《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
类别; 249个
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专家; 50篇
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低阶煤吸附孔结构特征及其对甲烷吸附性能影响

作者(Author)：李树刚, 周雨璇, 胡彪, 秦雪燕, 孔祥国, 白杨, 张静非

摘要：低阶煤甲烷吸附特性研究对瓦斯含量预测、瓦斯抽采及危害防治有着重要意义，为此，选取陕西6个典型矿井低阶煤样，进行低温氮吸附、低压二氧化碳吸附及甲烷等温吸附实验，获得低阶煤吸附孔结构特征。利用微孔填充及单分子层吸附理论定量表征甲烷吸附特征参数与吸附孔结构参数之间的关系，明确吸附孔中甲烷吸附机理。结果表明：吸附孔的比表面积主要由微孔提供，甲烷吸附能力主要受吸附孔孔容大小控制，微孔孔容对吸附孔总孔容的贡献率在74.71%～88.97%。甲烷极限吸附量与吸附孔平均孔径呈线性负相关，与吸附孔孔容、比表面积呈线性正相关，Langmuir压力常数随吸附孔平均孔径、孔容和比表面积的增加仅在小范围内波动，无明显线性相关。6个低阶煤样的分形特征明显，综合分形维数为2.573～2.720，平均值为2.647，说明低阶煤吸附孔非均质性强，甲烷极限吸附量随分形维数增加先增加后减小，整体呈上升趋势。基于微孔填充和单分子层吸附理论可以定量表征低阶煤吸附孔结构与甲烷吸附能力之间的关系，甲烷极限吸附量计算值与实验测试值相对误差较小，长焰煤相对误差为4.47%～6.65%，不黏煤为13.77%～16.02%。研究成果可为后续量化甲烷吸附特性与吸附孔结构之间的关系并精准预测煤层瓦斯含量提供理论指导。

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2023年第02期

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CO2 相变致裂煤的显微构造特征与成因机制

作者(Author)：曹运兴, 张新生, 张军胜, 郭帅房, 孟兵兵

摘要：CO2相变致裂是一种高效增渗、增抽和消突的新型煤矿瓦斯治理技术，应用效果显著。该技术的核心是高压动力载荷作用于煤层的强化造缝及其卸压增渗效应。然而，新生裂缝的形貌特征以及破坏成因机制研究薄弱。目前井下厘米—米级尺度裂缝的观察和描述，主要用于揭示煤层的造缝增透机理。更小尺度的微米级显微裂隙研究，可更系统和全面描述裂缝的形貌和发育规律，揭示CO2相变致裂作用下煤的破坏机理。应用自行研制的高压CO2冲击大型物模试验装置系统，对无烟煤试件进行了120 MPa高压CO2冲击，基于场发射扫描电镜(FESEM)的观察，研究了微米级裂隙特征、发育规律及其形成机理。结果表明：(1) 致裂后煤样的割理系统充分沟通，形成多尺度的复杂微裂隙网络。(2) 煤基质破碎并发育大量微米尺度的新生显微构造，发现了3种典型显微构造是“损伤坑” “三翼型”裂隙和“页理状构造”。(3) CO2的超临界相、气相、或者二者的混合相态冲击破碎近喷孔端煤样，冲击波可能是试件远端破坏造缝的主要力学机制。(4) 显微构造的形成和损伤演化机制为：在煤基质表面形成损伤坑，并以损伤坑为中心形成 “三翼型”张性锯齿状分支裂隙，多个“三翼型”裂隙组合形成复杂的微裂隙网络系统。强化造缝形成的复杂网状裂隙系统，是煤层卸压、增渗、增抽和高效消突的内在原因。

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2023年第02期

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煤层CO2 地质封存的微观机理研究

作者(Author)：姚艳斌, 孙晓晓, 万磊

摘要：煤层CO2地质封存可实现CO2减排和增产煤层气双重目标，是一种极具发展前景的碳封存技术。相对于其他封存地质体而言，煤的微孔极其发育，煤层CO2封存机制与煤中气、水微观作用关系密切，其内在影响机理尚不清楚。以2个烟煤样品的系统煤岩学分析测试为基础，构建了煤的大分子结构及板状孔隙空间模型，进一步采用分子动力学方法模拟了不同温、压条件下、不同煤基质类型表面的CO2和水的润湿行为，揭示煤层CO2注入后引起的水润湿性变化规律，初步阐明煤层CO2封存的可注性、封存潜力、封存有效性等影响因素及微观作用机理。结果表明：(1) 影响煤润湿性的主要因素是煤中极性含氧官能团，其含量越高煤的润湿性越强；(2) 煤中注入CO2后，CO2通过溶解作用穿透水分子层与水分子发生竞争吸附，从而减小水在煤表面润湿性；(3) 随注入压力增大和温度降低，煤表面CO2吸附量增多，对氢键破坏作用增强，润湿性减弱越明显；(4) 亲水性煤层CO2的可注性及封存潜力均相对较差，然而其封存安全性相对较好；(5) 影响煤层CO2封存潜力主要是吸附封存和毛管封存，而影响封存有效性、安全性的主要是毛管封存和构造封存；(6)煤中CO2封存以吸附封存为主，需同时考虑含水条件下毛管封存；相对于低煤阶煤，高阶煤封存潜力较高，但封存注入时需要克服“水锁”效应。进一步开展原位条件下深部煤层中气水作用与CO2地质封存机理研究，这对于CO2-ECBM技术发展具有重要意义。

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2023年第02期

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CO2 地质封存与利用示范工程进展及典型案例分析

作者(Author)：刘世奇, 皇凡生, 杜瑞斌, 陈世恒, 管奕婷, 刘英海, 汪涛

摘要：CO2地质封存与利用工程实施具有十分可观的CO2减排效果，推行CO2地质封存与利用项目对于缓解全球气候变暖、践行我国可持续发展战略具有重要意义。梳理了目前主要的CO2地质封存与利用方式，统计了全球范围内的CO2地质封存与利用示范工程，重点介绍了我国典型CO2地质封存与利用示范工程案例，并对CO2地质封存与利用技术发展趋势进行了展望。目前，CO2地质封存与利用方式主要包括CO2驱油封存、CO2驱替煤层气封存、CO2咸水层封存、CO2枯竭油气藏封存、CO2驱替页岩气封存、CO2深部咸水层封存与采水、CO2封存与增强型地热发电、CO2封存与铀矿地浸开采等；国内外在CO2驱油封存、CO2咸水层封存以及CO2封存与铀矿地浸开采方面已形成了配套完整的技术体系，实现了广泛商业化应用，而在其他CO2地质封存与利用方面尚处于现场试验与工程探索阶段；我国现已开展了23个CO2地质封存与利用项目，含12个CO2驱油封存项目、2个CO2咸水层封存项目、7个CO2驱煤层气项目以及2个CO2+O2地浸采铀项目。我国的CO2地质封存与利用技术起步较晚，与欧美发达国家相比仍具有较大差距，未来亟待加快百万吨/年以上规模的CO2地质封存与利用全流程技术与集群部署的工程示范，强化CO2地质封存与利用集群化规模部署技术科学基础研究，重点解决工程化CO2地质封存与利用全流程技术关键环节瓶颈。

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2023年第02期

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近松散层采掘抗渗透破坏评价方法Ⅰ：临界水力坡度

作者(Author)：隋旺华

摘要：抗渗透破坏评价是近松散含水层煤层开采溃水溃砂防控的重要基础工作，但至今尚未形成规范性方法和标准。松散层和风化带抗渗透破坏评价的关键是确定水力坡度和临界水力坡度。首先综述了流土和内部侵蚀发生的临界水力坡度确定方法，指出近松散层煤层采掘诱发溃水溃砂临界水力坡度与传统的临界水力坡度的不同特点。针对集中通道获得考虑临空面出口尺寸和岩土层物理力学性质的松散砂层、黏土层和基岩风化带的抗渗透破坏临界水力坡度的计算公式，采用试验结果验证，溃水溃砂临界水力坡度公式的适用性。通过单因素和多因素参数对临界水力坡度的敏感性分析结果表明，裂隙宽度是影响临界水力坡度大小的最重要因素，也表明在实际工程中通过控制采掘诱发的覆岩破坏是减少溃水溃砂灾害的关键措施。煤系风化带的临界水力坡度与其中黏土成分的含量、施加荷载大小有密切的关系，当黏土在风化岩石中占比(质量分数)为5%～40%时，其变化范围为2.9～67.2，给出了用高斯函数的拟合估算关系式和考虑上覆荷载的估算公式。研究结果将为近松散层开采溃水溃砂评价临界水力坡度计算提供参考。

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2023年第02期

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叶面涂抹DSE 菌液对蛋白桑生长发育影响及其生态修复前景

作者(Author)：毕银丽, 王茁优, 柯增鸣

摘要：微生物复垦技术在西部干旱–半干旱煤矿区生态修复中已被广泛应用，便捷的微生物菌剂施用方式对于提高采煤沉陷地生态治理效率具有重要意义。试验以蛋白桑为研究对象，供试菌剂为深色有隔内生真菌(dark septate endophyte，DSE)，采用温室盆栽试验，设置DSE菌液根际接种(GXZR)、DSE菌液叶片涂抹(YMTM)和对照蛋白桑(CK)3个处理，探究不同菌液接种方式对蛋白桑生长发育影响及其生态修复前景。结果表明，与CK相比，YMTM与GXZR处理均能显著提高蛋白桑地上生物量，增加幅度为1.9~3.3倍；同时YMTM与GXZR处理促进了蛋白桑对土壤C、N、P的吸收，全碳分别提升164.8%和121.8%、全氮分别提升177.7%和132.4%、全磷分别提升113.6%和28.7%。此外，YMTM与GXZR处理蛋白桑的相对饲用价值显著提升1.04和1.07倍。这些结果表明，DSE叶面涂抹促进蛋白桑对土壤C、N的吸收，使蛋白桑株高、冠幅、根茎叶生物量也得到显著提升，具有较强的碳汇作用。此外，DSE菌液叶面涂抹能够使DSE快速定殖于蛋白桑叶片，具有养分吸收快、利用率高、见效快的特点。因此，DSE叶面涂抹可作为一种新的微生物菌肥施用方式在矿区生态修复中应用，为煤矿区土地复垦与生态修复提供技术支撑。

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黄土梁峁地貌矿井水水质时空变异评估与关键控制因子水源识别

作者(Author)：施龙青, 曲兴玥, 韩进

摘要：针对黄土梁峁地区砂岩-泥岩互层覆岩突水水源难以准确判别以及不同水源所占比例无法定量化问题，在系统采集了陕北朱家峁煤矿地表水、地下水水样基础上，采用数理统计、Piper三线图、Gibbs图、常规水化学特征比值法，揭示了不同含水系统水化学演化规律和水源补给关系。通过分析水体稳定同位素组成演变特征，明确了不同环境背景下各类水源水质时空变异性。在此基础上，以常规、同位素特征比因子作为判别指标，构建了基于T-球型模糊聚集算子TOPSIS法(T-TOPSIS)、粗糙集理论(RST)、D-S证据理论(DSET)与单指标未知测度函数(SIUMF)的突水水源混合比例计算模型。结果表明，研究区地表水、地下水水化学类型虽均以Na-SO4·Cl为主，但两者受控因素有着明显差别，即地表水水化学成分受硅酸盐岩风化和蒸发结晶共同控制；地下水成分则主要受控于蒸发结晶作用。此外，经历了强烈蒸发作用的地表水对地下水存在一定程度的补给作用。T-TOPSISRST-DSET-SIUMF突水水源混合比例判别模型表明，陕北朱家峁煤矿50%以上的突水水源为顶板砂岩水和地表沙空沟水。三维高密度电法探测结果验证了该模型的准确性。

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2023年第02期

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华北型煤田水文地球化学勘探关键技术研究进展

作者(Author)：陈陆望, 胡永胜, 张杰, 张苗, 郑剑, 郑忻, 张媛媛, 蔡欣悦, 武明辉

摘要：华北型煤田是我国重要的煤炭基地，水文地球化学勘探是解决煤田开采过程中一系列水文地质问题的重要手段。在概化华北型煤田典型水文地质结构的基础上，分析采动影响下典型水文地质问题，揭示了华北型煤田地下水多场耦合关系与水文地球化学勘探作用机制及其测试分析处理技术；通过回顾水文地球化学理论发展历史，明确华北型煤田水文地球化学勘探技术的可靠性；汇总地下水常用的水文地球化学组分及其测试仪器，并从图解法、数理统计法、物理模拟和数值模拟等方面阐述水文地球化学勘探的技术手段；在此基础上，从地下水资源评价、突水水源动态识别、水文地球化学时空演化、地下水动力异常反演、地质结构异常反演、地下水混合模式构建及水热资源勘察等角度综述了多场耦合下华北型煤田水文地球化学勘探关键技术的应用研究进展，明确了水文地球化学勘探的优越性与可操作性。结合华北型煤田水文地质条件，提出华北型煤田水文地球化学勘探典型技术核心及其存在的问题，指明了水文地球化学勘探技术研究的努力方向。

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