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基于测井曲线重构和地震波阻抗反演的煤系关键金属矿层精细勘探技术
1
作者 王雷 祖淯文 +5 位作者 邸立伟 杨敏芳 边晓 凌紫玉 邵龙义 鲁静 《古地理学报》 北大核心 2025年第3期777-784,共8页
云南东部和贵州西部(滇东—黔西)地区上二叠统龙潭组煤系底部,赋存着累计厚度达数米、以高自然伽马(GR)异常为特征的Nb-Zr-REY-Ga型关键金属矿层(简称矿层)。利用地震工作手段及传统波阻抗反演,可有效地区分砂岩和泥岩,但受限于波阻抗... 云南东部和贵州西部(滇东—黔西)地区上二叠统龙潭组煤系底部,赋存着累计厚度达数米、以高自然伽马(GR)异常为特征的Nb-Zr-REY-Ga型关键金属矿层(简称矿层)。利用地震工作手段及传统波阻抗反演,可有效地区分砂岩和泥岩,但受限于波阻抗差异微小却无法识别矿层。为了构建对该矿层的精细地球物理勘探技术,论文基于测井和地震数据,以该矿层中镓(Ga)元素为例(临界工业品位50μg/g时自然伽马值>2.0 API),利用信息统计加权方法和矿层自然伽马数据重构了纵波速度曲线,使计算后得到的波阻抗曲线矿层信号增强了约120%,并将矿层约束在大于16000 g/cm^(3)·m/s的重构后波阻抗数值范围内,解决了利用波阻抗曲线识别关键金属矿层的技术难题。在利用重构波阻抗数据反演的地震剖面上,矿层边界清晰、横向可追索性好。经钻井验证,地震反演预测的矿层厚度误差介于-18.1%~16.7%之间。说明利用重构后波阻抗数据进行地震反演可以有效识别和追踪矿层,达到了对矿层精细探测的目的。该技术方法对有测井异常的煤系关键金属矿层精细勘探具有较好的应用价值和前景。 展开更多
关键词 煤系关键金属 测井曲线重构 波阻抗反演 勘探技术 二叠系 滇东-黔西
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矿井煤岩界面探测天线及智能升降支架系统开发及应用
2
作者 陈令洲 郭爱军 +2 位作者 关丙火 张迪 许献磊 《金属矿山》 北大核心 2025年第3期168-174,共7页
地质雷达在矿井地质构造及灾害源探测中得到了广泛应用,常规地面耦合式地质雷达天线需要贴近探测面进行作业,受限于复杂矿井环境,难以在工作面上进行快速连续测量,也无法满足煤岩界面随采实时探测需求。为此,通过对矿井非接触式煤岩界... 地质雷达在矿井地质构造及灾害源探测中得到了广泛应用,常规地面耦合式地质雷达天线需要贴近探测面进行作业,受限于复杂矿井环境,难以在工作面上进行快速连续测量,也无法满足煤岩界面随采实时探测需求。为此,通过对矿井非接触式煤岩界面探测天线及智能升降支架系统进行研究,研发了矿井煤岩界面探测天线及智能升降支架系统。通过优化TEM天线辐射面和加载屏蔽装置,开发了一种适用于煤岩界面探测的1500 MHz空耦地质雷达天线,相对带宽可达553 MHz,主瓣增益11.53 dBi;设计了一种智能升降支架,可实现在矿井综采工作面随采高及煤层倾角变化,实时自适应调节空耦天线位置姿态,满足矿井复杂环境下的应用需求。试验结果表明:所研发的矿井煤岩界面探测天线可实现对煤岩界面的非接触式探测,在1 m范围内探测煤岩界面位置的平均绝对误差为1.2 cm,平均误差百分比为8.5%,为矿井智能化开采提供了技术支撑。 展开更多
关键词 煤岩界面 地质雷达天线 非接触式探测 智能升降支架 高精度
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多风机联合高效运转按需调风策略及实验研究
3
作者 蔡春城 吴征艳 +4 位作者 郝海清 祝令锦 邵昊 蒋曙光 王凯 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第2期39-49,共11页
针对煤矿多风机联合运转时存在的通风效率低、能耗高及供需不匹配等问题,分析了多风机相互扰动的影响特性,提出了矿井复杂通风网络风量协同调控策略。通过构建复杂通风管网实验平台,以风机F1所属区域的分支e_(8)和风机F2所属区域的分支e... 针对煤矿多风机联合运转时存在的通风效率低、能耗高及供需不匹配等问题,分析了多风机相互扰动的影响特性,提出了矿井复杂通风网络风量协同调控策略。通过构建复杂通风管网实验平台,以风机F1所属区域的分支e_(8)和风机F2所属区域的分支e_(13)为调控对象,风量分别降低0.05、0.10 m^(3)/s,利用复杂通风管网实验平台进行风机与通风调节设施的协同调控实验。实验结果与计算值的最大相对误差仅为5.65%,调节准确度超过85%,验证了风量智能化按需协同调控策略在复杂通风管网实验平台的可行性。 展开更多
关键词 多风机 联合运转 按需调风 复杂通风管网 调风策略
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图像识别智能放煤含矸率高精度预测研究(Ⅰ)--煤流表面含矸率
4
作者 王家臣 杨胜利 +3 位作者 李良晖 安博超 宋世雄 王雨兵 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期150-165,共16页
图像识别智能放煤是实现智能化综放开采的重要技术之一,其核心在于通过监测煤流含矸率控制放煤口开闭。而井下低照度环境、煤岩块体的不规则形状及堆积叠压等因素是制约煤流含矸率预测的主要难题。针对煤流表面含矸率,构建了不同照度条... 图像识别智能放煤是实现智能化综放开采的重要技术之一,其核心在于通过监测煤流含矸率控制放煤口开闭。而井下低照度环境、煤岩块体的不规则形状及堆积叠压等因素是制约煤流含矸率预测的主要难题。针对煤流表面含矸率,构建了不同照度条件下的煤岩图像数据库,研究了照度及煤岩种类对图像分割性能的影响,开发了综放开采“放-运”全过程高仿真实验平台,提出了基于多照度融合与光流场优化的复杂场景下煤流表面投影面积含矸率高精度识别方法。其次,探讨了不同投影角度和投影方式对煤岩块体二维形态学特征提取的影响,明确了不同维度形态学特征之间的量化关系,构建了“尺寸+形状”特征融合的煤岩块体体积预测模型,用于合理预测煤流表面体积含矸率。最后,结合实验室和现场数据验证了所提方法的有效性。研究表明:随着照度的增大,2种煤岩组合形式的识别精度均先增大后稳定,并略有下降。通过合理设置照度(比如17730 lx),煤+泥岩复杂组合的mAP@0.5由88.7%(3180 lx)提升至92.3%。通过引入多照度融合和光流场分析,可进一步提升复杂场景下的煤流表面投影面积含矸率识别精度和算法适应性。合理选择光源波长,可以放大煤岩块体相对漫反射率差异,增加煤岩块体图像特征区分度。合理的图像投影方式也有利于不规则形状煤岩块体投影面积预测,预测偏差由60%降低至10%以下。通过引入形状特征辅助体积预测模型,体积预测精度显著提高,决定系数由仅考虑尺寸特征模型的0.9416提升至0.9692。 展开更多
关键词 综放开采 智能放煤 含矸率 煤流 煤岩形态
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基于自然伽马测井的煤系关键金属精细勘探技术 被引量：1
5
作者 边晓 王雷 +6 位作者 王喜军 杨敏芳 叶攀 祖淯文 索金玲 邵龙义 鲁静 《地质学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期2531-2540,共10页
滇东—黔西上二叠统煤系底部赋存着累积厚度达数米、以自然伽马测井正异常为特征的Nb-Zr-REY-Ga型关键金属矿层,是我国最有开发潜力的煤系关键金属资源之一。当前对该矿层的研究主要聚焦于关键金属物质来源、赋存状态和成矿模式等方面,... 滇东—黔西上二叠统煤系底部赋存着累积厚度达数米、以自然伽马测井正异常为特征的Nb-Zr-REY-Ga型关键金属矿层,是我国最有开发潜力的煤系关键金属资源之一。当前对该矿层的研究主要聚焦于关键金属物质来源、赋存状态和成矿模式等方面,而利用自然伽马测井数据对该矿层进行定量识别和浓度计算等工作还未开展过,尽管这项工作对将来这些矿层关键金属的勘探和开发具有重要意义。论文以Zr和Ga两种元素为例,利用收集和实测的关键金属浓度及其对应的自然伽马值等数据,进行了基于自然伽马测井的关键金属矿层精细勘探技术研究。结果表明:研究区Zr和Ga元素浓度的预测模型分别为y=133.42x^(2)+262.23x+224.43和y=31.587e^(0.2273x),指示两者最低开发利用浓度(2000μg/g和50μg/g)对应的自然伽马值分别为2.8 pA/kg和2.0 pA/kg。发现Haar小波3层分解获得的预测矿层位置与地球化学实测的矿层位置吻合度最高。预测模型验证结果表明,Zr和Ga元素浓度预测平均相对误差分别为14.21%和10.97%,矿层厚度预测平均相对误差分别为4.16%和4.82%,说明论文建立的关键金属精细勘探技术可以精确识别研究区关键金属矿层浓度和厚度,对滇东—黔西地区Nb-Zr-REY-Ga型关键金属矿层的精细勘探具有较好的应用价值。 展开更多
关键词 滇东—黔西地区 煤系关键金属 上二叠统煤系 自然伽马测井 小波变换
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塔里木盆地顺北地区上奥陶统恰尔巴克组烃源岩有机地球化学特征及勘探意义
6
作者 何帅 马安来 +9 位作者 云露 曹自成 李贤庆 黄诚 张国松 胡松 王铁一 彭威龙 朱志立 崔福田 《石油与天然气地质》 北大核心 2025年第1期246-260,共15页
塔里木盆地顺北地区上奥陶统恰尔巴克组烃源岩是近期勘探新发现的烃源岩层系,研究恰尔巴克组地球化学特征对下一步油气勘探具有重要有意义。对顺北地区6口钻井烃源岩样品进行了地球化学实验分析测试,对烃源岩有机质丰度、类型和热演化... 塔里木盆地顺北地区上奥陶统恰尔巴克组烃源岩是近期勘探新发现的烃源岩层系,研究恰尔巴克组地球化学特征对下一步油气勘探具有重要有意义。对顺北地区6口钻井烃源岩样品进行了地球化学实验分析测试,对烃源岩有机质丰度、类型和热演化特征进行地球化学综合研究,研究结果表明:①6口钻井上奥陶统恰尔巴克烃源岩主要为灰黑色泥岩、深灰色灰质泥岩和深灰色泥质灰岩。灰黑色泥岩总有机碳含量(TOC)为0.20%~2.81%,平均值为1.59%,岩石热解生烃潜量(S_(1)+S_(2))为0.43~12.05 mg/g,平均值为5.59 mg/g。深灰色灰质泥岩TOC为0.46%~2.24%,平均值为1.47%,S_(1)+S_(2)为0.18~1.97 mg/g,平均值为0.91 mg/g。深灰色泥质灰岩TOC为0.22%~3.41%,平均值为1.72%,S_(1)+S_(2)为1.37~18.56 mg/g,平均值为9.04 mg/g。SB5井、SB7井和SB71X井区有机质丰度最高。②恰尔巴克组烃源岩形成于弱还原偏咸水的海相沉积环境中,母质来源以低等水生藻类为主。大部分样品氢指数(HI)介于289~512 mg/g,平均值为416 mg/g,为腐殖-腐泥型(Ⅱ1)有机质,具有较高的生烃潜力。③SB7井恰尔巴克组烃源岩等效镜质体反射率(R_(o))介于0.55%~0.88%,平均值为0.72%,为低成熟-中等成熟阶段;SB71X井恰尔巴克组烃源岩R_(o)介于0.53%~0.70%,平均值为0.62%,为低成熟阶段;SB5井恰尔巴克组烃源岩R_(o)介于0.85%~0.95%,平均值为0.90%,达到中等成熟阶段。④恰尔巴克组烃源岩厚度为20~25 m,主要分布在顺北地区5号断裂带和7号断裂带台内洼地。 展开更多
关键词 生物标志化合物 分子地球化学 烃源岩 恰尔巴克组 奥陶系 顺北地区 塔里木盆地
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煤矿地学大数据智能湖仓系统建设与应用
7
作者 耿恒高 彭苏萍 +3 位作者 王占刚 许娜 许献磊 杜文凤 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第1期1-13,共13页
为满足煤矿智能化发展过程中对海量、多源、异构数据高效管理与应用的需求,提出基于多种大数据技术的煤矿地学大数据智能湖仓系统。针对多源异构煤矿地学数据的高效索引需求,提出基于希尔伯特曲线与GeoHash编码的时空分类方法,将时间、... 为满足煤矿智能化发展过程中对海量、多源、异构数据高效管理与应用的需求,提出基于多种大数据技术的煤矿地学大数据智能湖仓系统。针对多源异构煤矿地学数据的高效索引需求,提出基于希尔伯特曲线与GeoHash编码的时空分类方法,将时间、空间、分类等多维属性进行统一编码,降低数据索引维度,提升数据检索效率。智能湖仓系统的构建不仅提高煤矿地学数据的整合与利用效率,还为煤矿企业的数字化转型与透明化发展提供重要实践经验,推动煤矿行业向智能化、透明化、高效化方向迈进。 展开更多
关键词 煤矿智能化 地学大数据 大数据技术 智能湖仓
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矿山微震智能处理基础模型构建及应用
8
作者 曹安业 李茂涛 +4 位作者 杨旭 杨耀 李森 刘耀琪 王常彬 《煤炭学报》 北大核心 2025年第6期2823-2836,共14页
矿山智能化建设背景下,微震信号智能处理是矿山动力灾害精确预警的基础。矿山的复杂地质条件与作业环境导致微震信号呈现强噪声、高维、强非线性等特征,传统的微震数据自动处理方法精度低,通常需要人工干预来完成微震震源参数计算,难以... 矿山智能化建设背景下,微震信号智能处理是矿山动力灾害精确预警的基础。矿山的复杂地质条件与作业环境导致微震信号呈现强噪声、高维、强非线性等特征,传统的微震数据自动处理方法精度低,通常需要人工干预来完成微震震源参数计算,难以满足矿山动力灾害智能预警的需求。为此,结合大数据与深度学习相关理论与方法,初步构建了基于Transformer的矿山微震智能处理基础模型。建立了包含30万余条微震波形的数据集,设计了微震多尺度卷积模块,研究了微震特征自适应融合策略,提出了基于特征聚合多头注意力机制的微震时序建模方法,并构建了微震智能处理多种任务解码器,可同时实现矿山微震事件检测、P波到时拾取、S波到时拾取以及初动极性判别的智能处理。矿山微震基础模型测试结果表明:事件检测准确率达到95.4%,96.6%的P波到时误差在50ms以内,65.5%的S波到时误差也在50ms以内,初动极性判别的准确率达到93.38%,可满足矿山微震数据智能实时处理的需求。在甘肃某冲击地压工作面开展了基于基础模型的矿山微震自动定位与自动震源机制反演应用。结果表明:以所构建的微震基础模型为基础,可实现矿山微震事件检测—到时拾取—初动极性判别—震源定位—震源机制求解全流程智能化处理。研究结果可为矿山动力灾害智能精确监测预警提供支撑。 展开更多
关键词 智能矿山 微震 基础模型 事件检测 到时拾取 深度学习
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裂隙中煤粉运移及解堵可视化物理模拟实验 被引量：5
9
作者 魏迎春 张琦 +5 位作者 刘子亮 李彪 谢天成 任金伟 王安民 曹代勇 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1488-1500,共13页
煤粉在煤储层裂隙中沉积会降低裂隙导流能力,制约煤层气井高效稳产开发。设计了裂隙中煤粉运移及解堵可视化物理模拟实验方案,通过裂隙中煤粉运移可视化物理模拟实验,分析了裂隙不同位置煤粉颗粒沉积面积的变化和沉积形态特征,揭示了煤... 煤粉在煤储层裂隙中沉积会降低裂隙导流能力,制约煤层气井高效稳产开发。设计了裂隙中煤粉运移及解堵可视化物理模拟实验方案,通过裂隙中煤粉运移可视化物理模拟实验,分析了裂隙不同位置煤粉颗粒沉积面积的变化和沉积形态特征,揭示了煤粉运移、沉积的动态规律;通过裂隙中煤粉解堵可视化物理模拟实验,分析了解堵时间和流速对裂隙中沉积煤粉解堵面积的影响,揭示了煤粉启动、解堵的动态规律。实验结果表明:煤粉颗粒在裂隙不同方向和位置聚集状态不同,裂隙喉道由入口向垂直主运移方向的两端及主运移方向煤粉颗粒沉积面积逐渐减少,支路通道沿主运移方向煤粉颗粒沉积面积逐渐增加。裂隙喉道、支路通道和主路通道处煤粉沉积的形态分别呈鹰嘴状、层状和流线型,其原因是裂隙不同位置对含煤粉流体的阻力不同,导致煤粉在不同位置的沉积形态不同。在相同流速下,随解堵时间增长,煤粉解堵效果越好,但前期解堵面积大,后期解堵面积小,裂隙喉道处煤粉解堵效果明显优于支路通道,其原因是松散、易于解堵的煤粉颗粒会被首先解堵,随时间进行,剩余未被解堵的煤粉颗粒需要更大的启动流速。流速越大,裂隙喉道处和支路通道处的煤粉解堵面积越大,其原因是提升流速能增强煤粉颗粒的流动性。 展开更多
关键词 煤层气 煤粉运移 煤粉解堵 可视化 物理模拟实验
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矿井煤岩界面节点式雷达快速动态探测系统及实验研究 被引量：5
10
作者 许献磊 陈令洲 +2 位作者 彭苏萍 梁鹏 赵禹深 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1964-1975,共12页
煤岩界面识别技术是煤矿智能化开采的关键技术之一。基于高频雷达波探测技术可实现煤岩界面的随采高精度探测,但仍存在矿井超大采高(≥6 m)片帮垮落带来设备的安全风险及采高突变(采高≤2 m)时空间限制设备通过的问题。在前期工作基础... 煤岩界面识别技术是煤矿智能化开采的关键技术之一。基于高频雷达波探测技术可实现煤岩界面的随采高精度探测,但仍存在矿井超大采高(≥6 m)片帮垮落带来设备的安全风险及采高突变(采高≤2 m)时空间限制设备通过的问题。在前期工作基础上提出了一种矿井煤岩界面节点式雷达快速动态探测系统并进行了煤岩界面探测实验研究,主要内容包括:①阐述矿井节点式雷达观测系统原理,根据矿井工作面实际环境设计煤岩界面识别观测系统方案及雷达传感单元安装方式;②研究并提出节点式采集控制系统和信息交互传输设计方案,实现数据动态采集控制及存储;③针对节点式采集方式及煤岩界面雷达反射回波特征,研究提出了节点探测数据增强处理方法、煤岩界面识别算法,可有效的实现煤岩界面智能识别与追踪、煤层厚度及空间坐标解算。为验证该方法的可行性,采用多个中心频率为1.5 GHz的探地雷达传感单元进行物理模型验证实验,并对节点式数据采集和连续数据采集结果进行了对比分析,实验结果表明:节点式采集方法与连续采集方法均可有效识别出煤岩界面,与连续采集方法相比,本文提出的节点式探测方法可实现数据的快速动态重复性采集,单次采集时长控制在10 s以内,煤层厚度探测结果平均误差为1.07 cm,最大误差为1.47 cm,平均误差百分比为7.64%。本方法为矿井智能化开采中煤岩界面的动态高精度探测提供技术支撑。 展开更多
关键词 煤岩识别 探地雷达 节点式雷达观测系统 误差分析
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循环水浸作用下煤体孔隙与损伤演化机制实验研究 被引量：2
11
作者 王方田 张村 +3 位作者 汤天阔 贾胜 成家章 窦凤金 《矿业科学学报》 CSCD 北大核心 2024年第4期608-618,共11页
煤柱坝体作为矿井采空区水库的主要承载结构,在多场耦合影响下的损伤失稳机制直接制约采空区水库的长期安全稳定运行。本文借助核磁共振(NMR)研究了“单侧”浸水条件下不同次数循环浸水下煤样T2谱图、孔喉、孔隙率变化和核磁图像演化规... 煤柱坝体作为矿井采空区水库的主要承载结构,在多场耦合影响下的损伤失稳机制直接制约采空区水库的长期安全稳定运行。本文借助核磁共振(NMR)研究了“单侧”浸水条件下不同次数循环浸水下煤样T2谱图、孔喉、孔隙率变化和核磁图像演化规律,分析了单侧循环浸水次数不断增加下煤样内部孔隙演化规律以及单轴压缩破坏形态特征,揭示了煤样水浸损伤破坏机制,结果表明,随循环浸水次数的增加,煤样孔隙数、孔喉占比、孔隙率均保持增长的态势,分别增长了67.18%、3.48%、3.49%。煤样单轴抗压强度与残余强度逐渐减小,煤样的平均峰值强度由15.74 MPa依次下降到11.76、9.65、8.41 MPa,循环浸水9次煤样相较于初始状态煤样的平均单轴抗压强度下降46.56%,平均残余强度从未循环浸水的5.55 MPa依次下降到3.08、2.44、0 MPa。煤样单侧循环浸水水分子由浸水侧逐渐向煤样内部渗流,最后扩展至整个煤样,进一步造成孔隙率增加。长期的循环浸水对煤样的软化作用十分显著。研究结果为采空区水库空间结构稳定性控制提供了科学依据。 展开更多
关键词 循环水浸 采空区水库 煤柱坝体 孔隙演化 水浸弱化
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顶板瓦斯抽采巷布置位置智能预测方法 被引量：4
12
作者 郭世斌 胡国忠 +3 位作者 朱家锌 许家林 秦伟 杨南 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期203-213,共11页
顶板瓦斯抽采巷因具有大流量和连续抽采的优点,被广泛用于高瓦斯或突出矿井回采工作面瓦斯治理。如何确定合理的顶板巷布置位置,以高效抽采采空区卸压瓦斯,是保障工作面瓦斯治理效果的关键。为此,在深入分析顶板瓦斯抽采巷布置原则及其... 顶板瓦斯抽采巷因具有大流量和连续抽采的优点,被广泛用于高瓦斯或突出矿井回采工作面瓦斯治理。如何确定合理的顶板巷布置位置,以高效抽采采空区卸压瓦斯,是保障工作面瓦斯治理效果的关键。为此,在深入分析顶板瓦斯抽采巷布置原则及其布置位置影响因素的基础上,提出了一种基于GA–BP神经网络模型的顶板瓦斯抽采巷布置位置智能预测方法;采用灰色关联分析法确定了GA–BP神经网络模型的预测指标,并设计开发了顶板瓦斯抽采巷布置位置智能预测系统。研究结果表明:①工作面的采厚、埋深、覆岩结构、煤层倾角、倾向长度等5个物理指标是顶板瓦斯抽采巷布置位置的主控因素,且其权重值排序由大到小依次为采厚、埋深、覆岩结构、煤层倾角、倾向长度。②随着遗传代数的增加,GA–BP神经网络适应度不断减小,且当遗传代数为60时其适应度变化基本稳定,表明GA–BP神经网络初始权重和偏置效果较好。③在当前训练样本数据集的前提下,基于GA–BP神经网络模型的顶板瓦斯抽采巷布置位置的预测结果与实际工况值的相对误差仅为0.43%~11.27%,在可接受的范围内。该研究可为顶板瓦斯抽采巷精准设计提供一定的参考。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 顶板瓦斯抽采巷 巷道布置 遗传算法 智能预测
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煤变质作用的构造物理化学机理实验研究进展 被引量：4
13
作者 董博 曹代勇 +3 位作者 魏迎春 王安民 李新 张昀 《现代地质》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期892-909,共18页
煤作为对温度、压力等地质环境条件极敏感的有机岩,地质历史演化过程中各种构造-热事件必然导致煤发生一系列物理、化学、结构和构造变化,物理模拟实验则是揭示煤变质作用机理的重要手段。本文基于煤变质热模拟实验、高温高压模拟实验... 煤作为对温度、压力等地质环境条件极敏感的有机岩,地质历史演化过程中各种构造-热事件必然导致煤发生一系列物理、化学、结构和构造变化,物理模拟实验则是揭示煤变质作用机理的重要手段。本文基于煤变质热模拟实验、高温高压模拟实验方面的研究成果,着重对煤变质作用机理、演化进程及煤变质作用模拟实验的应用和发展趋势进行阐述。煤变质作用包含煤化作用和石墨化作用两个阶段,体现为多尺度、多阶段的物理化学结构演化,基本特征趋向于分子结构有序化和化学成分单一化。温度是煤变质的主导因素,而力的作用方式同样约束着煤变质作用。热模拟实验基于“时间-温度补偿原理”,采用开放、半开放和封闭等不同实验体系,模拟不同温压条件和构造-热环境下的热解过程。高温高压模拟实验基于相似性原理,在热模拟基础上加入压力变量,模拟不同温压条件和应力-应变环境,以全面模拟煤在各种构造物理化学条件下所发生的物理化学变化,探究不同温压耦合条件下煤变质作用机理、影响因素与演化途径。煤变质的热模拟及高温高压模拟实验在油气生成、煤储层评价、煤成石墨化及煤中战略性金属元素迁移等多个领域得到广泛应用,今后将朝多学科交叉融合和多场耦合模拟实验方向发展,以期更精确地模拟地层构造作用下的复杂地质条件,为深入探究煤变质作用的构造物理化学机理提供更有效的技术手段。 展开更多
关键词 煤变质作用 构造物理化学机理 热模拟实验 高温高压模拟实验
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露天矿山智能爆破关键技术及应用 被引量：5
14
作者 李萍丰 范廷翔 +1 位作者 许献磊 张万忠 《工程爆破》 CSCD 北大核心 2024年第5期171-182,共12页
为落实国家矿山安全战略,推动露天矿山爆破开采智能化,攻克了透明地质探测、智能爆破设计、智能现场混装乳化炸药车、炮孔智能填塞、智能无线起爆等多项关键技术,研发了相应的装备和系统,解决了在矿山开采中长期存在的多项技术难题。在... 为落实国家矿山安全战略,推动露天矿山爆破开采智能化,攻克了透明地质探测、智能爆破设计、智能现场混装乳化炸药车、炮孔智能填塞、智能无线起爆等多项关键技术,研发了相应的装备和系统,解决了在矿山开采中长期存在的多项技术难题。在国内首次开展了露天矿山全工序智能爆破工程应用,检验了各项智能爆破技术和装备的有效性和安全性。结果表明,成功研发的技术领先,装备先进,打通了露天矿山爆破各工序数据链,达到了智能化和少人化的目的要求。爆破现场操作人员大幅减少了83%~95%,作业效率提升了3~25倍,显著提升了矿区爆破本质安全水平,变革了爆破现场作业模式,形成了露天矿山智能爆破的中国范式,对推动国内智能爆破技术的深入研发和应用,发挥了示范和引领作用。 展开更多
关键词 露天矿山 智能爆破 透明地质 智能装药 智能填塞 无线起爆
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粉砂影响下的甲烷水合物相平衡和生成规律实验 被引量：2
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作者 唐青隽 李国亮 +2 位作者 胡广文 刘慧 付玮琪 《中国海上油气》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期100-107,共8页
由于天然气水合物储层存在低温高压、出砂强度大、井底气液分离效率低等问题,天然气水合物开采井内流体实际为甲烷-水-粉砂三相流,并存在水合物堵塞风险。研发了适用于甲烷-水-粉砂三相条件下的甲烷水合物反应釜,并开展考虑粉砂影响的... 由于天然气水合物储层存在低温高压、出砂强度大、井底气液分离效率低等问题,天然气水合物开采井内流体实际为甲烷-水-粉砂三相流,并存在水合物堵塞风险。研发了适用于甲烷-水-粉砂三相条件下的甲烷水合物反应釜,并开展考虑粉砂影响的甲烷水合物相平衡和生成规律实验。实验结果表明:粉砂可以改善气液间传热和传质速率,在粉砂影响下甲烷水合物相平衡曲线将向右水平移动1.0~1.2℃;随着粉砂含量增加,水合物生成速率和水合物生成过程中水转化率均随之升高,因此粉砂会增加深水油气和天然气水合物开采管线内水合物堵塞风险。本研究成果可为制定高效的水合物流动保障方案提供理论基础。 展开更多
关键词 甲烷水合物 粉砂 水合物堵塞 相平衡
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煤储层改造背景下深部煤层气藏物质平衡方程的建立与应用 被引量：4
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作者 石军太 徐凤银 +9 位作者 曹运兴 李相方 黄红星 王凯 陈明 张硕 吉义天宇 王伟 孙政 李靖 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第3期200-217,共18页
近些年深部煤层气发展迅速,在多个深部煤层气区块都取得单井日产万方的突破,为了更加科学高效地开发深部煤层气,大幅提高煤层气的采收率,建立合理、可靠且考虑因素全面的煤层气物质平衡方程,并研究深部煤层气藏或气井控制储量、平均煤... 近些年深部煤层气发展迅速,在多个深部煤层气区块都取得单井日产万方的突破,为了更加科学高效地开发深部煤层气,大幅提高煤层气的采收率,建立合理、可靠且考虑因素全面的煤层气物质平衡方程,并研究深部煤层气藏或气井控制储量、平均煤储层压力、不同类型气体产量占比、产能评价指标和最终可采储量具有重要的理论与现实意义。目前考虑游离气、煤基质收缩、溶解气、吸附气富集的微孔与游离气和水占据的介孔之间的压差和煤储层改造影响的煤层气物质平衡方程鲜有报道。首先基于深部煤层气藏物质平衡原理,在常规物质平衡方程考虑应力敏感引起的孔隙压缩、基质收缩、水的膨胀和产水因素的基础上,进一步考虑吸附气富集的微孔与游离气和水占据的介孔之间的压差、煤储层改造引起的煤储层物性参数变化和溶解气的影响,建立了基于煤储层改造背景下的深部煤层气藏物质平衡方程;然后提出了深部煤层气线性拟合的吸附气−游离气−溶解气储量评价方法、平均地层压力显式计算方法、吸附气−游离气−溶解气产量占比评价方法、深部煤层气井产能评价方法和最终可采储量EUR预测方法;最后对提出的方法进行了实例应用,评价了实例井控制的吸附气−游离气−溶解气储量,揭示了深部煤层气井生产过程中吸附气−游离气−溶解气产量占比变化规律,剖析了产能指标变化特征并预测了不同废弃压力下的EUR和煤层气采收率。研究表明:提出的深部煤层气储量评价方法,仅需实测2次以上的平均煤储层压力和对应的累计产气量和产水量数据,即可采用线性拟合的方法,评价出深部煤层气井吸附气−游离气−溶解气的储量;提出的深部煤层气平均地层压力计算方法为显式表达式,避免了隐式求解方法中复杂的计算机编程计算;提出的深部煤层气井吸附气−游离气−溶解气产量占比评价方法,无需在井口安装碳同位素监测装置,可实时评价出不同气体产量占比;提出的综合流体、游离气、吸附气、溶解气和水井底采出指数可以用于识别深部煤层气井工作制度的合理性;提出的深部煤层气井EUR预测方法,可将生产数据整理成视压力p/Z^(*)与累计产气量Gp的直线表达式,给定某一废弃压力,即可预测出深部煤层气井的EUR;实例井生产初期游离气日产气量占比和吸附气日产气量占比相当,在生产过程中,游离气日产气量占比先快速上升后缓慢降低最后逐渐稳定在29%,吸附气日产气量占比则先快速降低后缓慢上升最后逐渐稳定在70%,而溶解气日产气量占比一直较低;当废弃压力分别为4、3和2 MPa时,该深部煤层气井的煤层气采收率分别为37.8%、44.2%和52.4%,降低废弃压力是提高深部煤层气藏采收率较为有效的手段。 展开更多
关键词 深部煤层气 物质平衡方程 游离气 储量评价 煤储层压力 产量占比 产能评价 最终可采储量EUR预测
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煤矿覆岩矿震关键层及其破断释能机制 被引量：2
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作者 窦林名 曹晋荣 +5 位作者 曹安业 蔡武 巩思园 鞠明和 周坤友 阚吉亮 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期180-192,共13页
覆岩型矿震已成为部分煤矿面临的主要动力现象之一,理论判识矿震发生的主控岩层是实现矿震精准防治的基础。采用理论分析、数值模拟和现场实测等综合研究方法,梳理了煤矿震动事件和煤矿矿震的内涵及类型,厘清了煤矿震动事件与煤矿矿震... 覆岩型矿震已成为部分煤矿面临的主要动力现象之一,理论判识矿震发生的主控岩层是实现矿震精准防治的基础。采用理论分析、数值模拟和现场实测等综合研究方法,梳理了煤矿震动事件和煤矿矿震的内涵及类型,厘清了煤矿震动事件与煤矿矿震之间的关系。提出了覆岩矿震关键层概念,总结了覆岩矿震关键层特征及其与关键层之间的区别联系,給出了覆岩矿震关键层判识方法。通过分析覆岩矿震关键层破断过程中的裂隙发育和能量演化规律,揭示了覆岩矿震关键层破断释能机制。结果表明:①煤矿震动事件包括微型震动、高能震动和矿震,煤矿矿震可划分为覆岩型、断层型、煤柱型、底板型、褶曲型和复合型;②覆岩矿震关键层是指顶板中一层或数层对覆岩型矿震的发生和分布具有控制作用的关键岩层(组),根据空间赋存位置,可将其分为高位和低位2种类型;③考虑厚硬岩层破断条件和能量条件,提出了覆岩矿震关键层判别方法,案例分析表明该方法具有一定的正确性和适用性;④除采空区两侧的裂隙带外,覆岩矿震关键层与低位顶板之间出现水平剪切裂隙,层间节理应变能和剪切耗散能集中,岩层间发生剪切–错动。此外,覆岩矿震关键层内部还出现了水平向的层内裂隙,层内存在节理应变能和剪切耗散能聚集区,覆岩矿震关键层具有分层破坏特征;⑤当岩体所承受的实际最大应力超过岩层或结构接触面强度极限时,覆岩矿震关键层出现破断或结构失稳,形成覆岩型矿震,该过程中部分弹性应变能和重力势能转化为矿震能量以及各类耗散能等。研究结果可为覆岩型矿震防控提供理论指导。 展开更多
关键词 覆岩型矿震 矿震关键层 裂隙演化 释能机制 离散元模拟
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岩层控制的全柱状学术思想与实践 被引量：3
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作者 许家林 朱卫兵 +11 位作者 轩大洋 王晓振 秦伟 金洪伟 鞠金峰 胡国忠 谢建林 屈庆栋 吴仁伦 汪锋 何昌春 李竹 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期166-179,共14页
岩层控制是通过控制采动岩层破断运动来减轻或消除采动损害的一门科学,目的是为了保障煤炭安全、高效、绿色开采。传统岩层控制研究思想与方法存在2方面局限:对覆岩进行均化而不能抓住主要矛盾,仅关注局部岩层运动而缺乏对全地层覆岩运... 岩层控制是通过控制采动岩层破断运动来减轻或消除采动损害的一门科学,目的是为了保障煤炭安全、高效、绿色开采。传统岩层控制研究思想与方法存在2方面局限:对覆岩进行均化而不能抓住主要矛盾,仅关注局部岩层运动而缺乏对全地层覆岩运动的研究。针对这些问题,在关键层理论应用研究过程中,形成了岩层控制的“全柱状”学术思想,其内涵包括2方面:一是“抓主要矛盾”,找到对岩层运动起主要控制作用的关键层(即主要矛盾),避免对覆岩均化处理。二是“关注全局”,将采动覆岩作为整体研究,充分考虑关键层所处的复杂地层场景条件可能对关键层破断的影响,从整个岩层移动角度研究矿压显现、水与瓦斯运移、开采沉陷等。按照全柱状学术思想研究岩层控制时,首先需要获取研究区域内不同开采尺度(矿井、采区、工作面及块段)地层的钻孔“全柱状”,即包含从开采煤层直到地表所有岩层信息的全取心完整柱状,根据研究区域内多个钻孔柱状的关键层判别,形成研究区域内岩层赋存特征的整体画像,避免仅采用局部柱状或综合柱状,也不能对全柱状进行均化处理。充分考虑原岩应力、地质构造、地形地貌、水体载荷、开采部署等多种具体场景因素可能导致的关键层受载差异与破断异常,以及不同区域柱状关键层位置的变化可能对岩层运动产生的影响。在此基础上,建立关键层运动与各种采动损害的联系,据此分析问题发生机理并提出针对性的岩层控制方法。全柱状学术思想推进了岩层控制理论发展与实践创新,解决了压架、突水、沉陷等灾害防控的系列工程难题,取得了显著成效。利用全柱状学术思想取得的岩层控制理论创新主要包括:揭示了采动覆岩卸荷膨胀累积效应,建立了采动覆岩“关键层-松散层拱”结构模型,提出了基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法,建立了基于关键层结构的地表沉陷预计方法,为工程应用奠定了基础。全柱状学术思想在工程应用方面的典型实例包括:找出了浅埋煤层沟谷上坡段、松散承压含水层下等特定条件下开采压架的根本原因,彻底解决了压架防治工程难题;量化关键层位置对“导高”的影响,解决了顶板异常突水防治难题;提出了煤层群卸压瓦斯的“三带”分布,指导了卸压瓦斯抽采实践;研发了覆岩隔离注浆充填技术,创建了地面钻孔一注式高效充填绿色开采新模式,解决了地表沉陷控制等难题,已得到全面推广应用。 展开更多
关键词 全柱状 关键层 卸荷膨胀累积效应 岩层控制 绿色开采
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洁净煤地质内涵、现状与未来发展方向 被引量：3
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作者 唐跃刚 王绍清 +4 位作者 王晓帅 郭鑫 王亚丰 薛李苹 Harold H.Schobert 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第1期36-63,共28页
【目的】勘查与评价低碳、零排放和煤资源利用最大化是21世纪煤地质工作的重要内容。【研究进展】根据煤、煤地质学研究内容及洁净煤技术国内外发展趋势,定义了广义和狭义洁净煤地质学,其中,煤加工利用中提效减排的地质地球化学问题是... 【目的】勘查与评价低碳、零排放和煤资源利用最大化是21世纪煤地质工作的重要内容。【研究进展】根据煤、煤地质学研究内容及洁净煤技术国内外发展趋势,定义了广义和狭义洁净煤地质学,其中,煤加工利用中提效减排的地质地球化学问题是狭义煤地质学研究内容,煤炭勘探开发利用以及生态修复等全煤炭生命周期提效减排是广义洁净煤地质学研究内容。概述了煤中有益成分和有害成分的组成与分布,梳理了影响洁净煤技术的地质因素,主要与成煤作用过程中内生、外生地质作用相关,涉及构造、变质、火山喷发、岩浆侵入,风水搬运沉积,氧化还原,地下水等。详细综述了煤炭资源洁净评价、洁净加工、转化与利用等研究现状,回顾了中国洁净煤地质学的研究进展,归纳为萌芽-探索-成熟-确立-拓展等5个阶段。【问题与展望】提出了成煤作用、有机无机、矿物质和洁净评价等所存在的科学与技术问题;指出,未来化学、物理学、生物学及大数据人工智能等方面的发展为洁净煤地质学及其大型工程带来拓展机遇;未来十年,洁净煤时空分布、绿色智能煤气等共伴生矿产分质共采、洁净煤气化、煤基新材料、地下煤化工、生态修复等是重要研发方向,建议持续关注相关创新研究成果。 展开更多
关键词 洁净煤地质学 影响因素 加工利用 环境 研究现状 发展方向 中国
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煤与煤系铀矿产协同勘查技术方法 被引量：1
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作者 魏迎春 张昀 +4 位作者 李新 曹代勇 王安民 靳亮亮 宁树正 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期216-224,共9页
煤与煤系铀矿产协同勘查已成为矿产资源勘查的重要方向,为提高找矿效率和节约勘查成本,基于煤与煤系铀矿产的基本特征、勘查技术方法的有效性和勘查工程布置的经济性,分析了煤与煤系铀矿产赋存的基本特征。研究表明:①分析了煤系铀矿产... 煤与煤系铀矿产协同勘查已成为矿产资源勘查的重要方向,为提高找矿效率和节约勘查成本,基于煤与煤系铀矿产的基本特征、勘查技术方法的有效性和勘查工程布置的经济性,分析了煤与煤系铀矿产赋存的基本特征。研究表明:①分析了煤系铀矿产的基本特征,煤系中煤层和铀矿产表现为下煤上铀(煤系砂岩型铀矿)或铀煤同层产出(煤型铀矿)的空间分布关系,煤中铀主要的赋存方式为有机质螯合或束缚,砂岩中的铀主要的赋存方式为铀矿物、吸附铀和含铀矿物。②基于煤系铀矿产勘查技术手段的有效性,提出了煤炭勘查工作已完成区和煤与煤系铀矿产勘查新区2种情况下的煤与煤系铀矿产协同勘查技术手段:在煤炭勘查工作已完成区,充分利用煤炭勘查资料,筛选自然伽马测井曲线高异常层段和区域,利用γ能谱测井验证煤系铀矿化信息,圈定煤系铀矿的普查区,按照煤系铀矿勘查技术手段分阶段选择相应的技术手段;在煤与煤系铀矿产勘查新区,煤与煤系铀矿产协同勘查技术手段在煤炭勘查技术手段的基础上,增加对煤系铀矿有效响应的放射性技术手段(γ能谱测井、氡及其子体测量)、岩心编录、穿透性地球化学等技术手段。③探讨了煤与煤系铀矿产协同勘查工程布置,按照煤、铀矿勘查规范,遵循“协同设计、协同部署、协同施工”的原则,分2种情况开展煤与煤系铀矿产的协同勘查布置:在煤炭勘查工作已完成区,筛选自然伽马测井曲线高异常层段和区域部署施工验证孔,圈定煤系铀矿的普查区,按照煤系铀矿勘查规范分阶段进行勘查工程布置;在煤与煤系铀矿产勘查新区,开展煤与煤系铀矿协同勘查,首先在整个勘查区内寻找煤炭资源,布置煤炭勘查工程,在自然伽马测井曲线高异常层段和区域圈出煤系铀矿靶区,在煤系铀矿靶区以寻找煤系铀矿为主,开展煤系铀矿勘查工程实施。④基于协同勘查技术手段的有效性和协同勘查成本的经济性,从煤与煤系铀矿产的协同勘查技术手段和协同勘查工程布置方面构建了煤与煤系铀矿产协同勘查模型,为煤与煤系铀矿产协同勘查工作提供理论基础和方法依据。 展开更多
关键词 煤 煤系铀矿产 协同勘查技术 协同勘查工程 协同勘查模型
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