煤田地质与勘探

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吴根耀

2014, 42(3): 1-7. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.001

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摘要:
蒙古国早–中侏罗世的主控构造是蒙古–鄂霍次克洋的消减闭合，其北地区发育弧后张裂盆地，其南的拼合大陆内的古缝合线被该消减造山运动激活而发生陆内造山。内蒙的3个陆内造山的磨拉石盆地均延入蒙古境内，故蒙古东部磨拉石盆地的发育与内蒙有相似的几何学和运动学特征。概述了各盆地的代表性地层，尽管其岩性和含煤性有明显差别，但因受制于同一个造山作用，沉积记录都以砾岩开始，都为向上变细的序列，且煤层均赋存于地层柱的中部，据此可把盆地演化分为成煤前、成煤和成煤后3个阶段。成煤阶段大煤田的形成受构造(堆积空间)和气候(成煤物质供应)的双重控制。

沁水盆地柿庄北深部煤层煤体结构发育特征

陆小霞, 黄文辉, 王佳旗, 唐修义, 曾庆华, 张守仁, 吴见, 陈燕萍

2014, 42(3): 8-11,16. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.002

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摘要:
煤层结构疏松，易于垮塌，对煤层气的开采影响较大。针对沁水盆地柿庄地区的深部煤层，选择人工伽马、声波时差、自然伽马和井径等测井曲线，并结合煤层顶底板的破碎程度，判识了柿庄北3号和15号煤层的煤体结构。结果显示： 3号煤的粉煤平均厚1 m，所占比例平均为17.85%，发育在煤层顶部或底部；15号煤的粉煤厚度平均为0.89 m，所占比例平均为20.81%，粉煤分层较多，粉煤相对较发育，且多位于煤层的顶底和夹层附近。本区断层对煤层煤体结构影响并不大，粉煤发育可能主要受褶皱的影响。粉煤厚度随埋深加大呈现先减小后增大的趋势，拐点在1 200~1 300 m。由此可见，柿庄北区块煤体结构复杂，在开采煤层气过程中，应注意粉煤的发育分布。

基于构造形迹特征的煤层瓦斯富集区判识方法——以集贤煤矿西二采区为例

亢方超, 万清生

2014, 42(3): 12-16. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.003

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摘要:
超前判识煤层瓦斯富集区，可有效减少矿井煤层瓦斯分布不均所引发的安全问题。基于瓦斯地质理论和瓦斯赋存构造逐级控制理论，提出了瓦斯赋存指数μ_i以及基于构造形迹特征的煤层瓦斯富集区判识方法，判定μ_i≥20的点所构成的区域为瓦斯富集区。以龙煤集团双鸭山分公司集贤煤矿西二采区为例，结合该矿瓦斯地质特征，选取构造形迹的中心位置为基点，以距基点的距离l_i为自变量,瓦斯赋存指数μ_i为因变量，建立数学模型，对该矿西二采区瓦斯富集区进行了初步判识。判识结果表明，距岩墙距离l_i<65 m及距向斜轴距离l_i<220 m的点所构成的区域，煤层瓦斯赋存指数μ_i≥20，为瓦斯富集区。

鄂尔多斯盆地南部环形区成因与秦祁海槽间构造关系

郭帮杰, 杨锋杰, 周新玉, 周冰晶, 付文钊, 马晓萌

2014, 42(3): 17-21. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.004

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摘要:
近年来，鄂尔多斯盆地南部环形影像特征逐渐引起人们的关注。这个独立于鄂尔多斯盆地的环形整体特殊形状的成因各有说法。在野外地质考察的基础上，通过分析对比和探究各种相关资料，发现：鄂尔多斯盆地南部环形区和秦祁海槽在各大构造运动中都有密切联系，二者处于同一应力场；鄂尔多斯盆地南部环形区的主要成因为其与秦祁海槽等周围块体之间的相互作用，包括挤压、碰撞、旋转和磨蚀；鄂尔多斯盆地南部环形区受到古生代到新生代多次构造运动的影响，其中燕山运动和喜马拉雅运动对其抬升及形状的形成起主要作用。

延川南煤层气田2号煤层煤体结构测井评价及控制因素

郭涛, 王运海

2014, 42(3): 22-25. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.005

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摘要:
正确识别构造软煤及其分布规律，对煤层气产能评价及勘探选区意义重大。以延川南煤层气田勘探开发原始资料为基础，根据测井曲线，结合钻井取心资料，提出利用测井资料判识煤体结构的方法。将延川南煤层气田煤体结构划分为硬煤(包括原生结构煤，碎裂煤)和构造软煤(碎粒–糜棱煤)2种类型，并绘制了煤体结构分布图。在此基础上，探讨了构造软煤的分布特征及地质控制因素。结果显示：煤体结构受构造和沉积的控制，构造对其的控制作用更加明显。

煤层气井评价指标体系及评价方法

崔连训, 邵先杰, 董新秀, 武泽, 李士才, 王海洋, 胥昊

2014, 42(3): 26-30. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.006

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摘要:
煤层气井产量受控因素较多，经济上存在着较大的风险性。通过分析煤层气井产量的影响因素，优化出13项评价指标，把定性和定量指标进行标准化处理，建立了指标体系。合理设计递阶结构模型，采用层次分析法进行定量评价，形成了一套完善的煤层气井评价方法和体系。通过晋城、韩城矿区实际资料的应用，效果良好，为煤层气高产井的部署和实施提供了依据。

煤层气水平井煤粉产出及运移特征

曹立虎, 张遂安, 张亚丽, 秦鹏, 韩树, 王雪

2014, 42(3): 31-35. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.007

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摘要:
煤粉是煤层气水平井排采中的不利因素，影响煤层气的产能。根据沁水盆地南部樊庄区块煤层气水平井的排采数据，分析了煤粉产出特征；通过煤粉在支撑裂缝中运移的物模试验，揭示了煤粉在支撑裂缝中的运移和伤害规律；利用流体迁移规律研究装置，进一步研究了煤粉在水平井筒的流动规律，建立了煤粉运移模型。研究结果表明：煤粉主要来源为钻井过程中钻具对煤层的研磨及压裂过程中大排量携砂混合流体对裂缝煤壁的摩擦和冲刷；煤粉对支撑裂缝中导流能力伤害率达90%，且排采速度越大，出煤粉量越多；煤粉在水平井筒中运移的流型为层流流动，通过控制压力、流量和煤粉含量，可在排采初期实现对煤粉的控制。

超临界状态下煤岩吸附/解吸二氧化碳的实验

李全中, 倪小明, 王延斌, 高莎莎

2014, 42(3): 36-39. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.008

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摘要:
查明超临界状态下煤岩对CO₂的吸附/解吸特征，能为煤层气开采现场注CO₂的注入参数选取提供理论依据。以山西屯留矿的瘦煤和寺河矿的无烟煤为研究对象，借助ISO-300型等温吸附实验仪分别进行了不同温度(35℃、45℃、55℃)、最高压力达到CO₂临界压力以上时的吸附/解吸实验。结果表明：超临界状态下，随着压力升高，容量法测得的吸附量存在最大值，不代表煤样的绝对吸附量，而是Gibbs吸附量；根据煤岩在高压下吸附CO₂的本质，计算出超临界状态下煤岩吸附/解吸CO₂的真实量。超临界状态下煤岩吸附CO₂的真实量与压力之间符合langmuir吸附曲线，随着吸附压力的升高，Gibbs吸附量与绝对吸附量之间的差值越来越大；随着温度的升高，煤样的饱和吸附量降低；同样条件下，高变质程度的无烟煤对CO₂的饱和吸附量大于瘦煤；超临界状态下煤样对CO₂的绝对吸附等温线和绝对解吸等温线是可逆的。

焦坪矿区侏罗纪煤层地面煤层气井压裂液优选实验

范耀, 茹婷, 李彬刚, 刘易非

2014, 42(3): 40-42. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.009

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摘要:
压裂液与储层的配伍性是影响水力压裂效果的关键因素之一。为了研究适合焦坪矿区侏罗纪煤层地面煤层气井使用的压裂液配方，通过分析储层特征，提出了相适应的压裂液配方，并借助室内模拟实验对压裂液配方进行优选评价。结果表明：活性水压裂液配方中防膨剂优选1.0%氯化钾防膨效果较好；活性水压裂液配方中助排剂优选0.05%氟炭离子表面活性剂或注入乙醇段塞，再注压裂液这两种助排剂效果较好；对于生物酶破胶压裂液配方建议进一步进行现场试验。

煤层气井注水泥顶替效率研究

张立刚, 金显鹏, 吕德庆

2014, 42(3): 43-46. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.010

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摘要:
煤层低压、易塌、易漏造成煤层段井眼不规则，扩径严重，使注水泥过程顶替效率降低，影响水泥浆的封固效果。运用CFD数值模拟方法，结合鹤岗煤层气井测井数据，模拟了煤层段不同扩径长度、扩径率、井斜角、套管居中度、水泥浆流变参数及顶替流态下的体积顶替效率及截面顶替效率值；分析了各因素对顶替效率的影响规律。结果表明，扩径段长度增加，顶替效率提高；扩径率、井斜角及偏心度增加，顶替效率降低；宾汉流体及幂率流体均存在顶替效率最高的流变参数值，顶替流态建议采用塞流顶替。研究成果为煤层气井安全优质固井提供了技术指导。

煤层气压裂返排过程中煤粉产出规律实验研究

姜伟, 管保山, 屈世存, 刘萍, 梁利

2014, 42(3): 47-49. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.011

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摘要:
煤层气压裂返排过程中产出的煤粉影响煤层气解吸运移，易造成煤层渗透率的永久伤害，降低气井产气量。采用自主研发的压裂液裂缝返排实验装置，模拟一定煤粉粒径配比关系下，采用不同的排采制度和不同外加液体，研究裂缝中煤粉的运移规律，测定煤粉和支撑剂被携带出的临界流量和煤粉返排效率，揭示煤粉运移与流体流速、外加液体关系的变化规律。研究表明：清水不能润湿煤粉，煤粉悬浮剂能较好润湿煤粉；煤粉含量越大，流出率越低；煤粉流出量随时间变化满足幂函数递减规律；变排量排采可以增大煤粉的返排效率。

固市凹陷地下热水水动力条件分析

卞惠瑛, 王双明, 杨泽元, 吕新, 宫振奇

2014, 42(3): 50-54,60. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.012

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摘要:
分析了陕西关中盆地东部固市凹陷地下热水同位素及水文地球化学特征，探讨了研究区地下热水的水动力条件。研究结果表明：固市凹陷从西向东，断层切割越来越深，地下热水的滞留时间越来越长，水交替程度从积极到异常缓慢，水岩反应从不充分到剧烈，赋存环境越来越封闭。固市凹陷西侧(三原、富平)，断层发育浅，地下热水滞留时间短，与当地大气降水交替积极，水岩反应不充分，为现代循环水混入的，热储环境开放的地下水，具有较强的更新能力，可维持现状开采；固市凹陷东侧(渭南、华阴)，断层切割深达基底，地下热水滞留时间长，水岩反应强烈，水交替异常缓慢，为热储环境非常封闭的地下水，更新能力比较弱，应限制其开采量。

潘北矿A组煤层底板高承压水数值模拟及疏水量预报

赵雨晴, 许光泉, 施安才, 刘丽红, 张海涛, 易伟功

2014, 42(3): 55-60. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.013

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摘要:
建立高承压含水层数学模型，识别其参数特征，是预报不同开采方案下该含水层水量合理疏放大小的依据。在分析潘北煤矿地质及水文地质条件基础上，利用–490 m水平4个阶段放水试验成果资料，利用Modflow建立了A组煤层底板灰岩水渗流水文地质模型及其数值模型，经识别和验证后，获得了太原组灰岩含水层水文地质参数，并结合“突水系数”，分别预报了–490 m和–650 m水平在确保A组煤层安全开采下的疏放量，其计算结果，给太原组灰岩水的防治提供了决策依据。

东滩煤矿奥灰放水试验数值模拟

田广, 王晓波

2014, 42(3): 61-64. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.014

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摘要:
奥灰水是东滩矿下组煤安全开采的主要水害威胁和重点防治对象。东滩矿下组煤底板奥灰水压高达7.20~11.46 MPa，在不考虑底板受采动破坏影响下，奥灰对17煤的突水系数为0.077~0.158 MPa/m，最小值亦接近现有规程标准上限值(0.10 MPa/m)。为了查清奥灰含水层水文地质条件进而制定合理的奥灰水防治措施，基于矿井的水文地质条件及奥灰放水试验，建立了适合本矿井的水文地质模型，并利用地下水模拟软件Visual Modflow，计算了奥灰含水层水文地质参数。通过验证，该水文地质模型能够客观的反映奥灰天然流场，为今后预测矿井涌水量、奥灰疏降水量提供了依据。

基于AHP法的侵蚀离子对水泥土桩强度影响研究

吕伟, 胡荣华

2014, 42(3): 65-67. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.015

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摘要:
为了计算主要影响水泥土桩力学性能的侵蚀离子的权重系数，找出腐蚀弱化水泥土桩强度的各侵蚀离子因素之间的相互量化关系，引入模糊层次分析法(AHP)理论，通过建立递阶层次分析体系，构造比较判断矩阵，利用和法计算各级因素的最大特征值λ_max，一致性检验及计算权重，最后得出可靠、准确的权重系数，这为实际在污染与侵蚀土体上设计与施工水泥土桩复合地基提供了参考依据。

岩石点荷载强度与单轴抗压强度线性关系试验

和卢斌, 付志亮, 王强, 方腾蛟, 高娜娜

2014, 42(3): 68-73. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.016

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摘要:
针对目前岩石点荷载试验大部分采用规则试件进行，试件加工制作及试验的过程繁琐、成本高的问题，通过自制点荷载试验仪以及RMT-150B岩石力学伺服试验机，对煤矿顶底板常见岩性进行不规则岩石试件点荷载试验和规则岩石试件单轴抗压试验。试验结果表明：不规则岩石点荷载强度基本上满足正态分布规律，同时，点荷载破坏载荷与破坏面积之间呈线性关系，不同载荷破坏面积对点荷载试验中的尺寸、形状效应基本上没有太大的影响。通过分析点荷载强度与单轴抗压强度两者间的关系，得出通过点荷载强度确定单轴抗压强度的经验公式。

蒙东地区露天矿边坡稳定性影响因子与敏感度分析

刘小平

2014, 42(3): 74-77,81. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.017

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摘要:
边坡稳定性对露天煤矿安全高效开采至关重要。在系统总结蒙东地区露天煤矿赋存条件的基础上，提出了该地区露天煤矿边坡的工程地质特征及稳定性影响关键因子。采用正交试验与极差分析法，对该地区露天煤矿边坡稳定性影响因子的敏感度进行了研究。研究结果表明：软弱结构面分布特征、软弱结构面强度及变形特征、地下水疏排效果和综合帮坡角是控制该地区露天煤矿边坡稳定性的关键因子；不同开采阶段边坡稳定性影响因子的敏感性会发生变化，边坡防治策略及重点也应相应调整。

对利用测井曲线判识构造煤方法的认识

陈萍, 张荣飞, 唐修义

2014, 42(3): 78-81. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.018

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摘要:
依据参与实际工作的体会，对利用钻孔测井曲线判识构造煤方法中的一些问题提出几点认识，澄清一些概念性问题。分析认为，钻孔测井曲线是目前煤矿探测未被巷道揭露的新采区构造煤唯一可行的方法，可为煤矿区域突出危险性预测提供基础资料，但这需要充分认识此项技术的特点和复杂性。依据煤矿现有测井资料判识构造煤，还只能采用人工定性判识方法；研究或引进新的测井技术，方有可能探求定量和计算机自动识别方法。

微地震事件不同初至拾取方法的对比分析

段建华

2014, 42(3): 82-86. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.019

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摘要:
微地震事件初至的精确拾取是微震时空定位的关键技术之一。简述了STA/LTA (Short–Term to Long–Term Average)、AIC (Akaike Information Criteria)、分形维数3种微地震初至拾取方法的基本原理；采用理论模型数据对不同初至拾取方法进行了方法测试效果分析；并选取不同信噪比的实际数据对初至拾取精度、算法效率两个方面进行了比较。结果显示：高信噪比时，3种方法初至拾取的精度都比较高；在信噪比降低时，分形维数法初至拾取的精度仍然较高，具有较好的抗噪性；但是，分形维数法的效率较低，且受算法原理限制，并且与AIC法很难单独拾取事件初至。因此，采用STA/LTA识别微地震事件，初步确定初至范围，然后再使用AIC方法精确拾取初至，是微地震事件初至拾取的较好方法。

基于地震属性分析的红柳林煤矿采空区解释

叶红星

2014, 42(3): 87-91. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.020

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摘要:
以红柳林煤矿采空区的三维地震勘探为例，对房柱式采煤形成的采空区的地震波场进行了正演模拟，分析了不同采空区地震波振幅特征、频谱特征及绕射波对采空区地震响应的影响；利用均方根振幅(RMS)属性圈定了小煤窑采空区范围。钻探验证结果表明，利用地震属性解释采空区的应用效果良好。

利用弹性波阻抗反演预测构造煤发育

任川, 潘冬明, 彭刘亚, 赵新

2014, 42(3): 92-95,99. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.021

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摘要:
弹性波阻抗反演方法摆脱了常规叠后波阻抗反演基于地震波垂直入射假设前提的局限，保留了反射波振幅随偏移距或入射角度的变化特征，考虑AVO效应，其反演结果对岩性探测更加灵敏。利用弹性波阻抗反演和常规叠后波阻抗反演的结果，构成煤体结构比例因子P。数值模拟分析和实际资料反演结果均表明：当P≥2.5时，构造煤比较发育；P值可以作为有效判别煤体结构的参考依据用以预测构造煤发育带。

确定卸压瓦斯抽采钻孔合理层位的试验

梁冰, 赵海波, 王岩, 袁欣鹏

2014, 42(3): 96-99. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.022

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摘要:
卸压瓦斯抽采技术的关键在于根据采动裂隙场分布规律合理布置瓦斯抽采孔。针对富含水厚煤层大采高工作面快速推进，依据采动裂隙时空演化特征与瓦斯运移规律，在亭南煤矿实施了确定卸压瓦斯抽采钻孔合理层位的工业试验。通过对不同层位钻孔抽采浓度统计分析，卸压抽采钻孔终孔布置在裂隙带离层区抽采效果最好，从而确定卸压瓦斯抽采钻孔的合理层位。

煤矿井下定向钻进钻孔事故的预防及处理

许超, 石智军

2014, 42(3): 100-104. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.023

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摘要:
钻孔事故是煤矿井下定向钻孔安全、高效施工的巨大威胁。介绍了定向钻进常见卡钻、钻具断落和喷孔事故；分析了其成因、预防措施和处理工艺经验。认为对待钻孔事故应坚持“预防为主，处理为辅”的原则；结合装备现状，应开展适用于煤矿井下定向钻进事故处理的专用技术及装备研究。

瓦斯抽采分体式履带钻机的独立行走液压系统设计

姚亚峰

2014, 42(3): 105-108. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2014.03.024

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摘要:
常用的煤矿瓦斯抽采分体履带式钻机需用油管将两个履带车体的液压系统连接，在井下行走和在钻场进行移位时操作不方便。为了提高履带行走的便利性，设计了ZDY6500LF型分体履带钻机的液压系统，分析了钻机液压系统的组成和原理。该液压系统具有2个履带车体不需要管路连接而独立行走的特性，到达钻场调整好两履带车体位置，再连接管路进行钻探施工，实现了履带式钻机的分体化液压传动及履带行走的独立控制。通过测试试验验证了液压系统的可靠性，表明该液压系统具备很好的应用价值。

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2014年第42卷第3期

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