煤田地质与勘探杂志

煤田地质与勘探杂志2026年第4期

• 强各向异性抑制镜质体反射率的光学原理 以接触变质煤为例

  安燕飞, 何舒扬, 陈凯鑫, 高浚涵,

  目的镜质体各向异性较弱时呈一轴晶负光性特征，最大反射率(Rmax)代替随机反射率(Rran)可校正各向异性带来的抑制。然而，随着各向异性的增强，镜质体光性特征愈发复杂，Rmax无法反映其热变质温度。方法选取安徽淮北石台井田岩浆侵入煤焦中强各向异性镜质体为研究对象，通过反射正交偏光显微镜(R-PLM)、超高清扫描电镜(SEM)、Rmax和最小反射率(Rmin)的测试，解析镜质体的显微结构、深微织构及光性特征，探究其反射率抑制的显微光学机理。结果(1) 岩浆接触变质形成的强各向异性镜质体内流纹结构炭(flow-texture carbon)和镶嵌结构炭(mosaic carbon)发育，二者均由纹层织构组成。(2) 纹层光性特征为一轴晶负光性(No>Ne)，光率体长轴No平行纹层面，短轴Ne垂直纹层面，其Kilby交叉图具“假二轴晶”光性特征。(3) 假二轴晶光性特征是纹层褶曲的结果，褶曲尽管不影响纹层反射光率体形态，但改变了其展布方向。结论(1) 具强各向异性镜质体反射抑制的直接原因是纹层褶曲所致；(2) Kilby交叉图是判定镜质体是否存在强各向异性导致反射率抑制的有效方法；(3) 用双反射率(ΔRo)最大时的Rmax值代替其平均值，可校正反射率抑制，以准确反演岩浆接触变质煤的变质程度。

• 煤多环芳烃有序性热演化机制：对煤大分子结构跃变的启示

  宋昱, 姜波, 程国玺, 郑司建, 李明, 葛瑶, 戴岩, 王谦, 冯光俊,

  目的煤对温压条件的变化极为敏感，构造−热作用驱动的大分子结构演化是理解煤级跃变与地质演化的核心。煤多环芳香烃(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)有序性是表征煤级跃变与地质演变的关键指标。然而，目前对其热演化有序性、微观特征及其与大分子结构跃变的内在关联研究仍较薄弱，缺乏系统实验论证与理论支撑。方法以山西大同煤田吴官屯煤矿烟煤样品为研究对象，通过热解实验(400~1 000 ℃)、高分辨透射电子显微镜(high resolution transmission electron microscope，HRTEM)、激光拉曼光谱(laser Raman spectroscopy，LRS)、傅里叶变换红外光谱(fourier transform infrared spectroscopy，FTIR)测试以及与实际地质演化过程的对比分析，揭示了PAHs有序性热演化机制，为煤大分子结构跃变提供一定启示。结果在原煤~400 ℃时，短PAHs占比升高，而长PAHs的占比降低，而在400~1 000 ℃时，长PAHs占比显著升高。PAHs定向性在低温热解(≤400 ℃)条件下降低，600~800 ℃时略微升高，800~1 000 ℃时显著升高，显示出明显的阶跃性特征。曲率分析表明，随着热解温度的升高，高弯曲度条纹占比总体下降，预示着热演化过程最终会导致形态逐渐趋于平直。PAH堆叠率在原煤~400 ℃阶段变化不大，在400~1 000 ℃时逐渐升高。高温(800~1 000 ℃)热解条件下PAH堆叠出现一种趋近于石墨烯和碳洋葱式的同心层状分布。结论研究挑战了传统“煤石墨化即结构缺陷修复”的单一观点，提出在煤化向石墨化转变的关键窗口期，由于PAHs内部结构的剧烈调整，会诱发显著的次生结构缺陷。这种缺陷本质上是芳香片层在热动力驱动下，为趋向类石墨烯/碳洋葱结构演化而产生的晶格畸变，这也解释了构造煤中普遍发育的微观应变不均一性。800~1 000 ℃阶段整体定向性的出现，标志着煤化作用的终结与石墨化阶段(以Rmax>6.22%为界)的开启。

• 华北二叠系浅水三角洲沉积及聚煤规律 以山东及邻区为例

  冯凯, 李增学, 李莹, 李旭超, 张晖, 周晓娟,

  目的山西组为陆表海盆地充填沉积到陆相盆地沉积的重要转折时期沉积，发育浅水三角洲体系，具有较强的成煤作用。为了揭示华北陆表海盆地沉积充填末期沉积环境转换特征，对山东及邻区早二叠世浅水三角洲体系在陆表海盆地充填沉积末期的主要沉积特点、沉积转换主要依据及成煤岩相古地理特征进行研究。方法基于山东及邻区的露头、岩心、钻井、测井数据资料，通过对浅水三角洲沉积微相进行详细划分，识别沉积体系组合特征，利用单因素分析多因素综合作图法恢复古地理演化过程，分析聚煤规律并建立成煤模式。结果和结论山东及邻区浅水三角洲以风暴高潮线和平均低潮线为界可划分为上平原、过渡带及下平原3个部分。河道砂体为浅水三角洲的基本骨架，利用河道砂体的共生组合关系可以识别出浅水三角洲的上平原、过渡带和下平原。由于潮汐作用的影响，浅水三角洲序列中常见潮坪沉积发育，这是识别浅水三角洲与一般三角洲的重要标志。此次研究共划分5个层序揭示海水自研究区东南退出，北部率先进入陆相环境的演化过程，在演化过程中广泛发育的分流间湾为泥炭沼泽的聚集提供了有利场所。上平原煤层受到分流河道频繁迁移的影响往往不连续，下平原煤层发育受潮汐作用控制导致厚度较薄，研究区内稳定的主要可采煤层3煤形成于上、下三角洲平原之间的过渡带，厚度大且分布广泛。3煤是研究区内煤层对比的良好标志，尤其在鲁西南地区发育良好。研究成果进一步明确了浅水三角洲过渡带控煤规律，为山东及邻区煤炭资源精准勘查与区域对比提供了关键地质依据。

• 富油煤热解产物分布的机器学习预测与实验验证

  董帅, 李红强, 吴志强, 俞尊义, 吕滋涛, 郭伟, 杨盼曦, 付柯鸣, 郝烜至, 刘根, 杨伯伦,

  背景富油煤作为我国重要的煤基油气资源，其热解产物分布受煤质属性与反应条件耦合作用控制，快速识别产物分布规律对资源评价与实验设计具有重要意义。方法针对现有研究中富油煤专属数据整合不足、产物协同预测能力有限的问题，通过系统收集文献实验数据，构建包含工业分析、元素分析、元素摩尔比、显微组分及热解条件等信息的富油煤热解数据集，并建立多目标回归神经网络模型对热解产物产率进行基础预测。在此基础上，结合Van Krevelen图、Spearman相关分析及SHAP特征贡献分析，识别影响富油煤热解产物分布的主要控制因素。通过400~600 ℃热解实验，验证模型对主要温度响应规律的再现能力。结果和结论所建模型能够较好再现富油煤热解过程中半焦产率下降、气体产率升高、水产率整体增加以及焦油产率先升后降的典型温度响应规律，测试集决定系数平均为0.89，均方根误差平均为1.53。煤质属性，尤其是碳含量、镜质组含量及挥发分含量，对产物分布的影响总体强于升温速率和粒径等外部操作参数。实验验证表明，模型对气体和半焦产率的预测一致性较好，对高温区焦油产率存在一定高估，说明高温二次裂解行为及样本覆盖范围仍是后续改进的重点。研究揭示了富油煤热解产物分布的基本规律，并通过实验验证了模型对主要温度响应趋势的再现能力，可为富油煤资源评价、热解实验设计及产物调控研究提供参考。

• 深层煤层气勘探开发标准体系的战略布局与优化路径

  陈新军, 刘曾勤, 申宝剑, 赵石虎, 叶金诚, 张嘉琪, 王天云,

  目的我国深层煤层气产业已成为天然气增储上产的关键领域，但现行技术标准体系基于浅层实践建立，与深层勘探开发需求存在系统性不适配，为解决这一问题，提出标准体系优化路径，为深层煤层气规模化开发提供标准化支撑。方法基于深层煤层气高温、高压、高地应力的复杂地质特征及“吸附气与游离气并存、压后见气、高能高产”的赋采特点，系统剖析现行标准体系在地质勘探评价、技术经济需求、安全环保风险及产业协同管理四个维度面临的具体冲击，结合深层勘探开发难点与特殊性，构建优化路径。结果研究表明深层煤层气标准体系建设需立足现有体系，聚焦地质评价、技术创新与风险管控三大核心瓶颈，攻关储层精细表征等关键标准；提出四大优化路径，即革新地质标准、创新技术经济标准、构建“预防−控制−修复”三位一体环保标准、推动跨领域标准协同。结论研究提出的“四位一体”标准优化路径，可有效解决现行标准与深层煤层气勘探开发的适配难题，为我国深层煤层气产业安全、高效、规模化开发提供坚实的标准化支撑。

• 碎软煤层顶板水平井体积压裂参数优化与实践

  张庆利, 孙四清, 李浩哲, 吴晓眩, 杨帆, 郑玉岐, 李文博,

  目的和方法为实现碎软煤层地面水平井快速抽采，提出了煤层顶板水平井体积压裂技术。以某矿区4-1煤为研究对象，通过Abaqus有限元软件建立数值模型，探究地应力条件对多裂缝穿层延展特性的影响；通过真三轴水力压裂实验分析不同排量、簇数、簇间距下多裂缝扩展规律；运用Mshale三维压裂设计软件，对体积压裂中射孔簇数与簇间距、排量、平均砂比及压裂液规模等关键参数开展优化研究，并进行工程实践。结果和结论(1) 地应力状态决定体积压裂缝网形态，当垂向应力差异系数k≤0时，多裂缝易沿最小水平主应力方向形成水平缝，k≥0.25时，多裂缝快速穿层形成垂直缝，穿层速度随k增大而提升；层间应力差增大使多裂缝在煤层中长度增加、顶板中长度减少，且中间裂缝与两侧裂缝的长度差值及平均起裂压力随应力差增大而增大。(2) 试样中裂缝起裂后优先在顶板中扩展，低排量下煤层内缝高不足，中排量可促进裂缝在煤层中扩展并形成贯通缝网，高排量虽能使裂缝延伸至试样边界但会升高起裂压力；2簇时形成“ | ”形缝，储层改造不均，3簇时裂缝可在煤层连通，形成“∨”形缝网，4簇时会引发强烈缝间干扰，在顶板中形成“凵”形缝网，水平缝阻碍垂直缝穿层；簇间距过大时近井口射孔簇优先起裂成为优势通道，其余射孔簇难以起裂，不利于缝网形成。(3) 射孔簇数过多、簇间距过小会增强缝间干扰，抑制裂缝扩展；排量提升可增强缝内净压力，促进裂缝长、宽、高同步发育；压裂液规模增加优先驱动缝长扩展；平均砂比控制在16%~24%可避免近井砂堵并保障支撑剂远场铺置效果；确定最优压裂参数为：段长60 m，射孔3簇、簇间距20 m，排量20 m3/min，平均砂比16%，最高砂比不超过24%，压裂液规模3 500 m3。(4) 该技术现场应用效果良好，现场微震监测结果显示缝网半长212.5~225.5 m，平均219.0 m，缝网高度25~40 m，平均32.5 m，缝网贯穿煤层并在底板中有所延伸，裂缝延伸特征与理论研究一致，且缝网扩展规模较同矿区常规顶板水平井分段压裂显著提升，可为同类碎软煤层气储层高效压裂改造提供技术支撑。

• 深部煤层CO2封存评价及其研究进展

  熊宇灿, 许时昂, 张平松, 鲁海峰, 贾云中, 葛彬彬, 李百强, 刘畅, 雷健, 符文宇,

  背景全球碳减排压力持续加大，CO2地质封存成为实现“双碳”目标的关键技术路径。深部煤层因具有高吸附性及良好的封闭条件，被认为是继咸水层和枯竭油气藏之后最具潜力的封存载体之一，其开发利用对于推动煤炭行业绿色低碳转型具有重大战略意义。方法基于文献分析与前沿成果梳理，系统阐述了国内外深部煤层CO2封存研究进展，总结封存机制和应用进展，聚焦封存评价指标及其研究方法，进一步归纳当前研究存在的关键问题，并展望其发展方向。进展和展望深部煤层CO2封存主要包括吸附封存、溶解封存、矿化封存等多机制协同作用。多场耦合作用下，深部煤层中CO2封存潜力、可注性、封存效率及封存安全是其主要评价内容。以封存演化数值模拟、“热–流–固–化”耦合模型构建及多尺度分析技术等为代表的方法，已成为揭示封存机理与开展定量评价的关键手段，并形成了较为系统的评价方法体系。现阶段，深部煤层CO2封存已由基础机理探索逐步发展到多场耦合评价与工程验证阶段，但仍面临封存潜力精细表征不完善、可注性参数优化不全面、长期封存效率演化机制不清晰及安全监测技术体系不健全等问题。未来紧密结合多尺度地质条件与工程需求，强化全过程动态监测，推动评价方法由定性向定量、由静态向动态转变，逐步构建具有工程适用性的深部煤层CO2封存理论与技术体系，以支撑深部煤层CO2封存规模化应用与产业化发展。

• 准南米泉地区侏罗系煤层气地质特征及富集成藏模式

  吴洛菲, 杨康军, 张杰, 石永霞, 伏海蛟, 杨曙光, 王刚, 刘蒙蒙, 李跃国, 王小明,

  目的准噶尔盆地南缘(简称准南)中低阶煤层气资源丰富，勘探开发取得重要进展。目前，准南米泉地区中下侏罗统煤层气成因机制与成藏演化规律缺乏系统性认识，制约了商业化开发进程。方法以米泉地区中下侏罗统西山窑组与八道湾组煤层气为研究对象，进一步判识了煤层气成因，精细刻画煤层气成藏特征，利用Petromod盆地模拟软件模拟了侏罗系煤层地质演化过程，阐明煤层气富集成藏规律，构建并完善了成藏模式。结果和结论(1) 米泉地区西山窑组煤层气以次生生物气为主，八道湾组煤层气表现为遭受微生物降解改造的热成因气(与阜康区块类似)。(2) 平面上，八道湾向斜含气量(6.62 m3/t)显著高于北单斜(5.40 m3/t)；垂向上，含气量与甲烷浓度呈负相关，呈现随埋深增加，含气量升高、甲烷浓度降低的趋势。(3) 进一步研究发现，米泉地区煤层气成藏演化可划分为：早−中侏罗世(199~163 Ma)原生生物气生成与逸散、中−晚侏罗世(163~135 Ma)西山窑组次生生物气生成、白垩世(135~78 Ma)八道湾组热成因气生成、晚白垩世—渐新世(78~23 Ma)八道湾组热成因气持续补给，以及新近纪(23 Ma至今)以来次生生物气补给与热成因气改造等5个关键阶段。(4) 研究还揭示了米泉地区侏罗系煤层气“向斜富集、构造控藏、水动力封堵”的控气富集规律，构建了八道湾向斜−断层型、七道湾背斜−断层−岩性圈闭型和北单斜急倾斜煤层水动力封堵型3类成藏模式。相关研究成果可为其他中低阶煤层气成因机制以及勘探方案制定提供借鉴意义。

• CO2浓度对煤层生物产甲烷影响机制

  王俊煜, 柳炳俊, 蒋祥卿, 陈瑞锋, 薛生, 周万龙, 杨云都,

  背景煤层中广泛存在多种原位功能微生物，一些古菌能够以CO2为底物进行产甲烷代谢，为煤层CO2生物封存与利用提供可能。然而，传统研究主要侧重煤基质降解特性，对于CO2环境下的甲烷化调节机制仍缺乏系统认识。方法以淮南矿区高挥发分烟煤为研究对象，通过实验室尺度下梯度浓度CO2(体积分数0%~100%)厌氧发酵产甲烷实验，结合非靶向代谢组学与微生物组学，系统探究CO2浓度对生物甲烷生成的影响机制，计算CO2消耗量与甲烷生成量以定量解析CO2与CH4之间的转化关系，构建CO2的生物化学转化路径。结果在CO2∶N2=4∶1氛围下(C80组)初步达到最佳阈值，在第45天获得最高产量(268.98 μmol/g煤)，相较CO2∶N2=0∶5氛围下(CK组，189.27 μmol/g煤)提升了42.11%，CO2∶N2=9∶1(C90组)和CO2∶N2=1∶0(C100组)氛围下甲烷产量则出现下降趋势。同时，C80组厌氧瓶顶空中CO2降低了51.71%，1 mL CO2大约增加0.38 mL CH4。随CO2浓度升高至80%，微生物群落中细菌优势属的演化规律发生改变，优势菌属由副梭菌属(Paraclostridium)和肠球菌属(Enterococcus)演替为芽孢杆菌属(Bacillus)和梭菌属(Clostridium)。CO2的添加明显富集了产甲烷古菌，C80组混合营养型八叠球菌属(Methanosarcina)相对丰度增加最为明显。功能基因分析数据也表明了外源CO2的介入明显增加了梭菌Wood−Ljungdahl固碳途径及产甲烷相关基因表达量。对各实验组培养前后液相差异代谢产物分析发现，高CO2浓度促进了与碳固定相关代谢物的合成(腺苷钴胺素a，c二酰胺和DAHP)，加速了煤中芳烃组分的降解。结合微生物群落组成结果、PICRUSt2预测结果及非靶向代谢物分析，最终构建了细菌和古菌协同作用下煤大分子有机物降解耦合CO2−CH4转化的代谢路径。结论研究成果揭示了外源CO2通过三重机制强化生物甲烷生成：(1)富集了氢营养型/混合营养型产甲烷古菌；(2)提高梭菌Wood−Ljungdahl固碳途径基因丰度并促进CO2还原；(3)促进了芳香环裂解代谢与固碳辅因子合成。优化外源CO2注入浓度至80%阈值，以及通过定向富集“梭菌−八叠球菌”协同菌群以激活Wood−Ljungdahl固碳途径，这一发现为煤层气生物工程(coalbed methane bioengineering，CGB)及地质碳封存的生物转化方向提供了理论依据与新的调控策略。

• 基于Erf时间函数的采空区地表后两期沉降动态预计

  任连伟, 李世辉, 王文唱, 李振华, 陈绍杰, 顿志林,

  背景煤层开采引发的地表沉降属于连续动态演化过程，采空区地表全时段沉降模型的构建对土地资源合理利用、工程建设安全保障及资源型城市转型发展具有重要理论与实践价值。方法为实现采空区地表沉降衰退期与剩余期的精确预测，提出一种基于误差时间函数(Erf)的采空区地表沉降预测模型。首先，分析Erf时间函数的演化特性，验证该模型在沉降量、沉降速度及沉降加速度方面均符合采空区地表沉降的内在规律；其次，基于扩展窗口法(EWM)构建时间函数参数求解模型，采用Logistic、Usher及Erf等时间函数对参数求解结果进行验证与取值修正，实现利用初始期与活跃期监测数据对衰退期及剩余期沉降量的精准推演；最后，采用河北钱家营煤矿1176E工作面和山西常村煤矿S3-13工作面的现场监测数据开展实例验证，分别通过非参数化与参数化方法对最大沉降量进行预测。结果和结论2种预测方法的整体误差水平一致，最大预测误差仅为4.74%，且误差随时间演化呈逐渐减小趋势；其中，非参数化预测误差主要源于理论计算偏差及时间函数的过早收敛，而参数化预测误差更小，其误差主要由时间函数预测模型自身的函数特性决定。通过对衰退期及剩余期沉降量的理论推演，提出沉降衰退期与剩余期的沉降盆地模型预计方法，基于该方法构建三维沉降模型，最终实现了采空区衰退期与剩余期地表沉降的精确预测，为采空区地表沉降全时段预测提供了新的技术路径与理论支撑。

• 基于CT扫描的露天煤矿排土场重构土壤水分运移规律

  范廷玉, 张兴辉, 路啊康, 杨长德, 王顺, 王兴明, 孙雪亮, 纪权财,

  目的西部干旱区露天煤矿排土场的生态修复是绿色矿山建设的关键，构建适宜的土壤剖面结构是前提。方法以新疆红沙泉露天煤矿排土场“表土层–砂土层–泥岩层”3层海绵结构重构土壤为研究对象，采用CT扫描、三维孔隙网络模型与水分运移模拟，系统分析重构土壤各层及层间过渡区的孔隙结构与水分运移特征。结果和结论(1)在40 cm表土+60 cm砂土+20 cm泥岩这一最优持水剖面，砂土层具有良好的孔隙率(27.85%)与连通度(99.88%)，孔隙分布均匀，导水能力强；表土层孔隙近似扁长型，喉道具有更强的垂直方向渗透性，易形成局部优先流。(2)层间过渡区因堆积差异和质地突变表现出显著屏障效应：表土–砂土层间形成弱透水层，砂土–泥岩层间因胀缩差异产生0.5~1.0 mm空腔，形成水分滞流区，增强蓄水能力。(3)重构土壤的导水能力为砂土层>表土–砂土层间过渡区>表土层>砂土–泥岩层间过渡区，微观孔隙形态、连通性与方向性协同影响水分运移。研究结果从微观尺度揭示了重构土层孔隙结构的分异规律及水分运移特征，为干旱区露天煤矿生态修复提供理论依据。

• 煤矿巨厚含水层垂向非均质性分层精细试验研究

  郭小铭,

  目的矿区巨厚含水层普遍具有非均质性强、富水性强的特征，易造成矿井强涌水现象与水灾事件，是影响我国大量矿井生产安全的重要因素，其含水层的垂向非均质性规律不明是制约该类水害防治的主要瓶颈。方法为科学揭示巨厚含水层垂向非均质性结构特征，以含水层分层精细探查为核心理念，采用理论分析、现场试验、室内测试等手段，以陕西黄陇煤田典型煤矿煤层顶板洛河组巨厚含水层为例，开展单孔9个分层的精细抽水试验与相关测试分析。结果和结论创建利用单个水文孔进行同径分层精细化抽水的试验方法，概化出单孔分层抽水含水层非完整井流模型，并推导出分层抽水水文地质参数计算解析方法，制定巨厚含水层分层抽水试验流程及施工方法；基于现场试验结果计算出洛河组各层位渗透系数及单位涌水量参数，并得出含水层不同层位水位、水温、水化学特征，分析水力联系较为密切层段，综合将洛河组含水层垂向划分为上、中、下(下-1、下-2)3段4层结构，并采用等效渗透系数原理计算各层的等效渗透系数。利用相关参数用于矿井工作面涌水量预测，并与实际涌水情况对比验证其参数求取的可靠性。研究成果对科学认识矿区巨厚含水层非均质结构特征、评价含水层对矿井充水影响程度具有重要的指导意义。

• 煤基固废–调控剂复合改性超细水泥性能优化

  康志鹏, 罗勇, 肖殿才, 任帅, 蔡志良, 高翔, 张坤哲,

  目的为改善超细水泥基灌浆材料析水率高、流变稳定性差、强度倒缩等问题，可通过掺入调控剂，提升复合超细水泥注浆材料性能的同时实现煤基固废资源化利用。方法以超细水泥为基础材料，粉煤灰(fly ash，FA)、矿粉(mineral fines，MF)为主要掺合料，改性膨润土、甲基纤维素醚、U型膨胀剂(U-type expansive agent for concrete，UEA)及氧化镁(MgO)为调控剂，开展不同配比方案下的浆液旋转黏度测试、抗压强度试验、可灌性测试等宏观性能分析，结合SEM电镜扫描微观分析，系统研究不同方案对于复合浆液流动性、稳定性、水化温度峰值及力学强度等影响规律。结果和结论掺合料类型及其复配方式对浆体析水率与稳定性呈现显著的非线性叠加效应；甲基纤维素醚能提高稳定性但会抑制流动性；煤基固废掺合料能有效降低水化温度峰值，最大降幅达48.6%，UEA与甲基纤维素醚可延缓温度峰值出现时间1~4 h；力学性能方面，膨润土改性体系的28 d抗压强度优于甲基纤维素醚体系，UEA膨胀剂在补偿收缩与增强后期强度方面优于MgO，并能缓解纯水泥体系的强度倒缩现象；灌浆试验表明，采用70%超细水泥、20%粉煤灰、10%矿粉，并复合10%UEA及5%膨润土的配比方案，具备最优的扩散性、黏结性能和成本效益。研究成果可为改性水泥基材料性能提升、煤基固废高值化利用提供参考。

• 不同浸水状态煤岩组合体动力响应特征与破坏机制

  张向阳, 童治鹏, 段云刚, 杨伟昆, 陈建本, 许林峰,

  背景实际工程中的防水煤柱通常会遭受来自上覆岩层不同程度大小的动载作用，且其内部水分布具有非均匀性，传统“含水率”指标虽能反映整体含水量，却难以刻画浸水空间的非均匀特性，故明确不同浸水状态下煤岩体的动力破坏机制对稳定性分区控制具有重要意义。方法基于此，制备完全浸水、单侧浸水、不浸水3种不同浸水状态下的煤岩组合体，采用高速摄像、DIC、CT扫描等方法，开展SHPB试验及FLAC-PFC3D耦合数值模拟，分别从宏观和细观角度对比其各受0.3、0.5、0.7 MPa冲击气压下的应力应变、裂纹扩展、能量分配、力链结构演化特征。结果和结论(1)煤岩组合体的惯性约束效应和应变率强化效应使其峰值应力和弹性模量随冲击气压增大而增大，但浸水软化则具有削弱作用。(2)浸水软化让裂纹尖端更易发生转向，形成曲折的复合拉剪路径，而干燥煤体则保持脆性张拉破裂。随着冲击气压增大，主裂纹逐渐向界面靠近，损伤程度从微观向宏观演进，裂纹类型由单一向复合发展。(3)相同浸水状态下，中、高强度冲击气压大小的改变，对反射能、耗散能和透射能的占比影响较小。反之，相同冲击气压下，不同浸水状态却显著影响着各部分能量占比。(4)浸水作用促进力链退化，使冲击气压驱动体系从均匀耗能向局部承载转变，且随着冲击气压增大与浸水体积减小，煤岩组合体将从拉伸破坏转变成剪切破坏为主导。研究成果可为动载防水煤柱稳定性分区控制提供理论基础。

• 基于物理信息神经网络的多孔介质耦合传热参数联合反演

  张潇, 杨多兴, 丛琳, 程伊美, 张连众,

  背景多孔介质中的热扩散系数与垂向渗流速度是表征地下热传输机制的关键参数，然而二者难以直接测量，通常需借助温度数据进行反演。分布式光纤测温(DTS)可获取高分辨率连续温度剖面，为参数识别提供了数据基础，但传统数值反演方法在处理连续监测数据时面临网格依赖、初值敏感等局限。方法提出一种融合DTS数据与物理信息神经网络(PINNs)的地热参数联合反演方法。以稳态对流扩散方程为物理约束，将其作为软正则项嵌入神经网络损失函数，将参数反演问题转化为物理引导的优化过程，实现对垂向流速与热扩散系数的同步估计。结果和结论PINNs预测温度与观测数据的均方根误差(RMSE)为0.20 ℃，反演得到的热扩散系数与垂向流速与迎风有限差分法结果基本一致，且超参数敏感性分析验证了PINNs具有良好的鲁棒性。研究成果为地热渗流耦合系统的参数识别提供了一种兼具物理一致性与数据适应性的新途径。

• 多特征联合决策的矿井数据融合技术

  韩姗珊, 张继锋, 范涛, 刘强, 宋晓蛟, 戚志鹏, 郑航宙,

  背景在煤矿地质勘探中，槽波、瞬变电磁、音频电透视等方法各具技术优势，但单一方法仅能反映介质单一物理属性，存在信息片面性与解释多解性局限，已难以适应目前煤矿勘探的新形势。多源数据融合技术通过“信息互补、特征增强、场源联合”机制，可以实现从“片面探测”到“综合解析”的技术跨越，提高地质异常体定位和形状识别精度。目的和方法基于小波分解的数据融合技术，低频使用主成分分析(PCA)、高频使用多特征联合决策，对三源(槽波，瞬变电磁和音频电透视)地球物理数据进行融合，提升地质信息的综合解析能力，实现对地质结构和异常体的精准探测。首先，对三类方法的原始数据进行预处理、消除噪声干扰并统一数据格式；然后采用小波变换将各源数据分解为不同频率的子带系数，依据各子带系数对地质特征表征的重要性，采用针对性的融合规则对低频子带和高频子带系数分别进行融合；最后通过小波逆变换得到融合后的地球物理数据。结果和结论相较于单一数据，数据融合结果中既涵盖了槽波地震法圈定的构造边界特征，又补充了电法数据带来的地下电性差异信息，在地质构造特征的细节展现上更为丰富。该融合技术在地质灾害预测、资源勘查等领域具有广阔的应用前景，为地球物理探测技术的发展提供了新的有效途径。

• 井−地直流电阻率数据联合反演

  徐凯军, 靳贺然, 曹丹平, 牟斌, 胡祖志,

  目的针对常规地面直流电阻率数据反演面临探测精度和深度不足等问题，开展井中和地面直流电阻率数据联合反演，提高复杂工程地质勘探精度和可靠性。方法首先，通过开展全空间直流电阻率三维正演模拟，构建不同地电模型，系统分析地面与井中观测方式下的电位响应特征，明确两种数据的探测灵敏度差异。在此基础上，采用高斯−牛顿优化方法，构建井−地直流电阻率数据联合三维反演技术。最后，将所提方法应用于理论模型和实际资料，验证其有效性和优越性。结果和结论利用地面观测数据进行反演时，可以获得较好的横向分辨率，但纵向分辨率差。利用井中观测数据进行反演时，具有较好的纵向分辨率。井−地数据联合反演获得的电阻率结构和物性值都更为准确。理论模型和实际资料反演验证了方法的有效性，表明井−地直流电阻率数据联合反演综合了地面和井中观测的优点，提高了反演结果的空间分辨率和深部异常体的识别能力，为提高复杂工程地质勘探精度提供了技术支持。

• PDC钻头切削齿回转破岩侧向力产生机制

  未九森, 韩欣, 刘维, 高德利,

  目的在钻头优化设计理论研究中，提高钻头破岩效率和耐用性的关键在于系统揭示聚晶金刚石复合片切削齿(PDC齿)破岩机理和受力特征。方法针对已有单齿破岩研究常采用直线或近似直线切削模式，忽略了回转半径影响的问题，借助室内单齿破岩实验装置，采用圆柱状花岗岩样，以切削深度和回转半径为变量，系统研究了ø215.9 mm钻头尺度内PDC齿小半径回转破岩过程，探明了PDC齿回转半径对其破岩过程和受力的影响机制。优化了常规机械比能计算方法，间接考虑了侧向力对破岩效率的影响，定量评价了回转半径对PDC齿破岩效率的影响。结果和结论结果表明，回转半径大小会对PDC齿侧向力和法向力产生显著影响，回转半径越小侧向力越大，进而使法向力增大。岩石切痕形貌分析结果表明，在小半径破岩过程中，PDC齿切痕外缘的岩石剥落形成更大岩屑和破碎坑，使PDC齿内侧切削刃单独接触岩石，因而产生侧向力增大效应。破岩能耗分析结果表明，更小回转半径下PDC齿的破岩能耗更高。对于PDC钻头，增大中心内锥角度，可降低PDC齿两侧切削刃回转曲率差，有利于减小回转半径对破岩效率的负面影响。研究结果可解释钻头中心PDC齿破岩效率和耐用性不足的部分原因，为PDC钻头优化设计提供理论参考。

• 综采工作面煤层数据驱动的截割轨迹规划方法

  郭逸风, 薛旭升, 马宏伟, 张广明, 苏浩, 齐爱玲, 聂珍, 马柯翔, 吴雪菲,

  目的目前煤矿综采工作面全要素数字化程度不足，存在严重的“数据孤岛”现象，导致采煤机在复杂起伏及突变地质工况下的截割精度与运行稳定性差，难以进行高精度的前瞻性轨迹规划。方法在“采煤就是采数据”学术思想的指导下，提出了煤层数据驱动的综采工作面截割轨迹规划方法，凝练了数字煤层模型构建、生成式煤层模型更新与孪生建模、煤层数据驱动的截割轨迹规划3大关键技术。针对数字煤层模型精度低的问题，提出了基于智能插值的数字煤层模型构建方法，融合矿井初始地质勘探数据与实时截割探测数据，改善了建模过程中的局部平滑与过拟合缺陷，构建了高精度的工作面数字煤层模型。针对综采工作面数字煤层的动态更新问题，提出了生成式数字煤层更新方法，建立实际探测数据与历史数据的时序拓扑关系网络，实现了随工作面推进的数字煤层渐进式演化更新，并同步构建数字孪生模型，综采作业状态的虚实同动与实时映射。针对综采工作面截割轨迹规划问题，提出了煤层数据驱动的截割轨迹规划方法，建立因果卷积改进门控循环神经网络轨迹预测模型，结合数字煤层预测切片数据进行多步超前预演，实现了截割轨迹的自适应规划与动态纠偏。结果和结论依据某煤矿综采工作面实际数据进行仿真验证，结果表明：基于轨迹预测的截割轨迹规划方法在100刀内的顶、底板规划误差分别缩减至8.2 mm和7.7 mm。随着数据的持续积累与迭代学习，预测轨迹与理论最优轨迹的误差最终可稳定在5.0 mm左右。仿真对比证实，煤层数据驱动的智能截割轨迹规划方法在准确性与自适应性方面优于传统的人工示教记忆截割方法，有效解决综采过程中实时时空演化反映不足的问题，满足智能化开采的精准截割需求，为综采工作面构建高精度动态数字煤层与智能截割提供了理论支撑。

• 跟管救援钻机吸振器结构设计与参数优化

  刘璞, 姚宁平, 邹祖杰, 凡东, 魏宏超, 何玢洁,

  目的针对救援钻机在煤矿井下受限空间作业时孔口振动剧烈的问题，设计一种结构紧凑的多方向被动式动力吸振器，以提升钻机工作稳定性与安全性。方法基于弹簧−质量−阻尼系统理论，针对吸振器纵、横向动力学模型，提出分步优化设计方法纵向系统采用粒子群算法进行多目标参数优化，横向系统运用定点理论进行精确设计，实现各部件参数在空间约束下的最优匹配。通过数值仿真与工程试验，验证吸振器在多维振动抑制中的性能。结果数值分析和现场试验结果表明，所设计的吸振器在结构紧凑的前提下，可显著抑制孔口部位的纵、横向共振。在设定工况(工作压力28 MPa，内管转速16 r/min，外管转速8 r/min)条件下进行现场测试，吸振器使钻机横向振幅降低60%，纵向振幅降低51.34%，验证了其在实际工程中的有效性。结论该吸振器为受限空间下救援钻机的振动控制提供了结构紧凑、性能可靠的解决方案，对类似工况下的工程装备减振设计具有参考价值。