《煤田地质与勘探》2023年优秀论文_中国煤炭行业知识服务平台

《煤田地质与勘探》2023年优秀论文

来源：煤田地质与勘探

为鼓励学术创新，《煤田地质与勘探》编辑部开展2023年度优秀论文投票活动，得到了广大读者、作者的大力支持和业内的广泛关注！最终依据“引用下载综合指标、投票数据，专家评选”等定性+定量综合指标，评选出高影响力论文Top20，供同行参考交流。祝贺所有入选的作者及其团队，并为你们长期对期刊的信任和支持表示由衷的感谢！论文展示如下，按出版时间先后、同一刊期按栏目先后进行排列。

行业视野: 煤田地质与勘探
类别; 105个
关键词; 144位
专家; 20篇
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论中国煤炭地质勘查工作在新条件下的定位与重大研究问题

作者(Author)：王佟, 韩效忠, 邓军, 孙亚军, 李增学, 唐书恒, 毛善君, 林中月, 李聪聪, 赵欣, 孙杰, 宋洪柱, 张彪, 孟凡彬, 吴兆剑, 邓小利, 江涛

摘要：煤炭是我国的主体能源和重要的煤化工原料，新中国成立70多年来煤炭地质勘查工作紧密结合国家战略需求，为国家探明了急需的煤炭资源，保障了国家煤炭能源供应。通过系统总结近年来我国煤炭地质工作取得的主要成果，分析了当前新条件下煤炭地质工作发展面临的重大研究问题，明确了煤炭地质勘查工作定位，提出“1个理论、10个主要技术”的重点攻关研究思路，拓展了煤炭地质勘查工作的研究范围，对保障煤炭资源在我国经济和社会发展中发挥好“稳定器”和“压舱石”作用具有重要研究意义。研究认为：(1)新条件下煤炭地质勘查工作已由以保障煤炭能源资源安全为主发展为既要保障煤炭能源资源安全供应，还要为绿色矿山建设、矿山智能化开采与生态安全服务的煤炭生态地质勘查新阶段。(2)提出了煤炭地质勘查工作今后的重点是资源勘查与利用、地质条件评价与动态地质事件预警、矿山环境治理修复与生态地质层功能作用复原、地质条件改性等方面的10大重点攻关问题。(3)针对煤、煤系及煤盆地多能源多矿产资源赋存特点，需研究建立煤与煤系共伴生矿产协同勘查模式，在关注“煤”的同时，加大对煤系、煤盆地全域性的多矿产聚集规律和各类资源研究，推动煤、煤系及煤盆地多能源多矿产资源协同勘查与开发利用。(4)针对煤炭智能化开采面临的地质保障问题，加强多手段协同技术开展开采扰动条件下地下水渗流介质及流场演化规律研究，瓦斯(煤层气)逸散和突出机理等隐蔽致灾因素研究，为矿井水、气灾害防治等隐蔽致灾地质因素勘查和资源化利用提出精准分析与预测预报。(5)针对新条件下，煤炭地质勘查工作提升至煤炭生态地质勘查工作的发展需求，提出采用地质手段开展生态环境治理修复新思路，核心是通过人工干预和修复被扰动或破坏的生态地质层，形成与周边地质和生态条件等功能相协调的人造地质体。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

260

174
我国煤与瓦斯突出机理70年发展历程与展望

作者(Author)：张超林, 王培仲, 王恩元, 许江, 李忠辉, 刘晓斐, 彭守建

摘要：煤与瓦斯突出灾害的有效防治一直是我国煤矿安全生产面临的挑战性难题，其前提和基础是对煤与瓦斯突出机理的深入研究。全面阐述我国近70年来在煤与瓦斯突出机理研究领域所开展的工作和取得的成绩，其研究过程分别经历了积极探索阶段(1955—1977年)、理论奠定阶段(1978—2002年)、快速发展阶段(2003—2015年)和稳定发展阶段(2016年至今)；基于文献计量学方法和科学知识图谱分析，探讨了突出机理的研究热点和前沿趋势。分别从理论假说、物理模拟、数值模拟3个方面系统总结了我国煤与瓦斯突出机理研究进展：理论假说方面，在综合作用假说的基础上，针对我国煤矿实际情况形成了以流变假说、球壳失稳理论、力学作用假说等为代表的新观点和新理论，奠定了突出理论研究基础；物理模拟方面，围绕突出主控因素、多物理场演化、能量转化与失稳条件、地质构造与构造煤、两相流致灾机制等方面进行了大量的试验研究，基本掌握了突出的发动条件、发展过程、演化规律及影响因素；数值模拟方面，主要开展了突出煤层、地质构造和突出两相流等方面的模拟研究，然而由于突出过程和影响因素的复杂性，仍无法实现突出全过程的模拟分析。目前，已初步形成了具有我国特色的煤与瓦斯突出理论体系，但时有发生的突出事故表明突出防治形势依然严峻。结合研究现状和发展趋势，认为应进一步研究突出全过程、全要素、全时空耦合演化过程，分析含瓦斯煤多尺度流变行为，探索煤层储能与动态释放过程，揭示复合与次生灾害成灾机制，形成煤与瓦斯突出耦合演化机理、力学模型、能量模型和灾变模型；在此基础上针对典型突出场景，开展复杂地层下突出物理模拟试验和全过程数值模拟反演，实现突出危险的实时监测和连续预警。

煤田地质与勘探

2023年第02期

180
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

324

172
CO2 地质封存与利用示范工程进展及典型案例分析

作者(Author)：刘世奇, 皇凡生, 杜瑞斌, 陈世恒, 管奕婷, 刘英海, 汪涛

摘要：CO2地质封存与利用工程实施具有十分可观的CO2减排效果，推行CO2地质封存与利用项目对于缓解全球气候变暖、践行我国可持续发展战略具有重要意义。梳理了目前主要的CO2地质封存与利用方式，统计了全球范围内的CO2地质封存与利用示范工程，重点介绍了我国典型CO2地质封存与利用示范工程案例，并对CO2地质封存与利用技术发展趋势进行了展望。目前，CO2地质封存与利用方式主要包括CO2驱油封存、CO2驱替煤层气封存、CO2咸水层封存、CO2枯竭油气藏封存、CO2驱替页岩气封存、CO2深部咸水层封存与采水、CO2封存与增强型地热发电、CO2封存与铀矿地浸开采等；国内外在CO2驱油封存、CO2咸水层封存以及CO2封存与铀矿地浸开采方面已形成了配套完整的技术体系，实现了广泛商业化应用，而在其他CO2地质封存与利用方面尚处于现场试验与工程探索阶段；我国现已开展了23个CO2地质封存与利用项目，含12个CO2驱油封存项目、2个CO2咸水层封存项目、7个CO2驱煤层气项目以及2个CO2+O2地浸采铀项目。我国的CO2地质封存与利用技术起步较晚，与欧美发达国家相比仍具有较大差距，未来亟待加快百万吨/年以上规模的CO2地质封存与利用全流程技术与集群部署的工程示范，强化CO2地质封存与利用集群化规模部署技术科学基础研究，重点解决工程化CO2地质封存与利用全流程技术关键环节瓶颈。

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煤田地质与勘探

2023年第02期

191

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声波探测技术在矿井领域中的应用及展望

作者(Author)：邓军, 王津睿, 任帅京, 何骞, 王彩萍, 屈高阳

摘要：声波矿井探测技术是基于声学法进行矿井信息探测的物探技术，相较于其他探测方式具有适用性广、可靠性高、经济投入低等优势。介绍了声波探测技术在矿井领域的发展概况，针对声波探测技术在矿井内部基础物理信息探测、矿井外部地质信息勘探领域内的研究进展和技术特点进行文献梳理与论述，研究声波探测技术在矿井探测领域内判断物体状态的探测机理、实现方式和适用场景。在矿井内部基础物理方面归纳了声波测温、声波定位、声波流场测速等方向的发展概况，针对煤体测温、矿井管线测距、地下构筑物完整性检测及生命探测救援领域内的技术进行重点介绍，同时拓展了声波在烟气流速监测、气体浓度感知、湿度信息探测等方面的发展趋势；在矿井外部地质情况勘探中，总结了声波测井技术和声波CT探测技术的应用情况，并着重介绍了其在围岩裂隙超声波探测及强矿震异常区探测等应用场景中的研究现状。探讨了现阶段矿井声测技术研究中有关定位精度、算法优化、噪声干扰等方面存在的不足，结合当前的物理探测技术现状和现代声学发展形势，对未来声波在微观信息探测、实时系统化控制、误差优化等矿井探测领域的发展趋势与研究重点进行展望，研究成果为我国在声波矿井信息探测领域的研究提供一定借鉴。

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煤田地质与勘探

2023年第06期

280

181
中国煤炭地下气化现场试验探索历程与前景展望

作者(Author)：秦勇, 易同生, 杨磊, 周永峰, 王军, 汪凌霞

摘要：低碳高效煤炭能源结构转型是碳达峰碳中和(“双碳”)背景下我国能源持续发展的必由之路，煤炭地下气化(UCG)正是其中的一项重要战略选择。基于历史文献调研，分析了我国UCG现场试验探索历程，展望了我国UCG产业化前景。分析认为，我国UCG技术发展和现场试验历程先后经历了初步尝试、沉寂/复苏、广泛探索、技术突破、试验扩展5个发展阶段，为我国新一轮UCG产业化探索奠定了深厚的科学技术基础。以上历程中，3项成果为我国UCG技术发展做出了里程碑式贡献，一是徐州马庄矿井式UCG先导试验首战成功，二是发明“长通道大断面两阶段(LLTS)”UCG工艺，三是内蒙古乌兰察布钻井式UCG现场试验成功。长通道大断面两阶段(LLTS-UCG)工艺，是我国唯一被国际UCG领域公认的创新成果，长通道突破了国际上当时气流通道长度的限制，增加单炉可气化煤量，极大提高了UCG单炉产气能力；大断面提高单炉日产气量，两阶段注气提高煤气转化率，获得了高质量合成气，开创了我国UCG商业化生产先河，且控制方法简单，其基本思想和基本工艺对中深部UCG技术发展同样具有借鉴价值。从国家需求、技术成熟度、资源潜力、保障措施四个方面展望了我国UCG产业化前景，提出了发展重点和产业政策体系建设的建议。一是我国UCG产业化推进短期内重点依赖浅层，需进一步探索低环境损伤高转化率UCG过程调控机理，建立构造煤层、多薄煤层等复杂地质条件UCG技术体系；长远则寄希望于中深层，关键在于发展多场耦合条件下的UCG–煤层气资源–CO2储存与利用(UCG–CBM–CCUS)协同高效联产工艺技术。二是建议政府制订具有可操作性的UCG产业政策体系，为推进UCG产业化进程提供激励机制及法规保障。研究认识，一方面有利于坚定我国UCG产业化探索之路的信心，另一方面也为进一步创新适合于我国地质条件的UCG工艺技术提供了某些参考。

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煤田地质与勘探

2023年第07期

269

116
薄互层致密砂岩水力压裂裂缝扩展特征研究

作者(Author)：杨帆, 梅文博, 李亮, 孙泽宁, 安琦, 杨琦, 陆美全, 杨睿月

摘要：薄互层致密砂岩储层由于其砂泥叠置沉积，纵向非均质性强的特点，在水力压裂施工中，裂缝难以垂向扩展，有效沟通储层，明确薄互层水力裂缝垂向扩展规律对薄互层致密砂岩的开发具有重要意义。针对鄂尔多斯盆地临兴区块下石盒子组薄互层致密砂岩储层，通过建立薄互层致密砂岩地层裂缝扩展模型，研究了储隔层间应力差、储隔层厚度、岩石力学性质等地质因素和压裂液黏度、施工排量等工程因素对水力压裂裂缝扩展的影响，并通过现场井压裂效果和微震检测数据验证了模型的可靠性与准确性。研究结果表明：储隔层间应力差和储隔层厚度是影响水力裂缝穿层扩展最主要的地质因素，当应力差大于4 MPa时，裂缝垂向扩展受到抑制；弹性模量大的隔层有利于裂缝垂向扩展；泊松比对裂缝垂向扩展几乎没有影响；压裂液黏度对裂缝垂向扩展影响较小；泵注排量对裂缝垂向扩展有促进作用，但当排量增加到一定程度后，裂缝扩展放缓，对于不同的应力差，存在不同的最优排量。因此，对于薄互层致密砂岩水力压裂，低储隔层厚度、低储隔层应力差、高弹性模量和高注入排量能有效促进裂缝垂向扩展。研究成果可为该类储层水力压裂施工设计提供一定理论依据。

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煤田地质与勘探

2023年第07期

241

65
基于分形理论的煤岩裂隙网络渗透率模型

作者(Author)：夏彬伟, 廖传斌, 罗亚飞, 冀凯楠

摘要：煤储层裂隙是煤层气渗流的主要通道，决定了煤储层的渗透性及煤层气产能，研究裂隙结构特征与煤储层渗透性的关系对准确预测煤层气产能具有重要理论及实践意义。基于经典立方定律渗透率模型，同时考虑分形理论、裂隙网络结构特征及有效应力，构建包含复杂弯曲裂隙特征的分形渗透率模型，将分形渗透率模型与S & D(Shi-Durucan)模型相结合，建立真三轴应力作用下的裂隙煤渗透率模型。开展真三轴应力条件下的气体渗流实验，将构建的渗透率模型与试验结果及S & D模型拟合数据对比，该渗透率模型与实验结果具有良好的一致性，能够体现出三向应力加载条件下应力对渗透率变化的影响趋势，与S & D模型相比更能反映煤岩渗透率的各向异性特征。基于该渗透率模型，定量分析了煤岩裂隙结构参数对其渗透率的影响。结果表明，煤岩渗透率与孔隙率$ phi $(0.05~0.41)、分形维数Df(2.37~2.81)、最大裂隙长度lmax(3.5~8.0 cm)、比例系数β(0.010~0.065)呈正幂律关系；与迂曲度分形维数DTf(2.005~2.275)，裂隙倾角θ(10°~80°)呈负幂律关系。研究成果对准确预测煤岩储层渗透率，揭示煤储层中煤层气的流动机理具有重要作用。

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煤田地质与勘探

2023年第08期

239

57