- 王季;覃思;吴海;张庆庆;余俊辉;苏晓云;
煤矿智能化建设要求采用智能化地质探测技术在巷道掘进过程中实时完成掘进前方区域的探测和预报。基于在线式矿井地震监测分站构建的随掘地震实时探测系统能够在巷道掘进的同时,采集以掘进机震动为震源的随掘地震数据,通过光纤网络实时传输至地面服务器的数据库内。随掘地震数据处理软件从数据库中获取当前随掘数据,经过筛选、提取虚拟炮集和偏移成像等步骤对掘进前方和侧前方一定区域进行反射槽波成像。为验证系统性能和探测结果的有效性,在正开展掘进作业的山西榆树坡煤矿5106回风巷内安装随掘地震实时探测系统,对该巷道开展为期数个月的随掘跟踪探测试验,探测系统实时采集随掘地震数据并成像,随着掘进长度的增加,每日的探测结果不断显示5106工作面内存在一条隐伏断层,后期的反射槽波探测和钻探工作验证了该断层的存在。试验结果表明,随掘地震实时探测系统能够在掘进过程中不断利用掘进机激发的地震信号对巷道前方和侧前方区域成像,从而在不影响掘进施工的条件下,实现了巷道侧前方地质异常体的连续跟踪探测和实时监测,达到了智能掘进系统对地质探测能力的要求。
2021年04期 v.49;No.286 1-7页 [查看摘要][在线阅读][下载 6400K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：554 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：25 ] - 王怀秀;仇帅;朱国维;陈波;
针对当前煤矿地震数据采集传输系统中数据传输实时性差,数据传输量有限的问题,以及数据采集需要满足多波宽频的要求,设计了基于MEMS与LwIP的煤矿三分量全波地震数据采集系统。该系统由MEMS三分量检波器、数据采集单元、高性能防爆路由器、高性能嵌入式主机及采集控制软件、主机监控软件构成。采用MEMS加速度芯片VS1002作为检波器芯体,利用其高灵敏度、宽频带响应等特点;主机监控软件完成对全波采集单元监控、管理及简单的数据处理功能;全波数据采集单元实现了三分量地震信号的数据拾取、转换、存储和数据输出;系统采用分布式控制方式,可实现系统的灵活组合与拆分,提高了采集信号的质量,增强了在煤矿中的适用范围。实验结果表明:与常规地震采集系统相比,本系统具有抗干扰力强,响应频带宽的特点,可在恶劣环境条件下捕捉到频带较宽的地震信号。
2021年04期 v.49;No.286 8-14页 [查看摘要][在线阅读][下载 3526K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：298 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：18 ] - 邹冠贵;任珂;吉寅;丁建宇;张少敏;
断层是影响煤矿安全的致灾地质因素,查明断层特征是煤矿三维地震勘探的主要目的之一。常规断层解释中采用的人机交互解释方法,其可靠性在一定程度上取决于解释者的经验。为提高断层解释精度,提出一种基于主成分分析和最近邻算法来检测沿目标层断层分布的方法。首先,选择峰峰矿区羊东煤矿作为研究区域,从矿区高精度处理后获得的三维地震数据中提取10个地震属性;然后,采用主成分分析法(PCA)将上述10个地震属性整合为6个综合属性;同时,将属性信息与从矿区15口井和3条巷道确定的139个点的断层信息相结合,构建已知数据信息;在该数据信息的基础上,分别组建出数据集1和数据集2两种数据集,2种数据集的训练集与测试集的比分别为9∶1和3∶7。利用这些数据集以及十折交叉验证的方法,开展基于最近邻算法(kNN)的断层识别准确率测试,数据集1的测试准确率为87.75%,数据集2的测试准确率为71.63%;这表明训练数据量越大,断层识别准确率越高,从而也说明高密度三维地震在该方法的应用中存在一定优势。在对kNN模型的分类性能进行测试时,使用通过PCA进行降维处理的数据作为输入,计算出的分类准确率分别为89.23%和73.79%;这是因为PCA降低了原始输入特征的维数,从而减少了所需的计算量并提高了这些特征的表征能力。综合结果表明,结合PCA和kNN方法可以有效地识别断层分布,减少主观人为因素的影响,提高断层解释的效率。
2021年04期 v.49;No.286 15-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 2190K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：853 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：25 ] - 刘最亮;张奋轩;张继锋;周光裕;赵辉;张新;
可控源音频大地电磁(CSAMT)是探测含煤地层富水区及采空区的重要地球物理方法,但其探测深度误差比较大,采用电性标志层进行深度校正,达到精确解释地层的目的。首先,提出基于电场单分量视电阻率计算方法,只需通过平移即可获得全区视电阻率,无需迭代,简单快速。接着,分析视电阻率微分极值与电性标志层的关系,通过测井电阻率曲线识别出电性标志层,然后通过比值计算深度校正系数,在全区进行插值得到任意测点的校正深度。对新元煤矿31004工作面R280测线数据进行深度校正处理,结果表明:校正后的深度和实际地层基本吻合。最后,通过已知充水采空区边界、淋水点以及钻孔揭示的结果进行对比验证,达到了预期效果。该方法为CSAMT在含煤地层进行精细化数据处理和解释提供了新的思路。
2021年04期 v.49;No.286 24-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 4754K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：114 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] - 范徳元;吴国庆;马彦龙;
通过回顾近几年槽波地震探测技术在阳泉矿区的发展历程及应用情况,总结阳泉矿区槽波发育特征,详细分析阳泉矿区发育的断层、陷落柱等地质异常体的槽波探测效果,并对各区域矿井槽波特征进行总结,针对发育不同构造的矿井,分析总结相应的槽波传播规律和解释方法。结果表明:槽波探测工作面在阳泉矿区达到200多个,在15号煤层探测应用最多,达到58个工作面,主要解决断层、陷落柱、挠曲、顶底板破碎带等地质异常体的探测问题,探测结果总体准确率在82.2%以上;阳泉矿区槽波发育特征:3～6m煤厚槽波发育中等至良好,煤厚小于2m的晋南地区,槽波发育一般;槽波Airy相速度960～1 000 m/s,不同地区速度相差不大;Airy相频率与煤厚相关,煤层越厚,Airy相频率越低;相同煤层中,槽波Airy相速度与频率相差不大;根据回采验证情况,不同煤层及地区,探测效果差别较大;对槽波探测不同地质异常体的问题,从数据采集、处理与综合解释上给出了建议;今后需进一步加强槽波对构造煤、瓦斯富集区、应力异常等地质灾害的探测研究,深化槽波在地质保障领域的应用范围,为矿井安全生产及工作面透明化提供可靠的地质保障。
2021年04期 v.49;No.286 33-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 4036K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：237 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：16 ] - 赵钟南;许洋铖;吴燕清;谭青青;康跃明;王耀;
井下瞬变电磁随掘探测技术是探测掘进面前方致灾水体的有效方法,从硬件方面评估仪器对致灾水体的分辨能力,是仪器能够在井下正确使用的重要手段。通过比较二次场绝对差和仪器分辨率、叠加后背景噪声之间的大小关系,分析含水致灾体识别的硬件条件和评估依据;提出从硬件方面评估井下瞬变电磁对致灾水体分辨能力的计算方法:根据致灾水体结构建立三维地质模型,推导梯形波关断与负阶跃波关断二次场感应电压的关系,在GPU上采用全空间三维有限差分并行算法计算了致灾水体二次场响应;测量某瞬变电磁仪的关断时间和综合噪声,根据致灾水体的硬件分辨依据,从硬件方面评估井下瞬变电磁仪对导水陷落柱、充水采空区的分辨能力。为井下瞬变电磁探测仪器的研制和现场准确探测提供技术参考,具有重大的研究意义。
2021年04期 v.49;No.286 40-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 3450K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：280 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：5 ] - 管建博;李宇;殷裁云;杨智;靳朝彬;赵猛;杨杭;
构建近地表横波速度模型是煤田多分量地震资料处理的重要环节。相较于面波多道分析法,全波形反演在构建近地表横波模型中具有更高的分辨率。然而,在基于梯度的全波形反演中,由于地震记录频带有限、波场的非均匀覆盖以及双重散射等原因导致梯度算子不随深度的增加而缩放,模型深部参数得不到明显更新。目标函数的Hessian算子包含曲率信息,可清晰预测梯度算子中的焦散现象及双重散射产生的伪影,因此,逆Hessian算子则可作为反卷积算子实现对梯度的预处理,加强对模型深部的照明能力。然而Hessian算子具有巨大维度,对其显式计算十分困难。基于此,借鉴逆散射理论的思想,给出勒夫波全波形反演目标函数的拟Hessian算子的表达式,并提出一种梯度预处理的全波形反演方法。将该方法分别应用于断层模型、凹陷模型以及起伏界面模型的重构试验,反演结果表明:与传统的共轭梯度全波形反演方法相比,基于拟Hessian算子的预处理共轭梯度方法可加快收敛速度,提升成像质量。
2021年04期 v.49;No.286 49-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 2180K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：306 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：8 ] - 田雨桐;张平松;吴荣新;刘畅;
采动条件下断层活化易于诱发冲击地压、底板突水等动力地质灾害,如何对采场断层活化引起的一系列动力地质灾害开展超前防治预警,一直是煤矿安全开采面临的科学技术难题。从数值模拟、相似物理模拟及现场测试三个方面,概述国内外采场断层活化方面的研究现状;围绕断层活化的监测预警方法,包括微震监测技术、声发射技术、视电阻率监测技术、光纤监测技术、注水试验等,从方法原理、研究现状、技术特点等方面对现有的主要测试与评价方法进行了总结;结合当前国内断层复杂区的煤炭资源开采,重点分析断层活化诱发的几类典型动力地质灾害形成机制及其内在联系;当前,对于采动诱发下的断层活化多维多尺度全程精细化监测技术等研究工作仍然不足,基于煤矿开采精准化、智能化需求,指出断层复杂区煤层开采研究应向多场耦合、精细化模型构建、多手段综合探查、智能预警等方向发展。认为通过进一步开展断层活化的基础理论、精细化模拟、多维多场多尺度监测预警的技术系统研究,可为煤矿智能化引领下的矿井地质保障工作提供坚实基础。
2021年04期 v.49;No.286 60-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 4829K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：1401 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：47 ]
- 刘钦节;王金江;杨科;邸晟钧;董志勇;
随着煤炭绿色资源的不断开采,位于煤炭开发利用全周期末端的矿井关闭废弃问题逐渐显现,随之而来的关闭/废弃矿井地下空间资源开发利用成为一个亟须解决的问题。在对我国废弃矿井现状统计分析的基础上,以能源开采造成的地下空间方位、形态差异化为依据,将关闭/废弃矿井地下空间资源分为采空区空间资源、巷道空间资源、硐室空间资源;探讨了空间资源作为能源存储场所的单一利用方式和多方向、多领域协同多元开发利用的关闭/废弃矿井地下空间资源利用方式;并由此提出了一种关闭/废弃矿井地下空间分类分级精准利用模式,构建调研分析、工程类比初判、模型构建详估和软件决策系统研发为主干流程的精准开发利用系统,通过精准利用模式与精准开发利用系统模型对单一和多元开发利用方式进一步分析,为关闭/废弃矿井空间资源开发利用的研究和实践提供参考。
2021年04期 v.49;No.286 71-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 4805K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：1185 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：40 ] - 韩运;刘钦节;吴犇牛;杨科;董志勇;
随着煤炭产业去产能政策的深入推进,大量矿井面临关闭或废弃,但其仍赋存大量可利用资源,如何开发利用,已成为煤炭工业转型发展的一大难题。在分析国内废弃矿井工业旅游开发现状与地下空间旅游开发问题的基础上,借鉴学习国外废弃矿井旅游开发模式经验,并总结分析废弃矿井地下空间旅游资源的特征。探索废弃矿井地下空间旅游资源开发利用模式,提出基于视觉、触觉和听觉以及知识性、观赏性、参与性、娱乐性和趣味性的"三觉五性"设计方法。并针对目前废弃矿井地下空间资源开发利用中存在的问题,给出相应的对策,即:高度重视废弃矿井旅游资源开发,改善传统单一旅游模式,加强体验式旅游设计,对地下空间进行现代化功能型改造。对实现地下空间资源利用最大化,服务于国家发展建设、社会民生保障及经济发展提供一定参考。
2021年04期 v.49;No.286 79-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 4768K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：1157 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：25 ] - 王争;李国富;周显俊;胡胜勇;李日富;陈文科;焦鹏帅;李超;李江彪;
随着我国煤炭去产能政策的有力实施,一批资源枯竭及产能落后矿井将陆续关停废弃。废弃矿井仍赋存着大量的煤层气资源,其开发利用是实现煤炭产业清洁安全高效低碳发展、促进煤矿安全生产、优化能源结构、实现温室气体减排等方面的重要举措。基于山西省煤基重点科技攻关(煤层气产业链)项目相关研究,系统阐述了废弃矿井煤层气开发面临着资源量评价不准、钻进体系不健全、井上下联合缺失等关键问题。针对这些问题提出以下几点对策:废弃矿井精准地质探测是采空区地面钻井轨迹设计的重要依据,尤其是炮采等落后采煤工艺的废弃矿井,地球物理勘探精度应达到米级才能有效降低钻遇煤柱风险;优选废弃矿井煤层气地面"L"型钻井思路,即选采空区周边一定距离的保安煤柱作为L型井位,并配套特殊钻进工艺;煤矿企业应将废弃矿井资源开发利用纳入煤矿全生命周期规划,尤其是矿井废弃前应确保煤层气抽采通道畅通,以实现煤层气井"一井多用"的新型井上下联合开采模式,提高废弃矿井煤层气开发效率;采用防回火、各种传感器等装置,并对关键参数设置自动报警停机界限值,从而使废弃矿井煤层气地面开采工艺安全、高效;对不同浓度废弃矿井煤层气,需要采取相应的梯级利用模式,从而提高整体开发利用价值。以山西省废弃矿井为示范区,研究认识对推动全国煤矿区废弃矿井煤层气开发利用具有重要的指导和示范意义。
2021年04期 v.49;No.286 86-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 2003K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：823 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：33 ] - 李军军;李国富;郝海金;郝春生;王争;
晋城矿区寺河井田3号煤层经多年的煤矿开采,形成了大面积的采空区,大面积的卸压提高了下组煤(9号、15号)的渗透率,但由于采空区阻隔和煤层气地面预抽技术的局限,致使下组煤煤层气尚未得到有效抽采。为保证煤矿的安全生产和产能的释放,结合采空区特征,采用过采空区钻完井及压裂工艺新技术,分析施工参数及后期产能情况,评价过采空区抽采下组煤煤层气技术的应用效果。结果表明:地面钻井开发过采空区下组煤煤层气资源时,应首先进行井位优选及井身结构优化,以保证钻井的成功率;采用氮气置换套管钻井工艺及低压易漏注浆加固等穿采空区钻完井技术,不仅可以有效降低采空区煤层气自燃甚至爆炸风险,而且保证了穿采空区段固井质量;优化采空区下组煤层压裂施工参数并设计不同井位的煤层气井压裂工艺,有效扩展裂缝长度,同时也避免了"压穿"等压裂事故发生;精细化排采管控措施可以有效扩大泄流半径,提高单井产能。现场一百余口过采空区煤层气井排采实践表明,单井最高产气量达到8832m3/d,日均产气量达到2 694 m3,验证了过采空区抽采下组煤煤层气技术可行,可推广应用。
2021年04期 v.49;No.286 96-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 3316K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：316 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：12 ]
- 李恒乐;秦勇;周晓亭;张永民;陈义林;
基于开放式循环高压电脉冲实验平台,针对肥煤、贫煤和无烟煤3种不同变质程度煤样,开展金属丝和含能材料2种能量加载方式下的煤样冲击致裂实验,通过光学显微镜分析循环冲击作用下煤中微裂隙发育的煤级与载荷响应特征,研究微裂隙扩展演化与显微组分之间的关系。结果发现:(1)增加循环冲击次数,微裂隙密度的增大趋势是非线性的,大致可划分为初期缓慢增加、中期快速增大、后期趋于稳定3个阶段,说明并非循环冲击次数越多致裂效果越好,而是存在一个最佳冲击次数。(2)金属丝加载方式下煤中微裂隙较含能材料加载下更为发育;整体上,肥煤的微裂隙发育程度高于贫煤,贫煤高于无烟煤,反映循环高压电脉冲在致裂效果上可能具有"双低效应",即低变质程度煤加载低能量致裂效果可能更好。(3)微裂隙发育程度在显微组分之间具有差异性和侧重性,镜质组最发育,惰质组次之,壳质组最少,这是镜质组含量大(空间优势)、原位裂隙密度大(位置优势)、脆性较大(力学优势)综合作用的结果。(4)微裂隙在显微组分中的扩展演化轨迹可归纳为穿越显微组分、局限在显微组分内部、沿显微组分边界发育和形态呈斜列、渐进式张剪性扩展等主要特征。研究结论对进一步揭示循环高压电脉冲煤层致裂微观机制,明确工程实践目标煤层,优化作业工艺参数和提高作业效果具有重要的理论意义。
2021年04期 v.49;No.286 105-113页 [查看摘要][在线阅读][下载 6013K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：455 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：12 ] - 张建国;韩晟;张聪;陈彦君;
煤体结构的测井曲线判别是一种高效经济的地球物理判别方法,但是受沉积环境和煤储层物性等因素影响,测井曲线具有多解性,造成煤体结构测井响应不明显,由此得到的判别方法也会有区域局限性。因此,在进行测井判别之前,需要对除煤体结构以外的影响测井曲线的因素加以控制。以沁水盆地马必东区块3号煤为例,首先利用煤心灰分与伽马测井曲线的正相关性进行煤心归位,以确保测井深度与取心深度的一致性;再利用煤心的镜质组与惰质组含量之比(镜惰比)对工区的聚煤环境进行分区,并优选聚煤环境相近分区的测井曲线。结果表明,电阻率系列曲线可以较清晰地反映该地区的煤体结构,受探测深度的影响,声波曲线无法准确地反映该地区煤体结构的变化规律。利用取心井训练的多测井曲线随机森林模型对未取心井煤体结构进行预测和判定,实测压裂曲线检验表明,预测结果与实测数据吻合率高。应用表明,基于聚煤环境分区的煤体结构测井判别方法可以反映煤体结构分布规律,指导压裂工作,降低煤层气开发成本,且有助于指导跨区块的煤体结构测井响应研究。
2021年04期 v.49;No.286 114-122页 [查看摘要][在线阅读][下载 6358K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：332 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：7 ] - 常嘉;陈世悦;王琼;蒲秀刚;杨怀宇;
渤海湾地区位于华北板块东部,是我国重要的煤炭产区,晚古生代发育多套可供工业开采的煤层,其中以陆表海背景下发育的海相煤层分布范围最广。为研究陆表海背景下障壁海岸体系沉积层序及聚煤模式,本文以渤海湾地区晚古生代太原组为研究对象,结合钻井及野外剖面资料,对该地区展开沉积学及层序地层学研究。在识别岩性及沉积相基础上,开展层序地层研究,在层序地层格架内揭示障壁海岸体系聚煤模式。太原组岩性以黄褐色、灰黑色泥岩及黄绿色、灰白色砂岩为主,夹数层海相灰岩及煤层。沉积相类型主要为潮坪相、潟湖相、障壁岛相及台地相。在障壁海岸体系背景下,基准面与沉积界面基本一致,层序界面多为沉积界面。根据沉积相转换面与下切谷冲刷面两类不整合面(SU)以及海侵方向转换面(TDS)可将太原组划分为3个三级层序Sq1、Sq2及Sq3。通过最大海泛面(MFS)与最大海退面(MRS)将三级层序划分为低位体系域、海侵体系域及高位体系域3个体系域,代表8个四级层序。Sq1时期,盆地内部地区未能提供稳定聚煤环境,煤层发育厚度较薄。Sq2时期,海平面升降对盆地内部影响增大,聚煤作用达到顶峰,煤层整体厚度增加并连接成片。Sq3时期,聚煤作用相对减弱,聚煤中心分布范围收缩,且孤立发育。统计钻井资料中煤层累积厚度可知,厚煤层发育主要集中在冀中坳陷东部、黄骅坳陷及济阳坳陷等地区。将研究区太原组聚煤模式划分为LST、TST早期、TST中期、TST晚期及HST五期演化过程。受可容空间增长速率及泥炭堆积速率的控制,泥炭坪及潟湖为有利聚煤中心。
2021年04期 v.49;No.286 123-133页 [查看摘要][在线阅读][下载 6735K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：469 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] - 张超林;王恩元;王奕博;周西方;
防治煤与瓦斯突出是保障煤矿安全高效开采和国家能源稳定供应的前提条件。近期频发的煤矿瓦斯突出事故(2021年3月25日左权煤矿突出事故、4月9日东风煤矿突出事故)造成12人死亡,再次表明实现"零突出"的目标还有非常艰巨的路程要走。针对当前突出机理不清、突出事故频发现状,开展我国2001—2020年突出事故统计分析,数据显示,20年共发生突出事故484起、死亡3195人,尽管近年来突出事故得到有效控制,然而在煤矿事故中仍处于相对较高水平且愈加突显。在此基础上,进一步从突出事故等级、发生地点、发生时间等方面分析2011—2020年突出事故时空分布规律,结果表明:12个省(直辖市)近10年共发生突出事故93起、死亡645人,其中较大突出事故持续占据主导地位、特别重大突出事故死亡人数常年居高不下、一般突出事故占比逐渐上升;突出事故具有"分布范围广、分布较为集中、南多北少、南重北轻"的地域分布特点,其中贵州省、湖南省、云南省、河南省4省最为严重,累计占总事故起数和死亡人数的68%和79%;突出事故集中发生在每年的5—7月和11—12月,每月的4—6日、15—17日和28—29日,每日的1—2时、5—6时、10—12时和17—20时等时段。针对突出事故呈现出高低交替的周期性发展规律,从安全管理的角度指出,必须将防突措施落实到每一天、每一班的生产中,越是突出事故低发期,越要加强安全管理,长期保持"安全意识增强—事故低发期—安全意识增强"的良性循环是突出防控的核心思路。
2021年04期 v.49;No.286 134-141页 [查看摘要][在线阅读][下载 3622K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：2200 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：154 ] - 张媛媛;张鹏飞;聂逢君;剡鹏兵;张治波;严兆彬;张鑫;
近年来,鄂尔多斯盆地砂岩型铀矿资源评价取得了较大进展,关于找矿目的层物源和铀源的问题长期以来备受关注。运用重矿物综合分析方法,探讨鄂尔多斯盆地北部砂岩型铀矿赋矿层直罗组碎屑物质来源和成矿铀源。结果表明,研究区内直罗组的重矿物组合主要为石榴子石+锆石+绿帘石+黑云母+尖晶石,其次包含少量磷灰石、榍石、金红石、角闪石、电气石、钛铁矿等,反映以中高级变质岩和中酸性岩浆岩为主的母岩类型。重矿物特征指数反映了以含石榴子石变质岩为主要源岩类型和近源沉积的特点。综合分析认为,区内直罗组主要的物源为盆地北部大青山和乌拉山地区的中下太古界–元古界的乌拉山岩群、中元古界扎尔泰群以及各时期的中酸性侵入体等。其中,古老基底变质岩与各时期中酸性岩浆岩普遍具有较高的铀含量,沿着NW–SE方向铀迁出明显,为后期铀成矿作用提供了初始铀源。
2021年04期 v.49;No.286 142-152页 [查看摘要][在线阅读][下载 5218K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：472 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：9 ] - 范耀;
针对目前我国煤层气地面开发单井产量低、开发效益差的现状,为探索研究适用于煤层气井的经济高效增产改造技术,借鉴常规油气藏前置酸压裂技术的成功经验,采集焦坪矿区4-2煤层煤样,进行前置酸改善压裂效果评价实验,结合宏观观察、X射线衍射分析及扫描电镜–能谱手段对比分析实验前后矿物质成分与含量变化,研究前置酸压裂技术煤层增产机理和适用条件。结果表明:前置酸可改善煤储层孔裂隙之间连通性,大大降低压裂液本身对煤层的伤害,改造效果显著;酸化溶解(堵塞和填隙物质)为主要增产机理,形成不规则酸岩溶蚀面、酸盐反应生成CO2促进CH4解吸等作用是辅助增产机理;前置酸压裂技术适用于含矿物质较高、渗透性较差煤层增产改造和近井地带解堵,首选富含方解石、白云石、菱铁矿和赤铁矿等酸溶性充填物为主的煤层,对于含有较高黏土矿物的煤层或以解除近井地带污染为目的,重点考虑减少二次沉淀带来的负效应问题。建议采用二次沉淀物预防措施、综合防滤失技术、低密度支撑剂、低伤害/高黏度压裂液等对策来解决前置酸酸化后二次伤害和煤层压裂液滤失大的问题。
2021年04期 v.49;No.286 153-161页 [查看摘要][在线阅读][下载 4684K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：419 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：10 ] - 张怀文;姚义清;谢昌文;
高效实用的预处理方式对提高甲烷产量具有重要的作用,但单一的预处理方式往往较难获得满意效果,尤其是针对组成成分复杂的褐煤而言,对其后续产甲烷性能的影响更是存在不确定性。为探讨不同联合预处理对褐煤厌氧发酵产甲烷的影响,以1.00%HCl+5.00%H_2O_2(1号)、6.00%NaOH+5.00%H_2O_2(2号)、1.00%HCl+10.00g木质素酶(3号)、6.00%NaOH+10.00 g木质素酶(4号)、5.00%H_2O_2+10.00 g木质素酶(5号)等不同联合预处理褐煤为实验组,未经预处理煤样为对照组(6号),在适宜菌种来源和环境条件下进行厌氧发酵产甲烷实验。利用比色法、气质联用法、扫描电镜等对联合预处理产甲烷过程中的糖类、挥发性脂肪酸含量及煤降解特征进行分析,以揭示其影响机理。结果表明:(1)不同联合预处理均可以增加褐煤发酵产甲烷量。4与5号联合预处理效果较好,累积甲烷产量分别是20.36 mL/g与8.83 mL/g,相比6号对照样分别提高了24.24倍与10.51倍。(2)各实验组COD(化学需氧量)去除率均高于对照组,且反应前后菌液pH波动值小。(3)反应初期3号实验组多糖含量最低(0.37μg/mL),6号多糖含量最高(2.15μg/mL),且均呈现出先下降后上升的总体趋势。(4)2、3与5号实验组还原糖含量在整个反应过程中保持较高值,且反应末期各产气组糖类含量均不为零。(5)不同联合预处理均可以促进乙酸、丁酸的降解并提高产气率。不同条件下的褐煤产甲烷量与转化率变化特征,证实了联合预处理煤增产生物甲烷的有效性,可为煤制生物气技术的产业化应用提供借鉴。
2021年04期 v.49;No.286 162-169页 [查看摘要][在线阅读][下载 2746K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：345 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：12 ]
- 刘清宝;丁湘;冯洁;张坤;
煤矿水害防治是矿井安全管控的重点之一,但缺乏全面、系统、可控的技术管理手段,制约着煤炭资源的安全高效开采,为了科学、有效地指导煤矿水害防治工作,以鄂尔多斯盆地深部煤矿顶板水害为例,运用系统工程与闭环式管理的理论体系,提出了"立体探查、预测预报、追踪探放、分段疏降、采前评价、阶梯排水、监测预警、总结优化"的顶板水害闭环式管控模式,该模式涵盖了水文地质条件探查、水害预测、顶板水疏排、水害监测预警等全过程的管理、控制,形成了从水害治理效果到水害防治过程中每个阶段的反馈通路,组成一个水害防治闭合回路,保障了防治水工作有据可依、偏差可控。将该模式应用于深部复杂水文地质条件的煤矿顶板防治水技术与管理,实现了煤矿水害防治技术与生产管理的协同创新,保障了煤矿安全高效开采,为深部复杂水文地质条件煤层开采顶板防治水技术与管理提供借鉴。
2021年04期 v.49;No.286 170-177页 [查看摘要][在线阅读][下载 4576K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：295 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：12 ] - 李攀峰;
近年来隐蔽于煤层底板的导水陷落柱和断层突水已造成多个矿井被淹,给企业带来巨大经济损失和安全威胁。为查明上述隐蔽危险源的水文地质效应,探索其定位方法,根据华北石炭–二叠纪煤田的水文地质条件,进行危险源位于测区内部的沙槽实验研究。实验显示:流场稳定后隐伏陷落柱效应表现为水头、水温和离子浓度等值线均呈同心的闭合圈状,危险源位于最大等值线闭合圈内;在危险源上游区水头等值线密度变小,下游区密度变大;温度和离子浓度等值线分布则相反,在上游区等值线密度变大,下游区密度变小。隐伏断层的效应表现为水头、水温和离子浓度的等值线均呈平行线状,危险源位于2条最大平行线之间。同样,水头等值线在危险源的下游区密度变大,上游区密度变小;温度和离子浓度等值线则相反。2种危险源的温度和离子浓度最大等值线范围都远大于水头等值线的范围和危险源的实际尺寸,而危险源实际位置都靠近等值线密度大的一侧。根据实验结果,提出图解法和流场拟合法2种定位危险源的方法,其误差都不大于6 m。本文关于危险源效应的检测方法可用于华北石炭–二叠纪煤矿底板隐蔽导水陷落柱或断层在薄层灰岩含水层中水头、温度和离子浓度效应的检测,为其定位和治理提供依据。
2021年04期 v.49;No.286 178-184页 [查看摘要][在线阅读][下载 1916K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：143 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] - 杨建;王皓;梁向阳;黄浩;
鄂尔多斯盆地北部侏罗纪深埋区中生代地层以河流相沉积为主,呈分阶段的多旋回演化特点,导致煤层顶板含隔水层交替分布;由于地表大部分为毛乌素沙漠,降水入渗补给系数大,第四系松散层储水能力强,充足的补给水源造成煤层顶板直接充水含水层富水性较强,其中最主要的充水含水层为七里镇砂岩,以七里镇砂岩为关键层,将煤层至七里镇砂岩概化为一个直接充水含水层。承压水井大降深抽水时,当井中水位低于含水层顶板,井附近的含水层会出现无压水流区,形成承压–无压水井,采用分段法计算流向井的流量,包括无压水区和承压水区。实际工作面回采过程中,井中水位已降低至煤层底板;传统的承压–无压水井公式假设条件为井径较小(≤m级),而实际工作面回采过程中,随着覆岩导水裂隙带对七里镇砂岩关键充水含水层的破坏,导致整个煤层顶板形成巨大的采空区疏水井(102～103 m级),且该采空区疏水井半径逐渐增大,传统公式适用性不高。基于《地下水动力学》中的承压–无压水井公式,结合鄂尔多斯盆地北部深埋煤炭开采过程中采空区疏水井演化过程,建立适合于深埋区开采扰动下的采空区疏水井承压–无压水公式;以葫芦素煤矿首采工作面为研究对象,利用地质勘探和井下揭露获得的相关水文地质参数,计算葫芦素煤矿首采工作面回采过程中涌水量。结果表明:工作面回采初期,由于导水裂隙带未充分发育,尚未沟通七里镇砂岩,此阶段实际涌水量偏小;中后期导水裂隙带发育至七里镇砂岩,涌水量计算值与实际值较为接近,证明深埋煤层工作面涌水量计算公式可较准确地预测研究区工作面回采过程中的涌水量。本次建立的深埋工作面涌水量计算公式,广泛适用于我国西部侏罗纪煤田区,可为深埋煤田区煤炭资源安全开采提供科学的水害防治依据。
2021年04期 v.49;No.286 185-191页 [查看摘要][在线阅读][下载 1635K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：374 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：18 ] - 李晓龙;
桑树坪煤矿采取地面注骨料和井下注浆技术治理奥灰(奥陶纪灰岩)岩溶陷落柱时,施工的3个常规检查钻孔出现严重的水砂突涌现象,封孔难度极大,采取向孔内下入木楔、反丝止浆塞等方法均封孔失败。针对此难题,提出带压顶替注浆封孔技术,首先,向孔内注入大于套管体积的清水以确保孔内通畅,避免砂粒填充至套管内,导致封孔深度未达到套管以下稳定岩层;之后,采取低泵量向孔内多次循环注入大于套管体积的稀水泥浆;最后,待水泥浆凝固后,采取小直径钻头钻进至套管外以检查大孔径钻孔的封孔质量。该技术成功应用于3个常规检查钻孔封堵工程,实践发现:先期注浆封孔水泥浆液水灰比宜选取1︰1,单次候凝时间宜选取3～4d,延长水泥浆候凝时间,可提高钻孔封孔质量。此技术适用于井下狭小空间作业,可防止孔口涌水涌砂,避免孔内水砂高速流动,确保封孔质量及人员安全,为封堵类似水砂突涌钻孔提供技术借鉴。
2021年04期 v.49;No.286 192-197页 [查看摘要][在线阅读][下载 1878K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：136 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：8 ] - 娄高中;谭毅;
导水裂隙带高度是西部矿区保水采煤的理论依据和关键参数。近年来,BP神经网络广泛应用于导水裂隙带高度预测,但BP神经网络存在收敛速度慢、易陷入局部极小等问题。为提高导水裂隙带高度预测的准确性,利用粒子群优化算法(PSO)对BP神经网络的权值和阈值进行优化,建立基于PSO-BP神经网络的导水裂隙带高度预测模型。选择开采厚度、开采深度、工作面倾斜长度、煤层倾角、覆岩结构特征为导水裂隙带高度主要影响因素,选取22例导水裂隙带高度实测数据对PSO-BP神经网络进行训练,将训练后的PSO-BP神经网络对2例测试样本的预测结果与实际值进行对比,并与BP神经网络预测模型及经验公式预测结果进行对比。结果表明:PSO-BP神经网络预测模型的平均相对误差为1.55%;BP神经网络预测模型的平均相对误差为4.8%,经验公式的最小相对误差为9.4%,PSO-BP神经网络预测精度明显优于BP神经网络和经验公式,且绝对误差和相对误差变化较稳定,可以有效预测导水裂隙带高度。
2021年04期 v.49;No.286 198-204页 [查看摘要][在线阅读][下载 1519K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：1014 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：45 ] - 蔚波;王皓;刘峰;刘基;王强民;尚宏波;
为进一步查明孟加拉国巴拉普库利亚煤矿水文地质特征及含水层间水力联系,为矿井水害防治提供理论依据,以19组水质化验数据为基础,结合含水层及隔水层空间展布特征、井田构造特征、水位历时曲线、水化学类型、氢氧同位素特征等,综合分析新近系UDT含水层、Ⅵ煤顶板含水层、Ⅵ煤含水层之间的水力联系。结果表明,井田北部LDT隔水层局部缺失,为UDT含水层水向含煤地层补给提供了条件;井田北翼煤层顶板含水层与UDT含水层水位变化规律密切相关,且水位相近,初步证明两者存在水力联系;各含水层水均为HCO3-Ca·Na·Mg型,均为低矿化度水,进一步证明各含水层间存在水力循环;聚类分析结果表明各含水层水质存在一定关联度,推演含水层间水力联系程度;氢(δD)氧(δ18O)同位素特征点分布于全球大气降水线附近,表明大气降水是各含水层共同的补给水源。研究成果可以指导孟加拉国巴拉普库利亚煤矿Ⅵ煤层开采时水害防治方向。
2021年04期 v.49;No.286 205-212页 [查看摘要][在线阅读][下载 2543K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：221 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：5 ] - 曹健;黄庆享;
我国西部神府东胜煤田主要赋存浅埋近距煤层,煤层埋藏浅,覆岩上部厚松散层大范围分布,近距煤层开采导致覆岩与地表裂缝发育严重,加剧了原本脆弱的生态环境进一步恶化。为探究浅埋近距煤层开采覆岩与地表采动裂缝发育规律,掌握其控制方法,以柠条塔煤矿1~(-2)煤层和2~(-2)煤层开采为背景,结合实测统计分析、物理模拟和分形理论,掌握浅埋顶部单一煤层开采和重复采动下覆岩与地表裂缝发育特征,揭示煤柱布置对裂缝发育的控制作用。研究表明,煤层开采导致的地表裂缝可分为平行于工作面的动态裂缝和工作面开采边界地表裂缝(切眼边界侧地表裂缝和区段煤柱侧地表裂缝),动态裂缝在开采后能够实现自修复,工作面开采边界的地表裂缝不能自修复。下煤层开采区段煤柱侧覆岩与地表采动裂缝发育严重,其与区段煤柱错距密切相关。1~(-2)煤层开采后,基岩垮落角为60°,土层垮落角为65°,边界煤柱侧地表裂缝的宽度为0.26 m。下部2~(-2)煤层开采,煤柱叠置、错距20、40 m时,区段煤柱侧覆岩采动裂缝宽度分别为0.81、0.45和0.22 m,地表裂缝宽度分别为0.65、0.30和0.12m。通过确定合理煤柱布置方式,能够有效控制覆岩和地表采动裂缝的发育程度,据此确定柠条塔煤矿1~(-2)煤层和2~(-2)煤层开采的合理煤柱错距应大于40 m。
2021年04期 v.49;No.286 213-220页 [查看摘要][在线阅读][下载 10665K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：698 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：30 ] - 祝艳波;李红飞;巨之通;兰恒星;刘振谦;韩宇涛;
为提高黄土高原治沟造地区挖填体力学特性与水稳定性,开展石灰、纳米二氧化硅、聚丙烯纤维和瓜尔豆胶改良黄土强度和崩解试验研究,对比分析其综合改良效果。结果表明:单一材料改良黄土性能仅在某一方面效果提升明显,如石灰和纳米二氧化硅显著提高黄土抗剪强度,提升幅度分别为36.3%～250.6%与9.0%～99.7%;但在提升黄土耐崩解性能方面改良效果有限;2种材料仅延缓了黄土崩解时间,对最终崩解量无影响。聚丙烯纤维和瓜尔豆胶显著提升黄土的耐崩解性,如瓜尔豆胶可将黄土的崩解率降低至11.5%以下,而聚丙烯纤维改良黄土较素黄土的崩解率降低幅度为11.2%～51.9%;但2种改良材料提升黄土强度性能效果不佳,强度提高幅度仅为1.5%～22.9%和2.8%～15.6%。石灰混合聚丙烯纤维、纳米二氧化硅混合聚丙烯纤维2类复合改良材料既提高黄土耐崩解性、又能提高黄土抗剪强度,克服了单一改良材料对黄土强度与耐崩解性综合性能提高有限的短板,达到黄土综合性能提高的改良目的;其中9%石灰混合0.6%聚丙烯纤维、2%纳米二氧化硅混合0.6%聚丙烯纤维2种复合材料掺比改良效果最优,使改良黄土抗剪强度最高分别提高了109.8%和68.3%、崩解率分别降低了61.3%和49.8%。
2021年04期 v.49;No.286 221-233页 [查看摘要][在线阅读][下载 2971K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：828 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：18 ] - 陈兴;赵洲;魏江波;许冲;
滑坡运动堆积特征及其冲击强度研究对滑坡风险定量评估具有重要意义。通过对四川乐山市马边滑坡基本特征调查,利用支持向量机模型(SVM)和颗粒流方法(PFC),对滑坡岩土体细观强度参数进行反演和标定,结合UAV数据生成滑坡区高精度DEM,在此基础上,重构马边滑坡三维颗粒流数值模型,模拟并研究滑坡的运动堆积和冲击过程。结果表明:马边滑坡运动时长32s,主滑时间16 s,运动开始5 s后速度达到峰值,为10.2 m/s;滑坡中后部岩土体运动迹线为直线型,中前部运动迹线成扩散状态,最终呈扇形堆积;滑坡在坡脚处的冲击力可达1.5×109N,并随着坡脚距的增大,冲击力呈现出指数衰减特征。研究结果与滑坡运动过程实际视频解译结果及堆积现状基本一致,相关研究方法为滑坡定量风险评估提供借鉴。
2021年04期 v.49;No.286 234-241页 [查看摘要][在线阅读][下载 11592K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：665 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：7 ] - 龙建辉;张玲玲;邢鲜丽;郭晓娟;
在季节性冻土区,冻融作用诱发黄土滑坡的本质是冻融循环作用下黄土物理力学性质的劣化,探明冻融作用下温度以及水分迁移对黄土强度的影响及其机制是必要的。以山西省柳林县某黄土边坡为例,采用一种新的冻融循环方式即按照土体每年历经的温度路径进行冻融循环,研究在温度动态变化的冻融循环作用下土体的抗剪强度变化规律以及反复冻融循环作用对土体黏聚力、内摩擦角和微观结构的影响。结果表明:在一轮冻融循环过程中,土体强度与温度呈负相关关系,低温对土体强度影响较大。随着冻融次数的增加,土体黏聚力呈指数函数下降,内摩擦角几乎没有明显变化。微观试验表明,随着冻融次数的增加,土体内大颗粒破碎化,孔隙增多,表现为颗粒趋于均一化,中等大小(5～10μm)孔隙占比最大。本次研究模拟了土体经历的温度变化过程,为该地区季节性冻融型黄土滑坡防治提供了借鉴作用。
2021年04期 v.49;No.286 242-249页 [查看摘要][在线阅读][下载 2832K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：386 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：9 ] - 赵冠华;
为开发广西合山煤田地下热水资源,以水文地球化学方法为主,通过石英温标法估算地热储层温度,并推测地下热水循环深度,研究地下热水赋存规律。结果显示,合山煤田地下热水补给、径流和排泄受岩溶构造控制,以顺地层为主,穿层次之;接受大气降水入渗补给,水质为HCO3-Ca·Mg型;采用无蒸汽损失的石英温标法,估算热储层温度约80℃,识别出浅层地下水、浅层地下水与深部地下循环混合水和深部地下循环水3种类型;以井田内No.6钻孔数据为例,800 m孔深以下为深层地下循环水,其热储层温度为63.44～79.41℃,循环深度在2 541～2 704 m,与实际地层埋深相差较小,估算结果可信度较高;在1 400 m以浅,有望探寻到水温约50℃热水;合山煤田地下热水的偏硅酸、温度均达到医疗要求;三、四煤层热导率低,孔隙率小,为热储层良好盖层;四煤层底板合山组下段和茅口组溶隙发育,为良好热水储层。研究成果对煤田地热资源的开发利用前景预测有一定的探索意义。
2021年04期 v.49;No.286 250-259页 [查看摘要][在线阅读][下载 1868K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：173 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] - 方良成;陈永春;安士凯;徐燕飞;赵月娇;王宁;李志辉;赵萍;
地表温度是描述陆表过程和反映地表特征的重要参数。研究矿区地表温度的时空演变特征,对于理解煤矿开采活动对矿区生态环境的影响具有重要意义。淮南矿区是我国东部典型的高潜水位煤矿区,为了探究该区域地表温度的时空异质性与开采扰动的关系,利用2008—2018年5期Landsat影像进行地表温度的反演和下垫面信息提取,结合热力景观格局指数和城市热岛比例指数的计算,分析近十年来淮南矿区地表热环境的时空演变特征。结果表明:淮南矿区地表温度分布格局及其变化与下垫面结构及其变化密切相关。2008—2018年间,淮南矿区地表温度总体以中温区为主,其次是次低温和次高温区,高温区和低温区面积及其占比相对较低。由于城镇和矿井建设,以及煤矿开采产生的煤矸石堆积和开采沉陷积水,建设用地和水域面积不断增加,植被面积不断减少,相应的低温区、次高温和高温区增长,中温和次低温区减少,总体上城市热岛比例指数不断增加,热岛效应不断加剧;低温区斑块破碎度和复杂度不断减小,优势度不断增大。其他温度级斑块破碎度和复杂度,景观团聚程度和连通性,多样性和均匀度变化分为2008—2013、2013—2015和2015—2018三个阶段,其中2013—2015年人类干扰强度较大,斑块破碎度和复杂度增大,景观团聚程度和连通性,多样性和均匀度减小。研究成果为淮南矿区生态环境的恢复治理和城市产业规划提供了科学依据。
2021年04期 v.49;No.286 260-268页 [查看摘要][在线阅读][下载 2953K] [阅读次数：0 ] |[下载次数：393 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：8 ]