“王双明院士学术思想”专题_中国煤炭行业知识服务平台

“王双明院士学术思想”专题

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王双明(1955.05.21-)，煤炭资源与地质勘查专家，陕西宝鸡市人。1977年毕业于西安矿业学院地质系，1983年毕业于武汉地质学院北京研究生部煤田地质专业，获硕士学位。曾任陕西省煤田地质局局长兼总工程师，陕西省地质调查院院长。

主持完成鄂尔多斯盆地聚煤规律及煤炭资源评价、鄂尔多斯盆地生态脆弱区煤炭开采与生态环境保护关键技术研究工作，获1997年、2011年国家科技进步二等奖。组织、领导国家规划矿区大型勘查工程，建立了煤炭资源综合勘查技术体系，2010年获国家科技进步二等奖。为我国煤炭工业战略西移提供了科学依据和资源保障,为实现西部煤炭绿色开采提供了理论基础和技术支撑。

2017年当选为中国工程院院士。

行业视野: 院士
类别; 139个
关键词; 83位
专家; 40篇
论文; 28765IP
点击量; 32763次
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不同气氛下富油煤受热裂隙演化及热解动力学参数变化

作者(Author)：王双明, 孙强, 胡鑫, 葛振龙, 耿济世, 薛圣泽, 师庆民

摘要：富油煤的清洁高效开发有助于保障我国的能源安全。选择柠条塔矿富油煤，开展了N2和欠氧气氛条件下的加热试验，利用体视显微镜获取不同温度处理后富油煤的表观形貌，在氩气气氛中，对富油煤在0～600 ℃下热重（TG）、微商热重（DTG）、差示扫描量热（DSC）进行测试，基于激光闪射法监测富油煤热导率变化，并分析了不同升温速率下活化能、频率因子等热解动力学参数的变化规律，探讨富油煤热处理后裂隙演化和热解动力学参数变化。研究结果表明：随着加热温度的升高，富油煤表面裂隙数目明显增多，逐渐贯通，且镜煤裂隙发育程度更高。相比N2气氛，同温度下欠氧气氛中煤样裂隙率更高。质量损失率变化趋势与裂隙率相似，由于欠氧环境中煤样发生氧化反应，导致其增速更快。N2气氛中富油煤质量损失率与裂隙率迅速提升的温度点明显滞后于欠氧气氛。室温至350 ℃范围内，由于热膨胀影响，富油煤热导率随着温度升高有所增加。根据热重分析，富油煤随温度变化可分为室温至300 ℃、300～500 ℃和500～600 ℃ 3个阶段，在阶段Ⅰ和Ⅱ分别由于吸附水析出和有机质的分解吸热，频率因子和活化能逐渐增大；在阶段Ⅲ由于无机矿物的分解放热，频率因子和活化能降低。研究结果有助于理解富油煤高温开发过程中的结构演化机制和传热机理。

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煤炭科学技术

2024年第01期

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“双碳”目标下赋煤区新能源开发—未来煤矿转型升级新路径

作者(Author)：王双明, 刘浪, 赵玉娇, 张波, 王晶钰, 朱梦博, 王美, 张小艳

摘要：“双碳”目标下我国能源结构正加速转型升级，以太阳能、风能、地热能等为代表的新能源正逐步替代传统煤、油、气等化石能源。推动煤炭和新能源优化组合是实现“双碳”目标提出的新要求，也是未来煤矿绿色低碳转型的重要路径。分析我国赋煤区能源分布特点，发现以煤为主的化石能源分布区域，往往也是太阳能、风能、热能等新能源富集区，适宜于在赋煤区大规模开发新能源。研究结果如下：① 提出了赋煤区全生周期能源开发理念，将赋煤区能源发展历程划分为煤炭、煤炭与新能源优化组合、新能源三个阶段，并搭建了赋煤区新能源开发总体架；② 在太阳能开发方面，基于赋煤区与太阳能资源富集区的重叠关系对赋煤区太阳能理论储量与开发潜力进行评估，提出了分布式/集中式光伏发电、太阳能热利用和太阳能制氢等光化利用耦合的太阳能分级综合利用方案，实现太阳能多元高效转化与利用以及与煤炭资源的协同开采；③ 在地热能开发方面，基于赋煤区与地热能资源富集区的重叠关系对赋煤区地热能开发潜力进行评估，结合矿井地热形成机理、分布规律和矿井采掘情况，构建深部矿产资源与地热资源协同开发系统，形成包含矿井热水型、岩温型、混合型的矿井地热能分级开采与热用户梯级利用的综合应用方案，实现矿井地热化“害”为“利”的战略转移；④ 在风能开发方面，基于赋煤区与风能资源富集区的重叠关系对赋煤区风能开发潜力进行评估，提出赋煤区风力发电、风力提水、风力致热技术的应用途径，构建了井上井下设施电力供应、水循环动力、供暖自足，及并网发电的风能利用框架；⑤ 考虑到目前煤炭地下开采普遍以垮落法管理顶板，垮落空间无法有效用于地下储能，提出“储能库超前规划→功能性储能库构筑→储释能运行管控”的矿井采空区储能技术路径；⑥ 针对赋煤区多能互补综合能源系统（MCIES）复杂多变特征，建立了赋煤区能源生产、供给单元的异质能量流耦合模型，统一了MCIES内部不同能源集线器的数学表达式，提出了赋煤区MCIES能源管理与优化逻辑方法以及运营模式。本论文旨在探讨煤炭和新能源的组合路径，论证赋煤区规模化开发新能源可行性，赋予赋煤区全生命周期能源供给的功能，形成集“矿-风-光-热-储”一体化的煤炭企业能源产业发展新模式。

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煤炭科学技术

2023年第01期

888

636
西部地区富油煤开发利用潜力分析和技术体系构想

作者(Author)：王双明, 王虹, 任世华, 董书宁, 郑德志, 谭克龙, 侯恩科, 王生全, 曲洋, 焦小淼

摘要：西部地区富油煤资源量丰富，具备产业规模化发展的资源基础；科学认识富油煤的油气资源属性，推动以油气为主要产品的富油煤开发与转化，是增加国内油气供给、缓解油气对外依存度、保障国家能源安全的战略方向。本文依据现阶段煤炭资源的勘查成果，估算了西部地区富油煤资源潜力；系统梳理了西部地区富油煤开发利用的现状和存在问题；针对碳达峰、碳中和战略目标，智能绿色开发，弥补油气不足等新要求，论证提出了西部地区富油煤开发利用的基本理念与技术构想。研究认为，富油煤的开发利用，需要着重突破高精度综合勘查、高回采率开采、井下原位热解、热解气化一体化、原位热解半焦CO2封存等关键技术。研究建议，将富油煤纳入非常规油气资源管理，加大富油煤开发利用科技攻关，设立富油煤开发利用国家级示范区，推动西部地区新能源和富油煤协同开发，由此发挥富油煤作为煤基油气资源的特殊优势、实现煤炭资源低碳高值利用。

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489

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黄土沟谷区浅埋煤层开采覆岩破坏与地表损伤特征研究

作者(Author)：王双明, 魏江波, 宋世杰, 侯恩科, 孙涛

摘要：黄土沟谷区浅埋煤层开采地表非连续性的开裂损害，不仅引发了许多生态环境问题，也加大了生态修复难度，严重威胁着矿区生态安全。浅埋煤层开采地表非连续变形是特殊地质条件下覆岩破坏移动的结果，为更加系统地研究覆岩破坏对地表非连续性损害的影响规律，以陕北安山井田125203工作面为地质原型，采用离散元数值模拟与物理相似材料模拟相结合的方法，模拟分析了覆岩及地表破坏、岩块尺寸分布及力链演化等特征，揭示了覆岩力链演化对块体分布和地裂缝发育的影〖JP2〗响规律，阐明了覆岩破坏块体对地表非连续损害的控制效应。研究结果表明：黄土沟壑缓坡地带浅埋煤层开采覆岩垂向变形与水平移动受地形影响较大；覆岩破坏形成双分层块体结构，分层界面距煤层底板11.0 m，下分层块体平均长度小于5.0 m，上分层大于5.0 m，覆岩块体平均长度随岩层至煤层底板距离的增大呈幂指数增长特征，地表块体平均长度由坡底至坡顶逐渐增大；下分层垮落压实的岩块结构和应力集中的力链结构，影响着上分层块体和力链的分布及地裂缝的发育，地裂缝平均间距与上分层应力集中点平均间距基本一致，主沟段顺坡、沟底和逆坡地裂缝平均间距分别约为下分层应力集中点平均间距的1.10倍、0.75倍和1.95倍，分别约为下分层岩块平均长度的2.93倍、2.00倍和5.18倍；“砌体梁”位移模型可以很好地描述下分层底部岩块的下沉移动过程和特征，进而反映覆岩块体的双分层结构特征和地表的损害效应。该研究结果可为黄土沟谷区浅埋煤层开采条件下沉陷控制与修复提供新的科学依据。

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煤炭科学技术

2022年第05期

480

2163
基于功能性充填的CO2储库构筑与封存方法探索

作者(Author)：刘浪, 王双明, 朱梦博, 张波, 侯东壮, 郇超, 赵玉娇, 张小艳, 王雪丽, 王美

摘要：“30·60双碳”目标是事关人类命运共同体的重大战略决策，也是推进煤炭行业转型升级与高质量发展的风向标。煤炭作为高碳化石能源的提供者，在生产和消费过程中带来的大宗固废堆存、大型采空区形成和高碳排放等问题，是制约煤炭可持续开发利用与绿色健康发展的关键所在。秉持“变害为利”、“从哪来到哪去”原则，寻求资源高效回收、固废规模化处置、采空区再利用与CO2封存的有机结合点，提出基于功能性充填的CO2储库构筑与封存方法学术构想，探索“功能性充填材料制备→功能性充填与CO2封存储库构筑→CO2物理与化学协同封存→CO2封存安全及环境风险评价”的CO2封存新途径。具体开展工作包括：① 创新了镁渣源头改性技术，研发了新型改性镁渣基矿用胶凝材料和CO2封存用功能性充填材料；② 提出了短-长壁充填无煤柱开采方法，初步构筑满足稳定性要求的CO2封存空间；结合功能性充填理论与技术，进一步构筑满足密封性要求的CO2封存储库，阐述了储库的结构及参数、工作原理；③ 提出了CO2储库封存物理-化学协同技术途径，根据开采深度不同物理封存技术途径分为浅-中深部低压CO2储库封存和深部超临界CO2储层封存，揭示了碱性固废CO2化学封存机制；④ 梳理了功能性充填的CO2封存安全及环境风险评价指标体系，给出了CO2封存安全性能及环境性能的评价方法。矿山功能性充填的CO2封存技术的提出，为CO2封存提供了新思路。基于封存材料、封存储库、封存机理与封存评价，形成了利用固废充填技术实现矿山CO2封存的理论与技术构想。

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煤炭学报

2022年第03期

1348

1273
富油煤热解流体滞留特征及其机制

作者(Author)：师庆民, 米奕臣, 王双明, 孙强, 王生全, 寇丙洋

摘要：富油煤作为煤基油气资源在我国西部地区拥有丰富的资源量，对其规模化提取油气不仅有利于提高国内能源供给能力，同时有利于改善煤炭的高碳属性。富油煤原位热解技术在提取煤中油气资源的过程中，具有绿色、低碳、地质结构损害小的优势，但其油气产出可能面临流体迁移约束与滞留问题。利用低场核磁共振实验和热重分析实验充分证实了富油煤热解残样中存在油气滞留特征，基于傅里叶红外光谱数据探讨了煤基质结构演化对热解流体迁移的束缚和滞留机制。研究结果表明，低场核磁共振T1-T2谱显示富油煤500 ℃热解后存在较强烈的油性小分子信号，利用热重分析技术对500 ℃热解后的半焦再次进行热解实验，发现其初始热解温度仅为461.5 ℃，低于前期500 ℃预处理温度。对比该热解样品与未热解的富油煤原始样品，在371～462 ℃热解温度段活化能前者却远低于后者。上述现象充分说明500 ℃富油煤热解阶段存在油的束缚情况。随着热解温度的升高，煤中含氧官能团和脂肪结构不断减少，导致煤-油相互作用增强、煤-水相互作用减弱，这一方面使煤基质对热解焦油的迁移约束性增强，另一方面使煤中可动水含量逐渐增多。此外，煤的芳香结构不断增多，使得煤基质塑性减弱、表面张力增强，也不利于热解产物形成的气泡突破基质壳体，从而产生滞留。然而，700 ℃热解样品几乎没有束缚油特征，这主要是由于该温度段热解产物发生了强烈的二次热解反应，滞留物质多以气态小分子形式存在。上述研究有助于深化富油煤原位热解流体迁移与产出认识。

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煤炭学报

2022年第03期

1034

871
“双碳”目标下煤炭开采扰动空间CO2地下封存途径与技术难题探索

作者(Author)：王双明, 申艳军, 孙强, 刘浪, 师庆民, 朱梦博, 张波, 崔世东

摘要：煤炭作为我国主体能源地位短期内难以改变，但煤炭工业发展面临着“碳达峰，碳中和”目标的新挑战，积极推动煤炭资源绿色开采与低碳利用，充分发挥煤炭安全供给的兜底作用，是保障国家能源安全的重大现实需求。而CO2排放是煤炭工业可持续发展面临的最大制约，探索大规模、低成本CO2封存技术是煤炭资源低碳化利用必须面对及破解的难题。在对煤层自然封存CO2和CO2气藏赋存地质条件研究基础上，探讨和展望利用煤炭开采、地下气化及原位热解等形成的扰动空间进行CO2地下封存的技术途径，并明确了实现CO2地下高效封存的必备条件：① 煤层上部存在不受开采扰动影响的地质密闭层是实现煤矿扰动空间CO2封存的先决要求；② 构建功能性充填空间是实现CO2地下封存的核心工作；③ 由功能性充填体围限的碎裂岩体、气化煤灰及热解半焦等封存载体物性特征是影响CO2封存量及封存效果的重要因素。据此，剖析了进行CO2地下封存亟待解决的技术难题：① 实现CO2地下封存的地质条件及评价方法；② 构建CO2封存空间的材料与工程技术；③ 煤炭开采、气化及热解扰动范围探测与CO2封存潜力评价；④ CO2充注与封存效果监测及评估。在此基础上，针对煤炭开采、地下气化及原位热解过程中形成的扰动空间特点，分别提出了煤层采空区碎裂岩体、煤地下气化灰渣及碎裂岩体、煤原位热解半焦进行CO2地下封存的实现途径。

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煤炭学报

2022年第01期

1860

2855
陕西省富油煤资源潜力及开发建议

作者(Author)：马丽, 王双明, 段中会, 杨甫, 付德亮, 贺丹, 张丽维

摘要：碳达峰、碳中和目标要求下，陕西作为煤炭资源大省，煤炭资源的低碳开发与利用势在必行。基于陕西五大煤田的5 000余组煤质数据，研究陕西省煤炭资源中煤焦油产率的变化规律为：陕北三叠纪煤田＞陕北侏罗纪煤田＞陕北石炭-二叠纪煤田≈黄陇侏罗纪煤田＞渭北石炭-二叠纪煤田，划分出3种富油煤类型：富油煤型、富油煤–高油煤型、富油煤-含油煤型。按照煤炭资源量计算办法，全省已经查明的煤炭资源中有富油煤+高油煤资源量1 550.33亿t，内蕴焦油资源量144.5亿t；预测出陕西省2 000 m以浅煤炭资源总量中含富油煤+高油煤资源量3 845亿t，内蕴焦油资源325亿t；并对富油煤资源控制程度进行划分。分析富油煤的成因机理，指出变质程度、沉积相及物质组成和埋藏条件等为富油煤形成的主要影响因素。针对目前煤炭开发中存在的资源浪费问题，提出一种富油煤原位地下热解多煤层协同开采的资源开发新思路。

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煤田地质与勘探

2022年第02期

761

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