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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煤炭原位开发地质保障 被引量：19

2

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：11

3

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”目标下煤炭能源地位变化与绿色低碳开发 被引量：118

4

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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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：86

5

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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蒙陕接壤区煤炭开采过程中矿井水来源 被引量：2

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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陕北富油煤综采面原煤粒级差异及其最佳利用适配

7

作者 乔军伟 李领晨 +6 位作者 师庆民 赵泓超 张蕾 姜毅 张煜 傅鑫如 王朵 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第3期560-569,共10页

为了研究陕北地区富油煤的自然产出粒级、煤质特征及最佳利用途径,以陕北侏罗纪煤田曹家滩煤矿延安组富油煤为研究对象,对综放采条件下采出的原煤进行了粒级和煤质特征研究,针对不同粒级的煤质特性探讨了其对煤制焦油、气化、动力燃烧... 为了研究陕北地区富油煤的自然产出粒级、煤质特征及最佳利用途径,以陕北侏罗纪煤田曹家滩煤矿延安组富油煤为研究对象,对综放采条件下采出的原煤进行了粒级和煤质特征研究,针对不同粒级的煤质特性探讨了其对煤制焦油、气化、动力燃烧等利用途径的适配性。结果表明:在综放采条件下,不同粒级原煤的产率随粒级的减小呈现减少的趋势,镜质组含量则呈现先增加后减小的特征,惰质组变化趋势相反,壳质组含量无明显变化;随着粒级减小,各样品中水分、硫分呈增高趋势,灰分呈降低趋势,挥发分、固定碳、发热量呈现先增高后降低的趋势,热稳定性呈现先降低后增加的趋势,哈氏可磨指数和煤对CO_(2)反应性无明显的变化趋势;综合煤质特征和煤质技术指标,大于30 mm的块煤主要可作为Ⅲ级煤制兰炭用煤、Ⅱ级煤制焦油用煤、Ⅱ级固定床气化用煤、Ⅰ级清洁动力用煤使用,30~0.5 mm粒级煤可作为Ⅱ级煤制兰炭用煤、Ⅱ级煤制焦油用煤、Ⅰ级清洁动力用煤使用,其中13~6 mm粒级煤还可作为Ⅰ级固定床气化用煤使用,6~3 mm、3~0.5 mm粒级煤还可作为Ⅱ级流化床气化用煤使用,-0.5 mm粒级煤可作为Ⅱ级煤制焦油用煤、Ⅱ级清洁动力用煤使用。陕北富油煤的不同粒级具有不同的煤质特征和适配性,可依据粒级大小应用于不同的清洁利用途径,以实现资源的最大化利用。 展开更多

关键词 自然粒级 煤质特征 富油煤 延安组 煤炭清洁利用

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窑街矿区浅层CO_(2)突出灾害与成藏机制关联性

8

作者 寇海波 张健 +3 位作者 申艳军 顾霖骏 陈兴 田治花 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第4期795-803,共9页

甘肃窑街矿区受其特殊的成藏结构条件控制,在浅层空间内积聚了大量CO_(2),开采扰动导致CO_(2)突出灾害频发,成为煤矿浅层CO_(2)突出灾害的典型案例。为剖析浅层CO_(2)突出灾害与成藏地质机制的内在关联,在窑街矿区井田地质特征分析的基... 甘肃窑街矿区受其特殊的成藏结构条件控制,在浅层空间内积聚了大量CO_(2),开采扰动导致CO_(2)突出灾害频发,成为煤矿浅层CO_(2)突出灾害的典型案例。为剖析浅层CO_(2)突出灾害与成藏地质机制的内在关联,在窑街矿区井田地质特征分析的基础上,探索了CO_(2)突出灾害的分布特征及潜在规律,并研究了矿区内CO_(2)的来源、运移和赋存特征。结果表明:窑街矿区存在四大CO_(2)突出灾害高发或高风险区域,均为高压力、高浓度、大存量的CO_(2)富集区,且均靠近F_(19)大断裂;断层是影响窑街矿区CO_(2)成藏和突出灾害成生的主控要素,既是CO_(2)的运移通道、储存空间和封存基础,又造成了CO_(2)突出灾害的局部性和分散性;烧变岩潜水在CO_(2)长期安全地质封存中起到了水力封闭、溶解封存、矿化封存的辅助作用;开采扰动破坏了CO_(2)积聚区的应力平衡和封闭条件,是造成浅层CO_(2)突出的诱因。研究可为矿区CO_(2)突出灾害防治与浅层大规模地质封存提供借鉴。 展开更多

关键词 CO_(2)突出 浅层 成藏机制 CO_(2)地质封存 窑街矿区

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低变质原生结构煤电阻率变化规律实验研究 被引量：8

9

作者 汤小燕 陈学健 张晨阳 《科学技术与工程》 北大核心 2019年第26期294-299,共6页

为了研究各个因素对煤电学性质的影响,利用电学方法通过电学参数来反映煤电阻率的变化规律。通过采用自主研制的煤体电阻率测试系统,用实验的方法对大佛寺井田低变质原生结构煤研究了应力作用时间、应力大小、甲烷气体吸附量以及含水率... 为了研究各个因素对煤电学性质的影响,利用电学方法通过电学参数来反映煤电阻率的变化规律。通过采用自主研制的煤体电阻率测试系统,用实验的方法对大佛寺井田低变质原生结构煤研究了应力作用时间、应力大小、甲烷气体吸附量以及含水率对煤体电阻率的影响。研究结果表明:煤体电阻率随应力作用时间先快速下降,后逐渐趋于稳定;应力越大,电阻率越小,吸附甲烷气体的量越多电阻率下降程度越大;含水率的提高也会造成煤体电阻率下降。最后基于灰色关联法分析了应力大小、应力作用时间、甲烷吸附量、含水率与煤体电阻率变化量的关联情况,从关联度可以看出应力大小是影响煤体电阻率变化的最主要因素。研究结果对于煤的导电特性研究具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 煤导电性 电阻率 原生结构 灰色关联 影响因素

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富油煤原位热解技术战略价值与科学探索 被引量：8

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作者 王双明 师庆民 +9 位作者 孙强 崔世东 寇丙洋 乔军伟 耿济世 张蕾 田华 姜鹏飞 蔡玥 刘浪 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1-13,共13页

【背景】我国油气需求缺口大、供给制约多、煤炭绿色低碳转型任务艰巨,富油煤作为集煤、油、气属性于一体的煤炭资源,具有立足国内增加油气供给的巨大潜力。【进展】富油煤原位热解技术已在陕西榆林成功实施工程试验,目前仍处于探索阶... 【背景】我国油气需求缺口大、供给制约多、煤炭绿色低碳转型任务艰巨,富油煤作为集煤、油、气属性于一体的煤炭资源,具有立足国内增加油气供给的巨大潜力。【进展】富油煤原位热解技术已在陕西榆林成功实施工程试验,目前仍处于探索阶段。其具备两大战略价值:一是弥补我国油气需求缺口,提高油气自主保障能力;二是变革煤炭开采技术,推动煤炭产业绿色、低碳转型发展。富油煤原位热解包括钻孔式和矿井式两种实践途径,目标是持续高效提取煤中油气资源,主要面临热解选区、加热技术与高效传热传质等难题。【展望】“四性”是原位热解技术研发的关键,包括地质条件适宜性、加热技术匹配性、传热传质有效性和热解安全稳定性。主要内容为:(1)从富油煤资源条件、地层封闭条件、水文地质条件和构造条件等方面阐明适宜富油煤原位热解的地质基础,揭示热辐射范围内围岩封闭动态稳定性的约束条件,为原位热解选址和工程设计提供地质依据。(2)深刻认识富油煤在温度、应力约束下的热物理性质演化行为,基于地质−工程条件论证原位加热技术适宜性,并针对煤层低导热特性开展高效加热工艺设计,通过风、光、电多种供能方式互补实现供热能源经济性。(3)地应力、大尺度煤体、焦油高黏度是制约原位热解油气运移、产出的主要因素,煤层致裂、载热介质优化与温压调控、焦油降黏轻质化是改善煤层传热传质性能和提高热解油气可产出性的潜在方法。(4)原位热解持续稳定运行依赖于全过程监测与动态预警,需要监测手段立体化、地质信息反演精准化、多相多场环境模型化、突变阈值预测预警等技术予以支撑。进一步探索与地质条件相匹配的富油煤原位持续高效热解关键技术,破解煤炭资源开发与地质环境之间的制约矛盾,是推动富油煤原位热解技术深入发展的关键。 展开更多

关键词 富油煤 原位热解 油气资源 地质条件 加热技术 传热传质 安全稳定

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富油煤原位热解典型污染物时空分布特征 被引量：1

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作者 田华 张若琳 +4 位作者 王前吉 吴小雨 张蕾 张灵茹 方思源 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期64-72,共9页

【目的和方法】富油煤原位热解产生的油、气在高温作用下会通过煤层顶板的裂隙带向覆岩层迁移富集,给地下环境造成潜在污染风险。为了了解富油煤地下热解过程中典型污染物的释放与分布特征,以陕北侏罗纪煤田神府矿区典型富油煤为研究对... 【目的和方法】富油煤原位热解产生的油、气在高温作用下会通过煤层顶板的裂隙带向覆岩层迁移富集,给地下环境造成潜在污染风险。为了了解富油煤地下热解过程中典型污染物的释放与分布特征,以陕北侏罗纪煤田神府矿区典型富油煤为研究对象,基于研究区地层结构与岩性资料,采用自主研发的富油煤原位热解相似模拟实验装置,研究富油煤热解产物的组成,及不同温度下煤焦油中酚油、萘油、洗油、蒽油和沥青等典型污染物的时空分布特征。【结果和结论】结果表明:不同热解温度下,典型污染物在覆岩中的分布随时间增加均呈现先上升后下降的趋势,且各组分含量与富集层位差异较大。热解温度为450℃和650℃下,不同覆岩层中污染物含量大小排序为沥青>蒽油>萘油>洗油>酚油。在450℃时,由于温度较低对覆岩层影响相对较小,所以各组分主要富集在中粒砂岩层。随着温度不断升高,覆岩层产生裂隙,导致650℃时轻质组分富集在距煤层较远的泥岩层,重质组分由于密度大且黏性强,迁移能力较差,所以其主要富集区域为泥质粉砂岩层。温度是影响覆岩中典型污染物时空分布特征的主要因素,升高温度会增加污染物的迁移范围,并且酚油、萘油和洗油含量的占比随之逐渐增大,蒽油和沥青含量的占比随之逐渐减小。研究结果为富油煤原位热解地下污染管控提供理论依据。 展开更多

关键词 富油煤 煤焦油 相似模拟 原位热解 污染分布特征

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富油煤热解特性及其孔裂隙结构演化规律 被引量：7

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作者 耿济世 王双明 +4 位作者 孙强 侯恩科 杨玉茹 胡鑫 薛圣泽 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期46-53,共8页

【目的】富油煤原位热解提取煤基油气是弥补我国油气资源短缺、提升煤炭资源利用效率的重要措施,也是富油煤高效开发的新趋势。富油煤在原位热解过程中的油气产出特征及孔裂隙发育情况直接影响到煤体内部传热、热解产物迁移及产出,查明... 【目的】富油煤原位热解提取煤基油气是弥补我国油气资源短缺、提升煤炭资源利用效率的重要措施,也是富油煤高效开发的新趋势。富油煤在原位热解过程中的油气产出特征及孔裂隙发育情况直接影响到煤体内部传热、热解产物迁移及产出,查明富油煤热解特性及其孔裂隙结构演化规律尤为关键。【方法】利用自主研制的热解实验装置,结合比表面及孔径分析仪、三维显微镜和同步热分析技术,记录富油煤在不同热解温度下的产气规律,测定热解残样的微观孔隙结构及孔径分布特征,分析煤体裂隙演化规律及表面裂隙参数,揭示煤体结构和热解产物对热解温度的响应机制。【结果和结论】结果表明,富油煤热解产气总量和最大产气速率随温度的升高而增大,在温度大于300℃时热解反应变得剧烈,产气量增加显著。通过对比不同热解温度下的孔裂隙结构,发现孔隙结构类型以300℃为界发生明显改变,低于该温度热解后的孔隙类型以细小瓶颈和缝隙/楔形孔为主,主要为中孔,随着温度升高,孔隙类型以平行狭缝为主,微孔增加,中孔和大孔则进一步发育扩展贯通,形成微裂隙。与低温作用煤样相比,高温作用煤样裂隙开度增加、裂隙网络密度及表面裂隙率相应增大,煤样结构发生宏观破坏,完整性降低。富油煤热解过程中的孔裂隙结构演化是水分蒸发、吸附气体解吸析出、不均匀热膨胀、有机质热解及热解气体逸出等共同作用的结果。研究结果可为富油煤原位热解工艺参数选择提供有益参考。 展开更多

关键词 富油煤 热解 产气规律 孔裂隙演化 热力学分析

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基于煤体真密度和自然伽马响应规律的富油煤判识 被引量：4

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作者 师庆民 耿旭虎 +5 位作者 王双明 蔡玥 韩波 王生全 张哲豪 何羽飞 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期85-96,共12页

【目的】格金干馏试验下的焦油产率作为评价富油煤的唯一指标受制于前期较少的勘探资料无法满足富油煤规模化精细评价要求。【方法】基于二分类法提出利用真密度(ρ)和自然伽马(GR)判识富油煤的最佳阈值,并阐释富油煤具有显著岩石物理... 【目的】格金干馏试验下的焦油产率作为评价富油煤的唯一指标受制于前期较少的勘探资料无法满足富油煤规模化精细评价要求。【方法】基于二分类法提出利用真密度(ρ)和自然伽马(GR)判识富油煤的最佳阈值,并阐释富油煤具有显著岩石物理参数响应的内在机理。【结果和结论】研究表明:不同变质程度煤不具有统一的判识阈值,其中长焰煤类富油煤最佳判识阈值为,原煤真密度小于1.41 g/cm3、GR<80 API,判识正确率达81.82%。上述富油煤的地球物理测井参数响应受控于无机和有机组分条件,其中与焦油产率呈负相关性的灰分产率是影响煤体真密度的主要因素,灰成分(Al2O3+SiO2)所指示的黏土矿物含量对GR值影响显著;而对焦油产率起决定作用的显微组分则同样对原煤真密度变化具有一定影响。从分子尺度,干燥无灰基状态下的真密度(ρdaf)越小,煤脂肪结构越丰富、越有利于热解产生焦油;反之则芳香结构含量越高、越不利于热解形成焦油。总体而言,多种因素耦合作用使得煤体真密度与焦油产率呈现良好的负相关性。上述认识为基于地球物理测井参数评价富油煤提供了理论指导。 展开更多

关键词 富油煤 焦油产率 测井 真密度 自然伽马 鄂尔多斯盆地

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陕北曹家滩矿井富油煤地球化学特征及其沉积环境 被引量：5

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作者 乔军伟 董伸培 +5 位作者 苏刚 王昌建 焦龙祥 梁向阳 杜芳鹏 李领晨 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2024年第2期289-300,共12页

为探讨陕北富油煤形成的沉积环境和控制因素,采用井下刻槽和钻探定向取样相结合的方法采集了曹家滩矿井2^(-2)煤的垂向剖面煤样,对样品的煤岩煤质参数和等离子低温灰化样的地球化学参数进行了系统测试,从有机显微煤岩组成和无机地球化... 为探讨陕北富油煤形成的沉积环境和控制因素,采用井下刻槽和钻探定向取样相结合的方法采集了曹家滩矿井2^(-2)煤的垂向剖面煤样,对样品的煤岩煤质参数和等离子低温灰化样的地球化学参数进行了系统测试,从有机显微煤岩组成和无机地球化学特征方面研究了2^(-2)煤层形成的沉积环境,探讨了焦油产率与沉积环境之间的关系,揭示了富油煤形成的主要控制因素。结果表明:曹家滩矿井2^(-2)煤层以亮煤、暗淡煤为主,显微煤岩组成以惰质组为主、镜质组次之,壳质组含量较少;低温灰化样无机矿物组成主要是方解石、石英和黏土,元素组成以Ca、Si、Fe、Al、S、Mg和Na为主;微量元素中大多数元素处于亏损,仅有Cs、Ba属于轻度富集;稀土元素含量均值9.91μg/g,低于世界煤均值68.47μg/g;煤相分析显示2^(-2)煤主要形成于干燥森林沼泽和潮湿森林沼泽中,成煤植物以低木本植物为主,整体属于弱还原的陆相淡水沉积环境、水动力条件弱,沉积期以温湿和干热的过渡气候为主,晚期出现了古气候由温湿向干热气候转变;显示了2^(-2)煤焦油产率与镜质组含量、凝胶化指数、Sr/Ba、Ni/Co、Ce/La等呈正相关关系,但与植物保存指数、植被指数及Fe_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)+CaO+MgO、MnO_(2)含量呈负相关关系。富油煤在分布上具有中高等镜质组含量、中高凝胶化程度和低木本组分的特征,即植物组织保存程度低、凝胶化程度较高、低木本植物,以及有适量的陆源碎屑物质供应、适量盐度的还原沉积环境更有利于富油煤的生成。 展开更多

关键词 沉积环境 地球化学 富油煤 延安组 曹家滩矿井

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基于煤岩煤质多元指标的BP神经网络焦油产率预测方法研究 被引量：4

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作者 乔军伟 王昌建 +5 位作者 赵泓超 师庆民 张煜 范琪 王朵 袁丹丹 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期108-118,共11页

【目的】焦油产率是煤低温干馏利用最重要的煤质参数,决定着富油煤的清洁利用方向。但由于多方面的原因,在煤炭地质勘查阶段对煤焦油产率的测试数据十分有限,极大地制约了富油煤的精细评价和高效利用。【方法】为了提高富油煤精细评价... 【目的】焦油产率是煤低温干馏利用最重要的煤质参数,决定着富油煤的清洁利用方向。但由于多方面的原因,在煤炭地质勘查阶段对煤焦油产率的测试数据十分有限,极大地制约了富油煤的精细评价和高效利用。【方法】为了提高富油煤精细评价的科学性和准确性,以陕北侏罗纪煤田以往测试1073组煤岩煤质数据为基础,并筛选出显微组分、工业分析、元素分析、灰成分分析等20项煤岩煤质参数齐全的141组数据,利用BP神经网络算法分别建立了20项煤岩煤质指标的焦油产率预测模型和以4项工业分析为基础的焦油产率预测模型,并对预测模型的准确性和合理性进行分析评价。【结果和结论】结果表明:以20项煤岩煤质指标为特征建立的预测模型最终训练均方误差为0.30,测试集数据预测结果平均绝对误差为0.65;以4项工业分析指标为特征建立的预测模型最终训练均方误差为1.07,测试集数据预测结果平均绝对误差为1.35;扩展集数据在两个模型中预测结果平均绝对误差分别为0.84和1.34,显示出20项煤岩煤质指标比4项工业分析煤质指标建立的预测模型具有更高的拟合优度和泛化性能。利用SHAP算法进一步对预测模型中20项煤岩煤质指标的重要性进行量化分析,显示出镜质组、氢元素、三氧化二铁、水分、挥发分、碳元素、壳质组、氧元素含量是焦油产率的正向影响因素,三氧化二铝、惰质组、固定碳、灰分、二氧化硅含量是焦油产率的负向影响因素,模型中煤岩煤质与焦油产率之间的内在联系很好地契合了地质上对焦油产率影响因素的基本认识,该焦油产率预测模型可以很好地应用于陕北侏罗纪煤田的焦油产率预测,为陕北地区富油煤的清洁高效利用提供支撑。 展开更多

关键词 焦油产率 BP神经网络 机器学习 富油煤 陕北侏罗纪煤田

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浅埋煤层沟道采动裂缝发育特征及治理方法 被引量：36

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作者 侯恩科 冯栋 +5 位作者 谢晓深 从通 李民峰 冯冲 刘凡凡 杜超杰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期1297-1308,共12页

黄土沟壑区浅埋煤层开采诱发的地表裂缝灾害相对严重,特别是在沟道底部等煤层埋深极浅区域易与覆岩内部裂隙贯通形成导水通道,致使地表水溃入井下威胁生产安全。为研究黄土沟壑区浅埋煤层回采造成的沟道地表裂缝发育特征及其引发的地表... 黄土沟壑区浅埋煤层开采诱发的地表裂缝灾害相对严重,特别是在沟道底部等煤层埋深极浅区域易与覆岩内部裂隙贯通形成导水通道,致使地表水溃入井下威胁生产安全。为研究黄土沟壑区浅埋煤层回采造成的沟道地表裂缝发育特征及其引发的地表溃水水害防治方法,以陕西省安山煤矿125203工作面菜沟段为研究对象,采用无人机遥感技术和现场实测相结合的方法对沟底裂缝进行填图和动态监测,揭示了采动地表裂缝的平面展布规律、动态发育规律及其与工作面生产进度之间的关系。在此基础上通过实地调查沟道地质条件,提出了沟道地表裂缝不同区域的分区治理方式,并进行了现场实践应用。研究表明:①沟底平行开切眼裂缝多以“台阶状”发育,宽度在5 cm以内的地表裂缝占64%,宽度在5~10 cm的地表裂缝占20%,宽度在10~20 cm的地表裂缝占10%,宽度超过20 cm的地表裂缝占6%;②沟底平行开切眼裂缝初始发育位置与回采位置基本一致,超前或滞后回采位置不足6 m,裂缝角近似垂直;③随着工作面推进,正向坡裂缝呈现出“开裂—稳定”的动态变化特征,反向坡裂缝呈现出“开裂—闭合—稳定”的动态变化特征,平均动态变化时间为3.70 d;沟底平行开切眼裂缝呈现出“开裂—闭(半闭)合—再开裂—稳定”的动态变化特征,平均动态变化时间为5.25 d,有一定的自愈合能力;④基于沟底地形地貌和地表裂缝发育特征及土地利用方式划分了4种治理区域,并针对性地提出了不同区域沟道溃水水害防治方法;⑤工程实践应用结果表明本文提出的分区治理方法能够有效预防沟道地表裂缝溃水水害。 展开更多

关键词 浅埋煤层 地表裂缝 动态发育特征 分区治理 水害防治

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基于PSO-SVM模型的滑坡易发性评价 被引量：18

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作者 王念秦 朱文博 郭有金 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2021年第4期56-62,共7页

滑坡易发性评价是区域滑坡预警和评估工作的前期准备。滑坡致灾因子的有效选取以及评价模型的构建成为当前滑坡预测研究中的难点问题。以府谷县作为研究区,借助多种技术手段将数字高程模型(DEM)、地质图、路网图、遥感影像图等多源数据... 滑坡易发性评价是区域滑坡预警和评估工作的前期准备。滑坡致灾因子的有效选取以及评价模型的构建成为当前滑坡预测研究中的难点问题。以府谷县作为研究区,借助多种技术手段将数字高程模型(DEM)、地质图、路网图、遥感影像图等多源数据进行融合,提取了地形地貌、地层岩性以及地表覆盖等滑坡孕灾环境因子和降雨量、人类工程活动等诱发因素的特征属性作为评价指标。在此基础上,对提取的各因子的相关性进行分析,剔除了地形起伏度因子。采用粒子群优化(PSO)算法对支持向量机(SVM)模型的参数进行优化,得到最佳参数组合为惩罚因子c=1.42,核参数σ=1.15,将最优参数组合代入支持向量机模型中,构建出粒子群优化算法-支持向量机模型(PSO-SVM),并将其用于研究区滑坡易发性定量评价中。最后分别采用ROC曲线与Kappa系数对PSO-SVM模型性能的优越性进行检验,结果表明,PSO-SVM模型成功率与预测率分别为0.931和0.917,训练集与测试集的预测精度分别为79.17%、76.67%。研究结果可以为从事滑坡预测评价工作者提供决策参考。 展开更多

关键词 滑坡 评价指标 PSO-SVM模型 易发性评价 ROC曲线 Kappa系数

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浅埋煤层地表沟道采动裂缝溃水量预测方法 被引量：9

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作者 侯恩科 车晓阳 +2 位作者 龙天文 叶桢妮 文强 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期4154-4162,共9页

浅埋煤层地区煤炭资源开发受多种水患因素影响,在地表剥蚀严重的沟谷区,更是受采动地表裂缝溃水水患的严重威胁。但现实中矿井地表沟道裂缝溃水数据较难获取,数据量较少,难以形成对沟道裂缝溃水及各主要影响因素较为准确和系统的认识。... 浅埋煤层地区煤炭资源开发受多种水患因素影响,在地表剥蚀严重的沟谷区,更是受采动地表裂缝溃水水患的严重威胁。但现实中矿井地表沟道裂缝溃水数据较难获取,数据量较少,难以形成对沟道裂缝溃水及各主要影响因素较为准确和系统的认识。为了研究浅埋煤层矿井地表沟道裂缝溃水规律及各主要控制因子的影响程度,根据地表沟道裂缝溃水的主要控制因素,自行设计建造了地表沟道裂缝溃水实验平台。该实验平台能够对影响矿井地表沟道溃水的几项主要影响因子进行控制调节,观察不同控制因素对溃水量的影响程度,可解决实际溃水数据量较少难以进行溃水规律研究的问题。根据裂缝溃水实验数据结果分析了影响地表沟道裂缝溃水的水流流量、裂缝缝宽、坡降等影响因素与沟道裂缝溃水量之间各自的二元关系,发现沟道裂缝溃水水量与裂缝宽度成线性正相关关系,与沟道水流流量呈1/2幂指数关系,与沟道坡降的倒数呈对数关系。在此基础上,建立了单宽渠道单条裂缝溃水量与裂缝宽度、水流流量及沟道坡降之间的数学模型,推导出了实际地表沟道采动裂缝溃水量计算公式。实际应用证明,所推导的公式能够比较准确的进行矿井地表沟道裂缝溃水量预测。 展开更多

关键词 地表沟道裂缝溃水 溃水实验 预测方法 地表水害 矿井水害防治

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考虑粒组分类影响的最小孔隙比分布及模型验证 被引量：1

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作者 李识博 代俊芳 +1 位作者 吴江伟 肖乐乐 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第S02期193-204,共12页

最小孔隙比是确定岩土体的密实程度与孔隙特征的有效物理指标,如何快速有效地确定岩土体的最小孔隙比,可为岩土体的固结与稳定提供可靠参数。多数估算细粗混合材料最小孔隙比的模型参数与细粗粒径比一一对应,导致估算困难。在分析尾矿... 最小孔隙比是确定岩土体的密实程度与孔隙特征的有效物理指标,如何快速有效地确定岩土体的最小孔隙比,可为岩土体的固结与稳定提供可靠参数。多数估算细粗混合材料最小孔隙比的模型参数与细粗粒径比一一对应,导致估算困难。在分析尾矿粒度组成、沉积规律和固结稳定的基础上,以8种不同粗细粒径,7~9种不同细粒含量尾矿为试验对象,拟合得到不同粒组尾矿最小孔隙比分布模型参数的函数关系;基于混合尾矿颗粒的粒组特征,给出了确定参数幂函数关系的指数值。分别采用模型参数要求粒组范围内的其他6组岩土材料和非粒组范围内的3组岩土材料进行验证。结果表明,考虑粒组分类影响下的模型,参数简单,对不同材料的最小孔隙比估算准确率较高,给出的最小孔隙比的分布规律合理,可为岩土工程领域最小孔隙比估算提供可靠的计算方法。 展开更多

关键词 最小孔隙比 粒组 细粒含量 粒径

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酸污染离石黄土物理特性及微观结构试验研究 被引量：2

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作者 王念秦 鲁兴生 马啸 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2020年第7期105-108,114,共5页

为探究酸污染对黄土物理性质的影响,采用浓度为0.5,1.0,2.0,3.0,4.0,6.0,8.0,10.0 mol/L的盐酸溶液浸泡离石黄土,制备酸污染试样,并以蒸馏水浸泡样作为对照组。通过室内试验探究酸污染离石黄土土粒相对密度、孔隙比以及塑性指数变化规律... 为探究酸污染对黄土物理性质的影响,采用浓度为0.5,1.0,2.0,3.0,4.0,6.0,8.0,10.0 mol/L的盐酸溶液浸泡离石黄土,制备酸污染试样,并以蒸馏水浸泡样作为对照组。通过室内试验探究酸污染离石黄土土粒相对密度、孔隙比以及塑性指数变化规律,并对酸污染离石黄土试样进行微观结构分析,进一步揭示离石黄土物理特性变化机理。试验结果表明:①离石黄土相对密度从2.73降至2.69,呈线性渐进减少;②酸浓度的增加导致试样孔隙比逐渐增大,离石黄土孔隙比从0.77增至1.33,呈单指数增长;③随酸浓度的增加,试样塑性指数从11.89增至13.73再降至7.34,呈现出先增大后减小的情形;④经酸污染作用后,离石黄土微观结构发生明显变化,即酸浓度越大,土体颗粒表面变得越粗糙,骨架颗粒越松散,细粒含量逐渐减小,孔隙面积不断增加。 展开更多

关键词 离石黄土 酸污染 物理特性 塑性指数 微观结构

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