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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。
正式出版
收录年代

    分形界面吸附行为初探

    金毅李娅妮宋慧波赵梦余...
    1-11页
    查看更多>>摘要：煤层气吸附解吸机理研究是揭示煤层气成藏机理及高效开发煤层气的基础.已有研究表明,煤储层孔隙结构非常复杂且具有分形特征,煤层气在孔-固界面的吸附行为明显受到煤孔隙结构特征的影响.对比分析几种常用气-固界面上的吸附模型,总结这些模型的特点和适用条件,指出当前吸附模型在分形界面吸附行为的描述和应用上均未摆脱吸附选择性的平稳假设,尚未考虑吸附厚度的尺度不变特征.而分形拓扑理论可以有效标定分形对象的尺度不变属性,为分形界面的等效表征提供了理论支撑.因此,结合上述模型对气-固界面吸附行为的描述,借助分形拓扑理论提出煤储层孔-固界面上分形吸附行为的相关假设及其控制机理,构建基于吸附拓扑的单层吸附模型.在此基础上,通过设置不同的吸附拓扑参数组合获取其等温吸附曲线,分析得出,随着吸附压力的升高,吸附覆盖率表现出指数、线性和对数 3种不同的增长趋势,而吸附热表现为对数减小趋势.结果显示,不同的吸附拓扑参数组合会得到不同类型的等温吸附曲线,在一定程度上弥补了Langmuir方程只能描述单一类型等温吸附线的不足.为了验证吸附模型的适用性,结合沁水盆地武乡区块富有机质泥页岩的液氮吸附实验数据,对比了实际等温吸附曲线与模拟吸附曲线的差异.结果表明,通过调整各吸附拓扑参数之间的组合关系,可以使等温吸附模拟曲线与实际吸附曲线的趋势始终保持一致.最后,探讨了吸附解吸机理的研究方向,类比电子层提出了吸附层的概念,指出发展分形动力学描述模型是解释煤层气吸附解吸规律的关键.

    煤层气吸附解吸分形特征孔-固界面孔隙结构吸附模型

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    基于多区组合煤体的煤与瓦斯突出动力学机制

    李峰王琛琛王博荆亚东...
    12-24页
    查看更多>>摘要：煤与瓦斯突出(以下简称"突出")严重影响煤炭安全开采,其背后涉及的众多科学问题仍未解决.为降低煤体力学性质各向异性对突出研究的困扰,构建多区组合煤体模型;基于上覆岩层应力分布特征及应力波传播机制确定"弱区"煤体位置,将研究对象由"突出中心体"具体为"弱区".由于外部动载扰动是导致突出的激发条件,采用冲击试验研究应力波在层状组合煤岩体中的传播规律,构建组合煤岩体应力-应变本构模型.进而明确卸载波作用下,煤体轴向多层层裂是煤体质点内撞击形成加载冲击波在自由面反射形成拉应力波导致的;煤体径向平面,由于泊松效应形成卸载波追赶塑性加载波的情形,生成多个径向裂隙及环向裂隙,得到煤体层裂片厚度动态演化规律.从而明确在外部动载扰动下,煤体"弱区"最先破坏,轴向产生多层层裂、径向平面产生多个径向及环向裂隙的三维损伤路径.基于此,提出一种基于多区组合煤体的突出动力学机制,将突出划分为准备、启动、发展、终止四个阶段.突出准备阶段,煤体上覆岩层应力转移、集中,高瓦斯压力梯度形成,为后续煤体失稳破坏创造条件;突出启动阶段,煤体受外部动载扰动,轴向"弱区"煤体最先发生破坏、形成多层层裂,径向平面形成多个径向及环向裂隙;突出发展阶段,吸附态瓦斯解吸与游离态瓦斯积聚形成高压瓦斯抛出煤体,导致突出继续向深部煤体发展,形成二次损伤;突出终止阶段,积聚形成的瓦斯压力低于煤体抗拉强度,形成稳定的纺锤形突出腔体,突出终止.该机制初步解释了突出过程中"响煤炮""口小腔大"突出孔洞等动力现象成因,为矿井防突工作提供了新思路.

    煤与瓦斯突出多区组合煤体模型弱区应力波层裂突出动力学机制

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    天然焦内炭微球显微光学特征、成因及其意义

    安燕飞陈凯鑫王亚乔程硕...
    25-36页
    查看更多>>摘要：天然焦内炭微球是煤层遭受岩浆速热变质的产物,其显微光学特征成因解析有助于深入认识煤速热碳化和热变质.采集安徽淮北石台煤矿富含炭微球的天然焦样品,利用高分辨率反射偏光显微镜和扫描电镜等实验手段,表征了天然焦中炭微球的粒度、分布、显微光学和超微组构特征,以揭示其光学各向异性的成因和热演化意义.结果显示,远离岩体天然焦中炭微球以粗粒为主,粒径10～100 μm,少数可达 150 μm以上;紧邻岩体天然焦炭微球以细粒为主,粒径 1～10 μm,在岩体内脉状焦内甚至低至1 μm以下.分析显示,粗粒炭微球和炭半球分别发育"十字"消光和"波状"消光,是其内部放射状一轴晶光率体在切面内投影的光学表征;细粒炭微球发育"十字-双曲线"消光,是其内部放射排布的二轴晶光率体切片投影的旋转效应.由此可见,趋近岩体,伴随着镜质体反射率增加,煤焦光率体逐渐由规则球形(光性均质体),向二轴椭球体(一轴晶)和三轴椭球体(二轴晶)转变.在该过程中,"十字"消光和"波状"消光的粗粒炭微球是煤热脱挥发分的产物,而"十字-双曲线"消光的细粒炭微球是煤热缩聚而片层化的标志.天然焦中炭微球的显微光学特征是煤层趋热碳化的结果,本质上是其光率体受热变形的光学表征,可有效评价岩浆蚀变煤焦的热变质程度.

    炭微球十字消光光学各向异性光率体天然焦安徽淮北石台煤矿

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    承压破碎煤体应变和孔渗演化机制与模型研究

    李磊卢守青褚廷湘仲晓星...
    37-45页
    查看更多>>摘要：采空区垮落带遗煤区域作为煤、氧低温反应的主要场所,其应变、孔隙率和渗透率演化模型的研究对深入认识煤自燃发展过程与规律有重要意义.基于团队自主研发的承压破碎煤体气体渗流实验装置,开展了单一粒径与混合粒径煤体承压渗流过程应变、孔隙率和渗透率演化规律研究.对不同粒径下的应变、孔隙率和渗透率随应力变化情况进行分析,结果显示:相关变化过程可以分为2个阶段,即轴向应力≤6 MPa时的线性变化阶段与>6 MPa时的指数函数变化阶段,初步表明破碎煤体的变形、孔隙率和渗透率的变化机制一致、同粒径无关,轴向应力=6 MPa时的状态属于关键节点状态,其对应的应变、孔隙率和渗透率分别承接着各自上下2种不同的变化机制;轴向应力≤6 MPa和>6 MPa条件下三者变化的主要原因分别是颗粒的压缩作用和滑移填充作用;轴向应力=6 MPa时不同粒径破碎煤体承压过程中的应变、孔隙率和渗透率分别同各自的应变、孔隙率、渗透率变化路径有一一映射关系,据此建立了相应的应力-应变、应力-孔隙率和应力-渗透率关系的模型;模型对比、验证结果表明,所建模型虽源于多种粒径破碎煤体实验,但摆脱了粒径因素的影响,同实验结果有着良好的匹配性,达到了较为理想的效果.相关研究成果可为采空区煤自燃早期预防与控制提供科学依据.

    破碎煤体承压气体渗流应变孔隙率渗透率

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    基于BOTDR的区段煤柱水平变形监测

    柴敬郝鸿儒杨健锋高登彦...
    46-55页
    查看更多>>摘要：针对煤柱内部微裂纹萌生、变形破坏等潜在安全隐患,利用布里渊光时域反射(BOTDR)分布式光纤传感技术进行煤柱水平变形监测.首先,根据煤柱破坏碎胀特性理论分析,建立了光纤轴向应变与水平变形的转化方法;其次开展室内试验确定了金属基索状传感光纤轴向拉伸响应情况,并根据煤柱变形破坏规律修正了应变系数,最后以陕西大柳塔煤矿活鸡兔井为工程背景,对 22206工作面区段煤柱水平变形实现现场监测.监测结果表明:区段煤柱采动侧和未采动侧存在明显的水平变形差异,采动侧变形量最大,约为未采动侧的 5倍,但煤柱整体水平变形较小,仅出现弹性变形,煤柱较稳定;煤柱变形分区明显,呈现中部为弹性核区,两侧为塑性破坏区的分区特征;工作面从测点前 20 m推进至测点后 40 m时,煤柱水平应变呈指数增长,远离测点之后变形趋于稳定,反映煤柱变形与采动应力扰动之间的动态关联;通过分析煤柱水平应变与垂直应力,发现两者呈指数相关关系,定量建立了煤柱水平应变与垂直应力关系式,说明煤柱变形与破坏很大程度上取决于采动应力的分布与演化.利用BOTDR技术对区段煤柱内部变形进行监测可以精确获取区段煤柱内部的微观变形信息,对于煤柱留设尺寸确定、围岩控制及采空区压力评估等具有重要指导意义.

    分布式光纤区段煤柱水平变形煤柱稳定性

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    临兴-神府区块深部煤层气地球化学特征及其影响因素

    吴鹏胡维强李洋冰马立涛...
    56-66页
    查看更多>>摘要：查明深部煤层气成因和地球化学特征对其勘探开发具有重要意义,以鄂尔多斯盆地东缘临兴-神府区块深部煤层参数井解吸气为研究对象,系统测试了二叠系下统太原组 8+9号煤层气体成分、含量和碳同位素等,结合热演化程度、含气性、煤层埋深、地质构造和水文地质条件等,分析深部煤层气地球化学特征及影响因素.结果表明,煤层气主要成分包括CH4、CO2、N2、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷和 正戊烷,其中CH4 含量最高,体积分数在 75.98%～96.20%,平均86.49%;其他含量较高的为乙烷(平均 5.97%)、CO2(平均 5.18%)及丙烷(平均 1.24%),气体成分含量与浅部煤层气区块无明显差异.煤层气 δ13C1(CH4)分布在-51.9‰～-38.2‰,平均-42.84‰;δ13CCO2 分布在-8.6‰～-0.63‰,平均-4.66‰;δ13C2 分布在-27.36‰～-18.70‰,平均-25.27‰;δ13C3分布在-25.96‰～-14.69‰,平均-22.93‰,且煤层气主要为热成因气体;δ13C1(CH4)较浅部小,δ13CCO2 较浅部大.在平面上,从临兴地区东南向西北δ13C1 呈增大趋势.从石炭纪起直到三叠纪末,研究区一直处于沉降状态;中侏罗世和早白垩世为主要生烃期,中侏罗世生烃持续时间较长,平均生烃速率较小,生烃产率一般;早白垩世生烃速率较大,生烃产率增加值较高,生气强度达到历史最大,是主要的生烃期.受气体分馏作用、储层孔裂隙发育特征、储层压力以及煤层顶底板密封性的控制,δ13C1 随着镜质体最大反射率(Rmax)、含气量和埋深的增加而增加;在向斜核部区、断层应力集中区和褶皱两翼发育区的δ13C1 值相对较大;在断层应力释放区和背斜核部δ13C1 相对较大,这表明该区域的煤层气封存条件较差,不利于煤层气富集;受地下水溶解的影响,在水动力条件较强的地区δ13C1 值较小;在弱流体动力学或滞流区δ13C1 没有明显的变轻趋势.综合煤层气地球化学指标认为,临兴和神府地区东南部煤层气富集,且前者更有利,这对后期煤层气选区布井提供参考.

    深部煤层气地球化学碳同位素煤层气组分煤层气成因热演化

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    新型射孔动态仿真模拟及适用性评价

    毕刚元沛杰韩斐付帅帅...
    67-76页
    查看更多>>摘要：射孔完井技术的发展与完善对油气田的高效测试和开采具有重要的现实意义和实用价值.但低渗透储层(如低渗煤层)采用常规聚能射孔完井时,存在压实损坏带,导致渗流阻力大、产能降低等问题.为改善低渗透储层的开发效果,提出了自清洁、后效体等新型射孔技术,但其射孔效果、适用性等问题尚不明确.基于LS-DYNA 的显示时间积分算法及流固耦合机理,形成地层-水泥环-套管-射孔弹动态射孔有限元模型建立方法,制定了不同射孔技术条件下动态射孔数值模拟方案,建立了不同射孔技术的有限元模型,并开展了不同射孔技术动态射孔仿真模拟研究,基于数值模拟研究结果,对 2种射孔技术的适用性进行了分析研究.结果表明:自清洁和后效体射孔较常规射孔孔深有所下降,但孔径较常规射孔扩大 15%左右.孔深和孔径与抗压强度、弹性模量、围压成反比,与孔隙率成正比,负压对单一射孔效果的影响较小.针对中孔低渗、低孔低渗油气藏,自清洁、后效体射孔技术孔道容积较常规分别增大 9.55%、12.23%左右,射孔效果突出.上述研究结果可为自清洁与后效体射孔技术的设计与应用提供理论支撑,对两种射孔技术的发展及其对低渗储层(如低渗煤层)油气井的增产有着重要的意义.

    自清洁射孔后效体射孔动态仿真LS-DYNA适用性分析

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    煤层气L型水平井防窜气排采控制方法研究

    刘展张群霞耿宇欣罗丹...
    77-87页
    查看更多>>摘要：煤层气采用L型水平井开发,可使单井稳产气量达到 8 000 m3/d以上,但由于L型水平井无沉砂口袋,无法靠重力实现气、水自然分离,易发生油管窜气,导致泵效大幅下降,制约进一步排水降压.前期通过优化排采举升工艺,油管窜气现象得到了一定缓解,但对低流压产气井和高流压产气井的治理效果仍然不理想.以沁水盆地樊庄-郑庄区块L型水平井为例,通过研究分析 56口发生油管窜气井的气、水变化规律,建立了窜气严重程度评价指标,利用灰色关联度法找出影响油管窜气的主控因素,明确产生油管窜气的原因,并在优化排采制度方面提出了 2种防治油管窜气的方法.结果表明:井筒环空的液柱高度是引发油管窜气的先决条件,油管窜气随液柱高度降低突然发生,当液柱高度大于 75 m时,出水口不窜气或以轻、中度窜气为主;当液柱高度小于 75 m时,以重度窜气为主,且发生窜气后其窜气程度随液柱高度的降低呈指数增大.气液比是影响窜气程度大小的关键因素,且窜气程度随气液比的增大呈对数增大,当气液比小于 30时,以轻度和中度窜气为主,当气液比大于 30时,以重度窜气为主.通过控制恒定高套压,采取"控压排水"法,可有效提高泵吸入口附近两相流的持液率;通过控制日产气量,采取"控产排水"法,将泵吸入口附近的气液比降低至 30 以下,可有效降低油管窜气程度.在此基础上,结合防窜气排采举升工艺,最终实现油管窜气的标本兼治.

    煤层气L型水平井油管窜气液柱高度气液比樊庄-郑庄区块沁水盆地

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    隐伏火烧区烧变岩含水层水害治理技术研究

    王海
    88-97页
    查看更多>>摘要：我国西北地区烧变岩分布范围广、孔隙裂隙发育、富水性强,是当地的主要含水层,其中的隐伏火烧区烧变岩地表遗迹不明显、发现难度大,煤矿开采一旦导通烧变岩含水层将导致水害事故,同时会破坏烧变岩含水层水资源.为治理隐伏火烧区烧变岩水害并保护烧变岩含水层水资源,分析我国烧变岩分布特征及烧变岩水对煤矿开采影响,研究隐伏火烧区烧变岩探查和治理技术,开展隐伏火烧区烧变岩含水层水害治理的示范应用,结合现场监测数据分析评价陕西柠条塔煤矿南翼隐伏火烧区含水层水害治理和水资源保护效果.结果表明:我国烧变岩主要分布于以昆仑山-秦岭-大别山为界的北方地区,隐伏烧变岩主要分布在鄂尔多斯盆地东北部、伊犁盆地南缘,被第四系松散层覆盖;隐伏火烧区烧变岩含水层与风化基岩含水层大多直接接触且连为一体,水力联系密切;烧变岩水害防治措施主要有留设烧变岩含水层防隔水煤柱、疏降烧变岩含水层积水和帷幕截流,其中截水帷幕可有效解放烧变岩含水层压覆的煤炭资源,解除烧变岩水害威胁并保护烧变岩含水层宝贵的地下水资源;通过精确探查出隐伏火烧区范围、布设注浆钻孔,将隐伏火烧区烧变岩含水层隔离为若干个含水体,断绝截水帷幕内外的水力联系,可保障工作面不受烧变岩水威胁,同时实现烧变岩水资源保护;柠条塔煤矿S1232工作面和S1233工作面隐伏火烧区烧变岩含水层治理后,其回采期间涌水量降至 20 m3/h以内,工作面得以安全回采,截水帷幕内侧水位下降,外侧水位逐渐抬升,烧变岩水资源得到有效保护.

    水害治理保水采煤隐伏火烧区烧变岩注浆帷幕

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    丙烯酰胺改性粉煤灰聚合增韧注浆材料研究

    张跃宏王晓东王海武博强...
    98-106页
    查看更多>>摘要：煤矿采煤工作面顶板烧变岩涌(失)水高效治理需要具有压缩韧性优良的注浆加固材料.硅酸盐水泥基注浆材料成本低,已在煤矿注浆加固中广泛应用,但存在硬化浆体变形韧性较差的问题.采用丙烯酰胺(AM)原位聚合增韧的方法,研究丙烯酰胺、交联剂、引发剂的掺量和水灰比对粉煤灰基注浆材料的凝结时间、溶胀性、抗压强度、韧性指数的影响,并采用SEM观测硬化浆体的微观结构.结果表明,丙烯酰胺可以在粉煤灰浆液中原位聚合生成聚丙烯酰胺(PAM)凝胶;当AM掺量为25.0%,交联剂掺量为 0.75%,引发剂掺量为 2.25%,水灰比为 0.575时,材料抗压变形率大于 60%,溶胀比达到 113.43,韧性指数达到 257.92%;通过SEM观测发现,注浆材料硬化浆体形成以粉煤灰颗粒为刚性骨架、聚丙烯酰胺凝胶为柔性网络的无机有机镶嵌网络结构,硬化浆体的压缩应力-应变曲线的变形率普遍大于40%,具有显著的塑性变形特征;工程实验结果显示最大抗折韧性变形率可达到25.86%.该注浆材料具有优异的韧性、流动性及较好的遇水膨胀性,可用于煤矿顶板渗漏水治理.

    注浆材料烧变岩顶板治理粉煤灰丙烯酰胺韧性优化

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