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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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收录年代

    承压破碎无烟煤气体渗透特性影响因素实验研究

    李振余奕睿王红伟冯国瑞...
    1-13页
    查看更多>>摘要：垮落带破碎煤岩体空隙结构演变直接影响垮落带气体渗透特性,进而影响废弃矿井采空区煤层气运移富集规律.利用自主设计研发的第二代破碎煤岩体压实-渗流-CT扫描试验系统,开展 5种粒径破碎无烟煤在不同气体压力、轴向应力及空隙率条件下 162组渗透实验.结果表明:(1)气体在破碎无烟煤中运移时气体压力、流量随时间一直处于动态变化直至达到吸附平衡,流量、压力恒定.(2)低雷诺数下气体在破碎无烟煤中流动需要拟启动压力梯度,其值处于 158.89～1 408.64 Pa/m,并随着轴压增大、空隙率减小而增大.(3)破碎无烟煤渗透率处于10-12～10-10 m2,且渗透率随气体压力、空隙率增加分别呈现对数、指数函数式增长趋势.(4)颗粒粒径越大则相同装料空间内破碎煤样初始空隙越大,更易于气体流动,因此相同空隙率时破碎无烟煤渗透率随粒径的增大而增大;不同粒径颗粒渗透率平均变化幅度均随空隙率减小而减小;然而颗粒粒径越大,减小相同空隙率时破碎无烟煤渗透率变化幅度减小越明显.废弃矿井采空区煤层气地面抽采时,地面钻井应优先布设在垮落带破碎煤岩体连同纵向"高位环形裂隙体"共同构成的"U"型高渗煤层气富集区内.

    瓦斯抽采废弃矿井采空区破碎煤气体压力空隙率粒径渗透率

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    瓦斯抽采钻孔变形塌孔规律及精准监测技术研究

    肖鹏黄晓昇刘潇潇李秉昆...
    14-23页
    查看更多>>摘要：为推进瓦斯抽采钻孔精准智能化发展水平,基于分布式光纤监测和布里渊光学时域分析技术(BOTDA),以山西某矿为工程背景,开展了不同粒径配比下的钻孔堵孔模拟实验;构建了试验矿井堵孔率计算数学模型,揭示了钻孔变形塌孔发育规律,提出了适用于试验矿井的瓦斯抽采钻孔精准监测现场实施技术工艺,并通过现场试验对技术工艺的可行性和准确性进行了验证.结果表明:(1)光纤耦合体应变、模拟煤样堆积质量与钻孔变形塌孔间具有线性关系,随质量增加应变变化趋势相近,呈"陡-缓-陡"三阶段变化.通过分段拟合构建了适用于试验矿井的钻孔堵孔率计算数学模型.(2)通过误差分析,发现随着应变增加最大绝对误差先变大后变小再变大,中期最大绝对误差为19.48%,后期完全堵孔状态下的质量极值越接近不同配比煤样的平均质量极值误差越小.(3)基于上述数学模型解算,揭示了模拟堵孔过程中煤块首先在钻孔底部呈"凸"状堆积,随后滑向两侧,最后又在顶部聚集的塌孔演化规律,以应变值 0、45.95×10-6、72.19×10-6 为临界值区分塌孔前、中、后期,构建了适用于试验矿井的瓦斯抽采钻孔精准监测技术.通过现场应变监测结果分析,发现在孔周应力、扰动等因素作用下,失稳孔段孔周裂隙更易发育,塌孔程度随时间加剧.结合钻孔沿程堵孔率计算结果,对钻孔沿程变形塌孔情况进行了判断,对比钻孔窥视图可得,该精准监测技术判断结果基本符合实际观测情况.提出的以分布式光纤耦合体和BOTDA技术为基础的钻孔精准监测技术工艺可行、可靠,可为推进瓦斯抽采钻孔精准智能化发展水平提供参考.

    分布式光纤监测塌孔数学模型钻孔精准监测瓦斯抽采

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    煤炭地下气化的敏感性地质因素探讨

    周泽易同生秦勇周永峰...
    24-36页
    查看更多>>摘要：相对于地面煤化工装置,煤炭地下气化(UCG)炉体为地质体,地质条件准确认识是推进UCG气化成功的关键前提.为了最大限度避免煤炭地下气化选区选址地质风险,以贵州复杂地质条件为例,系统探讨其煤炭地下气化的敏感性地质因素.通过收集梳理贵州煤炭资源勘查资料,建立归一化的参数分级赋值、参数权重向量算法、参数权重积算法等数学模型,准确获取研究区地质参数量化数据;基于由 26个地质因素构成的地质参数集,采用数理统计方法,识别地质风险关键因素对复杂构造区煤层UCG可行性的交叉影响,查明建炉可行性、过程易控性、气化安全性、开发经济性"四性"指标敏感性地质风险源.结果表明:"四性"指标地质参数的敏感性有所差异,建炉可行性、过程易控性、气化安全性、开发经济性的地质因素敏感性依次变弱,UCG可行性对建炉可行性的依赖性最强,过程易控性次之,其他两个条件离散性相对较大,敏感性明显降低;就敏感性程度而言,26项地质参数中最为敏感的是煤的坚固性系数,其他8个主控地质因素分别是煤层厚度、煤层倾角、煤厚变异系数、夹矸厚度系数、断层指数、煤层埋深、奥亚膨胀度和黏结指数,影响建炉可行性、过程易控性两个方面.就贵州UCG敏感性地质因素来说,UCG项目成功与否的关键在于建炉可行性,气化炉选址应优先考虑构造发育特征及其对煤层条件的影响;为持续推进煤炭地下气化产业发展,下一步或可立足于我国煤炭资源特性及赋存条件实际,以"四性"认识为基础建立统一的UCG地质风险评价准则,进而为典型地质条件先导性试验区选址提供科学依据.

    无井式煤炭地下气化敏感性因素地质因素主成分分析气化炉选址

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    基于钢锥冲击的煤层卸压方法研究

    任智敏吕梦蛟王飞王禹...
    37-47页
    查看更多>>摘要：针对煤矿冲击地压引起的采掘安全问题,以山西晋中左权五里堠煤矿 3号煤层开采地质条件为工程背景,提出一种基于钢锥冲击煤层的卸压方法.根据通电线圈间产生电磁互感斥力原理,获得磁力驱动绕线钢锥撞击煤层的冲击力函数式,并结合弹性力学理论,分析冲击力作用下煤体应力场分布特征、裂隙类型、破裂范围及程度.结果表明:(1)冲击力与交流电电压及线圈级数呈正相关关系,与交流电频率及每米线圈匝数呈负相关关系.其中,电压是调控冲击力的最主要因素,综合考虑认为电压取 660 V为宜.(2)计算显示钢锥长度与直径仅需 1 cm和 1.28 cm,与之匹配的 2级加速线圈总长为 2 cm,可实现冲击装置的微型化,便于在钻孔内灵活布置.(3)冲击力使钻孔横截面围岩出现集中系数为 4.0～16.7的叶状极高应力区,其延伸长度为 5倍钻孔半径,区内发育张拉裂隙;叶状区之外为集中系数 1.7～3.3的高应力区,发育压剪裂隙,其范围可达 50倍钻孔半径,据此得到卸压钻孔间距为 2.5 m.(4)按卸压段长度,每孔内设置 2个间距 2 m的冲击装置,冲击力使钻孔纵截面围岩呈现针状极高应力区,相邻针状区间分布椭圆形压剪裂隙区,两者一起贯通 2 m厚煤层,实现有效破煤卸压.研究成果为探索基于磁力钢锥冲击的煤层卸压技术奠定初步理论基础.

    冲击地压互感斥力钢锥冲击力钻孔围岩应力场分布煤层卸压晋中左权五里堠煤矿

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    高压含水气井两相流态节流判断与控制方法

    刘新福刘春花李清平姚海元...
    48-55页
    查看更多>>摘要：井筒气水两相管流节流前后动态特性分析与控制,对保障致密气等高压含水气井高效稳定安全开采和水合物防治具有重要意义.考虑等熵绝热、等压热容、等容热容、不同井深节流能量等因素,推导气水两相流体流经喷嘴的能量、动能和温度动态变化等热力学微分方程组,建立高压含水气井两相节流能量、节流系统热量、节流物质平衡和流体质量流量变化等井下节流场数学模型,提出一种气水两相井筒节流前后动态特性分析与控制方法,为优化井下节流器及其节流喷嘴的结构参数和保障气井流动安全提供理论依据.最后依据数值模拟手段及其判断结果,以鄂尔多斯盆地东缘大宁-吉县区块为例进行验证,以揭示高压含水气井喷嘴尺寸和深度、含水率、节流前压力和温度对节流前后动态特性的影响规律.结果表明:高压含水气井气水两相流体质量流量先是随节流压力比减小而呈指数级增大,并在压力比降至 0.55阈值附近时达到最大值,增大喷嘴下入深度和含水率、同时降低节流前压力和温度,可提高节流后温度,有利于抑制水合物生成;且节流过程临界质量流量受喷嘴内径的影响最大,含水率和节流前压力次之,而节流前温度和喷嘴深度的影响最小,且增加含水率会提高临界质量流量,但产气量也随之下降;大宁-吉县区块现场工程实例分析表明,井下节流喷嘴内径由 3.0 mm扩至 5.0 mm和节流前压力由 14 MPa增至 18 MPa时,气水两相流体的临界质量流量提升幅度分别为179.3%和27.8%,而利用地层温度等将节流前温度由313 K升至333 K时,节流过程临界质量流量反而小幅下降且下降幅度仅为 5.15%,为此,增大喷嘴内径及其下入深度和节流前压力同时降低节流前温度,有利于提高气水两相流体节流过程中临界质量流量,并提升高压含水气井的产气量.

    高压含水气井气水两相流井下节流临界质量流量水合物抑制

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    生物产氢余煤再产甲烷的有利因素研究

    夏大平廖佳佳陈振宏陈曦...
    56-63页
    查看更多>>摘要：厘定生物产氢后的余煤再产甲烷的有利因素,对于提高煤联产第二阶段甲烷产气效率具有重要的理论和实际意义.以内蒙古白音华露天矿煤为发酵底物,改变通气条件和水力停留时间(HRT),讨论不同条件下厌氧发酵产氢余煤再产甲烷量和煤结构的动态变化趋势.结果表明:(1)对比其他气氛条件,CO2 组产甲烷效果最好,单位气体生成量为 4.72 mL/g,而HRT增加使产气效果逐渐降低.(2)氢化酶活性与产气量的变化规律具有一致性,反应结束后菌液化学需氧量值(COD)均偏低,认为CO2 可促进菌体酶活性增强,使CO2 甲烷化过程更明显,而较长的HRT不利于微生物菌群存活,建议在后期的工程实践中,设置较短的HRT工艺条件.(3)对厌氧发酵后的余煤进行XRD和FTIR监测,发现通CO2 后煤的芳香碳层间距最大,煤中一些活性官能团如羧基、羟基等均有所减少,HRT为 3 d条件下微晶结构和官能团变化较显著,而随着HRT时间延长,煤结构变化愈加不明显.(4)通入CO2 不仅能提高产气率,还可以改变煤大分子结构和孔隙结构,达到煤层自身的增透、增扩、增渗和增解的目的,实现CO2 地质封存和煤层气生物工程的融合.

    褐煤联产转换条件水力停留时间甲烷产量白音华露天煤矿

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    煤系铝土矿中铀与钍富集特征及其自然伽马异常响应

    张晓慧张尚清刘东娜赵峰华...
    64-78页
    查看更多>>摘要：山西省煤系铝土矿资源丰富,深部铝土矿资源评价正逐步开展,为进一步确定煤中铝资源禀赋,探求高效勘查方法,以山西孝义地区上石炭统煤系铝土矿层为研究对象,选取并采集了 3个钻孔的 37个样品,应用显微光学分析、XRD、SEM、XRF和ICP-MS等技术方法,在分析煤系铝土矿层沉积环境和成矿物源的基础上,研究铝土矿中铀(U)、钍(Th)元素的赋存状态与富集成因,探讨U、Th元素的地球化学特征与自然伽马异常的响应关系.结果表明,研究区铝土矿层形成于海相碱性弱氧化为主的沉积环境,沉积过程中存在氧化、弱氧化-弱还原和还原环境,且氧化还原条件不断发生微弱变化;铝土矿与其顶板黏土岩(矿)物源相似,主要源自酸性岩浆岩,而底板铁质岩的物源则与玄武岩或钙质泥岩有关;铝土矿层U、Th元素异常富集主要受控于物源母岩类型及铝土矿、黏土矿物和含钛矿物的吸附能力;铝土矿中富集的U、Th元素是自然伽马高异常的主要原因,且Th元素的贡献较U元素明显.研究结果对划分煤系铝土矿和围岩、确定煤系铝土矿的层位及推测矿体厚度具有实际意义,并对开展深部煤系铝土矿勘探与开发也具有理论指导意义.

    山西孝义铝土矿铀钍富集成因自然伽马异常煤系

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    承压含水层水压传递速率变化规律

    王文学王柏森高艳卫吴冰...
    79-88页
    查看更多>>摘要：含水层内水压以能量的形式传递,其传递速率远大于水质点的迁移速率,水压传递速率对高压水体下工程安全施工及灾害预测预报具有重要意义.以无黏性土承压含水层为研究对象,通过理论分析、数值模拟、现场试验及室内物理模型试验等方法对水压传递速率变化规律进行探讨.结果表明:含水层中水压变化传递具有明显的滞后性,传递速率并不是无限大或接近声速,且存在随传递距离增加逐渐衰减的现象,水压径向传递的滞后时间t与水压传递距离r呈二次幂函数关系;稳定边界压力水头越大,在承压含水层中同等水压变量的传递速率越快,渗透系数越大水压传递速率越快;当渗透系数一定时,水压传递滞后时间与传播距离的拟合系数C随边界稳定压力水头的增加呈一阶指数函数减小;现场试验表明,边界稳定压力水头差异性不大时,在传输距离较远的条件下,其水压传递平均速率基本相当;室内试验表明,瞬态脉冲水压力随传递距离增加,波形发生明显变异,峰值压力逐渐减小、脉冲压力波波长变大、峰值压力传递速率减小,随传输距离的增加其传递速率呈指数函数衰减,说明瞬态脉冲水压力能量随传输距离增加快速衰减;瞬态脉冲压力值越大其初始阶段的传递速率越快,但随传输距离的增加其传递速率衰减幅度更大.研究成果对水压传递速率变化规律的影响机制及其应用于地下工程突水灾害预测及防治具有重要的理论及实践指导意义.

    无黏性土承压含水层水压力传递速率滞后效应压力传导系数衰减规律

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    表皮效应对井筒内地下水流速影响数值模拟研究

    汪启航李旭郭强蒯大伟...
    89-95页
    查看更多>>摘要：通常井内的地下水流速是由单井示踪试验或Aqua Vision流速流向仪测定得来,用以计算含水层中的地下水流速.由于表皮结构的影响,导致井筒附近的地下水流场发生变化,引起井筒内的流速与含水层中的流速存在偏差.为了探究表皮效应对井筒内地下水流速的影响,利用COMSOL Mul-tiphysics软件,建立考虑表皮效应的地下水流数值模型,系统分析表皮厚度以及渗透系数对井筒中地下水流速的影响机制,根据模拟结果进一步评估利用井筒内地下水流速换算含水层地下水达西流速已有经验公式的可靠性.结果表明:(1)井筒附近表皮区域渗透系数越大,井筒内的地下水流速越大,且利用经验公式计算的地下水达西流速相对误差均小于 0.23%,具有较高可靠性;(2)表皮区域渗透系数小于含水层渗透系数时,随着表皮厚度增大,井筒内地下水流速越小,经验公式计算结果的相对误差呈现增大趋势;(3)表皮区域渗透系数大于含水层渗透系数时,随着表皮厚度增大,井筒内地下水流速增大,计算结果相对误差总体上呈现减小的趋势,但其误差波动性较大,表明在该条件下经验公式计算的稳定性较差.结果显示表皮结构对井筒内地下水流速影响较大,在实际应用中要关注表皮结构的影响.

    水文地质参数表皮效应数值模拟经验公式地下水流速

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    损伤岩石声发射演化特征及响应机制试验研究

    张凯张东晓赵勇强杨英明...
    96-106页
    查看更多>>摘要：岩石内部损伤演化是导致岩土工程灾害的原因之一,揭示岩石破裂过程中的关键参数响应特征可为岩石破坏后失稳状态识别提供依据,对于岩体工程灾害预警防控至关重要.通过循环加载-卸载(加卸载)试验制备不同损伤程度粉砂岩试样,利用损伤试样开展单轴加载试验,分析试样损伤程度与波速关系及声发射演化规律,探讨不同损伤程度岩石的声发射响应机制.结果表明:(1)损伤试样纵波波速随着损伤程度增加呈线性减小趋势,但声发射振铃计数由阶段性递增转变为加载全过程迅速增加,声发射能量在屈服阶段由小幅度突增转变为快速增加.(2)反映岩石内部不同尺度裂隙发展趋势的声发射b值峰值区由峰后破坏阶段向压密阶段转移,造成峰后破坏阶段失稳特征不明显,反映岩体内部声发射源集中程度和能量尺度的S值在压密至屈服阶段由低位中幅度波动转变为高位小幅度波动,表明岩石在峰前阶段产生非稳定破坏.(3)损伤试样破裂过程随着损伤程度增加由晶间滑移主导型转变为裂隙发育主导型,导致声发射高频低能(400～800 kHz、0～250 aJ)信号由零星出现转变为加载全过程密集分布,以及高频信号带变宽.(4)损伤岩石内部裂隙发育程度不同是导致声发射响应机制差异化的根本原因,岩石内部裂隙密度随着损伤程度增加而增大,造成其在受载过程中由渐进式稳定破坏模式向突发式非稳定破坏模式转变,同时加载过程中声发射信号活跃度及强度增强.研究获得了不同损伤程度岩石的声发射参数特征,可为工程岩体损伤程度识别提供理论依据.

    损伤岩石波速声发射能量主频响应机制

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