全开发和生态环境保护提供支持,进而寻求破解煤炭开采与生态文明建设矛盾的最优途径。煤炭绿色开采地质科学系统应从科学分析、科学对待、科学归纳3个方面出发,发展基础地质学、采矿学、生态学、人文经济学等多学科交叉的煤炭绿色开发地质保障理论与技术,构建以煤炭开采、地质工程、生态环境与人文经济四位一体的绿色安全开发知识体系,服务煤炭绿色安全开采。

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煤田地质与勘探

2023年第01期

140

122
论保水采煤技术体系

作者(Author)：范立民, 孙强, 马立强, 李涛, 陈海富, 蒋泽泉

摘要：保水采煤研究是我国西北部生态脆弱矿区水资源保护与煤炭高质量开发的理论基础和依据。针对西北部生态脆弱矿区高强度开采对含水层及生态系统的影响和损害问题,阐述了保水采煤的发展历程和科学内涵,保水采煤研究经历了萌芽期、形成期、发展期和成熟期4个阶段,目前已经形成较为完善的技术体系,主要表现在保水采煤理念被广泛接受,保水采煤技术广泛推广应用,保水采煤的效果监测体系已经建成,保水采煤的标准规范体系初步形成。研究认为保水采煤的核心目标是保护具有供水或生态意义的目标含水层结构基本稳定。通过研究分析采煤对含水层扰动评价技术、保水采煤地质条件分区技术和导水裂隙带发育高度预测技术等8项综合保水采煤技术的技术原理、适用条件及工程应用效果,构建了保水采煤的技术体系研究基本框架,为我国西部大型煤炭基地绿色开采、科学开采提供理论与技术支撑。

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煤田地质与勘探

2023年第01期

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“煤–水–环”绿色协调发展评价指标体系构建与应用——以寺河井田为例

作者(Author)：王庆伟, 郭彪, 宋梅, 闫强

摘要：煤炭开采过程中煤、水、环三者关系的科学构建是煤炭绿色开发的基础。基于系统论的整体性和层次性原理出发，借鉴层次分析理论与灰色系统理论，以煤炭安全开采为目的，同时兼顾水资源与生态环境的保护，科学构建“煤-水-环”绿色协调发展评价指标体系。指标选取均是根据最新行业规程、技术标准及地方指导性规划确定，在考量资源因素的同时兼顾技术发展与环境理念进步的因素；引入灰色系统理论用以度量各指标与目标层的关联度，判定指标选取的科学性和逻辑合理性，并借助层次分析法理论分层次量化指标权重，克服以往在指标选取过程中的随意性及与生产技术实际的脱离。以山西晋城寺河井田为重点评价对象，介绍指标分值的科学获取方法，评价寺河井田“煤-水-环”绿色协调发展的现状条件，诠释“煤-水-环”绿色协调发展评价指标方法体系的可操作性。为验证评价方法体系在同类井田的适用性，对成庄井田进行了评价，两井田评价结果表明，绿色评价方法体系可以为煤炭资源科学开发提供参考，具有一定的实践意义。

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煤田地质与勘探

2022年第04期

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72
煤炭资源型城市关闭煤矿产业绿色转型路径研究

作者(Author)：张丽峰, 汪秋菊

摘要：随着我国能源供给侧结构性改革以及煤炭去产能政策的实施，我国关闭煤矿数量逐年增加，煤矿关闭后产业如何转型成为迫切需要解决的问题。而关闭煤矿大都集中在煤炭资源型城市，关闭煤矿的发展与煤炭资源型城市发展密不可分，其优势产业的选择应与所在城市产业转型方向相一致，才能使关闭煤矿资源得到有效利用，促进当地经济高质量发展。依据新结构经济学理论，利用耦合协调度模型，分析煤炭资源型城市的要素禀赋结构与产业结构的耦合协调程度及分类，据此提出了关闭煤矿产业绿色转型的路径。结果表明：2010—2018年，18个地级煤炭资源型城市耦合协调度介于0.4～0.9，耦合协调的类型主要是勉强协调和初级协调，良好协调城市较少。但2016年以后，产业结构与要素禀赋结构的耦合协调情况在退化，产业结构急需进行转型和优化。其中，勉强协调型关闭煤矿应在逐步降低第一、二产业比重时，依据自身要素禀赋结构优先发展劳动密集型产业或者承接发达区域的劳动密集型产业；初级协调型关闭煤矿在逐步降低第二产业比重，增加第三产业比重时，要优先发展资本密集型和技术密集型产业，需要加大人力和物质资本的投入，不断提高技术创新水平；中级和良好协调型关闭煤矿在大力发展第三产业的同时，也应发展资本密集型和技术密集型产业，但需要更多的人力和物质资本投入，以及更高的技术创新水平。关闭煤矿在产业绿色转型过程中需要“有为”政府在人员、资产、技术、土地、交通、供水、通信等软制度及硬基础设施方面给予资金和政策扶持，使产业具有较强的竞争优势，促进产业结构优化和升级。

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煤田地质与勘探

2022年第04期

145

162
煤矿区碳排放的确认和低碳绿色发展途径研究

作者(Author)：王猛, 马如英, 代旭光, 单雅迪

摘要：开展煤矿区碳排放的系统评价和减排路径的综合分析，是落实我国碳达峰与碳中和愿景的具体行动。针对煤矿区碳排放源边界不清、核算模型缺乏及碳中和背景下发展方向等问题开展分析。通过文献查阅、资料收集等方法，厘清煤矿区碳排放源边界，并建立碳排放量核算模型，明确煤矿区低碳绿色发展方向。结果表明：煤矿区碳排放(CH4和CO2)来源可划分为自然排放和人为排放两大类，并细分为5种类型，针对不同碳排放源提出相应的数学模型；同时煤矿区要加大节能和低碳技术的投入，提高综合资源的利用程度和瓦斯的监测力度，加强绿色矿山修复和建设，积极参与碳市场和碳排放权交易及培育适应市场的管理模式等一系列措施，逐步实现低碳、绿色产业体系；此外，煤矿相关单位应高瞻远瞩，深入分析并发挥政府的低碳环保政策的作用，与相关高校加强合作，在我国碳减排目标下，大力推动煤制氢技术的发展，突破CO2-ECBM和CCUS关键技术中的运输、封存选址、安全稳定性评价、成本降低等瓶颈问题，以期在双碳背景下碳减排过程中实现经济、环保双重效益。

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煤田地质与勘探

2021年第05期

566

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