煤炭地质 矿井地质

• 高原高寒矿区生态修复中的煤炭资源保护技术

  李聪聪;王佟;赵欣;王伟超;梁振新;

  【目的】木里煤田地处青藏高原东部高寒地区，长期的煤炭开采对当地生态环境造成了一系列问题，其中主要问题之一是露天采区存在大量已扰动的煤炭资源，因此需研究生态修复与资源保护的协同，探索如何在矿区生态恢复过程中实现煤炭资源的科学、有效保护方法。【方法】以木里煤田聚乎更矿区为例，在分析露天采区煤炭资源破坏特征的基础上，从地质机理分析的角度出发，按照生态地质层构建方法，采用人工方式构建残留煤层顶板及上部保护层，并充分利用矿区地质环境条件，兼顾资源集约利用、经济性、与景观协调性的原则，因地制宜，分区分类施策，将煤炭资源保护有机融合于矿区生态修复过程中，建立了两种煤系矿产资源保护技术，分别为：人造冻土层煤层顶板生态地质层构建技术和“以水代填”煤炭资源保护技术，其中人造冻土层煤层顶板生态地质层构建技术可进一步分为边帮煤层保护技术、采坑底部煤层顶板模拟冻土层技术和自燃煤层治理保护技术。【结果和结论】通过探坑实地测量验证，治理完成18个月后，人工构建的煤炭资源保护层已逐步恢复并初步形成冻土层，热融季消融深度为1.8～2.3 m，形成了新的煤层保护层。“以水代填”兼顾了经济性的同时，实现了煤层保护与景观协调性的统一，取得了良好的应用效果。探索形成了高寒矿区煤炭资源保护与生态修复协同的新思路，为类似地区露天煤矿生态修复治理提供参考。

  2024年11期 v.52;No.323 1-11页 [查看摘要][在线阅读][下载 3525K]
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• 自燃煤矸石山火区表面温度场三维重构与实践

  邵振鲁;张会松;邓榕;杨彤;马东;

  【目的】煤矸石山自燃灾害严重破坏生态环境，影响安全生产，已成为我国生态文明建设进程中的瓶颈问题，为科学制定灭火方法及实施灭火工程，自燃煤矸石山火区范围的准确探测至关重要。【方法】提出采用无人机热红外倾斜摄影测量技术探测高温区三维分布的思路，研发热红外图像多尺度高斯滤波细节增强技术，突出目标边缘信息；基于FLIR Tools软件开发工具包SDK (software development kit)开发热红外图像一键式批量化处理软件，利用ThreadPool高效地开展热红外图像的多线程异步处理，全局统一所有热红外图像颜色阈值与温度数值的对应关系；最后采用批量处理后的热红外图像进行自燃煤矸石山火区表面温度场三维重构，并在陕西某煤矸石山火区进行了现场应用。【结果和结论】结果表明：(1)经过多尺度高斯滤波细节增强后，热红外彩色图像细节特征得到显著增强，热红外图像信息熵由6.989提高到了7.624。(2)所开发的热红外图像批量化处理软件可在10 min内对1 000张热红外图像进行快速处理，极大提高了工作效率。(3)上述技术在陕西某煤矸石山火区现场成功构建了一区及二区煤矸石山火区三维表面温度场，分别圈定了11 693 m2和10 800 m2高温区，为火区发展态势评估和后续灭火方案设计提供了支撑。研究成果可应用于煤矸石山火灾、煤田火灾、垃圾填埋场火灾、森林火灾以及建筑火灾等高温场景的温度场三维重构，为火区侦查、火情调查及火源位置诊断提供详实的火场数据支持。

  2024年11期 v.52;No.323 12-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 3566K]
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• 吐哈煤田艾丁湖一区煤炭地下气化地质评价体系

  曾志伟;来鹏;田继军;杨曙光;胡振鹏;王博;蔚雨;王海超;刘韫碹;员艺轩;

  【目的】煤炭地下气化(underground coal gasification,UCG)是传统采煤技术的革新，系统的地质评价体系构建和科学的地质选层是UCG成功的先决条件。【方法】以吐哈煤田艾丁湖一区煤储层为研究对象，采用层次分析法、变异系数法和逼近于理想值的排序方法(TOPSIS法)等数学分析方法，从煤岩煤质、煤层赋存、含水层与围岩、地质构造、有害元素、地质勘查程度等方面进行了系统分析，深入探究了吐哈煤田艾丁湖一区UCG的可行性，同时构建了UCG地质选层资源评价体系并进行了气化炉址的地质选层。【结果和结论】结果表明：研究区煤的煤阶较低，煤层水分灰分较低、挥发分适中，煤层较多，煤体结构和煤层地质构造较简单，煤层埋深适中，顶底板岩性多为泥岩和粉砂岩、细砂岩，断层不发育，煤炭储量丰厚，煤层有害元素含量低，地质勘查程度较高，适宜进行UCG工作；优选出煤种、煤层埋深、顶底板岩性、煤炭储量等23个地质因素作为二级评价指标，通过合理的数理统计和科学的定量化转化，计算出了其综合权重并进行了分级处理，建立了适用于研究区的UCG多层次地质选层资源评价体系；基于该评价体系，运用加权求和法和TOPSIS法优选出的艾丁湖一区UCG有利煤层前3位均为8上>11号>7-3号煤层，最终确定8上号煤层为研究区UCG工作的最有利煤层。研究结果可为该区后续的地下气化工作实施提供科学依据，也对其他地区UCG地质选层具有借鉴意义。

  2024年11期 v.52;No.323 24-36页 [查看摘要][在线阅读][下载 1766K]
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• 中条山地区二叠系含煤岩系碎屑锆石年龄及其对区域构造活动的沉积学制约

  吴芳;李振宏;井向辉;寇琳琳;杜壮;刘博华;

  【目的】沉积盆地中碎屑沉积物的物质组成变化与源区的隆升剥蚀过程紧密相关。华北克拉通南缘作为中国大陆的主要构造单元，拥有二叠纪较为完整的地质记录，中条山地区位于华北克拉通南部汾渭地堑系核心部位，物源主要指向华北克拉通南缘及相邻的秦岭造山带，是研究二叠纪时期秦岭造山带及相邻地区构造演化过程的理想场所。【方法】通过对华北克拉通南缘中条山地区米汤沟剖面二叠系山西组潮坪-潟湖相含煤岩系及其上覆下石盒子组冲积扇-河流相沉积碎屑锆石U-Pb年代学分析，系统开展沉积物源对比示踪，综合讨论了沉积物源与源区构造作用的相互耦合关系。【结果和结论】结果表明：二叠系山西组潮坪-潟湖相含煤岩系碎屑锆石年龄序列具有297、327、443、921、969、1 826、1 990、2 272、2 443 Ma 9个主要峰值；下石盒子组冲积扇-河流相沉积碎屑锆石年龄序列具有305、1 755、1 882、2 284、2 490 Ma 5个峰值，缺少新元古代和早古生代的碎屑锆石年代记录。分析认为二叠系山西组含煤岩系物源主要来自于北秦岭-华北克拉通南缘构造带，下石盒子组沉积物源仅来自于华北克拉通南缘构造带。二者的沉积物源差异响应了早中二叠世华北板块与秦岭-大别板块的相互作用过程，显示构造活动自南向北逐渐迁移。早二叠世早中期，华北南缘整体隆升幅度较低，北秦岭构造带的物源能够进入中条山地区；早二叠世晚期至中二叠世早期，由于华北克拉通南缘的快速抬升，隆升幅度较大，阻隔了南部的北秦岭物源，导致中条山地区不再接受北秦岭的物源供给。研究成果从沉积学角度为华北克拉通南缘及相邻秦岭造山带在二叠纪时期的构造活动过程提供了新的佐证。

  2024年11期 v.52;No.323 37-54页 [查看摘要][在线阅读][下载 2976K]
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水文地质 工程地质 环境地质

• 地下水污染风险评价研究现状与展望

  徐蓓艺;王策;周光扬;周鹏鹏;

  【背景】全球经济社会的迅速发展加剧了地下水资源危机和水污染问题，地下水污染风险评价成为污染防治与修复的关键基础。【进展】系统总结了国内外相关研究，综述地下水污染风险评价理论的发展及其体系的建立。基于“源-路径-受体”的评价体系，归纳污染源荷载风险评价、地下水脆弱性评价和污染危害评价3个部分的不同研究方法。地下水污染风险评价已从最初的单一维度定性评估，发展为注重污染机理和后果的定量过程模型，并融合水文地球物理、地质随机方法和机器学习等现代技术，以增强模型可靠性。当前研究中的主要问题包括：污染源叠加效应解析不足、复合污染物在复杂含水系统中的动态迁移机制不清、受体风险评价不全面、模型不确定性较大等。不同污染物在多变地质环境下的迁移机制与过程研究，是亟需解决的关键科学问题。【展望】针对矿区多源污染、复杂地质条件及半人工化生态系统，对矿区地下水污染风险进行精细化过程评价，是矿山生态治理和修复的重要基础。未来研究应重点关注以下几个方面：多源数据融合的全周期污染水文地质监测、复杂含水系统中污染物在自然与人为影响下的迁移动态及风险响应、跨学科的风险评价与决策等。上述研究将有助于提高地下水污染风险识别与预测的精度，实现地下水科学管理，保障水资源的安全与可持续利用。

  2024年11期 v.52;No.323 55-71页 [查看摘要][在线阅读][下载 2140K]
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• SMOGN过采样下导水裂隙带高度的MPSO-BP预测模型

  刘奇;梁智昊;訾建潇;

  【目的】导水裂隙带高度是顶板(涌)突水、地下水资源流失的重要影响因素之一，是矿井防治水研究的重点。【方法】为了准确地预测煤层顶板导水裂隙带高度，选取开采深度、采高、煤层倾角、工作面斜长、硬岩岩性比例系数和开采方法作为导水裂隙带高度的主要影响因素，搜集200例导水裂隙带高度实测样本作为模型数据集。首先，采用自适应高斯噪声过采样方法(synthetic minority over-sampling technique for regression with Gaussian noise,SMOGN)对原始数据集进行过采样，结合8折交叉验证，将平均绝对误差(EMA)、均方根误差(ERMS)和决定系数(R2)作为回归模型评价指标，确定最优的BP神经网络结构，然后采用变异粒子群优化算法(mutation particle swarm optimization,MPSO)，对神经网络的初始权值和阈值进行优化，最后将优化后的预测模型进行工程现场应用。【结果和结论】结果表明：该数据集下，BP神经网络采用Huber loss和Adam一阶优化算法，训练速度和稳定性均得到提升，最优激活函数为Tanh，最优隐藏层节点数为12。当MPSO种群数量为50时，模型性能最好，经过SMOGN过采样和MPSO超参数优化，最终训练集的E_(MA)为0.163,E_(RMS)为0.216,R~2为0.948，验证集的E_(MA)为0.260,ERMS为0.341,R~2为0.901。在现场应用中模型预测的相对误差均在9%以下。结果表明结合SMOGN技术和MPSO超参数优化技术，显著提高了模型的稳定性和泛化性能，改善了样本分布特征，提高了样本利用效率和模型预测效果，对导水裂隙带高度模型的训练和预测具有重要的借鉴意义。

  2024年11期 v.52;No.323 72-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 1974K]
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• 边坡主动加固设计方法探讨-以挖方边坡为例

  秦辉;尹小涛;汤华;程谞;

  【目的】边坡失稳破坏具有较强的时空特征，现有被动设计方法造成大量挖方边坡工程失稳。分析边坡开挖时空演化规律，探讨边坡主动加固设计方法，对边坡信息化施工和安全控制尤为重要。【方法】采用现场调研和数值模拟手段，分析高边坡开挖破坏原因和滑带主应力演化规律，揭示边坡开挖渐进破坏机制，进一步构建以加固时机、加固深度、加固力为核心三要素的边坡主动加固设计方法体系，并通过典型挖方边坡工程检验方法的可行性。【结果和结论】结果表明：(1)挖方边坡开挖失稳破坏过程可划分为：破坏应力孕育期、稳定发展期和急速发展期。(2)建立挖方边坡变形阶段和安全系数(Fs)与开挖步的表征关系，可控弹塑性变形阶段1.05≤Fs≤Fst(设计安全系数)为最佳加固时机；临界坡高计算方法可以更加方便地确定加固时机，0.4 Hcr～0.7Hcr(临界坡高)为最佳加固时机。(3)提出主动加固深度上下界的界定方法，主动加固时锚固段的深度需在锚固上界之下，且达到锚固下界。(4)考虑开挖损失应力补偿，提出每级坡主动加固力的确定方法，保证开挖过程中边坡稳定性。(5)通过工程案例进行主动和被动加固设计比较，得出采用提出的主动加固设计方法只需要相对较小的加固力即可较好地约束边坡变形和塑性区扩展。研究成果可为挖方边坡工程信息化施工和加固设计提供指导。

  2024年11期 v.52;No.323 86-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 2437K]
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• 红页岩纳米压痕细观力学特性研究

  周浪;马振乾;黄青荣;帅运林;张吉民;刘荣科;

  【目的】通过纳米压痕试验研究矿物细观力学特性，对于揭示矿物细观尺度破坏机制具有重要意义。【方法】以磷矿红页岩围岩主要矿物为对象，采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)试验对红页岩主要矿物进行定性、半定量和空间分布特征分析，开展靶向纳米压痕试验，获取矿物细观力学性质。基于Voronoi多边形法构建细观矿物纳米压痕离散数值计算模型，并将模拟结果与试验结果进行对比分析。【结论和结果】结果表明：(1)红页岩中含石英、钠长石、绿泥石和伊利石4种矿物，弹性模量依次为95.62、78.13、53.50、48.91 GPa，石英、钠长石矿物力学性质最好，绿泥石和伊利石最差，表明红页岩非均质性、多相性的材料属性。(2)室内试验表明矿物内部缺陷、微孔隙的存在导致荷载-位移曲线台阶拐点等异常情况，而模拟结果表明矿物颗粒簇尺寸、含量和空间分布特征均会使荷载-位移曲线出现拐点突增等情况，解释了纳米压痕荷载-位移曲线出现异常点的原因。(3)矿物压入后在微裂纹类别、数量、占比及倾向分布的差异较大，表征受载过程矿物劣化程度及微裂纹扩展方向。研究成果有助于预测矿物受荷载作用时的开裂方向，为细观矿物劣化分析提供理论支持，对相似工况下围岩灾害预防提供借鉴。

  2024年11期 v.52;No.323 96-107页 [查看摘要][在线阅读][下载 7145K]
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• 基于自然伽马测井的莺歌海盆地中央凹陷地层生热率及岩石圈热结构研究

  张佳豪;宋荣彩;郑峰;张严;唐鑫;黎波;董树义;

  【目的】岩石圈热结构对探索盆地热演化的动力学过程、地热资源评价和开发利用具有重要意义。由于莺歌海盆地生热率数据的匮乏，限制了岩石圈热结构的研究。【方法】利用莺歌海盆地23口钻井的自然伽马测井数据，通过GR(自然伽马值)-A(岩石放射性生热率)经验公式，计算莺歌海盆地中央凹陷的地层生热率；依托OBS地壳速度结构模型建立地层生热率参数柱，计算壳幔热流及其比值、莫霍面温度和热岩石圈厚度，获取岩石圈热结构。【结果和结论】结果表明：莺歌海盆地中央凹陷地壳热流为19.2～27.1 mW/m~2，平均值为(23.5±2.8) mW/m~2，地幔热流为49.2～57.2 mW/m~2，平均值为(52.8±2.8) mW/m~2；莫霍面温度为613～707℃，平均温度为(671±31)℃；热岩石圈厚度为61.23～64.89 km，平均厚度为(63.58±1.35) km；壳幔热流配比为0.45±0.08，岩石圈热结构表现出“冷壳热幔”的特征，反映出莺歌海盆地中央凹陷的热状态受深部热源的影响。研究成果不仅为该地区地热资源的进一步勘探和开发提供了科学依据，还为盆地的地球动力学研究提供重要参考。

  2024年11期 v.52;No.323 108-117页 [查看摘要][在线阅读][下载 1869K]
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智能地球物理

• 煤系金属成矿中关键地质构造精细智能化识别

  杨艺;赵惊涛;李文煜;师素珍;

  【目的】为了识别煤系金属矿床成矿过程中的关键地质构造，以鄂尔多斯盆地临兴区块为研究对象，依托前人研究结果、区块地质资料、地震以及测井等地球物理数据，构建了基于U-Net网络的地质构造识别模型，用于预测构造火山活动等事件，以分析矿床形成的关键地质因素。【方法】首先，基于叠后地震资料，利用平面波破坏滤波器技术实现绕射波分离与成像，提取小尺度关键地质信息；其次，利用知识图谱结合研究区实际情况开展属性优选，获得方差、瞬时频率和均方根振幅等反映构造特征的优势属性。以研究区三维地震属性体作为训练样本，基于知识图谱建立映射标签，引入卷积块注意力机制提出了U-Net多属性融合模型。该模型以三通道地震属性作为输入，地下关键地质构造(如断层或火山通道)作为输出，进而构建关键地质构造智能化识别方法。【结果和结论】研究结果表明：基于知识图谱建立的U-Net网络，在煤系金属矿床关键地质构造识别上具有较高的效率和准确性，可直观刻画关键地质构造的三维展布特征，降低断层解释人为不确定性，为煤系金属矿床研究提供有效的技术支撑。

  2024年11期 v.52;No.323 118-131页 [查看摘要][在线阅读][下载 8432K]
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• 嵌入傅里叶神经算子的卷积自编码声波速度反演方法

  李谌;赵海霞;白钊蔚;郝禹帆;

  【背景】地震波反演是利用地震波的到达时间、振幅和波形等信息获取地下介质构造、岩性和物性特征的有效手段。基于波动方程的地震反演方法利用正演模拟技术不断迭代更新模型参数，这通常需要大量的数值模拟和优化计算，耗费大量的计算资源和时间。近年来，以傅里叶神经算子(Fourier neural operator,FNO)为代表的神经算子学习引起了广泛关注。然而，在复杂介质地震波反演中，原始FNO结构无法有效学习地质结构变化剧烈的波场信息，导致其反演结果准确性不高。【目的和方法】为了提升FNO在复杂地质模型下学习地震波场信息的准确性和泛化性能，提出了一种新颖的声波速度反演方法-卷积自编码傅里叶神经算子(CAE-FNO)。CAE-FNO利用编码器进行特征提取，并基于FNO进行高效训练，以更好地捕捉波场的细微特征并提高预测精度。CAEFNO在网络训练过程中逐层减小傅立叶模的规模，从而有效减少网络参数的数量，同时增强网络的泛化能力。【结果和结论】通过对均匀、非均匀、层状和Marmousi2等模型进行数值实验验证，结果表明：CAE-FNO的反演精度优于FNO及其变体UFNO和UNO。在均匀介质模型中，CAE-FNO的速度反演结果相对误差为1.3%，而UFNO与UNO的反演结果相对误差分别为1.7%、2.3%,FNO的误差高达10.1%。在非均匀模型中，CAE-FNO准确反演地质结构和速度变化位置，而UFNO和UNO在速度变化剧烈区域的误差相对较大。层状模型中，CAE-FNO能够清晰区分不同层间的微小速度变化，而FNO无法明显区分。在Marmousi2模型的平滑区域和突变区域，CAE-FNO较UFNO和UNO更能准确捕捉不规则的速度变化界面，FNO则无法有效处理这些区域的速度突变与细节变化。CAE-FNO通过更低的损失函数值和更高的反演精度，展示了其在复杂介质反演中的优势，为地震反演技术提供新的研究思路。

  2024年11期 v.52;No.323 132-140页 [查看摘要][在线阅读][下载 2336K]
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• 准噶尔盆地叠后三维地震资料噪声智能压制

  毛海波;周鑫;李晓峰;潘龙;林娟;刘达伟;王晓凯;

  【目的】准噶尔盆地是我国重要的含油气盆地，其勘探目标已进入深层。该盆地的复杂近地表条件、勘探目标深度以及“两宽一高”的三维地震数据采集方式导致地震资料信噪比低、数据量大，这些问题对勘探目标的落实产生了影响。因此，压制噪声并提高三维地震资料的品质对于实现勘探目标至关重要。【方法】随着深度学习理论的发展和硬件性能的提升，深度神经网络的学习能力和处理效率得到了显著提高。为此，基于残差学习和批归一化技术，构建了三维去噪卷积神经网络(three-dimensional denoising convolutional neural network,3D-DnCNN)，并开发了适用于准噶尔盆地的基于深度学习的三维地震资料噪声压制流程。【结果和结论】针对准噶尔盆地某大连片工区的实际需求，选取了覆盖次数高、信噪比高的区域的噪声压制结果构建高质量标签，并将训练好的3DDnCNN网络应用于整个工区。研究结果表明，与常规工业流程相比，所提方法得到的同相轴一致性更好、断裂保持更完整、石炭系顶界与内幕更加清晰。此外，3D-DnCNN网络在高信噪比区域学习到的偏移画弧噪声特征，使其在整个工区的偏移画弧噪声压制能力优于常规工业流程。通过调整网络参数(如网络深度、卷积核大小及训练样本选择策略)可以进一步优化网络以适应不同地区的地震资料，从而增强了地震噪声压制技术的适用性和有效性。

  2024年11期 v.52;No.323 141-150页 [查看摘要][在线阅读][下载 3326K]
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• 基于Transformer神经网络的瞬变电磁法数值模拟

  王云宏;

  【目的】基于深度学习的瞬变电磁正反演方法属于数据驱动型方法，需要大规模的数值模拟结果作为监督数据对神经网络进行训练和评估。传统的时域有限差分法进行瞬变电磁数值模拟需要迭代求解时域麦克斯韦方程，耗时严重，且耗费计算资源庞大，难以满足基于深度学习的瞬变电磁反演对数据的需求。【方法】为此，引入深度学习方法进行瞬变电磁数值模拟。以Transformer神经网络架构为基础，采用编解码结构(encoder-decoder)设计了基于深度学习的瞬变电磁数值模拟神经网络，该网络包含三维网格剖分模块、分块嵌入模块(patch embedding)、编码器模块(Transformer encoder)、解码器模块(linear decoder) 4部分，输入为模型地电参数，输出为该模型对应的回线源中心点瞬变电磁响应。采用带动量的随机梯度下降算法与Adam自适应学习率算法相结合的优化策略，在搭载4张英伟达V100显卡的服务器上进行了200个周期的训练，获得了瞬变电磁法数值模拟深度学习网络。【结果和结论】利用训练后的网络分别对均匀半空间模型、层状模型、板状体模型以及三维体模型4种类型的地电模型回线源瞬变电磁响应进行实时预测，验证集测试结果表明：计算得到的关断时间后的数值模拟结果与采用解析解、线性数字滤波解和时域有限差分法数值模拟结果平均相关误差小于2%；同时，基于神经网络的瞬变电磁数值模拟计算耗时不到1 s，实现了瞬变电磁数值模拟的快速精确计算，为后续基于深度学习的瞬变电磁反演研究奠定了理论基础与数据支撑。

  2024年11期 v.52;No.323 151-159页 [查看摘要][在线阅读][下载 1955K]
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• 动校正域CNN法压制自由表面多次波

  黄柱富;刘剑锋;方文倩;付丽华;

  【目的】自由表面多次波的存在影响了地震资料的解释精度，有效压制多次波是地震处理的重要环节。多次波是具有与有效信号相似特征的相干噪声，传统的卷积神经网络(convolution neural network, CNN)方法难以从全波场数据中分辨出多次波信号。此外，不同工区的自由表面多次波差异较大，导致CNN方法在迁移时面临更严重的问题。【方法】为此，引入物理先验，提出一种基于动校正(normal moveout correction,NMO)域的CNN方法。利用NMO域上一次波与多次波呈现出的曲率特征差异训练CNN，以实现对多次波的有效识别和压制。通过仿真和真实数据测试了方法的性能。【结果和结论】实验结果表明：动校正域上训练的CNN能够有效识别并压制多次波信号，同时保护一次波反射信号。与传统Radon算法相比，提出的方法减少了人为调整参数并降低了计算复杂度，且有效信号泄漏更少；与直接端到端基于CNN的自由表面多次波压制方法相比，新方法面向新数据的适应能力更好。研究成果可为提高地震资料解释精度和降低计算成本方面提供新思路。

  2024年11期 v.52;No.323 160-170页 [查看摘要][在线阅读][下载 3061K]
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钻掘工程

• 定向长钻孔瓦斯抽采负压变化规律及监测控制技术研究进展

  李泉新;程卓尔;方俊;牟全斌;刘飞;丛琳;

  【意义】近水平定向长钻孔是煤矿瓦斯灾害防治的重要技术途径和有效手段，负压是影响定向长钻孔瓦斯抽采效果的重要因素。【进展】从孔内负压衰减机制与分布规律、瓦斯抽采参数监测技术、瓦斯抽采智能调控系统等3个方面系统总结了近水平定向长钻孔瓦斯抽采技术研究进展，其中在孔内负压衰减机制与分布规律方面，总结了负压对瓦斯抽采影响机制、负压衰减机制、负压分布规律等基础理论研究成果；在瓦斯抽采参数监测技术方面，基于不同原理，阐述了超声波式、激光式、孔板式、循环自激式等不同类型的孔口瓦斯监测仪器现状，以及以束管法为主的孔内瓦斯监测手段；在瓦斯抽采智能调控系统方面，介绍了瓦斯抽采智能调控理念与技术装备研究上取得的成果，以负压、流量、浓度等抽采参数为分析调控对象，基于智能算法与PLC控制技术，初步实现井下管网智能调控，提高了瓦斯抽采效率。【展望】指出当前研究存在定向长钻孔内负压变化规律不清、正负压耦合作用机制不明，缺乏孔内长距离的瓦斯抽采参数监测手段和瓦斯多参数监测方法，瓦斯抽采调控系统智能化程度低等不足。同时提出瓦斯抽采定向长钻孔研究的未来发展趋势，包括基于定向长钻孔特殊结构分析的负压抽采与正压扩散耦合机制、基于光纤传感的孔内瓦斯多参数监测系统、基于机器学习的瓦斯抽采参数精细调控方法等研究方向，为近水平定向长钻孔瓦斯治理工程设计、施工、抽采与效果评价提供支撑。

  2024年11期 v.52;No.323 171-182页 [查看摘要][在线阅读][下载 1883K]
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• 相变壁材微球对固井水泥浆性能影响与调控机制

  郑明明;吴祖锐;颜诗纯;胡云鹏;何娟;张亚伟;熊亮;朱成涛;

  【目的】当前在含水合物地层固井用相变微球低热水泥浆设计时，未充分考虑相变微球粒径及质量分数对水泥浆性能的影响，导致水泥浆性能降低和成本增加，从而引发一系列固井质量问题，因此，分析相变微球对固井水泥浆性能影响及调控机制尤为关键。【方法】为排除相变芯材储热效应的干扰，以自制的多级粒径相变壁材微球为研究对象，研究壁材微球粒径和质量分数对水泥浆性能的影响，建立了不同水化龄期水泥浆的Dinger-Funk方程(DFE)模型，揭示了壁材微球对固井水泥浆性能的调控机理。【结果和结论】结果表明：(1)相较于质量分数，微球粒径对固井水泥浆流动性能和力学性能影响更大，在进行相变微球低热固井水泥浆设计时，需重视微球粒径对固井水泥浆性能的影响。(2)微球质量分数增大对水泥浆体系存在2种不同的效应，一方面是堆积密度增大导致的水泥石力学强度提升以及水泥浆流动性能减弱效应，另一方面是微球引入本身强度缺陷导致的水泥石强度下降效应，这2种效应的主导地位取决于微球的质量分数和粒径，其中质量分数对两种效应起决定性作用，当质量分数较小时，堆积密度上升效应占主导，当质量分数超过4%时，强度缺陷效应占主导，2种效应共同作用下，水泥石单轴抗压强度呈现先上升后下降的趋势。(3)最紧密堆积DFE模型与水泥浆流动性能和力学性能有较强的相关性，当固井水泥浆DFE模型处于较优状态时，通常意味着该体系具有较好的流动性和力学性能。研究结果为热敏地层低热相变微球固井水泥浆设计提供有益参考。

  2024年11期 v.52;No.323 183-191页 [查看摘要][在线阅读][下载 1734K]
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• 基于1DCNN-BiLSTM-CBAM的煤巷顶板岩层地质特征随钻智能识别方法

  雷志勇;王家文;凡东;鲁飞飞;陈卫明;

  【目的】煤巷顶板事故多发生于原生裂隙发育带和岩层破碎带等潜在垮落区，准确、及时掌握顶板岩层地质特征并优化其支护方案及参数是预防顶板事故的重要途径。目前关于巷道顶板岩层地质特征识别方法的相关研究存在识别速度慢、效率低、成本高等问题，难以满足煤矿安全、高效和智能化开采的需求。【方法】提出了一种基于1DCNN(一维卷积神经网络)、BiLSTM(双向长短期记忆网络)和CBAM(卷积块注意力模块)相结合的神经网络模型，建立了随钻振动加速度信号与顶板岩层地质特征的对应关系，通过钻进试验，采集完整岩石、破碎岩石和含裂隙岩石样本的随钻振动加速度信号数据，并将此信号作为训练样本，在此基础上建立了不同岩石样本与其随钻振动信号之间的对应关系，并采用准确率、精确率、召回率和F1值4项分类指标评估各模型的性能。【结果和结论】研究表明：(1)建立的1DCNN-BiLSTM-CBAM模型实现了端到端的岩层地质特征智能识别，简化识别流程，提高识别效率。(2) SVM(支持向量机)、1DCNN、BiLSTM以及1DCNN-BiLSTM-CBAM模型训练结果表明，1DCNN-BiLSTM-CBAM模型的平均准确率、精确率、召回率和F1值分别达到99.22%、99.26%、99.21%和99.23%，均优于其他对比模型。(3)实验验证该模型在煤巷顶板岩层地质特征的分类识别中是有效的，且具有良好的分类识别性能，能够满足巷道顶板岩层地质特征实时智能的识别要求。研究为识别煤巷潜在垮落区以及制定顶板支护方案提供了有力的技术支持，提供了一种煤矿巷道顶板随钻探测的高效识别方法，对提升煤矿巷道安全保障技术具有重要的借鉴意义。

  2024年11期 v.52;No.323 192-199页 [查看摘要][在线阅读][下载 2282K]
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• 锚固钻孔软弱夹层结构特征智能识别方法

  高丹;岳中文;王鹏;岳小磊;闫逸飞;周星源;李杨;

  【目的】锚固孔钻进作成孔质量深受岩体内存在的软弱夹层结构面的影响，这些软弱夹层往往是岩体中的隐患，影响钻进的稳定性和效率，关系到整个支护结构的稳定性和安全性。当钻头钻进软弱夹层时，其动态响应特征会变得明显起来，这种响应反映了钻进过程中岩体结构的变化情况。【方法】基于钻进比能的研究视角，利用自主研发的随钻测量系统，开展含有软弱夹层的类岩体试件数字钻探试验。这一系统能够实时、准确地监测并记录随钻过程中的各项参数，如钻压、扭矩、转速以及钻进速度等。通过对这些参数的敏感度分析、主成分分析和熵值分析，评估不同参数对软弱夹层响应特征的反馈程度，从而确定了影响最为显著的参数指标。其次，基于显著参数指标，建立钻进功率比识别法，实现类岩体软弱夹层智能化识别。【结果和结论】研究结果表明：(1)扭矩参数在随钻破岩和软弱夹层特性识别中起主要作用，其权重最大，反馈度效果最佳。(2)以扭矩参数变化为主要识别特征而建立的钻进功率比识别法，成功将软弱夹层厚度识别的平均准确率由原先的72.943%提高至88.268%，同时基于钻进功率比提出的倾角识别法，经计算倾角识别平均准确率高90.833%，软弱夹层特性识别精确度得到显著提高。这一显著的提升不仅证明了新方法的有效性，也为实际工程中的岩体软弱夹层识别与处理提供了准确和可靠的依据。

  2024年11期 v.52;No.323 200-210页 [查看摘要][在线阅读][下载 2157K]
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• 《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。

  2024年11期 v.52;No.323 211页 [查看摘要][在线阅读][下载 624K]
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