《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; 6742IP
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蒙陕接壤区煤层顶板涌水水源智能判别方法

作者(Author)：王皓, 孙钧青, 曾一凡, 尚宏波, 王甜甜, 乔伟

摘要：蒙陕接壤区煤炭高强度开采诱发的煤层顶板水害问题日益凸显，高效智能地判别煤层顶板涌水水源是顶板水害防治的关键。以蒙陕接壤区3个典型矿井为研究对象，将无机指标K++Na+、Ca2+、Mg2+、Cl−、SO4 2−、HCO3 −、TDS和有机指标UV254、TOC、溶解性有机质(DOM)的荧光光谱作为判别指标，利用主成分分析法(PCA)对80组地下水水样数据进行主成分提取，提出一种人工鱼群算法(AFSA)改进随机森林(RF)的PCA-AFSA-RF顶板涌水水源智能判别方法。首先，建立PCA-RF判别模型，其准确率(Ac)、精确率(Pr)、召回率(Rc)和F-measure指数(f1)分别达到了83.00%、83.17%、80.42%和79.57%；其次，通过AFSA对PCA-RF判别模型中决策树数目、树深和内部节点分裂所需的最小样本数进行寻优，在AFSA中引入遗传机制以避免陷入局部最优，建立基于PCA-AFSA-RF的煤层顶板涌水水源智能判别模型，该模型Ac、Pr、Rc、f1分别达到92.18%、91.11%、87.58%和88.82%，较PCA-RF分别提高9.18%、7.94%、7.16%和9.25%，回代准确率达到97.50%；最后，利用该模型对12个矿井水水样进行判别，结果与现场实际相一致，表明AFSA改进后的PCA-RF模型具有更好的准确性和泛化能力。研究结果可为煤层顶板涌水水源的准确判别提供新方法。

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煤田地质与勘探

2024年第04期

132

11
煤田绕射地震勘探现状与进展

作者(Author)：彭苏萍, 赵惊涛, 盛同杰, 杨婕, 陶俊宏

摘要：我国煤炭绿色智能开采亟待解决透明地质条件精细构建问题,包括煤岩层构造、含水体、采空区与地应力等地质因素,该类隐蔽致灾体易诱发采空区突水或瓦斯突出等事故,是制约煤矿智能化开采与安全生产的主要障碍。三维地震勘探是目前探测断层和陷落柱等地质体的主要技术,但该技术基于反射理论框架,在小落差断层与小尺度陷落柱探测上仍存在挑战,发展针对隐蔽致灾体的煤田精细勘探理论与方法是安全与智能开采的基础问题。基于绕射的地震勘探框架在理论上能够突破传统地震勘探分辨率瓶颈,该前沿技术已在勘探行业权威期刊不断报道,国内外工业界和科研院校也投入了大量研究工作,但尚未形成方法体系与工业化软件。围绕煤田灾害源防治与智能开采关键地质问题,阐述了一套基于绕射理论框架的地震勘探系统,通过不同类型绕射波传播规律研究了弱信号捕获模式,利用反射波与绕射波多域差异特征提取了携带高分辨率响应的绕射波信息,基于散射点模型提出绕射波精细速度建模方法,在多学科交叉基础上发展了绕射波多属性融合解释与阻抗反演技术,进而形成一套适用于我国未来透明矿山绿色开采的基础学科与前沿技术。

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煤田地质与勘探

2023年第01期

195

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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

147

772
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

175

125
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

157

76
煤矿坑道钻进过程智能优化与控制技术

作者(Author)：姚宁平, 吴敏, 陈略峰, 陆承达, 范海鹏, 张幼振, 李旺年, 姚克

摘要：煤矿坑道钻进施工环境恶劣、复杂的煤层结构和繁杂的操作工序造成钻进效率低、钻进成本高。开展煤矿坑道钻进过程优化与控制技术的研究势在必行。围绕煤矿坑道钻进控制过程关键技术，从含煤地层岩性智能识别、钻进参数智能优化和智能控制3方面展开。首先，为了准确判断含煤地层类型，建立基于BP-Adaboost的含煤地层岩性智能识别模型。然后，在不同含煤地层条件下，建立基于机械比能和钻速的智能优化模型，为司钻人员提供最优给进压力和转速参考值。进而，提出一种基于模糊PID的给进压力控制策略，实现给进压力的有效控制。最后，基于煤矿坑道钻机智能钻进系统在淮南矿区某煤矿井下进行了现场试验。试验结果表明：所提含煤地层岩性智能识别方法的识别准确率达到96.75%；智能优化方法显著提升现场钻速，消耗的机械比能降低，在提高钻进效率的同时降低了钻进成本；给进压力控制策略使给进压力稳定运行在最优值附近，减小给进系统超调的同时，提升系统的响应速度，使给进压力的动态响应更加平稳。煤矿坑道钻进过程智能优化与控制技术能够保障钻进过程安全高效运行，促进煤矿坑道钻进技术智能化发展。

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煤田地质与勘探

2023年第09期

260

66
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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煤田地质与勘探

2023年第01期

177

131
煤矿井下近钻头随钻测量技术研究现状和发展趋势

作者(Author)：郝世俊, 褚志伟, 李泉新, 方俊, 陈龙, 刘建林

摘要：近钻头随钻测量集成了近钻头多参数测量、跨螺杆钻具供电和通信、涡轮连续发电和高速泥浆脉冲无线传输等多项关键核心技术，可以获取钻头附近多种类型参数，是煤矿井下智能钻探技术的关键组成之一。在充分借鉴地面石油与天然气钻探领域近钻头随钻测量开发经验和发展路径的基础上，分析了现有技术应用于煤矿井下的局限性，依托煤矿井下现阶段随钻测量技术，提出了煤矿井下近钻头随钻测量技术的研究思路，探讨了煤矿井下近钻头随钻测量技术的研究现状，重点解决结构小型化、仪器单元化、防爆模块化、测量协同化和控制整体化的研发技术难题。在煤矿智能化建设大背景下，提出未来需要从近钻头多参数一体化测量、近钻头参数动态监测、近钻头旋转导向钻进和近钻头自适应钻进等方面入手，大力推动煤矿井下近钻头随钻测量与5G通信、大数据、云计算、物联网等新一代信息技术的融合发展。

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煤田地质与勘探

2023年第09期

181

111