煤炭地质 矿井地质

• 神府煤田勘查开发的地质科技创新与贡献

  范立民;

  【背景】神府煤田(即陕北侏罗纪煤田)的发现和探明，是我国“六五”期间煤炭工业最重要的成就，由此拉开了我国煤炭工业战略西移的序幕。神府煤田勘探与发现的道路曲折，科技创新成就珍贵，总结煤田地质勘查和研究进展，对我国西部煤炭主产区的地质工作、绿色开发具有重要启示和借鉴。【进展】一是聚煤模式和聚煤规律的研究，从早期的河流沉积和煤层呈鸡窝状分布的不当认识，转变到大型湖泊三角洲沉积以及发育5个连续沉积的煤层(组)的客观认识，促进了普查找煤工程部署和快速完成。二是煤田勘探从早期按部就班套用“规范”，转变到榆神矿区勘探阶段大胆创新，提出了“沙漠煤田综合勘探技术”并推广应用，大幅度缩短了勘探周期，降低了勘探成本，提高了对煤层、地层和各类地质界线的控制程度，在20世纪90年代末期国家地质勘探投入不足的情况下，促成了榆神矿区及早开发。三是保水采煤科学理念的提出和科学技术体系的创建，创新了煤田开发生态环境保护的思路和方法。在神府煤田开发初期就关注到地下水水位管控和生态环境保护，建成了我国首张省级煤矿地下水监测预警网，监测站点涵盖神府煤田所有煤矿和规划区，促进了煤田开发的可持续发展。四是突水溃沙灾害、地面沉降和地裂缝等灾害防控、生态修复技术创新与应用，促进了绿色矿区建设，建成了和谐矿区、绿色矿山。【启示】国家重大需求是推动神府煤田发现与勘探的重要契机，科技创新是推动煤田勘探进展和科学勘探的主要驱动力，产-学-研的有机结合是科技创新和产业发展的最佳途径。【展望】高分辨沉积环境研究、透明地质大模型构建、深部煤层开采矿井水源头减水、高强度采煤条件下含水层结构保护和生态修复，无疑是今后神府煤田地质科技创新的重要方向。

  2025年03期 v.53;No.327 1-22页 [查看摘要][在线阅读][下载 2316K]
  [阅读次数：4 ] |[下载次数：969 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ]

• 采动诱发断层滑移评估模型及失稳范围确定方法

  赵洪宝;张博;张驰;吉东亮;

  【目的】断层在采动影响下易活化发生滑移失稳，可能引发矿震等一系列灾害，严重威胁矿井安全，因此，需分析受采动影响的断层活化力学机制，提前确定采动与断层活化的互馈影响准确范围。【方法】以山西辛置煤矿213B工作面为工程背景，分析采动影响导致断层活化的过程，建立采动影响断层围岩弹性力学模型，从应力变化角度阐明采动对断层稳定性造成影响的力学机制，构建断层滑移倾向评估模型。采用FLAC~(3D)模拟回采进程中断层上下盘滑移倾向指标的变化趋势。依据断层滑移倾向指标与断层摩擦因数之间的关系，判定断层活化的临界值，确定断层失稳空间范围，分析断层活化后导致强矿震的危险空间范围。【结果和结论】结果表明：当采动工作面逐渐接近断层时，会导致断层滑移倾向性指标大幅上升。受采动影响，F1478断层和F1477断层均产生局部滑移错动。断层滑移倾向表现出上下盘相互错动的趋势，导致滑移指标呈现出“振动波”形式。工作面双断层数值模拟背景下，回采导致断层滑移失稳与采动的互馈影响范围，为工作面通过F1478断层后的32～200 m，断层滑移错动位置主要集中在距离煤层底板向上12 m范围内。现场微震监测数据推测断层滑移失稳区间为通过F1478断层后的30～200 m，与数值模拟结果基本一致，表明断层滑移倾向评估模型准确可靠，数值模拟分析的互馈影响区间判断合理。研究方法可为类似地质条件的工作面评估断层活化提供技术参考依据，为煤矿安全高效开采提供保障。

  2025年03期 v.53;No.327 23-33页 [查看摘要][在线阅读][下载 3778K]
  [阅读次数：6 ] |[下载次数：529 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ]

• 碎软煤层顶板长钻孔定向压裂瓦斯超前治理工程实践

  贾秉义;李树刚;陈冬冬;张群;

  【目的和方法】针对碎软强突煤层瓦斯含量高、压力大，区域预抽钻孔施工过程中喷孔强度大易造成瓦斯超限，钻孔施工效率低等问题，在分析现有区域瓦斯超前抽采卸压技术现状及适应性、近煤层顶板钻孔间接压裂的裂缝扩展延伸特征研究基础上，提出了泥岩层顶板长钻孔套管内定向喷砂射孔分段水力加砂压裂区域瓦斯超前抽采卸压技术，并根据地层特征优化设计了钻孔孔身结构。在安徽淮北芦岭煤矿开展了现场工程试验，完成1个钻孔的钻探施工和套管固孔，孔深520 m，下入一级套管110 m，直径219 mm，二级套管520 m，直径114.3 mm，水泥浆带压固孔。分9段进行射孔压裂，累计射孔39次，形成78个孔眼；单段注液量210～420 m~3，最大泵注压力17.8～28.3 MPa，加砂比例2.5%～3.3%。【结果与结论】压裂钻孔抽采第257天时，累计抽采瓦斯纯量超过8×10~5 m~3，区域预抽率达15.5%。压裂钻孔水平段左右两侧0～15 m和15～30 m范围内瓦斯体积分数降幅分别达27.05%和11.36%；距压裂钻孔平面距离0、15 m处瓦斯压力由2.78 MPa分别降低至1.14 MPa和1.75 MPa，压力降低幅度超过37%。区域瓦斯超前抽采卸压效果明显，技术可行性和有效性得到了验证。超前抽采卸压区域预抽钻孔百孔喷孔率和喷孔强度分别降低了57.89%和67.11%；预抽钻孔一次成孔率提高19%，补孔率降幅达74.87%，钻机施工平均台班效率同比提高了34%。预抽钻孔施工期间，未发生瓦斯异常事件，安全效益显著。该技术可为类似地质条件矿井瓦斯灾害超前治理提供借鉴，已进一步推广至淮南矿区。

  2025年03期 v.53;No.327 34-43页 [查看摘要][在线阅读][下载 2609K]
  [阅读次数：4 ] |[下载次数：308 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ]

煤系气 煤伴生矿产

• 中国南方煤层气主要地质特点、勘探开发进展及策略

  郭涛;周亚彤;金晓波;高小康;彭兴平;

  【目的和方法】中国南方多、薄煤层叠置条件下煤层气资源丰富，是我国煤层气勘探开发的重要接替区，近年来煤层气产业取得长足进展，但要实现全面效益开发仍面临诸多挑战。为进一步助推煤层气产业快速发展，总结南方煤层气主要地质特点，梳理勘探开发现状与进展，基于存在问题提出开发对策。【结果】结果表明：南方地区煤层气资源丰富，具有“煤层层数多而薄、累厚大、中-高热演化、高含气，深部高饱和、富含游离气；构造条件与煤体结构复杂”典型特征。勘探开发经历了资源调查与技术借鉴(1989-2009年)、技术探索(2010-2020年)与技术升级及深部煤层气攻关(2021年至今) 3个阶段，当前正处于南方深部煤层气地质理论认识提升、适应性有效支撑压裂技术升级优化阶段，有望支撑南方煤层气快速发展。【结论】针对南方煤层气地质特点，提出“加大地震勘探投入，优选构造稳定区，边评价边建产，井组式滚动开发；优化产层组合实施多层大规模压裂合采；优选主力煤层实施水平井分段压裂；加快深部煤层气勘探评价”4项开发建议。发挥多煤层优势、实施有效支撑压裂改造、加快深部煤层气地质评价与选区是南方煤层气走向规模化开发的重要途径。

  2025年03期 v.53;No.327 44-53页 [查看摘要][在线阅读][下载 3862K]
  [阅读次数：12 ] |[下载次数：519 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ]

• 鄂尔多斯盆地延川南煤层气田地质特征及勘探开发关键技术

  何希鹏;肖翠;高玉巧;李鑫;郭涛;蔡潇;

  【目的】我国煤层气资源丰富，是天然气增储上产的重要接替领域，近年来煤层气勘探开发逐步向深层、薄层拓展，但整体上具有非均质性强、超低渗、地应力高、富集规律复杂等地质特点，面临地质理论不完善、关键技术适应性差、投资回报率低等挑战，制约了煤层气规模效益开发。【方法】以鄂尔多斯盆地延川南中深部薄煤层勘探开发实践为例，系统分析气田地质特征，总结煤层气富集高产主控因素，建立了地质工程一体化的中深部薄煤层高效勘探开发技术系列。【结果】(1)延川南气田发育谭坪、万宝山两个构造带，不同构造带沉积、煤岩煤质、储层、保存、地应力特征差异较大，但总体上为中深层、欠饱和、低温、低压的热成因优质煤层气藏，生产特征受控于压裂改造效果，常规疏导式压裂气井具有“见气上产慢、单井产能及可采储量低”的生产特征，有效支撑压裂气井具有“上产快、单井产能及可采储量高”的生产特征。(2)动静结合，形成了中深层煤层气“沉积控煤、保存控富、地应力控渗、有效改造控产”的四元耦合富集高产地质认识。(3)建立地质–工程“双甜点”定量化指标评价体系，指导有利区优选；形成了煤多尺度孔缝特征定量表征技术，实现储集空间厘米-毫米-微米-纳米级多尺度定量表征。(4)基于煤层气建模数模一体化关键技术明确了剩余气类型及分布规律，指导剩余气富集区重构井网，提高气田储量动用率、采收率；强化井网与缝网的适配性，建立了不同地质条件下“井网–缝网–产能–效益”一体化开发技术政策。(5)针对煤层厚度薄、构造起伏大等问题，兼顾高效钻完井与压裂、排采需求，形成了薄层水平井导向–压裂–排采一体化成井技术；通过深化煤岩特性认识，开展多轮次攻关实践及迭代优化，形成了“高液量前置拓缝长，变排量稳压控缝高，变粒径支撑不同尺度裂缝”有效支撑压裂优化技术；基于压裂技术进步，排采理念由“缓慢长期”向“优快上产”转变，形成了基于有效支撑压裂的“四段两压三控”优快上产排采制度。(6)形成“节点–区域–中心”的“三级增压”模式，最大限度释放产能。【结论】在研究成果的指导下，气田产量稳中有升，单井产能大幅提升，定向井日产气量由0.1万m~3提升至1万m~3，水平井日产气量由(0.5～0.6)万m~3提升至(2.5～6.0)万m~3，取得较好开发效果，实现效益开发，对于国内同类型深、薄煤层气资源的效益开发具有较好的借鉴意义。

  2025年03期 v.53;No.327 54-71页 [查看摘要][在线阅读][下载 2986K]
  [阅读次数：4 ] |[下载次数：712 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ]

• 上扬子地区下寒武统筇竹寺组地层特征及页岩气富集段分布

  王红岩;施振生;赵群;周天琪;汪鹏飞;

  【目的】上扬子地区下寒武统筇竹寺组页岩不仅保留重要的原始沉积海洋信息，更是重要的烃源岩和储集层，已展示出巨大的页岩气勘探潜力。【方法】基于地震、钻井和露头资料，通过系统地层划分和对比，开展页岩地层和分布，明确页岩气甜点段。【结果和结论】结果表明：上扬子地区下寒武统筇竹寺组划分为，筇一段(筇一1至筇一4亚段)和筇二段(筇二1至筇二4亚段)。(2)麦地坪组和筇一段主要发育于德阳-安岳克拉通内裂陷内，而筇二段在裂陷外亦有广泛分布。裂陷内部地层结构表现为麦地坪组至筇一段东西两侧终止于灯影组灰岩，西侧厚度变化较缓，东侧地层快速尖灭；南北方向上，筇一段由北向南减薄，筇二段中部薄而南北厚。裂陷外部则以筇二段全区发育为特征，其中筇二1亚段直接超覆于筇一段或灯影组灰岩之上。(3)筇二1亚段页岩具有优越的生烃、储集以及垂向和侧向封堵条件，为页岩气的富集段。内裂陷北段天星1井筇二1亚段页岩微孔隙和微裂缝发育，测井孔隙率为4.93%～6.57%，平均5.08%；德阳-安岳克拉通内裂陷槽中部的威页1井筇竹寺组筇二1亚段页岩有机质孔发育，测井孔隙率为4.20%～4.70%，平均4.51%；内裂陷南部的云南曲靖地区钻井井位有曲页1井、曲地1井等，筇竹寺组黑色页岩孔隙发育，高压压汞孔隙率为1.59%～11.33%，平均5.0%。(4)相比之下，尽管筇一段页岩在生烃和储集条件上表现良好，但其生成的页岩气易侧向沿岩溶带或断层逸散，不利于原地聚集成藏。如，内裂陷北段的川深1井，筇一3亚段厚约40 m，测井TOC含量平均3.5%，测井孔隙率平均6.4%，均为优质烃源岩和储集层，不利于原位聚集成藏。综上，筇二1亚段页岩因其高孔隙率和良好的封堵条件，为页岩气勘探的“甜点段”，为下一步油气勘探提供依据和指导。

  2025年03期 v.53;No.327 72-89页 [查看摘要][在线阅读][下载 4049K]
  [阅读次数：1 ] |[下载次数：586 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ]

• 微波辐射时长对煤甲烷吸附效率的影响及机制

  胡宜亮;鲍园;孟佳豪;陈雪茹;山拓;

  【目的】微波辐射时间是微波辅助高效提升煤层气采收率的关键因素，其对煤层甲烷吸附效率的影响机制尚不明确，需深入研究微波辐射时长条件对煤层甲烷吸附效率的具体影响，揭示其内在约束机制。【方法】以黄陵矿区2号煤层为研究对象，用700 W功率微波对煤样辐射0～18 min，开展等温吸附、低温液氮吸附和傅里叶红外光谱实验，分析不同微波辐射时长下煤的甲烷吸附能力、微观孔隙结构和分子结构的变化；利用多元统计学分析辐射后煤体结构参数与甲烷吸附参数的相关关系。【结果和结论】实验结果显示，随着微波辐射时长的增加，煤的甲烷吸附量呈现出先减小后增加的变化趋势。当微波辐射时长达到12 min时，甲烷吸附量降至最低，仅为14.94 cm~3/g。微波辐射对煤分子结构影响显著，随着辐射时长增加，煤样中脂肪族结构(CH_2/CH_3)、含氧官能团、芳香结构及羟基吸收带的响应强度整体减弱，而芳香度(H_(ar)/H_(al))则呈现升高的趋势，总体分子稳定性增强，表明微波辐射通过降低支链化程度和增加芳香结构缩合，改变了煤的甲烷吸附能力。随着微波辐射时长的增加，煤微观孔隙呈现出先扩孔、后增孔的变化特征，具体表现为介孔的比表面积(SSA)先减小后增大，而孔体积(PV)则先增大后减小。基于Pearson相关性矩阵及主成分分析方法，发现2～10 nm介孔比表面积是制约煤层甲烷吸附效率的关键参数。研究成果可为微波辅助煤层气高效开发提供辐射时长等理论参数，并为后续多参数耦合机制的深入研究奠定了基础，有助于推动微波辐射技术在煤层气增产工程中的应用。

  2025年03期 v.53;No.327 90-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 2023K]
  [阅读次数：1 ] |[下载次数：169 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：1 ]

• 低孔低渗咸水层CO₂封存选址评价体系——以鄂尔多斯盆地为例

  牟瑜;王浩璠;赖学军;马劲风;罗少成;李琳;丁钊;

  【目的】深部咸水层作为地下空间资源来实施CO_2注入与地质封存项目，是实现温室气体减排和碳中和目标的一项重要手段。CO_2咸水层地质封存选址及潜力评价多为较宏观的盆地级、区域级，选址评价体系尚未考虑低孔低渗地层的适宜性。【方法】基于鄂尔多斯盆地榆神地区192口测井资料，开展非油气层段地层划分与对比、岩性和物性解释并识别咸水层，在标定的优势咸水层地层特征、盖层封闭性、封存潜力、地表环境等研究基础上，提出并分级量化了考虑低孔低渗储层发育特征的CO_2咸水层地质封存选址评价指标。【结果和结论】所提出的一级评价指标为地质封存条件、封存能力条件和社会环境条件，分别表征咸水层可注入性、可封存性和地表可行性，其中地质封存条件包括储层岩性、储层厚度、孔隙度、渗透率等二级评价指标，封存能力条件包括盖层封闭性、埋深、封存潜力、断裂等二级评价指标，社会环境条件包括地下资源开发现状、土地利用现状、塌陷及灾害区、源汇匹配、公众接受度等二级评价指标。建立的基于鄂尔多斯盆地低孔低渗砂岩储层现状的靶区级、场地级CCS项目选址评价体系，将为进一步确定CO_2咸水层地质封存工业化项目的落地和实施提供依据和指导。

  2025年03期 v.53;No.327 99-112页 [查看摘要][在线阅读][下载 2155K]
  [阅读次数：4 ] |[下载次数：593 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ]

水文地质 工程地质 环境地质

• 煤矸石在绿色矿山建设中的规模化利用技术研究进展

  史全林;龙力华;杨前;王少辉;谢大伟;

  【背景】我国煤矸石固废产量大、堆存量持续增加，长期堆放会造成土地资源的浪费且污染矿区环境。利用煤矸石制备高附加值化工产品、提取有用元素等固废处理方式，存在消纳能力不足等问题，难以满足大宗固废规模化处置利用和绿色矿山建设要求。【进展】煤矸石在矿区复垦、井下充填等领域综合利用，是实现其规模化处置利用的重要发展方向。系统总结了煤矸石的物理化学特性及其资源属性，并分析了煤矸石长期堆放对矿区大气、土壤、水体等影响；以绿色矿山建设为出发点，重点介绍了煤矸石作为塌陷区复垦、地聚物注浆、固体充填、膏体充填及似膏体充填等材料的固废规模化处置与利用技术的原理、发展及应用效果。发现煤矸石复垦材料能够改善土壤性质、促进植物生长，但存在短期内重金属迁移污染环境等问题；煤矸石作为地聚物注浆材料实现了煤矸石重金属物质的有效固化，降低了重金属元素释放对环境的危害；煤矸石固体充填技术具有煤矸石处理工艺简便、辅助材料使用少的优势，但面临充填效果不均匀、污染地下水等挑战；归纳了煤矸石膏体充填材料、似膏体充填材料的原料配方及流动性优势，分析了材料的微观水化机理与流动特性，为矿井充填开采提供了关键技术支撑。最后提出目前煤矸石存在活性难以充分激发并利用、应用缺乏前期分类预处理、井下充填注浆利用成本高以及规模化利用缺乏激励性政策支持等问题。【展望】为进一步推动煤矸石在矿区的安全高效、风险可控及规模化利用，未来将重点围绕煤矸石低成本复合活化方法、煤矸石固废利用过程环境友好性评估、煤矸石矿化封存CO_2与负碳利用等开展研究，为煤矸石“绿色-高效-高值”综合利用路径发展提供思路，提高煤矸石的规模化利用和风险防范能力，促进固废利用与绿色矿山建设的协同发展。

  2025年03期 v.53;No.327 113-125页 [查看摘要][在线阅读][下载 3796K]
  [阅读次数：2 ] |[下载次数：897 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ]

• 我国干热花岗岩在不同冷却条件下的力学响应研究进展

  解经宇;宋继伟;隋建才;赵萌;王韧;曾翀;王建龙;

  【意义】增强型地热系统(EGS)是目前开发干热岩的关键技术手段，在EGS的建设与运行过程中，储层岩石会遇到高温冷却、循环冷却、遇水冷却等多种冷却条件。因此，研究不同冷却条件下花岗岩(典型干热岩)的力学响应特征意义重大。【进展】(1)总结并分析了不同冷却条件(高温自然冷却、遇水冷却、循环冷却)下我国典型花岗岩在力学响应(单轴抗压强度σ_c、弹性模量E、抗拉强度σ_t和泊松比ν)方面的实验数据，指出温度低于200或300℃时，高温自然冷却后花岗岩的σ_c、E和σ_t略有降低；温度高于200或300℃时，σ_c、E和σ_t随温度升高近线性减小。(2)在任意温度下，遇水冷却后花岗岩σ_c、E和σ_t随温度的升高近线性减小。循环冷却下，在经历第1次循环后花岗岩σ_c、E和σ_t迅速降低，而当循环次数大于5时，σ_c、E和σ_t逐渐趋于定值。高温自然冷却下，ν随温度升高而降低，其降幅大于高温遇水冷却条件下的ν。(3)高温花岗岩在不同冷却条件下力学性能劣化的主因是内部微裂纹的起裂和扩展。统计了不同冷却条件下干热花岗岩力学响应数据并分析其内在机理，对力学参数归一化值与温度的关系进行拟合，并提出了经验公式。【展望】提出高温花岗岩岩石力学研究的未来发展趋势，包括干热岩开采与CO_2地质封存结合过程中的力学响应、多场-多相-多过程耦合作用下干热岩力学响应、基于干热岩开发过程中的实际条件开展实验研究等，以期为干热岩开发的相关设计、计算和数值模拟提供理论支撑。

  2025年03期 v.53;No.327 126-142页 [查看摘要][在线阅读][下载 4495K]
  [阅读次数：1 ] |[下载次数：346 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ]

• 生态脆弱矿区覆岩采动裂隙渗流演化规律及自修复表征

  李建伟;孙艳超;张传玖;他旭鹏;曹健;张健;

  【目的】我国西部生态脆弱区受煤矿开采影响巨大，在开采扰动下采空区上覆含水岩层遭到破坏，易导致水资源流失、土地荒漠化等问题，为此人工引导裂隙自修复进而保护或恢复地下水位至关重要。【方法】以内蒙古布尔台煤矿22108工作面为工程背景，采用物理相似试验、数值计算与理论分析等方法，深入研究开采扰动和裂隙水渗流耦合作用下生态脆弱矿区煤层覆岩裂隙渗流演化规律，并对覆岩裂隙自修复效果进行表征分析。【结果与结论】结果显示：(1)基于位移差值系数，裂隙发育总体表现为采空区两侧高度发育、中部压实的“双峰”状分布。(2)工作面推进78 m时，导水裂隙已发育至第Ⅱ含水层，此时位移差值系数为0.25，并出现突变现象，渗流演化分布与覆岩裂隙发育开始呈现强相关性，位移差值系数由0.25增大至0.40时，覆岩隔水层含水率平均增加2.0%，且开采边界附近裂隙导流能力大于其采空区中部覆岩裂隙导流能力。(3)开采结束后，第Ⅱ含水层水位较开采前有所下降，平均水位下移13 m，由于采空区压实及覆岩采动裂隙闭合形成新的含水层，地下水流场实现自身演替。(4)经长期残余沉降、应力压实等多因素耦合影响，覆岩裂隙岩体表现出隔水层降渗的自修复现象，根据模拟开采完毕8.3 a后自修复结果显示，基于导水裂隙渗流速度求得采空区中部覆岩区域自修复率为45.5%～55.6%，开采边界区域自修复率为6.3%～25.0%；基于覆岩含水率求得采空区中部区域自修复率为33.3%～35.7%，开采边界区域自修复率为10.0%～18.2%。研究成果为揭示西部生态脆弱矿区覆岩裂隙渗流演化规律及其自修复特性的定量表征提供了理论依据。

  2025年03期 v.53;No.327 143-155页 [查看摘要][在线阅读][下载 3261K]
  [阅读次数：1 ] |[下载次数：442 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ]

• 岩体节理粗糙度定量化评价新模型

  陈世江;刘宏伟;李涛;岳虎;刘建刚;余江;

  【目的】岩体节理粗糙度对其剪切、渗流等力学性质有重要影响，其精准定量化表征对节理岩体工程实践具有重要意义。目前研究成果表明统计参数中一阶导数均方根与岩体节理粗糙度最具相关性，是表征节理粗糙度的重要方法之一，然而采样间隔严重影响其表征结果。【方法】鉴于此，深入分析一阶导数均方根表征节理粗糙度的缺陷，提出节理轮廓线上参与计算相邻点有效间距，改进采样间隔趋于最小采样精度时考虑坡向一阶导数均方根算法，建立考虑采样间隔改进参数评估节理粗糙度的统一模型；最后通过试验验证所提模型的可靠性。【结果与结论】结果表明：(1)在采样间隔趋于最小采样精度时，改进一阶导数均方根表征节理粗糙度更有效。(2)采样间隔在[2.13 mm, 10.1 mm]范围内，不同间隔下38组类岩石节理面4个方向上的粗糙度评估值与实际值平均偏差不超3.0；其中180°方向的标准差低至1.249。(3)构建的节理粗糙度评价新模型初步解决了一阶导数均方根参数表征节理粗糙度受采样间隔严重影响而不便应用的缺陷，为精准量化岩体节理粗糙度提供了一条新途径，该研究方案也为其他统计参数在节理粗糙度精准评估中的普适应用提供参考借鉴。

  2025年03期 v.53;No.327 156-166页 [查看摘要][在线阅读][下载 1895K]
  [阅读次数：2 ] |[下载次数：220 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ]

• 含构造煤组合体受载裂隙动态演化规律

  赵鹏翔;刘莹莹;李树刚;刘妍群;刘云川;王捞捞;陆卫东;

  【目的】构造煤裂隙发育对开采扰动下组合煤体动力灾害诱发具有重要影响作用，但影响规律尚不明晰。【方法】利用NanoVoxel-3000岩土多尺度高分辨综合扫描分析系统，开展含构造煤组合体单轴压缩CT扫描实验，通过Avizo重构软件重构细观几何结构，获得内部三维裂隙可视化模型。【结果和结论】结果表明：裂隙最先在构造煤中产生，裂隙扩展路径分别向上原生结构煤、下原生结构煤发育，径向、纵向裂隙数量总量分别达到7 354、1 901条；内部裂纹分支数目不断增大，界面破坏裂隙的倾向分布、倾角变化也越复杂，上界面裂隙散射角最终为86°、119°、124°、137°，下界面裂隙散射角为116°。受载过程中，试件整体呈组合破裂模式-倒“V”形+丛状裂隙，裂隙主要集中在构造煤中，占总裂隙的78.5%，裂隙体积和裂隙率呈现降低-缓慢上升-急剧上升-缓慢上升的发展规律。主裂隙长度由44.7 mm增长到99.4 mm，裂隙扩展速度呈现降低-上升-降低的发展规律。通过细观损伤力学模型、两参Weibull函数，构建含构造煤组合体试件裂隙扩展表征模型，建立组合体试件主裂隙形成路径判定流程，通过Matlab软件验证主裂隙路径形成判定的合理性，发现相对误差为1.54%～4.21%，验证了主裂隙路径形成判定的有效性，揭示受载作用下含构造煤组合体裂隙动态演化规律，为研究组合煤层开采扰动下煤岩动力灾害诱发因素提供理论依据。

  2025年03期 v.53;No.327 167-176页 [查看摘要][在线阅读][下载 2626K]
  [阅读次数：1 ] |[下载次数：346 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ]

• 华北型煤田不同覆岩类型下导水裂隙带高度分区预测研究

  徐东晶;张瑞庆;高卫富;姜浩楠;朱海锋;李业;夏志村;

  【背景】我国华北型煤田煤炭资源开采深度及开采强度逐渐增加，进而导致覆岩移动破坏及裂隙演化等热点问题，引起极大关注。【方法】收集华北型煤田导水裂隙带高度实测数据共117组，其中不同覆岩类型(坚硬、中硬和软弱)数据分别为17、42和58组。在此基础上探究不同覆岩类型控制下不同采高、不同采深以及不同工作面斜长对导水裂隙带发育高度的影响。根据华北型煤田含煤地层的沉积特点，将其划分为北带、中带和南带3个区域，分别采用卷积神经网络、贝叶斯公式及《“三下”规范》3种方法，分区域开展北带、中带和南带地区的导水裂隙带高度精细化研究。【结果和结论】结果表明：随着采高、采深或工作面斜长等因素的改变，不同覆岩类型条件下的导水裂隙带高度分布出现明显差异，从坚硬、中硬到软弱覆岩，裂采比依次降低，其中坚硬覆岩的裂采比是中硬覆岩的1.59倍，是软弱覆岩的1.77倍；中硬覆岩的裂采比是软弱覆岩的1.11倍。预测结果显示，3个地区卷积神经网络和贝叶斯公式的RMSE(E_(RMS))值分别为6.62和21.84、2.20和8.09、2.60和6.12，明显小于《“三下”规范》中的经验公式的RMSE(E_(RMS))值(45.91、13.40和21.99)，说明卷积神经网络和贝叶斯公式的预测结果均优于经验公式，其中卷积神经网络预测结果更为贴近实测结果，具有良好的适用性，可为华北型煤田不同覆岩类型下的导水裂隙带高度预测提供依据。

  2025年03期 v.53;No.327 177-189页 [查看摘要][在线阅读][下载 1965K]
  [阅读次数：2 ] |[下载次数：418 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ]

煤田物探 矿井物探

• 随掘地震实时采集数据同步时差校正方法

  金丹;

  【目的】随掘地震数据通常采用多台采集分站进行数据采集，各分站拥有多个采集通道，由于井下缺少GPS信号，同时现有的各种网络同步技术受井下网络延迟问题影响，从而使得接收到的随掘数据各分站之间经常会存在同步时差。而时间同步精度直接影响数据的处理及成像质量。因此，随掘地震实时采集数据的同步时差校正对于随掘地震的探测准确性至关重要。【方法】由于当前地面高精度授时系统尚无有效解决井下信号丢失问题的方法，提出了一种基于随掘地震数据的自适应时差校正方法。以各分站独立扫描、综合分析的自适应速度分析方法，解决了各分站的同步时差对速度分析的影响；通过速度分析结果，计算各分站模型道，进而求取得到各分站的同步时差，实现随掘地震数据同步时差的自动校正。【结果和结论】理论模型测试结果表明：该方法所得到的同步时差具有较高精度，并且受噪声影响较小。将其用于煤矿工作面实测随掘地震相干单炮记录，校正后的随掘地震记录各分站之间的时差被消除，且在信噪比较低的各道之间也未受到噪声影响，具有较好的自适应性。地震波传播的时间是随掘记录中的关键属性，通过精确校正时差，确保了各分站记录的随掘数据在时间上的一致性，从而显著提升了数据的准确性。

  2025年03期 v.53;No.327 190-196页 [查看摘要][在线阅读][下载 2444K]
  [阅读次数：1 ] |[下载次数：105 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ]

• 生成对抗网络算法在电成像测井裂缝空白条带填充中的应用

  康正明;武辰升;杨国栋;武迪生;王瑞飞;杨湘雨;甘伟;

  【目的】电成像测井仪器极板之间存在间隔，测得的井壁电阻率图像存在空白条带，对井壁附近裂缝参数评价影响较大。针对裂缝空白条带填充没有全井眼图像，填充质量评价难的问题，提出一种模拟数据与真实数据相结合构造数据集，基于生成对抗网络的电成像测井裂缝空白条带填充方法。【方法】首先，基于三维有限元法对裂缝地层的电阻率测井响应进行模拟。采用过渡边界条件代替实体裂缝的方法提升了多尺度模型的计算效率，满足了深度学习对样本的需求。其次，将模拟得到的裂缝与实际测井图像相结合构建了全井眼图像，用电成像测井图像制作的掩码作为空白条带。通过图像填充指标评价裂缝空白条带填充能力的方式优选超参数，获得最佳空白条带填充效果。最后，采用不同占比的掩码进行裂缝空白条带填充，并评价裂缝填充质量。【结果和结论】结果表明：模型能够在不同占比的空白条带情况下进行填充，对粗糙裂缝有较好的填充效果且裂缝形态平滑，能更准确地恢复边缘轮廓与细节。在真实测井数据上的填充进一步验证了其适用性，填充后的图像自然且能有效恢复裂缝特征，有助于裂缝提取及定量计算，为裂缝储层的精准评价提供基础，支撑油气产能的准确预测。

  2025年03期 v.53;No.327 197-207页 [查看摘要][在线阅读][下载 2213K]
  [阅读次数：2 ] |[下载次数：282 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ]

• 含煤盆地砂岩型铀矿勘查中的地球物理方法——以二连盆地中东部为例

  梁建刚;匡海阳;曹占宁;杨为民;

  【背景】砂岩型铀矿是我国铀资源增长的关键类型，广泛分布于陆相及海陆交互相沉积岩中。当前，我国对其勘查研究多集中于北方中新生代沉积盆地。【目的和方法】二连盆地具有“铀-煤-油”共生特点，以盆地中东部为研究对象，综合运用区域重力、航磁、航空放射性测量等资料，同时布设6条共130 km二维地震剖面，并采用土壤瞬时测氡法，剖析砂岩型铀矿关键控矿要素的地质特征与地球物理响应，构建找矿预测模型，旨在为含煤区找矿提供技术支撑。【结果】研究发现，重力反演揭示了基底隆-坳结构与铀矿富集的关系，航磁、航放明确了蚀源区及铀元素的迁移特征。区域重磁与航放数据识别出苏尼特隆起和巴音宝力格隆起两大蚀源区，揭示了物源供给边界；二维地震圈定了含铀砂体和蚀源区构造“天窗”；氡气测量异常经钻探验证，在马尼特坳陷南部圈定了一条长约20 km、宽1～3 km新的铀成矿带。【结论】区域重磁与航放数据为宏观成矿背景分析提供了重要依据，二维地震与氡气测量在含铀砂体定位及矿化异常识别中优势显著。综合运用多种地球物理方法，实现了多尺度地球物理方法融合，为含煤盆地砂岩型铀矿找矿突破奠定了坚实基础。

  2025年03期 v.53;No.327 208-219页 [查看摘要][在线阅读][下载 3533K]
  [阅读次数：2 ] |[下载次数：136 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ]

钻掘工程

• 煤层气水平井捞砂技术优化与工程应用

  张飞;王一兵;程璐;梅文博;杨琦;申文杰;曹超;来鹏;廖正凯;鲜保安;毕延森;

  【目的和方法】煤层气水平井生产面临完井管柱沉砂堆积、管壁结垢和卡泵等问题，导致煤层气产量下降或停产，严重制约了煤层气连续稳定生产，机械捞砂方式清除井筒内煤粉和沉砂，是恢复和提高水平井煤层气产量的有效工艺技术。针对煤层气水平井机械捞砂管柱密封性差、捞砂效率低和沉砂固结等难题，优化设计并加工了爪式刮板笔尖、破砂钻头、偏心翻板和机械式旋转工具等。基于水平井机械式捞砂泵原理，将水力附加轴向力引入管柱力学模型建立了管柱-水力耦合力学模型，提出了水平井捞砂作业参数优化方法，通过工程实例分析捞砂泵单冲程往复周期对储砂管内流体流动速度和煤粉运移能力影响、翻板吸入口开放度对水力附加轴向力影响，对比分析管柱–水力耦合力学模型与常规力学模型计算管柱轴向力结果。【结果和结论】结果表明：(1)爪式刮板笔尖通过结构优化提高了水平井管底沉砂破除效率，机械式旋转工具配合破砂钻头和卡簧结构解决了管壁固结沉砂破除难题，偏心翻板与球式单流阀增加了固–液两相流通过面积和密封性。(2)?110 mm捞砂泵在单冲程往复周期60 s条件下，可运移颗粒直径不超过2.5 mm煤屑，含有少量粒径3～12 mm煤屑，能够有效运移水平井筒内堆积煤粉颗粒至储砂管内部；捞砂泵上行、下行工况下管柱轴向力比常规起下钻分别增加906.94 N、减小37.41 N，提高了捞砂作业管柱受力计算准确性。(3)优化后的捞砂工具和工艺技术在沁水盆地10口水平井进行现场应用，单井捞砂量和单次捞砂量分别提高1.5倍、0.9倍，日均产气量和日均产水量分别增加1 483.7、2.18 m~3，为煤层气水平井高产稳产提供技术支撑，适用于中浅埋深煤层筛管完井和套管射孔完井的水平井及大斜度井，对推动煤层气高效开发具有重要实际意义。

  2025年03期 v.53;No.327 220-230页 [查看摘要][在线阅读][下载 3055K]
  [阅读次数：4 ] |[下载次数：140 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ]

• 边缘感知增强的煤矿井下视觉SLAM方法

  牟琦;梁鑫;郭媛婕;王煜豪;李占利;

  【目的】煤矿井下普遍存在低照度、弱纹理和结构化的特征退化场景，导致视觉SLAM(visual simultaneous localization and mapping)系统面临有效特征不足或误匹配率高的问题，严重制约了其定位的准确性和鲁棒性。【方法】提出一种基于边缘感知增强的视觉SLAM方法。首先，构建了边缘感知约束的低光图像增强模块。通过自适应尺度的梯度域引导滤波器优化Retinex算法，以获得纹理清晰光照均匀的图像，从而显著提升了在低光照和不均匀光照条件下特征提取性能。其次，在视觉里程计中构建了边缘感知增强的特征提取和匹配模块，通过点线特征融合策略有效增强了弱纹理和结构化场景中特征的可检测性和匹配准确性。具体使用边缘绘制线特征提取算法(edge drawing lines, EDLines)提取线特征，定向FAST和旋转BRIEF点特征提取算法(oriented fast and rotated brief,ORB)提取点特征，并利用基于网格运动统计(grid-based motion statistics, GMS)和比值测试匹配算法进行精确匹配。最后，将该方法与ORB-SLAM2、ORB-SLAM3在TUM数据集和煤矿井下实景数据集上进行了全面实验验证，涵盖图像增强、特征匹配和定位等多个环节。【结果和结论】结果表明：(1)在TUM数据集上的测试结果显示，所提方法与ORB-SLAM2相比，绝对轨迹误差、相对轨迹误差的均方根误差分别降低了4%～38.46%、8.62%～50%；与ORB-SLAM3相比，绝对轨迹误差、相对轨迹误差的均方根误差分别降低了0～61.68%、3.63%～47.05%。(2)在煤矿井下实景实验中，所提方法的定位轨迹更接近于相机运动参考轨迹。(3)有效提高了视觉SLAM在煤矿井下特征退化场景中的准确性和鲁棒性，为视觉SLAM技术在煤矿井下的应用提供了技术解决方案。研究面向井下特征退化场景的视觉SLAM方法，对于推动煤矿井下移动式装备机器人化具有重要意义。

  2025年03期 v.53;No.327 231-242页 [查看摘要][在线阅读][下载 3291K]
  [阅读次数：1 ] |[下载次数：329 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ]

• 金刚石粒径对钻具表面镍铜超疏水镀层性能的影响

  闻棋;李涛;段隆臣;潘秉锁;

  【目的】在钻探工具表面施加超疏水涂层能有效缓解钻头因泥包和岩心内管堵塞所带来的挑战，然而，超疏水表面的机械稳定性不足，这一局限性在一定程度上阻碍了其在实际作业中的广泛应用。【方法】为提高镀层的耐久性，通过复合电沉积技术将金刚石微粉共沉积于镍铜复合镀层中，并使用1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷(1H, 1H, 2H, 2H perfluorodecyltrimethoxysilane, PFDTES)进行表面改性。采用多种测试方法研究1μm和20μm金刚石的质量分数对复合镀层表面形貌、粗糙度、超疏水性和超疏水耐久性的影响，结合EDS和FTIR技术分析复合镀层的化学成分，并进行了冲刷磨损实验。【结果和结论】结果表明：(1)高比例的1μm金刚石促进了花椰菜状团簇的形成和发育，显著提升了镀层的超疏水性。氟化改性后镀层表面成功接枝PFDTES分子，有效降低了表面能。(2)只含有1μm金刚石的镀层展现出最佳的微纳分级结构，具有优异的超疏水性能，接触角高达159.3°±1.5°，滚动角为0.5°±0.2°。(3)冲刷磨损实验显示，1μm金刚石增强了花椰菜状团簇的强度和硬度，而20μm金刚石可以保护团簇，尤其是侧面，免受石英砂的直接磨损。当1μm金刚石质量分数为75%时，两种粒径金刚石的协同保护效果最佳，镀层展现出优异的超疏水耐久性和防泥皮结垢效果。研究成果不仅为解决钻探作业中频发的钻头泥包和钻具内壁泥皮结垢问题提供了可行的解决方案，还为增强超疏水涂层的耐久性拓展了思路，具有显著的潜在应用价值。

  2025年03期 v.53;No.327 243-250页 [查看摘要][在线阅读][下载 2263K]
  [阅读次数：1 ] |[下载次数：156 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ]

• 《煤田地质与勘探》征稿简则

  <正>《煤田地质与勘探》于1973年创刊,月刊(2022年1月起变更),中煤科工西安研究院(集团)有限公司主办,是煤炭地质行业学术与实用技术并重的综合性期刊。主要刊载煤炭地质,矿井地质,煤系气,煤伴生矿产,水文地质,工程地质,环境地质,煤田物探,矿井物探,钻掘工程等方面,具有较高学术、技术水平和实用价值的基础理论、先进技术与方法、先进经验等科研或工程实践成果。本刊发表的文章在国内外具有较广泛的影响,欢迎煤炭地质及相关领域的广大科技工作者踊跃投稿。

  2025年03期 v.53;No.327 251页 [查看摘要][在线阅读][下载 204K]
  [阅读次数：2 ] |[下载次数：4 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ]
下载本期数据