期刊,煤炭科学技术 2024年卷z1期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

煤炭科学技术

主　　编：王金华

出版周期：月刊

国际刊号：0253-2336

电子邮箱：cst410@china.com

电　　话：010-84262920 84262926

邮政编码：100013

地　　址：北京和平里青年沟路5号

煤炭科学技术/Journal Coal Science and TechnologyCSCD北大核心CSTPCD

查看更多>>该刊为实用性的技术类刊物。辟有技术经验、实验研究、问题探讨、专家论坛、新产品、科技信息等栏目。是全国优秀期刊之一，第二届全国科技期刊评比获二等奖。读者对象为有关专业的科研生产设计教学管理等单位的工作者。

正式出版

收录年代

柿庄北煤层气区块煤层压裂裂缝扩展规律及影响因素

韩文龙李勇王力王延斌...

127-136页

查看更多>>摘要：揭示煤层气储层压裂裂缝扩展规律及影响因素,对于制定压裂工艺及高效开发煤层气资源具有重要的意义.利用沁水盆地柿庄北煤层气区块的钻井取心、测井、井下节理观测、压裂施工及微震监测等数据,系统分析了水力压裂裂缝扩展规律及影响因素.结果表明:研究区主要采用清水压裂液,压裂施工曲线可分划为上升型、下降型、平稳型和波动型 4类;微震监测表明压裂裂缝走向主要在 37°～55°和 42°～70°,压裂裂缝网络长度范围在 69.5～157.5 m,宽度在 35.0～68.5 m.Ⅰ型地应力(σv>σH>σh)状态下,压裂裂缝容易沿着垂向扩展,多数压裂曲线为下降型或稳定型;Ⅱ型地应力(σH>σv>σh)状态下,压裂裂缝扩展方向相对单一,多数为单一形状的垂直裂缝,裂缝网络宽度较小;Ⅲ型地应力(σH>σh>σv)状态下,压裂裂缝沿水平方向扩展,裂缝形态复杂.侧压系数λ与压裂裂缝网络长度呈正相关关系,与压裂裂缝网络宽度呈负相关;若λ大于0.3,压裂裂缝网络长度常大于90 m.压裂裂缝扩展到节理(裂隙)时能够出现穿越、沟通和俘获 3种类型;其中沟通型压裂效果较好,多数煤层气井具有高产稳产的特点;穿越型的压裂裂缝延展长度有限,俘获型的压裂裂缝多数与节理(裂隙)重合,这 2类压裂井的产气效果相对较差.随着原生+碎裂结构煤占比的增大,压裂裂缝网络长度逐渐增大,宽度逐渐减小;当原生+碎裂结构煤厚度占比小于 40％,压裂裂缝网络长度难以超过110 m.上述成果可为煤层压裂改造提供理论基础及地质保障.

关键词：

沁水盆地煤层气水力压裂裂缝扩展微震监测

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万方数据

基于微电阻率成像测井的深煤层顶板封盖性评价方法及应用

吴鹏周国晓刘世伟姜非...

137-144页

查看更多>>摘要：深煤层游离气含量高,资源量丰富,是天然气增储上产的重要潜力资源.顶板封盖条件是影响深煤层含气性,特别是游离气含量的重要因素.基于微电阻率成像测井技术,系统开展鄂尔多斯盆地东缘某煤层气开发区顶板岩性识别,建立了煤层顶板岩性和裂缝识别图版,分析了地应力方向,提出了有利的顶板组合类型.研究结果表明:①综合常规测井资料和电成像测井特征,可以基于静态电成像图有效区分砾岩、砂岩和泥岩等 10类岩性,对应不同的伽马和声波时差测井结果,研究区煤层顶板以泥岩为主,砂岩次之;②煤层顶板裂缝主要发育有高导缝与诱导缝,高导缝显示为正弦曲线,包括张开缝和泥质充填缝,诱导缝呈现为羽状或雁行状排列,可以用于判断应力方向;③结合顶板岩性厚度、裂缝发育情况等,可划分出封盖性不同的 3类煤层顶板组合,其中Ⅰ类顶板电成像图像一般呈亮色且裂缝发育少,Ⅱ类顶板发育较多裂隙,Ⅲ类顶板图像显示裂隙切割且图像不清晰;④基于此划分了 3类顶板组合条件的分布,研究区以Ⅰ和Ⅱ类为主,具备良好封盖性.研究明确了不同岩性在电成像测井上的显示特征,提出了基于微电阻率成像测井的深煤层顶板封盖性评价方法,可有效支撑深部煤层气甜点区带优选和井位部署.

关键词：

微电阻率成像测井顶板岩性裂缝地应力封盖性

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万方数据

竖井巷道掘进超前地质探测研究进展与展望

刘翔宇杨仁树杨立云段云...

145-152页

查看更多>>摘要：以掘进机为代表的机械破岩是未来竖井巷道掘进技术发展的方向,为保障竖井巷道快速机械智能化掘进的安全,超前地质探测是不可或缺的工序.从探测范围、适用条件以及优势不足等方面对常规超前地质探测技术和随掘超前探测技术的发展现状与特点进行了分类总结,常规超前探测技术各有一定的适用范围,在钻爆法施工环境中得到了较好地应用.在面对掘进机复杂的施工环境时,常规超前探测技术难以适用.而随掘超前探测可以实现掘进与超前地质探测同步进行,实时预测工作面前方的不良地质,是井巷机械智能化掘进超前地质探测技术研究的重点.其中,竖井全断面掘进机是综合机械化凿井的发展方向和趋势,但其施工环境非常复杂,基于掘进机破岩震源地震波的超前地质探测是有效的预测方法.针对全断面竖井掘进机破岩震源超前探测方法的难点,即施工环境和破岩震源地震波场的双重复杂性,从多个方面提出了解决思路:针对震源先导信号,采用多种方法联合去噪,压制破岩震源干扰波;对于地震记录信号,采用以互相关为核心的地震记录重构方法恢复有效波场;开展竖井全空间三维立体探测和高精度成像的研究等.此外,开展多种随掘物探方法联合反演能够提高地质判识的可靠性和解释精度.研发竖井掘进机的掘探一体化装备是未来深入研究的方向.

关键词：

竖井巷道超前地质探测随掘探测竖井掘进机掘探一体化

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万方数据

基于多种解析法和数值法求解巨厚砂岩水文地质参数

周全超刘玲李继升殷裁云...

174-182页

查看更多>>摘要：在煤矿开采过程中,矿井涌(突)水等事故不仅会造成巨大的经济损失,还严重威胁工作人员的生命安全.水文地质参数在计算矿井涌水量过程中扮演着重要角色,因此,准确测定含水层的水文地质参数对于煤矿防治水等工作具有重要意义.为了获取更加贴近实际的矿区顶板巨厚洛河组砂岩含水层的水文地质参数,以新庄煤矿洛河组巨厚砂岩含水层上、下段的抽水试验资料为依托,采用传统的非稳定流的Theis公式法、Jacob直线图解法和水位恢复法等解析法,结合实际场地特征,计算出洛河组砂岩含水层上、下段的渗透系数分别为 0.22～0.59 和 0.03～0.35 m/d;上段导水系数为128.74～373.67 m2/d,下段为 5.52～47.07 m2/d;上段的贮水系数为 2.22×10-4～6.69×10-3,下段为6.53×10-5～3.29×10-3.并通过FEFLOW软件建立新庄矿区的地下水流数值模型,求解洛河组含水层的水文地质参数,得到洛河组上、下段渗透系数分别为 0.55和 0.45 m/d.通过多种方法对比分析表明,通过数值模拟法得到的水文地质参数结果与多种解析法计算的结果相近.在此基础上,根据各方法得出的水文地质参数计算矿井涌水量,并与实际涌水量进行对比,结果表明:在含水层上段,采用数值模拟法得到的水文地质参数计算的涌水量更加接近实际涌水量;而在洛河组下段,采用Jac-ob直线图解法得到的水文地质参数计算的涌水量更加接近实际涌水量.进一步提高了水文地质参数计算的准确度,为后期的含水层富水性研究、矿井涌水量预测以及类似矿区顶板巨厚洛河组砂岩含水层的矿井水防治工作提供依据.

关键词：

矿井涌(突)水水文地质参数抽水试验洛河组砂岩

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万方数据

基于各向异性高分辨地震处理的煤层顶板含水性风险评价

李慧婷常锁亮张生刘波...

192-200页

查看更多>>摘要：随着矿井水防治在煤矿开采中的重要性与日俱增,对地震精细勘探的方法也提出了更高要求,常规基于各向同性的地震勘探已无法满足对复杂条件下煤层及其顶底板的高精度勘探要求.根据煤系地层正交各向异性特征,综合其周期性薄互层各向异性和裂隙诱导型各向异性,针对具有垂直对称轴的横向各向同性(Transverse Isotropy Medium with Vertical Symmetry Axis,VTI)介质特性提出基于高阶动校正的广角成像方法拉平同相轴,提高远、近偏移动校正精度,针对方位各向异性(Trans-verse Isotropy with Horizontal Axis of Symmetry,HTI)介质特性应用炮检距向量片(Offset Vector Tile,OVT)域处理消除煤系地层构造裂隙下不同方位各向异性,在地震资料处理阶段提高成像精度及分辨率.在宽方位高保真成像基础上,岩性解释基于岩石物理特征的拟声波方法,通过对声波时差测井曲线进行重构,在速度曲线中融入地层岩性信息,通过反演迭代可分析地层岩性空间展布特征;裂隙解释基于OVT道集所包含的方位角偏移距信息椭圆拟合,得到地震波在不同方位衰减梯度,由方位衰减梯度数据拟合得到裂缝密度及方位推出地层裂缝密度分布特征,实现对影响矿井水灾两大关键参数煤层顶板含水层以及导水裂隙带的精细探查.在此基础上对煤层顶板产水危险区进行综合评估.将所提方法应用于研究区,实际资料含水风险评价与生产井情况吻合度较好,结果验证了所提出的风险评价方法的可行性及适用性,为煤层开采中矿井水灾危险区预测提供了有益参考.

关键词：

正交各向异性介质OVT处理顶底板岩性裂隙系统含水性评价

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万方数据

基于Piper-层次聚类-灰色关联度的突水水源识别

潘军

221-227页

查看更多>>摘要：快速准确地识别煤矿突水的来源对于煤矿安全开采十分重要,是煤矿防治水的基础工作.基于Piper三线图-层次聚类-灰色关联度的综合方法对甘肃省某煤矿的突水水源进行了识别.工作面井下排水、断层裂隙水和顶板砂岩裂隙水的水化学类型均为SO4-K·Na型水,地表水水化学类型为SO4·HCO3-Ca型水.在Piper三线图中,井下排水与其他类型水在图中的距离较远,初步判断井下排水是来自多种水源的混合水.通过层次聚类分析得到煤层开采产生的井下排水与顶板砂岩裂隙水以及断层裂隙水的水质特征相对距离较近,特征类似.最后,采用灰色关联度判别模型进行判断,结果表明煤层顶板裂隙水以及断层裂隙水与井下排水的关联度较好.综合上述 3种方法可知,工作面开采产生的井下排水主要来源于顶板砂岩水和断层裂隙水,与地表水的关系较小.推测可能是在开采过程中地层扰动导致的顶板水补给以及导水裂隙带导通孔隙水补给.因此,顶板含水层和导水裂隙带的研究与探查是该煤矿今后防治水工作的重点.

关键词：

矿井突水水源识别水化学特征Piper三线图层次聚类灰色关联度

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基于CSPNet-YOLOv7目标检测算法的煤矸图像识别模型

韦小龙王方田何东升刘超...

238-248页

查看更多>>摘要：煤矸识别技术是矿井智能化建设的关键技术之一,针对工作面低照度高粉尘环境造成的煤矸识别模型精度不高以及小目标煤矸难以识别的问题,提出一种基于CSPNet-YOLOv7目标检测算法的煤矸图像识别模型.采用跨阶段部分网络(Cross Stage Partial Network,CSPNet)改进YOLOv7模型的主干特征提取网络,优化梯度信息减少网络参数,同时采用递归特征金字塔(Recursive Feature Pyr-amid,RFP)和可切换卷积(Switchable Auto Convolution,SAC)替换颈部特征提取网络中简单的上下采样和普通卷积模块,并采用 3次迁移训练进行不同宽度和深度的特征学习,增强网络的泛化能力.试验结果表明,CSPNet-YOLOv7模型的平均精度均值为 97.53%,准确率为 92.24%,召回率为97.91%,F1 得分为 0.95,模型的参数量为 30.85×106,浮点运算次数为 42.15×109,每秒传输帧数为24.37 f/s,与YOLOv7模型相比,平均精度均值提高了 7.46%,参数量和浮点运算次数分别降低了17.23%和 60.41%,相较于 FasterRCNN-Resnet50、YOLOv3、YOLOv4、MobileNet V2-YOLOv4、YOLOv4-VGG、YOLOv5s模型、CSPNet-YOLOv7模型对煤矸识别的平均精度均值最高,同时参数量和浮点运算次数较小,在识别精度和速度之间有着较好的平衡.最后,通过井下现场试验验证了CSPNet-YOLOv7模型,为煤矸精准识别提供了有效技术手段.

关键词：

煤矸识别YOLOv7跨阶段部分网络递归特征金字塔可切换自动卷积迁移学习

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智能放顶煤技术在特厚煤层上覆含水层保护中的应用

程伟轩陈敬川张立辉刘生优...

249-258页

查看更多>>摘要：我国内蒙古东部和新疆北部草原地区煤炭及地下水资源丰富,煤矿高强度开采形成的采动裂隙易导通强富水含水层,极易引起上覆岩层的地下水系统破坏,更容易发生突水溃砂事故,尤其含水层下综合机械化放顶煤开采的放煤高度难以控制.以特厚煤层上覆含水层系统保护为研究对象,以含水层保护和水砂灾害安全防控为研究目标,研发特厚煤层上覆含水层保护的智能放顶煤关键技术,应用井工煤矿动力突水溃砂防控技术,得出特厚煤层上覆地下水系统保护的根本途径.研发应用一种智能放顶煤技术,包括顶煤运移跟踪系统、多轮记忆放煤方法及系统.基于水文地质条件精细探查、覆岩破坏高度的实测、顶煤采放高度确定,应用多轮记忆放煤智能放顶煤技术,控制采动裂隙带高度.以应用工作面为例,应用水文地质精细探查与钻探验证、覆岩破坏高度获取、智能放顶煤技术后,在工作面回采过程中实现了上覆含水层水砂灾害的安全精准控制,有效保护了煤层上覆强富水含水层.

关键词：

顶煤运移跟踪系统多轮记忆放煤方法及系统覆岩精细地质探查覆岩破坏高度实测采放高度智能控制上覆含水层保护水砂灾害防控

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矿用硬岩巷道机械化掘进破岩形式研究现状及展望

李潮鲁义强陈召易海洋...

259-268页

查看更多>>摘要：硬岩巷道快速掘进是实现煤矿智能高效开采的重要环节,悬臂掘进机、TBM和底切割装备都在尝试解决这一难点,掘进技术和装备的发展直接影响采矿的安全生产和经济效益.首先,总结了悬臂掘进机在硬岩截割工况的适用范围和截齿消耗现状,分析截割破岩形式的现场试验,发现在较高的岩石强度条件下,截齿消耗量较正常磨损翻倍,掘进速度与开采速度的不匹配,严重制约了矿井生产.其次,分析了滚刀破岩形式和装备在矿山领域的应用和新产品现状,得出移动式矿用掘进设备采用滚刀挤压破岩,块状渣土少,粉末多,刀盘推力小,导致破岩能力不足.最后,分析了线性底切割破岩技术和非线性底切割技术的原理和装备研发现状.结果表明:随着振荡频率的提高,切削力显著降低,非线性底切割破岩单位体积消耗能量少,优势明显.但在硬岩条件下的掘进效率、设备稳定性等关键问题有待验证,非线性底切割技术有望突破未来矿山硬岩掘进的技术难题.

关键词：

硬岩巷道掘进技术破岩形式截齿破岩滚刀破岩底切割技术

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基于B样条曲线拟合和蜉蝣算法的采煤机截割路径约束优化

程诚吴洪状刘送永

269-279页

查看更多>>摘要：实现采煤机智能化调高,关键是解决煤岩界面识别问题、截割路径优化问题及采煤机调高控制问题.即使煤岩界面被精确识别,受到实际工作中顶底板的平整性和液压支架的推移滑溜等要求的限制,采煤机滚筒无法完全跟随煤岩界面曲线,因此需要基于煤岩界面识别结果,对起伏变化的煤岩界面曲线进行截割路径优化,得到采煤机调高控制的目标轨迹.滚筒截割路径优化是基于煤岩界面估计曲线,在采煤工艺、煤质要求和设备的适应能力等限制条件的约束下,得到使回采最大化的平滑轨迹.针对上述采煤机截割路径约束优化问题,提出一种基于B样条曲线拟合和蜉蝣算法的采煤机截割路径约束优化方法.为了提高截割路径优化效果和降低计算复杂度,以B样条曲线节点系数作为设计变量,构建一种新型截割路径优化目标函数;考虑采煤机截割工艺、煤质要求等限制,使用多段赋值罚函数法处理约束,根据约束的不满足程度动态改变罚函数系数值,避免优化陷入局部最值和约束不能起到实际作用;为了进一步提高优化效果和收敛速度,使用修正蜉蝣算法寻找最优截割路径.最后,考虑实际煤岩界面中褶皱、陷落柱、断层等典型地质构造,进行仿真研究,结果表明,所提方法能在满足实际约束下快速得到平滑的截割优化路径,实时性好、适用性高.

关键词：

采煤机记忆截割约束优化蜉蝣算法B样条曲线

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