煤田地质与勘探

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蒋秀明, 吴财芳

2022, 50(5): 1-12. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.09.0489

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摘要:
煤炭地下气化技术(UCG)是一种潜在的煤炭利用新方法，对于缓解我国能源危机，保障国家能源安全，实现碳达峰碳中和的“双碳”目标具有重大意义，其探索研究一直受到世界各国的重视。针对UCG资源条件的适宜性、工艺技术的可行性、环境影响的可控性3个方面，综述了煤炭地下气化技术的发展现状，阐明了适合UCG技术的煤炭资源储量情况、地质选区选址技术的不同标准、气化工艺的发展历程与适用条件、影响气化实施的工程与环境因素。分析认为，UCG的地质选区技术多为定性分析特定地质条件下的有利区，缺乏定量化的指标体系和方法，并且主要针对浅部和中部煤层，评价体系有待完善，特别是多煤层地区和深部煤层的开发；环境因素对于UCG产业化发展的影响越来越大，将是未来研究的主要方向之一。

中国煤中有害微量元素含量的空间分布

曹庆一, 任文颖, 梁朝铭, 张宇飞, 杨柳

2022, 50(5): 13-22. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.09.0520

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摘要:

煤中有害微量元素对生态环境和人体健康的潜在影响是地球化学和能源环境领域研究的热点之一，地球化学制图对深刻理解地球化学过程及其变化规律具有重要作用。目前，尚缺乏中国煤中有害微量元素含量的空间分布图。通过对中国煤炭样品中1 167个Be、1 315个Co、1 406个Cu、1 191个Mo、1 247个Th 和1 390个Zn含量数据进行统计分析，测算中国煤中Be、Co、Cu、Mo、Th 和 Zn 的平均含量，并利用ArcGIS技术绘制中国煤中Be、Co、Cu、Mo、Th、Zn的含量地球化学空间分布地图。结果表明：中国煤中有害微量元素含量跨度大，数据分布呈正偏性，不符合正态分布特征；中国煤中Be、Co、Cu、Mo、Th和Zn 的平均含量分别为2.10、5.53、21.36、2.19、7.35和30.02 mg/kg；各元素含量的空间分布极不均匀；煤中有害微量元素含量空间分布格局是多种因素综合作用的结果，如物源区母岩、热液作用、水运移作用等，其中热液作用是煤中有害微量元素异常富集的典型特征。研究成果可为煤中微量元素研究和环境管理提供直观有效的参考。

苏鲁豫皖四省毗邻地区天然焦特征及燃烧特性

秦云虎, 王双美, 朱士飞, 吴国强, 权巨涛, 毛礼鑫

2022, 50(5): 23-31. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.09.0501

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摘要:
碳达峰碳中和背景下提高资源利用效率尤为重要，然而天然焦长久以来并未得到应有的重视。我国天然焦资源丰富，在苏鲁豫皖四省毗邻地区的煤矿开采中经常发现由于岩浆岩侵入，煤层受到烘烤而变质为天然焦的现象。广泛采集苏鲁豫皖四省毗邻地区天然焦样品，在描述天然焦宏观及显微特征的基础上，对天然焦开展工业分析、地球化学特征、自燃倾向性和焦尘爆炸性等方面的测试与分析，采用美国TA2100热分析仪测试典型样品的燃烧特性。结果表明：天然焦的宏观物理特性、显微组分特性与煤具有明显的差异性；总体上各项分析指标与无烟煤没有明显的界线，天然焦与同地的残留煤相比，其挥发分产率降低、C/H比大幅提高；天然焦变质程度达到或高于无烟煤阶段，不易自燃、焦尘无爆炸性。燃烧特性测试结果表明山东菏泽赵楼天然焦样品具有较强的反应活性，并根据天然焦的特性探讨了利用方向，认为其在制作型煤、合成氨、碳材料、生产水泥以及CO₂地质封存等方面具有利用价值或潜力。

脆性变形序列构造煤纳米孔隙和粗糙度的原子力显微镜研究

张宁远, 姚素平

2022, 50(5): 32-42. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.09.0500

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摘要:
煤孔隙结构是煤层气勘探开发与煤矿安全研究中的关键问题之一。构造煤相比于原生结构煤非均质性强，是煤储层研究中的热点和难点。采用原子力显微镜，结合NanoScope Analysis和Gwyddion分析软件，对脆性变形序列构造煤的孔隙结构和表面粗糙度特征进行研究。结果表明：构造作用整体上促进了脆性变形煤孔隙的发育，但不同脆性变形构造煤受构造作用影响的程度存在明显差异。根据煤受构造作用影响的程度，脆性变形煤孔隙结构演化可划分为强弱2个阶段：弱脆性变形阶段(原生结构煤—碎裂煤—片状煤—碎斑煤)构造作用对煤体的孔隙结构影响较小，平均孔数量缓慢增长，平均孔径缓慢减小，该阶段构造作用主要促进了100~200 nm大孔的发育；强脆性变形阶段(碎斑煤—碎粒煤—薄片煤)构造作用对煤体孔隙结构产生了显著影响，平均孔数量迅速增长，平均孔径迅速减小，这一阶段构造作用主要促进了10~50 nm介孔和50~100 nm大孔的发育。这表明脆性变形构造煤孔隙结构并非简单的线性演变。不同脆性变形煤的算术平均粗糙度和均方根粗糙度参数分别为3.00~6.05 nm和3.94~7.62 nm，其中，弱脆性变形阶段粗糙度整体较高且无明显变化，而强脆性变形阶段粗糙度迅速降低。通过AFM剖面分析，建立了煤表面孔隙形态的数学模型。基于该模型的算术平均粗糙度模拟结果表明，大孔是煤表面粗糙度的主要贡献者，构造作用主要通过影响煤中的孔隙结构，进而影响煤的表面粗糙度。

新疆后峡盆地中–低阶煤煤层气成藏模式

涂志民, 车延前, 李鹏, 林文姬

2022, 50(5): 43-49. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.09.0504

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摘要:
低阶煤层气在国外有规模开发成功的案例，我国低阶煤层气资源丰富，但其勘探开发进展缓慢。新疆后峡盆地煤层气勘探程度较低，为进一步认识后峡盆地中–低阶煤煤层气成藏条件，指导勘探实践，根据研究区内地震、地质及已钻探井的煤岩分析化验和排采生产资料进行总结分析。结果表明，该区构造较为复杂，煤层厚度较大(4.1~24.3 m)，发育较稳定，含气量差异较大(1.16~12.30 m³/t)，物性较好，渗透率(1.61~13.30)×10⁻³ μm²，渗透性较好；并且存在热成因、次生热成因、混合成因及生物成因4种煤层气成因类型，结合构造演化、水文地质及煤层顶底板保存条件，形成了深层热成因、常规圈闭次生热成因及中浅斜坡生物气3种成藏模式，每一种成藏模式代表了不同的煤层气富集过程。认为研究区中–低阶煤煤层气在匹配的构造、水文及顶底板封盖条件下能够形成有利的资源富集区；3种成藏模式中，深层热成因及常规圈闭次生热成因成藏模式更有利于聚集成藏，其对应的区域是今后勘探开发有利区。

渝东南地区超深层煤层气高效压裂技术及精细排采制度研究与实践—以NY1井为例

房大志, 程泽虎, 李佳欣

2022, 50(5): 50-56. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.08.0437

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摘要:
我国煤层气开发主要集中在中浅煤层，深部−超深部煤储层地质条件更加复杂，储层压裂改造技术及排采管控技术是影响深部煤层气井能否成功开发的两大关键。渝东南地区龙潭组煤层埋深可达2 000 m，且该区没有超深煤层气井开发经验可供借鉴。基于此，以渝东南地区NY1井为例，通过优化压裂工艺，以减阻水压裂液体系为基础，按照大排量、低砂比、段塞式、不同粒径复合加砂的技术思路完成该井的压裂施工；在排采过程中，采用分段控制、逐步降速、适时调整、无套压生产的方式，尽可能增加煤层气井见气前返排率，扩大供气半径，并且避免液面大幅波动形成速敏效应影响煤储层渗流通道。结果表明：NY1井压裂过程中施工压力平稳，未见砂堵现象，排采过程中保持了日产气量2 800~3 000 m³。根据生产实际，NY1井实现了高产和稳产，该井的压裂工艺和排采制度的成功实施，对超深煤层气井的理论研究和实际开发具有一定的指导意义。

基于煤储层水力压裂动态渗透率变化的压裂效果评价方法及其应用

山拓, 孙长彦, 王乾, 谢相军, 范毅刚

2022, 50(5): 57-65. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.09.0536

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摘要:
压裂施工曲线是反映压裂效果的重要依据，而压裂阶段储层渗透率的动态变化能够更直观地反映造缝效果。借鉴试井渗透率测试原理，建立一种压裂阶段储层动态渗透率定量评价方法，并将该方法应用到准南某区块2口煤层气井水力压裂效果评价中，获得压裂阶段储层动态渗透率曲线；同时采用G函数对压裂效果进一步评价。结果表明：动态渗透率曲线所反映压裂效果与G函数分析和基于排量、井底流压关系的评价结果吻合较好，能够反映储层内裂缝开启、延伸效果；其中，CMG-01井通过实施煤储层与围岩大规模缝网改造，压裂阶段储层渗透率最高达到2.5 μm²，造缝效果良好；而CBM-02井实施煤储层常规水力压裂，储层渗透率保持在1.8 μm²之下，显示出煤储层常规水力压裂与煤储层−围岩大规模缝网改造的差异性。动态渗透率定量评价方法弥补前期压裂改造效果缺乏量化评价的不足，为煤层气/煤系气储层水力压裂工艺的优化提供依据。

煤矿采空区煤层气地面开发技术及工程应用—以沁水盆地晋城矿区为例

周显俊, 李国富, 李超, 王争, 李江彪

2022, 50(5): 66-72. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.09.0533

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摘要:
煤炭采出后，采空区中仍蕴藏着丰富的煤层气资源，其资源评价与开发利用具有环保和资源双重意义。近几年来，在山西晋城、西山和阳泉等矿区开展了地面钻井抽采采空区煤层气的积极探索，但在采空区煤层气地面开发过程中，往往因煤矿采空区积水、上覆岩层承压涌水等原因，导致地面钻井不产气或抽采气量低。以山西晋城岳城矿为例，研究不同采煤工艺下的采空区煤层气赋存特征、采空区积水和采空区裂隙带岩层渗透率对采空区煤层气地面开发的影响，提出采空区井布置原则和抽采技术，为解决三开空气钻进过程中岩粉进入裂隙带堵塞采空区煤层气运移通道问题，探索用水力冲孔方法提高采空区裂隙带岩层渗透率方面的应用。研究表明，煤矿采空区井布井原则：(1) 采空区井应布置在采空区积水区域之外；(2) 针对房柱式采煤形成的采空区空间形态，采空区井应避开保护煤柱最终完钻至采空区空间内；针对长臂式垮落法采煤形成的采空区空间形态，采空区井最优钻井区域为“O”形圈边界连线和采场边界之间靠近终采线一侧。研发了一种煤矿采空区井排水采气一体化抽采系统，该抽采系统实现了采空区井底积水抽排和煤层气抽采同步进行，解决了采空区上覆岩层承压涌水造成煤层气产量下降问题，抽采系统优化前后采空区井煤层气抽采量增加33.3%。探索性地将水力冲孔运用于解决钻井岩屑造成的采空区裂隙带岩层渗透率下降问题，工程试验结果表明，水力冲孔改造前后采空区井日均抽采量最高增长率为11.30%，提出了采用泡沫欠平衡钻井技术解决钻井岩粉侵入采空区裂隙带的建议。

动水条件下递增开放式涌水通道高效治理技术

蒲治国, 丁湘, 李哲, 纪卓辰, 闫鑫, 贺晓浪, 马建国

2022, 50(5): 73-81. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.09.0542

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摘要:
陕西榆神矿区西湾露天煤矿东端帮一条爆破扩张裂隙沟通矿坑外侧烧变岩含水体，形成长度大于65 m的递增开放式涌水通道，水量稳定在400 m³/h左右，流速高达0.36 m/s，导致该矿面临生态、环保、经济、安全等一系列问题。为尽快封堵该涌水通道，化解以上问题，综合考量环保、工期、成本及施工条件等，针对裂隙主通道位置的确定提出逐步加密布置钻孔的快速探查方法，针对动水条件下递增开放式涌水通道常规灌注方案骨料留存率极低的问题，提出新型骨料充填技术。采用上述方法，成功探查出2个与主涌水通道连通的钻孔，明确通道位置；治理时，先在通道外端口布设“骨料拦阻网”，再采用镁渣核和钙质结核搭配，提高骨料留存率，实现通道的快速充填，经双液浆加固，水量剩余6.6 m³/h，仅用6 d即成功封堵该涌水通道。结果表明，本次提出的爆破裂隙探查方法和递增开放式涌水通道封堵方案科学、高效，该成功案例可为类似条件下涌水通道的探查与治理提供参考。

基于热声发射技术的陕北火烧岩烧变温度识别

孙强, 王少飞, 葛振龙, 魏少妮, 丁晓英

2022, 50(5): 82-88. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.09.0490

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摘要:
开展火烧岩烧变温度的识别对于火烧岩的形成及演化具有重要的指导意义。基于热Kaiser效应，通过火烧岩在热处理过程中的声发射累计能量以及参数RA(上升时间/振幅)和AF(平均频率)值的变化，对陕北神木张家峁火烧岩的阈值温度进行了预测。结果表明：火烧岩热声发射特征能有效识别火烧岩烧变温度，与火烧岩经历温度的岩相学分析基本一致；研究区火烧岩存在显著的地层烧变温度梯度，第1—第5层岩石烧变阈值温度逐渐升高，对于第6层和第7层岩石，最高温度超过700℃，对于第8层岩石，阈值温度为245℃；当热处理温度较低时，岩石内部沿晶拉张裂纹发育，超过600℃后，穿晶剪切裂纹所占比例开始增加，声发射信号出现二次增长，同时声发射出现平静期，累计能量曲线出现多个平台。火烧岩烧变温度的识别，对于煤矿防治水及围岩稳定性研究等具有重要的现实意义。

基于煤岩层与断层空间关系的防隔水煤岩柱优化计算

武滨, 谢道雷, 韩静, 陈强, 张会德

2022, 50(5): 89-94. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.09.0498

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摘要:
近断层煤层开采时，防隔水煤岩柱的正确留设是防止断层突水事故的重要措施。山东济宁三号煤矿123_上01(南)工作面西邻的F8断层落差较大，可能会沟通底部奥陶系灰岩(简称奥灰)含水层，为确保工作面安全回采，需要进行F8断层防隔水煤岩柱尺寸计算。考虑煤岩层真实产状、断层面与煤层产状的空间关系和底板承压水威胁，对《煤矿防治水细则》中断层导水条件下的防隔水煤岩柱尺寸计算方式进行改进，推导出水位到安全防隔水煤岩柱宽度(H_a)在断层面垂足处的水头高度计算公式及改进后的断层防隔水煤岩柱尺寸计算公式。对比计算结果发现：《煤矿防治水细则》原有计算公式在将煤岩层理想化为水平岩层，且取偏小的煤层底板水压值计算的情况下，计算出的F8断层煤岩柱尺寸为112 m，改进公式的计算结果为128.5 m。因改进公式考虑了实际煤岩层产状及与断层面空间关系，且水压取值位置准确，计算结果更为精确，将为矿井安全回采提供更为科学的参考依据。

考虑围岩应变软化及采空区接触的深部煤层底板破坏分析

尹尚先, 孟浩鹏, 钱双彬

2022, 50(5): 95-102. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.09.0474

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摘要:
为研究深部煤层开采底板破坏形态，提出考虑围岩应变软化和采空区接触的FLAC^3D有限差分数值方法，以河北开平煤田林西矿2023工作面底板实测导水裂隙带为工程背景，结合朗肯土压力理论定性分析，研究深部煤层底板破坏特征。结果表明：采用应变软化本构关系代替常用摩尔–库伦本构关系能够对围岩塑性破坏后的力学状态更准确表述；采用“应变软化–空–弹性”模型转变的方法，达到模拟采空区顶板垮落后应力传递的效果，弥补了以往煤层开采模拟中采空区垮落后顶底板不接触的固有缺陷；通过采空区顶底板接触与否条件下应力、位移的对比，发现采空区是否接触对数值结果影响巨大，突出考虑采空区接触的必要性；根据模拟结果中塑性剪切应变率的变化，实现了底板滑移面的三维显示，形态为斜向采空区的半包围面状结构；结合朗肯土压力理论将底板塑性区与主动区、过渡区和被动区对应，3个区破坏形式分别为剪切破坏、剪切破坏、拉张与剪切的交互破坏。提出的考虑围岩应变软化及采空区接触的FLAC^3D数值方法对煤层开采模拟实现了优化，并可为其他大变形后需考虑接触的工程模拟提供参考。

深部圆形隧道围岩分区破裂的简化梯度模型

贺子光, 赵法锁, 陈昊祥, 吴博, 周静静

2022, 50(5): 103-109. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.09.0481

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摘要:
分区破裂化作为深部岩体典型的非线性力学现象而备受关注。基于内变量梯度理论，得到圆形隧道围岩应力场、应变场以及位移场的封闭解析解，并与经典弹性理论结果进行比较；分析内檩长度对应力场和变形场的影响规律。由于考虑了微观结构对围岩宏观应力与变形行为的影响，内变量梯度理论得到的应力场和变形场具有显著的波动性与准周期性。结合Mohr-Coulomb破坏准则，估算圆形隧道围岩破裂区的位置及宽度。研究表明，随着初始地应力的增大，圆形隧道围岩破碎区数量增加，且破坏范围向外扩展。最后通过与模型试验结果对比，验证了梯度模型的准确性。提出的梯度模型可以为解释围岩分区破裂化提供一个有效的理论手段。

新型管幕冻结法在河堤防渗加固中的温度场分析

周禹暄, 胡俊, 熊辉, 任军昊, 占健健, 王志鑫

2022, 50(5): 110-117. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.08.0473

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摘要:
为了探究新型管幕冻结法是否能够对河堤进行有效的防渗加固，利用有限元软件基于温度场对新型管幕冻结法在防渗固堤中的应用展开研究，设置4条分析路径，对冻土帷幕的基本情况和各路径的冻结效果特征进行分析。结果表明：冻土帷幕自冻结管处形成后向周围蔓延，从第8天起，0.5 m深度上侧的冻土帷幕发展开始“加速”，相较于另一侧冻土帷幕，其发展更快、强度更高、冻结更密实。冻结完成后，0.5 m深度上侧冻土帷幕均匀密实，坡面上温度最低可降至−25.34℃，各观测点温度均在−24℃以下，最终冻结温度和降温速率均呈现出“M”形特征；堤面最快可在第11天开始冻结，在第14天冻土覆盖整个堤面，土体最终冻结温度与深度之间呈指数函数关系。管幕钢管边界冻结差异较大，最高温点与最低温点温度分别为−24.94℃和−2.89℃，相差约22℃，冻土帷幕最小厚度约0.78 m。所得结果可为将来的相关实际工程提供参考依据。

煤矿水平孔复杂地质模型方位电磁波响应数值模拟

张意, 康正明, 冯宏, 韩雪, 陈刚

2022, 50(5): 118-128. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.12.0854

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摘要:
煤岩界面的预先、精准识别是实现煤矿巷道自动化掘进和煤矿智能化的关键技术之一，方位电磁波仪器探测距离较大，能够分辨岩性界面和界面方位，在油田测井中已取得成功应用，但在煤矿领域应用较少。为了研究方位电磁波测井在煤矿复杂三维(3D)模型中的探测性能，使用有限元数值模拟方法，考察了方位电磁波测井在煤矿测量环境中，不同发射频率和源距时受钻孔内流体的影响，以及采空区和起伏地层边界对方位电磁波测量的影响。结果表明：对于煤矿测井中的常见情况——孔中流体为空气时，方位电磁波响应受钻孔的影响较小；方位电磁波测量信号能够反映地层界面的起伏变化，其探测能力与发射频率、源距有关；方位电磁波响应对低阻采空区较敏感，但在高频发射时可以利用相位差信号实现对高阻采空区的探测。方位电磁波方法为煤矿井下水平孔煤岩界面和采空区测量提供了一种新技术手段，具有较大的应用潜力。

隧道瞬变电磁克希霍夫偏移成像与地质灾害探测

戚志鹏, 郭建磊, 孙乃泉, 李貅, 樊亚楠

2022, 50(5): 129-135. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.10.0583

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摘要:
隧道绿色施工不仅需要预报工作面前方突水突泥等低阻异常，更需要查明灾害体的地质构造，为灾害预警与防治提供保障。传统的瞬变电磁解释方法仅能够提供单一电阻率信息不能满足隧道地质灾害治理要求。因此，将虚拟波场成像技术引入到瞬变电磁隧道探测技术中，期望实现灾害体电性与结构综合解释。首先，根据波场变换原理将瞬变电磁数据转换到虚拟波场；然后，利用电阻率成像算法计算工作面前方电阻率建立虚拟波场速度模型，利用波动方程克希霍夫积分解进行波场延拓实现瞬变电磁虚拟波场偏移成像；最后，综合电阻率与偏移成像结果对工作面前方地质体进行解释，判断地质灾害体的电性与构造特征。分别采用充水溶洞、充水断层两类常见灾害模型对算法进行验证。充水断层模型电阻率成像结果可以识别工作面前方低阻异常，但是异常分布范围略有增加，且不易判断倾斜角度；而偏移成像结果有效地识别异常的边界位置且对应准确，更易容判断异常倾斜方向。充水溶洞模型电阻率成像结果可识别溶洞的低阻异常与位置，但是异常形态与实际模型略有偏差；偏移成像结果圈定了模型的前后边界且与模型吻合较好。实测数据偏移成像结果有效圈定了低阻异常位置与裂隙形态，预测结果与已知出水孔情况相符。理论模型与实测数据结果表明，虚拟波场克希霍夫偏移成像结果既包含地质灾害体的电阻率分布，又能识别灾害体电性分界面，为地质灾害预警与防治提供了丰富的地质信息。

基于混合网格有限元的直流电阻率法三维正演研究

王新宇, 王程, 毛玉蓉, 严良俊, 周磊, 高文龙

2022, 50(5): 136-143. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.06.0338

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摘要:
直流电阻率法因效率高、成本低等特点广泛应用于有色金属、煤田等矿产资源勘探和地质调查行业。但在井–地、地–井电阻率法勘探过程中，钻孔因素(井液电阻率和钻孔孔径)对不同探测模式下视电阻率响应的影响尚未明确，是否影响视电阻率资料的解释是值得探讨的一个问题。因此，提出采用混合网格有限元法实现直流电阻率三维正演。给出异常电位法满足的边值问题及有限元变分问题，应用三棱柱和四面体混合网格实现对计算区域的快速离散，并建立2种网格的线性插值基函数和单元系数矩阵；采用SSOR–PCG迭代算法求解异常电位满足的大型线性方程组，得到各观测点的响应。在保证计算精度的前提下，应用混合网格有效地离散钻孔地电模型，探讨钻孔因素对井–地、地–井观测方式视电阻率数据的影响特征。对于井–地观测方式：钻孔附近视电阻率受钻孔因素影响最大，严重影响视电阻率资料的合理解释，但随着测点收发距的增加，视电阻率响应逐渐趋于围岩电阻率；而且随着发射源深度的增加，钻孔对地表视电阻率响应的影响也逐渐减小。对于地–井观测方式：钻孔因素对浅部数据影响较大，对深部数据影响小，相比于井液电阻率，视电阻率响应更易受钻孔孔径的影响。直流电阻率法混合网格有限元三维正演算法的提出，对实际井–地、地–井电阻率法勘探具有理论指导意义，可结合钻孔信息进行正演模拟分析，选择合适的收发距，有效压制钻孔因素对实测资料的影响。

基于自然伽马测井数据的铀资源评价方法研究—以鄂尔多斯盆地彭阳铀矿区为例

俞礽安, 孙大鹏, 周小希, 邓凡, 司庆红, 胡永兴

2022, 50(5): 144-152. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.10.0560

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摘要:
“煤铀兼探”“油铀兼探”是当今的研究热点，利用煤、油气田钻井的测井资料评价铀资源潜力是尚待解决的难题。以鄂尔多斯盆地彭阳铀矿区为例，开展基于自然伽马测井数据的铀资源评价方法探索。根据彭阳铀矿区砂岩型铀储层自然伽马异常响应显著的特性，通过对比分析9个验证孔中定量伽马和油田钻孔中自然伽马测井数据，研究彭阳铀矿区矿层定量伽马值的自然伽马测井回归模型，研发矿层平米铀量筛选计算程序。初步建立基于自然伽马测井信息的区域铀矿层识别和品位评价方法，研究成果精度与实测数据吻合，解决了难以高效利用常规煤、油气田测井资料进行铀矿层识别和品位评价的问题。该成果可为鄂尔多斯盆地铀资源调查和潜力评价提供有效的技术支持。

煤层底板孔多分支点取样钻进技术及应用研究

褚志伟, 龙威成, 贾秉义, 刘飞

2022, 50(5): 153-158. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.10.0586

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摘要:
针对碎软煤层长距离瓦斯参数测定、瓦斯抽采钻孔工程设计指导和抽采效果评价的技术需求，在分析现有碎软煤层取样钻进技术存在问题的基础上，提出了煤层底板孔多分支点取样钻进方法，制定了取样钻进工艺流程，开发了随钻轨迹精准调控、“机械+水力”高效排渣等关键钻进技术，选型配套了定点取样钻孔钻进装备和密闭取样装备。在安徽省宿州市某矿开展了现场试验，施工了1个主孔深度301 m的取样定向钻孔，在取样分支孔中实施了2次定点密闭取样，取样深度分别为178、238 m，顺利在碎软煤层中采取了煤样，获取煤样的瓦斯含量分别为9.05 m³/t和10.08 m³/t，与常规方法相比测得瓦斯含量分别提高了12.4%和25.2%，确保了煤层瓦斯参数测试的准确性，可为碎软煤层瓦斯参数测定提供一种新的技术途径。

碎软煤层气动双管定向钻进排粉特性分析及应用

聂超, 王毅, 姚亚峰, 洪建俊

2022, 50(5): 159-166. doi: 10.12363/issn.1001-1986.21.12.0789

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摘要:
为研究双管定向钻进技术中套管、套管钻头尺寸及套管转速对煤粉排出的影响，以碎软煤层气动双管定向钻进成孔为背景，分别设计了3种不同尺寸的套管及套管钻头，分析了其不同组合下煤粉排出率及煤粉出口速度的变化，得到了不同转速对煤粉悬浮率及煤粉输送轨迹的影响规律。数值模拟结果表明，ø120/96 mm套管与不同套管钻头配合均有较高的煤粉排出率；煤粉输送速度随环空通道总截面积的增大而减小，随内通道截面积的增大而增大；煤粉悬浮程度随套管转速的增加先增大后减小。基于数值分析结果开展了现场试验，对不同套管组合携粉能力及套管转速变化对煤粉排出的影响进行了对比分析，试验表明：ø140 mm套管钻头与ø120/96 mm套管组合在套管40 r/min转速时取得最大钻进深度。研究结果为碎软煤层双管定向钻进参数的选择以及钻进设备的选配和研发提供技术借鉴。

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