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论“碳、水、环”约束下的煤炭减损开采地质保障 被引量：5
1
作者 王双明 李识博 +6 位作者 孙强 侯恩科 耿济世 师庆民 王生全 周书涛 郑鑫超 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第1期1-11,共11页
受“缺油,少气,相对富煤”能源资源禀赋制约,煤炭开发是中国能源安全的兜底保障。当前,煤炭开发中,碳排放增加、水资源损害和水质污染、生态环境损害等是制约煤炭工业高质量发展的“碳、水、环”三重约束难题,如何协调煤炭资源的安全开... 受“缺油,少气,相对富煤”能源资源禀赋制约,煤炭开发是中国能源安全的兜底保障。当前,煤炭开发中,碳排放增加、水资源损害和水质污染、生态环境损害等是制约煤炭工业高质量发展的“碳、水、环”三重约束难题,如何协调煤炭资源的安全开采和绿色开采,保障“碳达峰、碳中和”、生态文明建设和美丽中国的战略需求,成为煤炭工业高质量发展亟待破解的瓶颈。围绕煤炭开采地质条件演化和多圈层结构响应,提出了破解煤炭安全开采、环境保护和可持续发展问题的“6R”(可恢复“Recover”、可再用“Reuse”、可减损“Reduce”、可再储“Restore”、可循环“Recycle”、可再生“Renewable”)开发理念和煤矿区资源安全、绿色开采和减损地质保障的科学内涵和研究思路,主要内容包括:明晰煤炭开采地质条件的演化规律,厘清安全开采与绿色开采的关系,建立煤炭安全开采和绿色开采的协调机制,应用地质工程手段保障煤炭安全减损开采和绿色开采,形成煤炭开发、多资源利用、水土保护、生态屏障、土地安全等一体化的全链条调控策略和开发理念;基于安全开采和绿色开采协调的“碳、水、环”约束下煤炭开采区采动影响地质结构和地质条件功能再利用理念,建立基于煤炭开采区地质结构保护与煤炭安全、绿色开采的多方位、全时空监测-预测-预警体系,剖析减损开采的地质主控因素,提出关键岩层组合关系和隔水封闭层位的动态评价和保护与修复方法,形成基于关键岩层和隔水层损害程度、宏观裂隙形态与地下水导流能力控制的减损开采理论与模式;推进“煤炭安全、绿色开发→地质条件保护、修复、利用→资源再利用和可持续发展”全周期和全链条减损保障研究,通过开采调控、岩层控制、工程防治和修复重构,形成多圈层功能服务的煤矿区地质条件保护和重构技术及理论,打造“碳、水、环”约束下地质条件再利用的煤炭开采区“碳-水-生态-能源”的储蓄库,发展人地和谐和产业可持续开发模式。“碳、水、环”约束下的煤炭减损开采地质保障研究,服务于煤炭安全、绿色开采和地质环境保护、经济社会可持续发展,实现煤炭开采区地表生态和谐与地下空间功能利用,形成能源安全牵引、减碳低碳驱动、水资源和水环境保护、生态环境和谐下的煤矿区可持续发展的全链条开发减损地质保障格局。 展开更多
关键词 “碳、水、环”三重约束 多圈层响应 减损机制 煤炭开采地质保障 全链条综合开发
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煤炭开采地质体复合损害与减损保障 被引量：2
2
作者 王双明 孙强 +8 位作者 胡鑫 耿济世 侯恩科 王生全 周书涛 师庆民 袁士豪 陈凯 宋世杰 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第1期1-11,共11页
【目的和背景】煤炭长期处于我国主体能源地位。随着近年开采规模和强度的增大,煤炭开采区岩石、土壤、水圈、生态环境的关联程度得到强化,急需从地球系统科学的理念出发,理解煤炭安全开采和绿色开采中围岩移动变形、冲击地压、煤与瓦... 【目的和背景】煤炭长期处于我国主体能源地位。随着近年开采规模和强度的增大,煤炭开采区岩石、土壤、水圈、生态环境的关联程度得到强化,急需从地球系统科学的理念出发,理解煤炭安全开采和绿色开采中围岩移动变形、冲击地压、煤与瓦斯突出、涌突水、地面沉陷、水土流失、生态环境损害等之间的耦合关系和链生特征。【方法和结果】提出基于地质结构控制和岩体结构采动响应的地质体复合损害科学研究内容、关键问题与减损地质保障思路,包括:(1)开展煤矿区煤−岩−水−土−生态圈层组合关系与动态响应特征研究,剖析复合损害形成的地质基础条件,厘清开发背景下各圈层采前、采中、采后地质条件动态演化特征,建立煤−岩−水−土−生态环境动态耦合演化模型。(2)建立复合损害协同驱动模型,精准识别量化各要素的关键状态参量,查明损害类型及其主控因素,揭示采动多场耦合响应规律与复合损害演化过程。(3)基于煤炭开采下多圈层损害之间的关联性,关注复合损害动态演化过程与对应关键状态参量变化,建立煤矿区复合损害协同预测监测与防控体系。(4)构建“五体系一平台”(精准勘探体系、智能感知体系、快速解译体系、风险评估体系、工程减损体系和采动复合损害综合分析平台),科学分析煤炭埋藏条件、岩体结构条件、水文地质条件、生态环境条件等自然因素及岩−水−土−生态环境多圈层响应规律等地质信息,实现地质结构条件透明化、评价模型及方法有效化、煤炭开发模式优选化、风险动态预测超前化、地质保障策略科学化。煤矿围岩复合损害地质保障研究能够为煤炭减损开采提供科学指导,服务煤炭绿色安全开采与生态环境保护。 展开更多
关键词 岩体形变 多圈层响应 复合损害 时空演化 地质减损 煤炭
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陕北黄土覆盖区煤层上覆岩系层状结构对开采区土壤损伤效应研究 被引量：2
3
作者 王双明 宋世杰 +5 位作者 魏江波 刘浪 牛瑞琳 李源红 谈庆钰 田雨 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期23-42,共20页
煤炭开采区生态保护是黄河流域高质量发展亟需破解的重大难题。科学认识煤层上覆岩层对煤炭开采采动损害向地表传递的响应规律是实现煤矿区生态环境全生命周期保护的重大需求。以陕北黄土覆盖区煤炭开采区为研究对象,综合运用野外地质... 煤炭开采区生态保护是黄河流域高质量发展亟需破解的重大难题。科学认识煤层上覆岩层对煤炭开采采动损害向地表传递的响应规律是实现煤矿区生态环境全生命周期保护的重大需求。以陕北黄土覆盖区煤炭开采区为研究对象,综合运用野外地质调查、采样测试、数值模拟、室内实验和理论计算方法,针对覆岩层数、层厚、岩性、厚硬岩层与煤层的空间位置等层状结构对地下采煤的“响应-传递”特点,研究了相同采矿条件下煤层覆岩层状结构对采动覆岩应力场的影响规律,揭示了不同煤层覆岩层状结构下土壤物理、化学、微生物、侵蚀四大特性的损伤特征及煤炭开采区土壤物理、化学、微生物特性变化对侵蚀特性的作用机制。结果表明:①相同或相近的采矿条件下,采煤沉陷区地表生态损害结果的迥异主要取决于煤层上覆岩(土)层对地下采煤活动的应力应变响应、由下向上的传递及土壤损害特点。在覆岩层状结构与采动应力传递的耦合下,煤层覆岩自下而上形成了垂向强力链塑性变形区(VCP)、水平强力链弹塑性变形区(HCEP)、水平强力链弹性变形区(HCE)的采动损害特征。其中,煤层覆岩下部的互层结构及特征对塑性变形区界面高度具有重要影响。煤层上覆岩(土)层和地表土层(壤)均是地下采煤活动及其损害作用的响应载体。岩层层数、层厚、岩性、厚硬岩层与煤层的空间位置及地表变形等是影响土壤损害类型及特点的重要地质因素。②厚砂岩在覆岩中的位置是地下“VCP-HCEP”界面、“HCEP-HCE”界面发育高度和地表形变程度的第一主控因素,决定了“两界面”的发育位置和地表变形的程度,高位厚砂岩对“两界面”发育和地表形变具有较明显的抑制作用;砂层系数作为第二主控因素,在既定厚砂岩位置且砂层系数小于73%条件下与“两界面”发育和地表形变均呈正相关关系;③基于两大主控因素划分了4个覆岩层状结构基本类型,从“地下覆岩层状结构基本类型+地表形态变化程度+地表采动损害形式+土壤质量特性指标”耦合的角度,发现“低位厚砂岩+砂层系数大于73%”类型对地表土壤损害效应最为显著,其中沉陷坡面土壤物理、化学、微生物特性指标的损伤均集中在坡顶、坡中部位,降幅介于11.81%~42.01%(p<0.05);采动地裂缝是沉陷坡面土壤损伤的主要原因;④“低位厚砂岩+砂层系数大于73%”类型对坡面土壤可蚀性K值的放大效应最为明显,平均增幅为26.38%(p<0.05),其中坡顶部位土壤可蚀性K值平均增幅最大,为37.98%(p<0.05);沉陷坡面同一部位裂缝区土壤可蚀性K值平均增幅较非裂缝区高出92.28%(p<0.05);黄土沉陷坡面可蚀性K值与土壤孔隙度呈极显著正相关关系(p<0.01),与土壤含水率、黏粒质量分数、有机质质量分数、速效养分质量分数、土壤微生物数量及酶活性呈极显著负相关关系(p<0.01)。因此,“低位厚砂岩+砂层系数大于73%”的覆岩层状结构类型区是陕北黄土沟壑煤炭开采区生态损害的关键区域,应采取充填减沉、土壤改良等人工措施进行保护与修复,对于“低位厚砂岩+砂层系数小于73%”和“高位厚砂岩+砂层系数大于73%”的覆岩层状结构类型区可采取人工辅助的生态修复方式,对于“高位厚砂岩+砂层系数小于73%”的覆岩层状结构类型区则可采取自然恢复方式进行生态修复。 展开更多
关键词 覆岩层状结构 响应传递 土壤 损伤效应 陕北矿区
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煤基固废规模化绿色低碳利用研究进展与创新路径
4
作者 刘浪 朱梦博 +5 位作者 王双明 杨潘 于博 阮仕山 杨军军 解耿 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第6期82-103,共22页
煤炭的开采与加工为我国提供了可靠的能源保障和关键的化工原料,有力地推动了工业的快速发展和社会的进步。然而,这一过程也产生了巨量的煤基固废。煤基固废不仅占用了大量土地资源,还对环境造成了不同程度的污染,尤其是在长期堆存过程... 煤炭的开采与加工为我国提供了可靠的能源保障和关键的化工原料,有力地推动了工业的快速发展和社会的进步。然而,这一过程也产生了巨量的煤基固废。煤基固废不仅占用了大量土地资源,还对环境造成了不同程度的污染,尤其是在长期堆存过程中,可能释放有害气体、重金属及其他有毒物质,威胁水源、空气和土壤安全。如何高效且规模化地利用煤基固废,成为当前实现资源循环利用、减少环境污染的关键技术挑战。通过分析煤基固废的产生、分类、特性及其环境影响,对现有煤基固废进行了重新归类,系统总结了其在矿山充填、建筑材料及生态修复等领域的成熟规模化利用模式,提出了煤基固废绿色低碳利用的创新路径。研究表明:①煤基固废可归类为变性和原性煤基固废两大类,其中变性煤基固废具有开发胶凝材料和固碳功能材料的潜力,而原性煤基固废则具备天然砂石骨料和土壤材料的特性;②当前,煤基固废的主要规模化利用模式包括矿山充填(如胶凝材料、膏体充填和注浆充填)、建筑材料(如水泥辅料、筑路材料和预制件)、生态修复(如坍陷区回填、荒地复垦和土壤改良)和资源提取利用(炭质组分、铝、硫和稀有元素);③提出了煤基固废分级分质全组分利用的新技术,通过提取高价值组分并将剩余组分用于采空区充填,实现其最大化资源利用;④探讨了煤基固废改性协同处置高盐废水、改性充填协同储库构筑及功能性储库协同封存危险固废的创新技术。上述研究旨在提高大宗煤基固废的资源利用效率,推动煤炭产业绿色转型,为煤炭资源的可持续发展提供新路径。 展开更多
关键词 变性煤基固废 原性煤基固废 绿色低碳 规模化利用
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煤炭开采地球关键带响应及减损开采技术体系 被引量：1
5
作者 王双明 孙强 +6 位作者 耿济世 袁士豪 贾海梁 王生全 张卫强 胡建军 李得路 《中国地质》 北大核心 2025年第1期1-21,共21页
【研究目的】破解能源安全兜底保障和生态环境保护的矛盾是当前生态脆弱区煤炭资源开发面临重大难题。煤炭资源大规模、高强度的开采在引起地质条件快速变化的同时,也影响着矿区地球关键带结构和功能。地球关键带是指从地下水底部或者土... 【研究目的】破解能源安全兜底保障和生态环境保护的矛盾是当前生态脆弱区煤炭资源开发面临重大难题。煤炭资源大规模、高强度的开采在引起地质条件快速变化的同时,也影响着矿区地球关键带结构和功能。地球关键带是指从地下水底部或者土壤−岩石交界面一直向上延伸至植被冠层顶部的连续体域。【研究方法】围绕如何理解地球关键带运行与煤炭开发地质条件演化的关系,基于煤炭采动地质条件解析与关键带响应阐明了煤炭开采影响区地球关键带的响应模式、监控技术、预测方法和保障策略及减损工程。立足“煤炭资源开采地质条件演化与地球关键带保护”,从关键带对煤炭开发响应的科学内涵、科学问题、研究思路和保障方案四个方面,系统剖析了煤炭开发地球关键带减损保障的理论与技术。【研究结果】关键带对煤炭开采响应研究思路主线是“煤炭采前地质条件和关键带结构及要素→地质条件变化和关键带响应模式及演化状态判识→全时空主被动多源信息响应及动态监控→关键带结构−功能动态演化模型及智能预测评价→关键带减损地质保障策略及修复−重构一体化技术方法”。研究内容包括:(1)查明煤炭赋存的地质结构、水文地质、岩层组合、地应力等开采地质条件因素综合特征,揭示地球关键带和下部煤层、岩层及地下水的空间关系特征,进行对关键带多要素、多模态、多场景的精细表征,形成包括环境承载力指标体系、评价模型和承载力分区在内的快速查询、智能分析数字化平台;(2)解析开采影响下岩(土)层裂隙场与关键带水文循环的连通关系,揭示地质条件和关键带的协同演化机制,提出地球关键带对煤炭开发响应模式的判识方法;(3)研究开采因素下岩层结构、裂隙网络、渗流通道、应力−能量集中特征、物质循环、能量交换与多源信息场的时空演化关系,构建煤炭开发全生命周期下的地球关键带全时空信息响应映射模型;(4)构建煤炭开采全生命周期条件下地球关键带空−天−地−钻(孔)−井(下)的全空间、多方位的多源信息量融合监测体系,形成煤炭开采影响下地球关键带界面结构和运行过程要素监控分析系统,预测分析煤炭开发区地球关键带的结构变化、响应模式、运行过程和生态环境效应;(5)提出煤及煤系资源协同开发、矿井水综合利用、煤炭开发地下空间规模化利用等技术,建立基于多源信息的地质条件和关键带结构监控技术,实现“地质结构条件透明化、损害关键要素数字化、演化过程监控信息化、模型预测智能化、关键带保障技术精准化”。【结论】地球关键带地质保障涵盖地质条件、开采模式、监控系统、预测方法和减损技术等方面,追求煤炭安全开采与地质环境保护协调发展,破解资源开发与地质环境制约之间矛盾,完善生态脆弱区煤及煤系资源综合开发和地球关键带功能减损保护及修复重构的理论与技术,为建设资源节约型和环境友好型社会提供地质、力学、物理基础的科学依据,推动煤炭工程实践与安全理论深入发展。 展开更多
关键词 煤炭 地球关键带 开采地质条件 响应模式 多场信息 综合开发利用 矿产勘查工程
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蒙陕接壤区煤炭开采过程中矿井水来源 被引量：1
6
作者 杨建 李慧 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1263-1275,共13页
蒙陕接壤区作为我国能源安全的核心保障区域,同样也是黄河流域生态保护和高质量发展的关键地带。该区域煤炭资源的高强度开采可能对生态环境造成重大影响,尤其是对地表以下浅层第四系含水层的破坏。由于难以精确评估顶板各含水层的渗漏... 蒙陕接壤区作为我国能源安全的核心保障区域,同样也是黄河流域生态保护和高质量发展的关键地带。该区域煤炭资源的高强度开采可能对生态环境造成重大影响,尤其是对地表以下浅层第四系含水层的破坏。由于难以精确评估顶板各含水层的渗漏情况,这增加了制定科学、有效的保水采煤策略的难度。本研究基于对蒙陕接壤区地下水中环境同位素(D和18O)的检测与分析,应用同位素质量守恒原理,计算了矿井水水源的相对贡献量。研究发现,各含水层水中的环境同位素受地形地貌、地层结构和地下水赋存等因素的影响。研究区的第四系地下水主要来源于大气降水和地表水,具有快速的循环更替速度,表现为富含氚的现代水补给特征,其δD值和δ^(18)O值大气降水和地表水相近。深埋区的白垩系与第四系水力联系紧密,循环更替过程较长,导致环境同位素值有所降低。白垩系和侏罗系地下水受垂向补给控制,循环更替速度减缓,δD值和δ^(18)O值逐渐降低,其中白垩系地下水的δD值为–80.2‰~–75.6‰,δ^(18)O值为–10.6‰~–8.7‰。浅埋区和中深埋区地层由于沉积时间长,成岩作用较好,加之后期构造运动的影响,与第四系或新近系直接接触,接受第四系地下水补给,导致δD值和δ^(18)O值相对较高。而深埋区的侏罗系地层由于本身厚度较大,上覆有厚层的第四系和白垩系地层,地下水补给条件较差,地下水径流过程漫长且较为封闭滞流,因此δD值和δ^(18)O值相对较低。本研究利用地下水中的δD值,通过二元混合模型计算得出,在浅埋区的矿井水中,第四系水的比例有所不同:SGT和HLG煤矿的占比小于20%,而BLT和LSJ等煤矿的占比介于28.0%~57.0%,YBJ煤矿的占比则接近80%。在中深埋区,矿井水中第四系水的比例通常小于20%,但在开发较早、顶板存在保德组红土层“天窗”的HLW和SS煤矿中,第四系水的比例分别达到了37.05%和26.24%。在深埋区,矿井水中白垩系水的占比约为30%。IsoSource模型的计算结果显示,第四系水的贡献率在7.6%~9.3%间,白垩系水的贡献率在12.0%~17.1%间,而侏罗系上段水的贡献率在74.9%~80.4%间,且不同矿区的矿井水中各水源的贡献率相近。本研究准确识别了矿井水中各含水层水的来源比例,对于蒙陕接壤区的保水采煤和生态环境保护具有重要的实际意义。 展开更多
关键词 环境同位素 矿井水 煤炭开采 水源判别模型 顶板地层结构
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论煤炭绿色开采的地质保障 被引量：135
7
作者 王双明 孙强 +1 位作者 乔军伟 王生全 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期8-15,共8页
受“缺油、少气、相对富煤”能源资源禀赋特点制约,煤炭一直是我国能源安全的基础保障。煤炭资源是地球演化过程形成的层状沉积矿产,是近地表地壳的组成部分,煤炭开采会对地质条件和生态环境造成损害。煤炭绿色开采地质保障从煤炭资源... 受“缺油、少气、相对富煤”能源资源禀赋特点制约,煤炭一直是我国能源安全的基础保障。煤炭资源是地球演化过程形成的层状沉积矿产,是近地表地壳的组成部分,煤炭开采会对地质条件和生态环境造成损害。煤炭绿色开采地质保障从煤炭资源赋存地质条件出发,为实现煤炭资源安全高效开采、减缓和减小采掘工程对地质条件和生态环境损害,提供地质理论和技术支撑。从绿色开采地质保障的内涵、科学问题、技术问题、研究思路4个方面系统阐释了煤炭绿色开采地质保障理论与技术。煤炭绿色开采地质保障突出深部煤炭资源开采扰动下的地质条件变化,强调煤炭开采活动与地质结构和地表生态环境变化的整体研究,关注地下采掘工程引起时空效应范畴的地质条件变化和生态环境演化之间的耦合机制。总体研究思路是开采前精细勘查、开采过程有效减损、开采后恢复利用。采前实施空天地一体化精细勘查,查明煤系矿产资源空间赋存特征及维系地表生态系统的主要地质因素,构建涵盖煤系资源、地质条件、生态环境等要素的高精度三维模型,评价煤炭资源最佳利用方向和区域环境承载能力;采中进行地质条件损害探测、监测,揭示应力场、形变场、渗流场变化规律,研究煤系气、地下水运移和涌出特点,分析导致围岩动力灾害发生的地质因素,提出煤与瓦斯突出、水害、冲击地压等灾害超前预警理论及防控措施;采后进行采空区水体、有害气体、遗留资源的探测,巷道围岩、煤柱变形特征监测,研究煤-岩-水相互作用及采空区稳定性变化,开展地质条件及地表生态恢复演化过程研究,提出地下空间及遗留资源的综合利用理论与技术。煤炭绿色开采地质保障涵盖找煤、勘探、开采及采空区利用全过程,追求煤系矿产资源和生态环境保护协调发展。 展开更多
关键词 煤炭 绿色开采 地质保障 精细勘查 有效减损 恢复利用
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煤炭原位开发地质保障 被引量：16
8
作者 王双明 孙强 +5 位作者 胡鑫 耿济世 薛圣泽 刘浪 师庆民 魏江波 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2024年第1期1-11,共11页
“双碳”目标下,面对“缺油、少气、相对富煤”的资源禀赋特征,煤炭在一段时期内仍占据中国的主体能源地位,但煤炭的低碳、清洁开发转型势在必行。地下原位热解、气化、干馏、制氢等方式有望成为未来煤炭开发的重要抓手。当前对煤炭原... “双碳”目标下,面对“缺油、少气、相对富煤”的资源禀赋特征,煤炭在一段时期内仍占据中国的主体能源地位,但煤炭的低碳、清洁开发转型势在必行。地下原位热解、气化、干馏、制氢等方式有望成为未来煤炭开发的重要抓手。当前对煤炭原位开发已有较多探索,但地质选址和开发过程的地质安全性、可靠性和环保性仍是制约其规模化和商业化的科学难题。因此,煤炭原位开发地质保障的理论和技术研究亟待深入。秉持“安全、经济、环保、可持续”原则,从煤炭资源禀赋特征和地质条件出发,分析了煤炭原位开发研究现状;基于煤炭开发全生命周期的科学理念,提出了“煤炭原位开发地质保障”的科学内涵;在查明采前地质条件的基础上,从物理机制角度揭示深部原位开发过程中围岩地质体响应特征和损害规律,阐明原位开发中岩体工程地质力学行为,构建原位开发地质条件动态评价模型,形成原位开发减损保障策略和方法,提出原位开发空间的再利用途径,并以煤炭地下气化和地下热解2种开发模式为例阐述了原位开发阶段性,明确了原位开发区设计的地质条件要素,强调开发过程中实时动态监测和评价围岩地质体响应保证开发区密封性与安全性,实现地质条件时空演化的评价及地质风险可控性,此外注重协同开发深部热能与共伴生资源,实现残余资源利用和地下空间再利用。煤炭原位地质保障研究体现了资源赋存条件、地质环境约束、原位开发技术、地质风险防控、资源协同开发等层面的要求,突出了原位扰动条件下的地质条件变化,强调开发扰动与地质体结构的整体研究,理解原位开发时空效应范畴的多相场耦合损伤机制,从多圈层角度揭示原位开发扰动效应下地质风险模式,破解资源开发与地质环境制约之间矛盾,对于推动未来煤炭低碳开发,实现煤炭工业高质量发展具有重要的理论和实践指导意义。 展开更多
关键词 深埋煤层 原位开发 碳中和 地质储能
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西部矿区采动损害及减损开采的地质保障技术框架体系 被引量：8
9
作者 王双明 孙强 +9 位作者 耿济世 袁士豪 谷超 杨多兴 牛超 路拓 郭晨 张唤兰 黄海鱼 师庆民 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1-13,共13页
【目的】煤炭在我国的主体能源地位短期内难以发生改变,是我国能源发展的兜底保障。煤炭资源大规模、高强度的开采损害煤矿区地质环境,同时导致突水、冲击地压等灾害。【方法】围绕煤矿安全高效开采面临的地质环境损害预测预警难和减损... 【目的】煤炭在我国的主体能源地位短期内难以发生改变,是我国能源发展的兜底保障。煤炭资源大规模、高强度的开采损害煤矿区地质环境,同时导致突水、冲击地压等灾害。【方法】围绕煤矿安全高效开采面临的地质环境损害预测预警难和减损开采保障压力大等难题,基于煤炭采动损害预测与减损地质保障多学科交叉特点,突出地质条件的控灾机理和采动致灾模式,强调煤炭开采模式与地质结构演化全时空多场响应,分析采动效应下地质条件物质场、能量场、信息场的耦合机制,厘清损害模式和预警信息关键参量的映射关系,形成安全高效开采的地质保障策略和减损控灾工程技术体系。【结果和结论】研究思路为“孕灾环境→损害机制→过程响应→损害预测→防灾减损”,技术路线是“煤矿开采地质环境条件→地质结构演化规律及损害模式→多物理场演化全时空信息响应→损害监测及预测预警→减损保障工程技术”。核心内容包括:(1)剖析地质条件与致灾地质体的空间关系和成因联系,构建高精度的三维地质力学模型,阐明地质结构、开采条件和损害模式的映射关系,建立主控要素的特征参量数据库;(2)构建采动效应下的工程地质力学模型,研究开采方式、空间布局、采动速率等影响下地质条件结构的时空演化特征和损害机制,提出考虑地质体关键结构破坏演化规律的损害模式判识方法;(3)获取采动过程地质结构演化背景下的全时空多源信息响应,提出主控参量作用下的损害模式识别标准,进而厘清裂隙场、应力场、渗流场与地球物理场信息参量的镜像关系,建立基于地质条件物质场、能量场和信息场耦合响应的全时空信息映射模型;(4)构建地面-钻孔-井下的全空间、多方位、主被动的一体化多源监测体系,提出煤矿采动损害预测模型和预报方法;(5)构建基于损害源、损害模式、损害动力、损害通道剖析以及减损技术与效果评价于一体的减损控灾体系,追求煤炭安全开采与地质环境保护协调发展,破解资源开发与地质环境制约之间的矛盾,为煤矿安全高效开采和防灾减损提供地质、力学、物理基础的科学依据。 展开更多
关键词 地质保障 地质损害 减损开采 多场信息响应 损害模式图谱 减损控灾技术
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“双碳”目标下煤炭绿色低碳发展新思路 被引量：54
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作者 王双明 刘浪 +8 位作者 朱梦博 申艳军 师庆民 孙强 方治余 阮仕山 何伟 杨潘 王建友 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期152-171,共20页
在“双碳”目标背景与当前技术条件下,“煤”“废”“碳”构成了煤炭的“不可能三角”,严重制约着煤炭行业的绿色低碳可持续发展。秉持“以废治废”“从哪里来到哪里去”的原则,着眼“煤”的减损化开采、“废”的功能化利用、“碳”的... 在“双碳”目标背景与当前技术条件下,“煤”“废”“碳”构成了煤炭的“不可能三角”,严重制约着煤炭行业的绿色低碳可持续发展。秉持“以废治废”“从哪里来到哪里去”的原则,着眼“煤”的减损化开采、“废”的功能化利用、“碳”的低碳化处置三维视角,探索“煤”“废”“碳”协同发展路径,为破解煤炭“不可能三角”和推动煤炭绿色低碳发展提供全方位解决方案。具体包括:①阐明了“煤”的减损化开采科学内涵,明确了生态脆弱区含(隔)水层空间组合特征、采煤减损技术应用下的覆岩移动规律和覆岩采动损伤下的地表变形规律等减损化开采科学问题,提出了面间煤柱“掘-充-留”一体化、窄条带式充填开采和综采架后充填开采等减损化开采技术;②阐明了“废”的功能化利用科学内涵,明确了固废功能化利用的科学问题,包括镁-煤基固废原材料改性方法与机理、多元固废协同作用机制、全固废充填材料性能调控理论3个方面,形成了以固废原材料改性、固废基胶凝材料研发、全固废充填材料制备为核心的固废功能化利用关键技术体系;③阐明了“碳”的低碳化处置科学内涵,提出了“碳”的低碳化处置科学实践框架和实施路径,厘清了在“碳”的低碳化处置过程中关于矿化材料制备、封存空间构筑、CO_(2)封存机理与调控、CO_(2)封存长期环境效应和储库稳定性等方面的科学问题,明确了碎胀空间CO_(2)封存、煤矿CO_(2)固碳充填等关键技术,形成了利用煤矿采空区实现CO_(2)低碳封存的新模式。立足煤炭绿色低碳可持续发展,协同推进“煤”的减损化开采、“废”的功能化利用与“碳”的低碳化处置,对推动煤炭行业“双碳”目标实现具有重要意义。 展开更多
关键词 绿色低碳 减损化开采 功能化利用 低碳化处置
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西部生态脆弱区煤炭减损开采地质保障科学问题及技术展望 被引量：83
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作者 王双明 申艳军 +1 位作者 孙强 侯恩科 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2020年第4期1-15,共15页
我国能源禀赋特点决定了煤炭主体能源地位短期难以改变,其中,西部煤炭资源担负着我国基础能源自主供给的核心角色。但西部煤炭多处于干旱-半干旱带沙漠-黄土覆盖生态脆弱区,易因开采扰动引起地下水及生态环境产生显著影响。因此,减损开... 我国能源禀赋特点决定了煤炭主体能源地位短期难以改变,其中,西部煤炭资源担负着我国基础能源自主供给的核心角色。但西部煤炭多处于干旱-半干旱带沙漠-黄土覆盖生态脆弱区,易因开采扰动引起地下水及生态环境产生显著影响。因此,减损开采成为西部生态脆弱区煤炭资源安全高效开发与环境保护协调发展的必然选择。立足西部煤炭资源开发现实情况,提出了西部生态脆弱区煤炭减损开采面临的四大关键科学问题,即:①煤-水空间发育组合特征;②采动过程地质条件变化规律;③保水开采分区及地质判据;④西部煤炭减损开采技术体系构建思路。同时,详细阐述了煤炭减损开采技术发展状况及存在的现实难题。在此基础上,尝试构建西部生态脆弱区煤炭减损开采技术体系,并展望了西部煤炭减损开采技术未来发展方向。相关研究以期为西部生态脆弱区煤炭绿色减损开采提供借鉴。 展开更多
关键词 西部生态脆弱区 减损开采 科学问题
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基于排采数据的煤层气井排水-降压-产气有效性研究——以黔西织金区块为例 被引量：1
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作者 郭晨 史康 +9 位作者 秦勇 袁航 陈贞龙 高为 卢玲玲 李猴强 张旭阳 王祥 何红斌 张润涵 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第3期370-384,共15页
煤层气井排水、降压、产气是一个递进过程,可分解为排水降压与降压解吸产气2个环节,任一环节失效均会导致产气受限。通过分析排采数据剥离上述2个环节的有效性,明确解吸产气的主要制约因素,对于促进煤层气经济有效开发具有重要意义。构... 煤层气井排水、降压、产气是一个递进过程,可分解为排水降压与降压解吸产气2个环节,任一环节失效均会导致产气受限。通过分析排采数据剥离上述2个环节的有效性,明确解吸产气的主要制约因素,对于促进煤层气经济有效开发具有重要意义。构建了一种基于累计产水量与井底流压、累计产气量与井底流压、以及累计产水量与累计产气量3条关系曲线的排采有效性分析方法,具有水侵识别、水源劈分、气藏参数获取与关键环节剥离等功能,将其应用于黔西织金区块煤层气井排采动态分析,取得一定成效。基于累计产水量与井底流压关系曲线,上凹型代表水侵井,下凹型代表非水侵井。面向开发需求,将含气系统概念延伸为产气系统,指具有相近水文地质条件、开发动态及生产规律的含气系统及其组合,不同产气系统合采兼容性差。织金区块含煤地层可划分为上部(1~9号煤层)与下部(10~35号煤层)2套产气系统,上部产气系统水文地质开启程度高,易发生水侵,而下部产气系统水文地质条件较为封闭,无明显水侵现象,有利于高效降压与产气。气藏属性参数计算结果显示,水侵井具有启抽压力低,弹性产水指数高的特点,非水侵井与之相反。水侵井的水侵产水量大于弹性产水量,总产水量高;非水侵井主要产出弹性水,总产水量低。产水能量驱动类型的差异决定了排水降压有效性,进而影响了气井的产能潜力。限制或避免水侵、提高排水降压有效性将是织金区块老井提产改造与新井开发设计的基本思路。研究成果可为叠置煤层气系统发育背景下的煤层气井排采动态分析与产能主控因素诊断提供方法借鉴。 展开更多
关键词 煤层气排采 水侵识别 产气系统 合采 储层流体效应 动态分析
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煤炭开发推动地学研究发展 被引量：12
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作者 王双明 孙强 +4 位作者 谷超 李鹏飞 耿济世 王生全 师庆民 《中国煤炭》 北大核心 2024年第1期2-8,共7页
煤炭绿色开发地质保障理论和技术对推动我国煤炭工业高质量发展具有重要意义。基于煤炭开发技术与地学研究相互促进、相互依存的内在联系,分析了煤炭开发地质保障技术的研究现状,阐明了煤炭开发推动地学研究的科学内涵。认为,智能开采... 煤炭绿色开发地质保障理论和技术对推动我国煤炭工业高质量发展具有重要意义。基于煤炭开发技术与地学研究相互促进、相互依存的内在联系,分析了煤炭开发地质保障技术的研究现状,阐明了煤炭开发推动地学研究的科学内涵。认为,智能开采、深部开采、绿色开采对地质保障技术发展的需求,促进了“透明地质”“数字地质”以及“宜居地质”的技术进步,有利于地学学科拓宽研究领域、提升研究精度、拓展研究尺度。 展开更多
关键词 煤炭开发 地学研究 地质保障 科学内涵 综合研究
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面向对象的无人机遥感影像区域滑坡承灾体信息提取研究 被引量：1
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作者 毛正君 李欢 +3 位作者 石硕杰 孙婕文 仲佳鑫 于海泳 《工程地质学报》 北大核心 2025年第1期171-185,共15页
采用无人机遥感获取低成本、高空间分辨率且实时的影像,并基于面向对象分类自动提取滑坡承灾体信息意义重大。本文以宁夏固原市彭阳县红河镇为研究区,基于无人机遥感获取分辨率为0.13 m的174 km^(2)正射影像,在分析其滑坡承灾体影像特征... 采用无人机遥感获取低成本、高空间分辨率且实时的影像,并基于面向对象分类自动提取滑坡承灾体信息意义重大。本文以宁夏固原市彭阳县红河镇为研究区,基于无人机遥感获取分辨率为0.13 m的174 km^(2)正射影像,在分析其滑坡承灾体影像特征后,设定实验区并采用多尺度分割和单一尺度分割两种面向对象的滑坡承灾体信息提取方法,比较了基于两种尺度分割的滑坡承灾体信息提取精度和时间效率,通过方案优化实现了研究区滑坡承灾体信息提取。结果表明:(1)通过引入反映分割结果的均质性的局部方差指数,对实验区进行多尺度分割的最优分割尺度划分,通过构建光谱、范围、形状特征规则,能够依次在不同层次上提取出相应的承灾体信息;(2)在多尺度分割的基础上结合试算设置实验区单一分割尺度,承灾体信息提取的总体精度和Kappa系数虽逊于多尺度分割但相差不大,所需时间不到多尺度分割的四分之一;(3)综合考虑研究区滑坡承灾体空间分布、影像特征信息和实验区滑坡承灾体信息提取结果,确定研究区单一分割尺度优化方案。研究结果以期为区域滑坡承灾体信息提取、滑坡风险评估及风险管理提供必要参考。 展开更多
关键词 滑坡承灾体 无人机遥感 面向对象分类 尺度分割 信息提取
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煤炭绿色开发地质保障体系的构建 被引量：27
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作者 王双明 耿济世 +3 位作者 李鹏飞 孙强 范章群 李丹 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期33-43,共11页
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... 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。 展开更多
关键词 煤炭开采 地质保障 生态修复 学科交叉 理论体系
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煤矿地下空间生物质储能及地质保障
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作者 孙强 谷超 +5 位作者 耿济世 吴云 张玉良 葛振龙 黄震 胡建军 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第4期70-79,共10页
煤炭作为我国的主体能源,开采后遗留的地下空间既具有资源利用价值,也对环境存在潜在危害。因此,如何合理、高效地开发煤矿遗留空间资源是煤炭工业可持续发展亟待解决的关键问题。鉴于此,通过系统梳理煤矿地下空间利用特点和有机垃圾资... 煤炭作为我国的主体能源,开采后遗留的地下空间既具有资源利用价值,也对环境存在潜在危害。因此,如何合理、高效地开发煤矿遗留空间资源是煤炭工业可持续发展亟待解决的关键问题。鉴于此,通过系统梳理煤矿地下空间利用特点和有机垃圾资源化需求,提出了基于采煤地下空间的“可减量(Reduce)、可再用(Reuse)、可循环(Recycle)、可再生(Renew)、可再储(Restore)、可恢复(Recover)”的发展理念,构建了“煤矿地下空间有机垃圾资源化利用”的生物质储能模式,即将煤矿遗留地下空间改造为储能介质,实现有机垃圾的资源化利用,阐明了煤矿地下空间生物质储能及地质保障科学特征及内涵。综合考虑煤矿地下空间储能的封闭性、恒温性和容量优势以及生物质储能特征,提出了好氧空间利用模式、厌氧空间利用模式、热解空间利用模式3种储能实现路径。煤矿地下空间生物质储能地质保障的科学技术难题包括:储能环境适宜性评价与分析、储能空间合理规划与高效利用、地质体性能演化与全周期运行状态感知、资源化产物精准对征利用与储能空间循环再造。研究为煤矿地下空间高效开发与有机废弃物绿色处理提供了创新性思路,助力煤炭行业实现产能优化与生态效益的双重提升。 展开更多
关键词 煤矿 地下空间 有机垃圾资源化 地质保障 生物质储能
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“双碳”目标下煤炭开采扰动空间CO_(2)地下封存途径与技术难题探索 被引量：73
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作者 王双明 申艳军 +5 位作者 孙强 刘浪 师庆民 朱梦博 张波 崔世东 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期45-60,共16页
煤炭作为我国主体能源地位短期内难以改变,但煤炭工业发展面临着“碳达峰,碳中和”目标的新挑战,积极推动煤炭资源绿色开采与低碳利用,充分发挥煤炭安全供给的兜底作用,是保障国家能源安全的重大现实需求。而CO_(2)排放是煤炭工业可持... 煤炭作为我国主体能源地位短期内难以改变,但煤炭工业发展面临着“碳达峰,碳中和”目标的新挑战,积极推动煤炭资源绿色开采与低碳利用,充分发挥煤炭安全供给的兜底作用,是保障国家能源安全的重大现实需求。而CO_(2)排放是煤炭工业可持续发展面临的最大制约,探索大规模、低成本CO_(2)封存技术是煤炭资源低碳化利用必须面对及破解的难题。在对煤层自然封存CO_(2)和CO_(2)气藏赋存地质条件研究基础上,探讨和展望利用煤炭开采、地下气化及原位热解等形成的扰动空间进行CO_(2)地下封存的技术途径,并明确了实现CO_(2)地下高效封存的必备条件:①煤层上部存在不受开采扰动影响的地质密闭层是实现煤矿扰动空间CO_(2)封存的先决要求;②构建功能性充填空间是实现CO_(2)地下封存的核心工作;③由功能性充填体围限的碎裂岩体、气化煤灰及热解半焦等封存载体物性特征是影响CO_(2)封存量及封存效果的重要因素。据此,剖析了进行CO_(2)地下封存亟待解决的技术难题:①实现CO_(2)地下封存的地质条件及评价方法;②构建CO_(2)封存空间的材料与工程技术;③煤炭开采、气化及热解扰动范围探测与CO_(2)封存潜力评价;④CO_(2)充注与封存效果监测及评估。在此基础上,针对煤炭开采、地下气化及原位热解过程中形成的扰动空间特点,分别提出了煤层采空区碎裂岩体、煤地下气化灰渣及碎裂岩体、煤原位热解半焦进行CO_(2)地下封存的实现途径。 展开更多
关键词 “双碳”目标 煤炭开采扰动空间 CO_(2)地下封存 地质盖层 扰动空间 封存途径
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“双碳”目标下煤炭能源地位变化与绿色低碳开发 被引量：105
18
作者 王双明 申艳军 +3 位作者 宋世杰 刘浪 顾霖骏 魏江波 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期2599-2612,共14页
在发挥煤炭能源安全供给兜底作用的同时,实现煤炭资源绿色安全开采、清洁低碳利用,是关乎国家能源安全和发展全局的重要命题。分析了国际发展环境变化对我国利用国际市场油气资源的影响,研究了建设社会主义现代化强国对能源供给的刚性需... 在发挥煤炭能源安全供给兜底作用的同时,实现煤炭资源绿色安全开采、清洁低碳利用,是关乎国家能源安全和发展全局的重要命题。分析了国际发展环境变化对我国利用国际市场油气资源的影响,研究了建设社会主义现代化强国对能源供给的刚性需求,立足于现阶段我国煤为主体的能源开发利用现状,遵循建设人与自然和谐现代化的根本要求,提出了在实现“双碳”目标进程中,煤炭工业绿色低碳发展方向及路径。(1)我国油气资源对外依存度分别超过70%和40%,油气战略储备不足,在国际形势深刻变化的背景下,利用国际市场油气资源的不确定性增加,国家能源安全外部风险有所增加。(2)建设社会主义现代化强国必然带动能源需求刚性增长,在新能源目前难以安全有效替代化石能源的情况下,化石能源的主体能源地位短期内难以改变。(3)对标“双碳”目标,“达峰前”煤炭消费占比呈现持续下降态势,消费总量将迎来拐点。而“达峰后”煤炭主体能源地位将弱化,但战略性矿产资源和煤基原料作用会进一步凸显。(4)在“双碳”目标驱动下,煤为主体的基本国情决定了煤炭将继续承担能源安全供给兜底的重大使命,进一步发挥战略性矿产资源的原料作用。但煤炭的高碳资源属性决定了煤炭开发利用将面临保供和减碳的双重压力。因此,科学服务经济社会高质量发展对能源安全保供和绿色低碳的重大需求,必须立足现阶段我国煤为主体、新能源为补充的能源生产和供给特点,以实现生态文明建设新进步为根本遵循,加大煤炭减损开采与生态碳汇、深部煤层与煤炭采空区CO_(2)地质封存和煤矿区新能源协同开发利用关键技术攻关力度,用技术创新支撑“双碳”目标下我国煤炭工业高质量发展。 展开更多
关键词 “双碳”目标 能源安全 煤炭能源地位 绿色低碳开发 技术挑战
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黄土沟谷区浅埋煤层开采覆岩破坏与地表损伤特征研究 被引量：23
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作者 王双明 魏江波 +2 位作者 宋世杰 侯恩科 孙涛 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1-9,共9页
黄土沟谷区浅埋煤层开采地表非连续性的开裂损害,不仅引发了许多生态环境问题,也加大了生态修复难度,严重威胁着矿区生态安全。浅埋煤层开采地表非连续变形是特殊地质条件下覆岩破坏移动的结果,为更加系统地研究覆岩破坏对地表非连续性... 黄土沟谷区浅埋煤层开采地表非连续性的开裂损害,不仅引发了许多生态环境问题,也加大了生态修复难度,严重威胁着矿区生态安全。浅埋煤层开采地表非连续变形是特殊地质条件下覆岩破坏移动的结果,为更加系统地研究覆岩破坏对地表非连续性损害的影响规律,以陕北安山井田125203工作面为地质原型,采用离散元数值模拟与物理相似材料模拟相结合的方法,模拟分析了覆岩及地表破坏、岩块尺寸分布及力链演化等特征,揭示了覆岩力链演化对块体分布和地裂缝发育的影响规律,阐明了覆岩破坏块体对地表非连续损害的控制效应。研究结果表明:黄土沟壑缓坡地带浅埋煤层开采覆岩垂向变形与水平移动受地形影响较大;覆岩破坏形成双分层块体结构,分层界面距煤层底板11.0 m,下分层块体平均长度小于5.0 m,上分层大于5.0 m,覆岩块体平均长度随岩层至煤层底板距离的增大呈幂指数增长特征,地表块体平均长度由坡底至坡顶逐渐增大;下分层垮落压实的岩块结构和应力集中的力链结构,影响着上分层块体和力链的分布及地裂缝的发育,地裂缝平均间距与上分层应力集中点平均间距基本一致,主沟段顺坡、沟底和逆坡地裂缝平均间距分别约为下分层应力集中点平均间距的1.10倍、0.75倍和1.95倍,分别约为下分层岩块平均长度的2.93倍、2.00倍和5.18倍;“砌体梁”位移模型可以很好地描述下分层底部岩块的下沉移动过程和特征,进而反映覆岩块体的双分层结构特征和地表的损害效应。该研究结果可为黄土沟谷区浅埋煤层开采条件下沉陷控制与修复提供新的科学依据。 展开更多
关键词 黄土沟谷区 浅埋煤层 覆岩破坏 地表裂缝 颗粒流
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煤层气合采地质研究进展述评 被引量：25
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作者 郭晨 秦勇 +7 位作者 易同生 马东民 王生全 师庆民 鲍园 陈跃 乔军伟 卢玲玲 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期42-57,共16页
煤层气合采是提高多煤层区煤层气开发效率的重要途径,但成藏作用的特殊性决定合采方式与产能效果复杂多变,高效开发面临较大挑战。我国煤层气地质工作者围绕多煤层煤层气成藏与合采可行性开展大量基础研究与工程实践,取得丰富的阶段性成... 煤层气合采是提高多煤层区煤层气开发效率的重要途径,但成藏作用的特殊性决定合采方式与产能效果复杂多变,高效开发面临较大挑战。我国煤层气地质工作者围绕多煤层煤层气成藏与合采可行性开展大量基础研究与工程实践,取得丰富的阶段性成果,为深化煤层气开发地质理论、推动产业发展提供有力支撑。从叠置煤层气系统成藏机理、合采地质约束条件、合采可行性判识方法、合采储层伤害4个方面,系统分析评述我国煤层气合采地质领域的最新研究进展,以期为后续研究开展、工程实施与产业建设提供参考。主要认识可概括为:(1)深化了叠置煤层气系统成藏的层序控气机理以及成岩作用与地应力的后期改造效应;构建了煤系地下水环境化学封闭指数,为判识含气系统叠置性及流体动力条件提供了新的参数,结合流体压力剖面识别出3类含气系统叠置地质模式(增长型、衰减型和稳定型);进一步将叠置煤层气系统理念扩展到煤系气范畴,提出煤系复合储层叠置含气系统“共采兼容性”理论与方法体系,并应用于煤系气合采先导示范工程,取得初步应用成效;(2)华北石炭-二叠系(太原-山西组)与黔西-滇东上二叠统(长兴-龙潭组)是煤层气合采研究与工程实践的热点区域(层域),压力系统及渗透性差异是合采中最受关注的地质因素。华北山西组、太原组的水动力系统与供液能力差异是制约合采效果的重要因素,黔西-滇东地区合采煤层的最大层间跨度、累计煤厚、煤体结构受到更多关注,表层水干扰是制约织金区块煤层气合采效率的关键;(3)产能分析、物理模拟、数值模拟、产出水地球化学分析是煤层气合采可行性与干扰判识的重要方法,提出了基于产出水地球化学解析合采井产出水源和判识干扰程度的基本思路、技术图版和评价流程及基于产能曲线分峰剥离的产层贡献分析方法,技术方法的不断成熟、创新为煤层气合采方案、工艺优化与效率提升提供了有力支撑;(4)煤层气合采对地质条件与工程扰动更为敏感,易诱发储层伤害,涉及产层暴露诱发的贾敏效应与气锁伤害,压力系统与渗透性差异诱发的应力与速度敏感伤害。均一化储层改造、分压力系统开采(分时间或分空间)、精细化排采设计与管控是降低储层伤害的有效途径。 展开更多
关键词 煤层气合采 地质研究进展 叠置含气系统 干扰判识 储层伤害 产出水 煤系气
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