《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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国内外矿井水处理及资源化利用研究进展

作者(Author)：王皓, 董书宁, 尚宏波, 王甜甜, 杨建, 赵春虎, 张全, 周振方, 刘基, 侯悦

摘要：煤矿区矿井水处理及资源化利用是实现煤炭工业高质量发展与矿区生态文明建设双重目标的重要推力。在全球水资源短缺与生态环境保护的约束下,矿井水作为一种非常规水资源,其大规模处理与高效利用是未来发展的必然选择。文中从煤矿区矿井水水质特征出发,全面论述了矿井水水质形成机制与水质评价方法,并将矿井水水质形成划分为含水层水–岩作用和采空区水–岩作用2个阶段。系统分析了国内外含悬浮物矿井水、高矿化度矿井水、酸性矿井水及含特殊组分矿井水处理技术优缺点,重点阐述了含悬浮物矿井水高效旋流净化、高矿化度矿井水双极膜和膜蒸馏处理、酸性矿井水人工湿地处理的新技术。在总结国内外矿井水资源化利用现状的基础上,阐明了矿井水资源化利用的途径主要包括工业生产用水、生态用水、生活用水及热能利用4种。最后,提出了目前我国煤矿区矿井水处理及资源化利用存在的问题及科学思考,建立了矿井水处理及资源化利用概念模型,通过不断推进矿井水处理及资源化利用技术研发,提高矿井水资源综合利用率,解决煤矿区水资源供需矛盾,促进社会经济增长、煤炭资源开发与矿区生态文明建设三者之间的协同发展。

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煤田地质与勘探

2023年第01期

243

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煤矿采空区水-岩作用模拟试验研究

作者(Author)：孙亚军, 赵先鸣, 徐智敏, 郭娟, 张莉, 陈歌, 陈天赐, 朱璐璐, 高雅婷, 陈炜阳

摘要：采空区积水在我国煤矿中广泛存在。明确在采空区封闭-半封闭环境条件下的水-岩相互作用机理,对实现煤矿区水污染减量以及地下水资源保护具有重要意义。以内蒙古某煤矿采空区积水为研究对象,设计高度还原采空区环境的箱式模拟试验,采用X射线衍射仪(XRD)和X射线荧光光谱仪(XRF)对模拟采空区填充物(煤、垮落岩体)中矿物成分及元素组成进行分析,借助离子色谱仪(IC)和电感耦合等离子体发射光谱分析仪(ICP-OES)等对水中水化学特征进行表征,探究采空区积水水质形成的水-岩相互作用机制。结果表明:水-岩相互作用主要为煤及垮落岩体中的矿物溶解-沉淀作用、阳离子交换作用、煤中黄铁矿氧化作用以及混合作用。矿物溶解作用占主导地位,采空区积水中的Na+、K+主要来源是钠长石、钾长石等硅酸盐矿物的溶解,而Ca2+和Mg2+主要来自于钙长石、方解石、绿泥石等矿物溶解;离子交换作用主要发生在采空区水-岩作用的初期(0～20 d),而后逐渐减弱;采空区底部残煤中黄铁矿氧化作用是积水SO42-浓度升高、还原性增强、pH和DO(溶解氧)降低的主要原因;混合作用在试验中后期(30～150 d)逐渐凸显,使采空区积水的水化学特征趋向于一致。研究结果为煤矿采空区积水污染预测以及防治提供理论参考。

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煤田地质与勘探

2023年第01期

184

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从1D到4D:煤田地震勘探的技术进步及启示

作者(Author)：程建远, 张宪旭, 蒋必辞, 王盼, 单蕊

摘要：作为煤矿安全高效地质保障系统的核心技术之一,我国煤田地震勘探技术已经形成了从一维地震(1D)、二维地震(2D)到三维地震(3D)的技术系列,实现了从资源勘探向采区勘探、从构造勘探向岩性勘探的技术进步,而四维地震(4D)将进一步实现地震勘探从静态探测到动态探测的技术跨越。基于空间-时间维度的概念,在1D到4D地震勘探4个发展阶段的基础上,提出了1.5D(如非零偏移距VSP)、2.5D(如宽线二维地震)和3.5D(如三维地震动态解释)等3个过渡阶段,给出了1D与1.5D、2D与2.5D、3D与3.5D以及4D等7个不同阶段的时间-空间特征。研究发现:(1)煤田地震勘探从低维到高维、从空间维到时空维的维度增加,使得地震勘探所获地下信息量出现指数级增长,地震勘探解决地质问题的精度相应得到了显著的提高,这是煤田地震勘探技术不断进步的内在引擎;(2)基础理论研究的厚积薄发、地震勘探仪器的升级换代和煤矿开采技术的需求驱动,是煤田地震勘探技术持续进步的外部驱动力;(3)跨学科、跨行业和跨部门的学科交叉与技术融合,加速了煤田地震勘探技术的迭代升级。

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煤田地质与勘探

2023年第01期

142

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矿井电法勘探研究现状与发展趋势

作者(Author)：岳建华, 杨海燕, 冉华赓

摘要：隐蔽地质因素透明化是煤炭智能精准开采和煤矿重大事故防治的关键。煤岩体结构和流体赋存等因素变化均可引起显著的电性变化,奠定了矿井电法勘探的物性基础。30多年来矿井电法勘探在我国煤矿防治水中发挥了关键作用,经过采煤工作面顶底板探测、掘进工作面超前探测、采煤工作面内小构造探测以及矿井电法动态监测几个阶段的发展,产生了一大批标志性的理论、技术与应用成果,并在超前探测理论、方法、技术研究方面均居于国际领先水平。在归纳1980年初以来我国煤炭生产面临的主要水文地质问题的基础上,系统总结了在煤矿生产安全突出问题所处的不同阶段矿井电法勘探技术的发展历程和国内相关单位所做出的重要贡献,聚焦矿井电法勘探研究与应用现状,着重从多源信息融合、工作面透明化与矿井智慧化角度出发分析了矿井电法勘探的发展趋势。认为在实现煤炭智能化精准开采、深地探测以及地下空间开发利用过程中,矿井电法动态监测将成为电法勘探的未来发展方向,矿井电法勘探的应用领域将得到大幅度延伸,其发展前景也会更为广阔。

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煤田地质与勘探

2023年第01期

168

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地震勘探高分辨率资料处理的挑战与对策

作者(Author)：曹思远, 孙耀光, 陈思远

摘要：地震勘探发明以来,其分辨率的极限准则一直是波长的四分之一。在探索压缩地震子波方法的过程中,前期最突出的矛盾是信噪比和分辨率;后期的矛盾,则是高分辨率与高保真。与此同时,利用井资料信息,研发了跨越四分之一波长的很多反演方法。这些方法依赖于地震资料的保幅性、地震解释的正确性和井震资料的匹配性;后来又摆脱了井资料的约束,实现了无井约束反演,分辨率达到了反射系数的尺度,此时问题焦点又转化成阻抗信息的可信性。在梳理地震勘探过程中处理部分的相关信息基础上,借助于地震沉积学的思路和方法,提出了不用井资料约束的储层精细分离方法,既超越了四分之一波长的极限,又有了精度的保证。以实际资料为例,给出了四分之一波长范围叠置河道分离结果。这对石油和煤炭企业老资料挖潜,以及新资料开发具有极大的应用前景;特别是对超薄储层超小断距的确定,采空区及废弃巷道的探测等迫切的生产难题,提供了新的解决思路。

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煤田地质与勘探

2023年第01期

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基于全卷积神经网络的钻孔瞬变电磁法岩层富水性预测研究

作者(Author)：程久龙, 王慧杰, 徐忠忠, 黄琪嵩, 姜国庆

摘要：巷道掘进前方采用钻探或地球物理方法进行超前探测含水层的位置及富水性,提前做好防治水工作对煤矿安全生产至关重要。利用钻孔瞬变电磁法(BTEM)进行超前探测优势明显,目前解释方法是根据计算的电阻率进行岩层富水性的定性分析,还无法实现对含水层富水性等级进行预测。提出利用钻孔瞬变电磁法探测,采用全卷积神经网络(FCNN)方法进行钻孔外围含水层富水性等级的准确预测。首先,依据阿尔奇公式、Kozeny–Carman公式、导水系数公式和单位涌水量公式,建立砂岩含水层单位厚度的电阻率与按钻孔单位涌水量划分的含水层富水性4个等级的对应关系;其次,建立全空间条件下不同富水性岩层的地质–地球物理模型,采用三维时域有限差分法(FDTD)进行全空间瞬变电磁场数值模拟;为了接近实际情况,在正演结果中加入了5%～15%的随机噪声,提取与岩层富水性等级关联的特征参数,采用全卷积神经网络(FCNN)进行了岩层富水性等级预测的训练和仿真测试,测试集预测的富水性等级平均准确率为91.8%;最后,利用某矿煤层水力压裂后的钻孔瞬变电磁法实测数据进行煤岩层富水性等级预测,检验FCNN方法预测效果。研究结果表明:采用全卷积神经网络预测钻孔附近岩层富水性是可行和有效的,可以实现钻孔径向方向岩层富水性等级的准确预测,提高了钻孔瞬变电磁法对钻孔外围岩层富水性的探测精度,该方法将在超前探测岩层富水性方面发挥重要作用。

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煤田地质与勘探

2023年第01期

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煤矿井下连续管钻进管柱分析及射流钻进实验

作者(Author)：姚宁平, 王力, 张金宝, 豆旭谦, 魏宏超

摘要：由于可连续起下钻、不间断循环等优势,连续管钻井已成为近年来发展最快的石油钻井技术之一,开发煤矿井下连续管钻进技术是煤矿实现“少人化”甚至“无人化”钻探的重要技术途径。针对该技术在煤矿井下应用存在的管柱优选、钻进方法等关键问题,提出了连续管射流定向钻进方法,根据煤矿井下钻探用泥浆泵能力和孔深设计,分析了不同管径、不同弯曲比(r0/Rb)连续管流体摩阻;采用数值模拟方法,分析了不同连续管管径与钻孔孔径比(管孔比rc)情况下近水平钻进管柱屈曲形态及与孔壁接触应力;通过旋转射流水力学参数研究和破岩效果实验,给出了最佳射流钻头参数:通过连续管射流定向钻进实验,分析了射流定向钻进造斜规律,不同流量、钻进速度与钻孔孔径的关系。结果表明:?19～?31.75 mm连续管的弯曲半径可满足煤矿坑道空间要求;连续管流体摩阻的主要影响因素为管径和流量,在井下常用泥浆泵流量200 L/min、压力31.5 MPa、钻孔深度200 m情况下,?31.75 mm连续管为最佳管柱方案;管孔比rc=0.454时,连续管与孔壁接触应力稳定,压应力呈线性变化;采用?34.5 mm/5×1.0 mm(5个孔径1.0 mm的喷嘴)喷射钻头+?40 mm液力换向器+?31.75 mm连续管钻具组合钻进,平均增倾角能力0.67 (°)/m,平均降倾角能力为0.61 (°)/m,平均增/减方位能力0.45 (°)/m;通过控制射流流量和钻进速度,钻孔直径可控制在?70 mm左右;研究成果为煤矿井下连续管钻进技术与装备的开发提供了理论基础。

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2023年第01期

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煤矿掘进工作面低照度视频增强技术研究

作者(Author)：张旭辉, 杨红强, 白琳娜, 石硕, 杜昱阳, 张超, 万继成, 杨文娟, 毛清华, 董征

摘要：针对煤矿掘进工作面视频光照较低、亮度不均、纹理模糊、噪声较多等问题,提出一种煤矿掘进工作面低照度视频增强算法。首先,利用卷积的可分离性将视频图像进行一维水平卷积与垂直卷积,再利用完美反射法实现视频图像自动白平衡,并使用图像混合增强技术提高视频图像整体亮度。然后,基于大气散射模型与暗通道先验方法,通过递归分割将图像分割为高光区、中间调和暗调区,并求取对应区间通道像素最大值,将其3者均值作为大气光照估计值,引入调节因子对透射率进行调整优化,并使用拉普拉斯锐化操作,增加图像高频成分、抑制图像低频成分,提高图像对比度。最后,基于改进的大气散射模型对掘进工作面低照度视频进行去雾处理。实验结果表明,视频增强算法能够对煤矿掘进工作面低照度视频进行实时增强、去雾处理,避免了视频图像暗淡、失真、模糊和突变等问题。相较于Retinex算法、ALTM算法和暗通道先验算法,视频增强算法大幅度提高了视频图像的信息熵、标准差和平均梯度,且具有较好的实时处理速度,能够为掘进工作面视频的目标识别、目标跟踪、目标监测和图像分割等后续处理提供优质、可靠的支撑。

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煤田地质与勘探

2023年第01期

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