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煤炭地下气化碳减排技术研究进展与未来探索

煤炭学报 2024年第1期49卷 495-512页

作者：秦勇易同生周永锋杨磊王军中国矿业大学江苏徐州221116 贵州省煤田地质局贵州贵阳550025

煤炭地下气化(UCG)与碳减排的相互融合,有望成为当前至碳中和到来之前过渡阶段的优秀绿色能源技术,甚至在未来更长的碳中和历史时期发挥重要作用。回顾研究历史与现状,UCG减排系统策略基本形成,可归纳为5种具体途径。其中,地下原位定向... 详细信息

煤炭地下气化(UCG)与碳减排的相互融合,有望成为当前至碳中和到来之前过渡阶段的优秀绿色能源技术,甚至在未来更长的碳中和历史时期发挥重要作用。回顾研究历史与现状,UCG减排系统策略基本形成,可归纳为5种具体途径。其中,地下原位定向调控可减少CO_(2)释放产出并促进UCG提质增产,相关策略和途径可归纳为“碳调减(CRR)”。UCG-CO_(2)地下空间超临界气态封存研究成果相对较多,主要集中在封存介质、封存空间、封存能力等方面,少数研究讨论了封存机制。UCG-CO_(2)地下空间矿化封存不受地质体稳定性和封闭性苛刻条件的约束,潜在着固碳和转化产气的双重效果,但研究成果尚不多见。UCG-CO_(2)回注利用与封存的前期探索集中在煤层气增产和UCG合成气生产改善2个方面,近年来开创了UCG制氢尾气CO_(2)减排利用系列性探索。CRR作为一种主动减排策略,通过调节气化剂及其注入方式来定向调减UCG合成气中CO_(2)浓度,理论成果较多并且经过现场初步验证,有望成为集清洁能源生产与碳减排为一体的洁净煤实用技术。评述进展并分析短板,UCG碳减排科学技术研究已取得诸多实质性成果,也面临持续发展的挑战,未来探索似应聚焦在4个方向:一是立足可行,优先发展以UCG-CRR为重点的UCG-CO_(2)地下转化利用技术;二是聚焦短板,着力突破UCG减排-合成气提质协同机理和关键技术瓶颈;三是扎实推进,优先启动实施UCG-CRR先导试验和工程示范,探索步步取得实效;四是保障实现,探索建立由碳中和与碳管理战略、专项科技行动计划、专业人才培养构成的“三位一体”UCG减排政策支撑体系。

关键词：煤炭地下气化碳减排碳调减策略体系探索方向

被动源面波三维横波速度反演在山东某矿区应用研究

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地球物理学进展 2024年

作者：张凡斌韩帅曾爱平中国地质大学(北京) 山东省煤田地质局物探测量队

基于地震干涉法的被动源地震勘探通过采集天然噪声信号进行成像，无需主动激发具有低成本、环保的特点，广泛应用于工程、矿产勘探等领域，并得到了快速的发展。本文在山东某矿区开展了被动源面波成像研究，通过布设环形检波器阵列进行... 详细信息

基于地震干涉法的被动源地震勘探通过采集天然噪声信号进行成像，无需主动激发具有低成本、环保的特点，广泛应用于工程、矿产勘探等领域，并得到了快速的发展。本文在山东某矿区开展了被动源面波成像研究，通过布设环形检波器阵列进行数据采集，经去趋势、去均值、去除强振幅等预处理流程后对所有台站对进行互相关计算，并对互相关结果进行滤波去噪来提高信噪比。之后采用双台法拾取台站对的频散曲线，利用直接反演方法直接对混合路径的所有频散曲线进行反演得到了3D横波速度结构，该速度结构较好的反映了探测区域范围内的基底和内部结构，为该区开展进一步矿产勘探提供基础数据。

关键词：矿产勘探被动源地震背景噪声双台法三维反演

“十四五”以来新疆煤炭地质工作进展及发展方向

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新疆地质 2024年第1期42卷 7-13页

作者：李瑞明周梓欣张伟崔德广熊春雷赵正威夏威威唐助云新疆维吾尔自治区煤田地质局新疆乌鲁木齐830000 新疆维吾尔自治区煤田地质局综合地质勘查队新疆乌鲁木齐830091 新疆维吾尔自治区煤田地质局一六一煤田地质勘探队新疆乌鲁木齐830091 新疆维吾尔自治区地质煤田地质局一五六煤田地质勘探队新疆乌鲁木齐830091

“十四五”以来,新疆煤炭地质工作紧紧围绕煤炭和煤层气勘查开发、煤田灭火、煤矿山生态修复治理开展,取得一系列重要成果和进展,在保障国家能源资源安全、支撑生态文明建设和服务自治区经济社会高质量方面发挥了积极作用。开展煤炭勘... 详细信息

“十四五”以来,新疆煤炭地质工作紧紧围绕煤炭和煤层气勘查开发、煤田灭火、煤矿山生态修复治理开展,取得一系列重要成果和进展,在保障国家能源资源安全、支撑生态文明建设和服务自治区经济社会高质量方面发挥了积极作用。开展煤炭勘查项目约50个,完成钻探进尺60余万米,提交查明煤炭资源量174×10^(8)t,新发现煤炭资源量5.4×10^(8)t,新发现煤炭潜力区2处,为自治区充分释放煤炭优质先进产能和大中型矿井建设提供资源保障;开展煤层气资源调查、勘查和开发项目14个,完成钻探进尺约4.5×10^(4)m,估算煤层气资源量234×10^(8)m^(3)。在阜康大黄山实现了平均单井产量突破,在尼勒克、库拜煤田初步实现了深部煤层气调查和勘查技术突破。立足多年煤炭勘查技术和成果积累优势,围绕煤炭地质服务市场充分发挥作用,大力开展煤田灭火工作,积极拓展采煤塌陷区治理工作,主动服务矿井安全生产。完成火区治理13处,治理火区面积552×10^(4)m^(2);开展煤矿隐蔽致灾因素普查、水文地质类型划分等地质技术服务50余个,为煤矿山安全生产提供了技术保障;塔城地区额敏县采煤沉陷区综合治理恢复耕地10000亩;不断加强科研工作,突破了深部煤层气钻井和大规模压裂技术,形成了一套较完整的火区勘查、治理、监测施工工艺技术体系,初步建立了新疆煤田地质综合信息数字平台。今后,新疆煤田地质将坚持地质找矿核心职能,加强地质科技创新,围绕煤炭、煤层气、战略性关键金属、非金属矿产大力开展找矿突破战略行动,不断提升地灾防治和生态修复治理能力,积极服务生态文明建设。

关键词：煤炭勘查煤层气勘查开发煤田灭火工作进展发展方向

山东省滕州城市边缘区土壤潜在有毒元素来源解析和健康风险评价

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中国地质 2024年

作者：阎蓓蓓魏乾乾李新凤孙相宇姜星王敏张睿林高宗军刘久潭山东科技大学山东省煤田地质局物探测量队

【研究目的】为探究城市边缘区周边土壤潜在有毒元素（PTEs）污染特征、来源及生态风险状况。【研究方法】采集了滕州市边缘区周边456个表层（0～20cm）土壤样本，测定了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn含量。采用地累积指数法和潜在生... 详细信息

【研究目的】为探究城市边缘区周边土壤潜在有毒元素（PTEs）污染特征、来源及生态风险状况。【研究方法】采集了滕州市边缘区周边456个表层（0～20cm）土壤样本，测定了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn含量。采用地累积指数法和潜在生态风险指数法评估城市PTEs污染特征，利用绝对主成分得分多元线性回归模型（APCS-MLR）和正矩阵因式分解（PMF）定量解析PTEs污染物来源，并采用健康风险指数模型评估人体健康的风险。【研究结果】PTEs含量特征等结果表明，表层表土壤的生态风险相对较低，Hg污染最为严重，Hg污染存在空间差异大、污染聚集和受人类活动影响严重的特点。源解析表明，滕州市边缘区土壤PTEs源于自然源、工业源、交通源和农业源，在APCS-MLR模型中占比分别为39.59%、29.48%、25.17% 和 5.77%，在PMF模型中占比分别为29.64%、15.38%、28.03% 和 26.93%。人类健康风险评价表明，成人非致癌风险极低，儿童的非致癌风险及总人群的总致癌风险较大，As和Cr有一定致癌危害。【结论】表层土壤PTEs主要来源地质背景，要注意Hg、As和Cr监测和治理。建议加强饮用水资源的监测，并且减少交通污染排放，强化工厂废物排放监管。

关键词：表层土壤来源分析健康风险评估潜在有毒元素环境地质调查工程滕州山东省

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煤储层破裂压力对压裂改造的影响与工程应用

煤矿安全 2024年第3期55卷 84-90页

作者：冯兴凯山东省煤田地质局第二勘探队山东济宁272000

我国煤储层渗透率普遍较低,低渗储层直接进行地面煤层气开发的效益较低,而水力压裂是增加煤储层渗透率和导流能力的有效手段。通过对沁水盆地PN-1井、PN-2井的测井参数进行分析,掌握煤储层的岩石力学特征,为煤储层水力压裂参数优化提供... 详细信息

我国煤储层渗透率普遍较低,低渗储层直接进行地面煤层气开发的效益较低,而水力压裂是增加煤储层渗透率和导流能力的有效手段。通过对沁水盆地PN-1井、PN-2井的测井参数进行分析,掌握煤储层的岩石力学特征,为煤储层水力压裂参数优化提供指导。结果表明:2口井的测井数据反演的煤层具有低泊松比、低杨氏模量、低强度、低破裂压力的特点;通过在前置液阶段控制施工排量及施工压力、提高阶段液量,可以有效避免压裂裂缝沿煤层顶底板之间的层间界面延伸及扩展至煤层顶底板;测井数据反演的PN-1井煤层破裂压力与实际压裂施工的破裂压力较接近,误差仅为3.01%,对压裂施工参数优化的指导意义较高;PN-2井煤层破裂压力略低于顶底板岩层的破裂压力,压裂初期的施工排量偏高,导致施工压力达到顶底板的破裂压力,压裂裂缝在顶底板之间延伸形成单一裂缝,改造效果及产气效果均较差。

关键词：瓦斯抽采煤储层破裂压力水力压裂可压性改造效果

黄河流域山东段近河道煤矿区土壤重金属污染特征及源解析

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环境科学 2024年第5期45卷 2952-2961页

作者：戴文婷张晖吴霞钟鸣段桂兰董霁红张培培樊洪明中国矿业大学环境与测绘学院徐州221116 山东省煤田地质局物探测量队济南250104 中国科学院生态环境研究中心北京100085

以黄河流域山东段近河道煤矿区土壤为研究对象,采用地累积污染指数法和改进内梅罗污染指数法对土壤重金属污染特征进行评估,利用绝对主成分-多元线性回归模型(APCS-MLR)定量解析了土壤重金属污染来源,并结合ArcGIS中克里金空间差值法分... 详细信息

以黄河流域山东段近河道煤矿区土壤为研究对象,采用地累积污染指数法和改进内梅罗污染指数法对土壤重金属污染特征进行评估,利用绝对主成分-多元线性回归模型(APCS-MLR)定量解析了土壤重金属污染来源,并结合ArcGIS中克里金空间差值法分析土壤Hg和Cd空间分布,进一步验证了模型源解析结果的准确性.结果表明,土壤Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Ni、As和Hg实测含量均超出了正常场地,其中,土壤Hg和Cd超出了土壤元素背景值.Hg的变异系数(CV)均高于0.500,空间异质性明显,且与其他重金属相关性极低,存在相同污染来源的可能性很小.地累积污染指数和改进内梅罗污染指数结果显示,土壤重金属总体处于偏中度污染,其中,土壤Hg污染程度最高,最大值处于偏重度污染程度,Cu、Cd和As存在局部污染情况,处于轻度污染程度,土壤重金属污染与煤矿区开采活动、修复整治和工程施工等密切相关.研究区土壤重金属两大污染源分别为成土母质和工矿业交通的复合源(已知源1)、大气沉降和煤炭生产的复合源(已知源2),其贡献率分别为76.705%和16.171%;通过克里金空间差值模拟的Hg和Cd含量分布证明了APCS-MLR模型的解析结果较为可信.研究可为黄河流域山东段煤矿区土壤重金属污染精准防治和改良、保障粮食和农产品安全,以及提高生态环境质量提供科学依据.

关键词：土壤重金属污染特征绝对主成分-多元线性回归模型(APCS-MLR) 源解析克里金空间差值

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淮南煤田富油煤赋存规律与开发利用潜力研究

洁净煤技术 2024年

作者：詹润张文永韩锋孙贵徐创业刘桂建安徽省煤田地质局勘查研究院中国科学技术大学地球和空间科学学院安徽省煤田地质局第一勘探队安徽大学资源与环境学院

富油煤兼具“煤、油、气”多重资源属性特征，清洁高效开发富油煤对优化能源产业结构具有重要的战略意义。安徽省淮南煤田富油煤资源储量丰富且煤质优良，是华东地区最具开发潜力的富油煤产地。为全面系统认识研究区富油煤赋存规律与开... 详细信息

富油煤兼具“煤、油、气”多重资源属性特征，清洁高效开发富油煤对优化能源产业结构具有重要的战略意义。安徽省淮南煤田富油煤资源储量丰富且煤质优良，是华东地区最具开发潜力的富油煤产地。为全面系统认识研究区富油煤赋存规律与开发利用前景，通过大量采样测试，利用显微煤岩分析、工业指标与低温干馏测试分析、元素分析、煤相分析、综合制图等手段，揭示了富油煤焦油产率变化的时空分布规律、控制因素及其成煤环境。结果表明，富油煤焦油产率受煤岩物质组成、变质程度、成煤环境影响较大，与煤中镜质组、氢元素、挥发分及CaO-MgO和Fe2O3-SO3含量呈正相关性，与煤灰分和SiO2-Al2O3含量呈负相关性。本区富油煤变质程度属中煤级II-III型，Rmax变化在0.68%～1.06%之间，最佳产烃范围在0.68%～0.95%之间，主要形成于三角洲平原下的潮湿森林沼泽相，成煤期覆水还原程度较强。各矿区煤层富油煤焦油产率变化平均值为9.56%～11.58%，焦油产率空间上具有“南低北高”、“中部高、东部低、西部中等”的分布特点，上石盒子组13-1与11-2煤层是富油煤最有利开发层段。采用地质块段法分类估算了富油煤资源潜力，1500m以浅富油煤资源量约为163.36亿吨，高油煤30.81亿吨，煤制油气潜力较大。基于现阶段煤炭利用现状，从“地面”和“地下”角度，提出通过热电、焦化、气化技术改造升级与钻孔、井下原位热解，可实现富油煤绿色、低碳化利用。

关键词：淮南煤田富油煤赋存规律焦油产率开发潜力清洁高效利用

顾及空间异质性的断裂地形区高精度DEM建模方法

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武汉大学学报(信息科学版) 2024年

作者：王兴杰陈东兴陈传法徐联中洪壮壮山东科技大学测绘与空间信息学院山东省煤田地质局第二勘探队

在数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）建模过程中，传统插值方法以地表光滑连续为基本假设且只考虑了采样点和待插值点之间的空间相关性，忽略了诸如断裂线等不连续地形特征带来的空间异质性影响，导致断裂线周围的高程被平... 详细信息

在数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）建模过程中，传统插值方法以地表光滑连续为基本假设且只考虑了采样点和待插值点之间的空间相关性，忽略了诸如断裂线等不连续地形特征带来的空间异质性影响，导致断裂线周围的高程被平滑，进而使得构建的DEM失真。针对上述问题，本文提出了一种顾及空间异质性的多元径向基函数插值方法。该方法耦合了空间距离、高差、法向量三种地形信息，充分考虑了采样点和待插值点之间的空间相关性和地形特征异质性，确保地形断裂区DEM高精度建模。采用ISPRS提供的10组公共数据以及1组机载LiDAR点云数据为研究对象，将本文方法与结构张量约束的插值方法以及3种传统插值方法（包括标准径向基插值法（Radial Basis Function，RBF），不规则三角网法（Triangulated Irregular Network，TIN），ANUDEM法（Australian National University Digital Elevation Model））比较表明，本文方法的平均总误差最小，插值性能最优，而且还能较好的保持断裂地形特征。

关键词：径向基函数插值断裂线多元核函数空间异质性

应用多时序特征的哨兵系列影像对南方丘陵区树种识别

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东北林业大学学报 2024年第3期52卷 60-68页

作者：王洁李恒凯龙北平张建莹江西理工大学赣州341000 江西省煤田地质局测绘大队

树种分类是森林资源调查和监测的重要工作,杉木和油茶作为袁州区主要经济树种,准确获取树种空间分布信息,对产量估算和资源管理具有重要意义。以江西省宜春市袁州区为研究区,试验融合时序哨兵-1(Sentinel-1)、哨兵-2(Sentinel-2)等数据... 详细信息

树种分类是森林资源调查和监测的重要工作,杉木和油茶作为袁州区主要经济树种,准确获取树种空间分布信息,对产量估算和资源管理具有重要意义。以江西省宜春市袁州区为研究区,试验融合时序哨兵-1(Sentinel-1)、哨兵-2(Sentinel-2)等数据,结合中国南方丘陵区树种特点,提取植被指数、红边植被指数、地形特征和纹理特征等构建特征变量组合,分别利用分离阈值法(SEaTH)和特征权重算法(ReliefF)进行特征重要性排序和特征优选,分析各特征对树种分类的影响。结果表明:(1)在使用光谱特征和植被-水体指数的基础上加入不同特征后,树种分类精度均有提升,其中纹理特征的加入更有利于树种分类。(2)结合随机森林算法和特征权重算法(ReliefF)对树种分类的精度最高,总体精度为85.33%,Kappa系数为0.81,优于相同特征组下的支持向量机算法和分类回归树算法。

关键词：树种分类哨兵-1 哨兵-2 特征优选随机森林中国南方丘陵