《煤田地质与勘探》青年编委优秀成果展示—Ⅰ（2023—2024）

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《煤田地质与勘探》青年编委优秀成果展示—Ⅰ（2023—2024）

来源：煤田地质与勘探

行业视野: 煤田地质与勘探
类别; 171个
关键词; 200位
专家; 33篇
论文; 5970IP
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基于双Packer抽水试验的洛河组水文地质特征垂向变异性研究

作者(Author)：李超峰, 刘业献, 张金魁, 任邓君, 侯涛, 刘增平, 徐新启, 马骥, 王青振, 段西亮, 邢介波, 李阳

摘要：为了精细探查鄂尔多斯盆地巨厚洛河组水文地质条件并定量评价其含水层段富水性垂向变异特征，提出采用导水系数进行含水层富水性评价，给出了导水系数法富水性7级分级标准；采用双Packer系统对陕西高家堡井田DJ1、DJ2钻孔洛河组垂向10个固定厚度层段进行抽水试验并计算水文地质参数，采用综合富水性指数法对洛河组垂向分层并对比分析其垂向分层水文地质特征。结果显示：(1) 提出导水系数富水性分级标准，即T≤1 m2/d、1 m2/d<T≤10 m2/d、10 m2/d<T≤50 m2/d、50 m2/d<T≤100 m2/d、100 m2/d<T≤200 m2/d、200 m2/d

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煤田地质与勘探

2023年第11期

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煤层底板突水多源信息综合评价系统设计开发与实现

作者(Author)：李博, 罗玉岚, 樊娟, 郭小铭, 李梦华

摘要：多源信息融合评价技术是煤层底板突水预测的重要手段，该方法在应用过程中存在专业技术要求高、评价过程复杂繁琐且智能化水平不足的问题。根据突水危险性评价技术流程特点，系统阐述煤层底板突水多源信息综合评价系统的设计原则、设计思路、开发模式和开发方式。构建具有普适性的煤层底板突水评价指标体系、权重计算方法和危险性评价模型等系统核心功能。以GIS技术为基础支撑，依托Visual Studio开发平台，合理调用三方控件(WindowsForm控件、DevExpress控件、ArcEngine控件)，引入随机森林机器学习方法，集成开发从数据处理、存储、权重运算、专题图制作到评价结果可视化输出等多功能一体化的煤层底板突水危险性综合评价系统，实现从源数据到评价结果可视化呈现的“一”系统，使煤层底板突水评价技术更加简便和高效，解决了现有技术依赖多平台计算、评价步骤分离化大且智能化水平低的问题。

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煤田地质与勘探

2023年第06期

272

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露天矿区生态地质层修复中地形重塑层的构建技术及应用

作者(Author)：赵欣, 王佟, 李聪聪, 林中月, 李飞, 王伟超, 冯康宁, 尹亚磊, 蒋喆

摘要：露天地区矿山开采容易形成不规则采坑、高陡边坡和渣山、原始土壤破损、采坑积水等一系列地貌形态的改变，造成与周边环境的不协调。不仅影响地表生态环境，还会对地下浅层水渗流场、冻土层等带来不同程度的影响和破坏，且存在滑坡、垮塌等地质隐患和灾害。针对这些问题，从地质角度提出通过构建地形重塑层实现开采后矿山地形地貌重塑的思路与方法，应用形成的地形重塑层修复关键技术，在青海木里高原高寒露天矿区生态环境治理与修复中取得显著效果。首先定义地形重塑层，即是对地貌起伏形态、采坑和渣山边坡等的稳定性和安全性起控制作用的复杂成形曲面。地形重塑层是一个复杂不规则且动态变化的重构层，是生态地质层修复的一种情况。提出地形重塑层的构建思路与方法：(1)通过空−天−地一体的地质勘查与监测手段，对矿山开采后的采坑、采坑边坡和渣山等情况进行系统的勘查、监测和评估。(2)根据治理对象的不同，对修复的目标地质体进行分类，本次依据边坡坡体岩性变化和岩层倾向与坡向的关系，将岩质边坡分为4类13型。(3)通过理论计算结合现场勘查测量，确定不同修复地质体的地形重塑层形态与产状。(4)通过覆土复绿，实现采坑、渣山依形就势的综合治理和矿山地形地貌的修复。以青海木里矿区为例，系统论述了地形重塑层构建与修复技术：对采坑坑底的修复，考虑挖损采坑深度和地形现状，设计合理的坑底样式，防止出现二次滑坡或坍塌等地质灾害；对边坡治理与修复，通过理论计算和野外现场观测，确定木里矿区边坡稳定的合理坡角应小于26°，治理时根据不同岩质边坡类型，采用清坡处理、修筑台阶状边坡等方法，保证采坑边坡稳定和后期植被复绿；对于特殊的渣山边坡治理，需要通过构建坚硬的地形重塑层，形成类似鸡蛋壳一样的渣山外壳，以起到稳定地形地貌、防止水土流失和涵养水源的作用。利用遥感影像数据对比治理效果，治理前矿区地形杂乱，边坡坡角大且不稳定，植被退化，经地形地貌重塑治理后，矿区边坡的坡角基本都处于26°以下，植被长势良好，治理效果显著。提出的地形重塑层构建方法和修复技术为高原高寒矿区生态治理和矿山地形地貌的修复提供了新的治理思路与方法。

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煤田地质与勘探

2023年第07期

252

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采煤地裂缝MICP修复规律及影响因素实验研究

作者(Author)：李涛, 高颖, 闫敬旺, 张嘉睿, 寇规规, 马腾飞, 梅奥然

摘要：西北黄土覆盖区采煤地裂缝造成浅表水资源漏失和土体失稳，为此开展黄土覆盖区采煤地裂缝微生物诱导碳酸钙(CaCO3)沉淀(Microbial Induced Carbonate Precipitation，MICP)修复实验研究。以陕北柠条塔煤矿为研究背景，对采煤地裂缝特征进行观测，揭示采煤地裂缝发育特征。结合矿山压力观测，划分黄土采煤地裂缝类型。基于采煤地裂缝分类和特征，采用无侧限抗压实验、三轴抗压实验、变水头渗透实验及三轴渗透实验，对比测试了两类裂缝黄土MICP修复样品的力学和水理参数。基于修复体pH、MICP CaCO3产量和扫描电镜测试结果，剖析采煤地裂缝MICP修复影响因素。结果表明：黄土覆盖区采煤地裂缝可分为边界地裂缝和内部地裂缝2种类型。边界地裂缝条件下，菌液和胶结液的最佳比例为1.2∶1.0。内部地裂缝条件下，裂缝充填物中风积沙与黄土的最佳比例为1∶1，菌液和胶结液的最佳比例为1∶1。黄土覆盖区不同类型采煤地裂缝的开度差异，造成CaCO3产率相差31.2%，因此，边界地裂缝较内部地裂缝最佳MICP修复液中胶结液成分所占比例更大。裂缝充填物中风积沙与黄土为1∶1时，充填物与修复液混合体的pH为9.2。该pH环境CaCO3产率可达88%，促进了MICP高效运行。研究成果为黄土覆盖区采煤地裂缝修复提供了参考。

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煤田地质与勘探

2023年第11期

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电磁法在煤矿水害隐患探测方面的综述

作者(Author)：张继锋, 孙乃泉, 刘最亮, 戚志鹏

摘要：煤矿水害是安全生产的重大隐患，如何精准探测隐蔽致灾体是解决这些隐患的前提。电磁法对低阻体反映灵敏，方法类型多样，适应性强，是探测富水致灾体的有效方法之一。传统的地面电磁方法包括可控源音频大地电磁法和回线源瞬变电磁法，在煤矿隐蔽致灾体探测方面发挥了重要作用。随着新技术的不断发展，近源电磁勘探方法得到了快速发展，包括广域电磁法和短偏移距瞬变电磁法，提高了勘探效率和信噪比，拓宽了观测区域。地空电磁法是新发展起来一种大功率快速勘探方式，具备航空电磁法快速采集和地面电磁法大功率发射两个优势，特别适合于复杂地形条件的煤矿灾害隐患探测。分析了煤矿典型致灾体的形成机理、时空分布及物性特征，其中，隐蔽型导水构造是造成煤矿安全隐患的重要因素，需要重点关注；回顾了各种电磁方法的主要特征、适用性以及在煤矿水害探测中的应用现状，总结了不同方法的技术参数和观测模式等，为相关技术人员从事煤矿灾害隐患探测提供了参考；最后对煤矿电磁法发展进行了展望：广域电磁法和短偏移距瞬变电磁法等近源电磁勘探方法将会在煤矿勘探中进一步扩大应用；三维反演技术和基于深度学习的神经网络反演算法等将是未来电磁法的主要发展方向；地空电磁勘探会快速发展，有取代传统地面电磁法勘探的趋势。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

187

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基于多变量LSTM网络的K2灰岩富水区预测--以阳泉泊里矿区为例

作者(Author)：师素珍, 石贵飞, 刘最亮, 李礼, 姚学君, 裴锦博, 何亚洲

摘要：在山西阳泉泊里矿区，太原组K2灰岩是15号煤层上部主要的含水层，查明其富水分布特征对上下组煤层安全开采至关重要。为了准确得到K2灰岩的富水分布区域，首先，利用常规的波阻抗反演获取精确的K2灰岩空间展布特征。然后，结合皮尔逊相关系数法与交叉验证−逐步回归法优选出9种地震属性，构成网络的训练数据。此外，引入适合于时序数据处理且能够捕捉测井曲线前后相关性的长短期记忆神经网络(LSTM)，构建智能化、多变量LSTM视电阻率预测模型，以精确地预测研究区视电阻率进而得到地层富水性分布特征。同时，分别利用常规多属性回归算法与多变量LSTM模型在井点位置建立电阻率测井曲线与地震属性井旁道之间的映射关系。最后，将井点处训练好的网络模型推广至无井区得到全区视电阻率体，根据视电阻率值的高低、矿区地质构造与陷落柱发育情况圈定灰岩富水区。实际数据的测试结果表明：与常规多属性回归算法相比，多变量LSTM模型预测误差小，与测井相关系数高，说明多变量LSTM模型可以更加精确地预测出工区视电阻率，在含煤地层的富水性预测中有较好的应用价值。

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煤田地质与勘探

2023年第05期

211

54
HTI型煤层裂缝参数的地震AVOA响应正演模拟

作者(Author)：吴海波, 刘钦节, 王进朝, 李智, 白泽, 席超强

摘要：裂缝是控制煤层渗透性的关键因素，关乎着煤层气勘探开发的成败。为此，聚焦HTI型煤层裂缝参数的地震AVOA响应机制开展研究。依次采用Mori-Tanaka模型和Brown-Korringa各向异性流体替换理论模型，计算含垂向干裂缝和流体饱和裂缝煤层的等效弹性模量。基于煤层裂缝的岩石物理表征和HTI型煤层模型的正演模拟，分析裂缝参数的地震响应特征。结果表明：裂缝密度变化引起水平向纵、横波速度和各向异性系数，以及煤层顶界面各向异性梯度项变化显著；水平向纵波速度、各向异性系数ε(v)主要受裂缝孔隙度控制和影响，而横波速度、各向异性系数γ(v)、δ(v)以及煤层顶界面各向异性梯度项对裂缝孔隙度和纵横比变化均敏感；入射角大于0时，随着入射角或裂缝密度增大，煤层顶界面P-P波反射系数和煤层反射复合波最大正振幅方位各向异性增强，且当方位角为0时，裂缝密度变化引起的P-P波反射系数和煤层反射复合波最大正振幅变化显著。因此，分析并厘清HTI型煤层裂缝参数地震AVOA响应机制有助于为煤层裂缝的地震探测提供理论支撑。

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煤田地质与勘探

2023年第05期

171

52
天然源槽波勘探的可行性研究

作者(Author)：胡泽安, 曹凌锴, 刘钦节, 姬广忠, 席超强, 吴荣新

摘要：常规炸药震源在高瓦斯矿井受到了十分严格的管制，迫切需要一种新型非炸药震源的槽波勘探方法作为替代。基于此，开展了矿井中天然源槽波勘探方法的可行性实验研究。通过理论分析和数值模拟实验，论证了煤层具备天然源槽波发育的地球物理基础。通过构建“三随机”天然源槽波模型，即震源的空间位置随机、震源初始激发时刻随机和震源的振幅随机，成功实现了天然源槽波的时间域数值模拟实验。采用相移法对天然源槽波数值模拟数据进行了频散谱计算，结果具有明显的频散特征。数值模拟实验结果证明了理论模型中天然源槽波的存在，且基阶和高阶形态均发育。在安徽淮南某煤矿工作面进行实测实验，成功采集到天然源槽波三分量数据，对实测数据进行频散谱计算，结果表明3个分量均具备频散特征，其中X分量频散曲线能量脊较为清晰，达到了验证天然源槽波存在的预期目标。总的来说，数值模拟结果表明天然源槽波的地球物理基础和形成机理是正确的，现场实验结果证明了天然源槽波在煤层中自然存在，该方法在矿井地质勘探中具有可行性和潜力。

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煤田地质与勘探

2023年第03期

184

123