首页期刊导航|煤炭科学技术
期刊信息/Journal information
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。
正式出版
收录年代

    川东北地区五峰组-龙马溪组页岩地球化学特征及有机质富集模式

    张治波郭英海郑伟清曾春林...
    124-138页
    查看更多>>摘要：四川盆地是我国页岩气开发的主力产区,川东北地区作为四川盆地的页岩气开发的接替区,备受关注.为了探究川东北地区上奥陶统五峰组-下志留统龙马溪组富有机质页岩的控制因素及富集模式.采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)方法对川东北地区五峰组-龙马溪组 14件页岩进行元素分析,并结合测井曲线特征,探讨五峰组-龙马溪组沉积体系、氧化还原条件、陆源碎屑输入、初级生产力和古气候关系.识别出了 3个三级层序(SSQ1,SSQ2和SSQ3),海平面经历了由高—低—高—低的过程,结合页岩元素的w(V)/w(Cr),w(V)/w(V+Ni),w(Ni)/w(Co),w(Sr)/w(Cu),w(Sr)/w(Ba),T(℃)等参数,指示了五峰组-龙马溪组,经历了氧化—贫氧—缺氧还原—贫氧—氧化的淡水环境;气候经历了温暖湿润—干旱寒冷—温润湿润—干旱寒冷—温暖湿润演化过程,温度经历了降低—升高—降低—升高的过程.川东北地区五峰组-龙马溪组有机质富集模式可划分为Ⅲ阶段模式,第Ⅰ阶段,五峰组到龙马溪组底部沉积时期,有机碳逐渐增高阶段;第Ⅱ阶段,龙马溪组中部,有机碳富集阶段(甜点段);第Ⅲ阶段,龙马溪组上部,有机碳逐渐降低阶段.期望为川东北地区页岩气的勘探提供依据,下一步,将开展研究区重大地质事件对有机质富集的资源响应研究,深化页岩气富集模式.

    页岩沉积体系地球化学沉积环境古气候五峰组-龙马溪组川东北

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    《"三下"开采规范》中安全煤(岩)柱留设问题探讨

    吕玉广孙国吴宝峰李硕...
    139-145页
    查看更多>>摘要：针对《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》中安全煤(岩)柱设计以及水压对顶板突水控制作用等问题进行探讨.首先分析了规范的附表 4-3表头文字,指出保护层厚度的有关规定仅适用于松散含水层(含地表水体),至于基岩含水层下采煤应如何确定保护层厚度则未明确;进而以泥岩与黏性土层均具有阻水功能为桥梁,推导出基岩含水层下采煤可参照"松散层下黏性土层累计厚度大于采厚"条件执行,遵照"就高不就低原则",基岩含水层下保护层厚度统一取采厚的 4倍为宜;既然规范适用条件为单层采厚不大于 3.0 m,则附表 4-3中"松散层厚度小于采厚"的规定难以理解,建议删除.其次,基于"保护"一词的科学内涵对"保护层"重新定义,即导水裂缝带顶界面到含水层底界面之间的隔水岩层均具有"保护"功能,应统称为保护层Hb;进而提出了保护系数Bs概念,即保护层厚度与单层采厚的比值;松散含水层下保护系数分区阈值Bi=2、3、4、5、6、7),基岩含层下保护系数分区阈值Bi=4,据此对顶板水害风险进行等级划分:突水区(Bs≤0)、危险区(0＜Bs＜Bi)、安全区(Bs≥Bi).此外,借鉴底板突水系数概念,将单位厚度保护层承受的水头压力称为保护层承压系数(T=P/Hb),通过对 3种煤水结构条件下承压系数的分析,得出第 4系松散含水层、非煤系基岩含水层下采煤可以不考虑水压,煤系基岩含水层下采煤随着开采深度增加、水压随之增大而带来突(涌)水风险.最后,分析了底板含水层顶部存在被泥质物充填隔水带时,《"三下"开采规范》给出的底板防水安全煤(岩)柱表达式(ha≥h1+h2+h4)与附图相矛盾,正确的表达式应为ha≥h1+h2-h4.

    保护层保护系数分区阈值"三区"划分承压系数安全煤(岩)柱

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    基于RSM的超细水泥注浆材料配比及性能优化模型

    刘伟韬吴海凤申建军
    146-158页
    查看更多>>摘要：注浆堵水技术已成为水害措施防范向工程治理不可缺少的技术之一,超细材料的研究也成为了目前注浆材料发展的新方向.为了解决矿井水害注浆治理工程中注浆材料优选和配比优化问题,采用单因素试验与响应曲面法(RSM)相结合的方法进行超细水泥注浆材料优化配比研究.首先通过单因素试验对不同水灰比、硅灰(SF)掺量及高效聚羧酸减水剂(PCS)掺量条件下浆液黏度、泌水率及 7d单轴抗压强度进行分析,以确定RSM最佳基准水平,其次构建以浆液黏度、泌水率及 7d单轴抗压强度为响应目标的二次多项式预测模型,结合方差、残差及响应曲面分析各响应变量对响应目标的影响规律,确定注浆材料最优配比.通过单因素试验结果对比分析,发现最优水灰比、SF掺量及PCS掺量分别为 1∶1、35%及 0.3%.通过RSM研究发现,浆液黏度、泌水率及 7d单轴抗压强度不仅受单一因素影响,且存在多因素交互作用.根据建立的二次多项式响应面回归预测模型可知,当水灰比、SF掺量及PCS掺量分别为 0.7∶1、38%及 0.2%时,注浆材料性能最优,其回归模拟预测浆液黏度、泌水率及 7d单轴抗压强度分别为 210.82 mPa·s、1.0%及 12.22 MPa.通过室内试验,其结果与预测模型结果吻合度较高,进一步验证了模型的可靠性,证明了该模型能够用于注浆材料优化配比设计研究.

    响应曲面法超细水泥浆体陷落柱边缘岩体注浆堵水注浆材料

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    基于改进A*和势场法的轮式煤矿救援机器人路径规划

    王宏伟李超梁威姚林虎...
    159-170页
    查看更多>>摘要：煤矿救援机器人在非结构化井下巷道环境中执行搜救任务,传统的路径规划算法用于搜索空间较大或者复杂度较高的非结构化环境时,可能会面临效率低、非最优路径和平滑度较差等问题;此外,巷道存在复杂的交叉口等环境特征,机器人在该区域容易偏离预设路线或与路口壁面发生剐蹭.为了克服这些问题并提高机器人的导航精度,提出了针对轮式煤矿救援机器人的路径规划算法改进方案:①改进启发式全局路径规划A*算法,通过分层邻域搜索与剪枝的方法改进邻域搜索方式,优化代价函数以更好地平衡实际代价和启发式代价的影响,更准确地评估每个节点的代价,使其适应实际情况且缩减了计算量,并利用B样条方法对路径进行平滑处理;②利用随机样本一致算法(RANSAC)构建煤矿巷道壁面的几何模型,以便提取交叉路口特征点坐标纳入规划系统,利用B样条曲线基函数的局部支撑性优化路径,当后续添加路径优化点时,仅影响相应区间的曲线形状,对路径的其余部分不产生影响;③根据构建的环境几何模型和提取的特征点建立综合局部势场,引入调整系数优化势场分布,并使用粒子群算法(PSO)优化的PID算法实现运动控制,增强机器人针对巷道交叉口等复杂环境通行的适应能力.通过MATLAB和机器人操作系统(ROS)仿真验证了算法原理与应用的可行性,结果表明该方法可以实现在复杂交叉环境中路径规划、自主行驶等功能.

    煤矿救援机器人路径规划B样条方法势场控制PID控制算法

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    基于多种图结构信息融合的刮板输送机健康状态识别

    杨鑫苏乐程永军王波...
    171-181页
    查看更多>>摘要：刮板输送机是一种煤矿井下用的煤炭输送设备,在煤矿生产中具有重要作用.恶劣工作环境及长期使用磨损导致刮板输送机性能逐渐退化,故及时掌握刮板输送机健康状态极为关键.为克服传统方法在刮板输送机整机健康状态识别过程中存在的部件强耦合性关系难以提取融合及健康指标构建人工参与过多、易受异常值影响的问题,提出一种基于多种图结构信息融合的刮板输送机健康状态识别方法.利用自注意力机制(SA)与标准化流(NF)共同优化的变分自编码器(VAE)无监督地自动构建刮板输送机健康指标,降低了刮板输送机健康指标构建中对人工经验的依赖,同时有效拟合了健康指标的隐式分布,克服了监测数据中存在的异常值影响健康指标构建的问题;提出了一种多种图结构信息提取方法,提取刮板输送机先验图结构及相似性度量图结构,全方位显式地表达了多部件之间的耦合关系;提出了一种多种图结构信息融合方法,利用多个图注意力网络(GAT)有效提取并融合刮板输送机的多种图结构信息.在采集的刮板输送机真实状态数据中进行试验,结果表明,模型识别准确率可达 98.60%,宏平均F1(Macro-F1)值可达 96.81%,该方法为刮板输送机的健康状态识别提供了一种新的可行途径.

    刮板输送机设备健康监测健康状态识别健康指标构建多种图结构图注意力网络

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    露天矿场无人驾驶自卸车路径规划方法研究

    黄佳德刘勇邓穆坤梅文庆...
    182-191页
    查看更多>>摘要：针对矿用自卸车在露天矿场环境下的路径左行要求以及长距离运输路径的平滑效率问题,提出了基于Clothoid曲线拓展的左行混合A*算法和离散点对角向量模最小化平滑算法相结合的路径规划方法.首先,在混合A*算法节点拓展搜索过程中,采用Clothoid曲线代替传统圆弧进行拓展,以保证混合A*搜索路径的曲率连续性和曲率变化率限制要求.然后,利用左行规则改进混合A*算法累加代价和启发代价,在累加代价中加入左转代价和碰撞吸引代价保证路径向左和沿地图边界左侧进行规划,在启发代价中根据拓展方向与地图边界最近点的左右位置关系调整拓展代价得到利于左行的启发代价图,以生成左行全局粗略路径.最后,结合二次规划技术,以离散点对角向量模最小化为目标函数,坐标轴方向移动量为约束,构建平滑优化模型,对全局路径进行平滑,同时为防止平滑过程中曲率超限超出车辆转向响应能力,利用大曲率点可行域隧道缩减技术,限制大曲率点平滑可移动量.试验结果表明:所提方法可以生成适应矿区左行规则的沿地图左侧边界行驶的全局路径;启发代价的改进有效地减少了混合A*算法拓展的节点数量,有利于更好实现左行;离散点路径平滑方法有效提高了全局路径的平滑度,利于车辆控制跟踪;Clothoid曲线拓展与可行域隧道缩减技术可有效应对装载、卸载等大曲率路径,不存在曲率超限情况;对比不同长度路径规划耗时数据,路径平滑算法有效降低了路径规划的总耗时,4 km路径平滑耗时只需 76 ms;左行规划的实现和总耗时的减少提高了路径对于矿区场景的适应性.

    露天矿场无人驾驶自卸车路径规划Clothoid曲线拓展左行混合A*算法离散点平滑

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    煤气化渣资源化利用综述

    高海洋梁龙靳开宇谭佳琨...
    192-208页
    查看更多>>摘要：随着"双碳"目标的推进,社会对煤气化渣处理的关注与需求日渐紧迫.综合过往研究,介绍了煤气化渣的主要来源与排渣方式,并分别对比了粗渣与细渣在形貌、粒度组成、矿物物相、化学组成等方面的性质特点,为实现其"减量化、资源化、无害化"利用提供了理论依据.基于气流床煤气化粗渣、细渣显著的性质差异,探索了两者不同的资源化处理方式,并分析了当下利用途径存在的局限性.粗渣具有优秀的水化活性与火山灰活性,在矿井回填、路基填筑、水泥与混凝土骨料、陶粒材料以及墙体材料等中低值利用领域应用广泛,但存在重金属浸出风险、经济效益低等问题.细渣中残炭含量丰富,主要采用重选法与浮选法进行可燃体回收与灰渣分离.但其较高的细粒级含量降低了重选分选精度,复杂的炭-灰结合形态提高了浮选回收难度.同时细渣孔隙结构发达,比表面积高达 258.29 m2/g,具有一定的吸附能力,在土壤改良、催化剂载体、化工原料、陶瓷材料、吸附材料等领域应用潜力巨大,但高值化处理工艺复杂,成本较高,工业应用难度较大.针对这些问题,需基于煤气化渣的物化性质,探索大规模消纳与高值化利用相结合的途径,实现对煤气化渣分类分级的资源化利用.此外,需结合现场生产实践,探索煤气化渣就地解决的处理方法以降低运输成本,以及在其产生工艺过程中进行物化性质的诱导改善处理.

    煤基固废煤气化渣气流床工艺可燃体回收资源化利用

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    基于自然解决方案的矿山生态修复研究进展

    贾梦旋王金满李禹凝张雅馥...
    209-221页
    查看更多>>摘要：当前生态文明建设、碳中和目标已成为国家战略,要求矿山生态修复向着绿色、协调、可持续的方向发展,将基于自然的解决方案(Nature-based Solution,NbS)理念与方法融入矿山生态修复具有重要指导意义.但目前基于自然的矿山生态修复的理论方法与实现路径比较缺乏.为此,系统梳理了NbS在矿山生态修复中的理念内涵及相关概念,总结了NbS在"地貌重塑-土壤重构-植被重建-景观重现-生物多样性重组与保护"等矿山生态修复各环节的潜在应用,对标了NbS与碳中和时代矿山生态修复的挑战与原则,分析了基于NbS的矿山土地生态系统服务功能,提出了中国潜在NbS矿山生态修复实现路径.研究结果发现,对于碳中和愿景下NbS在矿山生态修复中的科学内涵,自然修复、近自然修复、仿自然修复、自然修复为主,人工修复为辅等修复理念属于当前矿山NbS.且NbS、碳中和、矿山生态修复具有重要耦合关系,NbS准则与碳中和愿景下矿山生态修复的原则适用相通,融入NbS的矿山生态修复可助力实现碳中和.另外,NbS是针对矿山生态修复核心问题的有效解决方案,运用NbS进行矿山生态修复是对以往修复理念及方法技术的优化,NbS有效优化了矿山生态修复中地貌重塑与土壤重构方法,在土壤抗水蚀、可持续稳定性、视觉效果上优于传统方法且更接近原地貌,自然与人工相结合的植被重建方式可促进矿区生态演替,提升景观稳定性的同时有利于开展生物多样性管理,达到提升矿山生态系统服务功能及实现矿山生态可持续发展的目的.在未来研究中,应进一步结合矿山复杂的生态环境,积极探索矿山生态修复NbS实施途径,同时加强NbS成本效益核算模型的开发,以期在可持续发展中实现"社会-经济-生态"稳步提升的综合效益.

    基于自然的解决方案矿山生态修复生态系统服务生物多样性碳中和

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    地下水水化学垂向分带特征及成因机制——以新街矿区为例

    王旭东闫祖喻郭强张锁...
    222-233页
    查看更多>>摘要：矿井水作为煤矿矿区主要的潜在供水水源,具有较好的综合再利用潜力.然而,煤层顶板充水含水层与围岩发生的复杂多样的物理、化学反应共同影响煤矿矿井水水质.因此,确定不同充水含水层地下水水质状况及其成因机制,对矿井水的保护与综合利用具有至关重要的意义.本研究基于新街矿区一井田的地下水样本和岩石矿物成分数据,采用多元统计分析与水文地球化学方法,并通过PHREEQC软件对水化学平衡进行模拟,深入探讨了不同含水层地下水的化学特征及其矿物溶解/沉淀的垂直分带规律,旨在揭示其成因机制.研究发现:①矿区地下水的化学特征呈现出明显的垂直异质性,其中志丹群以HCO3-Na·Ca、HCO3-Mg·Ca型为主,而安定组至延安组则主要为Cl·SO4-Na、SO4-Na型,TDS、Na+、SO42-可能是主导水质垂向分异的关键驱动因子.②关键水质指标,如TDS、Na+和SO42-的浓度与含水层深度(从志丹群至延安组)呈线性关系,通过离子比值分析发现K+、Na+主要源于硅酸盐矿物溶解,Ca2+、Mg2+浓度受到碳酸盐、硫酸盐以及硅酸盐矿物溶解作用的共同影响.③矿物饱和指数的深度变化表明,白云石、斜长石和岩盐等矿物在不同含水层中存在未饱和与过饱和状态的交替,志丹群和安定组的地下水中,许多矿物显示出进一步溶解的趋势;而在直罗组和延安组,多数矿物已达到过饱和状态.④水岩相互作用控制不同深度矿井水的水化学组成,最上层的志丹群水化学组分主要受钠长石、钾长石、方解石、绿泥石等矿物溶解作用的影响,深部含水层硅酸盐矿物、石膏、岩盐和黄铁矿的溶解反应更强,并伴随着阳离子交替吸附作用,形成了高矿化的Cl·SO4-Na、SO4-Na型水.本研究深入探讨了煤矿区不同含水层地下水化学的垂直分带特征及其矿物溶解机制,为矿井水资源的精准管理、水质调控和环境保护提供了坚实的科学基础,具有重要的理论指导价值和实践应用前景.

    矿井水水化学特征垂向分带矿物饱和指数新街矿区

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据

    矿井水中有机污染物的潜在风险评估

    何昱鹏包一翔吴敏胡嘉敏...
    234-246页
    查看更多>>摘要：为研究矿井水中有机污染物的潜在风险,针对矿井水中的已知有机污染物,使用EPI Suite和毒理学数据对其持久性、生物累积性和急性毒性进行系统模拟和评估,并采用层次分析法(AHP)基于毒性效应和环境效应的 2个一级指标及 7个二级指标建立矿井水中优先有机污染物的评估体系.研究结果表明:①54种有机物中有 13种持久性物质、8种生物累积性物质及 1种急性毒性物质,其中卤代烃的持久性最强,多环芳烃的生物累积性最强,与羟基自由基(OH·)反应的反应速率的总体趋势为:醚＞酯＞卤代烃;脂肪族＞芳香族.(短链卤代)脂肪族化合物没有生物累积性物质,多环芳烃的生物累积性普遍较高,且生物累积性物质分子结构中均有 4个及以上的苯环,苯环个数的增加会导致多环芳烃生物累积性增强.磷酸三苯酯为显著急性毒性物质,需要在后续的矿井水处理中重点关注.②筛选出综合评分最高的 20种有机污染物作为矿井水中的优先污染物,其中评分较高的二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、甲苯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯、萘、苯并[a]芘、二苯并[a,h]蒽、苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽和苯并[a]蒽符合新污染物特征,但目前矿井水中已经测出的有机污染物存在水平普遍不足以对人体健康和生态环境造成显著风险.随着国家政策实施和矿井水高质量处理利用需求的增加,矿井水中有机污染物的管控将成为区域水资源保护与利用的现实需求,本研究构建的优先有机污染物的潜在风险评估体系可用于筛选出矿井水中优先污染物,为未来矿井水中有机污染物管控提供理论基础.

    矿井水有机污染物层次分析法潜在风险

      原文链接:
    • NETL
    • NSTL
    • 万方数据