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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

《煤田地质与勘探》编委优秀成果展示—Ⅰ(2022—2024)

来源:煤田地质与勘探

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煤田地质与勘探

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  • 作者(Author): 王双明, 鲍园, 郝永辉, 王生全, 师庆民, 李丹, 胡宜亮

    摘要:富油煤是集煤、油、气属性于一身的煤基油气资源,针对国内“相对富煤、缺油、少气”的能源禀赋,开发富油煤对缓解我国紧张的油气资源供应局势、实现煤炭的绿色开发和低碳利用具有重要的意义。以富油煤为主要关键词,通过CNKI和Web of Science数据库检索自1985—2023年底已公开发表的学术论文和专利,统计分析富油煤的发展历程和主要研究内容,梳理了富油煤研究的热点方向与前沿领域,展望了未来发展趋势。研究发现:富油煤热解、赋存特征及沉积环境、孔隙和分子结构、焦油产率预测、微生物降解、资源潜力及开发利用是当前富油煤研究热点内容。富油煤含有热解可生成油气的富氢结构,如脂肪结构的侧链与桥键及缩合芳香核周缘的弱键结构;富油煤多形成于陆相沉积物供应稳定、气候温暖湿润、强还原条件下的沉积环境;孔隙结构影响富油煤的热解反应效率、焦油析出和油气运移,而分子结构(主要为脂肪族氢含量和富氢弱键)决定了富油煤的生油潜力;富油煤通过微生物的水解、发酵、产氢产乙酸和产甲烷4个阶段向油气转化。随着地质选区技术瓶颈突破及多学科交叉与融合,富油煤富油性评价指标与预测方法、富氢组分的来源与定量判识、原位开发围岩封闭性及其评价方法、微生物降解与热解联作技术将成为今后研究的热点方向。研究成果为厘清当前富油煤的研究方向和未来走势奠定了基础。
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    煤田地质与勘探
    2024年第04期
    84
    20
  • 作者(Author): 王双明, 魏江波, 宋世杰, 王生全, 孙涛

    摘要:煤炭开采活动导致的煤层顶板覆岩地质条件变化及采动裂隙发育是损害地下关键含水层的直接原因,也是造成矿区生态环境退化的根源。煤层顶板覆岩结构中发育的厚砂岩作为一种典型的地质条件,其对覆岩采动裂隙的发育规律具有重要的影响。为此,在分析研究区主采煤层赋存地质条件及其分布规律的基础上,选择陕北煤炭开采区曹家滩煤矿主采2-2煤层顶板覆岩为地质原型,采用FLAC3D数值模拟平台模拟分析了厚砂岩不同厚度和位置对覆岩采动裂隙发育形态和发育高度的影响,并以此提出了相应的“采煤保水”建议。结果表明:研究区2-2煤层顶板覆岩中厚砂岩平均厚度25 m,距2-2煤层平均间距76 m;厚砂岩距煤层30 m时,覆岩采动裂隙表现为“矩形—L形—马鞍形”的动态变化特征,距煤层70 m时表现为“L形—倒梯形—马鞍形”变化特征,距煤层大于95 m时全程表现为“马鞍形”特征;覆岩采动裂隙最大发育高度随厚砂岩层位的升高而先减小后增大;厚砂岩厚度H≥30 m、距煤层间距L>95 m,或H≥60 m、L>60 m时,可有效阻挡采动裂隙向上发育贯穿厚砂岩;在充分考虑厚砂岩对覆岩采动裂隙发育规律的影响,选择合适的空间位置和开采阶段进行合理的覆岩减损和保水防治,实现“边采边治、边采边护”的绿色开采模式。该研究成果可为黄河流域中游陕北煤矿区煤炭开采与生态环境保护协调发展提供理论指导。
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    煤田地质与勘探
    2022年第12期
    244
    236
  • 作者(Author): 王双明, 耿济世, 李鹏飞, 孙强, 范章群, 李丹

    摘要:煤炭资源的大规模、高强度开采诱发了煤矿区地质条件和生态环境的损害,开展煤炭开采引起的地质结构–地下水环境–生态环境动态演化的耦合机制研究,发展煤炭绿色开发地质保障理论和技术,对于推动我国煤炭工业高质量发展有重要意义。结合当前煤炭开采技术,分析了煤炭绿色开发地质保障的研究现状,提出了“煤炭绿色开发地质保障体系”的科学内涵。主要包括:(1)开采前煤炭赋存综合地质条件勘查、评价,开采区生态环境类型划分:通过三维地质结构、水文地质条件、岩土工程性质和生态环境等系统调查分析,阐明煤炭开采区损害类型及其主控因素。(2)煤炭采动作用下地质条件变化与地质结构功能系统演化:阐明煤炭开采条件下覆岩变形特征及地质条件响应模式和损害机理,揭示开采过程中应力场、变形场、渗流场等多场耦合作用下生态环境的时空演化特征和损害规律。(3)采后煤炭绿色地质保障技术与生态环境功能重建:研究采后覆岩结构、地质结构功能、生态环境的相互作用,提出采空区与遗留资源的利用途径,恢复煤炭开采区生态环境功能。基于精准勘查与监测,创建含地层结构、水文地质结构和岩体力学性质等信息的数据库,建立煤炭开采地质结构演化动态模型,构建生态脆弱区煤炭资源开采与地质环境保护的综合研究平台,为煤炭全生命周期的绿色安全开发和生态环境保护提供支持,进而寻求破解煤炭开采与生态文明建设矛盾的最优途径。煤炭绿色开采地质科学系统应从科学分析、科学对待、科学归纳3个方面出发,发展基础地质学、采矿学、生态学、人文经济学等多学科交叉的煤炭绿色开发地质保障理论与技术,构建以煤炭开采、地质工程、生态环境与人文经济四位一体的绿色安全开发知识体系,服务煤炭绿色安全开采。
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    煤田地质与勘探
    2023年第01期
    160
    122
  • 作者(Author): 秦勇, 易同生, 杨磊, 周永峰, 王军, 汪凌霞

    摘要:低碳高效煤炭能源结构转型是碳达峰碳中和(“双碳”)背景下我国能源持续发展的必由之路,煤炭地下气化(UCG)正是其中的一项重要战略选择。基于历史文献调研,分析了我国UCG现场试验探索历程,展望了我国UCG产业化前景。分析认为,我国UCG技术发展和现场试验历程先后经历了初步尝试、沉寂/复苏、广泛探索、技术突破、试验扩展5个发展阶段,为我国新一轮UCG产业化探索奠定了深厚的科学技术基础。以上历程中,3项成果为我国UCG技术发展做出了里程碑式贡献,一是徐州马庄矿井式UCG先导试验首战成功,二是发明“长通道大断面两阶段(LLTS)”UCG工艺,三是内蒙古乌兰察布钻井式UCG现场试验成功。长通道大断面两阶段(LLTS-UCG)工艺,是我国唯一被国际UCG领域公认的创新成果,长通道突破了国际上当时气流通道长度的限制,增加单炉可气化煤量,极大提高了UCG单炉产气能力;大断面提高单炉日产气量,两阶段注气提高煤气转化率,获得了高质量合成气,开创了我国UCG商业化生产先河,且控制方法简单,其基本思想和基本工艺对中深部UCG技术发展同样具有借鉴价值。从国家需求、技术成熟度、资源潜力、保障措施四个方面展望了我国UCG产业化前景,提出了发展重点和产业政策体系建设的建议。一是我国UCG产业化推进短期内重点依赖浅层,需进一步探索低环境损伤高转化率UCG过程调控机理,建立构造煤层、多薄煤层等复杂地质条件UCG技术体系;长远则寄希望于中深层,关键在于发展多场耦合条件下的UCG–煤层气资源–CO2储存与利用(UCG–CBM–CCUS)协同高效联产工艺技术。二是建议政府制订具有可操作性的UCG产业政策体系,为推进UCG产业化进程提供激励机制及法规保障。研究认识,一方面有利于坚定我国UCG产业化探索之路的信心,另一方面也为进一步创新适合于我国地质条件的UCG工艺技术提供了某些参考。
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    煤田地质与勘探
    2023年第07期
    185
    109
  • 作者(Author): 桑树勋, 刘世奇, 韩思杰, 郑司建, 刘统, 周效志, 王冉, 王猛

    摘要:甲烷是最主要的非二氧化碳温室气体,受到越来越多的重视。煤炭甲烷是我国最主要的甲烷排放源类型,我国也是世界煤炭甲烷排放量最大的国家,煤炭甲烷的有效排放管控与高效开发利用兼具温室气体减排、能源气体开发利用和灾害气体防治三重意义。基于系统调研和研究工作积累,概述了煤炭甲烷排放管控背景,总结了全球与代表性国家煤炭甲烷排放及其管控现状,阐释了我国煤炭甲烷开发利用与排放管控历程及发展趋势,讨论和前瞻了我国煤炭甲烷减排路径与减排潜力。已有研究工作表明:我国煤炭甲烷排放主要来自煤炭地下开采风排瓦斯,且较长时期内仍是我国煤炭甲烷的主要来源;随着我国关闭矿井增多,由此产生的关闭矿井甲烷排放量呈增长趋势,是我国煤炭甲烷不容忽视的来源。随着碳中和目标的提出,温室气体减排的政策导向逐渐成为我国煤炭甲烷排放管控的重点,明确了煤炭甲烷减排方向。我国煤炭甲烷排放管控形成了以煤层气勘探开发利用、煤矿瓦斯抽采利用、关闭/废弃矿井瓦斯抽采利用、乏风瓦斯利用等全浓度利用,煤炭采前、采中和采后全周期利用为特征的关键技术路径。我国煤炭甲烷排放管控面临巨大压力和严峻挑战,诸多政策、机制、技术问题亟待破解。突破复杂地质条件适配性煤层气高效勘探开发技术体系,精准化、数字化、智能化、低碳化煤矿瓦斯高效抽采技术体系,关闭/废弃矿井煤炭甲烷减排管控与利用技术体系,全浓度瓦斯综合利用技术体系等是主要发展方向。
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    煤田地质与勘探
    2023年第01期
    117
    97
  • 作者(Author): 桑树勋, 郑司建, 易同生, 赵福平, 韩思杰, 贾金龙, 周效志

    摘要:煤系叠合型气藏是含煤地层煤系气特有的关键成藏类型,煤系叠合型气藏的发现、勘探开发实践与研究探索为我国煤系非常规天然气勘探开发提供了新领域和新思路。提出并阐述煤系叠合型气藏的概念、主要类型、发育特征和赋存分布,探讨煤系叠合型气藏的形成条件、成藏过程、成藏模式,揭示其形成机理,重点讨论2种主要类型煤系叠合型气藏的地质适配性勘探开发技术模式,分析前瞻了煤系叠合型气藏在煤系气勘探开发中的应用。研究表明:我国发育(分流)河道砂体与煤层接触型(华北型)、煤层-砂岩–泥岩互层型(华南型)、煤层–砂岩–泥岩互层夹砂砾岩型(东北型)3类煤系叠合型气藏,分布赋存分别以华北地区山西组、华南地区龙潭组和东北地区城子河组为代表;沉积作用是煤系叠合型气藏的关键主控地质因素,三角洲沉积体系的泥炭沼泽、分流河道、支流间湾的沉积微相组合为煤系叠合型气藏的有利沉积相序组合;煤层为主的叠置复合储层结构和岩性圈闭是煤系叠合型气藏的重要特征,统一的含气系统和压力梯度一致是其本质特征;含煤段煤层/砂岩/页岩不同类型储层间发生能量物质传递和平衡、煤层气/致密砂岩气/页岩气间运移和相态转化是煤系叠合型气藏形成的主要机理,喜马拉雅期是华北地区山西组煤系叠合型气藏成藏关键期;高分辨率地震岩相解释识别气藏与虚拟产气层合层开发是华北型煤系叠合型气藏勘探开发技术模式的关键特征,“层段优选、小层射孔、分段压裂、投球分压、合层排采”构成华南型煤系叠合型气藏勘探开发技术模式的核心内涵。这些技术模式已得到应用并将为我国煤系气共探共采和深层煤层气高效开发提供重要支持。
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    煤田地质与勘探
    2022年第09期
    168
    113
  • 作者(Author): 李树刚, 周雨璇, 胡彪, 秦雪燕, 孔祥国, 白杨, 张静非

    摘要:低阶煤甲烷吸附特性研究对瓦斯含量预测、瓦斯抽采及危害防治有着重要意义,为此,选取陕西6个典型矿井低阶煤样,进行低温氮吸附、低压二氧化碳吸附及甲烷等温吸附实验,获得低阶煤吸附孔结构特征。利用微孔填充及单分子层吸附理论定量表征甲烷吸附特征参数与吸附孔结构参数之间的关系,明确吸附孔中甲烷吸附机理。结果表明:吸附孔的比表面积主要由微孔提供,甲烷吸附能力主要受吸附孔孔容大小控制,微孔孔容对吸附孔总孔容的贡献率在74.71%~88.97%。甲烷极限吸附量与吸附孔平均孔径呈线性负相关,与吸附孔孔容、比表面积呈线性正相关,Langmuir压力常数随吸附孔平均孔径、孔容和比表面积的增加仅在小范围内波动,无明显线性相关。6个低阶煤样的分形特征明显,综合分形维数为2.573~2.720,平均值为2.647,说明低阶煤吸附孔非均质性强,甲烷极限吸附量随分形维数增加先增加后减小,整体呈上升趋势。基于微孔填充和单分子层吸附理论可以定量表征低阶煤吸附孔结构与甲烷吸附能力之间的关系,甲烷极限吸附量计算值与实验测试值相对误差较小,长焰煤相对误差为4.47%~6.65%,不黏煤为13.77%~16.02%。研究成果可为后续量化甲烷吸附特性与吸附孔结构之间的关系并精准预测煤层瓦斯含量提供理论指导。
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    煤田地质与勘探
    2023年第02期
    167
    111
  • 作者(Author): 曹代勇, 魏迎春, 秦国红, 宁树正, 王安民, 张昀, 李新, 位金昊, 徐来鑫

    摘要:煤系战略性金属矿产的聚集分布是多因素、多阶段、多层次综合作用的结果,地质构造控制作用是其中一个值得重视的因素。煤中战略性金属富集成矿的构造控制因素包括大地构造背景,构造运动,构造–岩浆活动等方面,体现在对金属矿产载体——含煤岩系的控制、对成矿物质来源的控制、对元素原生聚集和后期迁移重组的控制。从煤系矿产物源相关、耦合成矿、同盆共存的角度分析,构造作用对战略性金属富集成矿的控制贯穿于含煤盆地形成与演化的全过程。聚煤期前的构造运动奠定煤盆地基底构造格局,构造沉降和隆升提供了聚煤作用的场所和含煤岩系的物源区,从而决定了含煤岩系及其战略性金属元素的物质基础。聚煤期构造作用主要表现为盆–山耦合过程、同沉积期构造活动、岩浆作用等方式,通过对聚煤源–汇系统、岩相古地理与聚煤环境、泥炭沼泽类型及地球化学条件等因素的影响,决定成矿物质在泥炭化阶段和成岩作用阶段的迁移与原生聚集。聚煤期后的构造–热演化过程对金属元素迁移重组产生不同程度的影响,主要体现在构造沉降增温和岩浆热效应、构造格局与含矿热液活动、应力应变控矿机制,以及煤田构造定位决定矿床赋存状态。煤系战略性金属元素富集成矿构造控制研究应注重加强以下4个方面:与煤盆地沉积充填相关联的大地构造格局与演化、作为含矿流体运移通道的断裂构造特征、不同时期岩浆活动的影响差异性,以及应力应变的构造物理化学效应。
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    煤田地质与勘探
    2023年第01期
    146
    87
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