TOP20 |《煤田地质与勘探》2022年度优秀论文遴选结果

来源：煤田地质与勘探

为鼓励学术创新，《煤田地质与勘探》编辑部开展2022年度优秀论文投票活动，得到了专家评委、广大读者的大力支持和业内的广泛关注！最终评选结果依据“专家评价+网络投票+国际国内数据库传播力”等定性+定量综合指标。现揭晓高影响力论文TOP20，祝贺所有入选的作者及其团队，并为你们长期对期刊的信任和支持表示由衷的感谢！

行业视野: 煤田地质与勘探
类别; 122个
关键词; 117位
专家; 20篇
论文; 4349IP
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我国煤层气高效开发关键技术研究进展与发展方向

作者(Author)：徐凤银, 闫霞, 林振盘, 李曙光, 熊先钺, 严德天, 王虹雅, 张双源, 徐博瑞, 马信缘, 白楠, 梅永贵

摘要：“十三五”期间，围绕“突破煤层气单井产量低”这一制约我国煤层气高效开发的重大难题，借助国家科技重大专项和其他技术攻关研究，煤层气勘探开发理论认识和工程技术都取得明显进展，表现在4个方面：（1）勘探理念从寻找富集甜点区向高产甜点区转变,开发部署由平铺式到精细化调整转变。（2）围绕高效增产技术方面，在实现由二维地震向三维地震、由直井（丛式井）向水平井实践拓展的同时，创新形成以储层改造为主的系列压裂技术，包括碎软煤间接压裂、方解石填充深部（层）煤层气水平井少段多簇体积酸化压裂、特低渗深部（层）煤层气水平井超大规模极限压裂等技术，初步解决了构造煤煤层气效益开发难题，突破了2 000 m以深部（层）压裂改造技术瓶颈，推动了煤层气开发从中浅层向深部（层）的延伸；（3）围绕排采技术方面，创新形成定量化排采多目标优化设计、煤层气井无杆举升、负压排采等关键技术，推动煤层气排采控制由定性向半定量、定量转变，解决了丛式井组集成化排采和水平井下倾排采难题，有效提高了单井产量和煤层气采收率；（4）围绕稳产增产储备技术方面，创新提出包括大直径水平井应力释放采气、煤层气可控温注氮驱替增产等技术，为实现煤层气二次开发提供了技术储备。针对我国煤层气产业处于“爬坡期”和“战略机遇期”的阶段特点，围绕“碳达峰碳中和”目标背景，在系统梳理目前亟需解决的技术难题基础上，提出我国煤层气产业“两步走”发展战略：到2025年实现理论与技术新突破，达到国家“十四五”规划年产100×108 m3目标，坚定产业发展信心；到2030年形成针对我国不同地质条件的适用性技术，达到年产300×108 m3目标，成为天然气总产量的重要组成部分。相应对策是：从技术和管理2个维度，按照资源、技术、人才、政策和投资等五大要素，遵循“技术突破为核心、五位一体、协同创新”原则，研究制定并落实配套保障措施，并从高效开发和提高单井产量两方面，提出关系煤层气产业未来发展9方面的理论研究及技术攻关方向，以满足实现煤层气产业高质量发展的目标。

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煤田地质与勘探

2022年第03期

163

116
“十三五”期间我国煤层气勘探开发进展及下一步勘探方向

作者(Author)：叶建平, 侯淞译, 张守仁

摘要：基于我国煤层气勘探开发项目、煤层气田生产现状以及科研技术成果的调研资料，分析了煤层气田稳产、提产综合治理技术措施，深层煤层气取得勘探突破的地质条件和潜力，支撑上述两方面进展的煤层气水平井技术以及相配套的井网优化、排采技术。结果认为，我国煤层气田稳产、低产井提产综合治理最有效的技术措施有四类，包括增加新层、调整开发方案扩大产量规模、水平井嵌入加密井网、老井增产改造技术。提出了“煤层气水平井+技术体系”概念，即水平井钻完井+套管分段压裂+无杆泵排采技术组合体系，强调在井网优化部署、钻完井、压裂工艺和排采技术设备等各个环节的相互匹配。界定了深层煤层气涵义，深层煤储层一般存在游离气，临界深度受地层温度梯度和压力影响。指出深层煤层气、低阶煤煤层气是下一步煤层气勘探重点领域和方向。

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煤田地质与勘探

2022年第03期

128

85
青海木里煤田聚乎更矿区土壤肥力及重金属风险评价

作者(Author)：王佟, 章梅, 徐辉, 张谷春, 王彦君, 方惠明, 李媛

摘要：木里煤田聚乎更矿区在开采煤炭资源的同时，破坏了矿区生态环境。通过对矿区土壤肥力指标及重金属指标的测定，采用主成分分析法、潜在生态危害指数法对土壤肥力和重金属风险进行评价。结果表明：木里煤田聚乎更矿区土壤整体呈碱性，有机质、全氮、速效钾含量较丰富而速效磷含量较缺乏，呈富氮富钾贫磷的特点，三号井田土壤中各肥力指标含量最好；土壤肥力综合得分分别为：哆嗦贡玛井田（–0.113）、九号井田（0.081）、八号井田（–0.369）、五号井田（–0.034）、四号井田（–0.145）、三号井田（0.692），三号井田土壤综合肥力最好；木里聚乎更矿区土壤中6种重金属的生态危害强度由弱到强的顺序为Cr、Pb、Cu、Hg、As、Cd，各井田土壤重金属风险评价结果均为轻微生态危害程度。综上，矿区排土场土壤肥力质量整体较差，重金属处于低风险状态，排土场土壤可作为土壤重构中的充填基质，但需混合牲畜肥料、有机肥来提高重构土壤的肥力质量，研究结果将为木里煤田聚乎更矿区土壤重构和植被修复提供基础与依据。

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煤田地质与勘探

2022年第04期

128

53
黄河流域九省区废弃矿井抽水蓄能利用潜力评估

作者(Author)：卞正富, 朱超斌, 周跃进, 徐雨农

摘要：针对我国关闭矿井资源利用率低、蓄电储能需求日益增长的问题，废弃矿井抽水蓄能技术是实现资源二次开发利用，提升电网调峰能力的有效手段。基于废弃矿井抽水蓄能电站工作原理与发展现状，提出在黄河流域九省区利用废弃矿井建设抽水蓄能电站的半地下式、全地下式2种模式。通过综合考虑空间、地质、水文、社会、经济与资源等影响因素，提出废弃矿井抽水蓄能电站选址评价指标体系，并进行黄河流域废弃矿井抽水蓄能电站实例分析。基于2016—2020年黄河流域九省区的废弃煤矿资料，利用废弃矿井抽水蓄能电站静态效益与动态效益计算方法，定量评估黄河流域九省区废弃煤矿抽水蓄能电站建设的开发潜力。结果表明：(1)黄河流域九省区能源资源丰富，现阶段满足电力供应需求，但火电仍是电力供应主体且水电发展进入瓶颈阶段；(2)影响废弃矿井抽水蓄能电站选址的重要因素为巷道空间体积、上下水库水位差、巷道围岩稳定性、巷道围岩渗透率与地下水循环特征；(3)由黄河流域废弃矿井抽水蓄能电站实例分析可知，其发电效率可达到75.7%，可媲美常规抽水蓄能电站；(4) 2016—2020年黄河流域九省区废弃煤矿累计有效可利用井巷空间为4.7×10~7 m~3，依据132座废弃矿井基本情况，从统计学角度估算出废弃矿井抽水蓄能电站可利用井巷空间为1.34×10~7 m~3，利用其建设抽水蓄能电站年发电量可达3.78×10~9 kW·h，可满足2021年黄河流域九省区28.4%的弃风、弃光电量的消纳需求，每年直接经济效益约达21.2亿元。综上表明，黄河流域九省区废弃矿井抽水蓄能利用具有可观的发展前景。

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煤田地质与勘探

2022年第12期

174

123
试论矿山生态修复的地质成土

作者(Author)：胡振琪, 张子璇, 孙煌

摘要：土壤是植物生长的重要基质，是矿山生态修复成败的关键。针对大多数矿山生态修复所面临缺少土壤的现状和土壤漫长的地质成土过程的现实，试图在阐述自然地质成土原理的基础上，探讨矿山生态修复中的地质成土(简称矿山地质成土)的概念与方法。自然地质成土是地质大循环和生物小循环历经漫长时期将“岩石”变成“土壤”的过程，其中风化、黏化、有机质积聚以及元素的交换和迁移是重要的自然地质成土过程。矿山地质成土是指仿自然地质成土过程，通过筛选矿区可利用的成土母质或土壤材料，采用物理、化学和生物措施促进土壤快速发育和熟化并在短期内形成期望土壤功能、达到自我可持续发育状态的过程，其实质为人工造土。方法包含矿山地质成土的需求分析、成土材料的筛选、土壤材料的组配和生物熟化4步骤，还阐述了矿山地质成土与矿山复垦土壤重构的关系。以内蒙古某露天煤矿生态修复为例，详细讨论基于原始地层材料的露天矿表土的矿山地质成土过程，筛选出原始第3层土壤作为新表土的最优土壤材料组配与生物熟化方法；以矿山固体废弃物为土壤材料，介绍利用自然地质成土原理所构造的煤基生物土的方法；同时对黄河泥沙基矿山地质成土在西部矿区生态修复中的应用给予了展望。

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煤田地质与勘探

2022年第12期

159

104
坚硬顶板强矿压动力灾害演化机理与超前区域防治技术

作者(Author)：郑凯歌, 王林涛, 李彬刚, 李延军, 杨欢, 杨森, 戴楠, 王豪杰, 王泽阳, 席杰

摘要：工作面上覆坚硬顶板往往不易垮落，破断后易形成动压灾害。以神东矿区布尔台煤矿为背景，针对典型坚硬顶板造成的强矿压动力灾害问题，采用数值模拟、理论分析的方法分析并揭示坚硬顶板弱化前后的应力演化特征及顶板破断机理，提出超前区域防治技术并应用于现场实践。结果表明：坚硬顶板破断演化特征分为3个阶段，即“长悬臂梁”阶段—“砌体梁滑落失稳”阶段—重新压实阶段，其中“长悬臂梁”阶段支架上方顶板应力显著增大至6.8 MPa，破断前支架上方顶板应力为破断后的2倍，其临界破断产生的应力释放是引起强矿压的根本原因，这也是弱化改造控制的主要阶段。基于坚硬顶板灾害发生机理，提出“广域大空间”超前区域防治技术，阐述了绿色、精准、广域的防治优势，以及钻孔轨迹控制、封孔质量控制、多孔联动效应的关键技术及治理评价体系。结合数值模拟进一步验证防治技术的可靠性，当“长悬臂梁”结构弱化后，其破断前支架上方顶板应力为4.6 MPa，降幅32.4%，顶板破断演化特征3个阶段演变为来压前阶段—“砌体梁滑落失稳”阶段—重新压实阶段，弱化后顶板各阶段支架上方顶板应力降幅达到32.4%～79.4%，表明预成裂隙弱面和降低坚硬层完整性能够有效改变顶板破断结构，显著降低来压强度。实践表明：压裂过程产生多次压降，降幅均达到3 MPa以上，探测裂缝发育长度达到30 m以上，压裂前后工作面周期来压步距降幅44.9%，支架来压载荷降幅18.1%，治理效果良好。研究结果可为类似矿区动力灾害治理提供借鉴。

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煤田地质与勘探

2022年第08期

196

142
黄河几字弯区煤炭基地地质灾害与生态环境典型特征

作者(Author)：申艳军, 杨博涵, 王双明, 寇海波, 陈兴, 徐雅丽, 韩森磊

摘要：“黄河流域生态保护和高质量发展”现已上升为国家重大战略，黄河几字弯区为黄河流域重要组成部分，也是我国煤炭能源重要聚集区。现区域分布有6个国家级煤炭基地，煤炭产量约占全国的40%，在我国能源安全供给保障中占有“压舱石”的地位。但该区域地处西部干旱-半干旱地区，生态环境脆弱、抗扰动能力差，易在煤炭开采过程中诱发各类地质灾害，产生水位下降、水土流失、土地沙化等生态环境问题，成为该区域煤炭工业高质量发展的核心制约因素。基于前人大量文献、报道及官方统计数据资料，对黄河几字弯区6大国家级煤炭基地地质环境特征予以剖析，并对该区域煤炭基地所面临的主要地质灾害及生态环境问题进行总结，凝练出各自的发育类型及典型特征，研究表明：（1）黄河几字弯区中主要聚煤地层为侏罗纪及石炭-二叠纪地层，区域地质构造相对简单、煤层大多埋藏较浅、厚度大而稳定，适合于开展大规模工业化开采。（2）黄河几字弯区内6大煤炭基地地质灾害处于高度易发区，地质灾害发育特征与地貌类型、采矿过程和人类工程活动密切相关，其中，宁东、神东基地和陕北基地西北部位于风积沙区，主要存在地面塌陷及地裂缝灾害；晋北、晋中、黄陇基地以及陕北基地东南部因位于黄土高原腹地，受季节性强降雨、采煤活动等影响，易发育黄土崩塌、滑坡、泥石流等灾害。（3）区内各煤炭基地生态环境问题及影响程度存在一定差异，其中，神东、陕北煤炭基地以采煤活动引起的地下生态水位的问题最为突出；宁东、神东煤炭基地土地荒漠化问题严峻；而陕北、黄陇、晋中、晋北煤炭基地则主要面临着水土流失问题。研究成果对推动黄河几字弯煤炭资源基地的可持续开发、实现黄河流域生态保护和高质量可持续发展提供基础性借鉴。

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煤田地质与勘探

2022年第06期

163

129
沁水盆地南部煤层气直井合层排采产气效果数值模拟

作者(Author)：刘世奇, 方辉煌, 桑树勋, 胡秋嘉, 段卫英, 贾慧敏, 毛崇昊

摘要：随着煤层气勘探开发的深入，多煤层合层排采受到广泛关注。合层排采管控工艺是确保煤层气合采井高产稳产的关键，而多煤层组合条件下复杂的地质条件增加了合层排采管控的难度。数值模拟技术是研究煤层气井合层排采管控工艺的有效手段，科学、可靠的模拟结果可为合采井排采管控提供依据。考虑温度效应、煤基质收缩效应、有效应力作用对煤层流体运移规律以及渗透率等煤层物性参数的影响，建立煤层气直井合层排采生产动态过程多物理场耦合数学模型，并进行有限元法的多物理场耦合求解。通过对沁水盆地南部郑庄区块煤层气合采井组的模拟，探讨不同排采速率下煤层气直井合层排采产气效果及渗透率等煤层物性参数动态演化特征，提出煤层气直井合层排采工程建议。模拟结果显示，郑庄区块3号、15号煤层整体含气量较高，煤层气合采井组具有较大增产潜力，提高排采速率对提高煤层气采收率的效果不显著；排采过程中，煤基质收缩效应对渗透率的影响强于有效应力作用，是提高煤层气井排采速率的保障，在确保排采速率不超过煤层渗流能力上限的基础上，适当提高排采速率可实现煤层气井增产。基于模拟结果，建议排采速率的调整以控制动液面或液柱压力为主；以3号、15号煤层气合采井增产为目标，产水阶段和憋压阶段，郑庄区块煤层气直井合层排采速率以液柱压力降幅0.12～0.20 MPa/d或动液面降幅12～20 m/d为宜，既可实现煤层气增产，又可避免储层伤害。

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煤田地质与勘探

2022年第06期

278

105