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煤炭科学技术
煤炭科学技术

王金华

月刊

0253-2336

cst410@china.com

010-84262920 84262926

100013

北京和平里青年沟路5号

煤炭科学技术/Journal Coal Science and TechnologyCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>该刊为实用性的技术类刊物。辟有技术经验、实验研究、问题探讨、专家论坛、新产品、科技信息等栏目。是全国优秀期刊之一，第二届全国科技期刊评比获二等奖。读者对象为有关专业的科研生产设计教学管理等单位的工作者。
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    注热强化煤层气抽采的试验研究及工业应用

    胡林杰冯增朝周动王幸...
    194-205页
    查看更多>>摘要：煤层气作为煤层中主要的清洁能源,其高效抽采和利用,将有利于提高资源利用率和保障煤矿安全生产.然而,甲烷的强吸附性和煤层的低渗透性,导致煤层气的采收率特别低.基于能量守恒方程,完善了注热强化煤层气抽采的理论,在实验室和煤矿井下分别进行了注热强化煤层气抽采的试验,研究了不同条件下甲烷的解吸规律和注热对煤层气抽采的促进作用.室内试验结果表明,注水解吸、自然解吸和注热解吸3种条件下的煤样终态解吸率分别为12％、37％和81％.定量计算结果表明,自然解吸和注水解吸后的注热强化解吸,分别可以增加46％和68％的解吸率,证明了注热具有强化甲烷解吸以及解除水锁效应的作用.阳泉矿区现场试验结果表明,注热方法不仅可以提高煤层气的抽采率,还可以缩短煤层气的抽采时间.注热方法可以将煤层气的浓度和日产气量分别提高10倍和100倍,其中最大煤层气浓度和最大日均产气量分别为98％和123 m3/d.8号注热钻孔的有效注热半径超过5 m,并且注热后的抽采阶段是煤层气高效抽采时间段.研究结果可为注热强化煤层气抽采的现场应用和煤矿井下局部瓦斯的防治提供参考.

    煤层气注热强化煤层气抽采甲烷解吸规律有效注热半径能量刺激

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    奥灰承压水上采场底板沿工作面倾向破坏特征分析

    王兴明刘英锋南生辉郭康...
    206-214页
    查看更多>>摘要：准确预测承压水上采场底板最大破坏深度是预防煤矿底板突水的一个重要环节.为研究沿工作面倾向底板破坏特征的问题,基于矿山压力与岩层控制理论,考虑了采场底板受采动产生的支承压力、采空区压实后对底板的作用力以及承压水的共同作用,建立承压水上采场底板倾向力学计算模型,采用带有拉伸破坏的Mohr-Coulomb屈服准则对采场底板破坏进行判定.结果表明:周期来压时,采场底板沿工作面倾向破坏形态近似"倒马鞍形",且最大破坏深度为12 m;工作面两侧底板破坏深度较大,采空区底板破坏深度较小.数值模拟计算结果表明:靠近工作面边缘弹塑性交界处底板最大破坏深度为13 m,破坏形式主要为剪切破坏;位于采空区卸压区段,采场底板破坏深度较小,破坏形式主要为剪切破坏及拉伸破坏.这与通过理论分析得到的承压水上采场底板破坏特征几乎一致.通过现场实测得到董家河煤矿22516工作面底板最大破坏深度为13.52 m,这与理论分析得到的12 m和数值模拟计算得到的13 m相比结果非常接近,验证了理论模型建立的合理性以及数值模拟分析的正确性.研究方法为分析承压水上采场底板破坏特征提供了新参考.

    承压水工作面倾向剪切-拉伸破坏FLAC3D破坏特征

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    高潜水位采煤沉陷区积水时空演化特征研究——以安徽省矿区为例

    孙茹朱晓峻张鹏飞梁明...
    215-224页
    查看更多>>摘要：随着煤炭资源大面积、高强度开采,高潜水位矿区积水问题尤为突出,对周围生态环境产生了严重影响.为了给采煤沉陷积水区生态环境修复提供科学依据,开展了高潜水位采煤沉陷区积水的时空演化特征研究和影响因素分析.以整个安徽省矿区为研究区域,基于Landsat TM/OLI遥感数据,采用归一化水体指数法(NDWI)和目视解译法对1995—2020年(共计22期)和2020年12个月份(12期)沉陷区积水区域进行提取,获取了近25年安徽省采煤沉陷区积水空间信息,并结合水文和降雨资料分析和讨论了沉陷区积水时空演化的影响因素.结果表明:①近25年来,安徽省采煤沉陷区积水面积的增长呈"缓慢—快速—稳定"3阶段分布特征.研究期内平均积水面积增长了约6倍,从18.95 km2增长到118.09 km2,年均增长3.97 km2.②从时间尺度上沉陷区积水演化分为3阶段:第1阶段(1995—2005年),由于积水初步形成还未稳定,增长速度较为缓慢,年均增长率为4.65％;第2阶段(2005—2013年),基于安徽省煤炭开采量进入快速增长期,积水面积也增长迅速,年均增长率为6.64％;第3阶段(2013—2020年)增长率开始不断减小,积水面积逐渐趋于稳定,年均增长率为3.42％.空间尺度上,安徽省沉陷区积水主要集中在淮南市和淮北市,约占全部积水面积的70％.③安徽省采煤沉陷区积水演化长时间尺度的主要影响因素是煤炭开采量,短时间尺度的主要影响因素则是大气降雨.④利用Logistic回归曲线建立了安徽省采煤沉陷区积水面积预测模型,预测得到在未来一段时间安徽省采煤沉陷积水面积将仍处于低速增长阶段,到2030年,枯水期积水区面积约达到130 km2.获取了高精度的沉陷区积水信息,分析了其时空演化规律及影响因素,可以给高潜水位采煤沉陷区积水的治理以及沉陷区的生态修复提供科学依据.

    高潜水位采煤沉陷区积水遥感监测时空演化预测分析

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    带式输送机智能化关键技术现状与展望

    王海军王洪磊
    225-239页
    查看更多>>摘要：带式输送机是煤炭主运输系统的关键装备,带式输送机的智能化是矿井煤炭安全高效运输的重要保障,对于提升煤矿安全水平、保障煤炭稳定供应具有重要意义.在新技术革命的推动下,带式输送机智能化领域处于加速发展阶段,信息系统平台、智能控制、测量感知等智能化关键技术不断取得进展,呈现多点突破、全面发展的态势,但相关技术在煤矿企业多为试验性应用,未得到普遍推广.综述了近年来带式输送机智能化关键技术的发展情况,分析了工程应用中存在的问题,指出了带式输送机智能化关键技术的发展趋势.首先,概括介绍带式输送机智能化的发展历程,重点阐述不同承载方式的带式输送机的技术特点及对智能化发展的技术要求;然后,以托辊式带式输送机为对象,分别介绍带式输送机节能运行技术、煤流量感知技术、健康状态监测技术和安全保障技术等智能化关键技术的研究现状,梳理了计算机视觉、大数据分析、智能控制与决策等技术在工程中的应用情况,对存在的问题及未来发展趋势进行讨论;最后,结合对国内外相关技术研究成果的分析,从智能化监测与控制研究的角度出发,指出了带式输送机变频节能控制、非接触式煤流智能感知、基于多源信息融合的透明输送和虚拟现实等智能化关键技术的研究方向.

    智能矿山带式输送机智能化绿色节能智能感知

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    综采工作面巡检机器人柔性轨道设计与运动学仿真

    张旭辉杜永刚霍鑫健王川伟...
    240-246页
    查看更多>>摘要：煤矿井下综采工作面空间狭小、设备动作频繁,位置关系复杂等问题,导致常规巡检机器人难以直接在工作面运行,自动化监测难度大.根据工况需求,结合环境及设备群动作特点,提出工作面巡检轨道设计要求,采用模块化设计、仿真模拟和样机试验的方法,设计一种新型跨座式巡检机器人柔性轨道,实现在工作面环境的安装调节及当安装设备发生动作变形时轨道自身的自适应补偿.首先设计了巡检机器人柔性轨道的机械结构并确定安装运行方式.其次,以轨道跨接在刮板输送机线缆槽一侧为例,分析刮板输送机在平直、弯曲和起伏3种工况下的弯曲和俯仰变形量,并对柔性轨道进行运动学仿真.在3种工况下,该轨道可随工作面设备完成水平弯曲0～5.4°、竖直倾斜0～6°、伸缩变形0～120 mm,满足实际工况要求.巡检机器人通过柔性轨道时,其主运动方向始终保持匀速直线运动,水平或竖直方向在柔性过度段存在波动,波动幅值均在安全允许范围内.最后搭建柔性轨道物理样机及工作面试验平台,对工作面巡检机器人柔性轨道进行性能验证.结果表明:新型跨座式巡检机器人柔性轨道结构设计合理,可以适应工作面巡检的不同工况,对实现煤矿井下综采工作面机器人巡检具有重要意义.

    综采工作面柔性轨道巡检机器人刮板输送机运动学仿真

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    工作面智能供液技术进展与应用

    李然刘波王大龙陈敬斌...
    247-253页
    查看更多>>摘要：工作面智能供液技术是智能化开采的核心技术之一.为解决工作面智能化开采中感知、决策、控制环节中对高数据传输速率、高传输稳定性和高数据处理能力的要求,研制了基于百兆工业以太网的集中分布式泵站控制系统,研究了故障预测与健康管理技术及智能按需供液控制技术,提升了智能化控制功能;分析了工作面液压系统工作介质质量综合保障技术的发展需求,创新了井下一体式反渗透(RO)水处理技术、高效多级过滤技术、全自动化乳化液自动配比及浓度矫正技术等关键技术.攻克高强度抗腐耐蚀材料、纯水介质吸排液可靠性技术、纯水电阻率保障技术等关键技术难题,研制适用于纯水工作面的智能供液系统,推进了绿色开采技术的发展.攻克了无人值守智能安全控制技术、及时快速供液和回液中继技术、综合多参数监测的远距离供液管路安全监控技术等核心技术难题,解决了复杂地质条件矿井远距离安全、高效供液难题.上述成果在国家能源集团神东矿区、中煤能源山西矿区、山东能源兖矿矿区的薄煤层和中厚煤层的综采、综放工作面进行了推广应用,满足现阶段智能化开采发展的对供液技术及装备的需求.

    智能开采智能供液技术智能控制故障预测与健康管理纯水供液技术远距离供液

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    基于GIS的工作面探煤数据管理方法研究与应用

    骆云秀毛善君张鹏鹏李振...
    254-261页
    查看更多>>摘要：为提高煤矿回采工作面开采过程中煤矿储量动态计算的效率,丰富回采工作面三维地质模型构建过程中所需的动态更新数据,通过对回采工作面探煤数据管理的专业需求、业务流程、技术路线以及数据结构的充分分析和深入研究,提出了一种基于GIS的回采工作面探煤数据管理方法.在数据层面,优化了探煤数据管理的业务流程,设计了不同类型探煤数据的数据结构和存储方法,利用GIS的空间数据组织和管理方式实现了基于空间关系数据库的回采工作面探煤数据的共享与管理.在表示层面,基于从底层自主研发的国产地理信息系统平台—LongRuanGIS实现了探煤数据和图形的交互管理.在业务层面,提出了一种探煤线的绘制算法,以实现不同模式探煤线的快速绘制;设计了探煤点数据结构、绘制样式以及绘制方法和数据管理方法,以保证探煤数据的成图美观和数据的高效再利用;提出了一种利用探煤厚数据动态更新回采工作面地质模型的方法,丰富了煤矿回采工作面高精度三维动态地质模型的动态更新数据源.经过在多个矿井的常态化应用结果表明:基于GIS的工作面探煤数据管理方法实现了不同类型的回采工作面探煤数据的统一管理与共享,实现了探煤数据的快速自动成图与动态更新,提高了煤矿地质人员的绘图效率;同时,探煤数据的及时更新为回采工作面储量动态计算及高精度三维地质模型的动态更新提供了便捷有效的数据管理措施,保证了探煤数据的高效利用.

    探煤数据GIS空间数据管理回采工作面地质模型

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    酸化处理对焦煤萃取性能的影响

    王芳芳张小东刘晓李贤忠...
    262-270页
    查看更多>>摘要：为了研究煤中矿物质脱出对溶剂萃取行为的影响机制,采用不同浓度的四氢呋喃(THF)溶剂对盐酸(HCl)和氢氟酸(HF)酸化处理前后的焦煤进行萃取试验,借助于常规煤质分析和气相色谱-质谱(GC-MS)测试方法,分析了煤样脱矿物前后THF萃取率和萃取物成分的差异,探讨溶剂浓度、萃取时间、温度、矿物质对其影响机制.结果表明:①煤样经酸化处理后,灰分产率高达97.3％,含量显著降低,固定碳含量增加21％,挥发分含量相对增加,而水分含量基本不变;C、H元素含量下降,O、N、S元素含量增加,其中C、O元素含量变化较明显;②酸化处理后的煤样萃取率显著增大,但随着THF浓度的增加,萃取率增幅呈现不断减小的趋势;同一条件下达到同样的萃取效果,酸化煤萃取时间较原煤快1.25～5.00倍;酸化处理放大了温度对萃取率的影响效应,使得35℃的萃取优势更为显著.③原煤萃取物中杂原子化合物相对含量占比最高,而酸化煤萃取物中以脂肪烃为主,其中直链烃含量随着THF浓度的增大不断增加,最高可占总含量的91.92％,碳原子数主要集中于C15～C22,但萃取物种类数显著少于原煤.总体而言,酸化处理可有效提高THF的萃取能力,大幅度缩短萃取时间,且提高了对煤中高碳烷烃的萃取能力.此外,尽管萃取过程中水不占据主导地位,但在一定程度上也会影响THF的萃取能力,使得低浓度的THF溶剂萃取能力优于THF纯溶剂.

    焦煤溶剂萃取萃取率酸化处理GC-MS

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    采煤沉陷地复垦土壤团聚体碳氮磷化学计量特征

    刘美英李文龙赵晶许学慧...
    271-277页
    查看更多>>摘要：为明确不同林型复垦土壤团聚体养分及其化学计量变化,揭示采煤沉陷地土壤养分的固持及限制特征,进而筛选出最佳的复垦林型.本研究在神府-东胜矿区采煤沉陷地上设置长柄扁桃、欧李、文冠果3种复垦林型,同时以附近未沉陷且未种植的废弃农田作为对照,基于干筛法探究0～40 cm土层土壤机械稳定性团聚体组成、土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量及其化学计量特征对长期植被复垦的响应规律.结果表明:不同复垦林型土壤微团聚体含量下降而大团聚体含量增加,各林型>0.25 mm大团聚体总量均超过了70％.不同林型土壤<0.053 mm矿质颗粒中SOC、TN、TP含量最高,大团聚体次之.团聚体对土壤SOC、TN以及TP的贡献随团聚体粒级的增大而增加,3种林型>0.25 mm大团聚体对土壤SOC、TN和TP的贡献率分别为72％～83％、66％～74％、65％～82％.不同林型土壤团聚体C/N、C/P和N/P均低于全国及全球平均水平.土壤TN与SOC、TP呈显著正相关,与C/N呈显著负相关;TP与C/P、N/P呈显著负相关.主要结论为植被复垦增加土壤大团聚体含量,而大团聚体对土壤碳氮磷的贡献率最大,其中文冠果对土壤碳氮磷的贡献率大于其他林型.不同林型土壤团聚体C/P的变化范围为5.44～20.83,低于全国及全球平均水平,表明采煤沉陷区土壤缺乏氮元素,氮元素是主要养分限制因子.

    采煤沉陷地复垦区植被复垦土壤团聚体化学计量比

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    资源型城市生态修复需求空间异质性分析——以徐州市贾汪区为例

    陈媚楠丁忠义侯湖平倪庆琳...
    278-286页
    查看更多>>摘要：资源型城市经过长期的煤炭资源开采,导致煤矿区资源开发与生态保护之间不平衡、不协调的矛盾突出;在生态文明建设背景下,厘清生态修复需求空间异质性、合理安排生态修复工作优先次序,成为开展高效协调的生态保护与修复的基础性工作.从生态系统和人类福祉协同发展的综合视角切入,选取徐州市贾汪区为研究对象,以2000、2010、2019年3期历史遥感影像以及历史矿井信息和社会经济统计数据为数据源,采用当量赋值法核算区域生态系统服务价值并作系数修正,综合地形位指数、矿区扰动指数和景观脆弱度指数构建景观生态风险评价体系,分析研究区生态系统服务价值和生态风险指数的时空格局,并引入夏普比率进一步探讨生态修复需求空间异质性.结果表明:①2000—2019年贾汪区生态系统服务价值总量先增加后减少,生态风险指数值先下降后上升,增长速率较为平缓,均表现为小幅度;生态服务价值和生态风险等级的空间分布均呈现出总体连片,局部圈层向外推移的态势,城镇化与采煤塌陷地治理是空间格局差异化的主要影响因素.②在数量层面,单位面积生态系统服务价值和生态风险指数具有较强的负向等级相关性,但没有明显的函数关系;在空间层面,2000—2019年贾汪区单位生态系统服务价值与生态风险指数的全局Moran's I指数均为负值,存在负向空间关联性.生态风险与生态系统服务具有明显的错位特征.③贾汪区生态修复需求异质性指数R值呈现一定程度上的梯度空间变化趋势,整体生态修复需求降低趋向,但局部区域仍存在R指标过高或过低的现象;随着偏离度等级增加,生态修复需求高值区范围逐渐缩小并向低值区转化,需要进行重点生态建设的区域更加趋向集中化.研究结论能够为资源枯竭型城市的系统性、整体性生态修复决策安排提供参考.

    生态修复生态服务价值生态风险资源型城市异质性

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