煤田地质与勘探

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2019, 47(6): .

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摘要:

石智军, 董书宁, 杨俊哲, 许超, 郝世俊, 李泉新, 陈殿赋, 姚克, 刘建林, 田东庄

2019, 47(6): 1-7. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.001

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保德煤矿大盘区工作面采前瓦斯超前治理模式要求井下定向长钻孔能够沿煤层钻进3 000 m以上，针对现有技术装备在超长定向钻孔施工中存在滑动钻进困难、进水水路压耗大、有线随钻测量信号传输距离受限、冲洗液无法循环利用等问题，开发了煤矿井下基于螺杆马达水力加压和超长钻具正反扭转给进的滑动钻进减阻工艺、基于回转钻进倾角控制和侧钻分支的复合钻进轨迹控制技术，设计了低压耗进水水路系统、泥浆脉冲无线随钻测量系统和冲洗液净化循环系统，结合保德煤矿生产需要，完成了主孔深度3 353 m、孔径120 mm的顺煤层超长贯通定向孔。钻进效果表明：滑动钻进减阻工艺有效降低了给进力，显著提高了深孔滑动定向钻进能力；基于复合钻进的轨迹控制技术，保证了钻孔轨迹沿煤层定向延伸，并提高了钻进能力和钻进效率；泥浆脉冲无线随钻测量信号长距离传输稳定可靠，克服了有线随钻测量信号传输的局限性；井下冲洗液净化循环系统净化效果良好，实现了井下定向钻进冲洗液循环利用。研究成果对支撑煤矿大区域瓦斯超前治理、以孔代巷工程、水害防治及地质勘探等技术进步具有重要意义。

贵州省煤层气(瓦斯)开发适用性技术分析

徐晓乾, 孟应芳, 段正鹏, 李国红, 李青松

2019, 47(6): 8-13. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.002

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近年来在煤层气勘探开发实践中遇到诸多技术瓶颈，针对其中关键技术适用性开发问题，基于贵州地区煤储层呈薄煤层群赋存且构造复杂的地质背景，结合贵州地区煤层气成功开发、利用案例，提出了适用于贵州复杂地质条件下的煤层气开发及利用技术。贵州地区不同薄煤层群可根据实际间距情况采用光套管合层压裂、可捞式桥塞分段压裂等技术，煤层松软地区要加强防煤粉压裂技术及缝内转向技术的综合利用；松软低透煤层群应优选首采层，采动卸压后瓦斯抽采效果较好，同时加强定向长钻孔"以孔代巷"、松软煤层全程下套管、低透煤层CO₂相变致裂或水力割缝等技术的综合应用，实践证明可有效增强瓦斯抽采效果。

织金区块煤层气合采生产特征及开发策略

郭涛, 高小康, 孟贵希, 肖翠

2019, 47(6): 14-19. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.003

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针对南方煤层层数多、单层薄，煤层气有效开发难度大的问题，以贵州织金区块煤层气井实际生产数据为基础，分析定向井不同煤组合采、薄煤层水平井生产特征及产气影响因素，并提出相应开发建议。分析表明，不同煤组合采产气差异较大，受地层供液能力、解吸液面高度及合采跨度影响，中、下煤组合采效果好于上、中、下煤组合采效果，其中16/17/20/23/27/30号煤层合采是区块最优合采层位；压裂规模显著影响煤层气井产气效果，压裂规模越大产气效果越好，增大压裂规模，提高压裂改造效果是多煤层煤层气有效开发的重要手段之一；水平井产气效果是定向井3~4倍，薄煤层水平井适应性得到证实，根据地质及地表条件采用水平井、定向井组合开发，可提高多煤层煤层气开发效果。综合认为，在地质条件有利的区域优选合采层位，增大压裂规模，优选实施水平井，可提高多薄煤层煤层气开发效果。

软煤储层顶板水平井穿层工况下压裂缝扩展模型

王志荣, 胡凯, 杨杰, 陈玲霞

2019, 47(6): 20-25. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.004

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为了探索煤层顶板中水平井向目标层穿层压裂的裂缝扩展规律，以华北石炭-二叠纪煤田为例，运用断裂力学、损伤力学以及流体力学等经典理论并结合现场实测资料，开展了压裂缝延伸距离与压裂时间时空演化规律的建模与验证。首先，基于原生裂缝特性、渗透特性以及压裂射孔段附加应力等因素，提出了顶板水平井垂向造缝的起裂压力计算公式；其次，在考虑裂缝性煤岩体损伤效应的基础上，引入Dougill损伤因子，将该计算模型拓展为延伸压力计算模型；最后，基于改进的经典PKN裂缝模型和压裂液滤失理论，建立了连续穿层工况下压裂缝延伸距离与压裂施工时间的函数关系。实践验证表明，根据理论模型合理调配时间参数，可以控制穿层裂缝的延伸距离。

晋城地区煤层气井多层合采效果评价

杨建超, 李贵红, 刘钰辉, 李国富, 王朝帅, 孙天宇

2019, 47(6): 26-31. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.005

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煤层气井多煤层合采效果研究为煤炭安全、井下瓦斯治理、确定开发技术指标、单井配产、合理划分开发层系、煤层气高效开发以及制定中长期煤层气开发规划具有很好的参考价值。以晋城成庄矿区为例，将开发中后期排采效果检验井含气量等数据与邻近井原始含气量进行对比，分析3、9和15煤各煤层含气量在合层排采后的变化特征，以评价排采效果；并结合地质资料及现场排采动态进一步分析影响各煤层排采效果的主控因素。综合分析认为，成庄矿区经过多年地面煤层气多层合采，下部15号煤层比上部3号和9号煤层含气量降低更快。分析其原因认为成庄矿区15号煤层含气量降低较快的主要影响因素包括煤层渗透率、供液能力、储层压力及排采制度等。研究结果为剩余储量预测提供可靠的科学依据。

底板梳状长钻孔替代穿层钻孔瓦斯抽采技术可行性

李宏, 刘明举, 郝光生, 邓奇根, 董艳军

2019, 47(6): 32-38. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.006

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底板岩巷穿层钻孔抽采技术和本煤层定向长钻孔抽采技术是目前高瓦斯和突出矿井回采工作面最为主要的瓦斯治理措施。晋城矿区赵庄矿煤层具松软低透气性特点，主要采用岩巷穿层钻孔消突为主，本煤层顺层钻孔消突为辅的瓦斯治理方法。但底板岩巷穿层钻孔存在工程量大、施工周期长及成本高等缺点，本煤层钻孔存在钻孔抽采不均匀、钻孔覆盖密度不足等技术缺陷。为对比考察底板梳状长钻孔与底板岩巷穿层钻孔的抽采效果，在赵庄矿1307采面开展了2种瓦斯治理方法。结果表明：抽采条件和抽采范围相同条件下，5个底板梳状长钻孔的瓦斯抽采总量占到底板岩巷穿层钻孔瓦斯抽采总量的75.4%，而底板梳状长钻孔的经济投入仅占底板岩巷穿层钻孔经济投入的29.2%。由此得出，研究区梳状长钻孔替代穿层钻孔的瓦斯抽采技术是可行的。该研究为底板梳状长钻孔替代底板岩巷的技术可行性提供了实践参考，为松软低透的高瓦斯和突出矿井的瓦斯治理提供了更为经济可行的治理方案。

用XRD表征煤变质程度的改进方法

王超, 赵友男, 王震威, 卢兆林

2019, 47(6): 39-44. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.007

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目前煤变质程度的X射线衡量方法存在γ带不好分峰、δ峰信息没有被使用、扣除背底不合理等问题，通过对比分析不同变质程度煤的X射线衍射图谱，提出在不扣除背底信息前提下，使用002峰斜率、延展半高宽和δ峰信息来修正变质系数公式。经过多组不同变质程度煤样X射线衍射（XRD）图谱的计算验证，表明该方法能够较好地表征煤的变质程度，避免了γ带不好分峰、δ峰有效信息没有使用和扣除背底不合理等问题，是一种简单可行而又较为准确的衡量煤变质程度的方法，建议在行业内推广使用。

煤岩显微图像假边界对显微组分组自动识别的影响

宋孝忠

2019, 47(6): 45-50. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.008

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在利用图像分析技术进行煤岩自动化检测过程中，发现煤岩显微图像中各种成分的边界表现为"镶边"状的灰度过渡区，过渡区像素点灰度不能反映其两侧显微成分的真实灰度。为了分析这种假边界对煤岩显微组分组识别检测的影响，通过对全国大量煤岩样品所采集显微图像分析的基础上，对各种相邻成分间假边界的特征、成因进行了分析。假边界一般多呈环状、条带状"镶边"形态，呈现出与相邻成分灰度相衔接的灰度斜坡特征，假边界灰度斜坡宽度与煤岩显微图像中各种成分的组合类型相关。假边界的形成是由于煤中各种成分的硬度及韧性差异引起突起高低不同，成像时在不同成分的边界呈现灰度斜坡。选取10个不同变质阶段代表性煤样，利用Prewitt算子对样本假边界进行边缘检测提取，提取的假边界过渡区像素占比整体煤颗粒图像的10%~27%；并将测定结果与国内资深煤岩专家人工鉴定的标准结果进行比对，结果表明，剔除假边界后测定的镜质组、惰质组、壳质组的极差远低于未剔除假边界的极差，更为接近人工鉴定结果。

多煤层对比方法优化研究

舒建生, 马良, 贾立龙

2019, 47(6): 51-58. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.009

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当前，我国煤炭开采向西部地区转移接续是必然趋势，针对西部分布最为广泛的侏罗系中统延安组陆相含煤沉积建造存在的多煤层对比依据缺乏、多解的难题，联合高精度地震勘探和数字测井技术，利用煤、岩层物性响应标志，结合陕北侏罗纪煤田阿包兔地区勘查工程实践，开展陆相多煤层精细对比工作，探讨并构建了陆相含煤建造多煤层对比方法组合模式，形成了7类12项方法组合的架构体系，并提出了相应的工作程序和实施原则。应用研究表明，加强物探资料综合分析，深挖利用煤岩物性标志、重视利用组合标志可有效提高煤层对比的可靠程度，这对于煤矿资源合理开发和勘探生产保障具有现实意义。

铁镍离子组合对褐煤发酵产甲烷的影响

夏大平, 黄松, 张怀文

2019, 47(6): 59-66. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.010

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摘要:
为研究外源最佳铁镍离子组合对煤发酵产气过程的影响机理，以陕北大柳塔褐煤为例，对不同含量的铁镍离子分别进行煤发酵实验，优选出单一离子的最佳含量，进一步通过二元二次旋转组合设计法确定铁镍离子的最优组合，利用气相色谱、X射线衍射仪、傅里叶红外线光谱分析仪等手段对添加最优组合质量浓度的实验组和空白组（不添加两种离子）产气过程的发酵液及反应前后的煤样进行对比分析。结果表明：Fe²⁺、Ni²⁺的最佳质量浓度分别为15 mg/L、0.005 mg/L，Ni²⁺的添加存在明显的低促高抑现象；添加最优Fe²⁺和Ni²⁺组合的产气量相较于添加单一Fe²⁺、Ni²⁺分别增加了13.64%和20.69%；实验组的pH值、挥发性脂肪酸含量VFA及OD₆₀₀相较于空白组的变化均提前3 d达到峰值，且煤的大分子结构得到更加充分的降解。最后分析了铁镍离子组合对产甲烷过程的影响，阐明了两种微量元素对于促进煤发酵产甲烷的内在机理，研究成果为提高次生生物成因气的产量及产气效率打下了理论基础。

沁水盆地南部潘庄区块废弃矿井煤层气地球化学特征及成因

刘超, 冯国瑞, 曾凡桂

2019, 47(6): 67-72,77. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.011

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摘要:
为了研究废弃矿井中煤层气成因，以沁水盆地南部潘庄区块废弃矿井为例，抽采废弃矿井中煤层气并进行化学组分和同位素测试，并采集部分废弃矿井水样品测试水中离子浓度、pH值等进行研究。结果表明：潘庄区块废弃矿井中煤层气CH₄体积分数平均值为91.99%，CO₂为1.26%，N₂为6.73%；甲烷碳同位素（δ¹³C₁）值为-31.36‰~-33.53‰，平均-32.25‰，氢同位素（δD）值为-182.76‰~-193.20‰，平均-187.538‰。废弃矿井排采水中阴阳离子主要为Mg²⁺、K⁺、HCO₃^-、Cl^-、Na⁺、SO₄^2-和NO₃^-等，产出水型为Mg-（HCO₃）₂型，表明矿井水受到地表水的强烈影响。废弃矿井中煤层气主要以热成因气为主，少量次生生物气。与附近未开采煤储层相比，研究区废弃矿井中的环境更有利于次生生物气的生成。

双煤层煤层气井四通道分层控压排采技术及试验

庞涛, 姜在炳, 李彬刚, 杜新锋

2019, 47(6): 73-77. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.012

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摘要:
针对双煤层煤层气井生产过程中层间相互干扰、储层伤害严重的问题，提出了双煤层四通道分层控压排采技术，排采过程中将两层煤控制在不同的压力系统中以达到分层生产的目的，研制出了一套双煤层四通道分层控压排采装置，包括四通道封隔器、监测设备、多通道油管扶正器、滚轮式抽油杆扶正器和辅助联通管。现场应用试验表明：四通道封隔器能够根据需要起到封隔效果，使两个产层处于两个不同的压力系统中，双煤层四通道分层控压排采技术具有现实可行性。

基于优化SPFA算法的矿井突水救援模型

蔡明杰, 朱希安, 刘德民, 王占刚

2019, 47(6): 78-83. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.013

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摘要:
煤矿突水事故时有发生，易造成重大人员财产损失，而优化突水救援路径，将提高矿井突水灾害应急救援能力，降低突水危害。本文采用无向图和邻接表对矿井巷道网络进行描述和存储，根据巷道水位高度与井下人员身高的比值计算巷道安全系数，进而求解巷道等效长度，据此，使用优化SPFA算法进行单源路线搜索，提出矿井突水救援路线模型，并给出最优救援路线。以王家岭矿的巷道拓扑网络结构为基础进行仿真分析，结果表明，基于优化SPFA算法的矿井突水救援模型可以正确地计算出单源最优路线。该方法综合考虑了工作人员被井巷塌方或水流所阻而不可通行的复杂情况，为实现快速有效的事故抢险提供了可靠的技术支持。

陷落柱渗流突水机理及强度主控因素模拟

霍丙杰, 解振华, 范张磊, 荆雪冬

2019, 47(6): 84-91. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.014

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摘要:
为了研究陷落柱影响区域内巷道渗流突水机制及其主控因素，采用Darcy、Brinkman、N-S方程对含水层、陷落柱、突水巷道内流场进行联动系统刻画，选取不同参数、不同边界等变量，分析影响陷落柱渗流突水强度的主要因素。结果表明：定压、定流量条件下，含水层渗透率增大会引起含水层和陷落柱交界处区域流速增大，但定流量条件下增幅较小，且会降低巷道突水流速；陷落柱渗透率的增大对突水压力和突水流速作用显著，定压条件下，随着陷落柱渗透率的增大，巷道突水流速骤增；含水层压力增高，陷落柱区域和巷道区域流速明显增大；在定流量边界下，随着陷落柱渗透率的增大，巷道突水流速仅发生微小波动；将研究结论与现有相关成果进行了对比验证分析，获得了与本文较一致的研究规律。总体分析，陷落柱影响区域巷道突水机理是含水层水压高、足量补水、陷落柱破碎区域渗透率较大且联通了含水层和巷道；其中，含水层压力、陷落柱渗透率是陷落柱渗流突水强度的主控因素。

破碎煤岩体注浆加固效果综合评价技术及应用

王晓蕾, 姬治岗, 罗文强

2019, 47(6): 92-97. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.015

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摘要:
破碎煤岩体注浆加固对于控制围岩稳定具有重要意义，注浆效果检测是保证注浆工程达到要求的重要环节。采用浆液填充率法、力学参数法、分段注水法、地质雷达法、钻孔电视法、取心检查法对评价指标进行定量化分析，提出了注浆效果综合评价表，并进行了应用研究。研究结果表明：浆液填充率、取心率要达到90%以上；注浆后其抗压强度、抗折强度至少分别达到未受影响的80%、75%；孔隙率应低于10%；地层钻孔漏失量低于4 L/min；地层煤岩体中仅存在少量大于1 mm的裂隙；巷道最大变形量不影响巷道正常使用，证实了注浆效果综合评价表的有效性。

基于仿生原理的粒子群算法求解江安校区水动力弥散系数

梅杰, 李光伟, 夏成城, 刘亚萍, 刘稳, 贺欣悦

2019, 47(6): 98-102. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.016

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摘要:
水动力弥散系数是研究地下水溶质运移的一个重要参数。为了解污染物在地下水中的运移规律，利用基于仿生学原理的粒子群算法，求解四川大学江安校区弥散试验场中的潜水含水层天然流场下的水动力弥散系数，并与最小二乘法和标准曲线对比法的计算结果相比较。研究结果表明，标准曲线法的计算结果受人为主观影响误差较大；最小二乘法计算结果与实测数据拟合较好，但计算过程相对复杂；粒子群算法的求解精度最高，计算更快，具有良好的收敛性，是一种可靠的求解方法。

巴东组典型红层软岩单轴压缩试验细观组构特征

肖尊群, 王鑫, 汤东桑, 董琼英, 姜亦男, 杨凯, 曹童童, 邓震

2019, 47(6): 103-114. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.017

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摘要:
红色粉砂质泥岩和泥质粉砂岩是巴东组特殊性岩土的代表，具有遇水易崩解特性。根据岩样单轴压缩试验，基于PFC_2D程序，建立中硬岩、软岩单轴压缩试验数值模型；模型选用平行黏结颗粒接触模型。根据应力-应变曲线特征，采用分段定量参数标定法对软岩试样的细观参数进行标定；且通过调整法向和切向黏结强度比值σ_c/τ_c，控制试样单轴压缩破坏模式；分别对不同风化程度的粉砂质泥岩和泥质粉砂岩在饱和、天然状态下单轴压缩试验过程进行模拟；并分析了试验过程中颗粒法向接触力、切向接触力、配位数、孔隙度等细观组构参数的分布特征和演化规律。研究结果表明：该数值方法能够很好地模拟中硬岩、软岩的单轴压缩试验过程，除中风化粉砂质泥岩外，风化程度和浸水条件仅能影响试样颗粒接触力在统计角度范围的大小，不能影响其分布形式；同时，风化程度和浸水条件延长了配位数显著下降的加载时间，配位数随裂缝数量的增加而减小；浸水条件和风化程度对泥质粉砂岩的孔隙度演化影响较大；风化程度对粉砂质泥岩孔隙度演化影响较大，而浸水条件影响较小。

基于西原加速模型的煤体蠕变特性试验

屈丽娜, 李波

2019, 47(6): 115-120. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.018

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摘要:
为克服传统西原模型无法描述煤体加速蠕变特征的缺陷，针对煤体加速蠕变阶段中黏-弹-塑性流动特征，利用一个非线性的黏-弹-塑性模型来代替传统西原体模型中的理想黏-塑体，得到改进的西原加速模型，并推导该模型在等围压三轴条件下的蠕变方程。通过开展煤样三轴蠕变试验，采用模型辨识的方法，利用改进的西原加速蠕变模型对煤体蠕变试验数据进行了拟合分析。结果表明，拟合结果与试验数据基本吻合，较好地反映出了煤体非衰减蠕变特征；并对改进模型的稳定性进行讨论，加速蠕变模型中的弹性模量E₃具有明确的物理意义，可将E₃<0作为煤体发生蠕变失稳的判断依据。

铁路专线下综放开采地表沉陷规律

邓念东, 姚婷, 尚慧, 刘东海

2019, 47(6): 121-125,134. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.019

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摘要:
为了保障山西郭庄煤矿铁路专用线的安全运营，通过建立岩移观测站，在收集整理监测数据的基础上，对铁路专用线经过的山西常村煤矿S3-13工作面采动引起的地表移动变形规律进行了分析。研究结果表明：综放开采条件下，地表移动变形剧烈，下沉值大，但下沉速度相对较小；地表下沉系数较大（0.76），主要影响角正切tanβ偏大（2.78），最大下沉角较大（89°）；地表移动总持续时间长，活跃期时间占比58.7%，活跃期下沉量占总下沉量的89%，活跃期变形剧烈且集中。研究成果旨在为后期工作面开采过程中铁路的变形预测及维修防治提供理论依据。

深部高应力巷道变形特性与支护时机

耿伟乐, 董子文, 郭胜利, 皮子坤

2019, 47(6): 126-134. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.020

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摘要:
岩石的赋存环境及结构特征决定了岩石的强度准则，从而影响围岩的力学特征与变形特性。依托云南某矿山深部接替工程，以岩石强度准则为基础，分析围岩力学及变形特性，对巷道合理二次支护时机进行研究，以降低深部巷道高地应力环境下围岩呈现出的明显流变性能对巷道支护效果的影响。结果表明：以偏差绝对值之和为目标得出广义H-B准则平均拟合偏差mf最小；对摆佐组围岩进行力学及变形特性分析，最大塑性区半径及范围、最大巷道周边位移随围岩应力的增加近似呈线性增加，且随支护阻力增大逐渐减小；原岩应力大于36 MPa时，围岩流变现象显著，围岩应力增至51 MPa时，随支护阻力增加，巷道周边位移降低明显，但收敛变缓；引入蠕变损伤变量，以稳定蠕变速率为判据，得出当前巷道围岩应力41.5 MPa下巷道合理二次支护时机为开挖后133 h。

动静载组合下巷道过断层破碎带支护技术

宋卫华, 邸春雷, 邓兆睿

2019, 47(6): 135-143. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.021

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摘要:
晋煤集团长平矿5303回采巷道在掘进过程中遇到多个正断层，为了使回采巷道安全、快速地穿越断层，确定出合理的支护方法及范围。本文基于最大主应力准则和岩石断裂损伤学，分别从宏观和微观剖析了正断层破碎带在动静载组合下的破碎活化机理。在此基础上建立断层破碎带塑性破坏范围模型，结合正断层滑动机理与巷道支护理论，推导出断层扩展区和影响区范围表达式，并运用FLAC^3D数值模拟作进一步分析。研究结果表明：当动静载最大主应力之和大于岩石断裂应力时，岩石发生宏观断裂；动静载产生协同效应、变异效应及共同效应，使破碎带岩石内部微观上发生不同形式损伤断裂，损伤断裂程度取决于动静载之间夹角余弦值和正弦值。5303回采巷道过断层方案确定为采用超前预注浆改善围岩强度，而后采用加密锚杆、锚索+单体支柱加工字钢的联合支护方法。根据理论计算和数值模拟结果，最终确定超前预注浆范围与加强支护范围为断层破碎带前后各10 m。

高寒矿区排土场边坡土体抗剪强度特征

周林虎, 杨幼清, 胡夏嵩, 李希来, 王涛, 刘昌义

2019, 47(6): 144-152. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.022

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摘要:
为研究高寒矿区排土场边坡草本植物根-土复合体抗剪强度特征及其影响因素，以青藏高原东北部天骏木里煤田江仓矿区排土场为研究区，对组合种植垂穗披碱草（Elymus nutans Griseb.）和冷地早熟禾（Poa crymophila Keng）的排土场边坡，测得边坡地表以下不同深度根-土复合体密度、含水率和含根量等指标，通过室内直剪试验获得素土和复合体黏聚力c和内摩擦角φ；采用灰色关联法得到密度、含水率和含根量与抗剪强度指标c和φ间的关联度。试验结果表明：排土场边坡相同取样点位置和层位，根-土复合体密度和含水率均小于素土，且第二层（地表以下10~20 cm）根-土复合体含根量显著小于第一层（地表以下0~10 cm），第二层含根量较第一层平均降低幅度为31.66%；此外，根-土复合体c值较素土大，第一层和第二层根-土复合体c值较素土其平均增加幅度为32.69%、13.42%，两者的φ值则未表现出显著性变化规律；根-土复合体抗剪强度指标c和φ与密度关联度相对较高，与含水率关联度次之，与含根量关联度相对较小。研究结果对高寒矿区采用种植植物方式开展排土场边坡生态恢复，科学有效地防治坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害，具有一定的理论研究价值和实际指导意义。

面接触条件下胶结颗粒物导热系数模型优化

陈沅江, 蒋志强, 谭智仁

2019, 47(6): 153-158,166. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.023

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摘要:
为了更好地探究岩土类胶结颗粒材料的导热系数变化规律，减少造成的热害问题，根据胶结颗粒物的结构特征，考虑颗粒物和胶结基质为混合物时的状态，并结合有效介质导热系数模型和面接触导热系数模型，构建了适用于岩土类胶结颗粒材料的有效导热系数计算模型。采用瞬态热线法测试了实验试块的导热系数，将预测值与实测结果和Maxwell-Eucken模型的计算结果对比后发现，两模型的导热系数计算值都随着孔隙率的增加而逐渐减小。4组测试数据结果显示，Maxwell-Eucken模型的导热系数计算结果平均值为0.171 72 W/（m·K），优化的导热系数计算模型结果平均值为0.171 39 W/（m·K），说明优化的导热系数计算模型得出的结论与实际测试结果平均值（0.169 22 W/（m·K））更接近，能够更好预测胶结颗粒物质的导热系数。

中深层地热单井换热数值计算

尚宏波, 赵春虎, 靳德武, 徐拴海, 王晓东, 张卫东, 韩永亮

2019, 47(6): 159-166. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.024

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摘要:
中深层地热单井换热是一种"取热不取水"开发地热能的技术，该技术具有不破坏地下水环境、取热量大等优势，但目前就深度3 000 m以上的单井换热数值计算研究较少，本文针对西安地区地热地质条件，采用数值法计算了不同井型结构（L型定向井、丛式定向井）的中深层地热单井在连续运行一个采暖季情景下的换热量。计算结果表明：同一流速及地温梯度下，在系统连续运行120 d后，L型定向井的出口温度、单位时间取热量及延米取热量高于丛式定向井；同一流速下，地温梯度越大其出口温度越高，单位时间取热量及延米取热量也越大；同一地温梯度下，流速越大其出口温度越低，单位时间取热量及延米取热量越大。丛式定向井井斜30°的出口温度、单位时间取热量及延米取热量高于井斜45°，随着流速的增加，两种井斜下的出口温度、单位时间取热量及延米取热量的差异逐渐减小。从出口温度、单位时间取热量及延米取热量角度考虑，L型定向井的换热效率优于丛式定向井；从钻井施工的难易程度角度考虑，丛式定向井优于L型定向井；丛式定向井的两种井斜结构中，井斜30°的丛式定向井优于井斜45°。所得不同工况的计算结果，可为中深层地热的开发与利用提供参考依据。

各向异性煤层裂隙流体因子及地震波速度响应

李勤, 马随波, 赵斌

2019, 47(6): 167-173. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.025

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摘要:
煤层中瓦斯和水的赋存及运移与裂隙的密度、走向、填充物类型等因素密切相关，为了预防和控制矿井突水、瓦斯突出等灾害性事故，进行煤层裂隙的识别和预测研究，对煤矿开采的安全性评价有重要指示作用。基于裂隙等效模型理论，将Schoenberg线性滑动模型与煤层干裂隙（气充填）和饱水裂隙相结合，分析煤层缝隙中流体因子随不同充填物与裂隙弱度参数（裂隙密度、纵横比、体积模量、剪切模量、拉梅系数）的变化特征，并通过对含垂向裂隙的煤储层进行地震波各向异性速度的响应计算。从HTI型煤层理论模型的正演模拟结果可知，模型中裂隙流体因子与裂隙密度和几何形态呈正相关函数关系，而与充填流体体积模量呈负相关。HTI型煤层P波群、相速度对裂隙中的气、水都比较灵敏，SV波群、相速度对干裂隙（气充填）不敏感，SV波群速度对裂隙中的水很灵敏。通过HTI型煤层裂隙流体因子与各向异性速度等参数的响应分析实现煤层裂隙流体预测的可行性，为分析裂隙型煤层地震波传播特征打下基础，为煤层裂隙流体预测提供理论支持。

蚂蚁属性优化断层识别技术

李宏伟, 白雪莲, 崔京彬, 万忠宏, 袁世洪, 楚万长

2019, 47(6): 174-179. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.026

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摘要:
在地震地质勘探领域，蚂蚁属性越来越普遍地用于断裂系统的快速识别，而在实际应用过程中，基于三维地震数据提取的蚂蚁属性，不论是沿层切片（平面）还是剖面上往往显示杂乱无章，对断裂系统的刻画与地震同相轴的分布特征并不对应，致使实际应用效果较差。针对此普遍存在的现状，研发出一套蚂蚁体断层快速识别的技术系列：首先，根据地质目标，优化蚂蚁属性的终止标准值，应用蚂蚁细线体的信息素二值化技术使蚂蚁体聚焦和收敛；然后，通过断层自动分离对断面的尺度与偏角等参数进行分析，有效定义生成断面的规则及断面间的关系；最终，利用三维可视化平面-立体联立解释技术，直观判断出研究区断裂系统空间分布的合理性，进行断面细化编辑与调整，自动按所需间隔提取断棱数据，从而实现断层的自动追踪解释。通过应用此技术系列，在研究区断裂系统识别，尤其是大尺度断层快速自动追踪方面取得了很好的效果，快速、准确地建立起了研究区断层解释格架。应用蚂蚁属性进行断层识别是一套技术系列，利用典型剖面进行试验、优化计算参数是关键，遵循这一思路计算出的全区蚂蚁属性，才能获得良好的断层识别效果。

CSAMT相位校正及其在煤矿采空积水区探测中的应用

苏超, 侯彦威, 王程, 李丹

2019, 47(6): 180-186. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.027

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摘要:
可控源音频大地电磁法（CSAMT）磁场数据易受电磁干扰，且会导致相位数据质量严重下降。采用参考邻近测点高质量的相位数据，并结合最小二乘拟合及插值的方法，对受影响的相位数据进行校正。经正演模拟处理分析发现：三次多项式插值效果较好，不但能够更准确地还原相位曲线的变化特征，而且将校正后的相位数据参与到反演计算中，使反演结果更加准确、可靠。将该方法应用于山西某矿采空积水区探测，探测结果较为准确地反映了已知采空积水区的范围。

桩基工程隐伏块石探测技术研究

李俊杰, 葛龙进, 张红纲, 李健民, 朱红雷, 李冠豪

2019, 47(6): 187-193. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.028

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摘要:
海堤附近新建闸站常需要采用桩基进行软土地基处理，施工区域若存在隐伏块石层将影响桩基施工进度，增加施工成本，块石的空间分布特征亦对桩基施工工艺的选择起决定性作用。针对钻探法调查地下不规则分布块石盲目性大的问题，采用地质雷达与高密度电法为先导，并在物探异常区域辅以钻探验证的综合勘察技术对某闸站工程桩基施工区域地下块石进行了详查。依据勘察成果选用以旋挖钻为主的桩基施工方案，埋深小于6 m的成片块石区域采用井点降水与土方开挖回填相结合的施工工艺，局部埋深大于8 m的块石采用螺旋钻头或岩心钻头挖除，显著提升了桩基施工效率。结果表明：地质雷达与高密度电法用于探测地下浅部块石可优势互补，前者分辨率高，能体现部分零星块石堆的电磁异常，但块石与土层分界面难以判别，其异常特征表现为强振幅、波形杂乱，在纵向上伴随一定程度的多次反射；后者更适用于成片块石层的探测，较大粒径块石电阻率大于100 Ω·m，地下水位线附近的碎石电阻率小于30 Ω·m。研究成果可为软土施工区域地下深度6 m范围内块石的高精度探测以及对应桩基工程施工钻头的选择提供参考。

高精度重力测量在抚顺煤矿采空区探测中的应用

郇恒飞, 高铁, 赵海卿, 赵维俊, 郭灿文, 时彬

2019, 47(6): 194-200. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.029

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摘要:
为查明抚顺煤矿采空区的位置、深度和分布范围，综合考虑城市中影响物探方法的因素，首次在该地区采用高精度重力测量方法进行采空区探测。先通过分析采空区的物性差异，建立理论模型进行正演计算，预研究重力方法的适用性。然后在研究区布设大比例尺面积性高精度重力测量工作，通过对布格重力异常进行位场分离、三维视密度反演和边界识别计算，推断了煤矿采空区的位置、深度、边界及该区内的构造分布。研究结果表明，高精度重力测量方法结合有效的数据处理方法，能在城市煤矿采空区的探测中发挥重要作用。

顺煤层钻进随钻方位电磁波顶底板探测影响因素

陈刚, 范宜仁, 李泉新

2019, 47(6): 201-206. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.030

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摘要:
针对煤矿井下水平井钻探中顶底板界面探测精度差、效率低等问题，进行煤矿井下防爆型随钻方位电磁波测井仪方案设计。为适合井下煤层工作环境，通过正演模拟获得源距、发射频率、线圈安装角度等仪器参数对信号响应影响的变化规律。研究结果表明：随钻方位电磁波仪器接收信号强度随发射频率、线圈距、地层电阻率对比度的增大而增强；线圈安装倾角约为45°时，既满足接收信号灵敏性，也满足信号的强度；仪器最佳工作频段为100 kHz~1 MHz。通过随钻方位电磁波测井仪响应模拟研究，为适用于煤矿井下仪器的参数优化设计提供选择依据，掌握了煤岩顶底板界面响应变化规律，该仪器的应用将提高顶底板探测精度和探测效率。

吸水树脂用于废弃泥浆处理的试验研究

韦猛, 亓金慧, 张宁馨, 文俊

2019, 47(6): 207-211. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.031

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摘要:
工程施工过程中将产生大量废弃泥浆，如何妥善地处理这些泥浆受到了广泛的关注。针对这一问题，设计了系列试验，研究吸水树脂在废弃泥浆处理上的应用效果。通过与3种常见的絮凝剂絮凝对比试验，发现吸水树脂的絮凝效果更好，能够明显加快废弃泥浆固液分离的速度；进行泥浆固化试验时，发现吸水树脂在泥浆中的吸水倍率达到46.33 g/g，掺入到泥浆中可以在30 min内大幅度降低泥浆的含水率和流动性，使其从流动状态转变为可塑态，实现废弃泥浆的快速固化。研究成果表明，吸水树脂对于废弃泥浆的处理具有良好的效果，证明了其处理废弃泥浆的可行性。

底板梳状定向钻孔套铣打捞技术研究与应用

管强盛, 魏宏超

2019, 47(6): 212-217. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.032

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摘要:
为解决底板梳状定向钻孔卡钻事故中采用常规"强力回转起拔"工艺处理效果不理想，而采用反丝钻杆或强力拧断方法存在工期和经济损失大的问题，对套铣打捞钻具弯曲孔段通过性计算分析及套铣打捞钻进技术参数研究，成功解决了河南某矿孔深344 m底板梳状定向钻孔卡钻事故。应用结果表明：现有套铣打捞钻具允许通过的最大钻孔曲率大，套铣打捞过程中转速控制在30~50 r/min，钻进速度控制在6~12 m/h，间隔12~15 m配合冲洗液进行一次冲孔，采用该套铣打捞技术及装备能够有效提高底板梳状定向钻孔卡钻事故处理成功率。

PDC自动化高频感应钎焊强度的影响因素

戴勇波

2019, 47(6): 218-224. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.06.033

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摘要:
随着制造业不断向自动化、智能化方向发展，研究PDC钻头钎焊自动化是钻头生产技术的重点发展方向之一。为分析焊接强度对PDC自动化钎焊的影响及适应情况，利用特制的工装及试验条件，以PDC片和合金支柱为基体材料，开展了PDC高频感应焊接试验；并结合剪切强度和断面形态，分析了钎料钎剂、表面预处理、焊接方式、保温方式及感应加热对焊接强度的影响，并提出了适应PDC自动化钎焊的钎焊工艺方法。结果表明：应根据实际情况选取合适的银基钎料及专用焊膏；母材表面氧化层对焊接强度的影响较大；采用旋转式辅助焊接方式有助于钎料的铺展及排气排渣，能有效提高感应钎焊的强度；保温方式对PDC感应焊接强度的影响不大；应减小感应加热的集肤效应造成的边缘钎料熔蚀和中心温度低钎料未完全熔融对工件焊接强度的影响。研究结果为实现PDC自动化感应焊接提供了可行性方案，并对实现PDC钻头自动化钎焊提供了基础依据。

《煤田地质与勘探》2019年(第47卷)总目次

2019, 47(6): 225-230.

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摘要:

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2019年第47卷第6期

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