煤田地质与勘探

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李泉新, 石智军, 田宏亮, 姚克, 刘建林, 姚亚峰, 许超, 方俊, 刘飞

2019, 47(2): 1-6,12. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.001

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摘要:
煤矿区钻探技术装备在煤层气（瓦斯）开发、保障煤矿安全生产等领域发挥着关键作用。我国煤层赋存地质条件、开采条件复杂，决定了煤矿区钻探技术装备的发展必须立足于我国煤矿区基本现状、走自主创新的道路。系统总结了"十一五"和"十二五"期间我国煤矿区钻探技术装备取得的代表性成果，全面介绍了煤矿区地面钻井与井下钻孔在煤层气（瓦斯）开发、水害防治、应急救援通道构建等方面取得的重要成果。针对新形势下煤矿安全高效生产对钻探技术装备的发展需求及其所面临的关键难题，提出了开发高可靠性、智能化钻探技术装备的发展方向，以期进一步提升煤矿区钻探技术水平、推动国产化钻探装备转型升级。

15 000 N·m大功率定向钻机关键技术研究

方鹏

2019, 47(2): 7-12. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.002

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摘要:
基于本煤层超长距离定向钻孔和顶板高位大直径定向钻孔施工对钻机的实际需求，以及复合定向钻进技术对于钻机的功能配套问题，提出了采用模块化方式对大功率定向钻机进行功能开发的技术思路。针对大功率配套、大能力输出和产品紧凑布局设计存在的矛盾，对15 000 N·m大功率定向钻机的总体布局设计、大能力回转器与托板分析、大开口夹持器设计、动力与液压系统设计、关键部件的模块化设计等关键技术进行研究，并对钻机进行了负载性能测试，钻机的各项性能参数达到设计要求。钻机的设计可有效提高各类瓦斯抽采钻孔施工效率，对于煤矿瓦斯的综合治理和降本增效具有明显作用。

基于嵌入式技术的全液压钻机参数监测软件设计

廖姜男, 姜楠, 宋海涛, 董洪波, 马斌

2019, 47(2): 13-19. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.003

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摘要:
为降低矿用钻机监测诊断系统开发成本，实现监测诊断系统的通用性和可移植性，简化操作流程，面向国内主流全液压钻机设计了一款嵌入式参数监测软件。软件以STM32F407微处理器为运行环境，利用C语言在Visual Studio 2013环境下开发完成。在emWin Simulation上完成GUI仿真测试后，将该软件安置在ZDY4000LR钻机上，并进行了软件功能验证实验。实验表明：该软件运行稳定可靠，可实时监测钻机参数；并具有数据存取功能；软件配置灵活，移植方便，成本可控；适用于不同型号、不同监测需求的全液压钻机。

煤矿井下钻机远程控制系统设计

翁寅生, 邬迪, 鲁飞飞, 王龙鹏

2019, 47(2): 20-26. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.004

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摘要:
为解决深部矿井冲击地压大、巷道高温高湿等危险条件对钻孔施工的影响，设计了一种钻机远程控制系统。该远控系统由钻机近端和远控端组成，两者之间采用CAN和光纤通信来实现数据和视频图像传输，钻机近端以车用PLC为控制核心实现数据采集和控制功能，以CoDeSys为工具开发底层程序。远控端以单片机和PC104为核心，实现远程指令的收发和显示，上位机扩展CAN接口，通过LabVIEW开发显示界面。实际应用结果表明：该远控系统实现了800 m远程控制，具备响应速度快、操作方便、可靠性高、人机交互友好等优点，为煤矿井下无人值守的自动化钻场提供了一种控制系统。

煤矿井下倾斜地层近水平定向钻孔造斜段轨迹设计

张迎接, 赵永哲, 杨忠, 莫海涛

2019, 47(2): 27-30. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.005

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摘要:
钻孔轨迹设计是煤矿井下近水平定向技术顺利实施的前提。在近水平地层中，该类钻孔轨迹设计一般采用二维方法，而在倾斜地层中二维设计方法存在造斜段钻孔穿出目标层的问题。基于此，对定向钻孔穿过岩层的真厚度计算方法进行了研究，提出了利用地层单位法向量计算穿层厚度的方法，并编制了Excel计算数据表，用于指导近水平定向钻孔造斜段轨迹设计。通过淮南潘四东煤矿太原组灰岩近水平定向钻孔造斜段施工的实际应用，验证了该计算方法的可靠性，较好地指导了工程施工，对类似工程问题具有一定指导意义。

煤矿井下硬岩定向钻进孔底水力加压技术

徐保龙, 姚宁平, 王力, 曹静, 豆旭谦

2019, 47(2): 31-35,43. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.006

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摘要:
为解决煤矿井下硬岩深孔滑动定向钻进过程中因钻柱托压效应引起的给进压力大、钻进效率低、钻孔深度受限等问题，提出了采用孔底水力加压方式提高钻头钻压的技术思路。通过借鉴石油钻井领域水力加压器结构并结合煤矿井下近水平孔钻进工况进行了孔底水力加压器结构设计，运用理论计算和数值模拟方法进行了水力参数设计。对样机进行了室内测试，测试结果表明，采用φ12 mm、φ13 mm、φ14 mm活塞水眼在流量200~450 L/min范围内输出轴向压力2~10 kN。在淮南张集矿进行了现场试验，并总结出了一套孔底水力加压和水力辅助加压工艺，试验结果表明，滑动定向钻进方式下钻孔深度由464 m顺利延伸至578 m，深孔钻进时最大钻效由之前托压孔段的1 m/h以下提高至3 m/h以上，试验进尺内平均给进表压较托压孔段降低了23.8%、平均钻效提高了137%。

西藏煤炭地质工作进展及前景

乔军伟, 宁树正, 宋时雨, 杨成

2019, 47(2): 36-43. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.007

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摘要:
通过对西藏近70年煤炭地质工作和成果的总结，梳理了全区主要煤矿点的煤炭地质勘查现状和主要成果，基本摸清了全区主要煤矿点含煤地层的形成时代、分布范围、含煤性及煤岩煤质特征；总结了西藏自治区赋煤构造单元和成煤盆地的划分，初步归纳了主要聚煤期含煤地层的沉积体系和沉积环境。总体认为西藏自治区煤炭地质整体工作程度不高，成煤作用和聚煤规律研究有待进一步加深。指出了今后研究的主要内容是总结残留煤系与周边地区含煤沉积之间存在的共性及差异，分析主要聚煤期聚煤作用的时空迁移特征和迁移规律；研究特提斯演化和青藏高原隆起对聚煤盆地的控制和改造作用，分析其对煤系多种矿产耦合成矿的影响，为全区煤系多种矿产的综合勘查和开发提供依据。

煤炭地下气化炉选址的地质影响因素

韩磊, 秦勇, 王作棠

2019, 47(2): 44-50. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.008

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摘要:
煤炭地下气化是对传统采煤技术的变革，气化炉选址是煤炭地下气化能否成功的先决条件。基于煤炭地下气化的研究进展和存在的问题，分析煤炭地下气化原理和气化炉选址的地质影响因素，重点分析煤级、煤层、地下水、围岩、构造等地质条件。结果表明：褐煤最适合地下气化；地下气化煤厚度应大于2 m、煤层倾角小于70°、埋深300~2 000 m适宜。同时，煤炭地下气化过程可能会对地下水造成污染，地下水涌入气化盘区也会导致气化失败；煤炭地下气化容易引起围岩破裂，造成地下水贯入气化区以及地表沉降；煤炭地下气化炉选址应避开构造复杂区域；地下气化可能会影响附近含水层微生物的活性，破坏地下生态环境系统。

不同煤体结构煤的水力压裂裂缝延伸规律

贾奇锋, 倪小明, 赵永超, 曹运兴

2019, 47(2): 51-57. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.009

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摘要:
查明不同煤体结构煤水力压裂时裂缝延伸规律能为合理井网部署奠定基础。以沁水盆地柿庄区块为研究对象，对钻井煤心裂隙进行观测，划分出4种裂隙发育程度煤。基于岩体力学理论，建立了水力压裂过程中裂缝尖端应力场计算模型和水力裂缝能否穿过天然裂隙的判断准则。根据煤层气井实测资料，验证了理论分析的可靠性，得出了不同煤体结构煤的水力压裂裂缝延伸规律。结果表明：考虑诱导应力前后，2组天然裂隙发育煤的水力裂缝延伸规律不同，随着缝长增加，诱导应力随之增大，水力裂缝单一延伸方向变为双向延伸；1组天然裂隙发育煤的发育方向与最大主应力方向夹角较小，导致考虑诱导应力前后水力裂缝的延伸方向变化不明显，整体延伸趋于天然裂隙发育方向；在粒状偶见及粉状无裂隙发育煤中，水力裂缝总是沿着最大主应力方向延伸。研究成果为该区不同应力和裂隙发育下井网合理布置提供了理论依据。

淮北许疃矿构造煤孔隙结构及压敏效应

董夔, 贾建称, 巩泽文, 吴艳

2019, 47(2): 58-65. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.010

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摘要:
为了探究构造煤的孔隙结构及压敏效应，采取淮北许疃矿煤样，利用扫描电子显微镜、压汞实验、含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置进行相关参数测试，研究构造煤的孔隙结构以及有效应力对煤样渗透率渗透系数的影响。实验结果表明：碎裂结构煤裂隙规则、平直，连通性较好；原生结构煤中主要以微孔为主，构造煤中以微孔和过渡孔占主导。韧性变形系列构造煤的有效应力与渗透率呈抛物线关系；有效应力小于4 MPa时，煤体渗透率敏感性显著，大于4 MPa时其渗透率敏感性弱。该趋势是有效应力和解吸效应共同作用的结果；由于解吸和有效围压的共同作用，渗透率存在最小值。与沁水盆地相比，许疃矿煤样部分渗透率损害系数较高。

基于APSO-WLS-SVM的含瓦斯煤渗透率预测模型

毛志勇, 黄春娟, 路世昌, 韩榕月

2019, 47(2): 66-71,78. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.011

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摘要:
为了较准确预测含瓦斯煤渗透率，有效预防瓦斯安全事故，提出自适应粒子群算法（APSO）优化的加权最小二乘法支持向量机（WLS-SVM）算法。根据对含瓦斯煤渗透率的相关理论及文献研究分析，选取有效应力、瓦斯压力、温度和抗压强度作为主要特征指标，采用APSO算法对WLS-SVM模型的组合参数（C、σ）寻优，建立APSO-WLS-SVM含瓦斯煤渗透率预测模型。结合现场实测资料中的40组数据作为训练样本，其余10组为预测样本，对该模型进行训练与检验，并将其预测结果与利用PSO-WLS-SVM和WLS-SVM模型的预测结果进行对比。结果表明：APSO-WLS-SVM模型的预测效果优于另外2个模型，提高了煤体渗透率的预测性能与泛化能力。

基于3DMine软件的煤炭资源数据建模与分析

刘晓宁, 罗金辉, 马晓理, 董志博

2019, 47(2): 72-78. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.012

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摘要:
三维地质模型可以为不同领域的工程设计、施工及决策提供帮助。以山东古城煤矿3煤为研究对象，基于3DMine软件对目标煤层进行三维地质建模、储量计算和煤质分布规律分析。首先结合已有地质资料和钻孔数据建立钻孔数据库，构建了插入断层面的3煤顶底板表面模型；然后将煤层模型块体化，采用距离幂次反比法对块体属性模型进行插值，并据此计算了煤层可采储量、分析目标煤层煤质分布情况。结果表明，使用断层模型控制下的煤层三维表面模型能够直观反映煤层和构造的实际空间形态，在考虑全矿性损失影响后，依据煤层三维块体属性模型计算所得的可采储量结果更具实际参考意义，结合三维煤层模型分析煤质与煤层埋深的关系表明，研究区从北西到南东，随着煤层埋藏深度逐渐增加，煤的深成变质作用逐渐加深，灰分、硫分、挥发分随之降低，发热量和黏结指数随之升高。

“特殊”煤光片制备及对煤岩分析的主要影响

刘善德

2019, 47(2): 79-83. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.013

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摘要:
煤岩分析在煤相研究、地质勘查、炼焦配煤等诸多方面有广泛应用；合格的煤光片是煤岩分析的前提。为解决易碎裂样品、老化煤光片等"特殊"煤光片的制备问题，提出了一套完整的制备流程，并实际验证了流程的可行性。老化粉煤光片二次煤岩分析结果表明：镜质体反射率受二次制备影响极小，显微组分含量受二次制备影响显著，且无烟煤的显微组分含量波动最大。老化粉煤光片二次显微组分定量时，应注意区分无烟煤的镜质组和惰质组，适当增加烟煤光片检测点数，以减小煤的非均质性对结果的影响。

低煤阶煤中甲烷扩散性能分析

孟召平, 张贵元, 李国庆, 刘金融

2019, 47(2): 84-89. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.014

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摘要:
甲烷在煤基质中的扩散性能是影响煤层气产出的重要储层参数。采用云南东南部地区新近系中新统小龙潭组褐煤样品，开展了低煤阶煤中甲烷等温吸附实验。基于等温吸附实验获得的吸附量与时间的关系数据，应用一元孔隙结构气体非稳态扩散模型，计算了煤中甲烷气体扩散系数，揭示了煤中甲烷扩散规律和控制机理。研究结果表明，低煤阶煤中气体扩散规律服从Langmuir方程，煤中甲烷有效扩散系数和扩散系数随着压力的增高而增大；吸附时间常数随着压力的增高而减小，服从负指数函数规律。4个实验煤样Langmuir有效扩散系数和扩散系数分别是（1.71~5.46）×10^-4 s^-1和（2.17~6.91）×10^-12 m²/s，Langmuir压力为0.63~1.97 MPa。在相同温度和压力条件下，干燥煤样的有效扩散系数和扩散系数大于平衡水分煤样，随着温度的增高，其有效扩散系数和扩散系数增加，煤中气体扩散性能增强。

煤炭资源勘查中的煤层气兼探技术与方法

蔺亚兵, 秦勇, 段中会, 马东民

2019, 47(2): 90-97. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.015

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摘要:
煤层作为煤层气的地质载体，煤层气与煤炭资源兼探是国家矿产资源管理的强制性规定。通过近年来兼探项目的实践，梳理了煤炭资源勘查过程中涉及到的煤层气资源评价规范。在此基础上，从勘查思路、勘查方法、工作任务、报告编制等环节，明确了煤炭资源勘查过程中煤层气勘查方法。根据煤层气勘查方法的特殊性，总结了兼探过程中煤层气地震、测井、钻井、录井、排采等技术及工程质量验收方法，提出了煤炭资源勘查全过程煤层气勘查技术体系。分析发现，现有兼探方法和技术存在若干需要解决的技术问题，如勘查规范滞后、煤炭与煤层气综合勘查缺乏技术标准体系、瓦斯采样方法落后、煤炭资源勘查实施方案审查中对煤层气兼探技术方案把关不严等。由此，进一步提出了相关的对策和建议，包括及时修订DZ/T 0215-2002《煤、泥炭地质勘查规范》、瓦斯采样采用绳索取心技术、将瓦斯地质工作纳入煤层气地质工作体系、在低含气量矿区先期进行煤层气资源潜力评价等。

表面活性剂压裂液的防水锁增产机理实验

宋金星, 于世耀, 苏现波, 王乾

2019, 47(2): 98-102. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.016

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摘要:
以进一步探索表面活性剂压裂液（1.5% KCl+0.05% AN）的防水锁增产机理为目的，采集河东煤田柳林地区沙曲矿的焦煤作为研究对象，通过表面张力和接触角测试、渗透率伤害实验、变压解吸实验，探讨煤储层水锁伤害的控制方法，揭示表面活性剂压裂液防水锁增产作用机理。研究结果表明：表面活性剂压裂液具有极低的表面张力和界面接触角，具备降低煤储层孔喉毛细管压力、增强压裂液可排性的能力，使得其水锁伤害率比活性水压裂液降低约40%，能够有效抑制煤储层的水锁伤害；这种防水锁作用不仅能够提高煤储层束缚水状态下的气相渗透率，实现增透增产，而且还能降低煤层气产出的临界孔径以促进煤层气解吸，实现增解增产。

新疆阜康地区八道湾组页岩气成藏条件

张敏, 李贤庆, 张吉振, 孙杰, 梁万乐, 段治有, 李汉青

2019, 47(2): 103-110,120. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.017

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摘要:
为评估新疆阜康地区煤系页岩气资源潜力，以侏罗系八道湾组煤系页岩为例，基于钻井、岩心资料及样品分析结果，对该区煤系页岩气成藏条件进行研究，并初步提出该区页岩气成藏有利区。研究表明：该区侏罗系八道湾组页岩累计厚度较大（200~400 m），埋藏深度较浅（小于1 500 m），有机碳含量高（平均TOC质量分数大于2.0%），有机质类型以Ⅲ型和Ⅱ₂型为主，热演化程度适中（R_ran为0.8%~1.1%，处于成熟阶段），页岩储层物性较好，微米-纳米级孔隙较为发育，但黏土矿物含量较高，脆性指数较低，含气量较低（平均1.4 m³/t）。综合分析认为，八道湾组页岩具备较好的页岩气成藏条件。在此基础上，提出阜康-牧7井-米泉-昌吉一带为该区煤系页岩气成藏有利区。

豫东地区煤系烃源岩有机质特征与煤系气资源潜力

杨燕青, 张小东, 许亚坤, 张鹏, 王昆, 朱春辉

2019, 47(2): 111-120. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.018

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摘要:
为了评价豫东地区煤系烃源岩生烃潜力，基于有机碳含量（TOC）、镜质体反射率、干酪根类型及显微组成等测试分析结果，探讨了豫东地区不同区块煤系烃源岩的有机地球化学特征，对比分析了不同区块煤系气资源潜力，提出煤系气勘探有利区块。结果表明：区内煤系烃源岩的有机碳含量偏低（小于1.5%）；干酪根类型以Ⅲ型为主，偶见Ⅱ₂型干酪根，利于生气；煤系经历了中二叠-中晚三叠世和晚侏罗-早白垩世2个大量生烃阶段，烃源岩热演化程度较高，镜质体反射率（R_ran）为1.44%~3.80%，平均2.83%，有机质进入高成熟-过高成熟阶段，生烃量较充足。总体上，区内烃源岩生烃潜力属于差-中级别，砂泥岩储集性能相对较好，含气量高。煤系盖层主要为封盖性好的细砂岩、煤层、泥质岩类，煤系烃源岩气体保存条件好。研究认为研究区的睢西区块烃源岩具有埋藏深度较浅、有效厚度大、孔隙度高、含气量和含气饱和度高、有机质成熟度高的特点，为豫东煤系气勘探的有利区块。

Na-K-Mg三角图修正与Na-K温标选取

王欣, 漆继红, 许模, 马小云

2019, 47(2): 121-128. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.019

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摘要:
Na-K-Mg三角图作为水-岩平衡状态初步判定的方法，未考虑具体温标公式和矿物成分对平衡状态的影响，因此通过基于不同Na-K温标公式修正后的Na-K-Mg三角图判断水岩平衡状态，并利用适合的Na-K温标公式计算地下热储温度，对划分地热系统成因类型和开发利用地热资源具有重要意义。研究发现，修正后的Na-K-Mg三角图中任意一点，对某种温标公式确定的曲线处于平衡状态，对另一温标公式确定的曲线则有可能处于部分平衡状态；且温度越低，这种现象越显著。最贫Mg上边界和最富Mg下边界是由不同的温标公式确定的，随温度具有明显的分段性。利用各Na-K温标公式作出T-lg（Na/K）曲线图，绘制曲线交点对应的基于各"完全平衡曲线"的Na-K-Mg三角图，得出温标公式的选取方法，并以西藏盐井地区为例计算热储温度。

黄陇煤田综放采煤顶板导水裂缝带高度发育特征

李超峰

2019, 47(2): 129-136. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.020

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摘要:
为了研究黄陇煤田综采放顶煤（综放）采煤工艺条件下的导水裂缝带高度及其发育规律，系统收集区内各矿井实测数据资料，采用数理统计和回归分析方法研究导水裂缝带高度与工作面宽度、煤层埋深以及采高的相关关系。研究结果表明：工作面宽度小于240 m且煤层采高为8.5~9.5 m时，软弱覆岩裂采比和导水裂缝带高度恒大于中硬覆岩；工作面宽度大于90 m且煤层采高大于14.5 m时，软弱覆岩裂采比和导水裂缝带高度恒小于中硬覆岩。综放软弱顶板裂采比和导水裂缝带高度随采高增大均呈单峰状，裂采比是采高的二次函数，导水裂缝带高度是采高的三次函数。裂采比最大为30.63倍，拐点处采高3.56 m；导水裂缝带高度最大为239.97 m，拐点处采高10.41 m。由拐点向两侧采高分别减小或增大时，裂采比和导水裂缝带高度均逐渐减小。综放中硬顶板裂采比和导水裂缝带高度受工作面宽度和煤层采高的共同影响。在工作面宽度一定时，裂采比随着煤层采高增大而逐渐减小且变化幅度越来越小，大致趋于[11.00，14.30]数值区间；在煤层采高一定时，工作面宽度越大裂采比越大。导水裂缝带高度随着工作面宽度和煤层采高增大而增大。

基于LSTM神经网络的煤矿突水预测

董丽丽, 费城, 张翔, 曹超凡

2019, 47(2): 137-143. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.021

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摘要:
针对煤层底板突水预测问题，在总结现有突水预测方法和理论的基础上，通过特征选择实验得出水压、距工作面距离、砂岩段厚度、煤层厚度、煤层倾角、断层落差、裂隙带、开采面积、采高、走向长度是影响突水发生的主要因素，这些因素具有复杂、非线性的特点。提出基于长短时记忆（LSTM）神经网络构建的突水预测模型，将煤矿突水实例的数据作为样本数据对模型进行训练。最后，将LSTM神经网络模型与遗传算法-反向传播（GA-BP）神经网络模型和反向传播（BP）神经网络模型进行对比实验。实验结果表明，LSTM神经网络模型在测试集上的预测正确率更高，稳定性更好，更适用于煤层底板突水预测。

基于覆岩破坏传递的导水裂缝带发育高度研究

赵高博, 郭文兵, 娄高中, 马志宝

2019, 47(2): 144-150. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.022

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摘要:
采动影响下覆岩破坏及导水裂缝带高度对于水体下采煤、保水采煤等具有重要意义。分析了采动影响下覆岩破坏传递过程，并将其划分为传递发育阶段和终止阶段；通过理论分析建立了上覆岩层悬空完整和悬伸稳定力学模型，提出以极限悬空距和极限悬伸距为判据用于判断每层岩层破坏情况，得出了计算导水裂缝带高度理论新方法，并通过工程实例与实测值进行了对比分析。结果表明，基于覆岩破坏传递模型的导水裂缝带发育高度计算方法预计的导水裂缝带高度（158.8 m）与实测结果（150~170 m）吻合较好，验证了该理论方法的可行性。

基于ArcGIS的洛河组含水层富水性评价

侯恩科, 龙天文, 刘庆利, 王飞, 樊志刚

2019, 47(2): 151-156. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.023

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摘要:
含水层富水性评价是矿井涌水量预测与水害防治的重要基础。选取彬长文家坡煤矿41盘区4号煤层顶板白垩系洛河组含水层的厚度、孔隙度、含水率、上段视电阻率、下段视电阻率和冲洗液消耗量6个主控因素，利用层次分析法（AHP）确定各主控因素的权重。在ArcGIS数值可视化软件上对各影响因素的矢量图进行归一化处理和叠加分析，构建了基于多因素融合的含水层富水性评价模型，并对41盘区富水性进行了分区评价。利用钻孔单位涌水量和4101工作面涌水量变化数据对洛河组富水性评价结果进行了验证分析，结果表明该模型的分区评价结果与实际符合，为彬长矿区洛河组含水层富水性评价提供了重要依据。

煤巷复合顶板结构对其稳定性影响试验

陈新年, 王景春, 熊咸玉, 樊佳伟, 沈攀

2019, 47(2): 157-161,167. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.024

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摘要:
煤层巷道复合顶板结构较为复杂，其自身稳定性与岩性、岩层厚度、层数、岩层位置及层间黏结力等因素有关。基于简化的复合顶板组合梁结构力学理论，建立了简化的组合梁力学测试模型，通过不同试验分析复合顶板结构特征对其稳定性的影响，其目的是为复合顶板稳定性分类及控制提供科学依据。研究结果表明：煤巷复合顶板厚度不变时，其自身稳定性随岩层强度提高、硬岩层厚度增加、硬厚岩层到煤层距离的减小及层间黏结力的增大而提高，随分层数的增多而降低，当层数达到4层及以上时，顶板稳定性受其层数变化的影响变小。各因素的影响程度由大到小依次：岩性 > 岩层厚度 > 层数 > 岩层位置 > 层间黏结力；强度低、厚度小的软弱薄夹层较其他岩层更易产生应力集中，且破坏早于其他岩层。

人工冻结黏土广义开尔文蠕变本构模型模糊随机优化

姚亚锋, 程桦, 荣传新, 张楠, 林键

2019, 47(2): 162-167. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.025

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摘要:
冻土的蠕变本构模型是冻结法建井的重要参考资料。在-5℃、-10℃、-15℃和-20℃下，针对人工冻结黏土进行不同应力等级的单轴蠕变试验，获得不同温度、不同应力等级条件下蠕变曲线的变化规律。通过模糊随机迭代搜索改进传统的Guess-Newton算法，得到模糊随机Guess-Newton算法步骤，利用改进的算法优化广义开尔文本构模型参数，获得各温度和应力下的优化蠕变模型。工程试验表明：模糊随机Guess-Newton算法能有效地优化广义开尔文本构模型参数，使模型更好地拟合冻土各阶段的蠕变值，准确地表征了冻土的蠕变特性，同时改进后的算法较传统的算法效率更高，收敛更快。

水下清淤人工冻结板温度场数值分析

吴雨薇, 胡俊, 王志鑫, 曾东灵, 汪树成

2019, 47(2): 168-176. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.026

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摘要:
为研究水下清淤人工冻结板温度场的发展规律以及冻土帷幕形成的过程，通过有限元分析软件，采用单因素分析法进行数值分析，研究了水下人工冻结板在几何及物理环境变化条件下的冻结规律。结果表明：冻结板不同几何尺寸与清淤深度的相关性较弱，调整冻结板的几何尺寸仅能改变清淤面积；对清淤环境来说，土层的导热系数越大，比热容越小，原始地温越低，其降温速度越快，清淤越高效；砂土的冻结效果要明显优于黏土；相变潜热对土体降温的影响十分有限；盐水降温计划中最低温度对清淤深度有较大影响，在-50℃以前，冻土帷幕发展较快，每降低10℃冻土帷幕的发展厚度增加约0.4 m，而在-50℃以后冻土帷幕的发展较慢，每降低10℃冻土帷幕厚度的发展仅约为0.05 m。因此，在工程实际中，冻结初期通过调节盐水降温计划可以较好的实现冻结效果；建议盐水降温计划最低温度设置为-50℃，此时可以得到的有效清淤深度约1.5 m。研究结果可为今后的相关实际工程提供参考依据。

巴基斯坦某黄土场地湿陷特性试验

刘春龙, 张志强, 刘奉银, 刘乃飞, 孙宏超, 吕文军

2019, 47(2): 177-182. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.027

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摘要:
巴基斯坦某地区的黄土为第四纪全新统冲洪积层，对该地区的研究和现有地质资料都比较少，需要做专门的研究。为了确定该区域的黄土地层分布情况及湿陷特性，根据工程场地建筑分布，分别选取典型位置的钻孔，取土样进行土工室内试验研究。利用构度指标定量描述黄土的结构特征，确定黄土的自重湿陷系数和湿陷系数，计算场地自重湿陷量和总湿陷量，并与规范方法进行比较。试验结果表明，该区域场地黄土的干密度和湿陷系数（上覆压力200 kPa）随深度几乎不变，天然含水率随深度整体呈增加的趋势。黄土的构度随综合物理特征量的增加而呈指数形式减小，压缩屈服应力p_sc随含水量的增加而减小，并且与构度呈线性关系。判定该区域黄土的场地为自重湿陷性场地，修正系数建议取小于1，地基湿陷等级为Ⅲ级严重。

高压条件下含导电矿物的人工砂岩复电阻率研究

田刚, 唐新功, 向葵, 池美瑶

2019, 47(2): 183-188,194. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.028

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摘要:
天然岩样由于孔隙结构复杂、骨架成分非单一，导致复电阻率研究困难。考虑到根据理想模型制作的人工岩样能够更好地进行实验研究，选用黄铜粉、黄铁矿砂、石墨粉、环氧树脂等材料，人工合成了不同矿物含量的柱状标准岩样，在不同高压条件下使用AutoLab-1000设备测量了标样的复电阻率，并基于Debye分解模型反演获得了人工砂岩标样的零频电阻率、极化率、时间常数等参数；详细讨论了各个模型参数与导电矿物含量、连通性、地层压力等因素的关系，研究发现地层压力和矿物成分对极化率有较大的影响。研究结果对认识高压条件下人工砂岩标样的电性特征具有实际意义。

人工井液电阻率测井测量时间确定方法

王海军, 马良

2019, 47(2): 189-194. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.029

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摘要:
测量时间是人工井液电阻率测井的关键参数，长期依靠施工经验来确定，尚缺少该参数的计算模型和计算方法。为解决这一问题，从影响测量时间的地层富水性、渗透率、地层水的视电阻率、示踪剂溶解速度等多种因素入手，应用质量衡算定律建立测井最佳测量时间计算模型，推导出最佳测量时间计算公式，并通过现场钻孔对比实验验证。结果表明，模型建立的最佳测量时间计算公式可以为盐化测井测量时间的选取提供可靠的依据，可为人工井液电阻率测井获取含（隔）水层水文地质参数提供技术支持，更好地指导现场水文测井工作。

煤田测井地质解释系统中测井数据格式转换

林佳敏, 张宫

2019, 47(2): 195-199,206. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.030

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摘要:
为了解决DAT测井数据格式转换的难题，详细分析了煤田测井地质解释系统（Coalfield Logging Geology Interpretation System，简称CLGIS）的DAT数据格式，弄清了该数据格式的存储方式，在此基础上编制了格式转换程序。该程序能将DAT格式测井数据快速无损地转换为LAS（Log ASCⅡ Standard）格式，而LAS格式能够被国内外大多数油田测井软件识别加载。借助功能强大的油田测井数据处理系统，能够对数据进行快速地处理和曲线绘制成图，提高煤田测井绘图效率和图件质量。

硅质页岩岩粉侵入钻井液体系中泥饼性能研究

莫定强, 孙平贺, 赵斌魁, 王靖源, 张绍和, 曹函

2019, 47(2): 200-206. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.031

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摘要:
钻井液在页岩钻探中对维护孔壁稳定十分重要，其滤失形成的泥饼对保护储层同样有着举足轻重的作用。为了研究页岩岩粉侵入低固相钻井液中对泥饼基本性能的影响，选取湘西北硅质页岩岩粉为研究对象，通过正交试验设计并对结果进行了极差分析和方差分析。研究结果表明：岩粉的含量是影响泥饼厚度的主要因素；影响泥饼韧度的主要因素为滚动时间以及岩粉的粒径；质量分数为6%的200目岩粉在滚动6 h后形成的泥饼最薄；150目的岩粉在质量分数为6%时滚动12 h后形成泥饼的韧度最大；级配为（200+100）目时，质量分数为2%的岩粉滚动24 h后形成泥饼最薄；级配为（200+150）目时，质量分数为4%的岩粉在滚动12 h后形成泥饼韧度最大。研究结论对钻井液现场的固相控制有积极意义。

PDC锚杆钻头回转钻进的力学特性与试验

张幼振, 张宁, 张献振

2019, 47(2): 207-211,216. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.032

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摘要:
针对煤矿巷道锚固孔快速精准钻进的施工需求，通过建立PDC锚杆钻头回转钻进力学模型，对其主要力学影响因素进行了理论分析。结果表明：PDC切削齿轴向力随压入深度的增大而增大，随切入角的增大表现出先减小后增大的趋势；当煤系岩石摩擦系数f为0.20~0.43时，可得最优切入角为15.0°~18.3°，此时在相同压入深度条件下轴向力和切向力最小。并进一步结合煤系岩石的力学特性，提出了PDC切削齿作用下的岩石破碎条件，得出不同压入深度时轴向力和切向力的关系。利用自主研发的钻进试验台对模拟岩样进行了钻进试验，试验结果验证了PDC锚杆钻头回转钻进力学模型的正确性。研究结果为PDC锚杆钻头优化设计，锚固孔钻进效率与精度的提高，以及钻进轴向力和切向力的变化预测等提供了理论依据。

新型锥形PDC齿犁削破岩理论研究

居培, 王传留

2019, 47(2): 212-216. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2019.02.033

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摘要:
目前关于锥形PDC齿的研究主要集中于数值模拟、现场及室内试验，而关于其切削力学特性的理论分析未见相关报道。通过数值模拟阐述了锥形PDC齿拉伸剪切破岩机理，以及切削载荷分布特性；根据能量平衡原理，推导了锥形PDC齿切削载荷理论公式。结果表明，相比于常规PDC齿，锥形PDC齿破岩过程更加稳定，其切削载荷受岩石性质、齿的形状参数、切削深度以及切削角度的影响，且切削载荷随着锥顶半径、切削角度以及吃入岩石深度的增加而增加。研究成果可为锥形PDC齿及钻头的设计提供理论支撑。

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2019年第47卷第2期

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