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期刊信息/Journal information
煤田地质与勘探
中煤科工集团西安研究院
煤田地质与勘探

中煤科工集团西安研究院

王丽

双月刊

1001-1986

ccrimtdzykt@vip.163.com

029-81778075 81778078

710077

陕西省西安市高新区锦业一路82号

煤田地质与勘探/Journal Coal Geology & ExplorationCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊是中文核心期刊，被美国EI PAGE ONE数据库、美国能源研究院《煤文摘》（COAL ABSTRACT）和国际能源机械《煤文摘》（COAL HIGHLIGHTS）等12种数据库和文摘期刊收录。主要刊载煤田地质、矿井地质、煤层气、水文地质工程地质、环境地质、煤田物探、矿井物探、探矿工程等方面的新发现、学术论文、先进经验和技术革新成果。
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    大柳塔煤矿地下水库水化学特征及来源解析

    张海涛蒋斌斌张海琴李鹏...
    118-130页
    查看更多>>摘要：[目的]煤矿地下水库具有储存和净化矿井水的功能,深入理解水库水体的水化学特征及形成机制是大规模开发矿井水处理技术的重要前提.[方法]以神东大柳塔煤矿地下水库为对象,通过对水库进出水水样采集测试与分析,结合离子比值法、多元统计分析(包括相关性分析和主成分分析)和正矩阵分解模型等方法,分析了水库水体的水文地球化学特征及组分来源.[结果和结论]结果表明:(1)与水库进水水质相比,出水处水体的固体悬浮物(SS)、电导率(EC)、溶解性总固体(TDS)、Fe3+、Mn2+等重金属指标明显降低,且沿着水流方向上Na+、Cl-含量逐渐增加,Ca2+、Mg2+含量逐渐降低,水化学类型由进库的Cl·SO4-Ca型向出库的Cl·SO4-Na·Ca型和Cl·SO4-Na型转变.(2)水库内垮落岩石主要为泥岩和砂岩,其矿物成分包括石英、正长石、钠长石、伊利石、高岭石、绿泥石、石膏和黄铁矿等,发生的水文地球化学作用主要包括矿物溶解(即岩盐、硅酸盐和石膏溶解)、阳离子交换、吸附和沉淀以及混合作用.(3)水库水体的水化学组分主要受矿物溶解和阳离子交换作用(F1)、离子的吸附和沉淀作用(F2)、不同水源的混合作用(F3)3种因子控制,三者对水库水体离子质量浓度的平均贡献率分别为57.2％、22.0％和20.8％.(4)F1对Na+、K+、Ca2+、Cl-、SO42-和HCO3-质量浓度的贡献率依次为86.9％、78.8％、79.2％、79.7％、74.0％、74.8％;F2对Fe3+和Mn2+质量浓度的贡献率分别为83.9％和70.3％;F3对Mg2+质量浓度的贡献率为84.9％.研究成果为深入理解煤矿地下水库水质净化机理提供了理论支持,并为优化矿井水处理技术和实现水资源可持续利用提供了技术指导.

    水化学特征水岩相互作用来源解析PMF模型煤矿地下水库大柳塔煤矿

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    循环热冲击花岗岩微观裂隙表征与渗透特性演化规律

    何将福任成程何坤余启航...
    131-142页
    查看更多>>摘要：[目的]为揭示增强型地热系统(EGS)热储开发过程中,钻井液、循环取热介质等低温流体与高温花岗岩储层循环热冲击致裂微观损伤特性与渗透率演化规律.[方法]开展了不同冷却方式、循环热冲击次数、冷却温度等条件下高温花岗岩致裂特征实验研究,得到了循环注水冷却和自然冷却状态下25～700 ℃花岗岩的纵波波速、孔隙体积分数、分形维数等微观结构特征参数,并基于CT扫描三维重构技术与Avizo-COMSOL交互式联合建模技术,构建了花岗岩微观孔隙渗透率演化特征模型,揭示了孔隙流体流动过程中渗流场、压力场和速度场的流线分布规律,并计算了 X、Y、Z方向的绝对渗透率.[结果和结论]结果表明:(1)热处理温度与循环热冲击次数均与纵波波速呈负相关,循环次数越大,波速下降越明显,岩石损伤越严重,水冷却组波速下降速率整体大于空气自然冷却组.(2)当花岗岩温度t≤300 ℃时,CT扫描切片中的微裂纹数量较少,连通性较差;当温度t≥400 ℃时,花岗岩内部微裂纹及孤立孔隙迅速发育,并逐渐形成裂隙连通网络,且水冷却对花岗岩内部损伤致裂效果更显著.(3)由于微观孔隙结构的非均质性导致X、Y、Z三个方向渗流计算结果存在差异,沿流动方向孔隙压力减小、流量变大,在裂缝通道较窄的地方流量突然增加,但在一些复杂的孔隙结构中,不可避免地导致流体停滞或回流.研究结果揭示了循环热冲击对高温花岗岩损伤机制与渗透率演化规律,为热刺激法干热岩储层改造提供了可靠参数.

    高温花岗岩循环热冲击CT扫描三维重构裂隙标准Avizo-COMSOL增强型地热系统(EGS)

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    神东采煤沉陷区生态环境一体化监测技术与应用

    程洋刘薇张娜李贯杰...
    143-154页
    查看更多>>摘要：[背景]干旱半干旱采煤沉陷区生态环境监测是区域性生态环境保护与治理的重要前提,对推动绿色矿山建设具有重要意义.[方法]立足政府对矿山生态环境的监管要求,分析了神东采煤沉陷区生态环境监测的难点,详细论述了"煤-岩-水-土-气-植-碳"一体化监测技术体系,制定了神东生态环境一体化监测要素、主要方法、技术路线,分析了"天-空-塔-地-室"一体化观测的时空协同关系,设计并实现了神东生态环境监测平台,在神东采煤沉陷区进行了生态环境一体化监测实践.[结果和结论]研究表明:(1)提出的"煤-岩-水-土-气-植-碳"要素一体化监测和"天-空-塔-地-室"多观测平台协同的技术体系,统筹考虑了各监管部门的要求和不同观测平台的优势,解决了生态环境多要素耦合协同分析、多部门监测要求协调的问题,满足了多个监管部门对指标覆盖性和监测效率的要求.(2)研发的神东生态环境监测平台集成了多源数据高效组织管理模型、智能决策模型等,解决了多源异构大数据管理与时空协同处理、基于多源监测大数据的生态修复智能决策等问题,助力了采煤沉陷区生态修复工程与植物日常管护.(3)提出的采煤沉陷区生态环境一体化监测技术在神东矿区绿色矿山建设中应用,在植物类型与种植密度优化决策、植被长势与土壤墒情研判、修复工程的植株数量与存活率智能监测验收等方面取得了良好的应用效果,为干旱半干旱采煤沉陷区生态环境监测治理提供了典型案例参考.

    一体化监测地下开采生态环境多要素一体化多平台协同遥感神东采煤沉陷区

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    Bi-RNN与GMS耦合的金属露天矿井涌水量预测

    赵誉兴李向文
    155-169页
    查看更多>>摘要：[目的]在矿井实际生产过程开始前,准确预测涌水量对预防矿井潜在水害事故和保障安全生产具有重要的直接指导作用.[方法]为提升以大气降水为主要补给来源的露天矿井涌水量预测的准确性与稳定性,提出一种结合双向循环神经网络(bidirectional recurrent neural network,Bi-RNN)和地下水数值模拟系统(groundwater modeling system,GMS)的涌水量预测耦合模型.该模型通过对全球预报系统数据(global forecast system,GFS)提供的研究区内历史预报降水与实际降水之间差值的波动规律进行分析,利用Bi-RNN对预报降水数据进行校正,将校正后的降水数据输入GMS中以预测南北2个开采区的涌水量.同时,采用传统的大井法和补给模数大井法对开采区涌水量进行预测,并对比不同方法的预测结果.[结果和结论]结果表明:北部开采区耦合模型预测结果为294m3/d,大井法预测结果为276.651～940.613 m3/d,补给模数大井法预测结果为287.241 m3/d;南部开采区耦合模型预测结果为1160m3/d;大井法预测结果为3 330.107～5 090.944 m3/d,补给模数大井法预测结果为1 108.575 m3/d.研究表明,所建立的耦合模型在预测露天矿井涌水量方面取得了一定成果,作为一种结合多数据源的预测方法具有一定优势.该模型为解决矿井涌水量问题提供了新的思路和技术支持,具有较高的理论价值和实际应用潜力.

    露天矿井涌水量预测双向循环神经网络全球预报系统地下水数值模拟系统深度学习

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    掘进工作面地质构造探测频谱声学方法试验研究

    张建国冯志成魏风清马骥...
    170-178页
    查看更多>>摘要：[目的]煤矿生产实践证明,绝大多数煤与瓦斯突出受地质构造的控制,且主要发生在掘进工作面.因此,地质构造连续超前探测是防治掘进工作面煤与瓦斯突出的重要技术手段,对保证矿井安全生产具有重要意义.[方法]基于频谱声学方法在俄罗斯多年的研究成果,利用掘进机割煤时激发的人工声学信号在顶板岩层弱化接触面处产生的谐振现象,构建以应力指标和频率指标为基础的地质构造预测系数,通过地震检波器、监测分站、工业环网、监测主机组成的监测预警系统,实时计算分析相对应力系数、频谱最大值频率和地质构造预测系数,实现掘进工作面地质构造的实时监测预警.中俄双方合作并在平顶山天安煤业股份有限公司八矿己15-15080风巷掘进工作面进行了试验研究,试验工作面连续推进756 m,共揭露断层7个.[结果和结论]试验结果表明:(1)地质构造监测指标异常区的分布与工作面地质构造的分布具有较好的一致性,工作面地质构造均分布在地质构造监测指标异常区内,在地质构造揭露前一定范围内,地质构造预测系数一定增大并超过其临界值,地质构造预测系数临界值可取7,对地质构造监测预警的可靠性可达100％.(2)按工作面至断层走向的法向距离计算,超前预警距离为6.5～27.3 m,沿工作面掘进方向计算,超前预警距离为13.5～44.0 m.(3)地质构造预测系数在断层两侧的分布形态可分为两类单翼型和双翼型,断层上盘或者下盘其中一盘的地质构造预测系数超过临界值的属于单翼型,断层上盘和下盘的地质构造预测系数都超过临界值的属于双翼型.(4)根据断层面和断层上下盘的相对应力系数的分布情况,断层附近的应力应变状态可分为单侧高应力区、双侧高应力区和整体高应力区,高应力区至断层面的距离一般为3.2～28.0 m.研究结果为掘进工作面地质构造超前探测连续在线预警提供了新的指标和方法.

    人工声学信号频谱声学地质构造地质构造预测系数相对应力系数

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    微震监测在复合坚硬砂岩体顶板控制策略优化中的应用

    张寅李家俊赵乾杨晨晨...
    179-189页
    查看更多>>摘要：[目的]随着我国煤炭开采深度不断增加,上覆厚层坚硬岩层运动对矿压的影响愈加复杂,而鄂尔多斯矿井多数工作面上覆岩层赋存复合坚硬砂岩体,该类型关键层特点是厚、硬、近,这导致工作面矿震与动力显现风险并存.[方法]以鄂尔多斯地区某矿11-3106工作面为工程背景,基于微震聚集演化特征,采用理论分析和数值模拟的方法,对复合坚硬砂岩体顶板破断裂隙发育进行了研究,探讨了复合坚硬砂岩体顶板控制措施.[结果和结论]研究结果表明:(1)随着工作面的推采,上覆复合坚硬砂岩体在微震显著聚集区域发生破断,并可基于微震聚集特征演化规律来判识复合坚硬砂岩体的断裂位置,该工作面微震聚集高密度区呈现"高频率-高能量"的特征,并出现区域峰值大能量事件;(2)11-3106工作面在推采至一次见方和二次见方附近,复合坚硬砂岩体呈现2～3个小周期和1个大周期的破断特征,微震聚集在工作面走向方向动态变化;(3)基于微震聚集演化特征,优化了深孔预裂爆破的破断步距,回风巷微震聚集程度显著减少,采动影响范围缩小,效果显著.根据工作面微震聚集特征演化的复合坚硬砂岩体动态迁移现象,对复合坚硬砂岩体顶板控制措施进行优化,对鄂尔多斯矿区相似覆岩结构的工作面的顶板防治具有参考意义.

    微震监测复合坚硬砂岩体破断规律采动应力运动来压

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    基于钻孔多参数测井的煤层顶底板岩性及厚度识别

    李哲高保彬雷文杰李东会...
    190-200页
    查看更多>>摘要：[背景]在煤层开采过程中,有效的地层特征探测方法对于井下工作开展至关重要,精确掌握煤层及其顶底板围岩的地层特征信息,有助于煤层瓦斯治理,保障矿井安全高效生产.[方法]采用底抽巷穿层钻孔进行多参数测井,重点分析了低位上行钻孔轨迹信息与自然伽马、自然电位和电阻率等参数的变化特性;通过综合对比多个钻孔的轨迹数据钻孔视频成像和测井结果,详细描述了工作面煤层及周围岩层的分布特征,并准确界定了各岩石类型及其真厚度;基于钻孔测井曲线特征和对应区域成孔视频,识别煤层中煤体结构异常区域和煤层含水区域.[结果和结论]研究结果表明:研究区域煤层顶底板岩性主要包括砂质泥岩、泥岩、细砂岩、煤4种岩石,不同岩性具有显著的测井响应特征,结合岩性划分结果和对应的钻孔轨迹信息,能有效划分煤层及其顶底板围岩层位.对单个钻孔开展重复性测井,提高了岩石岩性和厚度的识别精度,孔内厚度测量误差控制在0.2 m内,验证了测井结果的可靠性.煤层自然电位和电阻率曲线交会图表明,底抽巷第三、第四组钻孔之间存在长8.4 m,厚1.1 m的煤体结构异常区域;自然伽马、电阻率曲线交会图曲线和钻孔视频表明,第6组钻孔间存在长3.4 m,厚0.9 m的含水区域,研究结果与工作面瞬变电磁法勘测结果相一致,区域表现为弱富水性.多参数测井为快速判别井下钻孔的目标层位提供了高效手段,在推进矿井地质信息的透明化建设上有着良好的应用前景.

    多参数测井钻孔轨迹岩石类型岩性划分测井曲线

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    含水采空区瞬变电磁时空响应特征研究及应用

    宋贵磊公绪飞杨富强崔建廷...
    201-212页
    查看更多>>摘要：[目的与方法]为提高矿井瞬变电磁法对煤矿含水采空区的成像精度,基于高家梁煤矿地质条件,通过COMSOL有限元软件模拟不同层间距含水采空区模型的感应电磁场时空响应特征,分析其在视电阻率拟断面图及视纵向电导微分图分布规律;在鄂尔多斯高家梁煤矿开展了实地探测,成功识别出采空区含水情况.[结果和结论]结果表明:感应磁场在含水体内衰减速度慢于岩层内,电压衰减曲线可随时间的推移分为初始稳定衰减、相对缓慢衰减、相对快速衰减和最终稳定衰减4个阶段;层间距越小,初始稳定衰减阶段到相对缓慢衰减的转折点出现时间越早,相对缓慢衰减和相对快速衰减阶段持续时间越长,感应电压越大;磁感应强度最大值通常出现在含水采空区内,且随层间距增大线性减小;视纵向电导二阶微分能有效分辨高阻-低阻交界面,且层间距越小视纵向电导微分幅值越大;在高家梁煤矿20302和20313工作面采空区积水探测中,感应电压衰减转折点分别出现在718.51 μs和1 004.31 μs,根据相邻测道电压及视纵向电导微分变化,判断出积水横向分别分布在36～120 m和24～168 m,岩-水交界面分别出现在66 m和72 m处,并经钻探得到验证.研究结果可为矿井老空水探测及疏放提供指导,并对矿井安全生产具有重要意义.

    矿井瞬变电磁法含水采空区层间距时空响应数值模拟

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    钻杆仿生技术研究进展与发展趋势

    王传留居培
    213-223页
    查看更多>>摘要：[意义]钻杆作为钻井工程中的核心工具,其性能对钻井效率和安全性具有重要影响.近年来,仿生技术在钻杆设计中的应用逐渐成为研究热点,借助对自然界中生物出色的结构、形态以及材料特性的模仿,为钻杆的创新性设计开辟了全新的思路与方法.[进展]从结构仿生设计、形态仿生设计和材料仿生设计3个方面总结了钻杆仿生技术的研究进展.在结构仿生设计方面,通过模仿四足哺乳动物刚柔并济的脊柱结构特征,开发了具有防掉钻和柔性结构特征的高韧性仿生钻杆;在形态仿生设计方面,通过模拟蜣螂、贝壳等生物体表的非光滑表面形态,开发了具有凹凸不平表面特征的强耐磨仿生形态钻杆;在材料仿生设计方面,通过模拟毛蚶、甲壳等生物梯度复合材料特性以及竹子的生物纤维增强结构特性,开发了具有梯度和纤维材料特征的高强度、抗腐蚀、耐磨性能优异的仿生材料钻杆.[展望]指出当前研究存在的不足:理论与实践结合不足,多功能集成设计不足.同时提出仿生钻杆的未来发展趋势,未来钻杆仿生技术将朝着高强度和轻量化、耐磨、防腐、抗疲劳性能的集成化和结构与信息传输的智能化方向迈进,最终为未来钻杆技术的创新和发展提供依据和指导.

    钻杆仿生技术信息传输发展趋势

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    基于DC-UNet的煤矿掘进巷道断面裂隙图像检测方法

    董征张旭辉杨文娟康乐...
    224-232页
    查看更多>>摘要：[目的]煤矿巷道断面裂隙检测可表征巷道地质情况,指导掘进与支护工程.传统的巷道断面裂隙图像处理方法容易受到煤矿井下复杂环境的影响,导致裂隙检测效率较低.[方法]提出一种基于DC-UNet模型的巷道断面裂隙检测方法,可部署在移动端与嵌入式设备,实时有效地检测巷道断面裂隙情况,提高裂隙检测效率.首先,建立了巷道断面裂隙图像数据集,使用图像数据增强技术增加原始图像数据集,并对数据集图像进行标注.随后,基于DC-UNet网络构建了裂隙检测与裂隙参数计算框架,通过改进深度可分离卷积(depthwise separable convolution,DwConv)与引入双重注意力模块(convolutional block attention module,CBAM),提高了模型的轻量化与检测精度.Dw-Conv替代传统卷积操作,降低了模型的参数量和计算量;CBAM模块通过串联通道注意力与空间注意力,提高了模型在低照度多粉尘复杂井下环境中的裂隙语义信息.最后,将所提算法与现有图像处理算法进行了对比,并将模型导入到移动端设备中进行验证.[结果和结论]结果表明:改进模型的裂隙检测精度为92％,相比于传统图像处理方法,检测精度得到了提高;改进模型部署在移动端设备,数据量为7.52MB,相比于原有模型减少了 68.9％,降低了模型的计算量;占用空间为19.43 MB,相比于原有模型降低了 80.2％,提高了模型的轻量化水平;检测时间为0.075 s,满足现场检测实时性的要求,提高了检测速度.提出的改进算法可以满足煤矿井下掘进断面裂隙检测要求,为煤矿巷道裂隙检测与巷道掘进工程奠定了基础.

    巷道断面裂隙检测DC-UNet模型模型轻量化图像识别语义分割煤矿

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