“煤炭地质勘查与生态修复关键技术”专题

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“煤炭地质勘查与生态修复关键技术”专题

来源：煤炭科学技术

专题来自于《煤炭科学技术》2023年12期，共18篇研究成果。

行业视野: 地质
类别; 91个
关键词; 107位
专家; 18篇
论文; 3672IP
点击量; 9562次
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“双碳”背景下我国煤炭资源保障能力与勘查方向的思考

作者(Author)：王佟, 刘峰, 赵欣, 邓小利, 袁同兴, 任世华, 孔庆虎, 张建强

摘要：我国以煤为主的能源消费结构短期内不会改变。目前我国煤炭能源仍然处在需求量大、资源高强度开发阶段，有必要认真审视我国煤炭资源勘查工作。通过分析我国煤炭资源分布与保存问题，基本摸清了煤炭资源状况。认为我国煤炭资源相对丰富，但分布主要受东西向、南北向“两横”和“两纵”构造带控制，在“九宫”分布不同区域资源赋存与开发程度不均衡，中东部地区开发强度大，西部资源丰富但勘查开发程度低。同时，对我国主要煤炭矿区典型矿井的煤炭资源采出情况进行了调查与计算，研究了煤炭资源采出率的计算方法，得出目前技术条件下多数矿井的煤炭资源采出率在24.3%～59.8%，直接反映了目前开采技术条件下我国查明煤炭资源、储量的实际采出情况。我国目前查明煤炭资源、储量20 a后大多将被开采和占用，保障能力不足，需要引起全社会对煤炭资源勘查工作的重视，提前谋划合理制定针对性的解决方案。从现在开始勘查工作：一是加强中东部老矿区煤炭储量增储勘查力度；二是加快煤炭勘查开发战略西移，建设煤炭基地“双子座”；三是开展深部和复杂地区的地质条件精细勘查评价，助力煤炭资源、储量的储备能力提升，实现煤炭在保障我国能源安全稳定发展中的压舱石作用。

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煤炭科学技术

2023年第12期

205

85
西部黄土高原矿区采煤沉陷多源遥感监测技术进展与展望

作者(Author)：汤伏全, 杨倩

摘要：西部黄土覆盖区是我国重要的煤炭生产基地，地貌及地质采矿条件复杂，黄土层厚度巨大，开采沉陷具有不同于其它矿区的特殊性，地表下沉速度大，起动距偏小，采动裂缝等非连续破坏更为严重，地表沉陷盆地形状和沉陷变形分布特征更为复杂多变。在当前技术条件下开展地表沉陷的高效监测和定量评价仍面临一定困难。近年来，合成孔径雷达干涉测量(InSAR)、无人机摄影测量(UAV photogrammetry)、激光雷达(LiDAR)等多源遥感技术迅速发展，其具备的非接触式观测、大范围覆盖、高时空分辨率等特点，能够实现地表沉陷连续性、动态性和全面性监测，通过多源观测数据的融合处理，可为西部矿区开采沉陷高效监测提供新的技术途径。综述了多源遥感技术在矿区沉陷监测中的应用进展；通过现场试验探索了InSAR、UAV photogrammetry、LiDAR用于黄土高原矿区沉陷监测的实际效果，发现在地貌复杂、地形起伏和植被覆盖及地表大梯度形变条件下， InSAR干涉失相关和大气延迟等各种误差过大；无人机航测影像构建的三维模型受植被和地形影响导致地面模型的高程精度不足；无人机激光扫描受地形坡度、点云密度和地表点水平移动的综合影响导致显著的DEM模型误差，因而当前条件下多源遥感技术均存在各自的优势、局限性和技术瓶颈。在此基础上，提出了黄土沟壑区地面点云提取及地表三维变形信息获取的算法流程；指出了基于多源遥感数据融合实现矿区沉陷三维位移精准、高效监测的技术路径；展望了构建矿区沉陷多源遥感监测智能化体系的应用前景。

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煤炭科学技术

2023年第12期

154

25
煤与煤系战略性金属矿产协同勘查技术方法

作者(Author)：魏迎春, 李新, 曹代勇, 张昀, 位金昊, 徐来鑫, 王安民

摘要：战略性金属矿产在新材料、新能源、现代信息技术、国防军工等新兴产业均具有不可替代性，传统战略性金属矿产资源储备相对较低，供应风险较高。煤系战略性金属矿产资源作为重要补充，已成为新型战略性金属矿产资源勘查的重要方向，因此，基于煤与煤系战略性金属矿产的基本特征，亟需开展煤与煤系战略性金属矿产协同勘查方法研究。基于前人研究成果，以煤与煤系战略性金属矿产（铀、锂、镓、锗、铌−锆−镓−稀土）为研究对象，总结了煤与煤系战略性金属矿产的主要组合类型，探讨了煤与煤系战略性金属矿产协同勘查方法。从煤与煤系战略性金属矿产的赋存位置角度，总结了煤与煤系战略性金属矿产资源的主要组合类型，包括煤−铀矿床、煤−锂、镓矿床、煤−锗矿床、煤−铌−锆−镓−稀土矿床。根据不同岩石及矿产的物性差异，总结了不同勘查技术方法的响应原理及特征。基于煤与煤系战略性金属矿产的分布规律、赋存层位等，针对煤与煤系战略性金属矿产的地质条件、地球化学条件和地球物理条件，总结了主要组合类型的基本特征。从多矿种勘查的协同和各勘查技术的协同两方面出发，基于煤和煤系战略性金属矿产的勘查技术方法，遵循经济效益最大化和勘查方法最优化原则，提出了合理的煤与煤系战略性金属矿产的协同勘查方法。基于铀具有放射性特征，煤−铀矿床协同勘查应加强遥感、地质填图、放射性勘查方法（伽马总量、伽马能谱、氡及其子体测量和伽马录井）、穿透性地球化学、地面物探（高精度磁法/地震/电磁法）、钻探、测井和岩石地球化学等方法的协同运用。基于锂、镓的分散性和赋存位置，煤−锂、镓矿床的协同勘查应加强遥感、地质填图、山地工程、高精度地震、钻探、测井和岩石地球化学等方法的协同运用。基于煤−锗同体，且锗赋存在有机质中，煤−锗矿床协同勘查应加强遥感、地质填图、山地工程、钻探、测井和岩石地球化学等方法的协同运用。基于铌、锆、镓、稀土伴生元素具有高场强特征，煤−铌−锆−镓−稀土矿床协同勘查应加强遥感、地质填图、山地工程、钻探、测井（自然伽马）和岩石地球化学等方法的协同运用。

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煤炭科学技术

2023年第12期

206

43
煤层气井位精细部署的地质工程一体化影响因素分析与科学优化

作者(Author)：赵欣, 段士川, 王梓良, 张尚锟, 王佟, 丁恋, 李聪聪, 王伟超, 尹亚磊, 董昌乐

摘要：煤层气井位部署与实施方案的研究与论证是煤层气区块开发方案制定的关键环节。通常认为煤层厚度、含气量、埋深等是煤层气井位部署的主控因素，但在实践中发现构造、井间干扰等因素对产气效果的影响也十分显著，煤层气井位部署需要综合地质条件、工程、经济效益等多因素进行科学合理性和全成本投入评价的系统研究。为此，重点介绍了在区块地质条件分析、井距优化、现场施工过程中时常被忽略掉的一些重要因素，并加以分析优化。①提出了煤层气井位精细部署与实施的思路与方法。煤层气井位精细部署和科学实施，要充分考虑地质因素、开发效果、经济效益、施工要求等多因素，对区块进行整体规划、精细部署、科学施工和动态调整，主要包括3个阶段任务：开发前精细部署阶段、现场科学实施阶段、开发后动态调整阶段。②构造变化对煤层气井产气效果影响较大。分析了沁水南部某煤层气区块内发育小高点、小低点、小鼻状、小断层等次级构造对产气效果的影响，局部小鼻状构造最有利于煤层气富集高产。针对不同构造部位的变化特点，提出了考虑不同井型和次级构造变化的4类13型井网样式分类，适用于不同地质条件的煤层气井型井网部署。③模拟研究了多因素影响下的井距优化方案。综合考虑不同井距条件下井间干扰对产气效果的影响、不同井距累计产气量差异、开发井数与产气效果之间的经济效益差异等因素，得出能够实现较好产气效果和经济效益的最优井距大小。④提出一种地质工程一体化的井位部署与实施新思路。提出“地质‘块段’划分+井口靶点坐标优化+集中工厂化钻井+强化缝网的‘块段’式压裂”4个步骤的地质工程一体化井位部署和工艺改进优化方法，通过优化井位部署单元，提高钻探效率的同时，利用多口井交替压裂促使裂缝转向，产生更大规模更加复杂的缝网，最大化的沟通储层裂缝和孔隙，以提高部署井的产气效果。文中提出的研究思路和方法可应用于煤层气区块井位部署和现场实施，以不断完善和细化煤层气井位部署实施的内容和全流程，提高煤层气开发方案的科学和合理性，最大化地开采利用煤层气资源。

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煤炭科学技术

2023年第12期

154

25
准噶尔盆地中生代“下煤上铀”地层结构的沉积机理

作者(Author)：吴兆剑, 韩效忠, 王佟, 李紫楠, 胡航, 赵欣, 来强

摘要：中国北方中生代含煤盆地常见煤、铀共伴生发育，且煤及煤系砂岩型铀矿表现为特征的“下煤上铀”的地层结构。为精确约束沉积要素在中生代含煤盆地煤及煤系砂岩型铀矿富集成藏(矿)中的作用，探讨煤、铀共伴生的沉积机理，优选准噶尔盆地东部发育“八道湾组煤–八道湾组铀”“西山窑组煤–头屯河组铀”两套“下煤上铀”地层结构的准东煤田及其邻区，聚焦侏罗系构造–沉积演化，通过典型地震剖面的构造解译和连井剖面的细致解析，重点开展等时地层对比和地层层序分析，精细刻画早侏罗世八道湾组至晚侏罗世奇古组的沉积相类型和沉积体系变化规律。结果表明：①准噶尔盆地东部准东煤田及其邻区侏罗系的沉积演化具有明显的旋回性，是一个顶、底面为区域性不整合面所限，由多个退积–进积的3级沉积旋回组成的完整2级沉积序列；②盆地退积–进积沉积演化的旋回性是“下煤上铀”地层结构发育的主要原因，它通过可容纳空间变化控制了沉积环境的转变和物质的空间配置，且进积比退积对应更强的聚煤作用和更适宜的铀储层砂体；③高级别的沉积旋回具备更强的强迫性，制约在2级旋回中处于退积环境的八道湾组的“下煤上铀”规模远小于处于进积环境的西山窑–头屯河组。沉积序列分析可用于含煤盆地的聚煤作用分析和铀储层铀成矿远景预测，特别是铀成矿新区新层位的预测。

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煤炭科学技术

2023年第12期

124

31
任家庄井田晚古生代煤系战略性金属元素富集特征

作者(Author)：姬晓燕, 张志峰, 祁风华, 黄鹏程, 刘世恒, 袁红, 梁永平

摘要：煤系是战略性金属矿产增储的重要来源。宁东煤田煤炭资源丰富，部分地区煤中富集战略性金属。以宁东煤田任家庄井田煤系为研究对象，系统采集主煤层剖面煤样、夹矸及顶(底)板样，采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、X-射线荧光光谱(XRF)和X射线衍射(XRD)进行了系统的矿物学和地球化学测试分析，查明常量元素和微量元素分布及富集情况，讨论战略性金属元素富集成因并进行物源分析。结果表明，任家庄井田石炭－二叠纪煤系富集战略性金属矿产，太原组和山西组煤中战略性金属元素整体含量水平较高，以Li-Ga-Zr(Hf)-Nb(Ta)-Th(U)-Pb及REY共富集为特征，且顶底板及夹矸更为富集。其中：5号煤层Li、Ba高度富集，Rb、Zr富集；9号煤层Li高度富集，Zr、Hf、Th富集；9上煤层微量元素含量整体相对较低，Cr富集。5号煤层和9号煤层战略性金属元素富集程度较9上煤层更好。5号煤层和9号煤层灰基Li、Ga均达到了开发利用品位，5号煤层灰基REY也达到了开发利用品位，具有良好开发利用前景。基于元素赋存特征、沉积环境、构造演化的综合分析，认为任家庄井田战略性金属元素富集主要受陆源碎屑供给影响，由鄂尔多斯盆地西缘北部阴山古陆与西北部阿拉善地块蚀源区的长英质−中性岩碎屑物质经古水流搬运进入泥炭沼泽，在特定沉积环境及地球化学环境下通过有机质与无机质相互作用而富集，并经多期次构造演化控制形成现今赋存分布状态及富集特征。

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煤炭科学技术

2023年第12期

232

29
基于半航空瞬变电磁法识别复杂地形废弃煤矿富水空间的应用研究

作者(Author)：范莹琳, 潘树仁, 杜松, 李萌, 赵岳, 张玉峰, 丁晏, 宋思彤, 车巧慧, 王锋利

摘要：煤矿关闭后产生不明源头的酸性矿井涌水是困扰矿区生态修复治理的关键问题，由于中国南方煤矿区普遍存在地形条件复杂，矿硐基数大，点多面广等问题，因此开展大面积的地下污染源头识别难度较大。为了在地形复杂地区开展煤矿富水空间调查研究，追溯地表酸性矿井涌水源头，以处于闽西南坳陷带的福建省龙岩市雁石镇历史遗留废弃矿山为例，利用以无人机为载体的半航空瞬变电磁法，以高阻包裹的低电阻率特征为探测目标，以富水区与围岩的电阻率差异特征为参考依据，结合多源数据识别地表以下300 m范围内的含水异常区，分析异常区含水性，划定富水空间的地理位置，为废弃煤矿酸性矿井水治理提供科学依据。分析结果表明：①半航空瞬变电磁探测技术对地下富水空间探测具有较高的敏感性，高阻包裹的低阻异常区可有效反映地下空间的含水性；②研究区内历史采空区分布广泛，但并非所有历史采空区都富水，利用半航空瞬变电磁探测技术及地质剖面共圈定了8处富水采空区、大量近圆形通道富水区及3处断裂带富水区；③研究区内的历史采空区并非地下主要的富水空间，与采空区含水性相比，近圆形通道及断裂带的含水性也普遍较高，因此近圆形通道及断裂带积水区治理对于地表酸性矿井水涌水治理也尤为重要。

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煤炭科学技术

2023年第12期

227

42
DSE及其代谢物对紫花苜蓿促生作用及其矿区生态修复潜力

作者(Author)：毕银丽, 宋雅宁, 白雪蕊, 王淑惠

摘要：煤炭开采造成矿区土地生产力降低，生态脆弱问题加剧，微生物联合植物复垦技术是矿区生态修复常用手段，合适的菌剂接种方式对加快矿区生态修复具有重要意义。深色有隔内生真菌(Dark Septate Endophytes，DSE)是一类普遍存在于植物根系的内生真菌，其代谢物具有植物生长刺激素的功能。以紫花苜蓿为研究对象，在浸根方式和模拟土培方式2种接种方式下，设置DSE菌丝（HD）、代谢物（MD）、菌丝及其代谢物（HD+MD）及空白对照（CK）4个处理，探究DSE及其代谢物对紫花苜蓿的促生作用机制。结果表明：浸根方式下菌丝及其代谢物联合处理的紫花苜蓿长势最佳，总生物量、总叶绿素、根体积、全氮含量分别比对照组增加了83.78%、35.54%、132.12%、82.16%，DSE在紫花苜蓿根系定殖率可达68.89%，且以菌丝结构定殖为主。模拟土培方式下DSE代谢物对紫花苜蓿的促生作用显著，定殖以微菌核结构为主。相关性分析表明，与接种方式相比较，DSE接种处理与菌丝定殖率、微菌核定殖率、总定殖率、根长、根表面积、根投影面积呈显著正相关(P<0.05)，与地上部鲜重、根鲜重、总鲜重、根体积、全氮、全钾呈极显著正相关(P<0.01)。DSE及代谢物通过定殖率和光合作用调控紫花苜蓿的生长，为矿区生态修复绿色菌肥的的开发利用提供了理论依据。

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煤炭科学技术

2023年第12期

146

28