《煤田地质与勘探》编委优秀成果展示—Ⅰ（2022—2024）

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《煤田地质与勘探》编委优秀成果展示—Ⅰ（2022—2024）

来源：煤田地质与勘探

行业视野: 煤田地质与勘探
类别; 167个
关键词; 195位
专家; 33篇
论文; 6600IP
点击量; 7373次
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关于煤系石墨鉴定标准的讨论

作者(Author)：曹代勇, 王路, 朱文卿, 吴国强, 魏迎春, 宁树正, 王桂香, 肖金成, 徐祥, 刘亢

摘要：煤系石墨的鉴别及其类型划分，是矿产地质勘查和资源开发利用的前提条件和基础性工作，制定煤系石墨鉴定标准应遵循科学性、系统性、适用性和可操作性的原则。煤石墨化作用与煤化作用是连续递进加跃变的演化过程，煤系石墨的大分子结构阶跃性演化和物质组成非均质性等特点，造成矿种鉴别的复杂性。为制定科学实用的鉴定标准，从成矿机制研究和资源评价需求出发，按照矿石总体石墨化程度由高至低，划分了煤系石墨一号、二号、三号等3种类型；在前期工作的基础上，补充了110多组实测数据，修改完善了由初步鉴定指标和精确鉴定指标构成的煤系石墨鉴定指标体系。初步鉴定指标包括挥发分产率Vdaf和最大反射率Rmax，用于资源评价和地质勘查阶段初步区分煤与煤系石墨；精确鉴定指标包括晶面间距d002及其等效的石墨化度G、拉曼光谱参数R2，用以精确鉴别煤与煤系石墨，并划分煤系石墨类型。基于涵盖我国主要煤系石墨矿山500余组样品实测数据统计分析结果，确定了煤系石墨类型划分指标：煤系石墨一号，0.335 4 nm≤d002<0.338 0 nm(G>0.70)、R2<0.50；煤系石墨二号，0.338 0 nm≤d002<0.340 0 nm(G>0.50～0.70)、R2值范围0.50～0.60；煤系石墨三号，0.340 0 nm≤d002<0.344 0 nm(G>0～0.50),R2值范围0.50～0.60。根据上述指标，建立了煤系石墨鉴定模板，主要煤系石墨矿山样品测试数据表明，该鉴定模版具有实用性和可操作性。

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煤田地质与勘探

2022年第12期

240

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青海木里三露天井田煤系天然气水合物成藏模式与勘查开发建议

作者(Author)：曹代勇, 秦荣芳, 王安民, 陈利敏, 李靖, 魏迎春

摘要：天然气水合物因其能量密度巨大、使用方便、燃烧值高、清洁无污染等特点，被誉为21世纪最有希望的战略资源，是常规油气资源的潜力巨大的一种替代能源。青海木里地区三露天井田天然气水合物的发育是该区含煤岩系的充足气源和高寒山区适宜的水合物稳定带耦合作用的结果。将赋存在煤系中的天然气水合物定义为煤系天然气水合物，并将其纳入煤系非常规天然气范畴。为查明其与含煤岩系的密切联系和成矿专属性，探讨煤系天然气水合物的赋存条件，提出勘查开发建议。研究表明：三露天井田煤系天然气水合物气源兼具煤型气与油型气特征，富集层位集中在温压稳定带的中侏罗统江仓组上段，储集层类型及所占比例依次为“裂隙型”65.22%、“裂隙+孔隙型”26.08%、“孔隙型”8.70%。根据现今构造格局，三露天井田被划分为8个区块，其中，以逆断层发育为主、低地层倾角及中-低等断裂密度发育程度的M1、S1和S2区块为天然气水合物的有利富集区。建立了三露天井田煤系天然气水合物成藏模式，即叠瓦扇式构造与冻土带封堵型，混源充注、短距运移、构造圈闭是研究区天然气水合物形成的有利因素。最后，以研究区煤系天然气水合物为实例，总结了陆域煤系天然气水合物的基本特点，提出了我国冻土区天然气水合物勘查开发的调查、勘查、开采3个阶段，指出煤系气共探合采是煤系天然气水合物开发的必然途径。

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煤田地质与勘探

2022年第03期

231

82
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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煤田地质与勘探

2023年第02期

272

168
煤层顶板分段压裂水平井地质适应性分析与施工参数优化

作者(Author)：姜在炳, 李浩哲, 许耀波, 张群, 李贵红, 范耀, 降文萍, 舒建生, 庞涛, 程斌

摘要：煤层顶板分段压裂水平井是实现碎软低渗煤层煤层气高效抽采的有效技术。依托“十三五”国家科技重大专项课题，围绕煤层顶板分段压裂水平井煤层气高效抽采技术，采用理论分析、数值模拟等手段，对比不同地应力状态下裂缝的穿层扩展形态，研究水平井布井方位与最小水平主应力方向夹角对裂缝转向扩展的影响，分析多簇射孔条件下裂缝的竞争扩展现象。结果表明：（1）煤层顶板分段压裂水平井技术应用于碎软低渗煤层煤层气开发具有避免钻井液污染储层、提高水平井钻井施工安全性、提高固井质量、提高压裂改造效果、控制煤粉产出等优势。（2）地应力是裂缝穿层扩展的关键控制因素。为保证裂缝穿层扩展，垂向应力需大于最小水平主应力，顶板最小水平主应力需大于煤层，并且层间应力差为1～3 MPa时，既能够保证裂缝的穿层扩展效果，也能避免裂缝的起裂和延伸压力过高；“上覆岩层–顶板–煤层”应力剖面为“低–高–中”型时，水平井与煤层顶面的距离对于裂缝的穿层扩展效果影响较大；推荐水平井水平段与煤层顶面距离小于2.0 m。（3）水平井布井方位与最小水平主应力方向夹角越大，裂缝转向半径和转向距离越大，在压裂段间距相同的条件下，夹角为45°时缝间干扰程度比夹角为0°时强，不利于后续压裂段裂缝扩展，建议水平井布井方位与最小水平主应力方向夹角±15°以内。（4）对于分段多簇压裂，缝间应力干扰、压裂液流动摩阻、射孔孔眼摩阻共同导致各射孔簇裂缝非均匀扩展，可通过限流压裂、裂缝暂堵等手段促进裂缝均匀扩展。（5）工程试验取得了良好的产气效果，裂缝延伸特征与理论研究吻合度高。研究成果可为煤层顶板水平井的施工参数优化设计和推广应用提供借鉴。

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煤田地质与勘探

2022年第03期

178

160
宣威地区燃煤排放颗粒物毒理学及肺癌地质起因研究

作者(Author)：邵龙义, 张梦媛, 冯晓蕾, 焦杰伟, 王文华, 周义平

摘要：云南省宣威市是我国肺癌最严重的地区，该区肺癌发病率和死亡率均居世界首位。对宣威肺癌患者的基因组学研究发现，宣威肺癌具有与众不同的基因特征，是一种与环境相关的独特发病模式。通过综述宣威肺癌的流行特征以及燃煤排放物的污染水平和毒理学特征，并结合二叠纪末期C1煤层的地球化学特征探讨宣威肺癌的地质起因。宣威肺癌主要流行特征表现在，肺癌死亡率男女比接近1.22，女性肺癌死亡率明显偏高。前人研究表明，室内燃煤排放颗粒物的长期、高浓度暴露，是宣威肺癌的主要诱因。综述毒理学研究结果可知，宣威室内燃煤排放颗粒物中的重金属、多环芳烃和微晶石英矿物浓度均高于其他地区，且被证实可能会引起更严重的DNA损伤和细胞破坏。通过对比宣威肺癌死亡率的空间分布和不同煤矿的煤层分布发现，可采煤层包含C1煤的来宾和龙场地区同时也是宣威肺癌的高发地区，推断C1煤的燃烧可能与宣威肺癌高发有关。C1煤作为晚二叠世最后一层煤，成煤期间受二叠纪−三叠纪生物大灭绝事件影响，形成了独特的地球化学特征。高含量的重金属、多环芳烃和微晶石英矿物等潜在致癌物不仅存在于C1煤中，也随着室内燃煤被释放到空气中，并通过呼吸系统进入人体体内，破坏细胞及DNA结构，造成肺阻塞、肺炎等一系列呼吸道疾病，严重的可能导致肺癌发生。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

252

93
我国煤矿地质保障系统建设30年:回顾与展望

作者(Author)：贾建称, 贾茜, 桑向阳, 吴艳

摘要：地质保障是煤炭安全、高效、绿色开采不可或缺的基础。综述了我国煤矿地质保障系统建设30年来在保障内涵、基础理论研究、技术与装备研发等方面的主要进展。较为系统地分析了煤炭绿色智能开采背景下地质保障系统建设面临的5方面技术难题:地质信息采集与解释的智能化水平不高,静态地质条件探查精度较低、综合研究程度不高、超前预测可靠性亟待提高,动态地质信息实时在线监测方法单一、致灾响应评价技术标准缺项,地质信息管理与多源异构信息融合的技术水平不高,三维地质模型精度不能满足智能开采对地质透明化的要求。指出煤矿地质保障系统未来应以精准地质预测为目的,以实现地质透明为目标,以精细地质探测和精准地质表征为突破口,重点在以下方向攻关:(1)以建立具有矿井地质特色的全空间地球物理场多参量响应模板为目标,不断加强矿井物探的应用基础研究。(2)低空无人机与智能机器人在地质探测和监测数据采集中的先导性示范研究。(3)加强矿井地质体赋存与分布规律和采动覆岩变形规律研究,探索精准辨识“地质异常”的方法,研究基于矿井地质与工程特色的智能开采地质条件定量描述和分区综合预测评价的理论与方法。(4)多源多维异构地质数据体交换格式与建库标准、工作面地质透明程度量化评价方法研究,研发多源异构地质信息融合-共享与三维可视化技术、基于地质大数据的三维地质几何属性一体化集成建模与自动更新技术等。同时,提出分层分类梯级人才的培养模式。

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煤田地质与勘探

2023年第01期

236

1634
山西重点煤矿区瓦斯梯级利用关键技术与工程示范

作者(Author)：李国富, 李超, 霍春秀, 闫志铭, 张典坤, 王朝帅, 王争

摘要：山西重点煤矿区包括晋城、阳泉、西山、汾西、潞安等矿区，是“十三五”国家科技重大专项“山西重点煤矿区煤层气与煤炭协调开发示范工程”的主要实施地点。依托国家科技重大专项项目资助，研发了煤矿瓦斯梯级利用系列技术，并进行工程示范，引导山西重点煤矿区瓦斯抽采量与利用量由2015年的60.2亿m~3和22.3亿m~3提高至2020年的64.03亿m~3和28.94亿m~3，利用率由37%提升至45%，在保障煤矿安全开采的前提下极大地助力碳达峰碳中和目标的实现。梯级利用主要是根据甲烷浓度高低分别加以综合利用，对于甲烷体积分数≥30%的高浓度煤矿瓦斯，可以进行集输后按照效益最大化原则进行发电、民用、工业利用等。对于甲烷体积分数<30%的低浓度瓦斯，依据不同浓度瓦斯利用技术差异性及适应性，将低浓度瓦斯的浓度利用区间划分为4级：甲烷体积分数介于16%～30%的低浓度瓦斯可采用变压吸附技术，提纯后可使甲烷体积分数达到30%以上满足后续民用及集输等要求，该项技术已在晋城矿区成庄矿建设了处理能力为12 000 m~3/h的示范装置；在有高浓度煤矿瓦斯的矿区也可利用掺混技术直接将甲烷体积分数提高至30%以上进行集输利用。甲烷体积分数介于9%～16%的低浓度瓦斯可采用就地发电技术，转化为电能后可自用或上网，该技术已在晋城矿区赵庄矿、胡底矿、长平矿等建设了示范装置。甲烷体积分数介于6%～9%的低浓度瓦斯可采用直燃技术，转化为热能后进行电、热、冷三联供，该技术已在成庄矿建设了示范装置。甲烷体积分数介于1%～6%的低浓度瓦斯可采用蓄热氧化与掺混技术，同样转化为热能后进行电、热、冷三联供，该技术已在华阳新材料科技集团有限公司(原阳泉煤业集团)一矿及五矿建设了示范装置。低浓度瓦斯梯级利用技术虽然在山西重点煤矿区进行了成功示范，但目前仍存在很多技术经济难题，在碳达峰碳中和目标下，亟需进行持续攻关并快速提高利用率。

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煤田地质与勘探

2022年第09期

207

114
构造煤与原生结构煤中甲烷扩散性能差异性分析

作者(Author)：孟召平, 张昆, 沈振

摘要：原生结构煤受构造应力破坏后形成不同类型煤体结构煤，其孔隙结构、吸附/解吸、扩散和渗透能力等将发生变化，从而影响煤层气的赋存与产出。通过对沁水盆地赵庄井田3号煤层原生结构煤与构造煤样品进行甲烷等温吸附实验、低温液氮和二氧化碳吸附实验，分析了构造煤与原生结构煤的吸附-解吸性能及孔隙结构特征；应用单孔和双孔非稳态扩散模型，揭示了原生结构煤与构造煤中甲烷扩散的差异性及控制机理。研究结果表明，煤中CH4的吸附量随煤体结构破坏程度的增加而增加，构造煤的解吸和扩散速率要好于原生结构煤。原生结构煤与构造煤的扩散系数均随压力的降低而减小，在整个扩散阶段构造煤的扩散系数高于原生结构煤。在高于5.0、1.5～5.0 MPa和低于1.5 MPa的压力区间，气体扩散主要发生在大孔、中孔和微孔中，分别对应于菲克型扩散、过渡型扩散和克努森型扩散。双孔扩散模型对于解吸数据的拟合度明显高于单孔扩散模拟结果；揭示了煤中气体扩散呈3个阶段变化规律，即：快速扩散阶段（S1），衰减阶段（S2）和缓慢扩散阶段（S3）。有效扩散系数与温度表现出明显的正相关性，温度越高有效扩散系数越大，但是到了低压阶段孔隙结构对煤中甲烷扩散性影响高于温度。该研究成果为构造煤区煤层气勘探开发提供了理论依据。

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煤田地质与勘探

2022年第03期

169

79