煤田地质与勘探杂志

煤田地质与勘探杂志2025年第5期

• 中国煤田构造研究的史实概览、主要进展与前景展望

  曹代勇, 琚宜文, 夏玉成, 姜波, 宁树正, 魏迎春, 王安民, 李小明, 占文锋, 李焕同, 王路, 蔡卓程,

  背景煤田构造是煤田地质学的基础内容之一，中国煤田构造研究已有上百年历史，经历了探索、学习、创新的发展历程，取得众多研究成果，为保障我国煤炭长期稳定供应发挥了积极作用。在中国能源结构优化和煤田地质转型升级的时间节点，梳理煤田构造研究的发展脉络，总结经验、思考新形势下的发展方向，无疑具有重要的现实意义和历史意义。方法基于文献分析并结合作者团队的长期科研实践，讨论煤田构造研究的学科性质，回顾国内外煤田构造研究历程，总结我国煤田构造研究所取得的主要成就，分析面临的问题和挑战，展望煤田构造研究的发展趋势。进展和展望体现中国特色的煤田构造理论和方法体系是广大煤田地质工作者学习国外先进地质科学理论，立足于我国煤田地质工作实践逐步建立起来的。近年来取得的重要成果包括：深化了对中国煤田构造特征和时空差异性的认识、煤田区域构造和煤盆地构造研究持续深入、构造控煤概念的形成与发展、煤田滑脱构造研究取得重大突破、煤变形–变质作用研究成果显著、煤系矿产的构造控制受到关注、矿井构造研究成为热点方向。我国煤田地质构造的复杂性决定了构造研究在煤炭资源勘查和开发中的重要作用，在今后若干年内，我国煤田构造研究将紧密追踪当代地质科技进展、面向国家和行业发展需求，深化和拓宽研究领域，坚持特色、突出创新，进一步完善和发展中国煤田构造理论与方法体系。

• 煤层顶板多种灾害发生机理与协同防治技术

  郑凯歌, 张俭, 孙四清, 陈冬冬, 王泽阳,

  目的基于我国煤层多期沉积−构造演化形成的煤与瓦斯突出、突水、冲击地压等多灾害共生环境，针对深部开采条件下高地应力–高水压–强采动耦合诱发的顶板多灾害链式演化难题，系统开展了煤层顶板多动力灾害耦合机制与协同防治技术研究。方法通过区域构造特征分析与赋煤构造单元划分，综合运用地质力学分析、灾害演化分析及技术模式构建等方法，系统揭示了煤层顶板多动力灾害的耦合作用机制，创新构建多灾害协同防控技术体系。结果和结论(1) 随着开采深度增加，顶板灾害由单一模式向瓦斯–冲击地压–水害复合模式转变，深部“三高一扰动”环境通过应力重分布–裂隙扩展–能量积聚的链式作用，诱发冲击启动、水气互馈等灾害耦合效应；(2) 突破传统冲击–瓦斯二元耦合研究框架，系统建立了包含巨厚含水层致冲、离层水–厚硬顶板联动等多灾害耦合模型，阐明了采动裂隙网络贯通诱发气液运移–能量释放的跨灾耦合机理；(3) 创新提出“分源辨识–分类调控–协同防治”的技术路径，研发形成包含定向长钻孔分段压裂、地面L型井群组改造等关键技术的“井上下联动、区域局部协同”五种防控模式。该成果为破解深部开采多灾种协同防控难题提供了理论依据和技术路径。

• 高压CO2泡沫压裂钻孔瓦斯渗流机理及方程改进

  庞明坤, 张天宇, 潘红宇, 宋宪峰, 伍珊, 张天军,

  目的为解决高瓦斯煤层特殊低孔渗结构限制瓦斯抽采效率的问题，精准测定CO2泡沫压裂钻孔孔周“环状”破裂煤体的渗透参数，提高煤层瓦斯预抽钻孔设计的准确性和瓦斯抽采效率。方法采用自主设计的孔周破碎煤体渗流试验仪器，从不同初始孔隙结构的角度，对钻孔周围“环状”孔隙、裂隙的煤体进行研究。测试不同初始孔隙结构试样的渗透率，分析孔周破裂煤体渗透率的演变特征。基于改进的Ergun方程，得到破裂煤体介质瓦斯渗流基本方程，并对其合理性进行验证。结果对于孔周“环状”破裂煤体在压实过程中会经历三个阶段的破碎变形过程。当应力在1.2~1.3 kPa时，即颗粒变形后期，破碎量明显减少。这是由于颗粒变形后期之前阶段产生的细小颗粒已填充了大部分孔隙。在外部载荷的作用下，煤体颗粒会经历进一步的压缩变形，最终导致颗粒之间相互压缩，形成一个致密的整体。随着流速的持续增加，流动过程主要受惯性力作用，通过将方程中的二次项系数中的参数设置成与流动状态相关的变量，得到a/b与v基本上符合负指数关系。改进型Ergun公式克服了传统公式的缺陷，能够较好地预测不同孔隙率、不同颗粒直径以及不同流速时孔隙介质渗流过程中的负压损失。结论在煤层瓦斯预抽工作中，通过运用改进后的破裂煤体瓦斯渗流方程，可以计算瓦斯预抽钻孔孔周的“环状”破碎煤体渗透率，进而可以准确给出有效致裂半径，为优化设计瓦斯抽采钻孔布孔方式提供了重要的理论基础，并为高瓦斯低透煤层绿色高效抽采提供新思路和新方法。

• 低渗煤层胶囊二氧化碳相变致裂增透技术及应用

  李毛, 范新川, 符辉,

  目的和方法针对低渗透性煤层开采受限于瓦斯含量高、压力大且抽采效率低等工程难题，研究了低渗煤层胶囊二氧化碳相变致裂煤层增透技术，该技术利用二氧化碳在高压环境下转变为超临界状态的特性，通过胶囊封装临界二氧化碳放入导管内，然后由导管放置到煤层内部，并通过加热爆破启动装置触发相变爆破。使液态二氧化碳迅速气化并膨胀，产生高压冲击波，实现对煤层产生预裂作用。致裂过程不产生火花，易在煤层中形成裂隙，提高煤层的透气性。结果和结论(1) 这项技术能够有效地增加煤层的裂隙网络，显著提升煤层的透气性。通过测算每个1.4 kg胶囊液态二氧化碳量在发生相变致裂时，其爆炸威力等同于243克TNT的爆炸当量。二次致裂后，其影响半径逐渐增大，显示出良好的时效性。(2) 现场应用效果证实了该技术提升瓦斯抽采纯量2~4倍，甲烷体积分数增加2~3倍，致裂影响半径提升了1.5~2.0倍。现场监测瓦斯抽采钻孔在 18、30、60、90及 120 d的瓦斯抽采效果，发现抽采影响半径随着抽采时间的增加而递增。初期增速明显，随后增幅逐渐减小；随着时间延续，抽采影响半径增长幅度趋于平缓，与抽采时间的关系渐趋稳定，致裂后实测有效抽采半径在2.45~4.95 m，证实该技术在煤层瓦斯抽采中具备良好的时效性与持续性。(3) 在进行致裂处理后，研究区域内煤层透气性系数显著增加，由之前的0.009 6 m2/(MPa2·d)提升至0.577 m2/(MPa2·d)。此外，由于二氧化碳作为致裂介质，可以来源于工业排放或封存的二氧化碳，因此，这该项技术是一种绿色的增透手段，具有重要的环境和社会效益。

• 巷道点云分类去噪及三维重建技术

  陈登红, 庞宁, 聂闻, 封居强, 阚吉亮, 张进京,

  目的巷道点云数据的噪声去除与三维重建是实现巷道数字化建模与分析的关键环节，但目前传统单一滤波算法难以有效去除巷道点云不同尺度噪声，现有三维重建算法存在建模精度低、易失真等问题，因此需要研究获取高质量的巷道点云数据方法和构建高精确巷道三维模型技术。方法通过基于邻域半径R、最小邻域点数Imin、空间阈值σc、特征保持因子σs等参数自适应的分类巷道点云去噪算法，设计基于符号距离函数(signed distance functions，SDF)的深度学习隐式曲面重建方法。集成均值法、改进的基于密度的聚类(density-based spatial clustering of applications with noise，DBSCAN)算法和改进的双边滤波算法，构建分类处理技术框架，集成算法自动分析巷道点云数据中的噪声类型，并通过自适应机制高效去除不同尺度噪声，实现主体点云数据的深度净化。采用PointNet++提取巷道点云局部区域特征，导入神经隐式网络学习局部上下文信息，生成全局模型SDF，并结合移动立方体算法构建精细化的巷道三维模型。结果和结论以安徽省张集煤矿1∶1模拟巷道为实验场景，开展多维空间的巷道点云去噪与三维重建研究。研究结果表明：(1)集成算法可根据巷道场景与噪声类别动态调整去噪策略，具备自适应优化性能，产生的Ⅰ类和Ⅱ类误差分别为1.54%和5.37%，可在保留主体点云特征的同时有效去除大、小尺度及重复点三类噪声。(2)重建算法能在保持巷道模型精度与光滑度的同时有效减少孔洞，且精准刻画复杂位置的结构细节，重建巷道的平均偏差、标准偏差、均方根误差分别为0.037、0.040、0.041 m，满足智能化矿山建设高精度要求，为矿山数字化转型升级与智能精准开采提供高质量的三维数据支撑。

• 神府南区深部煤层气水平井产能地质−工程主控因素

  郭广山, 刘彦成, 赵刚, 陈朝晖, 李陈, 康丽芳, 王宇川, 王佳楠,

  目的鄂尔多斯盆地东缘神府南区是我国少有的千亿方大气田，是中海油深部煤层气勘探开发先导示范区之一。区内水平井产量是直井的2~10倍，但也存在井间产量差异大，产量递减快等难题。明确深部煤层气水平井产能主控因素是提高整体开发效果和实现经济效益开发的关键。方法以神府南区16口水平井为研究对象，同时依托17口煤层气评价井动静态资料；基于井眼崩落法和声波测井对地应力和煤岩脆性指数实现精细评价，建立工程甜点评价体系，完成煤层可压性评价；基于“一井一策”思路深入剖析水平井钻井质量和大规模体积压裂工程技术指标，筛选出影响钻井质量3个参数和压裂改造7个参数进行评价；精细刻画水平井井控范围内地质−工程双甜点因素，构建地质−工程双甜点系数，实现深部煤层气水平井产能预测。开展钻完井和大规模体积压裂等参数系统评价，提取地质因素和工程因素16个参数完成定量化评价，明确神府南区深部煤层气水平井产能主控因素。结果和结论(1) 地质甜点主控因素为井控内煤的灰分含量、随钻伽马和气测峰值，建立地质甜点评价标准，当水平段钻遇I类地质甜点段长度>500 m，水平段地质甜点系数>0.4，峰值产量、稳产气量分别能达到20 000和15 000 m3/d以上；(2) 工程甜点主控因素为水平地应力差和煤的脆性指数，区内水平应力差非均质性弱(5.1~5.5 MPa)，脆性指数为工程甜点主控因素，构建地质−工程双甜点系数，当双甜点系数>0.52能够实现深部煤层气水平井经济效益开发；(3) 水平井产量主控因素是钻遇地质−工程甜点段长度和压裂改造规模：当水平段钻遇Ⅰ类、Ⅱ类甜点段长度占水平井总长度的50%，且采用大规模体积压裂，能实现80%产能有效释放；(4) 利用肯德尔相关系数法和皮尔逊相关系数法定量确定水平井产能主控因素，排名前6位为地质甜点系数、气测峰值、工程甜点系数、施工排量、破裂压力和平均砂比。研究成果为深部煤层气压裂段簇差异化设计、压裂规模差异化设计等提供了有力的支撑。

• 临兴−神府区块深部煤储层地温场特征及控制模式

  徐立富, 白玉湖, 徐兵祥, 胡维强, 陈建奇, 李勇,

  目的地温场是控制深部煤层气赋存相态、渗流产出的关键地质条件，开展地温场研究有助于深部煤层气资源评价和高效开发。方法基于鄂尔多斯盆地临兴–神府区块8+9号煤钻井、测井、试井和测试实验等数据，总结深部煤储层地温场区域分布规律，分析地温场对储层含气性和物理性质的影响，揭示地温场的控制因素和机理，提出区域地温场差异控制模式。结果和结论(1) 研究区现今煤层温度平均约52 ℃，地温梯度介于1.72~2.64 ℃/hm，平均约2.21 ℃/hm，属于正常偏低–正常地温梯度范围；(2) 地温场与煤层吸附气和力学性质呈负效应，与渗透率呈微弱正相关趋势。地温梯度和储层温度越高，煤层含气量转折深度越低，吸附–游离转换量越高，且对储层有所改善使渗透率有所增加，但煤峰值强度和弹性模量越低，塑性增强；(3) 地温场受埋深、构造、地下水以及岩石热导率等多个因素影响，主要体现在地层横向热导率值差值较小导致热量横向运移聚集隆起区域而形成较高地温场，断层破坏地层或沟通地下水导致热量散失而形成偏低地温场；(4) 研究区发育4类控温模式，包括以正常地温梯度但储层温度受埋深影响的普适性水平地层控温模式，受热量横向运移影响为主的紫金山基底隆起控温模式，受断层影响为主的临兴北部和神府西部断裂型控温模式，受断层–地下水主导的神府东部复合型控温模式。研究揭示了地温场分布规律及其对深部煤储层物性特征的影响，在其他条件类似情况下，具有较高地温场的构造高点更富含游离气，应成为推动深部煤层气高产的重要评价区域。

• 注热过程中高温蒸汽渗流与煤体热应变动态演化规律

  李志强, 张宁超, 陈金生, 陈立伟, 冯文祥, 刘龙威, 王云刚,

  背景高温蒸汽热激励煤层是一种极具前景的增产瓦斯技术方法，蒸汽渗透率是表征热流体注入能力的关键参数。然而，蒸汽在煤中的渗流规律及其演化机理目前依然未知，探索上述问题对注热增产瓦斯工程具有重要的科学意义。方法采用稳态法进行了煤中注入高温蒸汽的渗流与热应变实验，研究了蒸汽渗透率和煤体热应变随时间的动态变化规律。采用Kelvin毛细凝聚理论、段塞流理论和热应力理论，分别分析了蒸汽在煤中的冷凝相变、脉动渗流和煤体热应变变化机制。结果高温蒸汽注入煤体过程中，随注热时间延长，蒸汽液测渗透率呈间歇性脉动规律。随蒸汽温度升高，脉动峰值降低，周期缩短，脉动更加剧烈。注热过程中，煤体径向、体积应变呈2~3段阶段式膨胀变化。蒸汽温度较低时，轴向应变为压缩应变，而温度较高时，转为膨胀应变。结论蒸汽在煤体微孔隙中的平衡压力小于大空间中的饱和蒸汽压，孔径越小，蒸汽冷凝所需压力越低，也越容易冷凝相变。蒸汽在煤体中产生的气液段塞流是造成其渗透率间歇性脉动的主要原因。此外，高温蒸汽对煤体渗透率还叠加了内外膨胀影响效应，导致大孔渗透率降低，基质小孔渗透率增大。蒸汽注入过程中，前期的快速膨胀应变，主要由孔隙压力控制，中后期的缓慢膨胀应变，主要由升温引起的热应变控制。研究结果为蒸汽热采瓦斯工程和数值模拟提供了事实依据和理论参考。

• 煤层水化学特征对微生物群落结构及代谢功能的影响

  王高皓, 段生杰, 王贝, 牛国斌, 梁永平, 余飞龙, 马凯, 赵伟仲,

  背景煤层气生物工程的核心在于向煤储层注入富含高效产甲烷菌群的生物压裂液，以促进煤向甲烷的转化。然而，现阶段对煤层水的化学特征、微生物群落结构及其代谢功能之间的关系尚不明确。方法以宁夏12个典型矿区的煤层水为研究对象，基于微生物分类测序和统计学分析的方法探讨煤层水中的pH、阴离子、阳离子、化学需氧量(COD)与微生物群落结构及代谢功能之间的关联。结果和结论(1)细菌群落主要由水解菌和产酸发酵菌组成，优势属为Proteiniborus、Clostridium_sensu_stricto_1和Thauera；产甲烷古菌主要通过混合营养型代谢，优势属为Methanosarcina。(2)煤层水的pH为7.4~8.5，随着pH降低，细菌群落的多样性增加，而pH值对古菌群落的影响较小，对微生物代谢功能无显著影响。(3)当Cl−质量浓度低于905 mg/L、\mathrmSO_4^2- 质量浓度低于1 974 mg/L时，细菌群落的多样性和丰度与这些阴离子浓度呈正相关；而当Ca2+质量浓度在5.6~411.0 mg/L、Mg2+浓度在30.3~697.0 mg/L时，这些阳离子浓度与微生物的细胞运动、细胞内运输、分泌与囊泡运输以及无机离子代谢表现出显著负相关性。(4)此外，煤层水中的COD与微生物群落参与的能量生成、转化及碳循环呈显著正相关关系，COD越高，水中的有机质越丰富，进而增强微生物群落对碳循环的参与。研究成果不仅揭示了煤层水化学特征对微生物群落的影响机制，还为煤层气生物工程中生物压裂液配方的优化提供了科学依据，帮助理解煤层气开发过程中环境变化对地下微生物群落的潜在影响。

• 煤系致密砂岩气储层沉积模式与开发实践 以大宁–吉县区块山23亚段为例

  张雷, 黄力, 赵龙梅, 王峰, 张艺馨, 石石, 张稳, 赵浩阳, 陈彤, 童姜楠,

  背景鄂尔多斯盆地东缘大宁–吉县区块二叠系山西组山23亚段为区内致密气的主力开发目的层系，区块开发前期通过物源分析和沉积体系等基础研究，初步划定了开发有利区，并建成了年产10亿m3的气田。然而，随着开发的深入，钻遇山23亚段砂岩呈现厚度减薄、规模减小、不同物源方向砂体发育特征存在显著差异等问题，现有研究成果难以有效指导砂体展布研究及井位部署，严重制约了下一步开发工作。方法利用区块内的露头、岩心、测录井、三维地震以及分析化验测试等资料，首次建立了山23亚段的高分辨率层序地层格架，开展了沉积微相精细研究、落实了山23亚段底砂岩的成因及展布特征。结果(1) 山23亚段属于以上升半旋回为主的不完全对称型旋回，底砂岩主要发育在下部短期旋回中；沉积体系呈现独特的“北辫南曲”特征，北部发育规模较大的辫状河三角洲沉积体系，南部发育规模相对较小的曲流河三角洲体系，且南北部底砂岩三角洲前缘分流河道微相特征存在显著差异。(2)古地貌恢复表明山23亚段底砂岩展布受下伏太原组古沟槽控制，建立了 “双物源和可容空间共同控制砂体规模、古地貌和沉积微相共同控制砂体富集区”沉积模式，揭示了该区发育5条水下主分流河道的格局。(3)基于河道展布特征开展了差异化的井位部署，北部以水平井开发为主，南部以直丛井开发为主。差异化井位部署策略取得了显著成效，水平井和直丛井的砂岩钻遇率和产量均有大幅提高，其中水平井砂岩钻遇率提升15%，平均产量提高66.7%，最高日产量达20万m3；直丛井钻井成功率提高11%，平均产量提高45.4%，最高日产量达5万m3。结论双物源控砂模式下河道砂体展布规律的精准预测，不仅为大宁–吉县区块山23亚段的高效开发提供了重要支撑，也为鄂尔多斯盆地东缘相似地质条件下的致密气开发提供借鉴。

• 时空信息融合赋能下矿井底板水害透明化防治体系

  刘再斌, 晏俊生, 王江宏, 高耀全, 杨辉, 白宝军, 鲁晶津, 王宏伟, 王刚,

  背景矿井水害常造成巨大的人员伤亡，严重影响着煤矿安全开采。方法在实景三维建设、煤矿智能化不断推进的行业背景下，以内蒙古唐家会煤矿智能地质保障系统研发、底板奥陶系灰岩(简称奥灰)水害防治为例，详细阐述在时空信息赋能下，通过透明地质模型提升工作面回采周期内的矿井水害防治能力。结果和结论梳理了矿井水害防治过程中的时空信息与时空智能基本概念，并将水害防治过程分为超前预测预报、采前隐患探查、采中水害治理以及治后实时监测4个阶段，总结了各阶段水害时空探测方法、时空配准同步以及时空信息赋能模式，建立了基于透明地质模型的矿井水害全过程防治体系。具体而言，在透明地质模型构建及动态更新的基础上，利用微震监测、随采地震探测等装备提高预测预报频次及准确性，通过定向钻探、三维地震勘探精确圈定工作面底板异常区边界，结合井上定向长钻孔靶向治理，辅以孔中瞬变电磁以及孔间电阻率法对隐患异常区域进行循环注浆工程，治理完成后，随着工作面不断推进，将微震监测以及孔间电阻率法相结合，动态监测工作面底板导水裂隙发育、富水性分布变化情况。研究表明，将各阶段水害时空信息与透明地质模型相融合，能够形成二三维一体化的矿井水害透明化防治体系，从而为唐家会煤矿底板奥灰防治水工作提供有效支撑。

• 深立井筒水害定向钻孔泄水模型构建及应用

  赵春虎, 朱明诚, 姬亚东, 王世东, 张文忠, 朱开鹏, 刘英锋, 尚宏波, 李超峰, 樊敏, 李凯,

  背景西部侏罗纪煤田深部矿区一般采用立井井筒开拓方式，由于直接揭露巨厚白垩系含水层导致井筒涌水量普遍较大，且立井筒持续携砂涌水冲刷为井壁整体质量带来极大安全隐患。方法充分借鉴煤矿井下探放水钻孔出水口低于疏水含水层底板、出水为自然涌出的无动力泄水优势，以及地面定向钻探空间轨迹控制优势，以西部侏罗纪煤田黄陇煤炭基地彬长矿区某生产矿井深立井筒为研究对象，提出基于定向钻孔超前泄水疏降深立井筒巨厚砂岩水的无损治理技术思路。基于COMSOL多物理场有限元数值仿真平台，采用达西渗流溢出边界和透水层边界数值化处理方法，解决地面垂直井被动抽水解析模型难以科学描述定向钻孔结构及其自然泄水过程的问题，集成建立深厚富水砂岩含水层−地面超前定向泄水孔−深立井筒地下水系统数值仿真模型，定量研究立井筒在地面定向钻孔超前区域泄水条件下井筒涌水量变化与减水效果。结果和结论案例井筒涌水模拟结果显示，通过ZX1—ZX4这4个泄水钻孔数值化处理，以及钻孔壁域与井筒壁域地下水流速积分计算，得出4个泄水钻孔涌水量分别为34、27、38、42 m3/h，主副立井残余涌水量分别由21.50、22.10 m3/h衰减至5.82与4.43 m3/h，可见案例深立井筒在4个地面定向钻孔超前泄水下可实现井壁减水目的，且减水效果可达到井筒安全质量要求。研究成果可为西部侏罗纪煤田深部矿井井筒水害科学治理与分析计算提供借鉴。

• 富水砂层幂律型浆液渗透注浆扩散机理

  谢鲍, 程桦, 王雪松, 黎明镜, 刘向阳, 韩雪宇,

  目的为阐明富水砂层渗透注浆球形扩散规律及影响因素，开展渗透注浆试验研究，以了解不同注浆参数对浆液扩散的定量影响。方法首先，通过渗透注浆球形扩散模型试验，分析浆液宏观扩散形态、微观填充效果及注浆过程中渗透压力、土压力变化趋势；然后，基于考虑多效应耦合作用的渗透注浆球形扩散方程，定性分析浆液渗透扩散的影响因素，定量分析理论预测浆液扩散的误差；最后，使用极差分析法评估水灰比、砂土物理参数、注浆压力对浆液渗透扩散影响的显著性。结果和结论浆液扩散范围与浆液水灰比、砂土孔隙率呈正相关，与砂土迂曲度呈负相关；注浆过程中，随着与注浆管的距离变远，渗透压力及土压力非线性减小，而随着时间的变化，同一个测点的渗透压力及土压力非线性增大；定义了压力突增时间区间，与注浆管距离越近，该区域出现越早，压力变化越显著；考虑浆液黏度时变效应、迂曲效应及均匀渗滤效应的理论模型预测浆液扩散范围与试验误差为−13.26%~11.01%；各注浆参数对浆液扩散范围影响的显著性从大到小为：水灰比、砂土孔隙率、注浆压力；水灰比作为主要影响因素，同时影响注浆过程的砂土实际孔隙率、迂曲度进而影响浆液扩散范围。研究成果可为今后富水砂层注浆参数设计提供参考。

• 多源煤基固废胶结充填体卸围压变形与损伤破坏试验

  何祥, 魏龙强, 杨科, 张通, 张村, 张子龙, 陈焱军,

  目的将多源煤基固废制备成充填材料进行间隔条带充填开采是绿色采煤的重要手段之一，条带煤柱回采时多源煤基固废胶结充填体(下称“充填体”)的变形破坏规律直接影响采场的稳定性。方法选用5种典型固废与水泥混合制备成胶结充填体，开展充填体试件常规三轴及恒轴压卸围压应力试验，分析2种应力加载路径下充填体应力–应变曲线和破坏特征，探究卸围压过程中变形参数随围压的演变规律，揭示充填体卸荷损伤机制和强度准则。结果和结论(1) 充填体试件在常规三轴试验中表现为脆性破坏特征，裂隙逐渐发育并在破坏时迅速扩展贯通，在卸围压试验中的脆性破坏特征有所增强，试件破坏之前应变变化值不及破坏时的6.5%。(2) 在卸围压过程中充填体试件体积变形由压缩过渡为扩容，变形模量降低量达破坏阶段的10%，泊松比在试件破坏时突破弹塑性材料极限0.5。(3) 围压差比随初始围压线性减小，表明高围压环境下充填体更易破坏，损伤因子D演化与泊松比高度同步。(4) Mogi-Coulomb强度准则适用于充填体试件恒轴压卸围压三轴试验，卸荷行为对充填体的黏聚力有弱化效应，而对内摩擦角有强化效应。研究结果为间隔条带充填开采采场稳定性控制提供参考。

• 基于蒙特卡罗及博弈赋权法的地热资源潜力与适宜性评估

  何怡香, 丁朋朋, 刘韶华, 王明珠, 朱磊,

  背景砂岩孔隙型地热能是一种稳定、高效的清洁能源，但热储层非均质性、勘探不确定性等因素使地热资源量概率评估及适宜性识别等方面仍面临重大挑战。方法选取鲁西北平原馆陶组地热为研究对象，采用体积法与蒙特卡罗法开展地热资源潜力不确定性评估；从地热资源特性、地质结构属性、社会经济3个方面建立砂岩热储适宜性多维度指标体系，采用博弈组合赋权法计算指标权重，开展地热资源适宜性定量评价，并通过地热井空间分布对评价结果进行校验。结果和结论鲁西北平原馆陶组热储最大概率地热资源量为5.68×1017 kJ，折合标准煤1.94×1010 t，地热资源量为(4.75~6.32)×1017 kJ的概率为90%，平均地热资源丰度为3.35×1013 kJ/km2；研究区适宜性“较好”及以上面积为5 557 km2，占比35.63%；适宜性“差”区域占比最低，仅为14.32%；综合资源潜力和适宜性结果，鲁西北平原德州潜断陷为地热勘探开发首选靶区。研究成果可为重点地区地热资源勘探优化和开发目标区域识别提供技术支撑。

• 矿井水核晶诱导造粒除氟技术

  张溪彧, 董书宁, 王皓, 金鹏康, 王晓东, 王强民, 张涛,

  目的煤炭开采过程伴生的矿井水往往富含氟离子，若未经有效处理直接排放，将对区域生态环境造成严重污染，影响水资源的质量和生态系统的稳定。方法聚焦煤炭开采伴生矿井水氟污染治理难题，针对传统除氟技术存在的效率低、抗干扰弱等瓶颈，通过构建核晶造粒除氟装置，提出核晶造粒化学沉淀的除氟新方法。矿井水中的氟污染具有显著环境风险(地表水氟质量浓度超标可达8~15倍)，其治理难点在于复杂水质环境下氟的深度去除。为此，构建“化学沉淀−晶核诱导−多孔吸附”多相反应协同调控机制，通过实验室级连续流反应系统(HRT 45 min，上升流速1.8 m/h)开展工艺优化实验，结合X射线光电子能谱(XPS)、原位傅里叶变换红外光谱(FTIR)等先进表征手段，系统揭示氟迁移转化的动态过程。结果和结论在诱晶剂CaCl2投加量1200 mg/L、晶种投配比1∶50的优化条件下，单级处理即可实现氟质量浓度从12.6 mg/L降至7.6 mg/L(去除率39.8%)，较常规混凝沉淀效率提升2.3倍。通过X射线衍射(XRD)证实Ca2+与F−反应生成热力学稳定的霰石和球霰石晶体。值得注意的是，共存碳酸根通过2种途径强化除氟：一是形成CaCO3·CaF2复合沉淀(FTIR在1080 cm−1处出现特征峰)，二是生成多孔方解石载体(SEM显示孔隙率提升62.76%)。研究发现碳酸盐体系下的界面反应调控规律，通过能谱面扫描(EDS)证实F元素在造粒体截面呈梯度分布特征，揭示“表面吸附−晶格固封”的递进去除机制。核晶造粒技术在复杂矿井水中能够高效去除水中的氟离子，能够应对矿井水中复杂的化学成分。研究成果为核晶造粒除氟技术的工程化应用奠定基础，并为解决含氟矿井水的环境污染问题提供可行的技术路线。

• 卷积Mamba模型驱动的地震随机噪声压制方法

  韦秀娟, 刘兴业, 周怀来,

  背景地震随机噪声压制是提升地震资料质量的关键环节之一，数据驱动的深度学习方法提供了一种智能解决方案。然而，主流的基于卷积神经网络的随机噪声智能压制方法受限于局部感受野特性，导致去噪过程中局部细节与宏观结构的协同优化不足，进而影响噪声压制精度。广泛应用于全局特征提取的Transformer模型通过自注意力机制能够有效捕获长距离依赖关系，理论上可弥补卷积神经网络在全局建模能力方面的局限性。但其计算慢，资源占用大，应用受限。目的和方法针对上述问题，提出了融合卷积Mamba的地震数据随机噪声压制网络(CMUNet)。基于二维选择性扫描技术(沿水平、垂直双方向遍历输入数据)，通过状态空间方程构建全局动态系统，实现对地震数据时空特征的跨尺度特征提取，借助Mamba模型的硬件感知并行扫描算法降低计算资源消耗，保证去噪效果的同时提升计算效率。针对地震数据的特点，设计卷积-Mamba混合模块，在UNet编码器中构建层次化特征提取路径，即浅层CNN聚焦局部噪声模式识别，深层Mamba捕获大尺度地质结构关联性；进一步引入残差通道注意力门控，强化有效信号与噪声的特征可分性。结果和结论对于合成数据测试，提出的方法相较于UNet在信噪比、峰值信噪比和结构相似性上分别提高了2.4 dB、2.4 dB和0.005 6，表现出对随机噪声的有效压制能力及对有效信号的保护能力。在野外实际地震数据应用中，局部相似性图像分析结果显示较低的局部相似值，进一步印证了该方法对有效信号的损伤程度低，展现出更优的保幅性，具有良好应用前景。

• 无人机探地雷达对水体和空洞的探测应用研究

  王莹, 孙晨晨, 张路, 陈奕飞, 卢松, 周峰,

  目的和方法无人机载探地雷达系统具备高分辨率、非接触式探测的优势，适用于煤层积水和矿井采空区的探测场景。因此，提出一种基于无人机搭载空气耦合探地雷达系统的快速探测方法，以提升矿区的勘探效率，同时减少人工勘探的时间与危险性。鉴于实际煤矿测试场景的限制，以鄂州市畈雄水库水体及其周边排水涵洞作为等效验证场景，评估该系统在水体深度和空洞探测中的应用潜力。此外，为提高无人机载探地雷达系统的采集信号质量，采用奇异值分解和恒定比例增益技术增强水底和涵洞反射波信号。结果和结论实验结果表明，无人机载探地雷达能够有效探测畈雄水库的水深变化趋势(畈雄水库最大水深6 m)并识别直径为1 m的排水涵洞反射信号(涵洞顶部距路面1 m)，证明了其在水体和空洞探测中的可靠性和有效性。与传统方法相比，提出的机载探地雷达数据处理方法能够显著增强水底和涵洞的反射信号。经过该方法处理后的B-scan信号熵值提升12.7%(从3.70增至4.17)，均方根(root mean square，RMS)对比度提高55%(从0.11增至0.17)，改善了波形特征的可辨识度，提升了数据解释与分析的准确性和直观性。无人机飞行高度从2 m增至4 m时，水底目标信号强度明显衰减(RMS对比度从0.27降至0.22)，同时涵洞反射曲线的曲率半径减小。研究成果为无人机载GPR系统在煤矿积水区和采空区探测提供理论依据。

• 多参数拟合匹配追踪动校正方法及其应用

  杨小慧, 于鹏飞, 张嘉玮,

  目的和方法动校正(NMO)是地震数据处理的核心环节，但常规方法在处理大偏移距或广角数据时易引发子波拉伸畸变，导致叠加质量下降及振幅随偏移距变化(AVO)分析失真。匹配追踪动校正(MP-NMO)虽能缓解拉伸效应，却因同相轴交叉问题造成横向不连续，为此，提出一种基于多参数拟合的改进型匹配追踪动校正方法。在匹配追踪分解中，对同一反射界面不同偏移距的子波振幅、频率及相位进行三次多项式拟合，消除局部异常干扰；以二阶时距曲线为初值，结合自适应时间扫描策略，在动态窗口内搜索最优反射波到达时间，避免高阶时距方程求解的复杂性；引入Morlet复子波多尺度扫描，增强抗噪性与频带适应性。结果对于理论模型，改进方法有效改善了大偏移距子波拉伸，振幅与频率误差分别低于5%，较传统匹配追踪(误差达40%)提升90%以上，且抗噪性增强，7次迭代内即可收敛。实际资料处理中，浅层大偏移距道集的同相轴连续性改善，叠加剖面分辨率提升，0.8~1.7 s关键层段成像更为清晰。结论研究成果为复杂构造区地震资料的高保真处理提供了技术手段，尤其适用于AVO/AVF属性分析和各向异性反演。

• 面间煤柱掘支机器人集群数字孪生系统高效虚实同步方法

  毛清华, 司马俊雷, 马宏伟, 王川伟, 陈彦璋, 郭文瑾, 崔闻达, 成佳帅,

  目的针对面间煤柱掘支机器人集群虚拟模型数据量大、数据传输异常等导致虚实同步效果不佳问题，提出了一种基于三维模型轻量化与轨迹预测−修正模型的数字孪生掘支机器人集群高效虚实同步方法。方法定义了配合依赖顶点的概念，通过引入配合依赖顶点坍缩影响因子来改进二次误差度量算法，约束装配体三维模型轻量化过程使其保持各构件之间的配合关系，减小三维模型数据规模；建立了掘支机器人集群轨迹预测−修正模型，基于Self-Attention-LSTM轨迹预测算法预测孪生机器人集群的运动轨迹，结合二次插值法实时修正预测轨迹，保证虚拟模型与物理装备虚实同步的时空一致性。并构建了数字孪生掘支机器人集群高效虚实同步模拟验证平台。结果和结论引入配合依赖顶点坍缩影响因子约束轻量化过程，可有效抑制三维模型几何误差的增长，保持装配体配合面基本不变，可达到90%数据压缩率；1.5 s运动轨迹预测任务中，Self-Attention-LSTM轨迹预测算法误差最小，轨迹预测－修正方法可使驱动轨迹的MAD缩小74.28%，有效保障虚实同步一致性与平稳性；虚实同步延迟最大为55.28 ms，最大虚实同步位置绝对误差为1.93 mm、相对误差为1.07%，实现了掘支机器人集群高精度、低延迟虚实同步。提出的高效虚实同步方法为提升煤矿装备数字孪生系统运行效率提供了新思路。