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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

    深部原生煤岩组合体三轴压缩破裂特征与失稳模式

    李春元
    111-123页
    查看更多>>摘要：[目的]深部含煤地层原生分界面及其层状组合结构发育,在开采扰动作用下,层状煤岩体的原生组合结构破裂失稳是诱发突水等灾害的主要原因之一.[方法]为研究深部开采原生煤岩组合结构对层状岩体稳定性的影响,室内开展三轴压缩破裂试验及CT扫描重构,获得深部原生煤岩组合体与煤、岩单体破裂的差异,分析深部原生煤岩组合体分界面及其胶结区域的强度变化规律,划分其三轴压缩失稳的主导模式为低强度煤、原生胶结面及高强度岩石失稳 3种,揭示各主导模式形成的力学机制,明确煤岩组合体失稳强度介于低强度煤与高强度岩石之间的力学机理.[结果和结论]结果表明:深部原生煤-岩及煤-岩-煤组合体的失稳强度介于煤、岩单体之间,前两者大小与其岩石含量及界面结构相关;原生界面区域煤的抗压强度变化速率对泊松比、黏聚力与内摩擦角等参数变化敏感,并远高于岩石;低强度煤的主破裂可穿越原生分界面,促使硬岩产生类似于含单裂隙结构面岩石的破裂机制,并导致组合体的失稳强度低于岩石单体.研究成果提升了对深部开采层状岩体失稳致灾机理的认识.

    深部开采原生煤岩组合体三轴压缩破裂失稳模式煤岩分界面

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    富水砂层宾汉浆液柱形渗透扩散模型及其试验研究

    王雪松程桦姚直书荣传新...
    124-133页
    查看更多>>摘要：[目的]富水砂层灾害防控是困扰隧道、深大基坑等安全施工的重大难题,常通过袖阀管向地层内渗透注浆来提高强富水弱胶结砂质地层抗渗性和承载力,其注浆结石体近似为圆柱形.[方法]为探究砂层渗透注浆柱形扩散机理,首先构建考虑迂曲效应的宾汉浆液在砂层内渗透注浆的辐射管道流柱形扩散模型,然后研制一套砂层渗透注浆柱形扩散模型试验装置,开展不同颗粒级配被注砂土、不同注浆压力和不同水灰比水泥基浆液条件下的砂层渗透注浆试验,探究浆液扩散规律,最后结合试验结果验证理论合理性.[结果和结论]结果表明:当被注砂土粒径较小且黏性土含量较高时,注浆压力对扩散半径影响较小,浆液水灰比是影响注浆扩散形态的主控因素:此时若浆液水灰比较大,则渗滤效应不显著,注浆扩散半径较大且不容易发生串浆,但砂土颗粒之间的黏结强度沿径向逐渐降低;此时若浆液水灰比较小,则渗滤效应显著,浆液扩散较短距离后孔隙空间即被完全淤堵,土层交界面会成为浆液优势扩散面,出现串浆现象.当被注砂土粒径较大且黏性土含量较低时,低压稀浆与高压浓浆条件均可使浆液在砂土内充分扩散,但砂土孔隙分布的随机性、空间差异性和颗粒型浆液扩散的迂曲效应、渗滤效应会导致注浆结石体形状不是规则的圆柱体.浆液压力在扩散方向上衰减速度先快后慢,注浆扩散半径理论计算值比试验值大 6.10%～10.97%,起始注浆压力理论计算值与试验值的相对误差为-0.48%～18.62%.研究成果可为砂层渗透注浆参数设计提供理论支撑与指导.

    富水砂层渗透注浆宾汉浆液柱形扩散迂曲效应渗滤效应

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    烧变岩矿物相特征及其转化

    热西提·亚力坤黄雷杨帆薛小渊...
    134-144页
    查看更多>>摘要：[目的]烧变岩作为一类由煤层自燃烘烤围岩形成的特殊岩石,在鄂尔多斯盆地东北缘延安组广泛发育,该类岩石中烧变相关的矿物相特征及形成机理尚不清楚.[方法]对陕西张家峁煤矿井下烧变岩进行分析测试和原岩高温加热模拟,进行烧变岩矿物相特征分析.[结果和结论]研究发现:井下烧变岩中铁镁质成分富集,Zn、Rb、Sr、Zr等微量元素相较原岩异常迁移,稀土元素Eu迁出,La/Yb-∑REE分配模式更接近花岗岩.显微镜下烧变岩发育绿泥石化、磁铁矿化和赤铁矿化,发育变余结构和矿物烧熔现象,同时发育高温变质结晶矿物,如方石英、鳞石英、莫来石和堇青石.烧变岩变质作用类型主要为重结晶作用和熔融作用,缺少典型热变质岩中的交代蚀变或同化混染作用,也不发育含水或含羟基矿物,这种特征可能是由于烧变作用条件为近地表低压和开放环境,其变质作用体系内无H2O流体作用于矿物间的物质交换.结合烧变作用条件和矿物组合特征,认为烧变作用是不同于其他热变质作用的特殊变质类型.综合前人和本次研究,将烧变岩变质相作为一类特殊的热接触变质作用提出,按变质温度由低到高将其分为 4个阶段:(1)低温脱水相阶段(绿泥石化、含水矿物被破坏)、(2)中温氧化相阶段(磁铁矿化、赤铁矿化)、(3)高温烧熔相阶段(莫来石、堇青石、方石英和鳞石英)、(4)完全熔融相阶段(辉石、假玻璃质长石).研究对烧变岩矿物相及其转化做了系统总结,并在变质岩相系及其变质条件研究的基础上总结烧变相系,认为温度和近地表低压开放体系是不同烧变岩相形成的原因.

    烧变岩变质相高温烧变模拟元素富集变质阶段鄂尔多斯盆地张家峁煤矿

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    人工智能测井:基础、原理、技术及应用

    程希任战利
    145-164页
    查看更多>>摘要：[背景]油气勘探开发的智能化已成为油气工业发展趋势与研究热点.人工智能测井(Artifi-cial intelligence logging,AIL)具有解决非常规油气资源及深地深海等复杂环境勘探开发难题的巨大潜力.然而,AIL技术发展的驱动模式,以及技术发展的基础、实现原理、技术组成以及应用场景还没有开展研究.[目的和方法]为构建完善的AIL测井体系生态,充分挖掘并展现AIL技术的潜力与价值,采用文献分析、理论研究、技术分析以及实例验证的方法.首先从多个维度出发,深入剖析了测井技术与人工智能(Artificial intelligence,AI)融合发展的关键因素,并据此定义了AIL.随后,系统探讨了AIL的基础理论框架、硬件算力需求以及数据物理模型,并通过知识发现的视角,详细阐述了测井方法、仪器、岩石物理及解释等环节在AIL体系中的功能实现机制.在技术层面,深入分析了包括测井大数据技术、智能与快速算法、测井知识图谱、数字孪生、智能仪器及测井物联网在内的多项关键技术,并指出物理模型与智能算法是推动AIL技术发展的核心驱动力.根据AI算法的原理与特性,系统梳理了AIL在测井方法、仪器、采集作业及解释等方面的关键技术,并构建了测井知识图谱树状图及其求解流程.[结果和结论]通过实证研究,验证了AIL在致密砂岩岩性识别及测井模拟中的优势,其精度达到 93.8%,明显优于传统方法.在测井评价方面,AIL可同时实现储层和流体的识别,这充分说明了AIL技术的巨大发展潜力与应用优势.基于AIL技术的关键节点,展望了测井技术发展的第五个发展阶段,即智能测井.研究成果为AI在测井领域的深度融合与广泛应用提供坚实的理论基础与实践指导,对促进人工智能测井技术的推广及发展具有重要意义.

    人工智能测井测井大数据机器学习地层参数反演复杂岩性识别

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    基于Curvelet域的注意力机制卷积网络地震数据去噪

    包乾宗周梅邱怡
    165-176页
    查看更多>>摘要：[目的]地震资料中的噪声严重影响着对地下地层信息的准确解释.基于地震资料中横向相关性较强的有效信号在Curvelet域分布在特定系数上,而随机噪声在Curvelet域通常会均匀分布于所有系数,可对信号进行更有效的分离.[方法]基于注意力机制卷积神经网络能够聚焦图像的重要特征,自适应提取关键信息的特点,提出一种基于Curvelet变换和注意力机制卷积神经网络(Curvelet-AU-Net)的地震数据噪声衰减方法.首先,将含噪声的地震数据通过Curvelet变换得到Curvelet变换系数,分析有效信号和噪声在Curvelet域的分布情况.其次,使用加入CBAM(Convo-lutional block attention module)注意力机制的 U-Net 网络,以含噪地震数据的 Curvelet 变换系数制作训练集作为输入数据,用无噪地震数据的 Curvelet 变换系数作为标签,通过比较实际输出与标签的损失函数值,并逐层反向传播梯度来更新网络参数,当损失函数值达到最小时,网络训练完成.最后,将测试数据输入训练好的网络模型中,再对网络输出数据进行 Curvelet 反变换即可得到地震数据去噪结果.[结果和结论]模拟数据与实际数据处理结果表明,与传统方法和普通卷积网络相比,该方法在不同噪声水平和尺度条件下对常见噪声(如随机噪声等)的衰减效果更优,获得的地震信号信噪比和保真度更高.由于该方法融合了Curvelet变换的稀疏表示优势和深度学习模型的自适应性,将为地震数据噪声衰减提供一种新的解决途径.

    地震数据去噪深度学习U-net网络Curvelet变换注意力机制

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    基于扩散概率模型的非均一地震数据插值方法

    陈尧于四伟林荣智
    177-186页
    查看更多>>摘要：[目的]能源勘探领域长期面临非均一地震数据插值的难题.由于检波器无法精确放置在理论网格点,现有均一插值技术常导致结果存在偏差和细节失真.[方法]为解决此问题,提出一种基于扩散概率模型的非均一插值新方法.扩散概率模型是一种新兴的生成式深度学习模型,分为扩散和生成两个过程.在扩散过程中,对完整地震数据迭代施加噪声,训练神经网络的去噪能力;在生成过程中,使用神经网络对噪声数据迭代去噪,得到重构数据.利用插值算子计算迭代数据与采集数据的偏差,作为神经网络的额外输入,提高扩散概率模型的非均一插值能力.在数值实验部分,使用二维合成数据集与实际数据集对非均一采样进行了测试,并使用均一插值模型与所提模型进行比较.[结果和结论]结果表明:该方法显著提升了扩散概率模型对非均一采样的处理能力,在合成数据与实际数据测试中,信噪比大约提高了 7 dB,有效提高了深度学习方法对非均一插值的精度,为非均一地震数据插值算法提供了新的思路.

    地震数据插值非均一采样深度学习生成式模型扩散概率模型

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    岩石物理建模引导的低渗储层参数预测方法

    汪锐李芳刘仕友孙万元...
    187-197页
    查看更多>>摘要：[背景]准确预测储层参数对地下储层表征、气藏模式构建、产能释放及流体运移理解具有关键意义.传统基于岩心测量或数学-岩石物理建模的方法受限于弹性参数反演结果的多解性和低精度,难以满足现代勘探需求.[目的和方法]为提升低渗储层参数预测的准确性,提出了一种岩石物理建模引导的低渗储层参数预测方法.将卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)作为深度学习框架,从实际地震数据中直接预测含水饱和度、泥质含量及孔隙度;为解决标签数据稀缺问题,结合岩石物理建模与弹性参数随机扰动技术,生成高质量训练样本,有效扩充了数据集.[结果和结论]理论模型测试表明:在储层参数对岩石物理敏感性较低的情况下,也能实现低渗储层参数的空间分布预测;相比纯数据驱动的深度学习,仅需少量测井数据即可获得高精度的储层参数预测结果.在莺歌海盆地东方区的应用实践表明,该方法优化了钻井部署,助力了低渗领域的重大勘探突破和储量发现.

    深度学习储层参数预测标签数据构建低渗储层岩石物理建模

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    基于双向循环插补的大地电磁脉冲类噪声处理

    杨凯刘诚李含贺景龙...
    198-212页
    查看更多>>摘要：[目的]大地电磁测深是一种通过观测天然电磁场获取地下电性结构的勘探方法,较易受到噪声干扰.脉冲类噪声是大地电磁工作中的常见噪声,其幅值高、频带宽,会对数据质量产生较大影响.[方法]为了压制脉冲类噪声,以插补思想为基础,提出了基于时间序列双向循环插补模型(Bidirectional recurrent imputation for time series,BRITS)的大地电磁脉冲类噪声处理方法.首先,将噪声干扰段删除,此时大地电磁时间序列可视为待插补的缺失序列,而后利用该缺失序列构建训练集,对BRITS模型进行插补训练,训练完成后对缺失序列进行插补,即可得到去噪结果.通过仿真及实测含噪声数据处理,并与经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)阈值方法进行了对比.[结果和结论]结果表明:BRITS方法对仿真噪声数据处理后与原始数据的归一化互相关系数可达 0.999以上,信噪比可达 29 dB以上,EMD阈值方法处理前后相关系数为 0.778,信噪比为3.09 dB;在实测数据处理中,BRITS方法有效恢复了噪声干扰数据,相比EMD阈值方法,其阻抗奈奎斯特图更接近天然大地电磁信号特征.通过不同训练样本试验得出:对 4分量大地电磁数据而言,数据中至少需包含两道正常分量,单个含噪分量中噪声占比不大于 20%,且噪声连续干扰长度不超过 10个采样点,此时,BRITS方法去噪后数据的相关系数在 0.96以上,可以保证一定的去噪精度.

    大地电磁噪声处理脉冲类噪声时间序列插补双向循环插补

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    松软煤层用泡沫发生器结构优化及发泡效果模拟

    金新
    213-219页
    查看更多>>摘要：[目的]空气螺杆钻进技术用于松软煤层瓦斯抽采孔钻进,存在粉尘污染严重、钻头寿命低、钻孔净化困难等问题.采用空气螺杆泡沫钻进技术是解决问题的有效途径,拥有良好发泡性能的泡沫发生器是实现泡沫钻进技术的关键之一,但目前大多泡沫发生器无法满足要求.[方法]针对此问题,基于螺旋式泡沫发生器,增设空气动能转化装置,设计了一款小尺寸泡沫发生器.采用数值仿真分析方法,对空气动能转化装置结构设计的合理性和涡轮搅拌段搅拌叶片的安装角度进行了评价和优化.[结果和结论]结果表明:(1)空气动能转化装置能有效驱动泡沫发生器的主轴转动,在0.8 MPa空气压力条件下,叶片平均转速可达 621.61 r/min.(2)完成动能转化后,气体可以继续进入泡沫发生器内部,与泡沫基液进行气液混合,达到设计目的.(3)通过混合相的迹线分布、流体域湍流分布、气相分布以及气泡粒径分布等情况对比分析,安装角度为 30°的搅拌叶片,其搅拌效率和气液混合效果好.研究成果为空气螺杆泡沫钻进工艺在松软煤层瓦斯抽采孔的成功应用奠定了基础.

    松软煤层空气螺杆泡沫钻进泡沫发生器空气动能转化装置搅拌叶片数值仿真

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    突出煤层分层切削钻孔瓦斯释放特征及应用研究

    王永龙赵澳琪余在江王振锋...
    220-230页
    查看更多>>摘要：[目的]突出煤层钻进过程中的喷孔瓦斯超限是威胁矿井高效生产的安全隐患,分层切削钻进方法有助于在孔内削弱喷孔瓦斯压力,但分层切削形成的梯形钻孔周围瓦斯释放特征不明,限制了分层切削钻具结构设计和应用效果.[方法]以不同层间距、层厚差的分层切削钻孔为研究对象,建立数学模型分析钻孔周围瓦斯流动规律,并定量描述了分层切削钻孔瓦斯流量与层间距、层厚差之间的关系,在此基础上,通过数值模拟分析了分层切削钻具瓦斯释放调控机制,优化了分层切削钻具结构,并开展了现场钻进工业性试验.[结果和结论]结果表明:(1)多次切削成孔方式使钻孔的揭露面积逐渐增大,有效控制了瓦斯释放面积,进而调控了瓦斯释放流量,通过合理设计钻孔层厚差Hj与层间距Li,能够将瓦斯释放流量降低 18.3%以上.(2)在一定层间距范围内,双层切削钻具调控效果将优于三层切削钻具,直径为 63.5 mm刻槽阻尼钻杆在推力 140 kN和扭矩 4 600 N·m作用下,最小安全系数为 3.009,满足强度设计要求.(3)优选双层切削钻具,其揭露直径 73 mm,终孔直径 113 mm,层间距 0.8 m,通过工业性试验,钻遇高压瓦斯富集区时,孔口瓦斯体积分数降低了 37.7%,孔口瓦斯体积分数均未超过 0.5%.表明分层切削钻具调控钻孔周围煤体瓦斯释放量、削弱瓦斯释放强度的作用显著,为预防钻孔喷孔瓦斯超限问题提供了新的解决思路.

    突出煤层分层切削瓦斯抽采瓦斯超限数值模拟

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