《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

专题来自于《煤田地质与勘探》2024年上半年，共17篇研究成果。

行业视野: 煤田地质与勘探
类别; 63个
关键词; 69位
专家; 12篇
论文; 1576IP
点击量; 246次
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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

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煤系水平井定向射孔压裂裂缝扩展机制

作者(Author)：庞涛, 姜在炳, 惠江涛, 贾秉义

摘要：复杂含煤地层顶板水平井射孔压裂是增加煤层透气性、提升瓦斯抽采效率的关键，而地层结构和射孔位置影响裂缝扩展形态。考虑地层结构特征及射孔位置，建立压裂工程地质模型；基于有限元方法构建数值模型，研究射孔位置、地层条件、垂向应力与水平应力差对裂缝扩展的影响，并进行工程验证，提出施工建议。结果表明：射孔孔眼位置存在全部位于煤层中、全部位于顶板岩层中和部分位于顶板部分位于煤层3种情况。孔眼位于煤层中，裂缝受到界面的“阻隔”作用，对煤层改造有利；孔眼位于顶板，当顶板层理发育，垂向应力与最小水平主应力差大于2 MPa时裂缝能够穿越层理和界面进入煤层，而顶板完整时，应力差大于−2 MPa裂缝即可在孔眼诱导作用下进入煤层，顶板层理和界面对裂缝垂向扩展具有“阻挡”作用，结构完整地层有利于裂缝的垂向穿层扩展；孔眼部分进入煤层，对裂缝起裂、扩展产生明显诱导作用，形成沿界面的水平缝和进入煤层的垂直缝，无论顶板是否完整，都能形成有效改造裂缝。当射孔孔眼距煤层较远、孔眼与煤层间弱面发育、水平应力大于垂向应力或压裂施工规模不足时，建议采用深穿透射孔、分支孔等能够沟通煤层的工程措施，以保证压裂效果。研究结果在陕西韩城某煤矿的井下分段压裂施工中进行了应用，试验孔瓦斯抽采效果良好，可为类似地质、工程条件下的压裂施工提供借鉴。

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煤田地质与勘探

2024年第04期

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矿山救援钻孔中井涌井漏事故预警预测

作者(Author)：陈卫明, 王家文, 凡东, 郝世俊, 赵江鹏, 邱雨

摘要：为解决矿山应急救援钻孔作业过程中井涌井漏事故预警预测困难等问题，建立了基于机器学习的钻进过程井涌井漏事故预警预测模型。首先对井涌井漏事故发生初期时的钻进参数进行事故表征参数分析；其次对事故表征参数进行数据清洗处理，在此基础上，通过XGBoost事故诊断预警模型对井涌井漏事故进行早期诊断识别；随后建立PSO-LSTM事故发展预测模型，对事故发生后的孔底压力参数发展趋势进行预测，提前掌握钻进事故发展状态；最后通过实际钻进数据对预警预测模型的有效性进行验证。结果表明：XGBoost事故诊断预警模型能根据总池体积、立管压力、出入口流量差和动力头负荷这4种钻进参数的异常变化，快速准确诊断钻进过程中的井涌井漏事故；PSO-LSTM事故发展状态预测模型能充分学习孔底压力参数发展规律，综合$ {E_{{mathrm{MAP}}}} $、$ {E_{{mathrm{MA}}}} $、$ {E_{{mathrm{RMS}}}} $、$ {R^2} $这4项误差评价指标，PSO-LSTM模型相较于BP、RNN、SVM模型的预测性能最佳，能准确预测事故发生之后的孔底压力发展趋势，提前掌握井涌井漏事故的严重程度和发展态势。研究结果丰富了钻进过程井涌井漏事故预警预测方法，提高了矿山事故地面救援的可靠性，对矿山应急救援钻孔作业过程中事故控制有着借鉴与指导作用。

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煤田地质与勘探

2024年第03期

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地热系统钙华和硅华定年方法研究进展及其应用

作者(Author)：李彬, 李义曼, 庞忠和, 黄天明, 高彬彬

摘要：地热系统泉华以钙华和硅华为主，因其携带丰富的多时空尺度信息，可用于恢复古水文古气候演化史、重建区域水热活动演化过程及约束构造模式。对样品精准定年是开展相关研究的基础，常用定年方法包括放射性碳定年法(无机碳和有机碳)、铀系不平衡法、宇宙成因核素法、光释光法和电子自旋共振法等。我国热泉泉华定年最早使用放射性碳定年法，随后多使用电子自旋共振法与铀系不平衡测年法。系统总结了上述方法的基本原理、定年范围、适用条件、对样品的要求等，并探讨存在问题及未来发展方向。对于钙华样品，如纯度高，无外源碳影响，可采用基于有机碳的放射性碳定年法和铀系不平衡法；如固结程度高，也可使用电子自旋共振测年法；古地磁法值得今后深入探索。对于硅华样品，基于有机碳的放射性碳定年法和电子自旋共振测年法更适用，而铀系不平衡法和古地磁法可以尝试。此外，10Be和 26Al等宇宙成因核素也可用于古泉华的定年。样品纯度低或数据校正困难以及定年范围有限是目前钙华和硅华常用定年方法存在的两个主要问题；前者可考虑利用离子探针技术对微观尺度上的高纯度方解石中U和Th的同位素进行测定来获取样品年龄；为避免微量样品代表性问题，应尽量获得均匀分布的多个测点数据。后者则可以通过尝试利用长半衰期宇宙成因核素来获得百万年尺度上的泉华年龄。新技术研究以及定量化校正样品纯度不够的影响是未来发展方向。

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煤田地质与勘探

2024年第01期

97

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