- 桑树勋1;2;3;王冉2;3;周效志2;3;黄华州2;3;刘世奇1;韩思杰1
煤基碳排放构成了中国碳排放总量中最重要的部分，做好煤基碳减排和煤炭高效洁净低碳化利用是实现“碳中和”国家目标的重要途径，碳中和背景下的煤地质学发展值得关注。系统评述与碳中和相关的煤地质学研究领域，分析煤地质学在碳中和研究与工程实践中的作用和应用前景，探讨碳中和背景下煤地质学的重要发展方向。取得以下认识：推进清洁煤地质研究、服务煤的高效洁净化燃烧，勘探开发煤系天然气低碳燃料、优化一次能源结构和化石能源结构，开展煤化工资源勘查与开发地质保障研究、推动煤炭的低碳能源转化和新型煤化工产业发展，深化瓦斯地质研究、提高煤矿瓦斯（井下）抽采率、控制煤矿瓦斯的大气排放和泄漏，研究煤层甲烷天然逸散和煤层自燃排放、控制煤层露头的天然排放，发展煤层CO<sub>2</sub>地质封存与煤层气强化开发（CO<sub>2</sub>-ECBM）技术、推动碳捕获、利用与封存（CCUS）技术发展及其在火力电厂烟气碳减排中的商业化应用，研究煤炭勘查企业的碳足迹、实现企业净零排放，是与煤地质学紧密相关的碳减排技术路径；其中煤层甲烷与煤系气高效勘探开发、深部煤层CO<sub>2</sub>-ECBM、煤层露头气体逸散与自燃发火控制、洁净煤地质与煤炭精细勘查是碳中和背景下煤地质学优先发展的重要领域。
2021年01期 1-11页 [查看摘要][在线阅读][下载 6664K] [阅读次数：259 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：263 ] |[引用频次：0 ] - 曹代勇1;2;魏迎春1;2;王安民1;2;王路3;刘志飞2;秦荣芳2;束振宇2;陈高健2
显微组分物理化学性质是影响煤炭清洁高效利用和煤储层物性的重要因素，已经认识到决定显微组分性质的根本原因在于其大分子结构。为了揭示显微组分大分子结构演化特征及其控制因素，从显微组分大分子化学结构与物理结构、大分子结构演化的构造应力效应、煤变质全阶段大分子结构演化特征等方面，总结了国内外研究进展，分析了存在的不足。指出由于富镜质组煤的广泛分布和重要工业用途使之成为煤结构研究的主要对象，惰质组的研究则相对缺乏，阻碍了对煤特性的全面认识。提出“煤变质作用的热-应力条件决定显微组分结构演化、惰质组与镜质组大分子结构演化具有差异性”的研究思路，采用惰质组/镜质组高温高压模拟和热模拟实验并与自然序列变质-变形煤对比，研究显微组分结构演化特征及其控制因素。定量刻画显微组分大分子结构与温压条件的关系，揭示构造应力对显微组分化学结构和纳米孔隙结构的控制，确定煤变质全过程中惰质组大分子结构的演化路径，建立惰质组大分子动力学模型。上述研究成果将充实对煤微观结构演化及其控制因素的全面认识，为煤炭清洁高效利用和煤储层物性评价提供基础依据。
2021年01期 12-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 6462K] [阅读次数：159 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：162 ] |[引用频次：0 ] - 董书宁1;2;刘再斌1;程建远1;陈宝辉1;代振华1;3;李丹1
煤炭智能开采是我国煤炭工业在新一轮技术变革下的战略选择，是实现煤矿安全高效生产的必由之路，地质保障技术可为煤炭智能开采提供准确可靠的地质数据支撑，且能有效探查隐蔽致灾地质因素以减少煤矿生产灾害事故的发生。我国煤炭地质保障技术从服务于资源勘查、高产高效矿井建设到服务于煤矿安全高效生产，从基础地质勘查工作、GIS系统到隐蔽致灾因素探查，不同时期的煤炭地质保障技术具有鲜明的特点。分析了在煤炭智能开采背景下地质保障技术面临的3个难题：地质条件探测精度不足、动态地质信息监测困难与智能开采缺乏统一的地质基础。在前期研究的基础上，论述了面向煤炭智能开采的地质保障技术体系，主要包含高精度综合探测、一体化智能在线监测、工作面地质透明化三大关键技术，通过煤炭开采过程中地质信息综合精准感知、动态融合、同步映射和孪生反馈，实现地质保障的数字化、三维可视化和智能化。面对新一轮能源科技革命和产业变革，针对新形势下煤矿安全发展新要求，提出了煤炭智能开采地质保障云平台、技术标准体系构建的发展方向，平台化、标准化的技术体系可为煤炭安全高效智能绿色开采提供可靠的地质保障。
2021年01期 21-31页 [查看摘要][在线阅读][下载 6910K] [阅读次数：285 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：220 ] |[引用频次：0 ] - 贾建称1;2;巩泽文1;2;靳德武1;2;李泉新1;2;吴艳2
在简要分析煤炭地质学演变的基础上，重点回顾了“十三五”期间学科在基础理论研究、地质保障技术、煤岩检测技术方面的主要进展，同时指出面临的主要问题和未来一段时期的学科发展方向。认为“十四五”乃至更长一段时间内，煤炭地质学应围绕“提供充足绿色煤炭”和“减轻煤矿地质灾害”的煤炭工业发展目标，以攻克煤炭绿色勘查、精准智能开采和清洁高效利用中的关键地质理论和技术瓶颈为突破口，聚焦以下方面开展研究：①煤系矿产资源共伴生规律、协同勘探技术与开发地质条件精准评价方法；②智能物探仪器和钻探装备研制；③煤层中断层属性的叠前地震反演技术，槽波地震联合勘探技术、槽波雷达探测技术、高密度电法勘探技术的创新试验；④孔中、孔间、孔-巷、巷-巷等多方式立体探测与精细解释技术；⑤工作面煤/岩界面识别的多参数综合成像技术；⑥采动应力耦合叠加效应下煤矿动力地质灾害演化机理与微震监测和视电阻率法动态预警技术；⑦多源异构地质地理信息的深度融合与动态地质建模技术。
2021年01期 32-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 6305K] [阅读次数：196 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：197 ] |[引用频次：0 ] - 邵龙义1;华芳辉1;易同生2;郭立君1;3;王学天1
利用露头剖面及钻孔资料对贵州省乐平统（上二叠统）含煤岩系层序-古地理及聚煤规律进行研究。根据海相标志层向陆地方向延伸范围所反映的海平面规律，将贵州省乐平统划分为3个三级复合层序（CSⅠ、CSⅡ、CSⅢ）和相应的低位、海侵及高位层序组，层序CSⅠ相当于龙潭组下段中下部，层序CSⅡ相当于龙潭组下段上部及龙潭组上段下部，层序CSⅢ相当于龙潭组上段上部及长兴组。通过分析地层厚度、石灰岩含量、砂泥比、煤层厚度等参数变化规律，恢复3个层序的岩相古地理。贵州省乐平世海侵方向均来自研究区东部，物源来自西部的康滇高地，贵州省地区乐平统自西向东发育有陆相冲积平原、过渡相三角洲及潮坪-潟湖、海相碳酸盐台地以及深水盆地等古地理单元，总体上贵州省乐平世经历了CSⅠ的海侵、CSⅡ的海退及CSⅢ的持续海侵过程，在贵州西部地区，各古地理单元总体上有CSⅠ向陆、CSⅡ向海、CSⅢ又持续向陆的迁移规律。聚煤作用以CSⅢ最强，CSⅡ次之，CSⅠ较差。聚煤中心分布在过渡相三角洲平原及潮坪古地理单元，且有随区域性的海侵海退而迁移。CSⅠ的聚煤中心主要分布在发耳和纳雍地区，CSⅡ的聚煤中心主要分布在黔西南普安—六盘水及织金一带，CSⅢ的聚煤中心主要分布在六盘水、盘县及织金地区。这些聚煤规律分析结果可为煤炭及煤层气资源的勘探开发提供理论支持。
2021年01期 45-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 8279K] [阅读次数：94 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：140 ] |[引用频次：0 ] - 王刚1;2;江成浩2;陈雪畅2
为了探究不同加载方式下煤岩体孔隙周围的应力分布规律，通过CT三维重建技术构建含有不同孔隙形状的煤岩体骨架模型，并利用ABAQUS软件进行单轴、三轴压缩实验模拟。结果表明，球状孔隙结构在单轴压缩条件下，上下区域表现为拉应力集中，左右区域表现为压应力集中。不同倾角的椭球状孔隙结构其长短轴区域的应力集中类型不同。单轴压缩过程中，轴向加载速度影响球状孔隙周围的Mises应力峰值和<i>σ</i><sub>1</sub>应力的变化；三轴压缩过程中，孔隙结构依然经历了压密、弹性、塑性和破坏4个阶段，较低的围压条件使得弹性阶段“应力-应变”曲线与“应力-时间”曲线高度重合。从微观角度为煤岩体力学研究提供了一种新的方法和思路。
2021年01期 57-64,80页 [查看摘要][在线阅读][下载 8540K] [阅读次数：84 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：150 ] |[引用频次：0 ] - 王文峰1;2;王文龙2;刘双双1;白洪阳2;王昱龙2;段飘飘2;秦可敏2;陈义林2
煤炭与铀两种资源在空间配置和成矿上有关联性，其合理开发利用及污染控制是我国国民经济和社会持续发展的重大需求。基于大量文献调研及前期研究成果，探讨了铀在煤中赋存分布及其在洗选、燃烧、淋滤过程中的迁移特征，取得一些认识：①煤中铀的富集成矿与成煤大地构造演化相关联，西南富铀煤主要与峨眉山玄武岩及断裂构造有关；西北富铀煤一般分布在拗陷和断拗陷盆地开阔地带一侧并与上覆砂岩型铀矿有关。②煤中铀主要与煤中有机质（主要是腐殖酸）结合，富铀煤中铀可以微细粒含铀矿物形式存在，并与有机硫、硫化物紧密共生，故在选煤过程中，无论重选还是浮选，其洗选脱除率均不高（最高为68.3%），部分煤浮选时铀甚至富集到精煤中；在煤燃烧过程中，铀或多或少都会以气相形式挥发到大气中。③富铀煤一般也同时富集V、Mo、Se、Re、Cr等高价态变价元素，这与有机体深埋分解造成的强还原环境有关，对于那些不变价元素如Sc、Y、La等的沉淀富集主要与腐殖酸形成的酸化条件有关；这些共生组合元素，在富铀煤的分选及煤矸石的淋滤过程中表现出一致的迁移行为。④电厂燃煤过程中铀主要富集（呈数量级的增加）到飞灰和底灰中，粉煤灰中铀淋出浓度一般随淋滤液pH的增加呈降低趋势，其萃取率随灰化温度的升高呈现降低趋势。研究结果为铀资源利用和环境污染控制提供参考和依据。
2021年01期 65-80页 [查看摘要][在线阅读][下载 18777K] [阅读次数：103 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：145 ] |[引用频次：0 ] - 周西华1;2;韩明旭1;2;白刚1;2;3;兰安畅3;付志豪1;2
煤层CH<sub>4</sub>解吸效率低、扩散慢的特点严重制约着煤层瓦斯抽采的效率，为解决低透气性煤层瓦斯抽采困难的问题，选取晋城赵庄煤矿煤样，研究不同注气压力对驱替CH<sub>4</sub>过程的影响以及驱替过程中CH<sub>4</sub>扩散系数的变化规律，利用自主研发的CO<sub>2</sub>驱替CH<sub>4</sub>试验平台，在0.6、0.8、1.0 MPa等不同注气压力条件下分别进行CO<sub>2</sub>驱替CH<sub>4</sub>实验。结果表明：驱替压力越大，达到最大CH<sub>4</sub>排放量的时间越短，CO<sub>2</sub>突破时间越快，置换效率越大，驱替效果越好；CH<sub>4</sub>气体驱替过程分为3个阶段，先急剧增加再缓慢增加最后保持平稳；在同一注气压力下，瓦斯扩散系数随时间呈先增大后减小的变化规律，注气压力为0.6、0.8、1.0 MPa时，瓦斯扩散系数的最大值分别为2.27×10<sup>-5</sup>、3.36×10<sup>-5</sup>、4.62×10<sup>-5</sup> cm<sup>2</sup>/s。从实验结果可知，不同注气压力下，CO<sub>2</sub>对CH<sub>4</sub>主要起到驱替作用、置换吸附-解吸作用及稀释驱替作用；每个阶段的CH<sub>4</sub>气体运移情况不同，根据实验阶段合理调整注气流量、压力等参数，使注驱技术搭配更高效。研究结果对CO<sub>2</sub>深埋与瓦斯（煤层气）高效抽采具有理论指导意义。
2021年01期 81-86,99页 [查看摘要][在线阅读][下载 6458K] [阅读次数：104 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：134 ] |[引用频次：0 ] - 郭晨1;2;3;4;王生全1;2;3;师庆民1;2;3;4;乔军伟1;2;3;4;李焕同1;2;张卫国1;2;李军5;张池5;王晓康1;2;3;杜芳鹏1;2;3;4
煤炭分质利用是契合其高效、清洁与绿色发展趋势的必然途径，而了解煤的基本化学组成与关键工艺性质是实现煤炭资源分级分质利用的基础。陕西神府南部矿区煤炭储量丰富，是西部重要的低阶煤生产基地，但长期以来未能完全实现煤的最佳分质利用，制约着优质煤炭资源价值优势的充分发挥以及经济与社会效益的进一步提升。以此为背景，以神府南部矿区主要生产矿井低阶煤样品为研究对象，开展煤的化学组成与工艺性质测试，化学组成包括工业组分、主量元素、全硫与形态硫、有害元素P及煤灰成分等，工艺性质包括发热量、低温干馏、热稳定性与煤灰熔融性等方面。基于数量化分析方法揭示煤的化学组成与工艺性质特征及其内在关系，构建基于化学组成的工艺性质预测数学模型，为煤炭分级分质利用提供基础依据。结果显示：①研究区低阶煤资源以特低灰、特低硫、特低磷、高-特高发热量、富油、高热稳定性、弱-无黏结性为特点，品质优良，具有显著的分质利用优势，尤其广泛分布的富油煤应予以高度重视；②煤的工艺性质与化学组成之间存在密切成因联系，发热量与固定碳含量呈正相关，低温干馏焦油产率与挥发分产率、氢元素含量呈正相关，水分含量决定低温干馏总水分产率，且在特定煤类条件下，灰分产率是控制煤诸多工艺性质的关键因素，包括发热量、黏结性、焦油产率等，均呈负相关性；③基于逐步回归分析与显著性检验，建立了基于化学组成预测煤关键工艺性质的数学模型，并以张家峁矿为例，利用所建模型预测低温干馏焦油产率和富油煤分布，预测结果与实测数据相符，验证了模型的可靠性。建立的预测模型为利用早期地质勘查资料评价煤的关键工艺性质，尤其富油煤分布提供了可行途径。研究成果对丰富陆相盆地低阶煤物质组成与化学性质基础认识，刻画其内在关联属性与量化模型具有重要参考价值，可为神府南部矿区以及其他类似地区优质煤炭资源（富油煤）的科学评价与最佳利用提供参考依据。
2021年01期 87-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 2734K] [阅读次数：124 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：114 ] |[引用频次：0 ] - 司磊磊1;2;3;席宇君1;2;3;王洪洋1;2;3;温志辉1;2;3;魏建平1;2;3
在富含水煤系或水力措施后的煤层中，受水溶液的浸泡，煤的孔隙结构及吸附特性发生改变，为了深入研究其变化规律，在实验室利用蒸馏水对2种不同变质程度煤样进行了长时间（60 d）浸泡，采用低温N<sub>2</sub>吸附实验和CO<sub>2</sub>吸附实验测试水浸前后煤样的孔隙结构变化规律，采用高压容量法测试水浸前后煤样的瓦斯吸附特性。结果表明，水浸干燥后煤体孔容和比表面积总体呈降低趋势。其中，低温N<sub>2</sub>吸附实验结果表明，煤体中大中孔的比表面积最高可降低48.9%；CO<sub>2</sub>吸附实验结果表明，水浸干燥后2种煤样的微孔孔容和比表面积也呈不同程度的降低趋势。将水浸煤样孔隙结构变化分为3个阶段，即矿物质溶出“增孔”阶段、煤基质局部膨胀变形“缩孔”阶段和煤基质整体溶胀变形“扩孔”阶段。此外，水浸干燥后煤对瓦斯的吸附能力下降，主要是由于水浸促使煤体产生膨胀变形，且导致微孔隙相互连通，从而降低了煤体微孔孔容和比表面积，降低瓦斯吸附能力。研究成果对进一步掌握富含水煤系或水力化措施后煤层的瓦斯抽采具有指导意义。
2021年01期 100-107页 [查看摘要][在线阅读][下载 6387K] [阅读次数：126 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：128 ] |[引用频次：0 ]
- 秦勇1;李恒乐1;2;张永民3;赵有志3;赵锦程1;邱爱慈3
可控冲击波（CSW）岩层致裂技术作为岩层改造领域的一项变革性技术，已在煤层改造等方面取得显著应用效果，并在煤炭安全开采领域开展应用探索。然而，受实验及现场监测条件限制，前期对地质-工程因素约束下的CWS岩层致裂基本规律理解不足，制约了对致裂机理的探索及现场作业参数的优化。鉴于此，在阐述CSW煤层改造及其面临的工程科学问题基础上，采用基于连续介质力学的离散元方法（CDEM）开展数值模拟，以进一步揭示地应力、煤岩力学性质、冲击波加载条件约束下的CSW煤层致裂行为及其基本规律。结果显示，CSW加载条件对致裂效果的影响存在最优范围，过度加载会导致近井地带煤体崩解，煤粉产出率增加，造成煤储层伤害；同时，煤体破碎导致波阻抗及冲击波衰减速度增大，限制有效改造半径扩展；地应力增大，破裂半径、破裂度存在临界值，水平主应力差对CSW冲击裂隙形态、扩展方位及缝网连通程度存在显著影响。研究揭示，CSW煤岩致裂效果对力学性质的响应存在选择性：弹性模量与破裂半径、破裂度之间存在拐点临界值；黏聚力增大，煤岩脆性变小，致裂效果变差；抗拉强度似乎对CSW致裂效果没有明显影响。研究成果可为CSW作业煤层优选及参数优化措施提供参考。
2021年01期 108-118,129页 [查看摘要][在线阅读][下载 8329K] [阅读次数：263 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：104 ] |[引用频次：0 ] - 姚艳斌1;2;王辉1;2;杨延辉3;4;刘大锰1;2;鲁秀芹3;4;曹路通1;2
我国煤层气资源探明率与动用率“双低”，导致煤层气增产显著放缓，已经成为制约我国煤层气产业发展的瓶颈问题。常规煤储层评价较少考虑煤储层的可改造性潜力，导致发现的优质储量偏少，已发现的储量动用率偏低，因此，迫切需要开展煤储层可改造性评价研究。以沁水盆地南部郑庄区块为例，系统开展了岩心与大样物理模拟实验、测井与地震反演分析等；通过对比分析典型井储层地质特征与微地震水力压裂裂缝监测结果，指出影响煤储层可改造性的关键地质因素为煤体结构、宏观煤岩类型、煤层构造变形、煤层地应力、煤层与顶底板的抗拉强度之差，建立了煤储层可改造性综合定量评价模型；并对郑庄区块煤储层可改造性进行了评价分区，其结果得到了区内千余口产气井的验证。研究成果可用于指导尚未动用储量区的煤层气建产和已动用储量区的开发方案优化调整，根据不同区块储层地质特点选择适应性的工程技术与改造方案，以实现地质工程一体化，是我国煤层气“增储上产”的关键。
2021年01期 119-129页 [查看摘要][在线阅读][下载 14585K] [阅读次数：118 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：184 ] |[引用频次：0 ] - 武玺1;2;李国富1;3;王争1;3;付军辉4;郑飞5;周显俊1;3
为了降低晋城岳城矿工作面U型通风造成的上隅角瓦斯聚集，提高采动与采空区煤层气地面井抽采井产量及抽采寿命，在借鉴成庄矿、寺河矿和赵庄矿等地面采动试验井研究及工程示范的基础上，以晋城岳城矿煤层气地质条件为工程设计依据，提出并优化地面采动区井位尽量靠近巷道位置处、大井眼地面钻井工艺、优化井身结构等设计方案。现场试验证明：部分采动区井通过避开采动应力卸载区及原位煤层高应力区优化布井，开采中包含3个阶段即卸压区抽采、新采空区抽采、老采空区抽采，达到了延长抽采井寿命的目的；但仍有部分采动区井在回采工作面推过井口后，煤气层抽采量迅速衰减至不产气，抽采寿命只包含两个阶段即卸压区抽采、新采空区抽采甚至仅卸压区抽采一个阶段。研究表明，优化后的大井眼钻井工艺及三开割缝套管井身结构设计对保持采动区井井身稳定，延长抽采寿命，保证采动区井产气运移通道畅通，提高抽采率起到了一定效果；采动区井煤气层抽采量和该井井筒位置至回风巷距离存在明显的负相关关系。岳城矿采动、采空区井基本不存在速敏效应，在井筒与裂隙带沟通良好的前提下，应选用大功率抽采设备抽采，可以有效扩展压降漏斗区域，其抽采影响半径水平方向可延伸至500 m以上。岳城矿地面采动区抽采取得了较好的效果，可在相似条件的煤矿区推广应用。
2021年01期 130-136页 [查看摘要][在线阅读][下载 6350K] [阅读次数：105 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：159 ] |[引用频次：0 ] - 张新宾1;2;宋党育1;2;李云波1;2;齐永安1;2;范顺利1;2
超临界甲烷密度不仅是非常规天然气资源量计算与吸附能力测定的重要参数，同时也是衡量超临界甲烷扩散效率与溶解有机物能力的主要指标。通过对比分析各种气体状态方程的适用性，认为基于亥姆霍兹能量基本状态方程可以准确计算0~30 MPa、270~360 K条件下甲烷的密度。利用Microsoft Office Excel编写了甲烷密度的计算程序，与NIST （美国国家标准与技术研究院）商业软件计算结果相比，误差小于0.05%。分析了0~100 MPa、270~360 K范围内甲烷密度的变化规律。结果表明，甲烷密度随压力增大而增大，在低于30 MPa时增速较大且对温度的敏感性较强，高于30 MPa时增速逐渐变缓，且敏感性减弱。在煤层原位条件下随着埋深的增大，甲烷密度随温度升高而减小，随压力增大而增大；在温度与压力共同作用下，甲烷密度呈先增速不变、近似线性增加，后增速逐渐减小、凸曲线形增加的变化规律。游离态甲烷密度受温度的影响比吸附态甲烷小，是深部煤层气资源增量的主要贡献者。研究结果为深部煤层气赋存及其潜力预测提供了基础参数。
2021年01期 137-142,150页 [查看摘要][在线阅读][下载 8173K] [阅读次数：200 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：147 ] |[引用频次：0 ] - 安峰辰1;张飞扬2;易浩1;张遂安3
水平井分段压裂技术已在低渗透油气藏及煤层气开发过程中得到了较为广泛的应用，并取得了良好的经济效果。但是，由于分段压裂会使直井段的套管承受交变应力作用，进而造成其在软硬交错地层处发生严重变形，从而影响压裂安全作业，甚至引发所有剩余压裂段报废。为探索其破坏机理，开发一个类似弹簧单元的用户子程序来模拟循环荷载作用下套管-水泥环界面的受力情况，并将该单元植入到套管-水泥环-岩层系统的ABAQUS轴对称有限元模型中，模拟水平井分段压裂过程中套管的力学行为。结果表明，在软硬交错地层中，采用水平井分段压裂时，注入压力与地应力之间的交变应力差会造成套管的大变形。此外，基于ABAQUS的数值模拟结果，采用FE-safe评估套管疲劳寿命，发现处于软硬交错地层处套管的疲劳寿命最短。基于上述研究，建议在具有软硬交错地层的低渗透油藏及煤层气储层中进行分段压裂时，应设法提高非压裂阶段压力，以减轻交变应力对软硬交错地层处的套管损伤。
2021年01期 143-150页 [查看摘要][在线阅读][下载 6636K] [阅读次数：98 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：119 ] |[引用频次：0 ] - 林子智1;卢双舫1;常象春2;李俊乾1;张鹏飞2;周能武1;张宇1;王军杰1;黄宏胜1
为揭示陆相页岩微观孔隙结构特征，应用低温氮气吸附-解吸实验，结合扫描电镜分析、有机碳测定及X射线衍射等手段，分析页岩有机质和矿物组成，厘清孔隙结构和分形特征，并探究其影响因素。结果表明：沙河子组陆相页岩矿物组成以黏土矿物、石英和长石为主。储集空间类型主要为黏土矿物粒内孔、长石溶蚀孔和颗粒边缘孔，有机孔隙不发育。氮吸附曲线主要呈现为Ⅳ类吸附曲线，发育H2和H3两类迟滞回线，其中H3型比表面积较低，平均孔径较大，宏孔含量较高。页岩孔体积主要由介孔和宏孔贡献，比表面积主要由介孔贡献。孔径分布呈现双峰态，左峰约为2.7 nm，右峰分布在20~70 nm。页岩发育两段分形特征，分形维数显示H3型页岩孔隙结构非均质性及复杂性较弱。孔隙结构主要受矿物组成控制，与TOC无明显相关性，微孔含量与比表面积越高，宏孔含量与平均孔径越高，页岩孔隙结构越复杂，越不利于页岩气的运移及产出。陆相页岩因沉积环境控制下赋存的腐殖型有机质，从本质上影响了其孔隙空间、孔隙结构及页岩气富集特征，与海相页岩区别显著。
2021年01期 151-160页 [查看摘要][在线阅读][下载 10773K] [阅读次数：110 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：208 ] |[引用频次：0 ]
- 靳德武1;2;李鹏1;3
煤层底板突水是华北型煤田煤矿生产过程中一种常见的水害类型，为解决水害防治工程的科学决策问题，进一步提高防治水工程的可靠性，提出构建智能决策支持系统的技术思路。智能决策支持系统是传统决策支持系统与人工智能技术相互融合的产物，在分析底板水害防治决策支持功能需求的基础上，提出“数据-模型-方案”一体化设计流程，从数据导入、模型驱动、智能决策等3个层次构建底板水害防治智能决策支持系统的基本框架。将模型驱动层进一步细分为方法库、模型库、知识图谱构建3项专业化服务，模型库包括底板突水空间点预测模型、疏水降压数值模拟模型、注浆改造工程可靠性分析模型、隔离工程设计模型及底板水害监测预警模型。系统最终输出的决策方案包括底板突水危险性分区、疏水降压<i>Q</i>-<i>t</i>-<i>s</i>方案、区域注浆改造设计及工程可靠性评价、隔离工程设计、底板突水监测预警警情发布。系统通过注浆过程的反馈-控制、突水监测预警的深度学习、疏水降压方案的动态优化等实现其智能决策。智能决策支持系统将会在煤层底板水害防治可靠性保障方面提供新的技术支撑。
2021年01期 161-169页 [查看摘要][在线阅读][下载 7459K] [阅读次数：96 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：83 ] |[引用频次：0 ] - 尹尚先1;连会青1;徐斌1;田午子1;曹敏2;姚辉1;孟浩鹏1
回顾了带压开采的传承与创新发展历程。阐述带压开采的概念及充要条件，以带压开采的内涵为基础，定义侵蚀基准面为浅部和深部带压开采的分界线（面），明确承压水上采煤为带压开采，而含水层“下”采煤不属于带压开采范畴，纠正《煤矿安全规程》中有关“顶、底板带压”的不妥表述。梳理了直接为带压开采服务的理论和技术，探（探查）、治（防治）、保（保障）3项技术，机理（致灾机理）、评价（危险性评价）、预测（灾变预测）3项理论，即构成带压开采理论技术体系；华北煤田奥陶系岩溶随深度增加发育减弱，由此推断，空间上深部岩溶径流带多形成在古岩溶系统中，而现代岩溶径流带则发育于现代岩溶中。深部隔水层损伤裂隙增多，为采后承压水导升奠定物质基础。总结对比了浅部和深部底板岩溶水害特征，阐明深部奥陶纪灰岩（简称奥灰）水突水机理，沿裂隙渗透、扩容、压裂，薄层灰岩中转，不断向上导升，形成大面积散流突水。从理论上说明突水系数已不适用隔水层厚度超出80 m的情形，提出厚、巨厚隔水层带压开采评价方法：<i>p</i><sub>0</sub> > 3<i>σ</i><sub>3</sub><i>-σ</i><sub>1</sub><i>-p</i><sub>p</sub><i>+</i><i>s</i><sub>T</sub>；依据隔水层厚度、底板破坏带、奥灰导升带、突水系数等因素将底板类型划分为5类隔水层，提出相应5级带压开采条件以及5种治理模式；针对深部带压开采复杂条件，倡导应用“全时空”水害综合防治思想理念及技术。面向未来，地质体+水流的本构模型仍是学术界需攻克的最大难题，现实的“卡脖子”难题，如深部岩溶发育规律、精细探查技术、水害机理及评价预测、综合治理技术等，是实现安全带压开采的关键。
2021年01期 170-181页 [查看摘要][在线阅读][下载 2242K] [阅读次数：90 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：98 ] |[引用频次：0 ] - 范立民1;孙魁1;2;李成1;2;宁奎斌1;冀瑞君2
为了科学解释榆神矿区矿井涌水量较大的涌（突）水事件，为煤矿防治水奠定基础，分析了近年来区内发生的突水事件及矿井较大涌水情况，提出矿井较大涌水形成机理、红土层水文地质性质、矿井涌水量预测的准确性等疑问，阐述了突破“井田”范围，从区域上研究地下水系统和突水水源，关注延安组、直罗组、安定组、洛河组等砂岩弱富水含水层，从导水裂隙带中寻找突水水源，科学评价各岩（土）层的水文地质条件，采动岩层（含水层）渗透性演化以及探索矿井水害源头预防和区域治理思路等几点思考，提出应该从区域上认识水文地质条件及对煤矿涌（突）水的“贡献”，揭示矿井较大涌水形成机理，进一步加强水文地质补充勘探，准确识别含水层、隔水层及其空间赋存关系，探测大采高、大采面环境下导水裂隙带发育规律，并提出从区域上识别地下水强径流带和局部富水区的基础上，制定矿井水害防控措施的思路，为榆神矿区煤矿水害防治提供借鉴和帮助。
2021年01期 182-188页 [查看摘要][在线阅读][下载 7930K] [阅读次数：170 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：237 ] |[引用频次：0 ] - 陈陆望;彭智宏;王迎新;葛如涛;李蕊瑞
我国华北隐伏型煤田的煤系普遍被第四系松散层覆盖，其中的松散承压含水层在煤矿生产中常带来矿井突水、地表沉降、井筒变形破坏等水文地质灾害，造成巨大经济损失和人员伤亡。渗透系数是反映松散承压含水层土体介质渗透能力的重要参数，其数值的合理估算，对该类煤矿水文地质灾害的防治具有重要指导意义。目前，华北隐伏型煤田松散承压含水层渗透系数往往仅通过现场抽水试验确定，基于地质勘探钻孔信息与数据估算松散承压含水层渗透系数的模型研究较少。通过收集淮北煤田祁东煤矿松散承压含水层已有抽水试验的钻孔信息与数据，选取承压含水层厚度、泥层砂层比、最厚砂层占比、有效应力与底砾层厚比作为影响指标，分别与渗透系数进行相关性分析。最终确定底砾层厚比、有效应力、泥层砂层比为关键影响指标，并分析其对渗透系数的影响规律。结果表明，松散承压含水层渗透系数随底砾层厚比的增加而增大，随有效应力和泥层砂层比的增加而减小。在此基础上，采用多元线性回归分析，提出了基于底砾层厚比、有效应力、泥层砂层比的渗透系数估算模型。并将该估算模型应用于淮北煤田祁南、朱仙庄、青东煤矿松散承压含水层的渗透系数估算，结果显示估算结果与试验值一致。
2021年01期 189-197,207页 [查看摘要][在线阅读][下载 6944K] [阅读次数：87 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：124 ] |[引用频次：0 ] - 连会青1;徐斌1;田振焘2;刘德民1;杨艺1;潘光义2;王瑞1
任何矿井水害事故均会显现不同的预兆，为夯实水害智能预警基础，明晰了感知、辨识、评估、预测及相互逻辑关系的系统建设内涵，针对不同水害类型，根据其突水机理不同，设计三大类多模式水害典型场景，建立相应突水判据，提出了确定性理论精确预测与包括大数据及深度学习在内的非确定性趋势推测两类预测方法，为智能预警系统的预测预报、预警准则及阈值设置奠定理论基础。以陕西省彬长矿区亭南矿为例，建立了动态信息、静态信息及关联信息的指标体系，将地面水文动态监测单元、井下水情环境监测单元以及采掘工作面采动动态监测单元集成，构建原位采集和突水要素预兆感知系统，实施基于关键层电性参数动态监测、关键部位单点或多点多参数监测联合布置的突水前兆信息精准获取方案，采用确定性模拟模型和非确定性智能模型，实现水害预测预警功能，基于多源数据融合和空间联动分析技术，预警系统实现了井上下全空间水害风险预警“一张图”的可视化展示。实践表明，监测预警平台理论基础扎实，预测预警效果显著。
2021年01期 198-207页 [查看摘要][在线阅读][下载 7080K] [阅读次数：96 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：210 ] |[引用频次：0 ] - 王皓1;2;董书宁1;2;乔伟1;2;姬亚东1;2;朱开鹏1;2;周振方1;2;宁殿艳1;2;尚宏波1;2
煤矿水害严重制约煤炭资源安全高效开发。针对我国煤矿开采面临的典型顶板、底板和老空水害问题，现阶段矿井水害防治主要开展水害危险性评价、涌水量预测、水害监测预警及水害探查与治理等工作，智能化程度不高。为了解决煤矿企业现场水害防治不同阶段研究与决策的智能化需求，通过将煤矿水害防治与“大数据”“数字化矿山”“互联网+”“云服务平台”等新理念、新技术进行融合，设计开发了基于多源数据融合的矿井水害防控远程服务云平台，实现水文地质信息管理、水害风险分析评价、水害防治方案设计、水害监测数据分析与智能预警、水灾事故辅助决策以及随时随地多部门多端协同，构建形成“互联网+水害防治智慧服务”新模式。矿井水害防控远程服务云平台实现了煤矿水害防治方案的科学、快速、精准制定，提高了矿井水害防治技术工作管理水平，为煤矿安全高效开采提供可靠的技术平台支撑。
2021年01期 208-216页 [查看摘要][在线阅读][下载 16051K] [阅读次数：92 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：97 ] |[引用频次：0 ] - 张文泉1;2;王在勇1;2;吴欣焘1;2;邵建立1;2;雷煜1;2;吴绪南1;2
为预防顶板离层水突涌产生的安全事故，提出了部分充填方案进行模拟研究。首先通过现有资料总结分析全国发生的多种离层水害事故，深入研究离层积水致灾模式；然后以陕西某矿首采区1307工作面的离层水害事故为例，分析其水文地质条件、上部含水层和离层水突涌的关系，利用3DEC数值软件模拟工作面顶板离层空间发育特征；最后根据该矿的实际情况，提出部分充填开采方式预防离层水突涌的技术措施，并对该矿的部分充填方案进行优化模拟研究。研究结果表明：根据发生条件的不同将离层水突涌划分为5种模式，离层积水过程分为初始积水期、积水至满期和裂隙扩展期；在保持充填率不变的情况下，随着走向采宽和充填宽度的同时同量增加，充填体对上覆岩层支撑作用逐渐增强，离层下部隔水层出现两侧应力增大现象，最佳部分充填方案为采宽80 m，充填宽度80 m，为顶板离层水害的预防提供新的思路。
2021年01期 217-224,231页 [查看摘要][在线阅读][下载 9742K] [阅读次数：76 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：300 ] |[引用频次：0 ] - 马子淇1;戴振学1;董书宁2;王皓2;刘小千3
弥散度是刻画孔隙介质中溶质运移和扩散的重要参数，对于污染物的预测和修复至关重要，但野外示踪试验往往会选择忽略真实存在的井内混合效应。通过室内砂槽实验方法，模拟具有水平分层结构的含水层，该含水层主要由3种介质充填而成。采用埋藏传感器和井中布设传感器2种监测方式，对比在有/无混合效应情况下，穿透曲线的形态差异，进而探究井内混合效应对弥散尺度依赖性的影响情况。实验结果表明，井内混合效应会使穿透曲线呈现阶梯式增长，并伴有显著的拖尾现象；当使用对流弥散方程进行计算时，混合效应会导致弥散度被高估；观测到的弥散度与真实弥散度的差异会随着注入井和观测井间距离的增加而增大；此外，2种观测方式（埋藏/井内）均能发现弥散的尺度依赖性，且井内混合效应显著增强了弥散尺度效应，该实验结果可为污染物运移的评价和预测提供参考。
2021年01期 225-231页 [查看摘要][在线阅读][下载 10798K] [阅读次数：77 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：209 ] |[引用频次：0 ] - 郭艳1;2;桂和荣1;魏久传2;倪建明3;成荣发3;庞迎春3;张治3;洪荒4;胡满聪3;崔亚利4;梁展4;李俊5;陈家玉6;李晨6
煤系砂岩裂隙水是煤矿重要的充水水源之一，以淮北煤田桃园煤矿二叠纪煤系为研究对象，在分析该矿水害注浆治理以来煤系水水化学特征的基础上，阐明了地下水水文地球化学作用机理及其控制因素。结果表明：注浆治理期间，煤系水中主要阳离子为Na<sup>+</sup>，主要阴离子为SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>；阳离子质量浓度由大到小为Na<sup>+</sup>、Ca<sup>2+</sup>、Mg<sup>2+</sup>，阴离子质量浓度由大到小为SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>、HCO<sub>3</sub><sup>-</sup>、Cl<sup>-</sup>；通过Durov水化学图分析，注浆治理期间煤系水化学类型以Na-SO<sub>4</sub>和Na-HCO<sub>3</sub>为主；煤系水中存在黄铁矿氧化或碳酸盐、硫酸盐溶解作用，并伴随着一定程度的阳离子交换作用与脱硫酸作用，特别是在注浆治理工程实施期间，阳离子交换作用增强；大型突水、注浆治理防治水工程、地质构造背景及采矿活动等均不同程度地影响了煤系水水岩作用，且随注浆治理范围增大，影响程度增大。该研究成果对于煤矿涌（突）水水源识别及水害防治具有重要意义，为类似条件下的其他煤矿（区）在突水或注浆治理扰动下的地下水水文地球化学研究及应用提供参考。
2021年01期 232-240页 [查看摘要][在线阅读][下载 6994K] [阅读次数：81 ] |[下载次数：0 ] |[网刊下载次数：109 ] |[引用频次：0 ]