《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
关键词; 321位
专家; 50篇
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不同级配陷落柱充填体力学特征实验研究

作者(Author)：刘伟韬, 杜衍辉, 庞立夫, 孟祥喜, 申建军, 胡莹莹

摘要：为研究不同颗粒级配陷落柱充填物在不同固结荷载下的力学特性，基于土工固结试验制备不同状态下的相似模拟充填体试样，通过充填体在不同状态下的三轴加载实验、压汞及扫描电镜实验，研究了陷落柱充填体三轴应力状态下的力学特征及微观结构演化机制。结果表明：充填体具有明显的塑形特征，其应力−应变曲线可以划分为4个阶段：孔隙压密段、稳定变形段、变形破坏段和类蠕变阶段。充填体偏应力随Talbol指数n呈先增加后减小的趋势，充填体三轴抗压强度与Talbol指数之间符合二次多项式关系，均满足较高的拟合度并且偏应力强度达到最优的Talbol指数分别为0.71、0.65和0.64；偏应力随着固结荷载的增加而线性增加，增长率随着固结荷载和Talbol指数的增加呈逐渐减小的趋势。结合压汞和扫描电镜测试结果，固结荷载和Talbol指数的变化改变了颗粒间的接触状态，影响着岩土体试样的偏应力强度；随着Talbol指数的增加，充填体内颗粒间的相互作用增强，初始承受的外荷载比例增大，骨架结构效应更加显著，偏应力则主要来自岩土颗粒的接触应力集中。通过力学强度和微观结构特征研究在宏观和微观尺度上解释了充填体的颗粒级配效应提供参考。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

194

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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

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采空区大掺量粉煤灰无机固化泡沫制备及特性研究

作者(Author)：马砺, 杜素, 张照允, 王慧, 赵亮, 张波

摘要：煤矿采空区漏风是引发煤火灾害的重要原因，传统充填堵漏材料易干裂，流动性差，成本高，因此研发出有效充填封堵漏风通道的新型材料十分必要。通过单因素变量法，以材料流动度、初凝时间、抗压强度为指标进行配比优选，研发出大掺量粉煤灰无机固化泡沫充填堵漏新材料。同时，利用红外光谱、X射线衍射仪、扫描电镜表征材料的水化过程。结果表明∶基于泡沫均匀度、发泡倍数、半衰期及析水率等参数，优选出十二烷基硫酸钠(SDS)∶辛癸基葡糖苷(APG)=1∶1，黄原胶(XG)∶瓜尔胶(GG)=1∶1的水基泡沫。研发的大掺量粉煤灰无机固化泡沫，其初凝时间与粉煤灰掺量、水灰比、泡沫掺量成正比；流动度与水灰比成正比，与粉煤灰掺量成反比，随泡沫掺量增加先上升后缓慢降低；抗压强度随粉煤灰掺量增加呈先增加后减小趋势，与水灰比和泡沫掺量呈反比关系。综合评价指标确定粉煤灰掺量为60%、水灰比为0.6、泡沫与复合浆液体积比为1∶1时，材料流动度好，为15.9 cm，初凝时间适中，为5 h，抗压强度高，28 d达到1.5 MPa。该材料的水化产物是钙矾石(AFT)以及C-S-H凝胶，由水泥先发生水化反应生成Ca(OH)2，后与粉煤灰反应生成AFT及C-S-H凝胶，提高了大掺量粉煤灰无机固化泡沫抗压强度，能够适应采空区堵漏的要求。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

252

79
蒙陕接壤区煤矿采空区水−岩系统中氟来源及释放规律

作者(Author)：王甜甜, 靳德武, 薛建坤, 姬红英, 尚宏波, 周振方, 杨建, 曹煜

摘要：采空区是高氟矿井水形成的关键区域，其水−岩系统中氟的来源与溶解释放决定了矿井水中氟的富集或贫化。针对蒙陕接壤区3-1煤采空区矿井水氟来源及释放规律不清晰问题，采用水化学测试、岩石矿物成分分析、矿物扫描电镜与能谱检测，以及室内水−岩作用仿真模拟试验，查明矿井水氟物质来源与赋存载体，揭示岩石中氟释放规律。结果表明：研究区3-1煤矿井水水化学类型主要为HCO3-Na与SO4-Na型，3-1煤采空区矿井水氟浓度高于3-1煤生产工作面的矿井水浓度，且采空区矿井水pH、Na+/Ca2+浓度比均大于工作面矿井水。3-1煤采空区矿井水F−的物质来源为泥岩与粉砂岩，2种岩石中氟平均含量分别为741、610 mg/kg，氟在固相中的主要赋存载体为蒙脱石、高岭石、伊利石及绿泥石。采空区水−岩系统中氟的释放受岩性、粒径、pH、温度及Na+/Ca2+浓度比5个因素影响。其中，泥岩及粉砂岩中的氟比细砂岩中的更容易释放进入水中；无论何种岩性，随着粒径的减小，氟释放F−的浓度增大；此外，碱性、高温及高钠低钙的水化学环境均可促进岩石中氟的溶解释放。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

268

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煤层长波长地震各向异性的多尺度效应初探

作者(Author)：王赟, 郑永芹, 杨春, 张壹, 李颖达, 张慧民

摘要：在勘探地震频带范围内，我国陆相沉积的含煤地层均是典型的薄互层。含煤地层中各向同性薄层叠置，在不同地震波长尺度下呈现长波长地震各向异性特征，地震勘探中一般做横向各向同性(Transverse Isotropy with a Vertical Axis of Symmetry，VTI)等效或均匀各向同性(Isotropy，ISO)等效简化处理。但是针对不同弹性性质的地层，长波长等效理论的适用条件不同。以淮南煤田的含煤地层为例，利用钻孔声波和密度测井曲线建立二维水平层状薄互层模型，分析含煤地层的长波长地震各向异性的多尺度效应。通过不同平均长度均化测井曲线，重点分析了2种等效建模方法在不同平均长度下所建立的等效模型弹性参数的差异及其各向异性特征；最后通过不同等效模型弹性波场的数值模拟分析不同等效模型的适用性。结果表明：随着平均长度增加，等效模型的速度、密度和各向异性参数的单点数据异常减弱；ISO等效P波速度大于VTI等效；存在某个临界窗长(本次淮南含煤地层为λmin/L≈3)使等效模型的层状各向异性开始减弱；当平均长度与地层厚度比(L/d)和最小主波长与平均长度比(λmin/L)都满足长波长假设条件时，含煤薄互层等效模型弹性波传播特征才能逼近原始模型。研究结果有助于厘定含煤地层长波长地震各向异性特征，为含煤地层的正演模拟和反演模型建立提供理论指导，以进一步提高煤田地震勘探精度。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

156

76
煤田高密度三维地震勘探技术的发展现状及趋势

作者(Author)：董守华, 黄亚平, 金学良, 杨光明, 聂爱兰, 祁雪梅, 程彦, 吴海波

摘要：传统煤矿采区三维地震勘探对复杂构造、下组煤层和灰岩探测的精度不高，很难满足煤矿安全高效开采对地质条件透明化、精准化探测的需求，煤田高密度三维地震勘探技术应运而生。中国煤田高密度三维地震勘探技术的发展历程可分为3个阶段：2005—2007年，探索与试验阶段；2008年—2014年：试验与示范阶段；2015年至今，推广与应用阶段。经过近20年的发展，煤田高密度三维地震勘探技术显著提高了复杂地质构造的探测精度，在解决特殊地质问题上也有了长足的进步。结合煤田高密度三维地震勘探技术相关研究成果与勘探实例，对煤田高密度三维地震勘探数据采集、处理和解释等环节技术的现状进行了综述。面向煤矿安全高效生产对小、微构造解译和岩性精准识别的迫切需求，提出地震观测系统的优化技术、连片处理技术、叠前深度偏移处理技术、OVT域的资料处理和解释技术、深度域地震资料解释技术、人工智能处理解释技术等，将是煤田高密度三维地震勘探技术发展的重点和热点方向。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

342

176
综采工作面煤厚变化电磁波透视探测响应

作者(Author)：吴荣新, 李响, 肖玉林

摘要：综采工作面常有较大的煤厚变化，影响煤炭安全高效生产，需要在回采前探测煤厚变化情况。为掌握煤厚变化对电磁波透视探查的响应特征，采用仿真软件，建立了工作面三维模型，对不同煤岩电阻率比值的煤厚变化进行了电磁波透视探测模拟。结果表明：随煤厚减小，不同煤岩电阻率比值的透视场强值均呈抛物线型下降，说明煤厚越小，电磁波透视能力越差；同一煤厚值，煤岩电阻率比值越大，透视场强值越大，能够透视的距离越大；煤厚8 m以下工作面，场强变化率大，煤厚变化引起的场强值变化明显，可以仅采用相对煤厚变化解释地质异常变化情况；煤厚8 m以上工作面，场强变化率值相对较小，煤厚变化引起的场强值变化不明显，不能仅采用相对煤厚变化解释地质异常区，应结合煤岩电阻率比值和正常煤层厚度，根据煤厚场强变化率来确定恰当的煤厚变薄值来圈定地质异常区。陕西金源招贤矿业有限公司1305工作面探测结果表明：工作面煤层厚度从16.4 m减薄到11.2 m，平均场强变化率为1.233 8 dB/m，反映特厚煤层工作面随煤厚减小透视场强值缓慢降低。淮河能源集团张集矿1610A工作面探测结果表明：工作面煤层厚度从5.8 m减薄到2.0 m，平均场强变化率为3.7038 dB/m，反映厚煤层工作面随煤厚减小透视场强值快速降低。研究结果可以合理地判识薄煤区范围以及煤层变薄程度，可靠地圈定地质异常区。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

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煤矿反射槽波探测技术研究评述

作者(Author)：王季, 叶红星, 张广忠, 李刚, 吴国庆, 牛欢, 杨焱钧, 关奇

摘要：反射槽波可用于单条巷道内探测巷道两侧和掘进前方一定区域内的断层等异常地质构造。目前该项技术已在我国多数矿井开展过探测试验和工程应用，对采掘危险区治理、工作面布置和采掘方案设计等生产环节起到了重要的指导作用。阐述了反射槽波的处理方法和原理，比较了面对巷道的侧帮和掘进前方2种不同探测区域时，反射槽波数据和处理方法的异同之处，着重对反射槽波的叠加成像、偏移成像以及掘进工作面超前成像3类成像方法的技术原理、适用条件和研究进展进行了梳理和分析，总结了反射槽波在巷道侧帮与掘进前方断层、采空区以及陷落柱探测方面的典型案例。在此基础上提出进一步提高探测能力的改进方向：研究适用于槽波频散性的反褶积方法，有效压缩反射槽波并依据频散速度准确偏移归位，提高成像分辨率；通过极化处理求出槽波的偏振方向，从而减少“画弧”现象；借鉴束偏移技术，选取特定方向的槽波参与成像，提高成像信噪比；研究影响反射槽波信号强弱的地质条件和采集条件，在不增加震源能量的条件下有效增强反射槽波；研制新型震源，提高反射槽波探测应用的安全性和适用性。对反射槽波未来的应用方向进行展望，以期促进反射槽波探测技术发展，为煤矿安全高效开采提供保障。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

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