《煤田地质与勘探》青年编委及其团队成果

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《煤田地质与勘探》青年编委及其团队成果

来源：煤田地质与勘探

专题来自于《煤田地质与勘探》2022年第6期，共12篇研究成果。

行业视野: 煤田地质与勘探
类别; 75个
关键词; 72位
专家; 12篇
论文; 2600IP
点击量; 1298次
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煤层水力压裂应力与裂隙演化的细观规律

作者(Author)：李全贵, 邓羿泽, 胡千庭, 张跃兵, 宋明洋, 刘继川, 石佳林

摘要：水力压裂作为煤层强化增透技术的一种，其应力演化特征及裂隙形态与扩展范围的判断尤为重要。采用离散元数值方法，以导向压裂为背景，建立水力压裂流固耦合模型；通过应力路径、裂纹热点图等手段，探究水力压裂过程中压裂排量、泊松比、天然裂隙密度对应力演化和裂隙演化的影响及其细观规律。结果表明：不同压裂排量下的应力演化方向及最终应力路径曲线形状有着明显的不同，低排量下裂隙附近的应力比值逐渐增大，而在高排量下先增大后减小；煤层泊松比越大，平均压裂半径越低，但对起裂时间及裂隙的扩展形态影响不明显；天然裂隙的发育情况对水力裂隙的扩展起着关键性作用，高裂隙发育煤层水力裂隙扩展的方向性无法预测，应力演化方向会出现反转现象；压裂过程中不同区域的应力演化特征能够反映出裂隙的扩展状态，现场可通过监测压裂区域附近应力变化，判断水力压裂缝网的扩展范围。

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煤田地质与勘探

2022年第06期

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高岭土对煤生物产气的影响及微生物群落响应

作者(Author)：何环, 黄新颖, 黄再兴, 张倩, 陈子豪, 赵晗, 任恒星, 黄冠华

摘要：高岭土是自然界较常见的无机矿物，对微生物的生长代谢有促进作用，煤中赋存大量高岭土，而有关其对煤生物产气影响的报道确较少。为探究高岭土对煤生物产气的影响，以陕西榆林煤为研究对象，以驯化的微生物作为产气菌群，通过在培养基中添加不同质量分数的高岭土进行煤生物模拟产气，利用气相色谱仪、酶标仪、傅里叶红外光谱仪、Illumina高通量测序平台，研究CH4产量、总挥发性脂肪酸（Volatile Fatty Acids, VFAs）浓度、辅酶F420含量、产气前后煤的有机官能团和微生物群落结构的变化。结果表明：高岭土的添加影响生物产气过程，0～8.0%高岭土添加量可明显分为2个区间，0～1.0%和2.0%～8.0%，产甲烷量、累积产甲烷量和F420在2个区间内呈先升后降趋势，而乙酸和VFAs浓度变化趋势相反；模拟生物产气50 d后，添加高岭土实验组（0.5%）每克煤累积产甲烷量最高可达216μmol，较空白组提高55.4%；同时，添加高岭土可以提高辅酶F420的含量，最高可达48.93 ng/L，也有助于煤中的醇、酚—OH、—NH—和—NH2被微生物利用。高岭土对煤生物产气体系中细菌种群结构的影响规律不明显，仅Firmicutes（厚壁菌门）在0～1.0%和2.0%～8.0%添加区间呈现先增后减的变化趋势；相比之下，高岭土的添加对古菌丰度变化影响较明显，体系中的古菌主要是Euryarchaeota（广古菌门），其中，Methanosarcina（甲烷八叠球菌属）和Methanobacterium（甲烷杆菌属）是古菌中丰度最高的种属，Euryarchaeota和Methanosarcina丰度在0～1.0%和2.0%～8.0%区间内与甲烷累积产量变化、F420变化趋势一致，Methanobacterium却和VFAs变化趋势一致。由此得出，高岭土的添加会影响榆林煤的生物产气，其产甲烷量、VFAs、F420酶活性、微生物群落结构和煤中有机官能团组成均会发生变化，这为后续研究煤中无机矿物对煤的生物产气的影响提供参考。

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煤田地质与勘探

2022年第06期

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煤与瓦斯突出煤粉在巷道内运移分布规律试验研究

作者(Author)：张超林, 王奕博, 王恩元, 曾伟, 王培仲

摘要：煤与瓦斯突出是严重威胁煤矿安全生产的地质灾害之一，主要表现为瓦斯窒息和煤粉冲击、掩埋。利用自主研制的多功能煤与瓦斯突出模拟试验系统，开展不同瓦斯压力条件下煤与瓦斯突出模拟试验。结果表明，突出启动后，瓦斯气体携带煤粉以射流状喷向巷道。在0.35 MPa低瓦斯压力条件下，瓦斯膨胀能低，突出煤粉初始加速度小，受重力和阻力影响显著，运移形态以沙丘流和分层流为主，并出现多次“加速-减速”过程，最大速度为34.2 m/s；而在2.00 MPa高瓦斯压力条件下，瓦斯膨胀能高，突出煤粉初始加速度大，能有效克服重力和阻力，运移形态以栓流为主，运移速度降低不明显，最大为71.2 m/s。同时，当瓦斯压力从0.35 MPa增加至0.85 MPa和2.00 MPa时，相对突出强度由36.13%增大至52.39%和63.70%，且煤层瓦斯压力越高，突出煤粉运移距离越远，巷道末端集尘袋内煤粉质量占比越高，分别为65.21%、75.05%和87.17%。此外，突出结束后，突出煤粉粉碎率随瓦斯压力增加依次增大，分别为8.1%、21.5%和28.0%，但是粉碎到临界粒径0.075 mm以下的煤粉较少。最后，计算得到不同瓦斯压力条件下突出煤粉破碎指数分别为0.19、0.44和0.56，与相对突出强度具有较好的线性拟合关系。研究结果对揭示突出致灾机制、制定防灾减灾措施具有一定指导意义。

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煤田地质与勘探

2022年第06期

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沁水盆地南部煤层气直井合层排采产气效果数值模拟

作者(Author)：刘世奇, 方辉煌, 桑树勋, 胡秋嘉, 段卫英, 贾慧敏, 毛崇昊

摘要：随着煤层气勘探开发的深入，多煤层合层排采受到广泛关注。合层排采管控工艺是确保煤层气合采井高产稳产的关键，而多煤层组合条件下复杂的地质条件增加了合层排采管控的难度。数值模拟技术是研究煤层气井合层排采管控工艺的有效手段，科学、可靠的模拟结果可为合采井排采管控提供依据。考虑温度效应、煤基质收缩效应、有效应力作用对煤层流体运移规律以及渗透率等煤层物性参数的影响，建立煤层气直井合层排采生产动态过程多物理场耦合数学模型，并进行有限元法的多物理场耦合求解。通过对沁水盆地南部郑庄区块煤层气合采井组的模拟，探讨不同排采速率下煤层气直井合层排采产气效果及渗透率等煤层物性参数动态演化特征，提出煤层气直井合层排采工程建议。模拟结果显示，郑庄区块3号、15号煤层整体含气量较高，煤层气合采井组具有较大增产潜力，提高排采速率对提高煤层气采收率的效果不显著；排采过程中，煤基质收缩效应对渗透率的影响强于有效应力作用，是提高煤层气井排采速率的保障，在确保排采速率不超过煤层渗流能力上限的基础上，适当提高排采速率可实现煤层气井增产。基于模拟结果，建议排采速率的调整以控制动液面或液柱压力为主；以3号、15号煤层气合采井增产为目标，产水阶段和憋压阶段，郑庄区块煤层气直井合层排采速率以液柱压力降幅0.12～0.20 MPa/d或动液面降幅12～20 m/d为宜，既可实现煤层气增产，又可避免储层伤害。

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煤田地质与勘探

2022年第06期

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