- 张泽源1;2;许峰1;2;王世东2;刘其声2
奥陶纪灰岩（简称奥灰）水是保德煤矿煤层开采的主要威胁水源，且为主要供水水源之一。为研究保德煤矿奥灰水水化学特征，并分析其形成机理，对保德煤矿区奥灰水进行系统取样，综合运用相关性分析、离子比例系数、饱和指数反演、氯碱指数等方法进行分析。研究结果表明：奥灰水的水质类型从径流区到滞流区呈HCO<sub>3</sub>-Na（Na·Ca）→HCO<sub>3</sub>·Cl-Na·Ca（Ca·Mg）→Cl-Na（Na·Ca）的变化趋势，各离子质量浓度与TDS值呈线性关系，除HCO<sub>3</sub><sup>-</sup>外，其余离子质量浓度均与TDS值呈正相关；阳离子交替吸附、BSR反应、溶滤沉析作用是控制矿区地下水化学环境的主要作用。根据饱和指数（SI）计算及路径模拟结果证实，径流区方解石、白云石和石膏大量溶解，滞流区出现白云石沉淀，石膏始终处于不饱和状态，趋于发生溶解。该结论可为保德煤矿深部煤炭开采水害防治与矿井水利用提供依据。
2020年05期 81-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 2670K] [阅读次数：232 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：157 ] |[引用频次：0 ] - 侯恩科1;范继超1;谢晓深1;龙天文1;张唤兰1;王建辉2;樊志刚2
导水裂隙带发育高度是矿井水害预测的重要技术参数之一。以彬长矿区文家坡煤矿4103工作面为研究对象，利用井-地联合微震监测技术对顶板导水裂隙带发育特征进行研究。研究结果表明：深埋煤层开采时，微震事件超前工作面回采位置发育，超前影响角最大为35°，最小为28°；断层的存在降低了覆岩稳定性，相较于正常基岩，更易在回采影响下发生应力集中和破坏；断层加大了微震事件发生的超前距，而采空区则使微震事件的高密度区向其所在部位发生偏移，加剧覆岩破坏程度，增大导水裂隙带发育高度；垂向上，4103工作面监测区内的微震事件高密度区域主要集中在高程+400~+520 m，结合微震事件数量和能量分布特征，判定4103工作面垮落带发育高度为50 m，垮采比13.16，导水裂隙带发育高度为117 m，裂采比为30.79。该成果可为彬长矿区类似煤矿深埋煤层顶板导水裂隙带发育高度研究及顶板水防治提供重要依据。移动阅读
2020年05期 89-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 7183K] [阅读次数：108 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：231 ] |[引用频次：0 ] - 纪卓辰1;2;丁湘1;2;侯恩科3;蒲治国1;2;谢朋1;2
纳林河二号煤矿作为纳林河矿区的第一对大型矿井，生产初期由于其自身复杂的水文地质条件和采掘的强扰动，导致涌水事件时有发生，给矿井的安全生产造成严重威胁，快速有效地找到涌水水源是防治矿井水害的关键。通过对纳林河二号煤矿主要含水层及采空区水样进行水质分析并绘制Piper三线图，揭示矿区各含水层地下水及采空区水的水化学特征，统计Ca<sup>2+</sup>、Mg<sup>2+</sup>、Na<sup>+</sup>+K<sup>+</sup>、HCO<sub>3</sub><sup>-</sup>、Cl<sup>-</sup>、SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>、pH和矿化度8个指标作为水源判别的原始数据，经主成分分析法（PCA）处理得到4个主成分<i>F</i><sub>1</sub>、<i>F</i><sub>2</sub>、<i>F</i><sub>3</sub>和<i>F</i><sub>4</sub>；将4个主成分的值作为Logistic回归模型的判别指标，建立纳林河矿区涌水水源判别模型；以36组标准水样作为训练样本，发现模型回代准确率为97.22%，再利用建立的模型对4组待判水样进行判别，结果与实际分析相符。研究结果表明：主成分分析和无序多分类Logistic回归方法相结合的涌水水源判别模型能够有效消除样本原始数据间的冗余信息，使涌水水源判别结果更加快速准确，可为矿井防治水工作提供决策和依据。移动阅读
2020年05期 97-105,112页 [查看摘要][在线阅读][下载 2149K] [阅读次数：106 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：114 ] |[引用频次：0 ] - 朱世彬
高浓度浆液注入到采空区后形成充填墩台，墩台搭接尺寸将影响其上覆承载力。为掌握搭接尺寸对上覆承载力影响规律，选取水泥为胶结材料，标准砂为骨料，配制高浓度浆液，并利用3D打印技术制模制作墩台试样，进行单轴抗压试验。结果表明，单个墩台在顶面面积和高度一定时堆积角度越小极限承载力越大；堆积角30°和45°的搭接墩台试样的极限承载能力均在对应的单个墩台的2.0~3.5倍范围，试样硬化后，搭接墩台试样的极限承载力随着搭接尺寸的增加呈先增大后减小的趋势；采用墩台充填的方式进行采空区治理时，合理设置注浆孔间距，使所注浆液在采空区内部形成搭接墩台群，其承载效果优于均匀分布的单个墩台；堆积角30°搭接墩台的场地承载力整体优于堆积角45°的搭接墩台；采空区内取充填堆积角30°搭接墩台，且注浆孔间距为极限搭接尺寸的38.5%时，治理场地内整体承载力最大。研究成果将为高浓度浆液部分充填治理采空区的工程实施提供依据。
2020年05期 106-112页 [查看摘要][在线阅读][下载 3548K] [阅读次数：119 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：98 ] |[引用频次：0 ] - 刘小平1;2;李姗2;刘新星2;曹晓毅2;王玉涛2
注浆质量检测是煤矿采空区废弃土地高效开发利用的关键技术，对科学评价采空区治理后场地稳定及建（构）筑物安全具有重要意义。通过众多工程实践，对注浆质量的检测方法、指标、合格标准、评价方法及检测工作中存在的误区进行了全面总结。结果表明，注浆工后质量检测是一项系统性工作，应根据建（构）筑物特点及注浆设计要求，遵循“内外兼顾、前后一致、综合检测”的原则优选检测方法；将检测指标分为直接指标（充填率、结石体强度）、间接指标（透水率、波速等物性参数）及结果指标（变形值）3大类，不宜将岩心采取率作为检测指标；检测指标及合格标准应充分考虑建（构）筑物地基设计要求及采空区埋深等工程特点综合确定；确定变形指标合格标准时，需统筹兼顾场地稳定指标及建（构）筑物允许变形值。提出了一种适宜于煤矿采空区注浆质量百分制评定法，将施工过程质量控制及工后质量检测成果紧密结合，定量评价整体注浆效果；将建筑物、地基、采空区三者视为一个系统，讨论了目前检测工作中存在的4大误区，对地下隐蔽灾害治理质量及效果评价具有重要的实践价值。
2020年05期 113-122页 [查看摘要][在线阅读][下载 1802K] [阅读次数：204 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：124 ] |[引用频次：0 ] - 武博强;王晓东;朱世彬
高浓度浆液在采空区内的充填扩展机制及控制措施是空洞型采空区充填治理需要解决的难题之一。基于此，结合高浓度浆液输送及流变学理论，构建高浓度浆液充填过程模型，揭示其扩展机制，研究充填扩展过程的动力及阻力计算方法，确定充填堆积体形态主要影响因素及控制方法，并通过室外充填试验验证理论成果。结果表明：高浓度浆液充填阻力计算值与实验值相对误差约为5%；浆液的流变参数屈服应力及黏度与管道输送阻力成正比；凝结特性影响浆液堆积体强度增长趋势，凝结过程使浆液在堆积体与顶板间流动时阻力增大；当充填材料及流量不变时，管道输送沿程阻力主要受管道直径及长度影响；局部阻力与管道直径、弯头、变径形式及数量相关，数量越多局部阻力越大；浆液性质、充填路径及注浆工艺是影响充填堆积体形态的主要因素，缩短充填距离、减少管道变径及弯头数量、降低浆液屈服应力及黏度、增大注浆流量及压力有助于浆液扩展至更大范围，反之可使浆液扩展范围减小。成果为空洞型采空区高浓度浆液控制性充填提供依据。
2020年05期 123-129页 [查看摘要][在线阅读][下载 2453K] [阅读次数：102 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：113 ] |[引用频次：0 ] - 麻世垄1;2;姚兆明1;2;刘爽2;潘旋2
人工冻结法是饱水砂层开挖过程中常用的止水和临时支护方法，通过冻土损伤特性研究为冻土力学特性和冻结体稳定性分析奠定基础。为研究冻结砂土的损伤力学特性，在-5℃下进行了不同中主应力系数的冻结砂土三维室内试验。从冻土微元破坏服从Weibull随机分布的特点出发，将Drucker-Prager强度准则作为冻土微元统计分布变量，利用应变等价性假说，建立了三维应力状态下冻结砂土损伤本构模型；在此基础上，讨论模型参数<i>F</i><sub>0</sub>与<i>m</i>和中主应力系数的关系，对模型参数进行合理修正，建立中主应力系数影响下的冻结砂土损伤本构模型，并与试验结果进行对比。分析结果表明：参数<i>F</i><sub>0</sub>和<i>m</i>随着中主应力系数的增大呈现先减小后增大的趋势；参数<i>F</i><sub>0</sub>反映了冻结砂土的强度特性，参数<i>m</i>代表了冻结砂土的延性及脆性特征，考虑中主应力系数影响的冻结砂土损伤本构模型能很好地模拟冻结砂土应力-应变全过程曲线。研究成果为人工冻结法工程设计提供一定的理论依据。移动阅读
2020年05期 130-136页 [查看摘要][在线阅读][下载 2328K] [阅读次数：102 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：93 ] |[引用频次：0 ] - 崔恒涛1;邬忠虎1;娄义黎1;左宇军2;孙文吉斌2;刘镐2
为正确认识下寒武统页岩微观尺度破裂特征及声发射信号演化规律，基于数字图像处理技术对含石英充填的页岩进行非均匀性表征，采用岩石真实破裂分析系统RFPA<sup>2D</sup>-DIP建立数值模型，模拟页岩在不同围压作用下的破坏过程。试验结果表明：在微观尺度结构下，页岩破裂模式大致可归纳为3种形式，分别为倒V形（0、2 MPa）、V形（6 MPa）和倒Z形（10 MPa）。由于石英矿物颗粒分布不规律且具有非均匀性，导致应力分布对页岩微观结构产生显著差异。单轴时，累计声发射（简称AE）表现为“平缓-线性-平缓-稳定”模式；围压为2 MPa时，累计AE表现为“平缓-非线性-激增-平缓-稳定”模式；围压为6、10 MPa时，累计AE表现为“平缓-非线性-稳定”模式。页岩的破裂模式和微观结构破坏规律为页岩气的压裂开采提供重要的理论指导。
2020年05期 137-143页 [查看摘要][在线阅读][下载 4706K] [阅读次数：108 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：124 ] |[引用频次：0 ] - 荣海1;韩永亮2;张宏伟1;辛金鑫1;曹煜1;兰天伟1
针对红庆梁煤矿回采巷道变形严重问题，采用空心包体地应力测量方法对红庆梁煤矿3-1煤的地应力进行了实测，获得地应力场分布特征。应用地质动力区划法划分红庆梁井田Ⅰ—Ⅴ级断裂构造，应用“岩体应力状态分析系统”，进行应力区划分和巷道稳定性分析。研究表明：红庆梁煤矿地应力场属于以水平压应力为主导的水平构造应力场，地应力场方向对巷道稳定性影响较小；井田范围内共划分4个应力区：低应力区、正常应力区、应力梯度区、高应力区，分别占井田面积的5.9%、55.7%、27.0%、11.4%；应力大小是影响巷道稳定性的主要原因，致使处于应力梯度区和高应力区内的巷道变形严重。地应力场的分布特征分析和应力区的划分对红庆梁煤矿及类似条件矿井的采掘部署和支护设计具有重要作用。移动阅读
2020年05期 144-151页 [查看摘要][在线阅读][下载 2033K] [阅读次数：106 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：133 ] |[引用频次：0 ] - 马兆颖1;2;董晓朋1;2;张庆3;崔加伟1;2
六盘山构造带夹持于青藏高原与鄂尔多斯地块之间，记录了青藏高原抬升向东北方向推挤的远程效应。关于六盘山抬升过程的研究主要集中在白垩纪及新生代早期，而与人类活动密切相关的晚更新世的研究很少涉及。以盆山响应关系理论为指导，立足于与六盘山相邻的清水河盆地，开展系统的沉积学研究，查明清水河盆地晚更新世的地层序列、沉积充填过程，演绎了六盘山盆地晚更新世以来抬升的过程及其产生的环境效应。研究认为，清水河盆地晚更新世早中期发育2期古湖，以温暖湿润的气候环境为主，晚期由于相邻六盘山的快速抬升，湖水彻底退出了清水河流域，环境逐步开始恶化。晚更新世—全新世清水河流域发育了巨大的六盘山山前冲积扇，该扇体不断沿清水河河谷向东推移，有进一步阻隔清水河形成巨大堰塞湖的趋势。研究成果将为六盘山晚更新世抬升过程研究提供重要依据，为清水河流域的综合治理提供基础地质参考。移动阅读
2020年05期 152-164页 [查看摘要][在线阅读][下载 102111K] [阅读次数：158 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：119 ] |[引用频次：0 ] - 唐亦川1;邢聪聪1;刘东海1;2;邓念东1;姚婷1;2;尚慧1
为准确描述地表沉陷盆地分布形态，基于幂指数函数模型，结合缓倾斜煤层走向长壁式工作面地表沉陷盆地的特征，采用理论分析与数值模拟相结合的方法，建立适用于缓倾斜煤层走向长壁式工作面的沉陷盆地模型，分析模型参数的影响因素及参数的变化规律，并验证模型的适用性和预计精度。研究表明：模型参数<i>n</i>反映下沉盆地底部范围大小，主要与采动程度有关，取值范围为1~3，其取值精度取决于观测点个数；参数<i>k</i>反映下沉盆地边缘的收敛速度和下沉影响范围，主要与采煤方法、顶板管理方法及松散层厚度有关，其值可通过地表最大下沉值或煤厚进行确定；在对常村煤矿地表沉陷进行预计时，预计值与实测值的差值平方和为3.08×10<sup>6</sup>，中误差为267.59 mm，为最大下沉值的6.47%。研究缓倾斜煤层走向长壁式工作面地表沉陷盆地模型旨在对常村煤矿地表沉陷的预测和预防工作提供理论基础。
2020年05期 165-173,181页 [查看摘要][在线阅读][下载 2136K] [阅读次数：94 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：107 ] |[引用频次：0 ] - 赵春虎1;2;尚宏波1;2;靳德武1;2;王皓1;2;徐拴海1;王晓东1;张卫东1
针对中深部（1 500~4 000 m）地热资源深井同轴“保水取热”科学评价问题，以COMSOL Multiphysics多物理场耦合数值计算软件为模拟平台，构建垂直单井岩-水耦合传热模型，以西安地区地层与地温特征为模拟背景，计算分析2种地温梯度（0.027、0.030℃/m）与4种注水口流速（0.25、0.50、0.75、1.00 m/s）工况下深层（3 500 m）地热单井套管换热能力。同时，建立5种井间距下的群井数值模型，分析不同井间距下群井中心井的出口温度变化规律。模拟结果显示：地温梯度越大，进出口温差越大，单位时间换热量与单位延米换热量越大；入口注水流速越大，进出口温差越小，但单位时间换热量与单位延米换热量越大，即地温梯度、流速越大，深层垂直钻孔套管换热的效率越高；西安地区3 500 m井深工况下，相邻地热井的间距为30 m时能够保证其地层温度不会相互干扰。研究结论可为深层地热开发利用提供科学参考。移动阅读
2020年05期 174-181页 [查看摘要][在线阅读][下载 2825K] [阅读次数：89 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：125 ] |[引用频次：0 ] - 杨雨1;2;徐拴海2;张浩1;2;韩永亮2;张卫东2
在地热井固井水泥中加入导热填料能够明显改善水泥石导热性能，提升地热井取热效果。在总结导热路径理论和紧密堆积理论的基础上，通过试验研究不同填料种类、粒径及掺量对固井水泥导热性能的影响。试验结果表明：较其他种类填料，石墨对水泥石导热性能提升效果最好；石墨粒径越大对应水泥石导热系数越高。不同粒径的石墨混合，较单一粒径石墨对水泥石导热性能的提升效果更好，其最优混合配比为：石墨粒径为150 μm与100 μm，质量比为2：1。随着石墨掺量增加，固井材料的导热系数逐渐增大，但流动度和48 h抗压强度逐渐降低。参照固井相关规范，提出固井材料中石墨掺量应控制在9%左右为宜。研究成果为地热井高导热固井材料的制备提供借鉴。移动阅读
2020年05期 182-189页 [查看摘要][在线阅读][下载 2958K] [阅读次数：92 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：133 ] |[引用频次：0 ]
- 代晨昱
为了弥补传统瓦斯抽采监测系统区域化监测的不足，提出了以钻孔为监测单元构建钻孔瓦斯抽采监测系统，能够实时动态掌握各个钻孔在瓦斯抽采过程中的抽采效果，将大面积区域化测量转变为区域内部各钻孔的测量，实现了瓦斯抽采的精细化监测。针对钻孔瓦斯抽采监测系统需求，结合钻孔孔口处瓦斯抽采参数的特点，研制了一款矿用瓦斯抽采钻孔多参数监测装置，该装置具有超声波气体流量测量、非色散红外瓦斯浓度测量、压电陶瓷气体压力测量、铂电阻气体温度测量四参数于一体的实时数据采集功能，搭载了数据显示、数据存储、数据远程传输、数据Wi-Fi传输等功能性人机交互模块，并开发了瓦斯抽采分析软件、移动数据采集站两款配套软件。装置根据实际应用需求，结合行业相应计量标准，于具有国家计量检定资质的检验单位进行了计量检测，并在黄陵矿业公司二号煤矿进行了井下工业性试验，对装置的实际应用效果进行了验证。试验结果表明：矿用瓦斯抽采钻孔多参数监测装置的四项测量参数均满足相应行业标准的计量要求，可实现各项参数的准确测量，且该装置在实际井下应用中具有良好的工作可靠性与工作稳定性，达到了以钻孔为监测单元的瓦斯抽采监测目的，能够为瓦斯抽采评价提供有力的数据支撑。移动阅读
2020年05期 190-196,203页 [查看摘要][在线阅读][下载 2124K] [阅读次数：100 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：128 ] |[引用频次：0 ] - 单蕊
煤炭智能精准开采需要构建高精度三维地质透明化模型，巷道资料动态融入地震资料解释为模型提供数据支撑。通过建立巷道地质模型进行正演模拟，分析巷道引起的地震特征差异。基于曲率属性原理，并将多种地震曲率属性分析技术应用于地震资料解释，指导实际数据中巷道识别。选取CJT煤田2号煤层作为研究对象，三维地震勘探得到高品质的地震数据体和多种属性体作为基础数据。分析发现倾角曲率属性沿层切片可以完整刻画巷道异常特征，所示巷道位置准确、边界清晰，具有较高的精度。研究表明，利用地震倾角曲率属性技术识别巷道的可行性和有效性，为检测和识别一些未知巷道提供参考依据，为煤炭精准开采提供地质保障。
2020年05期 197-203页 [查看摘要][在线阅读][下载 8700K] [阅读次数：267 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：99 ] |[引用频次：0 ] - 刘子雄
天然裂缝发育程度是影响煤层气产能的主要因素，为了准确获取沁水盆地南部A煤层气田井组的天然裂缝发育程度和分布位置，采用地面微地震向量扫描技术对区域内7口二次压裂井进行天然裂缝发育情况监测。在压裂井周围部署一定量的三分量检波器，采集压裂过程中周边储层的微地震事件，进行Semblance叠加后得到监测区内不同时刻的破裂能量切片，解释出监测区内天然裂缝发育情况。对比井组单井产能，与监测到的天然裂缝表现出良好的相关性，揭示了天然裂缝是影响煤层气单井产能的主控因素，同时表明煤层气储层非均质性强，天然裂缝呈现局部发育特征，且比较分散、面积小，常规的三维地震预测方法难以有效的识别。应用该技术能够准确地识别出煤层气储层的天然裂缝发育情况，为调整井位的部署及优选层位提供可靠的指导。
2020年05期 204-210页 [查看摘要][在线阅读][下载 4846K] [阅读次数：95 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：282 ] |[引用频次：0 ] - 陆自清1;2
为研究次级断裂发育状况，探讨了一种地震解释主断层与地质力学相结合的边界元模拟方法：首先在安德森断层分类体系下，依据断层与应力组合特征，完善次级断裂构造演化事件分类；然后应用应力张量降阶、线性叠加原理，简化应力与位移平衡方程，并在此基础上使用蒙特卡洛方法反演古应力场；最后求解应力、应变与不连续位移平衡方程，获取地层现今应力分布，分析次级断裂开度、相对密度等信息。运用该方法在杨柳矿区童亭背斜区域开展试验，结果表明区域内最小水平主应力以近北西向为主，主断层之间广泛发育交叉断裂带，次级断裂发育带连通性强，为杨柳矿区隐蔽灾害评估提供了参考资料。
2020年05期 211-217页 [查看摘要][在线阅读][下载 5109K] [阅读次数：106 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：207 ] |[引用频次：0 ] - 杨焱钧;朱书阶;张孝文;王季
在巷道掘进过程中，利用反射槽波探测技术探查巷道侧帮构造发育情况，并准确解释槽波波阻抗反射界面的位置对矿井生产意义重大，但现阶段反射槽波地震解释断层的位置常存在偏差，主要原因是数据处理阶段选取速度存在较大误差。为降低反射槽波速度选取误差，系统分析国内13个煤矿15个煤层的槽波速度特征，总结出反射槽波速度与直达槽波、透射槽波速度的关系。研究发现反射槽波速度高于直达槽波速度3%~12%；低于透射槽波速度1%~6%。将其研究成果引入山西某矿反射槽波探测项目，槽波解释断层位置与探巷揭露位置偏差仅为3 m，取得了较为理想的应用效果。该研究为进一步提高反射槽波探测精度提供了新思路。
2020年05期 218-224页 [查看摘要][在线阅读][下载 9259K] [阅读次数：89 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：121 ] |[引用频次：0 ] - 王泽伦1;高洪鑫1;于师建2;王永申3
宽频带、大功率、短余振声波震源是高分辨率探测大尺度复杂结构体的关键技术，为了解决探测距离与其分辨率的矛盾问题，采用超磁致伸缩材料制作的声波发射器作为震源，研制了一种新的声波探测仪器。该震源中心频率为5 kHz，激励电压300~600 V，具有辐射声功率大、余振短（3.5个周期）、频带宽（1~3 kHz）的特性；其最大的优点是每次激发的声波信号一致性好，可以采用单点多次激发，通过多次叠加的数据处理技术提高信噪比，较好地解决了声波探测距离与分辨率的矛盾，并成功地应用于煤矿采场顶煤厚度探测。现场探测结果表明：大功率声波探测系统能够有效提取4~7 m煤岩交界面的反射波信号，借助于小波多分辨分析信号处理方法，有效地提高了采场顶煤厚度探测的精度及其可靠性，为顶煤厚度精确探测提供了一条有效途径。
2020年05期 225-231页 [查看摘要][在线阅读][下载 2218K] [阅读次数：94 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：91 ] |[引用频次：0 ]