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煤炭学报
煤炭学报

刘峰

月刊

0253-9993

mtxb@vip.163.com

010-84262930

100013

北京和平里青年沟东路5号煤科院内

煤炭学报/Journal Journal of China Coal SocietyCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>《煤炭学报》于1964年创刊，为季刊。1966年停刊，1979年复刊， 1993年改为双月刊，1995年改为大16开本，并申办创刊了《煤炭学报》英文版《Journal of Coal Science & Engineering(China) 》，半年刊。《煤炭学报》是中国煤炭学会主办的煤炭系统最高水平的综合性学术刊物，现为双月刊，112页。主要刊载与煤炭科学技术相关的基础理论和重大工程研究的理论成果，包括煤田地质学、矿山岩体力学、采矿工程、煤矿安全、环境保护、煤矿机电一体化、煤的加工与利用、煤炭经济研究等领域的学术论文。30多年来，为传播煤炭科学技术起到了重要的作用。 多年来，《煤炭学报》一直以“登一流文章，创一流期刊”为指导思想，培养了一支基础理论知识扎实、专业水平高的稳定的编辑队伍，使《煤炭学报》质量逐步提高。《煤炭学报》1992年荣获全国第一届优秀科技期刊评比二等奖，获中国科协优秀科技期刊二等奖；1997年获全国第二届优秀科技期刊评比一等奖，获中国科协优秀科技期刊一等奖；1999年荣获首届中国期刊奖；2001年入选“中国期刊方阵”,并被评为“双奖期刊”。《煤炭学报》在包括10名中国科学院、中国工程院院士的编委会领导下，每年都制定了明确的报道重点，使刊物能紧紧围绕煤炭重大科技攻关项目发表相关的基础理论论文。《煤炭学报》发表的论文反映了煤炭科学技术的最新研究成果，起到了促进煤炭科学技术交流和发展的龙头作用，为繁荣煤炭科学技术事业作出了重要贡献。《煤炭学报》被国内外近20家数据库和文摘期刊所收录，如IEA Coal Abstract CD-ROOM（美国）、 Ei Page One、美国的能源科学与技术数据库、美国地质文摘、中国科学技术期刊文摘数据库、中国科学引文数据库、日本科学技术文摘速报、РЖ、Coal Highlights（英国）、Geological Abstract（英国）、Geomechanics Abstracts（英国）、中国学术期刊文摘、中国力学文摘、矿业文摘等等。
正式出版
收录年代

    煤层层理对微波破煤增透效果的影响

    朱健胡国忠许家林杨南...
    2324-2337页
    查看更多>>摘要：层理作为一种典型的结构弱面普遍存在于煤层之中,煤层层理与煤基质之间的相对力学性能是决定层理发育煤层微波增透效果的关键.为此,采用自主研制的微波辐射试验装置,对层理面与加载方向之间夹角为 0°、30°、45°、60°和 90°的煤样开展了微波破煤试验,探究了不同层理方向煤样微观孔隙结构与细观裂隙的演化特征,揭示了微波辐射下层理对煤体孔裂隙结构的数量、尺度与连通性的影响规律;对比分析了微波辐射前、后不同层理方向煤体的气体渗透特性,阐明了煤体在煤层层理与微波破煤叠加影响下的渗透率变化规律,揭示了煤层层理对微波破煤增透的影响机制.结果表明:①煤层层理对微波破煤增透效果的影响显著,层理面与加载方向之间夹角越大,微波辐射下煤体的束缚孔减少幅度与连通性裂隙增长幅度也更大;与原煤样相比,微波辐射后不同层理方向煤样渗透率之间的数量级差异有效减小,渗透率各向异性弱化明显.②微波辐射下煤体中细观裂隙发育具有显著的层理效应,具体演化过程为:沿层理面原生裂隙扩展→新的沿层理面裂隙萌生→与层理面相交的裂隙扩展.③煤基质与层理面的介电损耗和传热性质差异,使得微波对煤体的热应力分布受制于层理面.当层理面与加载方向垂直或平行时,煤体以张拉破坏为主;当层理面与加载方向斜交时,煤体以剪切滑移破坏为主.

    微波破煤增透煤层层理结构损伤渗透特性层理方向

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    煤粉侵入对支撑裂缝渗透率的动态影响规律

    张惜图胡胜勇武玺李国富...
    2338-2346页
    查看更多>>摘要：煤粉侵入煤层水力压裂支撑裂缝容易导致裂缝堵塞,造成支撑裂缝导流能力和煤储层渗透率降低,进而严重影响煤层气井的稳定排采及产量.分别建立煤层气井停井前与重启后煤粉侵入支撑裂缝渗透率动态演化模型,并利用煤岩导流性能测试系统进行煤粉连续流动与间歇流动条件下的煤粉侵入支撑裂缝实验,验证了模型的正确性,研究了煤层气井停井与排采流速对支撑裂缝渗透率时空演化的影响规律.研究表明:随煤粉运移时间增加,支撑裂缝渗透率骤降后缓慢衰减,且沿煤粉运移方向,支撑裂缝内部空间孔隙损失率逐渐降低,裂缝内部渗透率沿煤粉运移方向逐渐升高.随煤粉持续侵入支撑裂缝,煤层气井关井重启后支撑裂缝孔隙损失率较停井前孔隙损失率更大,渗透率不能恢复至停井前.排采流速越慢,煤粉侵入支撑裂缝渗透率衰减速度越慢,渗透率越高,支撑裂缝渗透率受煤粉侵入影响在低排采流速下对流速变化更为敏感,缓慢排采流速下停井对支撑裂缝渗透率伤害更低.煤粉沉积系数越大,煤粉侵入过程中支撑裂缝近端渗透率越小,远端渗透率越大,而弥散系数越大,支撑裂缝远端渗透率越小,裂缝近端渗透率受弥散系数影响极小,煤层气井停井对支撑裂缝近端渗透率伤害更严重.煤粉侵入过程中支撑裂缝近端渗透率衰减速度更快,裂缝远端渗透率衰减速度更缓慢,沉积系数变化对支撑裂缝近端渗透率影响显著,而弥散系数变化对支撑裂缝远端渗透率影响更显著.

    水力压裂支撑裂缝煤粉渗透率停井

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    过渡金属离子促进煤自燃机理的量子化学计算

    王福生孙玮张渝张朝阳...
    2347-2359页
    查看更多>>摘要：为研究低温氧化条件下典型过渡金属离子对煤自燃的影响,对褐煤(HM)、气煤(QM)、肥煤(FM)进行过渡金属离子的测定,选取过渡金属离子中含量较多且氧化性较强的 Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅲ)和Cu(Ⅱ)为研究对象.采用量子化学计算方法,分析了电荷分布、前线轨道和拉普拉斯键级,证明了活性位点的存在.探究了有无过渡金属离子情况下,Ar—CH2—CH3 到Ar—CO—CH3的 2种反应历程进行模型优化、过渡态计算和IRC验证,得到热力学相关参数.计算结果表明,无过渡金属离子参与的反应决速步的活化能垒为 164.18 kJ/mol,有过渡金属离子反应决速步活化能垒为 158.72 kJ/mol,过渡金属离子对总反应速度影响效果不显著.Fe(Ⅲ)、Mn(Ⅲ)和Cu(Ⅱ)参与下,反应的总放热量分别为1535.52、1834.97、365.93 kJ/mol,其数值均大于氧气分子氧化脂肪烃所放出的热量(319.93 kJ/mol),氧化脂肪烃中C—H的自由能垒分别为42.79、4.30、117.29 kJ/mol,其值都小于氧气分子氧化C—H反应的活化能值(146.38 kJ/mol),过渡金属离子对C—H氧化能力从高到低的顺序为Mn(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)和Cu(Ⅱ),反应过程中伴随着·OH和H+的生成,在后续反应中,会进一步与煤结构发生反应,加快煤自燃过程;为验证模拟结果的准确性,采用程序升温气相色谱联用仪对 4种不同煤样的CO气体产物出现的时间和体积分数进行测定,发现 4种煤样出现CO气体产物的温度点相近,添加锰离子的煤样在 90℃时产生了CO,其余 3种煤样在 100℃出现CO气体产物,CO气体产物体积分数从大到小的顺序为Mn(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)、Cu(Ⅱ)和原煤样,这与计算得到的结果相一致,随着温度的升高,Mn(Ⅲ)对于提高CO生成速率效果逐渐减弱,铁离子和铜离子催化煤自燃效果逐渐显著,实验结果与模拟结果具有一定的相关性,相比于氧气分子,煤中过渡金属离子更容易与C—H发生氧化反应,不仅使自由基链式反应更早发生,还增加了反应的放热量和·OH和H+的生成量,从而促进煤自燃.

    过渡金属离子煤自燃量子化学活化能自由能

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    首山一矿深部地应力分布规律及影响因素

    郭德勇揣筱升张铁岗郭明生...
    2360-2375页
    查看更多>>摘要：为探讨平顶山首山一矿深部地应力分布规律及其影响因素,基于矿井实测地应力数据,运用构造物理学、岩石力学和数值模拟方法,研究了测点地应力类型、大小和方向分布规律,反演了地应力场分布特征,分析了埋深、岩性和地质构造对地应力的影响,确定了影响地应力分布的主控因素.研究表明:多元回归反演分析法获得的地应力计算值与实测值吻合,相对误差小于20%,结果可靠.矿井煤岩体处于三维压应力状态,煤层主应力关系为SH＞SV＞Sh,地应力由矿井北部向南部呈现先增大后减小再增大的变化趋势,地应力为 28～44 MPa,属于高应力水平,地应力方向为NEE向.埋深影响地应力大小和类型,随埋深增加主应力增大,应力场类型向准静水压力场过渡;岩性与地应力密切相关,从泥岩到砂岩或灰岩,地应力增大,弹性模量越大地应力越大,地层岩性的差异造成地应力大小离散分布、应力方向偏转角不超过 10°;矿井地应力与埋深、弹性模量的关系可表示为σH=0.0350H+0.4681E-8.5513.地质构造是影响首山一矿地应力分布的主控因素,褶皱形态控制地应力的水平应力分布,向斜内弧应力值大于背斜内弧,且褶皱弯曲程度越大,其内弧地应力越大,应力梯度越大;断层带内应力降低、断层尖灭端应力集中,地应力方向沿着断层走向偏转,与断层走向夹角越大,应力方向偏转角越大;断层切割复式褶皱时,断层与向斜构造组合区应力值大于断层与背斜构造组合区,且断褶构造组合造成地应力方向分布紊乱.

    地应力测量应力解除法构造物理首山一矿

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    鄂尔多斯盆地神府区块深部煤层气体积压裂实践与认识

    安琦杨帆杨睿月黄中伟...
    2376-2393页
    查看更多>>摘要：鄂尔多斯盆地东缘神府深煤层大气田探明地质储量超千亿方,实现该地区深部煤层气高效开发对保障国家能源供应具有重要意义.但是,由于深煤层地质环境复杂,具有高地应力、中高温度、特低渗透、强非均质性、割理/裂隙发育等特点,导致现有中浅煤层压裂改造技术难以完全适用于深煤层,其施工规模与参数仍处于探索阶段.为了探究与深煤层地质条件相适应的增产改造技术,以鄂尔多斯盆地神府区块为地质背景,以深煤层大规模体积压裂为工程实践,围绕"极限动用+均衡扩展+有效支撑"的设计理念,提出"少段多簇适度密切割+等孔径深穿透限流射孔+复合液造缝(高黏液体破岩+低黏液体造复杂缝)+大排量高强度加砂+前置酸液降低破裂压力+多粒径组合支撑剂"为核心的体积压裂技术,并引入地质-工程-智能一体化压后评估方法,通过压裂-产能双重智能拟合校正,精细刻画了储层改造体积(SRV)和气体泄流体积(DRV),预测了不同压裂规模及井型条件下的最终可采储量EUR.最后,通过统计神府区块深煤层压裂井地质、工程和产量特征数据,采用随机森林算法量化分析了影响深部煤层气产能的主控因素.实践结果表明:采用上述大规模体积压裂技术,已投产的直/定向井最高日产气量超过 1×104 m3,水平井最高日产气量超过 2×104 m3,说明深煤层可压性良好、开发潜力巨大;深部煤层气峰值产气量的主要影响因素为:煤层含气量、煤层厚度和加砂强度;累积产气量的主要影响因素为:煤层含气量、加砂强度和总砂量.

    神府区块深部煤层气体积压裂地质-工程-智能一体化产能主控因素

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    整合压汞、N2和CO2吸附的中-高阶煤多重分形特征

    张苗刘钦节王兴阵董志勇...
    2394-2404页
    查看更多>>摘要：煤储层孔隙结构多重分形特征控制着煤层气的运移和可持续产出,直接决定了煤层气的开采效率,对煤层气开采具有重要意义.为了研究中-高阶煤孔隙结构多重分形特征及其在煤化作用过程中的演化趋势,针对取自沁水煤田生产矿井的中-高阶煤样,整合高压压汞、低温氮气吸附实验和二氧化碳吸附实验,结合多重分形理论,表征并探究了中-高阶煤储层宏孔(＞50 nm)、介孔(2～50 nm)和微孔(＜2 nm)的多重分形特征在煤化作用过程中的演化趋势及其影响因素.结果表明,中-高阶煤宏孔、介孔和微孔的广义维数谱(Dq-q)和多重分形奇异谱(f(α)-α)均满足多重分形特征,这意味着中-高阶煤宏孔、介孔和微孔均表现出多重分形行为.相对于宏孔和介孔,微孔表现出更大的奇异性指数α0 和谱宽(∆D)与较小的赫斯特指数(Hurst,H),即微孔具有更强的非均质性和更差的孔隙连通性.煤化作用促进了煤中大分子的聚合,使煤储层由宏孔优势型和宏孔-微孔并存型储层转变为更为致密的微孔优势型储层,煤中不同尺度孔隙孔径分布趋于均质化,导致中-高阶煤储层孔隙结构均质性的增强和孔隙连通性的改善.宏孔和微孔体积分数对其相应孔径范围内孔隙结构非均质性分别存在积极和消极的影响,而介孔体积分数并不是介孔孔隙孔径分布非均质性的有效约束.镜质组和惰质组对孔隙孔径分布非均质性表现出相反的影响,镜惰比(V/I)与H之间存在正相关性,与α0 之间呈负相关性,富镜质组煤发育更多的微孔从而表现出更强的孔隙结构均质性和较好的孔隙连通性.

    中-高阶煤煤化作用多尺度孔隙多重分形沁水煤田

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    北部湾盆地涠西南凹陷咸水层CO2地质封存储盖优选及潜力评估

    熊鹏飞方小宇乐文喜陆江...
    2405-2413页
    查看更多>>摘要：CO2 地质封存被认为是实现碳中和目标的兜底技术,近海沉积盆地远离人类活动区,在实施CO2 地质封存方面相比于陆上沉积盆地更具优势.为查明广东省近海北部湾盆地涠西南凹陷咸水层CO2 封存潜力,基于盖层埋深、单层泥岩最大厚度、泥地比、断层密度和储层孔隙度、地层厚度、砂地比、渗透率等 8个指标,构建了盆地二级构造单元的储盖评价体系,结合各地层岩心物性资料和三维地质模型,对涠西南凹陷储盖进行优选,并以US-DOE法对有效封存潜力进行了评估.研究结果表明,涠西南凹陷在海底以下800～3 000 m内,有2套适宜CO2 封存的储盖组合.储盖组合 1:新近系角尾组一段浅海相泥岩盖层-角尾组二段、下洋组滨浅海相砂岩储层,有效封存容量为 7.49亿t;储盖组合 2:古近系涠洲组二段中深湖泥岩盖层-涠洲组三段砂岩储层,有效封存容量为 3.74亿t.在涠西南凹陷中优选出 2套适宜咸水层封存CO2 的储盖组合,有效封存容量为11.23亿t,按照广东省粤西地区CO2 年排放量为7000万t进行评估,能够满足该地区超16a的CO2 减排需求.

    离岸封存CO2地质封存潜力储盖组合优选涠西南凹陷北部湾盆地

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    贵州无井式UCG选址选层"四性"地质评价模式与资源类型划分

    周泽易同生秦勇周永峰...
    2414-2425页
    查看更多>>摘要：为建立科学系统的"地质-工程"一体化地质风险评估模式,解决煤炭地下气化(UCG)选址选层难题,提出了一种以"建炉可行性、过程易控性、气化安全性、开发经济性"四性认识为基础,利用FAHP模糊层次分析法创建的包括 4项一级指标、10项 2级指标、26项 3级关键地质参数的地质评价要素层次结构模型.该模型引入"阈值"概念,对断层指数、奥亚膨胀度、黏结指数、上覆含水层距离 4项指标的超"阈值"情况实施"一票否决",充分重视特定地质参数对UCG控制的关键作用;通过"两两判断矩阵"确定各指标权重向量,根据隶属函数厘定指标层隶属度;并提出了相应地质评价技术方法,配套建立了权重积、综合权重积以及最优 3段分割等算法,将所涉及指标量化分析,精准判断资源类型与级别;同时基于矩阵结构混合编码方式,提出了"四性四级"五位编码的UCG资源类型表征系统.最终形成了以"四性"理论为基础,"算法"为骨架,"四性四级"五位编码为灵魂的科学化、系统化UCG选址选层地质评价体系.该评价体系可在多场耦合的UCG生产过程相关风险识别机制的前沿探索方面发挥关键作用,有效改善现有UCG风险识别理论局限于地质单方面,缺乏工程联系的问题,实现大区域的UCG量化选址选层,为省级乃至国家级煤炭地下气化战略规划提供解决途径,从而提出可供分步实施的典型地质条件先导性试验区建议,推动煤炭地下气化产业化进程.

    煤炭地下气化地质评价资源分类层次结构模型

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    煤炭生态型露天开采理论与技术体系及其应用

    李全生
    2426-2444页
    查看更多>>摘要：煤炭大规模露天开采会引起土地挖损与压占、地下水疏干、水土流失、植被破坏、大气污染、区域景观破损等生态问题.针对现有露天煤矿生态修复技术较为单一,缺乏从开采源头减损和生态全要素系统性修复技术的难题,提出了"减损开采与生态系统修复"的理念,阐述了露天煤矿生态型开采的内涵与特征,提出了露天煤矿生态型开采关键科学问题和基础理论框架,研发了"采前生态化设计-采中减损开采-生态系统修复"的全生命周期生态减损开采和生态全要素(水、土、大气、植被、景观)系统修复技术,创建了露天煤矿生态型开采理论与技术体系,形成了可推广可复制的露天矿生态型开采模式.研究成果应用表明,半干旱区胜利露天矿生态型开采示范区减少土地挖损和压占面积 60 003 m2/a,排土场生态修复期提前 1a以上,植被覆盖率较本底值提高 41.78%,地面水库(蓄水量 40万m3)实现了矿井水的分季节、分级分质利用;酷寒区宝日希勒露天矿生态型开采示范区减少土地挖损和压占面积 106 672 m2/a,新生物种从 14种增加到 21种,土壤含水率提升 10%,土壤年侵蚀率降低 59.6%,植被覆盖率较本底值提高 37.96%,露天煤矿地下水库(储水容量122万m3)实现了矿坑水"冬储夏用",取得了显著的生态修复效果.

    露天煤矿生态型开采减损开采系统修复全周期

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    基于地表敏感变形和房屋因素的矿区建筑物损坏评价方法

    廖孟光戴华阳李梦涛阎跃观...
    2445-2461页
    查看更多>>摘要：针对目前建筑物采动损坏评价因素的不尽合理与区域性评判结果的局限性,提出基于地表敏感变形和房屋因素的矿区建筑物采动损坏评价方法.采用理论分析、数值模拟和现场调查等方法对建筑物采动损坏评价进行了研究与探讨.首先,采用数值模拟方法,揭示地表变形、建筑物结构类型、主变形方向与建筑物长轴的夹角等因素对建筑物损坏影响规律,模拟结果表明:①当沿建筑物长轴的变形增大时,建筑物的损坏程度增大,得出了平房建筑加速损伤的地表变形临界值为曲率K=0.6 mm/m2,水平变形ε=6 mm/m;②不同结构的建筑物损坏程度不同,其中具有圈梁或构造柱的建筑物抗变形能力强,研究并确定了二层砖混结构(圈梁和构造柱)损坏程度的地表临界变形值;③建筑物对其长轴方向的地表变形较为敏感,影响损坏大,但对其长轴的垂直方向的变形不太敏感,而变形与建筑物斜交方向的建筑物损坏程度介于 2者之间.其次,基于地表敏感变形因素、主变形方向、房屋因素共选取 7个评价指标,建立建筑物采动损坏评价的未确知测度模型,根据各评价指标对建筑物的重要程度,采用层次分析法定权;最后,应用于峰峰矿区和徐州矿区 3个村庄的建筑物损坏实例,结果表明:在选取的 50户 140余栋建筑物评价中,预测准确率在 80%以上,预测精度高于传统方法,且预测效果良好,弥补了传统评价方法的不足,验证了评价指标选取和评价模型的可靠性.

    建筑物采动损坏地表敏感变形评价指标建筑物长轴

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