《煤田地质与勘探》创刊50周年特刊_中国煤炭行业知识服务平台

《煤田地质与勘探》创刊50周年特刊

来源：煤田地质与勘探

《煤田地质与勘探》1973年创刊，月刊（2022年1月起变更），中国煤炭科工集团有限公司主管，中煤科工西安研究院（集团）有限公司主办，是煤炭地质领域创办时间最长、最有影响力、面向国内外公开发行的煤炭地质行业学术与实用技术并重的综合性科技期刊刊物。正常栏目有煤炭地质、矿井地质；煤系气、煤伴生矿产；水文地质、工程地质、环境地质；煤田物探、矿井物探；钻掘工程。热点专题有：数智化云平台在不同能源领域应用；深部煤系气资源开发技术进展；煤矿区地热能资源及开发技术；智能物探；智能钻探；碳中和技术路径与示范工程。

行业视野: 煤田地质与勘探
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“双碳”目标下煤田区地热资源开发利用与储能技术

作者(Author)：汪集暘, 孔彦龙, 段忠丰, 张吉雄, 罗昔联, 黄永辉, 罗娜宁, 程远志, 周楠, 张伟尊, 庞忠和

摘要：开发煤田地热不仅可以改善煤田开采的温度环境，还可以通过地热能的清洁利用变“害”为“利”，尤其是在目前“双碳”目标下利用煤田采空区储能大有前景。评估获得我国主要赋煤区地热资源热储量为1.12×1019 kJ，折合标煤3 795.39 亿t，可采热储量1.71×1018 kJ，折合标煤569.31亿t。其中，华北赋煤区的可采热储量约占74.7%，特别西区(晋陕蒙宁分区)拥有神东、晋北、晋东、晋中、陕北、黄陇(华亭)、宁东7大煤炭基地，资源最为丰富，占近48.7%。进一步指出“煤−热共采”是煤田区地热开发利用的主要形式，包括充填埋管取热、采空区矿井水取热和深部煤矿含水层取热等。此外，提出将采空区以及排水后腾出来的空间作为“储层”加以利用是下一步的工作方向，并对回填(相变)材料储热、废弃煤田抽水蓄能和废弃煤田压缩空气蓄能做了详细评述。最后，对煤田热害防治技术进行了简要评述。总之，煤田规模化储能与热害防治和地热利用将成为煤田地热研究和开发利用的主要方向，是实现煤矿绿色转型和国家“双碳”目标的重要抓手。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

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煤矿回采工作面智能地质保障技术进展与思考

作者(Author)：王国法, 张建中, 薛国华, 刘再斌, 刘清, 李梅, 刘军锋, 程健, 张学亮

摘要：煤矿地质保障技术是实现煤炭精准开采和绿色采矿的关键路径，针对智能开采需求和地质保障要求，分析了回采工作面地质保障主要面临的难题，包括基础理论研究薄弱、地质探测精度不足、建模精度无法满足工程应用、模型动态更新困难、缺乏基于时空演变的智能回采全局路径最优决策手段等。根据面临的难题和技术现状，对陕西延安黄陵一矿和陕西神木榆家梁煤矿智能开采地质保障技术进行了探索实践。黄陵一矿以810综采工作面智能开采为目标，采用综合探测、数据融合等技术，构建工作面静态地质模型，利用地质雷达、惯性导航技术，动态修正工作面地质模型，通过对“透明工作面”高精度地质模型“CT切片”，获取采煤机关键截割曲线，与回采工艺、装备形成耦合协同、联动控制模式，实现基于三维空间感知和智能数据分析的规划截割，推动黄陵一矿810综采工作面实现智能无人化开采。榆家梁煤矿提出构建基于时空数据模型的智能自主割煤工作面无人化开采模式，融合多源异构地质数据建立智能开采工作面多属性地质数据库，构建基于绝对坐标的43101工作面高精度时空地质模型，并基于时态地理信息系统平台(4DGIS)进行三维地质模型可视化，实现地质模型的任意剖切，结合随采地质雷达获取煤厚、煤层顶底板和煤岩界面数据进行动态修正，实现基于高精度地质模型的采煤机自主截割。通过2个案例对面临的难题进行有益的探索，最后进行总结与展望，为企业高质量发展指明了技术方向。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

322

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论中国煤炭地质勘查工作在新条件下的定位与重大研究问题

作者(Author)：王佟, 韩效忠, 邓军, 孙亚军, 李增学, 唐书恒, 毛善君, 林中月, 李聪聪, 赵欣, 孙杰, 宋洪柱, 张彪, 孟凡彬, 吴兆剑, 邓小利, 江涛

摘要：煤炭是我国的主体能源和重要的煤化工原料，新中国成立70多年来煤炭地质勘查工作紧密结合国家战略需求，为国家探明了急需的煤炭资源，保障了国家煤炭能源供应。通过系统总结近年来我国煤炭地质工作取得的主要成果，分析了当前新条件下煤炭地质工作发展面临的重大研究问题，明确了煤炭地质勘查工作定位，提出“1个理论、10个主要技术”的重点攻关研究思路，拓展了煤炭地质勘查工作的研究范围，对保障煤炭资源在我国经济和社会发展中发挥好“稳定器”和“压舱石”作用具有重要研究意义。研究认为：(1)新条件下煤炭地质勘查工作已由以保障煤炭能源资源安全为主发展为既要保障煤炭能源资源安全供应，还要为绿色矿山建设、矿山智能化开采与生态安全服务的煤炭生态地质勘查新阶段。(2)提出了煤炭地质勘查工作今后的重点是资源勘查与利用、地质条件评价与动态地质事件预警、矿山环境治理修复与生态地质层功能作用复原、地质条件改性等方面的10大重点攻关问题。(3)针对煤、煤系及煤盆地多能源多矿产资源赋存特点，需研究建立煤与煤系共伴生矿产协同勘查模式，在关注“煤”的同时，加大对煤系、煤盆地全域性的多矿产聚集规律和各类资源研究，推动煤、煤系及煤盆地多能源多矿产资源协同勘查与开发利用。(4)针对煤炭智能化开采面临的地质保障问题，加强多手段协同技术开展开采扰动条件下地下水渗流介质及流场演化规律研究，瓦斯(煤层气)逸散和突出机理等隐蔽致灾因素研究，为矿井水、气灾害防治等隐蔽致灾地质因素勘查和资源化利用提出精准分析与预测预报。(5)针对新条件下，煤炭地质勘查工作提升至煤炭生态地质勘查工作的发展需求，提出采用地质手段开展生态环境治理修复新思路，核心是通过人工干预和修复被扰动或破坏的生态地质层，形成与周边地质和生态条件等功能相协调的人造地质体。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

245

171
宣威地区燃煤排放颗粒物毒理学及肺癌地质起因研究

作者(Author)：邵龙义, 张梦媛, 冯晓蕾, 焦杰伟, 王文华, 周义平

摘要：云南省宣威市是我国肺癌最严重的地区，该区肺癌发病率和死亡率均居世界首位。对宣威肺癌患者的基因组学研究发现，宣威肺癌具有与众不同的基因特征，是一种与环境相关的独特发病模式。通过综述宣威肺癌的流行特征以及燃煤排放物的污染水平和毒理学特征，并结合二叠纪末期C1煤层的地球化学特征探讨宣威肺癌的地质起因。宣威肺癌主要流行特征表现在，肺癌死亡率男女比接近1.22，女性肺癌死亡率明显偏高。前人研究表明，室内燃煤排放颗粒物的长期、高浓度暴露，是宣威肺癌的主要诱因。综述毒理学研究结果可知，宣威室内燃煤排放颗粒物中的重金属、多环芳烃和微晶石英矿物浓度均高于其他地区，且被证实可能会引起更严重的DNA损伤和细胞破坏。通过对比宣威肺癌死亡率的空间分布和不同煤矿的煤层分布发现，可采煤层包含C1煤的来宾和龙场地区同时也是宣威肺癌的高发地区，推断C1煤的燃烧可能与宣威肺癌高发有关。C1煤作为晚二叠世最后一层煤，成煤期间受二叠纪−三叠纪生物大灭绝事件影响，形成了独特的地球化学特征。高含量的重金属、多环芳烃和微晶石英矿物等潜在致癌物不仅存在于C1煤中，也随着室内燃煤被释放到空气中，并通过呼吸系统进入人体体内，破坏细胞及DNA结构，造成肺阻塞、肺炎等一系列呼吸道疾病，严重的可能导致肺癌发生。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

252

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我国煤与瓦斯突出机理70 年发展历程与展望

作者(Author)：张超林, 王培仲, 王恩元, 许江, 李忠辉, 刘晓斐, 彭守建

摘要：煤与瓦斯突出灾害的有效防治一直是我国煤矿安全生产面临的挑战性难题，其前提和基础是对煤与瓦斯突出机理的深入研究。全面阐述我国近70年来在煤与瓦斯突出机理研究领域所开展的工作和取得的成绩，其研究过程分别经历了积极探索阶段(1955—1977年)、理论奠定阶段(1978—2002年)、快速发展阶段(2003—2015年)和稳定发展阶段(2016年至今)；基于文献计量学方法和科学知识图谱分析，探讨了突出机理的研究热点和前沿趋势。分别从理论假说、物理模拟、数值模拟3个方面系统总结了我国煤与瓦斯突出机理研究进展：理论假说方面，在综合作用假说的基础上，针对我国煤矿实际情况形成了以流变假说、球壳失稳理论、力学作用假说等为代表的新观点和新理论，奠定了突出理论研究基础；物理模拟方面，围绕突出主控因素、多物理场演化、能量转化与失稳条件、地质构造与构造煤、两相流致灾机制等方面进行了大量的试验研究，基本掌握了突出的发动条件、发展过程、演化规律及影响因素；数值模拟方面，主要开展了突出煤层、地质构造和突出两相流等方面的模拟研究，然而由于突出过程和影响因素的复杂性，仍无法实现突出全过程的模拟分析。目前，已初步形成了具有我国特色的煤与瓦斯突出理论体系，但时有发生的突出事故表明突出防治形势依然严峻。结合研究现状和发展趋势，认为应进一步研究突出全过程、全要素、全时空耦合演化过程，分析含瓦斯煤多尺度流变行为，探索煤层储能与动态释放过程，揭示复合与次生灾害成灾机制，形成煤与瓦斯突出耦合演化机理、力学模型、能量模型和灾变模型；在此基础上针对典型突出场景，开展复杂地层下突出物理模拟试验和全过程数值模拟反演，实现突出危险的实时监测和连续预警。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

387

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准东煤田构造特征及控煤作用研究

作者(Author)：王猛, 马如英, 单雅迪, 闫一超

摘要：构造控煤在采矿安全中扮演着重要的角色，但现有资料对准东煤田构造研究较少，为使煤炭安全高效开采，需有针对性地进行煤田开采地质条件研究。以准东煤田构造特征为研究对象，通过统计断裂构造信息，使用分形维数(分维)定量表征了构造复杂程度，探讨了准东煤田现今构造特征和构造动力成因，分析了构造特征对煤田开采地质条件的影响。结果表明：准东煤田断裂以正断层发育为主，少量大型走滑断层；通过对构造复杂程度的定量表征，煤田大部分区域构造分维为0.5~0.9，表明煤田的总体构造格局较复杂。准东地区主要经历了晚海西期、印支期、燕山期及喜马拉雅期四期构造运动，其中在侏罗系煤层形成后，燕山期南北和东北向挤压应力对煤田改造作用较大，且在该期构造运动后准东煤田构造格局基本形成。受多期构造演化作用的控制，准东煤田形成了多种典型控煤构造样式：复向斜型褶皱构造划分了卡拉美丽山前凹陷带的构造格局；叠瓦式逆冲构造主要表现为构造上盘剥蚀严重，含煤性较差，而下盘煤系保存较好，两侧逆冲断层使得煤层遭受切割，煤层在断层的分界处工程地质条件较为复杂，增大了开采难度；推覆式构造主要表现为使煤系在垂向上重复出现，在煤田勘探时增加了找煤难度，发育部位普遍地应力较大，挤压构造应力的集中，在煤矿生产时易出现矿井动力灾害。因此，针对不同构造样式的煤层，需提出相应的开采模式。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

232

171
矿井地质动力环境评价方法与冲击地压矿井类型划分研究

作者(Author)：兰天伟, 张志佳, 袁永年, 韩军, 刘洪泉, 张俊杰, 张宏伟, 罗波远, 刘铭玮

摘要：冲击地压等矿井动力灾害的发生受多因素影响，是自然地质动力环境条件和开采工程扰动条件耦合作用的结果。冲击地压发生的时间、空间、强度等特征与矿井所处区域地质动力环境有关，由于不同煤田、不同矿区、不同矿井所处的区域地质动力环境存在差异性，致使有些煤矿不具备发生冲击地压的地质动力环境条件，而有些煤矿发生冲击地压的类型也不同。提出矿井地质动力环境评价方法，并构建评价指标体系。在地质动力环境研究中，主要考虑自然地质条件下外部地质体的动力作用对冲击地压的影响效应，确定构造凹地反差强度、矿井区域断块构造运动、断裂构造、构造应力、开采深度、上覆岩层结构特征、本区及邻区判据条件等影响因素为评价指标，根据各因素对矿井的影响程度情况，给出每个因素的不同量化评价值。综合量化评价结果，判定矿井是否具有发生冲击地压的地质动力环境：(1) 当综合评价指标值n为0~0.25，表明矿井不具备冲击地压发生的地质动力环境；(2) 当综合评价指标值n为>0.25~0.50，矿井具有弱冲击地压发生的地质动力环境；(3) 当综合评价指标值n为>0.50~0.75，矿井具有中等冲击地压发生的地质动力环境；(4) 当综合评价指标值n为>0.75~1.00，矿井具有强冲击地压发生的地质动力环境。依据矿井地质动力环境评价指标，揭示矿井工程地质体内冲击地压产生的地质动力环境和能量条件，进而确定冲击地压矿井类型，属于非冲击地压矿井、冲击地压矿井和严重冲击地压矿井。最后，以绥滨坳陷盆地边缘双鸭山−集贤煤田为例，分析双鸭山矿区集贤煤矿的地质动力环境，确定集贤煤矿地质动力环境综合评价指标值n为0.67，矿井具有中等地质动力环境，类型属于冲击地压矿井。研究成果验证了地质动力环境是矿井产生冲击地压等动力灾害的重要性因素和能量基础条件。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

262

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后混合磨料空气射流喷嘴结构优化及破煤效果研究

作者(Author)：杨恒, 魏建平, 蔡玉波, 张路路, 刘勇

摘要：水力化卸压增透技术在煤层瓦斯灾害治理中发挥了重要作用，但在松软煤层中应用时容易导致塌孔、抱钻和喷孔等动力现象。无水化卸压增透是突破松软煤层瓦斯高效抽采技术瓶颈的可行性技术之一。为此，利用磨料空气射流高效破煤岩能力，提出后混合磨料空气射流破煤卸压技术，采用磨料-空气分离输送的双通道方式，将磨料和空气运送至孔底，采用射流泵-拉法尔耦合的后混合喷嘴结构在孔底对磨料进行引射、混合和加速，使磨料具备高冲击动能，实现高效破煤。基于ANSYS-FLUENT气固两相流模型，分析后混合喷嘴内磨料引射、混合和加速规律，研究磨料颗粒在加速过程中的受力，获得混合磨料空气射流高效破煤最优后混合喷嘴结构；并开展后混合磨料气体射流破煤实验验证破煤性能。结果表明：磨料冲击动能决定于后混合喷嘴的引射能力和加速能力。后混合喷嘴的引射能力与引射喷嘴的喷嘴出口直径和其扩张段长度有关，合理的引射喷嘴出口直径有助于减小喷嘴出口气流波动，扩张段长度则会影响喷嘴出口气流速度，在本文条件下，引射喷嘴采用两段式，其中收缩段长度2 mm，喉部直径2 mm，扩张段长度5 mm，喷嘴出口直径为3 mm。加速结构对磨料的加速效果主要取决于加速喷嘴的膨胀比，膨胀比为1的喷嘴内部气流使磨料颗粒所受合力较大，且加速喷嘴外部磨料所受曳力、压力梯度力和虚拟质量力波动范围较小，磨料加速效果明显，在膨胀比为1条件下，设计加速喷嘴收缩管长度4 mm、出口直径7.73 mm、喉管长度40 mm、扩张管长度为15 mm。按照优化后的喷嘴结构进行破煤能力实验，在引射压力为4 MPa，靶距60 cm，磨料质量流量50 g/s，进行冲蚀实验，冲蚀30 s，优化的后混合喷嘴结构对煤块产生了直径约10 cm，深度约5 cm的冲蚀坑，证明了在设计的最优后混合喷嘴结构参数下系统具有较好的破煤效果，具有工程应用的能力。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

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