《煤炭学报》创刊60周年“卓越科学家”特刊

2024 年，《煤炭学报》将迎来创刊 60 周年华诞，六十载沧桑砥砺,一甲子春华秋实，学报在各级领导的关怀下，在历届编委以及广大作者、读者的关爱和支持下，历经几代编、审人员的辛勤耕耘，期刊质量逐年提高，现已成为我国煤炭行业的权威学术期刊，得到了煤炭科技工作者的普遍赞誉，并且在激烈的期刊竞争中取得了较好的成绩：荣获了“首届国家期刊奖”、第五届中国出版政府奖、全国“百强报刊”等多项国家级期刊奖项，以及“百种中国杰出学术期刊”、“中国最具国际影响力学术期刊”等期刊出版行业大奖 20 余项，并于 2019 年成功入选“中国科技期刊卓越行动计划”；目前被 Ei、Scopus、CSCD 等国内外 20 多种重要数据库收录，核心总被引频次、核心影响因子、综合评价总分等期刊主要引证指标多年稳居能源科学综合类学科第 1 位。

《煤炭学报》始终以“登一流文章，办一流期刊”为指导思想，坚持办刊宗旨，突出刊物特色，力求为读者呈现最精彩的期刊。为纪念《煤炭学报》创刊 60 周年，全面汇聚、深入报道煤炭领域 60 年来取得的学术成就和最新科研成果，浓厚行业学术氛围，推动煤炭工业高质量发展，经《煤炭学报》编委会研究决定，拟于 2024 年第 1、2 期特别组织策划“《煤炭学报》创刊 60 周年——‘卓越科学家’特刊”（正刊）。

行业视野: 煤炭学报
类别; 177个
关键词; 223位
专家; 37篇
论文; 5789IP
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冲击地压主控因素及孕灾机制

作者(Author)：谭云亮, 张修峰, 肖自义, 范德源, 尹延春, 陈洋, 刘学生

摘要：随着我国煤矿逐步向深部开采转移，冲击地压灾害日趋严重。在冲击地压从机理认知走向防冲工程进程中，首要的任务是厘清冲击地压孕育主控因素，并进行风险程度判识。本文在上百个冲击地压矿井致灾评价分析基础上，提出了导致冲击地压发生的四类客观主控因素：煤岩冲击倾向性、开采深度、坚硬顶板、地质构造，以及三类人为主控因素：煤柱、采空区及采掘卸荷，并对各主控因素对冲击地压孕育的力学机制进行了分析讨论。在客观主控因素方面，煤岩冲击倾向性是煤岩积聚变形能进而诱发冲击破坏的自身属性；开采深度与巷道围岩内积聚的变形能呈正相关关系，是冲击地压发生的必要条件；坚硬顶板大尺度周期断裂形成的冲击动载及动能是诱发冲击地压的“导火索”；地质构造对冲击地压的影响显著，对于断层构造而言，断层两盘将在开采扰动造成的突发卸荷影响下产生相对“回弹”；煤层变薄区等效弹性模量变大，超前支承压力呈“双峰值”分布，使得冲击影响范围扩大。在人为主控因素方面，煤柱作为高应力集中区，其尺寸、倾角及相对位置等将直接影响冲击地压发生的概率和强度；采空区会诱发超前支承压力集中区内围岩积聚弹性能的突然释放，尤其是在采高较大、顶板冒落不充分的情况下；采掘卸荷会导致应力集中区快速“迁移”，引发煤体内弹性应变能的大量释放，是造成冲击地压的重要外因条件。在此基础上，对新汶、鲁西、鄂尔多斯、陕西彬长、新疆和甘肃等矿区冲击地压孕灾主控因素差异性，进行了对比分析，强调按层次对矿井、采区和工作面进行冲击地压主控因素及其影响程度判识重要性，构建了从降能、释能、阻能到抗能的冲击地压治理工程路径。

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煤矿负碳高效充填开采理论与技术构想

作者(Author)：谢和平, 张吉雄, 高峰, 李百宜, 李存宝, 谢亚辰, 周楠

摘要：矿山安全高效绿色低碳开采是永恒的主题，近零冲击地压、近零生态损害以及低碳、零碳、负碳的绿色开采将成为保障我国能源安全供应与绿色低碳发展的新要求。充填开采是实现这一要求的必然途径。然而，现有充填开采原理与技术装备体系难以突破高产高效、低碳开采的技术瓶颈，对充填材料及充填模式进行变革已势在必行。针对“千米深井资源开发和千万吨产能矿井充填(两个一千)”与“近零生态损害和近零冲击地压(两个近零)”的煤炭绿色低碳开采战略目标，本文提出了负碳高效充填开采技术全新构想，系统阐述了负碳高效充填开采的定义与科学内涵，提出和建立了由CO2、矸石与快速胶结物混合而成的负碳高孔隙充填材料结构CGIF(CO2 Gangue Inorganic Framework)拓扑构型与强度理论以及CGIF混合物充填体固碳理论、快速粘凝胶结材料反应动力学理论、矿区充填开采防治冲击地压等负碳高效充填理论构想；提出了矸石快速高效胶结高孔隙充填材料制备技术、快速粘凝胶结材料绿色高效制备技术、CGIF充填体负碳高效充填开采技术、多面并采高效充填开采技术与工艺、全周期立体高效充填开采防冲技术等关键技术体系。在此基础上，明确了煤矿负碳高效充填开采“基础研究-技术攻关-工程示范”的“三阶段”发展规划，构建了煤矿负碳高效充填开采理论与技术体系构想；评估了煤矿负碳高效充填CO2封存能力，可望实现煤炭负碳开采、低碳利用的煤炭开发利用全过程自身实现碳中和的新格局。

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非刀具破岩理论与技术研究进展与趋势

作者(Author)：魏建平, 蔡玉波, 刘勇, 余大炀, 黄逸, 李兴, 高梦雅

摘要：随着我国深地战略的逐步实施，深部资源开采和地下空间建设迎来新的机遇，但也面临诸多挑战，高地应力、高地温和坚硬岩体等极端地质条件层出不穷。岩石破碎技术是所有资源开采和地下空间建设的主要工程活动，是决定施工工艺和工程效率的主要因素。在极端地质条件下，以刀具为基础的岩石破碎技术由于刀具磨损快、岩石破碎效率低，已成为遏制深地战略顺利实施的关键技术瓶颈，为解决深地岩石高效破碎难题，保障深地战略的顺利实施，迫切需求革命性的岩石破碎技术。无刀具破岩技术作为刀具破岩技术的重要补充，是突破刀具破岩技术瓶颈的可行性思路。为此，将无刀具破岩技术归纳为冲击破岩、热应力破岩和冲蚀磨损破岩三类技术体系，系统分析了水射流、激光和磨料空气射流等16种岩石破碎技术，总结了每种技术的发展历史和技术原理，分析了其破岩优势和技术瓶颈。得出，目前非刀具破岩技术没有在资源开采和地下空间建设中广泛应用的主要原因为破岩能耗高、适用较差和技术装备复杂等。相比刀具破岩，非刀具破岩技术破岩能量利用率较低，水射流破岩比能耗为刀具的40-70倍。微波、激光和等离子体等技术对施工环境要求较高，无法适用于钻井、隧道掘进等受限和恶劣环境。为解决极端地质条件岩石破碎难题，提出多种非刀具破岩技术协同破岩的思路，充分发挥每一种非刀具破岩的技术优势，构建了以射流切缝卸除高地应力、粒子冲击体积破碎坚硬岩体的破岩理念，最大限度降低岩石破碎能耗，简化系统装备，为岩石破碎技术向非刀具化发展提供理论支撑。

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新疆煤层气大规模高效勘探开发关键技术领域研究进展与突破方向

作者(Author)：桑树勋, 李瑞明, 刘世奇, 周效志, 韦波, 韩思杰, 郑司建, 皇凡生, 刘统, 王月江, 杨曙光, 秦大鹏, 周梓欣

摘要：新疆煤层气资源量7.5万亿m3(2000 m以浅)，已施工煤层气井450口，年产气量达到0.8亿m3，新疆自治区提出了2025年实现煤层气产量25亿m3的目标，煤层气大规模高效开发成为紧迫的重大需求。本文从煤层气富集模式与选区技术、“甜点”预测探测技术、加速滚动开发与快速增储上产策略、地质适配性开发技术、煤层气与煤炭、油气协同开发技术五个关键技术领域，系统梳理了新疆煤层气勘探开发已取得的主要研究进展，分析提出了可能突破方向。研究表明：新疆煤储层具有多-厚煤层普遍、低阶煤发育、急倾斜煤层多见、煤体变形与构造控制显著、水文条件和露头条件复杂，和三“低”(含气量低、甲烷浓度低、含气饱和度低)五“高”(高含气强度、高孔隙度、高地应力变化、高储层压力变化、高渗透率变化)的含气性及物性等煤层气地质独特性；煤层气成因与富集模式具有多样性，包括生物成因气、热成因气或生物-热复合成因及其相应富集模式，生物成因气藏或生物成因气贡献普遍；煤层气分布赋存规律呈现前陆盆地、山间盆地显著差异性；创新形成基于“两”分开(浅部与深部，低阶煤与中高阶煤)“两”结合(地质评价与工程评价，多元数据)的科学评价与基于“机器学习+三维地质建模”的精准选区技术是第一个突破方向。深部煤层气/煤系气“甜点”发育区域主要为盆内坳陷的凸起、盆内隆起的凹陷、盆缘斜坡，高产井位多为构造高点，发育层位为割理裂隙发育的原生结构煤层或孔裂隙发育的煤系砂砾岩储层；基于“地球物理+岩石物理+岩石力学地层新方法”和”地质甜点+工程甜点新理念”的深部煤层气/煤系气“甜点”预测探测技术是第二个突破方向。低风险、短周期、高效率、多批次工程部署是加速滚动开发的基本原则；中浅部煤层气快速增储上产技术策略是在优选新区块布井建井、对老区块煤层气井进行增产改造；深部煤层气快速增储上产技术策略是在大型盆地缓坡深部和盆内凸起“甜点”区优先部署开发；科学加速滚动开发与高效快速增储上产的工程部署方法与技术策略是第三个突破方向。在井网井型差异性优化部署、低储层伤害钻井固井、高可靠性录井测井试井、多井型高效分段压裂、低套压-控压排采管控等工程技术取得重要进展；发展构建新疆煤层气大规模高效勘探开发地质适配性技术体系是第四个突破方向。开展先采气后采煤、煤层气与煤共采、煤层气与原位富油煤共采，推动中浅部煤层气与煤炭协同勘探开发；开展煤系叠合型气藏开发、煤层气与煤系气共探共采、煤系全油气系统勘探开发，推动深部煤层气与油气协同勘探开发，已有关注和探索；煤层气与煤、油气共探共采是第五个突破方向。论文成果试图为新疆煤层气大规模高效勘探开发提供技术支持和工程决策参考。

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沁水盆地南部煤储层赋存环境条件及其对渗透率影响研究

作者(Author)：孟召平, 任华鑫, 禹艺娜, 杨宇, 王宇乾, 阿古泽仁

摘要：煤层气赋存与产出受控于煤储层地应力、压力和地温等赋存环境条件，正确分析煤储层赋存环境条件及其对渗透率的影响是煤层气有效开发所关注的关键问题。采用沁水盆地南部煤层气井63个测试资料，系统分析了研究区煤储层地应力、压力和温度条件，揭示了煤储层应力、压力和温度随埋藏深度的变化规律，建立最小水平主应力与垂直主应力和煤储层压力之间关系模型。采用三轴渗流试验系统，开展了不同应力、压力和温度条件下煤层气渗流试验研究，揭示了不同温度、应力和压力条件下煤样渗透率变化规律及其控制机理。研究结果表明，研究区煤储层最大、最小水平主应力分别为6.62-42.06MPa和3.30-26.40MPa，其梯度分别为1.20-5.26MPa/100m和0.99-2.95MPa/100m；煤储层压力及其梯度分别为0.99-12.63MPa和0.23-1.18MPa/100m；煤储层温度及其梯度为19.36-38.84℃和1.98℃/100m；且煤储层应力、压力和温度均随深度的增加呈线性增大的规律。随着有效应力的增加，煤储层渗透率不断降低，在初始加压阶段，渗透率下降幅度较大，随着有效应力的增加，下降幅度变缓。在相同的应力条件下，温度的增加使得煤样渗透率不断降低，渗透率的下降速率随温度的升高而减小。随着有效应力和温度的增加，煤储层渗透率按负指数函数规律降低。随着孔隙压力的降低，有效应力增加，煤储层渗透率不断降低。在初始降压阶段，煤储层渗透率急剧下降，随着孔隙压力的降低，渗透率下降速率逐渐变缓;当孔隙压力小于0.6 MPa后，煤储层渗透率随孔隙压力的降低而升高。在高孔隙压力条件下，渗透率随温度的升高呈负指数函数降低，在低孔隙压力条件下，煤储层渗透率随温度的升高呈线性降低。在此基础上，建立了煤储层渗透率与应力、压力和温度之间的关系模型，揭示了煤储层渗透率随应力、压力和温度应力的增加按负指数函数降低的规律和控制机理。

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