煤地质学研究新进展及其前景展望——基于International Journal of Coal Geology 2016~2020年文献统计

煤地质学是应用地质学与地球化学的理论和方法研究煤层、煤系及其共伴生矿产资源的物质组成、成因、物理和化学性质及其空间展布规律等的学科。在国家倡导生态文明绿色发展以及2030年前实现碳达峰的战略目标背景下,煤地质学的研究重点也在逐渐发生变化。通过对2016~2020年在International Journal of Coal Geology期刊上发表的文章进行统计分析,阐述了中国煤地质学的发展进程,重点探讨了煤地质学当前的研究热点内容,提出了煤地质学未来可能的发展方向。结果发现:中国学者在该期刊上发表论文数量最多,占27.4%,其次为美国和澳大利亚;按第一作者所属单位依次为中国矿业大学(北京)、昆士兰大学和中国地质大学(北京);按研究方向,煤岩学和有机地球化学方向的论文数量最多,占31.3%,是近5年的研究热点;其次是煤中矿物质、微量元素与地球化学和煤系气方向;预测未来煤炭洁净化利用方向的研究将逐渐增多,与煤地质学相关的交叉学科也将快速发展。     

辛勤耕耘夯基础,高瞻远瞩指方向——新中国煤田构造研究领域的奠基人高文泰先生的学术贡献

高文泰先生的研究领域涉及煤田地质学和构造地质学的一系列重大问题,他承担了第一次全国煤田预测的学术指导工作,为新中国煤炭资源勘查和煤炭地质教育事业的发展以及中国煤田地质学理论体系的建立奠定了坚实的基础。高先生积极倡导将板块构造理论应用于煤田地质研究领域,强调板块构造格局对中国煤田分布的控制作用,这从战略上指出了找煤方向;重视构造地质与煤田地质之间的紧密联系,对中国煤变质特征和有关煤岩问题进行了有益的探讨,强调构造格局和构造作用对煤变质的影响;注重加强隐伏煤田构造研究,提出隐伏煤田构造研究的思路和技术方法体系,并在找煤实践中取得良好效果。高先生重视新技术、新理论、新方法在煤田构造研究学中的应用,积极推动学科发展。     

论煤地质学与碳中和

煤基碳排放构成了中国碳排放总量中最重要的部分,做好煤基碳减排和煤炭高效洁净低碳化利用是实现“碳中和”国家目标的重要途径,碳中和背景下的煤地质学发展值得关注。系统评述与碳中和相关的煤地质学研究领域,分析煤地质学在碳中和研究与工程实践中的作用和应用前景,探讨碳中和背景下煤地质学的重要发展方向。取得以下认识:推进清洁煤地质研究、服务煤的高效洁净化燃烧,勘探开发煤系天然气低碳燃料、优化一次能源结构和化石能源结构,开展煤化工资源勘查与开发地质保障研究、推动煤炭的低碳能源转化和新型煤化工产业发展,深化瓦斯地质研究、提高煤矿瓦斯（井下）抽采率、控制煤矿瓦斯的大气排放和泄漏,研究煤层甲烷天然逸散和煤层自燃排放、控制煤层露头的天然排放,发展煤层CO₂地质封存与煤层气强化开发（CO₂-ECBM）技术、推动碳捕获、利用与封存（CCUS）技术发展及其在火力电厂烟气碳减排中的商业化应用,研究煤炭勘查企业的碳足迹、实现企业净零排放,是与煤地质学紧密相关的碳减排技术路径;其中煤层甲烷与煤系气高效勘探开发、深部煤层CO₂-ECBM、煤层露头气体逸散与自燃发火控制、洁净煤地质与煤炭精细勘查是碳中和背景下煤地质学优先发展的重要领域。      

我国煤地质学研究的进展及趋向

煤地质学作为地质科学的一个分支,由于它与能源需要的密切关联而已经成为一门应用颇广的实用学科。煤地质学的研究与发展水平,一般地说,受到来自三方面的推动:1.煤勘探、开发、利用对于煤地质当前和长远的要求;2.地质普查、勘探的高效率和有关技术方法与测试手段的日益现代化;3.作为煤地质学基础的沉积学、岩石学、构造地质学、地层古生物学以及煤化学等相关学科的新进展、新成就。美国地质调查所在莱斯顿举办的名为“煤地质学及其前景”的大型座谈会上,曾就理论与实用两个方面,着重地对成煤环境、煤化作用、煤岩学、煤中伴生元素以及对煤的勘探、开发与利用中的地质问题进行系统的讨论,提出了各个领域的研究成果[1],吸引了国际上的注意。苏联第十个五年计划期间的煤地质研究,也把同提高煤田普查、勘探效果与质量有关的地质问题列为主要方向[2]。其它重要产煤国家有关报道表明,他们的煤地质学研究也无不在各种程度上体现着以上三方面的推动力量。      

煤地质学研究进展与前沿

煤地质学是以煤的形成、组成、煤系伴生矿产、煤层瓦斯和煤层气为主要研究内容的地质学分支。近年来随着我国和世界对煤炭资源安全开采、洁净利用的要求逐渐提高,煤及煤层气资源的勘探与开发,煤地质学的研究重点也在逐渐发生变化。通过分析2011-2015年《国际煤地质学》杂志发表的717篇学术论文,总结了近期煤地质学最新的研究热点与前沿。研究发现:煤层气资源评价以及与煤层气开发关系最为紧密的煤储层物性研究是各国煤地质科技工作者最为关注的热点;煤中的矿物质和元素地球化学一直为人们所重视;与煤的形成、开采和利用相关的煤岩学及有机地球化学,煤的自燃、燃烧与环境,沉积环境与煤炭演化,地理信息系统与矿区环境监测,矿井瓦斯,矿井构造,矿井水和煤的热解等方面的研究一直在持续开展;页岩气资源评价与开发越来越受到人们重视。      

中国构造地质学的六十年回顾和展望

构造地质学是地质学的一个主要分支,也是固体地球科学的一个主要基础学科。它不仅要研究固体地球的基础地质理论,而且在应用地质学中起着重大作用。它探索地球物质组分和运动状态的空间分布、演化和富集有用矿产的控制因素,研究防治地质灾害、环境保护、大型工程建设等宏观的地质作用背景,因而得到了很大发展。在自然资源需求迫切的今天,构造地质学的研究,更是成为预测和寻找各类矿产资源的重要手段之一,是应用地质学的一个重要基础。构造地质学将随现代科技和地质学的发展而迅速发展。     

盆地分析与煤地质学研究

人类社会发展对能源资源的需求使得沉积盆地研究长期处于地质学的热点领域。煤、油、气和沉积铀矿等能源资源的形成均受控于盆地的沉积充填、构造及其动力过程。从盆地整体研究的角度来说,煤和油气地质等分支学科的界限正趋于淡化,其相互间的成因联系日益被揭示。20世纪90年代盆地分析在许多领域取得了重要进展,包括盆地动力学、层序地层学。盆地流体系统、定量动力学模拟以及用于盆地研究的地质、地球物理及测试等方面的新技术,这些方面都将对煤地质研究有重要的影响。人类对资源、环境的整体考虑和科学技术的新发展对煤地质研究提出了新的挑战与机遇。     

对寿阳北矿区太原组15号煤层沉积规律及其影响因素分析

根据已有的钻孔资料和踏勘资料,运用煤田地质学、煤矿地质学、沉积地质学基本理论和方法,本文分析了沁水煤田北缘寿阳北矿区15号煤,得出该煤层沉积环境、沉积特征、煤厚变化趋势及聚煤规律。研究表明该矿区15号煤沉积环境主要为海陆交互相的潮坪—潮间带。这个沉积体系的废弃阶段是聚煤作用的较好时期,也是聚煤的较好场所。该区的煤层发育主要受沉积环境、构造和古气候等因素控制。其研究成果为今后矿山开采及外围找煤提供参考。     

事件地层学——一个新的挑战

“事件地层学”是最近迅速发展起来的,是当前国际上地层学发展的一个新趋向。地层学、古生物学、沉积学、地球化学及天文地质学等领域的许多学者,十分关注并积极开展事件地层学研究。近年来,新技术如深海钻探及中子活化分析等在地层中的应用,相关学科的渗透,以及新灾变论的兴起等,是促使事件地层学迅速发展的基本因素。它对解决“系”的界     

六十年来中国沉积学发展的回顾和展望

沉积学在地质学中是一门新兴的学科,它最初是在地层学的基础上发展起来的。其后,在石油地质学和海洋地质学的带动下有了大发展。目前,沉积学已成为地质学中若干分支学科如地层学、矿床学、海洋地质学、构造地质学、煤地质学、石油地质学、地球     

地质导向技术在煤层气水平井中的应用——以柳林区块某多分支水平井为例

地质导向技术能有效提高煤层气水平井施工成功率和煤层钻遇率,但由于其具有导向参数多、工艺要求高、易受地质因素影响等特点,使其在实际应用中还存在诸多难点。以柳林区块内某多分支水平井为例,针对该井现场地质导向作业面临的资料缺乏、参数受欠平衡钻进干扰、煤层结构复杂等难点,建立合适的地质导向模型,优选合理的导向参数和导向系统,对地质导向技术在实际应用中的工艺与流程进行了系统论述。实践表明,地质导向技术在该井的应用效果良好:煤层钻遇率达到了93.1%;截至目前,该井的产气量达8600m3/d,且还在进一步提升。     

煤炭智能开采地质保障技术及展望

煤炭智能开采是我国煤炭工业在新一轮技术变革下的战略选择,是实现煤矿安全高效生产的必由之路,地质保障技术可为煤炭智能开采提供准确可靠的地质数据支撑,且能有效探查隐蔽致灾地质因素以减少煤矿生产灾害事故的发生。我国煤炭地质保障技术从服务于资源勘查、高产高效矿井建设到服务于煤矿安全高效生产,从基础地质勘查工作、GIS系统到隐蔽致灾因素探查,不同时期的煤炭地质保障技术具有鲜明的特点。分析了在煤炭智能开采背景下地质保障技术面临的3个难题:地质条件探测精度不足、动态地质信息监测困难与智能开采缺乏统一的地质基础。在前期研究的基础上,论述了面向煤炭智能开采的地质保障技术体系,主要包含高精度综合探测、一体化智能在线监测、工作面地质透明化三大关键技术,通过煤炭开采过程中地质信息综合精准感知、动态融合、同步映射和孪生反馈,实现地质保障的数字化、三维可视化和智能化。面对新一轮能源科技革命和产业变革,针对新形势下煤矿安全发展新要求,提出了煤炭智能开采地质保障云平台、技术标准体系构建的发展方向,平台化、标准化的技术体系可为煤炭安全高效智能绿色开采提供可靠的地质保障。      

我国煤矿井下复杂地质条件下钻探技术与装备进展

针对我国煤矿井下碎软煤层、坚硬岩层、冲击地压地层、破碎带、水敏性地层等复杂地质条件下钻探技术需求和存在的问题，总结了碎软煤层本煤层钻进与筛管护孔、碎软煤层梳状钻孔定向钻进、复杂顶板高位钻孔定向钻进、全断面硬岩穿层钻进、冲击地压卸压钻进等技术与装备方面的研究和应用情况。提出了碎软煤层双管护孔定向钻进及碎软煤层旋转定向钻进技术与装备的研究思路，有助于提升碎软煤层钻进的钻孔深度、护孔筛管直径和钻进效率等，而碎软煤层定向钻进技术与配套装备的完善也将促进碎软煤层瓦斯抽采模式的变革。防冲防突钻孔机器人的研究是煤矿井下复杂地质条件下钻探技术与装备的发展趋势，可为无人化矿井建设奠定基础；除此之外，还应着力解决好局部复杂地层对钻进的影响，更好地促进智能化钻探技术装备的进步，为煤矿安全高效生产提供保障。      

煤矿井下随采地震探测技术发展综述

煤矿井下地震勘探的炸药震源受火工品管控影响大,且无法实现煤矿开采动力地质灾害的监测预警;随采地震是以采煤机为震源的地震探测新技术。本文回顾了国内外随采地震技术的研究现状,介绍了随采地震的方法原理和独特优势,并开展了一些先导性的试验研究利用。结果表明:采煤机震源具有激发能量强、频带宽、安全绿色经济、可重复等特点,可以作为随采地震探测的被动震源;采煤机震源与炸药震源的地震炮集记录接近,后者单炮信噪比相对较高;随采地震数值模拟、大数据动态处理等关键技术急需协同攻关。尽管随采地震尚处于试验研究阶段,但是它将成为未来透明工作面三维动态地质建模、开采动力地质灾害监测预警等重要手段,代表了今后煤矿智能探测技术的发展方向。      

煤炭地下气化地质可行性和工艺适用性研究现状与进展

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。      

论中国煤炭地质勘查工作在新条件下的定位与重大研究问题

煤炭是我国的主体能源和重要的煤化工原料,新中国成立70多年来煤炭地质勘查工作紧密结合国家战略需求,为国家探明了急需的煤炭资源,保障了国家煤炭能源供应。通过系统总结近年来我国煤炭地质工作取得的主要成果,分析了当前新条件下煤炭地质工作发展面临的重大研究问题,明确了煤炭地质勘查工作定位,提出“1个理论、10个主要技术”的重点攻关研究思路,拓展了煤炭地质勘查工作的研究范围,对保障煤炭资源在我国经济和社会发展中发挥好“稳定器”和“压舱石”作用具有重要研究意义。研究认为：(1)新条件下煤炭地质勘查工作已由以保障煤炭能源资源安全为主发展为既要保障煤炭能源资源安全供应,还要为绿色矿山建设、矿山智能化开采与生态安全服务的煤炭生态地质勘查新阶段。(2)提出了煤炭地质勘查工作今后的重点是资源勘查与利用、地质条件评价与动态地质事件预警、矿山环境治理修复与生态地质层功能作用复原、地质条件改性等方面的10大重点攻关问题。(3)针对煤、煤系及煤盆地多能源多矿产资源赋存特点,需研究建立煤与煤系共伴生矿产协同勘查模式,在关注“煤”的同时,加大对煤系、煤盆地全域性的多矿产聚集规律和各类资源研究,推动煤、煤系及煤盆地多能源...     

用科学发展观统领煤炭地勘单位发展的思考

煤炭产业是我国的支柱产业,煤炭地质勘查是煤炭工业健康发展的基础,因此,在新的历史时期,应以科学发展观来审视煤炭地勘单位的定位与发展方向。煤炭地质勘查单位应树立“大地质、大市场”的发展理念,在全面开放的市场管理体制下,充分发挥技术、人才、设备、资料等方面的主业优势,积极开展地质服务;建立并健全包括人事、资金、质量等方面的管理体制,为地勘单位的科学发展提供保障;以人为本,完善绩效评价体系,形成绩效考评、质量技术考核、安全考核和党建及精神文明考核联动机制,以此推动煤炭地勘单位的改革,实现煤炭地质勘查事业的可持续发展。     

基于GIS煤炭勘查地测空间信息系统

为改变地测行业生产与管理模式,提高信息化程度,基于组件GIS开发了煤炭勘察地测空间信息系统。该系统采用了.net2003 C#语言,其良好的开发界面和方便快捷的开发模式,保证了系统开发的简易性,节约了时间成本,且在功能设计上立足煤炭、地勘行业特点和实际情况。系统不仅适用于地勘、地测部门,也可以广泛应用于采矿等相关技术部门,是一种通用的数据库及图形处理专业化软件。应用实例表明该系统具有实用、专业、高效、易操作、动态预测可视化等特点。