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期刊信息/Journal information
煤炭学报
煤炭学报

刘峰

月刊

0253-9993

mtxb@vip.163.com

010-84262930

100013

北京和平里青年沟东路5号煤科院内

煤炭学报/Journal Journal of China Coal SocietyCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>《煤炭学报》于1964年创刊，为季刊。1966年停刊，1979年复刊， 1993年改为双月刊，1995年改为大16开本，并申办创刊了《煤炭学报》英文版《Journal of Coal Science & Engineering(China) 》，半年刊。《煤炭学报》是中国煤炭学会主办的煤炭系统最高水平的综合性学术刊物，现为双月刊，112页。主要刊载与煤炭科学技术相关的基础理论和重大工程研究的理论成果，包括煤田地质学、矿山岩体力学、采矿工程、煤矿安全、环境保护、煤矿机电一体化、煤的加工与利用、煤炭经济研究等领域的学术论文。30多年来，为传播煤炭科学技术起到了重要的作用。 多年来，《煤炭学报》一直以“登一流文章，创一流期刊”为指导思想，培养了一支基础理论知识扎实、专业水平高的稳定的编辑队伍，使《煤炭学报》质量逐步提高。《煤炭学报》1992年荣获全国第一届优秀科技期刊评比二等奖，获中国科协优秀科技期刊二等奖；1997年获全国第二届优秀科技期刊评比一等奖，获中国科协优秀科技期刊一等奖；1999年荣获首届中国期刊奖；2001年入选“中国期刊方阵”,并被评为“双奖期刊”。《煤炭学报》在包括10名中国科学院、中国工程院院士的编委会领导下，每年都制定了明确的报道重点，使刊物能紧紧围绕煤炭重大科技攻关项目发表相关的基础理论论文。《煤炭学报》发表的论文反映了煤炭科学技术的最新研究成果，起到了促进煤炭科学技术交流和发展的龙头作用，为繁荣煤炭科学技术事业作出了重要贡献。《煤炭学报》被国内外近20家数据库和文摘期刊所收录，如IEA Coal Abstract CD-ROOM（美国）、 Ei Page One、美国的能源科学与技术数据库、美国地质文摘、中国科学技术期刊文摘数据库、中国科学引文数据库、日本科学技术文摘速报、РЖ、Coal Highlights（英国）、Geological Abstract（英国）、Geomechanics Abstracts（英国）、中国学术期刊文摘、中国力学文摘、矿业文摘等等。
正式出版
收录年代

    金属矿急倾斜矿体开采地表移动范围理论分析初探

    马凯杨天鸿赵永刘洪磊...
    1-11页
    查看更多>>摘要：为揭示金属矿急倾斜矿体开采地表移动规律，有效预测地表移动范围，以弓长岭铁矿急倾斜矿体开采上盘地表移动为例，考虑地形、废石回填、采深3个因素，建立了用于计算地表主应力分布与易开裂范围的力学模型。基于力学模型，将移动角与地表易开裂范围建立了力学联系，并对移动角进行了补充定义:由最深部开采层边缘向地表作直线，位移为0且使地表开裂范围最大的直线即为移动边界线，移动边界线与水平方向的夹角即为移动角。提出了借助力学模型计算移动角的试算法:预设不同的移动角，由力学模型计算得到的地表最大易开裂范围所对应的预设移动角即为真实移动角。在得到真实移动角后，由力学模型可确定地表易开裂范围与深度。同时，借助极限平衡原理将地表易开裂范围与块体滑移建立了力学联系，提出了地表潜在陷落范围的计算方法:对地表易开裂区内不同开裂点对应的潜在滑移块体列极限平衡方程，依次判别块体是否会发生剪切滑移，可确定地表潜在陷落范围。经计算，弓长岭铁矿下盘含铁带地下开采对上盘地表的移动角为60°，上盘地表具有初次滑移风险的位置距离初采位置的水平距离为130m，潜在滑移角为55°。根据弓长岭铁矿露天与地下联合开采的现场经验，利用废石及时对地下采空区进行密实回填，并通过优化联合开采时空顺序与开采强度可有效控制地表移动，实现露天与地下安全联合开采。

    金属矿急倾斜矿体地表移动移动角力学模型极限平衡

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    改流体技术用于中厚急倾斜矿体开采实验研究

    陶干强龙涛王丽圆梁波...
    12-21页
    查看更多>>摘要：采用无底柱分段崩落法开采中厚急倾斜矿体现已在矿山中得到广泛应用，但仍普遍存在矿石损失贫化的问题，至今未得到根本解决。为实现资源与环境协调的绿色开采，以中厚急倾斜矿体开采为研究对象，基于料仓内改流体结构原理，提出了改流体放矿技术。考虑矿体倾角和厚度、分段高度因素的影响，设计了 18组改流体放矿和常规截止品位放矿对比实验，研究了三因素对矿石损失贫化的影响。实验结果表明，不同厚度、不同倾角矿体开采中，改流体放矿技术矿石回收率均高于常规截止品位放矿回收率。在相同废石混入率条件下，改流体放矿矿石回收率为69。09％～82。9％，高于常规截止品位放矿12。66％～30。88％。当矿体倾角为60°～85°时，矿石回收率随矿体倾角的增大而提高;当矿体厚度为6～10m时，改流体放矿技术矿石回收率高于常规截止品位放矿回收率;当分段高度为10～14m时，矿石回收率随分段高度的增加而提高。同时，研究了改流体放矿技术机理，通过在采场中设置改流体结构和改变改流板的打开与关闭顺序，从而改变矿岩流动路径，可增大矿石流动范围和流动速率，控制矿岩接触，从而减少矿石损失和贫化。研究表明，改流体放矿技术优于常规截止品位放矿技术，有效改善了矿石损失贫化问题，为中厚急倾斜矿体开采时降低损失贫化提供了新的方法。

    无底柱分段崩落法中厚急倾斜矿体改流体放矿分段高度损失贫化

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    冲击地压矿井充填开采工作面采动应力激增与跌落机制

    唐岳松孙文超李增强曹鹏...
    22-35页
    查看更多>>摘要：高应力、多断层是深部矿井冲击地压灾害频率走高的主要原因，充填开采作为降载减冲的最直接手段，依然无法根除冲击地压灾害的发生。为降低冲击地压对冲击倾向性煤层安全开采的影响，采用现场实测、理论分析和室内试验手段研究深部充填开采条件下采动应力激增与跌落机制，探究坚硬顶板预裂爆破与大直径钻孔协同卸压效果。在高应力、多断层、不等宽煤柱和开采扰动多因素叠加影响下，充填开采工作面采动应力存在集中、激增与跌落现象，集中程度小于2。0，非断层影响区超前采动影响范围达到30 m，断层影响下增加至50 m，断层与煤柱叠加影响下增加至70 m;断层活化和围岩破坏引起应变能瞬间释放，转变为破坏煤岩动能，转换率达到17％;揭示了动载应力波产生原理，动载应力波与静态应力场叠加引起采动应力状态骤变;叠加前后若煤岩始终处于破碎状态，则它呈现压实硬化力学行为，发生应力激增现象;若煤岩由完整过渡至破碎状态，则它呈现脆性松脱力学行为，发生应力跌落现象;若煤岩始终处于完整状态，则它呈现弹性回弹力学行为，发生动载冲击现象。微震监测未发现105J以上的大能量事件，表明充填体支撑下坚硬顶板未发生大范围破断;断层导致微震事件非对称分布，进风巷侧呈现高频低能分布模式，回风巷侧呈现低频高能分布模式，因此，回风巷发生2次冲击地压监测预警，进风巷发生1次冲击地压监测预警;提出了坚硬顶板爆破预裂与大直径钻孔协同卸压技术，顶板岩层形成了大尺度爆破裂隙，有效控制了应力集中程度和应力增长速度，降低了深部开采冲击地压灾害风险。

    冲击地压充填开采采动应力断层构造微震监测

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    磨砂射流轴向切顶压裂工艺研发及应用

    夏永学张晨阳杜涛涛周金龙...
    36-44页
    查看更多>>摘要：厚硬顶板大面积悬顶是诱发冲击地压的重要原因之一，针对顶板深孔爆破和常规水力压裂存在的不足，开发了磨砂射流轴向切顶技术。该技术通过在巷道顶板钻孔内实施预制轴向裂缝、定向水力压裂等工序，使巷道走向和倾向方向上均形成最有利于顶板垮落的人造裂缝网，以实现最佳卸压效果。现场应用表明，实施磨砂射流轴向切顶后，目标岩层电磁波吸收系数增强，顶板裂隙明显增加;工作面回采期间，压裂影响区域的支架支撑力在增加，支架主要受力模式从降阻型和恒阻型转变为增阻型，微震能量释放更平稳，有效降低了冲击地压发生风险。在此基础上，分析了磨砂射流轴向切顶卸压防冲机理，即轴向切顶使工作面端头附近形成预制的轴向裂缝，工作面回采期间，顶板沿预制裂缝定向切落，降低了顶板弯曲弹性能转化为巷道围岩压缩弹性能的基础静载Ej和顶板突然断裂产生的强烈附加动载Ed，使巷道围岩不具备冲击启动的载荷条件。

    冲击地压水射流坚硬顶板轴向切顶卸压效果

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    多关键层窄煤柱冲击地压发生机理与三级协同防治技术

    翁明月苏士杰孙如达谢非...
    45-56页
    查看更多>>摘要：以门克庆煤矿11-3106工作面为背景，建立了 11-3106工作面上覆厚硬覆岩结构破断模型，研究了深部厚硬顶板高强度开采条件下多关键层窄煤柱临空巷道冲击地压发生机理，提出了"钻-爆-压"三级协同卸压防治技术并现场应用，采用震波CT技术、微震监测、支架压力监测和地表沉降观测等多种手段进行了卸压效果验证。研究结果表明:11-3106工作面上覆存在高、低位关键层，当两关键层破断时，均可能造成覆岩大范围运动，临空巷道围岩受动载扰动影响大;窄煤柱承载能力低，使得覆岩载荷向巷道实体煤侧传递，实体煤侧应力增高，是冲击启动的主要区域;在侧向固定支承压力和本工作面移动支承压力叠加作用下，实体煤侧应力集中程度不断升高，受坚硬顶板周期性破断影响，"动静"加载容易诱发临空巷道冲击显现;坚硬顶板既是11-3106工作面系统内高静载力源，又是系统外强动载荷来源。对于11-3106工作面的冲击地压防治，应同时从3个方面入手:①弱化煤体，形成冲击发生的缓冲隔离带;②预裂低位顶板，减弱煤岩体致密程度，破坏系统内外的蓄能条件;③预裂高位顶板，人为诱发中高位关键层破断。开发了"钻-爆-压"三级协同卸压防治技术，现场实施后，降低了高、低位厚硬顶板破断带来的冲击动载，减弱了煤体内高应力区的应力集中程度，高能量微震事件大幅减少，降低了工作面回采期间的围岩活动性，工作面顶板来压强度降低，地面沉降值增加200％，表明"钻-爆-压"三级协同卸压具有良好的"释能减冲"效果，可为类似厚硬顶板条件下窄煤柱工作面的冲击地压防治提供借鉴。

    冲击地压窄煤柱应力演化致灾机理三级协同卸压

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    基于SSA-SVM的巷道顶板空顶沉降量预测模型

    于冰冰李清赵桐德黄晨...
    57-71页
    查看更多>>摘要：为解决煤矿深部井巷工程巷道掘进顶板空顶期沉降量的预测问题，引入人工智能的支持向量机(SVM)工具，结合麻雀搜索优化算法(SSA)，提出基于SSA-SVM的巷道顶板空顶沉降量预测模型。以内蒙古长城五矿深部地下巷道掘进过程的顶板空顶期位移量数据作为样本集合，选择单轴抗压强度(UCS)、岩石完整性(RQD)、地应力、巷道宽跨比、空顶时间、人为采动6项影响因素，通过适用性、相关性和归类一致性评价对数据的综合影响权重进行归纳整理。将十折交叉验证的准确率作为适应度函数，对不同种群数量的SSA-SVM预测模型展开训练和测试，通过误差相关系数(RMSE、MAPE、R2)、ROC曲线、AUC±Std、运行时间以及标准偏差率η等5方面来选择种群数量最优参数模型，并将该模型应用于1902S回风巷进行巷道掘进顶板空顶期的沉降量预测，同巷道实际矿压监测数据进行比较。研究结果表明:当种群数量为90时，SSA-SVM模型预测性能较好，训练样本的RMSE为0。0165，MAPE为 22。54％，R2为0。829 5;测试样本的RMSE 为 0。0156，MAPE 为 22。37％，R2为 0。849 0;真实度 AUC 达到最大 0。846 7，离散度 Std 最小为0。011 5;运行时间最短为8。723 9 s;标准偏差率维持在0。12％。在1902S回风巷现场应用中，预测值与实际值没有出现较大偏差，维持在线性拟合v=0。90x和y=1。10x范围内，误差相关系数与AUC±Std均符合试验精度要求，该模型的预测效果能够对后续的支护设计及补强支护作业提供重要的指导。

    空顶期顶板沉降量支持向量机麻雀搜索算法误差相关系数

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    深部围岩相变理论与分区破裂化现场实测对比

    燕发源王恩志刘晓丽戚承志...
    72-79页
    查看更多>>摘要：高地应力作用下的深部围岩巷道分区破裂化现象，一直是岩土工程领域研究的热点和难点，其产生和发展对深部工程安全造成了很大影响。当材料发生屈服破坏时，能量出现一定耗散，随着耗散的进行，材料结构也产生相应变化形成新的组织结构，该过程类似于协同学上的自组织过程，此时传统弹塑性力学已经不太能发挥作用，需要借助物理学理论;深部巷道围岩在高地应力作用下，当变形超过弹性极限时，也会出现类似于耗散结构现象，围岩结构需要经历自组织过程形成新的耗散结构，此过程和物理学中的渐进相变现象类似;实际上，深部巷道围岩的变形破坏过程是一个固体向流体转换的二级相变过程，即它具有渐进相变特征。首先对现场尺度、实验室尺度以及模拟试验中出现的各种分区破裂化现象进行了比较分析;随后，基于相变理论模型，通过Poincare解析的参数摄动方法对非线性高阶控制方程进行了近似解析，各参数在近似解中的敏感性也得到了分析;最后，将理论模型计算结果和金属矿山金川矿700 m深的水平巷道中监测到的分区破裂化现场实测数据进行对比验证，结果表明理论半解析解的计算结果与实际测量数据高度符合，验证了针对分区破裂化的相变理论模型和计算方法的正确性。

    相变理论深部围岩分区破裂非线性岩石力学

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    矿用锚索捻距与拉伸力学性能及锚固效果关系研究

    刘少伟窦智付孟雄贾后省...
    80-91页
    查看更多>>摘要：矿用锚索主要由多根钢绞线缠绕而成，具有可弯曲、抗破断能力强及成本低廉等优点，在煤矿巷道围岩，特别是巷道顶板稳定性控制中广泛采用。捻距是制作锚索的重要参数之一，当选取煤矿锚索时，因了解尚浅而往往忽略这一参数。为探究捻距参数对锚索拉伸力学性能与锚固效果是否存在影响，论文采用理论分析与室内试验相结合的方法，初步厘清了捻距参数对锚索拉伸时的几何变形特征的影响，明晰了其对锚索锚固力的影响机制。基于试验获得的锚索拉伸及锚固拉拔数据构建数值模拟模型，与井下试验结果进行对比，得到了捻距与其极限拉伸载荷、最大锚固力的关系式，获取了能够充分发挥锚索拉伸力学性能与锚固效果的最佳捻距。研究结果表明:当锚索受到拉伸时，在一定范围内捻距与延伸率的关系为负相关，与拉伸极限载荷的关系为正相关;锚索-锚固剂界面存在一定的几何匹配关系，当捻距减小至其13倍公称直径时，最大锚固力随着捻距的减小而增大;综合分析锚索极限拉伸载荷与最大锚固力等因素发现，能够充分发挥锚索拉伸力学性能与锚固效果的最佳捻距为13～14倍公称直径。研究成果增加了锚索捻距对拉伸力学性能影响的认识，明晰了对其锚固机制的理解，为锚索制作及选取煤矿锚索提供了参考及理论支撑。

    矿用锚索锚索极限载荷锚索锚固力锚索锚固效果最佳捻距

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    基于高斯过程时间序列回归最优核函数和历史点数的锚杆支护钻进压力预测

    刘杰
    92-107页
    查看更多>>摘要：在井下锚杆支护过程中，及时了解工作压力对提高钻机使用寿命、保障煤矿生产安全具有重要的意义。针对目前锚杆支护中钻进压力反馈滞后、煤岩硬度分布非线性、现有方法不适用等问题，提出了一种基于高斯过程时间序列回归最优核函数和历史点数的锚杆支护钻进压力预测方法。这种方法通过高斯随机过程、核函数以及贝叶斯理论进行锚杆支护时间序列煤岩压力预测，是一种对非线性问题适应性高、具有概率意义输出的机器学习方法。以巷道掘进过程中钻箱钻进1 000 mm时的钻进压力试验数据作为最优核函数和历史点数的筛选样本，以10种核函数(E、SE、RQ、Matern3/2、Matern5/2、ARDE、ARDSE、ARDRQ、ARDMatern3/2、ARDMatern5/2)和 7 种历史点数(8、10、12、14、16、18、20)作为筛选对象，通过负对数边缘似然函数为极小化目标函数自适应获取最优超参数，以单步外推的方式和训练集、测试集7:3的比例对筛选样本进行了70次数值解算。分别以测试集可决系数(R2)、测试集均方根误差(RMSE)、测试集平均绝对误差(MAE)为数值解算评价指标，获取了 4种锚杆支护钻进压力预测策略的最优核函数和最优历时点数组合(Matern5/2+历时点数10、ARDMatern5/2+历史点数10、SE+历时点数18、RQ+历史点数18)。基于最小化计算量，选取最优核函数为Matern5/2、最优历史点数为10，再次分别对巷道掘进过程中钻箱钻进1 200、2400、3 000 mm的钻进压力试验数据进行数值解算，给出95％置信区间下锚杆支护钻进压力预测分布。所提出的方法对于钻箱钻进1 200 mm的钻进压力的预测数据，R2为0。613 17，MAE为0。026 957，区间平均宽度百分比为3。072％;所提出的方法对于钻箱钻进2400 mm的钻进压力的预测数据，R2为0。931 18，MAE为0。010 895，区间平均宽度百分比为0。581％;所提出的方法对于钻箱钻进3 000 mm的钻进压力的预测数据，R2为0。996 47，MAE为0。009 184 7，区间平均宽度百分比为0。614％。最终发现，不同核函数和历史点数的组合选择会有较大差距的预测效果，是不可忽略的两个重要因素，本研究方法对围岩硬度分布均匀的数据波段预测结果优秀，对围岩硬度突变的数据波段预测结果在可接受范围内。

    锚杆支护钻进压力预测高斯过程回归核函数历时点数置信区间

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    煤矿软弱围岩锚固孔底部扩孔区锚固效果保障方法与实验

    贺德印刘少伟付孟雄贾后省...
    108-120页
    查看更多>>摘要：锚固孔扩孔锚固作为增强锚杆(索)对煤矿软弱围岩巷道支护效果的技术举措，对提升煤矿软弱围岩巷道主动支护质量及安全水平发挥了重要作用，然而，扩孔施工也明显增大了扩孔位置锚固孔的尺寸，导致按照锚杆(索)常规树脂锚固施工方式进行施工时扩孔区锚固剂固化及充填效果不理想等问题，显然这不利于锚固孔扩孔锚固性能的充分发挥。为明晰锚固孔扩孔锚固时扩孔区锚固问题及其影响，并寻找有效的解决途径，以确保锚固孔扩孔条件下锚杆(索)的锚固性能，采用数值模拟及实验室实验相结合的方法开展了系统研究。研究结果表明:施工过程中树脂锚固剂弯折(曲)进入扩孔区使锚索无法对它进行有效搅拌及破碎，以及扩孔位置锚固孔体积的增大使得锚固剂不能有效充满，是导致扩孔区锚固问题的主要原因;锚索拉拔模拟结果显示扩孔区锚固缺陷对锚索的锚固性能及锚固系统的失效形式有较大影响;为改善扩孔区的锚固效果，提出了锚固孔底部扩孔区锚固效果保障方法，并实验验证了该方法的有效性，实验结果表明该方法有效确保了软弱围岩锚固孔底部扩孔区的锚固效果，增强了锚索的锚固性能。本研究有效解决了锚固孔扩孔区的锚固问题，有助于煤矿软弱围岩条件下锚索高强支护能力的充分发挥，为确保锚索对软弱围岩巷道支护效果提供了技术途径。

    锚杆支护锚固孔扩孔锚固效果软弱围岩锚固力提升

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