《煤田地质与勘探》2024年上半年编委及其团队成果

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《煤田地质与勘探》2024年上半年编委及其团队成果

来源：煤田地质与勘探

行业视野: 煤田地质与勘探
类别; 86个
关键词; 100位
专家; 17篇
论文; 1173IP
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西部矿区采动损害及减损开采的地质保障技术框架体系

作者(Author)：王双明, 孙强, 耿济世, 袁士豪, 谷超, 杨多兴, 牛超, 路拓, 郭晨, 张唤兰, 黄海鱼, 师庆民

摘要：【目的】煤炭在我国的主体能源地位短期内难以发生改变，是我国能源发展的兜底保障。煤炭资源大规模、高强度的开采损害煤矿区地质环境，同时导致突水、冲击地压等灾害。【方法】围绕煤矿安全高效开采面临的地质环境损害预测预警难和减损开采保障压力大等难题，基于煤炭采动损害预测与减损地质保障多学科交叉特点，突出地质条件的控灾机理和采动致灾模式，强调煤炭开采模式与地质结构演化全时空多场响应，分析采动效应下地质条件物质场、能量场、信息场的耦合机制，厘清损害模式和预警信息关键参量的映射关系，形成安全高效开采的地质保障策略和减损控灾工程技术体系。【结果和结论】研究思路为“孕灾环境→损害机制→过程响应→损害预测→防灾减损”，技术路线是“煤矿开采地质环境条件→地质结构演化规律及损害模式→多物理场演化全时空信息响应→损害监测及预测预警→减损保障工程技术”。核心内容包括：(1)剖析地质条件与致灾地质体的空间关系和成因联系，构建高精度的三维地质力学模型，阐明地质结构、开采条件和损害模式的映射关系，建立主控要素的特征参量数据库；(2)构建采动效应下的工程地质力学模型，研究开采方式、空间布局、采动速率等影响下地质条件结构时空演化特征和损害机制，提出考虑地质体关键结构破坏演化规律的损害模式判识方法；(3)获取采动过程地质结构演化背景下的全时空多源信息响应，提出主控参量作用下的损害模式识别标准，进而厘清裂隙场、应力场、渗流场与地球物理场信息参量的镜像关系，建立基于地质条件物质场、能量场和信息场耦合响应的全时空信息映射模型；(4)构建地面-钻孔-井下的全空间、多方位、主被动的一体化多源监测体系，提出煤矿采动损害预测模型和预报方法；(5)构建基于损害源、损害模式、损害动力、损害通道剖析以及减损技术与效果评价于一体的减损控灾体系，追求煤炭安全开采与地质环境保护协调发展，破解资源开发与地质环境制约之间的矛盾，为煤矿安全高效开采和防灾减损提供地质、力学、物理基础的科学依据。

煤田地质与勘探

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富油煤研究进展与趋势

作者(Author)：王双明, 鲍园, 郝永辉, 王生全, 师庆民, 李丹, 胡宜亮

摘要：富油煤是集煤、油、气属性于一身的煤基油气资源，针对国内“相对富煤、缺油、少气”的能源禀赋，开发富油煤对缓解我国紧张的油气资源供应局势、实现煤炭的绿色开发和低碳利用具有重要的意义。以富油煤为主要关键词，通过CNKI和Web of Science数据库检索自1985—2023年底已公开发表的学术论文和专利，统计分析富油煤的发展历程和主要研究内容，梳理了富油煤研究的热点方向与前沿领域，展望了未来发展趋势。研究发现：富油煤热解、赋存特征及沉积环境、孔隙和分子结构、焦油产率预测、微生物降解、资源潜力及开发利用是当前富油煤研究热点内容。富油煤含有热解可生成油气的富氢结构，如脂肪结构的侧链与桥键及缩合芳香核周缘的弱键结构；富油煤多形成于陆相沉积物供应稳定、气候温暖湿润、强还原条件下的沉积环境；孔隙结构影响富油煤的热解反应效率、焦油析出和油气运移，而分子结构(主要为脂肪族氢含量和富氢弱键)决定了富油煤的生油潜力；富油煤通过微生物的水解、发酵、产氢产乙酸和产甲烷4个阶段向油气转化。随着地质选区技术瓶颈突破及多学科交叉与融合，富油煤富油性评价指标与预测方法、富氢组分的来源与定量判识、原位开发围岩封闭性及其评价方法、微生物降解与热解联作技术将成为今后研究的热点方向。研究成果为厘清当前富油煤的研究方向和未来走势奠定了基础。

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煤田地质与勘探

2024年第04期

93

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富油煤热解特性及其孔裂隙结构演化规律

作者(Author)：耿济世, 王双明, 孙强, 侯恩科, 杨玉茹, 师庆民, 胡鑫, 薛圣泽

摘要：富油煤原位热解提取煤基油气是弥补我国油气资源短缺、提升煤炭资源利用效率的重要措施，也是富油煤高效开发的新趋势。富油煤在原位热解过程中的油气产出特征及孔裂隙发育情况直接影响到煤体内部传热、热解产物迁移及产出，查明富油煤热解特性及其孔裂隙结构演化规律尤为关键。利用自主研制的热解实验装置，结合比表面及孔径分析仪、三维显微镜和同步热分析技术，记录富油煤在不同热解温度下的产气规律，测定热解残样的微观孔隙结构及孔径分布特征，分析煤体裂隙演化规律及表面裂隙参数，揭示煤体结构和热解产物对热解温度的响应机制。结果表明，富油煤热解产气总量和最大产气速率随温度的升高而增大，在温度大于300℃时热解反应变得剧烈，产气量增加显著。通过对比不同热解温度下的孔裂隙结构，发现孔隙结构类型以300℃为界发生明显改变，低于该温度热解后的孔隙类型以细小瓶颈和缝隙/楔形孔为主，主要为中孔，随着温度升高，孔隙类型以平行狭缝为主，微孔增加，中孔和大孔则进一步发育扩展贯通，形成微裂隙。与低温作用煤样相比，高温作用煤样裂隙开度增加、裂隙网络密度及表面裂隙率相应增大，煤样结构发生宏观破坏，完整性降低。富油煤热解过程中的孔裂隙结构演化是水分蒸发、吸附气体解吸析出、不均匀热膨胀、有机质热解及热解气体逸出等共同作用的结果。研究结果可为富油煤原位热解工艺参数选择提供有益参考。

煤田地质与勘探

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富油煤焦油产率测井评价方法研究

作者(Author)：田瀚, 李宁, 王双明, 武宏亮, 冯周, 王克文, 王贵文

摘要：富油煤作为一种集煤、油、气属性为一体的煤基油气资源，对于保障我国油气资源供应、实现煤炭清洁高效利用具有重要意义。目前富油煤的识别主要依靠格金干馏试验测量的焦油产率来判断，而利用地球物理手段准确识别与评价富油煤的研究则相对薄弱。以新疆三塘湖盆地侏罗系西山窑组和八道湾组煤层为研究对象，基于岩石物理实验，在明确富油煤典型测井响应特征基础上，创新建立了一种煤焦油产率测井定量评价方法。结果表明：(1) 相比含油煤，富油煤具有富氢结构物质含量高、孔隙结构差的特点，这造成富油煤具有“低密度、高中子和高电阻率”的常规测井响应特征；(2) 通过多状态二维核磁共振实验测量分析，明确了富油煤具有“二维核磁T1谱双峰，T2<1、T1/ T2>10区域信号强”的核磁测井响应特征，而含油煤相应区域信号不明显，这与富油煤中富氢结构物质含量高有关；(3) 基于富油煤典型测井响应特征，提出利用电阻率和中子2个参数构建富油煤指示因子Z，Z越大，表明煤焦油产率越高。在煤焦油产率刻度基础上，建立了煤焦油产率与指示因子间的线性关系，实现了煤焦油产率的准确方便计算，可操作性强。上述认识为基于地球物理测井手段识别和评价富油煤提供了理论指导。

煤田地质与勘探

47
蒙陕接壤区典型煤层开采顶板周期性变形破坏及涌水响应特征

作者(Author)：周振方, 董书宁, 董阳, 罗生虎, 薛建坤, 王治宙, 王淑璇, 尚宏波, 王甜甜, 王昱同, 王同

摘要：【目的】煤矿开采扰动破坏覆岩含/隔水层结构，造成集中涌水，影响矿井安全生产。【方法】以面临典型顶板砂岩水影响的蒙陕接壤区主采煤层3-1煤开采涌水过程为研究对象，采用物理相似材料模拟、数值仿真模拟、现场原位监测3种方法，并通过周边地质和开采条件相似矿井实测数据对比，分析3-1煤典型工作面开采煤体支承压力周期性演变规律、采空区覆岩垂直位移演变规律，定量获取实验室尺度顶板周期来压瞬间微震能量事件变化特征，综合确定顶板导水裂隙带随采发育特征，以及顶板涌水随覆岩周期来压变化趋势。【结果和结论】结果表明：工作面开采覆岩初次来压步距约40 m，周期性来压步距12～28 m，覆岩破断瞬间围岩周期性来压呈现“先增后稳定”的趋势，在推进至第5次周期来压(推进距离约140m)时，超前支承压力达到最大，覆岩周期性来压、破断瞬间垂直位移峰值随采呈现“之”字型变化特征，同样，位移监测数据、微震事件总能量、事件频次等综合指标指示，在第5次周期来压瞬间，覆岩垂直位移变幅达到最大值，塑性区发育高度基本稳定；导水裂隙带发育最大高度在120m左右，将直接沟通顶板直罗组砂岩含水层，地下水随采涌入过程呈现两种波动变化趋势，工作面全局尺度上呈现长周期“阶梯式”增长趋势，“阶梯式”增长周期约800 m，局部尺度呈现短周期“振荡”变化趋势，振荡周期16～48m，并表现出与覆岩来压周期之间的较强关联性。研究结果为工作面涌水量预测以及防排水系统布设提供参考。

煤田地质与勘探

37
富油煤原位热解地质环境影响与地质保障技术

作者(Author)：许时昂, 张平松, 程刚, 吴海波

摘要：富油煤作为一种集煤、油、气为一体的特殊非常规油气资源，通过原位热解可转化为高附加值焦油、可燃气及半焦固体燃料等，具有解决传统煤炭工业发展过程中绿色开发、清洁低碳利用难题的潜力。在减少煤炭开采污染、提高能效利用等方面，为碳达峰碳中和(“双碳”)目标的实现提供了新的解决方案，也为我国寻求油气资源战略依赖突围提供了重要路径参考。然而，目前国内富油煤地下原位热解的研究仅限于少数先导性试验研究，对于富油煤原位热解的地质环境影响研究与全生命周期地质保障技术探索亟待开展。基于富油煤开发原位热解的地质环境扰动响应特征，重点探讨了富油煤原位热解对热解区岩体变质、覆岩损伤变形、地下水扰动、地表沉降及地表生态环境等方面的影响，总结了富油煤原位热解地质条件评价与过程监测主要内容和测试技术，梳理了富油煤原位热解地质保障面临的挑战。同时，结合理论研究、技术方法、感测装备、传感单元、数据解译、多源信息融合和工程实践等内容认识，提出了构建富油煤原位热解地质保障技术体系的思考。分析认为在富油煤原位热解的新型资源转化利用模式条件下，迫切需要研发与之相匹配的地质保障技术，制定完整的开发、设计、施工、评价方法和标准，以规范和引导富油煤热解技术的发展与应用。此外，还需要在充分挖掘和利用富油煤油气资源固有优势的基础上，积极推动富油煤清洁利用技术的研发创新、安全生产标准的提升以及生态环境保护的深度融合，为煤炭工业实现绿色转型和高效可持续发展提供全面的战略对策与保障。

煤田地质与勘探

94
煤矿微震监测系统在回采工作面顶板水害防治中的应用

作者(Author)：樊鑫, 程建远, 栗升, 段建华, 范涛, 李博凡, 王艳波

摘要：【目的】随着煤矿开采深度增加，工作面顶板水害风险日益突出，制约了我国煤矿绿色安全高效开采，亟需新型顶板水害监测预警技术。探索井−地联合微震监测系统在回采工作面顶板水害防治中的应用，实现顶板水害风险的透明化智能监测预警。【方法】在工作面上方地表和井下两侧巷道同步布置微震传感器阵列，增加垂向采集空间，提高震源定位精度；提取监测数据时频域特征构建样本数据集，利用支持向量机算法实现微震事件智能识别。【结果和结论】以陕西彬长矿区某煤矿工作面为例，成功识别出3个煤层顶板应力集中区域，与电阻率监测成果吻合，显示导水裂隙带高达160 m，波及含水层，显示出回采期间顶板导水通道动态发育全过程。该井−地联合微震监测系统能够高精度识别微震事件，为回采工作面顶板水害风险监测预警提供新技术手段。研究有助于推进微震监测技术在煤矿顶板水害等领域的智能化应用，促进煤矿开采的安全绿色高效发展。

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煤田地质与勘探

2024年第06期

43

5
煤层采动底板突水物理模拟试验研究进展与展望

作者(Author)：张平松, 欧元超

摘要：【目的】底板突水受特定地质构造、水−岩−应力及采掘扰动等因素叠加作用影响，具有复杂性、隐蔽性、突发性等特点。【方法】物理模拟试验能较好地还原底板岩层与承压水赋存环境、直观展现采动底板裂隙扩展及突水路径演化全过程、实时获取灾变各阶段多源数据信息，因而在底板突水研究方面具有独特优势。【结果和结论】对底板突水经典理论、标准规范、模拟试验及工程实践等方面的研究成果进行了回顾，重点梳理了试验加载装置及水压模拟方式、相似材料研制及其特性指标、监测技术及其观测系统设计3个方面的研究进展，其中在模拟水−岩−应力耦合环境下的三维模型底板突水全过程信息捕捉方面有较大突破。面对数智化研究大背景，分析当前底板突水物理模拟试验领域存在的不足，并据此指出未来应重点关注大型三维底板突水综合试验平台研制、基于标准化的多特性相似材料配比数据库建立、多相多场多维耦合监测预警系统构建、人工智能等数智化技术融合应用研究等发展方向。提出的思考有助于从装置、材料、技术等方面提升未来物理模拟试验水平，从而更好支撑煤矿底板水害数智化防治基础研究工作高质量发展。

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煤田地质与勘探

2024年第06期

43

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