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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

    基于弹-塑性变形的含瓦斯煤体渗透率动态演化模型

    龙航林海飞马东民李树刚...
    3859-3871页
    查看更多>>摘要：煤体渗透率演化特征的研究对于合理布置煤层瓦斯抽采参数、提高瓦斯抽采产量具有十分重要意义。为研究不同煤体应力及瓦斯压力对渗透率的影响，开展了瓦斯吸附扩散与受载煤体变形实验，建立了受载煤体分段渗透率动态演化模型，结合实验测试结果对所建立模型的合理性进行验证。研究结果表明:瓦斯吸附量及煤体变形量均随气体压力增大呈Langmuir型变化规律，煤体瓦斯动扩散系数随时间变化呈指数衰减趋势;随着瓦斯压力降低，受载煤体膨胀变形量逐渐减小，渗透率逐渐增大，受载煤体渗透率及膨胀变形量均随煤体应力增大而逐渐降低，应力加载煤体渗透率整体呈现"V"形变化规律，应力峰值处煤体渗透率最小;所建立的煤体渗透率模型中，考虑了瓦斯吸附引起的基质与裂隙变形耦合作用、基质瓦斯动态扩散作用及基质与裂隙物质交换作用;利用实验结果对所建立煤体分段渗透率模型的合理性进行验证，基于弹性变形的煤体渗透率模型能够很好反映出煤体弹性变形阶段的渗透率演化特征，实验范围内，煤体渗透率实验测试与数值模拟结果绝对误差为-0。135×10-15～0。296×10-15 m2，由于渗流引起的煤体体积应变绝对误差为-0。327×10-5～2。026×10-5;考虑塑性变形的煤体渗透率模型也可以反映出煤体应力峰后渗透率变化规律，实验测试结果与数值计算结果的绝对误差为-0。435×10-15～0。997×10-15 m2。

    受载煤体渗透率模型吸附膨胀瓦斯动态扩散弹-塑性变形

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    有效应力下连续级配煤体的渗透特性试验

    张磊杨世华武晋宇刘荣涛...
    3872-3883页
    查看更多>>摘要：瓦斯抽采钻孔孔周煤体的应力变化是影响其渗透特性的重要因素之一。为研究瓦斯抽采孔周不同破碎程度的煤体渗透特性，采用连续级配法制备不同粒径区间的煤颗粒组合试样，开展不同Talbol幂指数n的三轴渗透试验，分析有效应力对破碎煤样孔隙结构和渗透特性的影响。结果表明:在加载过程中，轴向应力通过改变破碎煤体孔隙率从而影响渗透率，其随轴向应力升高呈幂指数降低。加载初期，轴向应力升高使得煤样体积压缩，其内部空隙闭合，引起孔隙率减小及渗透作用减弱，导致渗透率降低。当轴向应力加载到孔隙率趋于0。1时，煤样内部密实使得渗透率趋于稳定;破碎煤体Talbol幂指数n从 0。1到 1。0增大的过程中，渗透率k呈现出缓慢、线性、指数 3个增长阶段，分别受低级粒径、粒径比例、高级粒径的影响。渗流速度受Talbol幂指数、压力梯度、围压和轴向应力的共同影响，但压力梯度的作用更为显著，表现出Talbol幂指数和压力梯度越大，围压和轴向应力越小，渗流速度越大，存在渗流速度的Talbol幂指数促进效应和渗流速度的轴向应力及围压抑制效应;有效应力能较好地表征渗流速度的轴向应力及围压抑制效应，不同Talbol幂指数的破碎煤体渗透率随着有效应力的增大总体上呈指数衰减，但Talbol幂指数增大对渗透率的促进作用逐步减弱，而有效应力对渗透率的抑制作用和幅值效应逐渐强化。有效应力与渗透率的关系方程参数变化存在与渗透率曲线对应的 3个阶段。随着Talbol幂指数n增大，关系方程参数a逐渐减小，有效应力的抑制作用增强;而b逐渐增大，幅值效应逐渐强化。

    连续级配渗透特性有效应力渗透率轴向应力

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    广西上林万福矿区晚二叠世合山组煤系锂地球化学特征及物源研究

    张德高徐小涛孙杰张福强...
    3884-3895页
    查看更多>>摘要：广西上林晚二叠世合山组含煤岩系中广泛存在锂元素富集的现象，具有潜在的经济价值和研究意义。本次研究以广西上林万福矿区晚二叠世合山组煤系锂矿化层为研究对象，在对 34件样品常量元素和微量元素测试，并对 1件样品锆石U-Pb测年和锆石微量元素测定的基础上，综合分析了区内合山组煤系锂矿化层的空间分布、元素地球化学特征和物质来源。研究发现，合山组煤系自下而上有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ四套锂矿化层，锂质量分数由高到低依次为层Ⅰ、层Ⅲ、层Ⅱ和层Ⅳ。与世界黏土岩均值相比，层I中Li元素属于高度富集，层Ⅱ、层Ⅲ中Li元素属于富集，而层Ⅳ中Li元素属于轻微富集;Al2O3-TiO2、La/Sc-Th/Co和V-Ni-Th×10物源区岩性判别图解显示，层Ⅰ、层Ⅲ和层Ⅳ的大部分样品点落在酸性岩浆岩区附近，层Ⅰ中少数样品点落在中性岩浆岩区域，由此推断，万福矿区合山组煤系锂矿化层主要来自酸性和中性岩浆岩。通过对锆石U-Pb定年、锆石微量元素Th/Nb-Hf/Th和Th/U-Nb/Hf构造判别图、稀土元素分析以及Al2O3-TiO2、La/Sc-Th/Co、V-Ni-Th×10和Nb/Y-Zr/TiO2 四个物源判别图的综合研究得出，万福矿区合山组煤系锂矿化层主要来自峨眉山大火成岩省和古特提斯二叠纪岩浆弧相关的中酸性岩浆岩。

    煤系锂地球化学特征合山组万福矿区锆石U-Pb定年物源分析

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    矿物对无烟煤力学非均质性影响的分子动力学研究——以沁水盆地南部主要黏土矿物高岭石为例

    张彬孙蓓蕾王德璋康天合...
    3896-3906页
    查看更多>>摘要：煤是由有机显微组分和矿物组成的混合物，矿物的存在会导致煤的大分子结构存在差异，使得煤的力学性质具有明显的非均质性，进而影响区块内整体的煤层气产量、压裂改造效果和成熟技术的规模化应用。以沁水盆地典型的无烟煤和高岭石矿物作为研究对象，通过分子动力学的方法定量研究高岭石及其含量对无烟煤力学性质的影响规律，分析不同矿物含量下无烟煤的分子结构和孔隙特征，从能量和有序化的角度揭示其微观机理。结果表明:①煤有机质与高岭石相互结合过程中同时存在范德华力和氢键作用，且氢键作用强度要高于范德华力，煤有机质周围出现高岭石分子的概率、相互作用强度和有序性均随着矿物质量分数的增加而增大。②无烟煤的孔隙率φ随高岭石质量分数a的增大呈线性规律(φ=-0。229 3a+9。629 5)降低，而无烟煤的体积模量、弹性模量和剪切模量均随高岭石质量分数的增大呈线性规律增强，泊松比随高岭石质量分数的增大呈二次多项式规律降低。③无烟煤的力学非均质程度整体上随着高岭石质量分数增加而增大，其中不同高岭石质量分数下体积模量、弹性模量和剪切模量的变异性可分为很低、低、中等、高和很高 5个部分，而泊松比的变异系数均小于 0。1，变异性很低。④随着高岭石质量分数的增加，煤有机质与高岭石的相互作用能呈线性规律(Einteraction=4。558 5a+443。929)增大，与纯有机质相比，当高岭石质量分数达到 20%时，无烟煤的键能和范德华能分别增加了 63。86%和 48。06%。⑤高岭石增强煤力学性质的内在原因是高岭石进入煤有机质后占据一定的孔隙空间，且与煤有机质的芳香碳骨架和不同官能团进行相互作用，高岭石质量分数越大充填煤大分子结构孔隙的程度越高，煤大分子结构的能量越大，导致煤大分子结构的孔隙率降低，有序性增大，使得力学强度和抵抗变形的能力增强。

    无烟煤高岭石非均质性分子动力学沁水盆地

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    大同煤田石炭—二叠纪优质煤系高岭岩的成矿机制

    柳建平张帅马小军袁堂琛...
    3907-3917页
    查看更多>>摘要：以山西省大同煤田小峪煤矿的石炭—二叠系太原组优质煤系高岭岩为研究对象，开展了岩相学、矿物学、全岩地球化学、锆石U-Pb年代学和Lu-Hf同位素研究，旨在揭示优质煤系高岭岩的物源和成因机制。研究发现优质煤系高岭岩的矿物成分以高有序度高岭石为主，不含碎屑矿物石英、长石和白云母。部分样品含有勃姆石，是高岭石脱硅蚀变的产物。高岭岩中的锆石是典型的岩浆锆石，且年龄均一，集中在 300 Ma左右，与煤层的沉积年龄一致，证实它们由火山灰蚀变形成。此外，高岭岩中普遍含有板/柱状和蠕虫状高岭石，也是火山灰蚀变的典型特征。这些粗晶高岭石认为是由火山灰中的晶屑，例如斜长石和黑云母等，蚀变形成的假象高岭石。锆石的εHf(t)以变化范围较大的负值为主，指示产出锆石的岩浆主要来源于古老大陆地壳物质的重熔，与华北北缘内蒙古隆起上同期大陆弧火山作用形成的岩浆岩锆石εHf(t)一致，说明它们之间存在同源关系。锆石的微量元素地球化学指纹也指示锆石的产出岩浆来源于大陆弧构造背景。华北克拉通北缘在晚古生代时期是安第斯型大陆边缘，在晚石炭—早二叠纪的聚煤时期，其北部的古亚洲洋板片在华北克拉通之下持续南向俯冲，诱发了频繁的大陆弧火山作用。喷发的火山灰降落在华北海陆过渡的泥炭沼泽中，经淋滤蚀变形成煤系高岭岩。

    优质煤系高岭岩火山灰古亚洲洋活动大陆边缘

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    逆断层控制带含煤地层地应力分布规律

    王晓东罗永江石佳林梁运培...
    3918-3931页
    查看更多>>摘要：为深化对逆断层控制下含煤地层的地应力分布特征的认识，运用自主研发的大型真三轴仪器"矿山地质构造模拟实验系统"，基于相似原理，开展考虑深度、断层倾角、落差等影响因素的物理模拟实验。结合数值模拟，分析不同条件下扰动区宽度和地应力分布规律。研究结果表明:①断层上盘的应力扰动宽度大于下盘，且 2者都随深度的增加而减小。倾角 45°断层的扰动宽度比 60°断层小，在 500、1 000、1500 m深度处，前者分别为 35。72、27。33、10。71 cm，后者分别为 47。03、32。15、17。85 cm。②临近断层处最大水平应力(σH)有明显的应力集中现象。当断层倾角大于 45°时，倾角越大，应力集中程度越大。45°断层下盘临近断层处的 4号测点在 500、1 000、1 500m深度的应力集中系数分别为为 0。95、0。94、1。15，与区域应力场接近。而 60°断层的 4号测点在 500、1 000、1500 m深度的应力集中系数分别为 1。11、1。44、1。42。③在远离断层处的未受扰动区，σH偏转角度较小，几乎都小于 15°。在扰动区，σH偏转角度受倾角控制，σH偏转角度最大达到约 90°。倾角 45°断层中，σH偏转角度最大的区域在下盘临近断层处;在倾角 60°断层，这一区域则出现在距离断层有一定距离的上盘中。④当落差大于煤层厚度时，扰动宽度(尤其上盘扰动区宽度)明显变大。应力集中区域出现在弹性模量更大的地层中，煤层中各测点σH离散性很大。

    地应力分布含煤地层逆断层应力集中应力转向

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    盐水层地质参数对CO2封存效果的评价

    张琳琳赖枫鹏董银涛戴玉婷...
    3932-3943页
    查看更多>>摘要：在二氧化碳捕集、利用与封存技术中，盐水层封存CO2 由于具有分布面积广和封存潜力大等多重优势，逐渐成为应对全球气候变暖、实现2050年世界净零目标、减少CO2 排放的有效方法。为提高盐水层中CO2 的封存效果，以国内外现有的相关地质封存项目数据为基础，采用Pet-rasim软件中的TOUGHREACT/ECO2N模块，选取CO2 溶解质量和气态CO2 饱和度为评价指标，通过数值模拟方法，从盐溶液体系和储层物性参数 2个方面，揭示地层盐水盐度、地层盐水组分、地层压力、地层温度和渗透率 5个地质参数对盐水层CO2 封存的影响机制，并定量评价CO2 封存效果。结果表明:①各地质参数主要通过改变CO2、地层盐水的密度和黏度、CO2 溶解度以及CO2-盐水-岩石的化学反应等，进而控制地层流体的溶解度、流动性和传质性;②CO2 的溶解度和地层盐水密度分别随盐度的增加而降低、增大，但前者受其影响程度更大，从而盐度对CO2 的溶解表现出抑制作用，因此低盐度的盐水层更有助于增加CO2 封存量及提高埋存安全性;③根据苏林分类法得到的 4种盐溶液组分中，CaCl2 水型对应的CO2 溶解质量略低于其他 3种水型，但整体上不同盐溶液组分对CO2 封存效果影响不大;④在CO2 溶解度和气液两相黏度比的共同作用下，CO2 溶解质量随压力和温度的增大而减少，气态CO2 饱和度变化相反;渗透率对气体流动性和运移距离起直接控制作用，因此地层压力和温度越低，渗透率越大的盐水层越有利于CO2 封存。

    盐水储层CO2地质封存地质参数CO2溶解质量气态CO2饱和度

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    我国闭坑煤矿矿井水水质演化研究进展与展望

    张海涛许光泉陈晓晴李旭...
    3944-3959页
    查看更多>>摘要：随着我国煤矿矿井关闭数量的逐渐增加，闭坑矿井水水质恶化和污染问题日益突出，准确掌握闭坑矿井水水质演化规律及机制，是目前闭坑矿山可持续绿色发展的重大科学难题，也是地下水污染有效防控和水资源合理开发利用的重要前提。在回顾关闭矿井发展历史的基础上，首先阐述了我国关闭矿井的分布情况，之后分别对闭坑矿井水水质特征、水质演化规律及水质演化的多场作用等方面展开综述，最后对我国闭坑矿井水水质研究中存在的关键问题和应用方向进行了展望。研究结果表明:①截至 2023年底，我国关闭矿井的数量已经上升到 13 000多个，主要分布在山西、河南、河北、山东、江苏和安徽北部等地区;②我国部分闭坑矿井水的pH、矿化度、硫酸盐、氟化物和铁锰重金属等水质指标含量超过Ⅲ类水标准，其中酸性矿井水(pH＜6。5)主要分布在云贵、鲁西、山西等地区，高矿化度矿井水(TDS＞1000 mg/L)主要分布在鲁西、山西、河南、两淮、蒙东、宁东、新疆等地区，硫酸盐矿井水(硫酸盐质量浓度＞250 mg/L)主要分布在云贵、鲁西、山西、蒙东、宁东、神东、新疆哈密等地区，氟化物矿井水(F质量浓度＞1。0 mg/L)主要分布在两淮、山西、神东等地区，铁锰重金属矿井水(Fe质量浓度＞0。3 mg/L、Mn质量浓度＞0。1 mg/L)主要分布在云贵、鲁西、山西、蒙东等地区。③在闭坑矿井被完全淹没之前，其水质在空间上会出现明显的分层现象，即浅部的优质水层、中部的过渡水层和深部的劣质水层，这主要与矿井采掘空间分布、地温梯度和盐度等因素有关。④煤矿关闭后，矿井水水质的演变过程大致可分为 3个阶段，第Ⅰ阶段为矿井水中典型污染物(硫酸盐和铁离子)质量浓度快速上升达并到峰值阶段，第Ⅱ阶段为污染物浓度快速下降阶段，第Ⅲ阶段为矿井水水质与邻近含水层地下水水质背景值相同并保持相对稳定阶段。⑤系统总结了我国闭坑矿井水动力场、水化学场、微生物场和温度场的研究进展，指出了闭坑矿井多相(水-岩-气-生)多场(水化学场-水动力场-微生物场-温度场)耦合作用机制的研究还不充分。⑥提出了我国闭坑矿井水水质演化问题的研究仍然面临着水质演化规律和水质演化机制不清楚等关键科学问题。

    闭坑矿井水质演化分层现象水污染多相多场耦合

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    基于高分五号卫星的山西省煤炭行业甲烷点源排放特征

    康涵书秦凯鹿凡胡玮...
    3960-3968页
    查看更多>>摘要：甲烷是长效温室气体之一，其增温潜势是CO2 的 28倍，约占全球变暖效应的 16%。煤炭生产活动是中国甲烷排放的主要来源之一，作为中国主要的煤炭生产基地之一，山西省煤炭行业排放了大量甲烷。利用高分辨率遥感数据对山西省煤炭行业的甲烷排放进行估算，可以为建立精细化的煤炭行业甲烷排放清单奠定数据基础，并为制定有效的减排措施提供科学依据。利用我国高分五号 02星搭载的先进高光谱成像仪(AHSI)，使用 2021年 10月—2023年 3月的数据，探测到山西省煤炭行业等 408个厂矿的 838个甲烷羽流，并计算各羽流的排放速率。结果显示:①山西省煤炭行业的甲烷羽流排放速率呈现出非对称性，84%的羽流的排放速率在 0。5～3。0 t/h，但也有少数极端情况，最高的排放速率超过 10。0 t/h。②山西省有 6个煤炭行业甲烷点源排放密集区，其中 5个密集区与XCH4 的高值区域相对应。③检测到甲烷排放点源，以煤矿和焦化企业为最多。不同类型的排放源甲烷平均排放速率差异性较大，且排放速率会随时间和排放源的变化而波动。煤炭行业的各个环节都可能存在甲烷排放。④高度持续性排放源虽然只占所有点源的 13%，但其贡献了 41%的总排放速率。相反，高度间断性排放源虽然占了 59%，但其只贡献了 25%的总排放速率。全山西煤炭行业的甲烷综合排放速率为 177。17±56。35 t/h，主要由煤矿类、焦化类和火电类企业的甲烷排放构成。

    GF5B-AHSI煤炭行业甲烷点源排放排放特征间歇性

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    富油煤原位热解技术研究现状及进展

    王苗王长安宁星陈美静...
    3969-3984页
    查看更多>>摘要：我国富油煤资源量丰富，原位热解提取油气不仅可以实现富油煤的高效清洁低碳利用，还可以缓解油气对外依存度，是未来富油煤开采利用的重要发展方向之一。简述了富油煤的热物理性质及分布特性，地面热解和原位热解的工艺特点，重点阐述了富油煤原位热解(布井方式、加热方式、原位气化热解一体化、余热利用、储层压裂、地下封闭技术)的研究现状及进展，最后对富油煤原位热解技术的发展方向进行了展望。①梯级利用是富油煤地面热解的重要途径，井工式原位热解可实现井下收油，但需解决长距离输运管道保温问题，钻孔式原位热解是通过高温介质或电加热进行热解，可采用矿区的分布式能源加热载热流体。②推荐采用对流加热为主，其他加热方式为辅的复合加热技术，可利用原位热解后的余热预热载热流体，也可将煤层局部氧化反应的热量用于富油煤原位热解过程，降低载热流体的注热能耗。③原位气化热解一体化技术可有效提高热能利用率，但气化空腔需进行填充。④综合考虑储层压裂和富油煤原位热解孔隙变化规律，控制煤层裂缝生成路径，形成裂缝网络，以增强煤层热传导效率，降低油气产物在煤层中的运移难度。⑤根据富油煤热解工艺特点，选择适宜的地下体系封闭技术，可促进富油煤原位热解过程中能量的高效利用及生态环境保护，其中CO2 气驱止水技术在实现地下体系封闭的同时，还可以进行油气驱替并实现CO2 的地质封存。

    富油煤原位热解加热技术储层压裂体系封闭

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