2025年, 第54卷, 第01期　
刊出日期：2025-01-25

  

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  煤系气及深部煤层气高效勘探开发若干研究进展

  桑树勋, 郑司建, 刘世奇, 周效志, 韩思杰, 皇凡生, 刘统, 代旭光

  中国矿业大学学报. 2025, 54(01): 1-25. https://doi.org/10.13247/j.cnki.jcumt.20240375

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  煤系气及深部煤层气已成为我国天然气增储上产与煤层气产业发展重要领域，不论是成藏还是开发，二者都紧密衔接.系统梳理总结其高效勘探开发理论技术研究进展，在不断提升认识水平的同时，对于更好地指导重点盆地、重点层系煤系气及深部煤层气勘探开发决策部署与工程实践具有重要现实意义.本文从煤系气成藏模式与开发地质、煤系气开发技术模式与开发工程、深部煤层气高效勘探开发关键理论与技术等3个方面，分析综述了煤系气及深部煤层气勘探开发已取得的研究成果；进而针对地质-工程一体化、地质适配性技术、煤系气/煤层气合采、应力释放煤层气开发、深部与中浅部煤层气可采性关系、叠合型气藏与全层系含气系统煤系气开发潜力等6个关键问题，讨论阐述了作者的观点认识，并指出了其可能突破方向.研究结果表明：以煤储层厚度、地层结构、埋藏深度、煤岩特征、甲烷地质成因为线索，考虑实际工程意义，提出了厚-巨厚煤层煤层气藏、煤层群煤层气藏、煤系含煤段叠合型气藏、煤系非含煤段致密气藏、深部煤层气藏、深部全层系含气系统等基本煤系气成藏模式，不同成藏模式具有差异性开发地质特征；基于成藏模式及其储层地质特征，提出了单采、分采和合采3种基本煤系气开发技术模式，也相应发育了具体技术模式和不同的开发工程特征；在深部地层条件、深部煤层气赋存、煤层气可采性及储层可改造性、富集高产规律、“甜点”预测与井位部署方法等方面，深部煤层气地质理论取得了新认识，“多轮压裂、长距离有效支撑”(延川南模式)、“水平井极限体积压裂”(大宁—吉县模式)等大规模体积压裂技术创新带来了深部煤层气开发工程的突破，但压裂规模的地质、技术、经济上限值得关注.岩石力学地层方法是煤系气地质-工程一体化技术、特别是地质-工程“甜点”一体化预测技术的重要理论基础，基于地质-工程信息互馈的煤系气滚动勘探开发与生产管控技术是重要突破方向.与开发地质条件、地质工程控制程度适配的开发技术才能成为有效技术，地质适配性技术涵盖井型与井身结构、钻完井工艺、压裂改造、排采管控等关键工艺优选优化，技术体系的集成机制与适配方法亟待进一步突破.煤系气/煤层气合采是实现煤系气/煤层气大规模高效开发的重要技术攻关方向，对于煤系不同类型非常规天然气、煤系非常规天然气与常规天然气合采，同井先分采后合采技术探索有望取得工程化的突破；应力释放煤层气开发理论与技术已取得实质性突破，具备了工程化条件；构造煤煤层气等难开采煤层气有望从开发禁区变为增储上产新领域，也为部分盆地可采性差的深部煤层气实现高效开发提供了技术支持；深部煤层气可采性优于中浅部煤层气仅限于鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地、四川盆地等盆缘地质构造较复杂的盆地，采用应力释放煤层气等开发技术可实现可采性差的深部煤层气高效开发；煤系叠合型气藏、全层系含气系统资源量巨大，但其高效开发仍面临诸多技术挑战，成藏规律与兼探共采技术将是煤系气勘探开发理论技术持续攻关的方向.
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  煤层气有关术语辨析

  傅雪海, 康俊强, 陈义林, 段超超, 卢杰林, 张宝鑫

  中国矿业大学学报. 2025, 54(01): 26-33. https://doi.org/10.13247/j.cnki.jcumt.20240106

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  在煤层气勘探开发报告、文章及新闻报道中时常出现诸如“煤岩气”“煤层气藏”“含气量临界深度与深部”“含气量高饱和-超饱和”“低、中、高煤阶煤层气”“可燃基煤层瓦斯含量”等不规范词汇.通过查阅相关标准和教材，对上述术语进行了辨析.认为煤层气是以甲烷为主的烃类气体，不存在“低、中、高煤阶煤层气”;“煤岩气”“煤层瓦斯”实际就是煤层气；煤层气为连续型非常规天然气，没有明显的圈闭，浮力、水动力不起主导作用，不存在真正意义上的气、水界面和遮挡条件，存在富集区或“甜点区”;吸附气含量存在转换深度，含气量不一定存在转换深度；煤储层的深部以地应力临界深度划分较为科学，一是煤储层力学状态发生了改变，二是煤储层压裂裂缝展布方向发生了变化；吸附气饱和度不能代表含气饱和度，浅部低阶煤储层水溶气、游离气占比分别随平衡水分含量、孔隙度增加呈指数形式增大；挥发分和灰分是煤中的原始组分在特定条件下的转化产物，不能称之为挥发分含量和灰分含量，只能称为挥发分产率和灰分产率.研究成果对规范煤层气术语和相态含气量分析均具有指导意义.
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  深部煤层气开发的机遇与挑战

  方志明, 王润东, 杨晨龙

  中国矿业大学学报. 2025, 54(01): 34-51. https://doi.org/10.13247/j.cnki.jcumt.20240299

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  煤层气等非常规天然气资源的规模化开发与利用是我国能源结构向清洁能源高比重发展的重要过渡手段，是实现我国“3060”双碳战略目标的重要保障.我国深部煤层气资源非常丰富，据初步评估，埋深超过1 000 m的煤层气资源占总资源量的84.15%.自2019年大宁—吉县深部煤层气DJ3-7向2试验井开发成功以来，深部煤层气开发获得广泛关注.系统梳理了国内外深部煤层气开发进展，从国家政策、资源潜力、现有技术水平等角度讨论了我国深部煤层气开发面临的机遇与挑战.分析认为，我国煤层气开发多年积累的技术经验和实践成果为深部煤层气开发奠定了坚实的基础，深部煤层气开发契合国家与地方能源政策且受企业大力支持，丰富的资源量彰显巨大的开发潜力，呈现经济和战略双重价值，快速发展的示范项目展现出我国深部煤层气开发的广阔前景，这些都为我国深部煤层气开发提供了机遇.然而，区别于现有煤层气开发技术，高温、高压、高应力条件下，深部煤层气开发理论、技术与工程实践的有机结合不足、市场竞争压力大以及开发过程中存在的环保问题，是深部煤层气开发面临的主要挑战.
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  超临界CO₂流体作用对不同煤阶煤有机组成和结构的影响机制

  张小东, 冀海军, 亢红东, 张硕, 潘雨梁

  中国矿业大学学报. 2025, 54(01): 52-64. https://doi.org/10.13247/j.cnki.jcumt.20240429

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  为了查明超临界状态下的CO₂（ScCO₂）对煤有机组成和结构的影响规律，开展了ScCO₂对不同煤阶煤的萃取试验研究，比较了萃取前后煤的主要官能团与大分子结构参数的差异，探讨了ScCO₂对煤中低分子化合物和有机结构的影响机制.结果表明：1)煤的芳香结构中苯环取代方式有4种，其中苯三取代占比最高，且随着变质程度的增加，该取代方式占比呈现下降趋势；ScCO₂对煤的苯三取代结构溶出效果最好，在低阶煤中苯三取代结构受ScCO₂流体大量溶出的影响其占比减小，苯二取代、苯四取代和苯五取代在芳香结构中的占比相对增大，而中高阶煤中苯三取代降低，苯五取代增加.2)随煤变质程度的增加富氧指数（I₂）呈下降趋势；ScCO₂萃取后，中、低阶煤的含氧官能团相对含量减少，而高阶煤的含氧官能团相对含量增加；ScCO₂萃取使得不同煤阶煤的脂肪链均缩短，脂肪链长程度（I₃）减小，富氢指数（I₁）、脂碳率(f_al)在中变质的1/3焦煤达到最大，呈现先增后减的趋势.3)ScCO₂作用后，导致部分低分子化合物溶出，引起各类官能团含量的变化，但随煤阶增大其主要官能团类型变化不大；ScCO₂的萃取作用，会使得煤的有机分子间的氢键发生断裂，促使其有机大分子结构紊乱、疏松.研究认为ScCO₂作用后，煤中主要官能团的变化是各类官能团与ScCO₂的溶解作用以及化学吸附和化学反应等综合作用的结果.
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  薄互层煤系气单井压裂合采的岩石力学地层理论初探

  王建国, 李培博, 梁伟, 羊嘉杰, 桑树勋

  中国矿业大学学报. 2025, 54(01): 65-82. https://doi.org/10.13247/j.cnki.jcumt.20240363

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  薄互层煤系气藏指由一系列厚度较薄的沉积岩组成并在垂直向呈现复杂岩性分布特征的叠置含气储层.薄互层煤系气藏单井压裂合采同时贯通多岩性储层，裂缝穿层扩展和层间干扰机理至今不明，亟需建立薄互层煤系气单井压裂合采理论和技术框架，解决其高效开采的理论与工程问题.本文梳理分析了薄互层煤系气单井压裂合采面临的关键科学问题，引入岩石力学地层理论的相关概念提出解决问题的思路，以探讨煤系气单井压裂合采的岩石力学地层理论方法.研究表明：应用岩石力学地层理论可建立起物理过程数值模拟与机器学习耦合的储层可压裂性预测框架，结合分层抽样和Vine Copula虚拟样本生成方法识别储层最优压裂位置；以岩石力学地层理论，能很好地分析和揭示水力裂缝在煤系叠置储层中的穿层扩展规律，结合构建的卷积神经网络升尺度方法可准确预测压裂后煤系储层渗透率；应用建立的薄互层煤系气-水层间渗流理论模型阐明了层间和井筒干扰对合采效率的影响.这些初步形成了薄互层煤系气单井压裂合采的岩石力学地层理论框架.
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  黔西大河边区块煤层气井井底流压波动的形成机理与排采控制

  周效志, 朱世良, 赵福平, 王少雷, 魏元龙, 周培明, 赵凌云

  中国矿业大学学报. 2025, 54(01): 83-97. https://doi.org/10.13247/j.cnki.jcumt.20240372

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  针对黔西六盘水煤田大河边区块煤层气井排采过程中井底流压频繁波动的工程问题，综合煤储层参数测试、三维地震勘探、水力压裂微震监测、智能化排采实时监控等数据，研究了井底流压波动类型及特征，探讨了井底流压波动的形成机理及井间差异演化的地质与工程协同控制作用，提出了抑制井底流压波动的排采管控措施，对复杂构造区煤层气井排采工作具有指导性意义.研究表明：煤层气井井底流压波动可划分为高幅低频、中幅中频、低幅高频、中幅高频4种类型；套压显现前，井底流压无波动，随着产气量快速提升及产水量快速下降，井底流压波动幅度、频率均呈现增大趋势.煤储层中气水两相流态不稳定，低导流能力裂缝“水锁”导致解吸气积聚，“气涌”后套压快速升高是引起井底流压周期性波动的原因，深埋藏、高地应力、低渗透率、难改造煤层气藏开发过程中更容易产生严重的井底流压波动.低产水井排采前期应合理控制井底流压日降幅，在产气量快速提升前排出更多的压裂液；产气量提升过程中，可通过改变排采强度、提高套压等方式抑制井底流压大幅波动；应确保煤层气井排采过程的连续性，尽可能避免快速提产及稳产阶段长时间停抽.
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  贵州大河边区块煤系气合采数值模拟与开发效果评价

  王文楷, 刘世奇, 梁渝, 杜瑞斌

  中国矿业大学学报. 2025, 54(01): 98-114. https://doi.org/10.13247/j.cnki.jcumt.20240339

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  煤系气具有共生共储、多岩性储层频繁互层等特点，多层合采是实现其高效开发的有效方式.以黔西地区大河边区块二叠系上统龙潭组煤系叠合型储层为研究对象，开展了典型煤层-砂岩-泥岩互层型煤系叠合型气藏生产数值模拟研究，探讨了不同开发层段下煤系气井合采效果，阐明了非煤层段产气贡献、压力传导和渗透率动态变化对煤系气开发效果的影响，并提出研究区煤系气合层排采建议.结果表明：煤系气井合采效果受气源供给、地层压力传导方式以及储层物性动态变化影响.非煤层段(泥岩、砂岩)作为补充性气源对煤系气井产气量有一定贡献，其中“煤层+顶板+底板”开发方式的合采效果最佳，累计产气量增幅达2.97%～48.46%,非煤层段的产气贡献率可达5.3%～10.4%.非煤层段的产气贡献率受控于地层压力传导方式.层间垂向压差影响下，地层压降由泥岩、砂岩的高压力区向煤层的低压力区传导，控制了层间物质传递.多层段开发可减缓层间垂向压力传导，有利于储层内部压力的扩展和下降，而过多的开发层段，反而造成层间垂向压差增大，抑制了储层内部压降扩展，指示了煤系气开发应结合含气系统储层性质，优选适宜的开发层段.泥岩、砂岩渗透率的动态变化受开发方式的显著影响.多层合采的开发方式有利于煤层渗透率恢复，但易导致泥岩、砂岩渗透率快速下降，通过合理的排采管控工艺降低甚至避免泥岩、砂岩储层伤害也尤为重要.
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  煤系含水层及多煤层合采水来源判识方法——以山西保德区块为例

  张庆丰, 张继坤, 李子玲, 姚艳斌, 杜丰丰, 孙晓光, 郝帅, 李军辉

  中国矿业大学学报. 2025, 54(01): 115-126. https://doi.org/10.13247/j.cnki.jcumt.20240179

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  煤层气多层合采成功与否的关键在于对各产层产水来源与产气贡献的精确判识.现有排采水来源判识方法的不足，给多煤层合采井的产层组合优化及排采工作制度制定带来较大挑战.为此，本文以保德区块85口煤层气井勘探开发与水化学测试资料为基础，确定了含水层层位，阐述了排采水类型划分依据.应用主成分分析法(PCA)与Bayes判别法，构建了多煤层排采水来源判识模型，形成了“含水层判识、排采水类型划分、排采水来源判识”的多煤层合采水来源判识系列方法.基于27个排采水样的应用，验证了该模型的准确性，解析了合层排采水来源不同情况下的层间干扰强弱.结果表明：4+5号煤层顶板与8+9号煤层顶底板含水层发育稳定、厚度大，对煤层气井生产影响较大.排采水类型划分与排采水来源判识模型均能够进行排采水来源分析.其中排采水类型划分是基于地质工程背景特征，初步定性划分排采水来源，适用于煤层气井全生命周期补给水来源判识；而排采水来源判识模型是结合产出水常规离子特征来进一步动态识别排采水来源，对合层排采层间干扰强弱分析具有一定指示意义.合层开发井排采水来源若为单一煤层水，层间干扰剧烈，产气效果差；若为合采煤层与含水层混合水，层间干扰较强，产气效果一般；若为合采煤层水，层间干扰弱，产气效果较好.该研究为合层排采水来源判识提供了一种可行方法，为多煤层合采层间干扰程度评价、排采设备及排采工作制度调整提供依据.
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  新疆准噶尔盆地白家海凸起深部煤层气不同赋存态分配规律

  杨兆彪, 李存磊, 郭巧珍, 王彬, 刘常青, 屈怀林, 梁宇辉, 王钰强

  中国矿业大学学报. 2025, 54(01): 127-137. https://doi.org/10.13247/j.cnki.jcumt.20240080

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  深部煤层气与浅部煤层气相比，其最大区别是煤层气赋存态中游离气的增加，游离态甲烷资源量成为了深部煤层气资源增量的重要贡献者.在煤层气不同赋存态分配规律上，低煤阶储层明显有别于中高煤阶储层.本文以新疆油田在准噶尔盆地白家海凸起西山窑组实施的最新的深部煤层气评价井为分析基础，基于变温压孔渗试验和变温压平衡水等温吸附试验，结合数学建模，研究了低煤阶储层深部煤层气不同相态的分配规律.采用S-DR模型，考虑甲烷吸附态密度在温压场下的变化，结合变温压等温吸附试验测试数据，构建了白家海凸起吸附态含量预测公式；基于构建的温压控制下的孔隙度预测公式，耦合温压场控制下煤层气相态密度变化，形成了不同赋存含气量预测图版.结果显示：白家海凸起低煤阶煤层气储层由于储渗系统相对较好，含气性存在明显的“3个临界深度”,即吸附气、游离气和总含气量均存在临界深度.吸附气临界深度位于900 m左右，其含量可达到11 m³/t.游离气含量临界深度，位于2 500～2 600 m,其含量可达到9 m³/t.其中，总含气量临界深度，位于1 500 m左右，其含量可达到18 m³/t.在2 400 m左右，游离气占比达到50%,之后随埋深增加逐渐增大，在埋深达5 000 m时，游离气占比可达到80%.这一结果是深部温压控制下，吸附态密度、游离态密度和孔隙度变化耦合的结果，孔隙度随埋深的逐渐衰减，造成赋存空间的缩小，使得游离气同样存在“临界深度”.白家海凸起煤层气具有“低煤阶、高含气量、高游离气占比和高饱和度”的“一低三高”的富集特征.综合考虑资源规模和资源构成，1 500～2 600 m是本区域最优开发深度范围，在此范围，总含气量高（15～18 m³/t）,游离气占比在40%～55%之间，具有良好的可采潜力.
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  深部煤层气地震-地质工程一体化导向技术——以鄂尔多斯东北缘佳县地区为例

  马立民, 丛彭, 张明, 姚艳斌, 李珮杰, 魏子琛, 张雪琪, 么志强, 林伟强

  中国矿业大学学报. 2025, 54(01): 138-148. https://doi.org/10.13247/j.cnki.jcumt.20240402

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  工厂化大井丛水平井是实现深部煤层气高效开发的关键手段.然而，深部煤储层微构造发育、非均质性强等特点导致井眼三维偏移距大、轨迹控制难度高，极大限制了储层钻遇率.为解决此问题，本研究以鄂尔多斯盆地东北缘佳县地区深8^#煤层（埋深为1 950～2 550 m）为例，考虑储层微构造、非均质性等特征及地震-地质资料条件，提出了一种以地震-地质三维一体化建模与迭代更新、钻井轨迹预判与实时优化调整为核心的地震-地质工程一体化导向技术.该技术主要流程为：开展储层系统高精度三维建模，精细描述储层空间展布，优化井位部署；入靶前实时跟踪随钻测—录—定动态，标志层逐层对比，迭代更新三维模型，优选合适井斜角实现精准着陆；入靶后通过差异化轨迹控制策略、钻头定位、三维产状约束、近钻头方位伽马验判产状，控制水平段精细轨迹.佳县地区先导试验区8口井实钻结果显示，煤层钻遇率提升至98.3%.该技术的成功应用为深部煤层气规模效益开发提供借鉴.
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  宁武盆地南部深部煤层气储层特征及开发实践

  贾慧敏, 胡秋嘉, 张聪, 李可心, 何珊, 桑广杰, 李俊, 刘春春

  中国矿业大学学报. 2025, 54(01): 149-160+185. https://doi.org/10.13247/j.cnki.jcumt.20240374

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  为明确宁武盆地南部深部煤层气储层特征及开发潜力，文章以宁武盆地南部宁武南区块9#煤为研究对象，基于评价井取芯测试数据、测井及压裂数据以及生产动态数据，通过与沁水盆地南部、鄂尔多斯盆地东缘开展同等埋深条件下储层关键参数对比，明确研究区深部煤层气储层典型特征，并基于研究区埋藏史和热演化史阐释了储层特征形成机理，最后基于现场开发实践提出了研究区深部煤层气开发对策.结果表明：与沁水盆地南部、鄂尔多斯盆地东缘相比，研究区具有煤岩热演化程度低(R_{o, max}平均值仅为1.10%)、含气量低、含气饱和度低、地温梯度低（D_T平均值为1.51℃/hm,仅为鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气的1/2）、水动力条件强（日产水量达到40～450 m³以上）“四低一强”的储层特征；研究区古地温梯度低，且在燕山运动早中期经历较大幅度抬升，导致煤岩热演化程度相对较低，进而导致其生气量相对较低且充注孔隙半径相对较大，储层自封闭能力弱，同时叠加水动力条件强，气体逸散量大，导致研究区含气量相对较低；含气量低且现今地温梯度低，二者叠加导致含气饱和度相对较低；由于研究区具有“四低一强”的储层特征，其深部煤层气开发难度大于鄂尔多斯盆地东缘.现场实践表明，直井开发适应性差，水平井多段多簇压裂有望实现效益开发，存在的主要问题是单井产水量最高达到450 m³/d以上难以实现有效降压，需要进一步优化钻井及压裂参数实现控水降压.
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  基于有效孔隙度的深部煤层游离气含量预测模型

  史锐, 边利恒, 张伟, 马壮, 焦嘉慧, 申建

  中国矿业大学学报. 2025, 54(01): 161-171. https://doi.org/10.13247/j.cnki.jcumt.20240320

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  游离气含量是深部煤层气勘探开发中重要的指标，对于评价深部煤层气开发潜力具有重要的理论意义和工程价值.针对现有的游离气计算模型的局限性，通过分析深部储层条件下煤孔隙压缩特性，结合游离气赋存特征，构建了基于孔隙压缩特性的深部煤层游离气含量预测模型.研究结果表明：煤层游离气含量主要受气体状态相关因素(储层温度、储层压力、气体压缩因子)和有效孔隙度这2项因素的影响；储层温度、储层压力、气体压缩因子控制气体状态影响含气量大小；有效孔隙度(考虑孔隙压缩、水分所占孔隙体积)控制游离气储集空间的大小.随着埋深的增大，大宁—吉县区块游离气含量呈现出先增大后逐渐稳定的特征.在同一层煤层厚度范围内，孔隙度是影响游离气含量的主要因素，在计算游离气含量的过程中需要考虑孔隙压缩特征以及含水性的影响.随着埋深的增大，不同煤级煤游离气含量均逐渐增大，且增大的速率随着埋深逐渐降低.本研究实现了在考虑孔隙压缩特征以及水分所占孔隙体积条件下开展深部煤层游离气含量准确预测的目标，以期为深部煤层气勘探开发提供更为准确的储层物性参数.
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  煤系砂岩受载破裂全程多尺度多参数测试及表征

  张平松, 刘畅

  中国矿业大学学报. 2025, 54(01): 172-185. https://doi.org/10.13247/j.cnki.jcumt.20240254

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  淮南矿区已进入A组煤开采的关键时期，随着开采深度的增加，面临的岩石力学问题愈加复杂，煤系砂岩作为采场围岩的重要组成部分，对其力学性质、地质地球物理性质的研究至关重要.从细观、试件以及岩层实测角度出发，获得煤系砂岩的裂隙演化特征、应变和电极电流响应特征，全面认识煤系砂岩的受载破坏裂隙、参数响应特征及阈值.结果表明：细观尺度上，当荷载达到70.2%最大应力(σ_max)时，各细观参数开始有较快增长.试件尺度上，对于不同含水率的砂岩试件，临破裂时分布式光纤应变值分别为613×10^-6,787×10^-6,933×10^-6和1 522×10^-6,裂隙水作用下砂岩试件强度降低，且含水率和应变增长率之间呈二次函数关系；电极电流整体变化趋势经历了平稳、缓慢上升、轻微下降和骤降4个阶段，不同含水率砂岩试件的破裂电流时间比（t₁/t₂）值依次为95.4%,85.7%,73.2%和60.5%.岩层实测方面，获得了回采全程砂岩层位分布式光纤应变和电极电流响应特征，并与室内试验的多参数响应特征一致.测试结果可为深入研究A组煤系砂岩力学性质和地质地球物理性质、裂隙产生机制，以及现场探测实践和灾害预警提供支撑.
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  火成岩侵入对煤物化结构与低温氧化的影响机制

  秦波涛, 邵旭, 李子威, 曲宝

  中国矿业大学学报. 2025, 54(01): 186-201. https://doi.org/10.13247/j.cnki.jcumt.20240404

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  火成岩侵入的煤层更易自然发火，这与岩浆对煤物理化学结构的改造密切相关，因此需探究火成岩侵入对煤体物化结构与低温氧化的内在影响机制.首先，基于氮气、二氧化碳等温吸附和傅里叶红外光谱测试研究了火成岩侵入区构造煤的孔隙结构和化学结构特征，岩浆的接触变质作用比热变质作用对煤体结构的改造程度更高；受接触变质作用影响煤样比表面积增涨了237.6%,其孔隙表面粗糙度和孔隙网络复杂度均升高，煤中芳香环、含氧官能团和脂肪烃含量降低，羟基和矿物含量升高，其化学结构特征参数均增大.其次，结合含瓦斯煤体程序升温试验与颗粒煤瓦斯外扩散数值模拟探究了甲烷与氧气的置换过程，结果显示岩浆的热变质作用强化了煤中甲烷与氧气的置换，但接触变质作用延缓了两者的置换；提出了一种定量计算煤物理吸氧量和化学吸氧量的新方法，并分析了煤中氧气的物理-化学吸附的转变过程，经历岩浆变质作用的煤样表现出较高的物理吸氧量，受热变质作用影响煤样的物理-化学吸附主控转变温度最低仅有55.22℃,降低了近20℃;基于阿伦尼乌斯公式和化学反应速率公式准确计算了煤-氧反应的表观活化能，热变质作用降低了煤-氧反应的表观活化能，而接触变质作用使表观活化能比正常煤样更高.最后，使用灰色关联分析探究了构造煤物化结构与其低温氧化的相关性，分析得到：构造煤孔隙表面粗糙度、孔隙网络复杂度以及支链化程度的提高，不仅促进了煤体内部甲烷与氧气的置换，使得低温氧化过程更快地由物理吸附主控转变为化学吸附主控，而且促使芳香烃断裂形成了更多长度更短的支链，致使煤与氧气反应的活化能降低，易于演变成强烈的氧化反应.
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  倾斜厚煤层开采卸压瓦斯运储区能量耗散结构时变机理研究

  赵鹏翔, 常泽晨, 李树刚, 卓日升, 贾永勇, 雷雯, 邵秋冬, 裴文博

  中国矿业大学学报. 2025, 54(01): 202-214. https://doi.org/10.13247/j.cnki.jcumt.20240150

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  为了确定倾斜厚煤层开采过程中覆岩能量耗散结构影响下的卸压瓦斯运储区产生和演化规律，针对新疆昌吉市菏泽腾达矿业B5#煤层主采工作面，采用理论研究和物理相似模拟试验探究覆岩裂隙时变规律，明确卸压瓦斯运储区区域范围，定义卸压瓦斯运储区覆岩中的能量耗散结构，确定能量耗散结构种类、形成判据及演化规律，揭示倾斜厚煤层开采卸压瓦斯运储区能量耗散结构时变机理.结果表明：采动过程中上覆岩层破断裂隙密度突变点5.5条/m和贯通度突变点0.57可将裂隙场划分为瓦斯储集区、瓦斯运移区和压实区；依据能量积聚形式将覆岩能量耗散结构分为点能量耗散结构和线能量耗散结构，能量耗散结构形态呈现出“半月”状，能量耗散结构失稳破坏能量判据计算值和现场微震监测测量值误差小于9.58%;现场将钻孔终孔布置在瓦斯运储区中，平均单孔瓦斯抽采纯量和瓦斯抽采体积分数相较于调控前提升1.56倍和1.96倍，上隅角、工作面和回风巷的平均瓦斯体积分数降低至0.31%,0.12%和0.22%,瓦斯抽采效果良好.研究结果进一步为倾斜厚煤层卸压瓦斯高效抽采提供一定的理论指导.
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  基于图像顺滑度的矿井外因火灾识别及抗干扰方法研究

  孙继平, 李小伟

  中国矿业大学学报. 2025, 54(01): 215-226. https://doi.org/10.13247/j.cnki.jcumt.20240217

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  图像监测是矿井火灾火焰主要感知方法，但受矿井光源干扰.图像圆形度和矩形度方法受摄像机安装位置、拍摄目标图像角度影响大，难以排除矿井光源的干扰.本文揭示了圆形灯、正方形灯和长方形灯等矿井光源图像实际边界周长近似等于其等面积矩形图像边界周长，火焰图像实际边界周长明显大于其等面积矩形图像边界周长的特点.提出图像顺滑度计算方法，用形状与外接矩形图像相似、面积与目标图像面积相等的相似矩形周长，除以图像实际边界周长的比值，表示图像顺滑度.目标图像顺滑度数值越小，说明图像边界越不顺滑、凸凹越严重.提出基于图像顺滑度的矿井外因火灾识别及抗干扰方法，计算目标图像顺滑度，根据矿井光源图像顺滑度数值较大，而火焰图像顺滑度数值较小，区分火焰与矿井光源.本方法不受矿井光源形状、摄像机距检测目标距离和图像大小、摄像机安装位置及其拍摄检测目标的角度等影响，适应范围广，识别准确率高.试验研究表明，顺滑度识别火灾火焰图像准确率为98.1%,召回率为97.9%;矩形度识别准确率为81%,召回率为78.9%;圆形度识别准确率仅为33.3%,召回率为28.9%.
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  我国“双碳”政策效应研究——基于文本挖掘的量化分析

  李姗姗, 范明轩, 袁亮

  中国矿业大学学报. 2025, 54(01): 227-236. https://doi.org/10.13247/j.cnki.jcumt.20240034

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  政策是助力我国“双碳”目标达成的重要抓手，但“双碳”政策的影响效力尚不明晰.本文旨在基于政策文本视角对“双碳”政策进行多维度量化分析，通过文本挖掘得到“双碳”政策主题词，进而构建政策一致性(Policy Modeling Consistency, PMC)指数模型，对中国现行“双碳”政策进行量化分析.结果显示：在政策内容上，高频关键词为“标准”“方案”“规范”等，核心关键词为“能源”“项目”“创新”等，显示当前“双碳”政策形式较为全面，但“公众”参与力度不足，新一代信息和通讯技术应用匮乏；在政策主题上，当前“双碳”政策主要以指令型(41.09%)和激励型(38.81%)为主，强制型(20.10%)政策相对较少；在政策分析效果上，当前我国“双碳”政策制定依据充分、目标明确，且稳定性较好，表明我国“双碳”政策在顶层设计和宏观调控方面具有显著的引导作用，但仍存在改进空间.本研究为后续“双碳”政策的制定与优化提供了有效依据.