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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

    采动影响煤与瓦斯突出中的孔隙压力与温度变化

    张建国王满张东明余北辰...
    4486-4494页
    查看更多>>摘要：煤与瓦斯突出是采动应力等多重因素作用下,煤层发生破裂并伴随瓦斯迅速释放的复杂现象.深入剖析突出过程中应力、孔隙压力及温度的动态变化,对于揭示煤与瓦斯突出的本质机理、制定有效的煤矿突出防治措施具有重要意义.为了研究采动应力变化对煤与瓦斯突出过程的诱导机制,结合平煤十二矿戊组煤与己组煤部分区域上下叠加关系造成的煤体支承压力异常现象,利用多场耦合煤岩体动力灾害防控技术模拟系统开展了煤与瓦斯突出模拟试验,试验过程中详细记录了气压与温度的动态变化,并深入探讨了动荷载持续作用对煤与瓦斯突出过程气体压力与温度的影响.结果表明:采动应力持续加载造成应力集中现象加剧,引起煤体孔隙裂缝面积减小,内部孔隙压力升高,促进了煤与瓦斯的流动和传输,可能提前诱导煤与瓦斯突出.高频动荷载会使孔隙压力上升更快,当达到爆破临界压力导致突出事件发生,大量气体迅速释放,气体压力急剧下降.在温度演化方面,初始注气阶段由于气体分子间相互作用力增强、气体压缩过程中做功转化为热能以及气体的逐渐释放,煤体内部温度呈现上升趋势.随着进入吸附平衡阶段,内部气体压力趋于稳定,煤体内部的热量逐渐向外环境散失,温度略有下降.在注气诱导突出阶段,动荷载和气体注入的共同作用使腔体内部煤体温度再次升高.而在诱发突出阶段,由于气体的快速释放,温度大幅度下降.在煤矿生产中,制定控制煤与瓦斯突出事故的措施时,必须充分考虑采动应力对突出过程的影响.

    煤与瓦斯突出采动应力温度孔隙压力煤层形态

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    应力波作用下煤岩层面超低摩擦特征解析理论研究

    王晓张学朋李文鑫蒋宇静...
    4495-4507页
    查看更多>>摘要：在地质构造、开挖面切割以及高应力、强采动影响下,深部煤岩大多具有明显的块状构造特征,当受到顶板断裂等动载应力波作用下时,这些块状煤岩层面极有可能会产生超低摩擦滑动现象,进而诱发滑移型冲击地压等动力灾害事故.为了探究应力波作用下煤岩层面超低摩擦特征,基于应力波传播理论推导了应力波与煤岩层面相互作用解析理论模型.在解析模型中,分别采用Bandis-Barton模型以及Coulomb-slip模型表征煤岩层面的法向和切向行为.通过将解析模型与已有理论模型以及相同的UDEC模型计算结果进行比较,验证了解析模型的可靠性.讨论了煤岩层阻抗比、煤层高度、应力波入射角对应力波作用下煤岩层面超低摩擦特征的影响.研究结果表明:随着煤岩层波阻抗比的增加,煤岩层面相对法向位移的变化范围越大,煤岩层面越容易产生超低摩擦现象,或更容易产生摩擦力更小的现象;煤层高度越高,煤岩层面的相对法向位移变化以及相对切向位移变化整体上越小,煤岩层面整体上越不容易产生超低摩擦现象;随着应力波入射角(10°～40°)的增加,煤岩层面相对法向位移的变化范围越小,但煤岩层面的切向应力分量变化增大,若没有水平推力作用,随着应力波入射角的增加,煤岩层面发生超低摩擦滑动的可能性更大.

    应力波传播煤岩层面超低摩擦动力灾害解析模型

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    爆炸冲击波作用下立井防爆门及风机叶片动态响应特性

    张学博高建良任镜璋
    4508-4519页
    查看更多>>摘要：研究爆炸冲击波作用下立井防爆门及风机叶片动态响应特性,保证主要通风机连续、安全、可靠运转对保障矿井安全生产意义重大.根据相似理论设计搭建了小尺寸风井-风机-防爆门爆炸传播实验系统,开展了瓦斯爆炸冲击波传播实验,通过实验结果与数值模拟结果对比,验证了瓦斯爆炸冲击波传播数学模型的可靠性;利用分段接力模拟方法结合编写的描述防爆门运动过程udf代码,模拟了羊场湾矿Ⅱ020611回风巷掘进工作面发生瓦斯爆炸时冲击波传播过程,研究了冲击波作用下立井防爆门及风机叶片动态响应特性.研究表明:①冲击波作用下,初期防爆门上远风硐侧超压高于近风硐侧,而后出现高超压区由远风硐侧向近风硐侧移动现象,在超压未达到最大值之前防爆门上超压已分布均匀.②受冲击载荷作用,沿叶片径向方向出现不同的高压区,沿叶片的轴向方向,由叶片边缘向叶片中央超压逐渐增大.冲击波作用下叶片根部弯矩骤然增加至最高值又迅速降低,瓦斯爆炸当量越大,衰减越快.冲击波超压对叶片根部产生弯矩最大值与瓦斯爆炸当量呈对数关系.③对于叶片根部弯矩峰值,防爆门关闭时最大,防爆门被动开启次之,防爆门主动开启时最小.防爆门被动开启时,瓦斯爆炸当量越大,防爆门开启后泄压效果越差,配重对防爆门开启后泄压效果影响有限;相比于被动开启,防爆门主动提前开启可大幅度提高风机处的泄压效果,提高风机在灾变条件下的生存能力.

    爆炸冲击波立井防爆门风机叶片叶片根部弯矩泄压效果

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    基于非线性渗流理论的破裂岩体突水危险性量化方法

    刘伟韬赵吉园孔德斌顾玉龙...
    4520-4541页
    查看更多>>摘要：破裂岩体是主要的突水通道之一,突水发生时地下水在破裂岩体中表现出非线性渗流特征,但由于破裂岩体内部结构的复杂性,对其突水危险性的研究以定性分析为主,难以量化评价.为了能够找到一种破裂岩体突水危险性量化方法,开展了破裂岩体非线性渗流实验,研究了破裂岩体的内部结构参数和水在破裂岩体内的非线性渗流参数的变化规律,基于多孔介质非线性渗流理论和分形理论,推导了非线性渗流数学模型,确定了破裂岩体的结构特征参数、非线性渗流特征参数与破裂岩体的突水危险性分级三者之间的关系,建立了基于非线性临界压力梯度的突水危险性判据,结果表明:非线性临界压力梯度可以作为评价破裂区域突水危险性的量化指标,该量化指标同时考虑了破裂岩体内部结构参数和地下水的非线性流动状态参数;相较于传统的突水危险性确定方法只考虑完整岩层的阻水能力,建立的非线性临界压力梯度突水危险性判据考虑了破裂区域岩层和完整岩层在内的所有岩层能够承受的总的临界水压值,反映了所有岩层的阻水能力.建立的非线性临界压力梯度突水危险性判据创新性地尝试了将非线性渗流状态参数应用到突水危险性量化方法研究当中,是一种将破裂岩体的内部结构参数和地下水的流动状态参数耦合的突水危险性量化方法.

    矿井突水非线性渗流突水危险性量化方法临界压力梯度

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    硅油控制自旋射流钻头转速下的黏性力矩特性

    葛兆龙张娣卢义玉周哲...
    4542-4552页
    查看更多>>摘要：利用转速可控自旋射流钻头破煤钻孔,可提高水力喷射树状钻孔技术的煤层气开发效率.在钻头有界环空内填充硅油产生的黏性力矩可有效控制钻头转速,但黏性力矩特性仍不明晰.量化分析了不同黏度硅油流变特性;基于自主搭建的流体有界环空受迫流动动力学测试装置,获得了不同转速和有界环空内径下硅油的黏性力矩;阐明了硅油在有界环空内的流动状态,推导了黏性力矩模型并进行了适用性讨论.结果表明:硅油依黏度不同可近似为牛顿流体(黏度≤5 Pa·s)和以Cross流变模型描述的剪切稀化流体.牛顿型硅油在有界环空内受迫流动时表观黏度基本不变,因此其黏性力矩随自身黏度和转速线性增加,随内径增加增速加快,这有利于多压力梯度下的转速控制.Cross型硅油的剪切应力随剪切速率呈现为增加、减小、再增加趋势,导致其黏性力矩存在由转速和内径协同控制的峰值,且硅油黏度越大,黏性力矩取得峰值时的转速和内径组合越多;为避免Cross型硅油控速时因黏性力矩减小而发生钻头转速失控,需根据转速控制范围合理选择硅油黏度和有界环空内径.在 84%的测试转速和内径组合下,Cross型硅油黏性力矩大于相同条件下的牛顿型硅油,表明前者更适合高压力下的转速控制,后者更适合低压力.本次实验条件下,硅油在有界环空内的受迫流动为层流,推导的牛顿型和Cross型黏性力矩模型分别在内径不超过14.5 mm和等于14.5 mm下具有较高的可靠性,最大误差为14.3%.

    煤层气自旋射流钻头转速控制流变特性牛顿流体剪切稀化流体

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    富油煤地下热解过程中纳米孔隙结构特性演化规律

    许涛陈杰伍永平柯于斌...
    4553-4562页
    查看更多>>摘要：富油煤地下热解是一种可有效提取煤中油气资源的绿色低碳技术,是煤炭清洁低碳利用的前沿方向.煤中纳米孔隙是地下热解过程中吸附和解吸焦油气的主要空间,因此探明地下热解条件下纳米孔隙结构特性演化规律,是提高富油煤地下热解工艺油气产率的关键科学问题.利用中国散裂中子源(CSNS)-小角中子散射(SANS)技术,模拟煤层地下热解环境,定量表征富油煤在无围限压力条件下不同加热速率与温度下纳米孔隙的散射强度、平均孔径与分形维数演变,结合低温吸附(BET)、热重实验(TG)、扫描电镜(SEM)等多种物理表征方法,揭示富油煤地下热解过程中纳米孔隙结构特性演化规律.研究结果表明:在地下热解过程中,纳米孔隙的平均孔径随温度的升高逐渐增大,在热解干燥脱气阶段(<300℃)发育较缓慢,在活泼阶段(300～500℃)纳米孔隙发育最为剧烈,增长幅度为57.1%,在随后二次脱气阶段发育再次减缓;在低-中-高温(≤800℃)条件下热解没有引起富油煤表面分形维数Ds的明显变化.基于SANS散射光谱,分析发现热解过程中富油煤纳米孔隙分布呈现各向同性特征,表明热解反应不会影响本实验样品中纳米孔隙发育的方向性.对比不同加热速率(5℃/min与 20℃/min),实验发现加热速率对地下热解过程中富油煤纳米孔隙平均孔径与分形维数影响较小;较慢加热速率下富油煤的最终整体散射强度更高,纳米孔隙结构发育更充分,更有利于地下热解反应的进行.此外,与BET等常规表征方法相比,CSNS-SANS技术可检测到样品中的闭孔,且实验条件更符合原位环境,实验结果更具可靠性.

    富油煤地下热解原位分析纳米孔隙小角中子散射

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    普阳煤矿新近纪M3煤层中钨的赋存状态与富集成因

    郭星星汪小妹程海见杨浩然...
    4563-4577页
    查看更多>>摘要：煤中战略性金属资源越来越受到人们的关注.随着传统钨矿储量的减少,煤中富集的钨极有可能成为一种新型的钨矿来源.沉积源区物质的输入和流体作用是煤中战略性金属元素富集的重要影响因素.在云南普阳煤矿新近纪M3煤层中发现了钨(W)的异常,但是缺乏对异常的成因以及元素赋存状态的研究.运用X射线衍射分析(XRD)、带能谱的扫描电镜(SEM-EDS)、X射线荧光光谱(XRF)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)等技术对普阳煤矿新近纪M3煤层样品进行了矿物学和元素地球化学特征研究,通过逐级化学提取对W的赋存状态进行了研究,并通过碱萃取实验对比腐植酸、原煤中W元素的含量,来探究W与有机质(腐植酸)的结合能力.并探讨了物源区供给和流体作用对M3煤中战略性金属钨(W)的控制作用.结果表明:普阳M3煤属于低-中灰分、中高-高挥发分褐煤;M3煤的主要组成矿物包括石英、黄铁矿、方解石,以及少量的高岭石、伊利石、菱铁矿;M3煤中常量元素以Al2O3 和SiO2 为主;与世界低阶煤相比,M3煤中高度富集W元素(富集系数CC=59),钨平均质量分数为 70 μg/g(最高达到 325 μg/g),在煤灰中质量分数平均可达 359.76 μg/g(最高达到 1432.35 μg/g).逐级提取实验以及相关性分析表明,M3煤中W可能主要赋存在有机质中,其次为硅酸盐和铝硅酸盐,少量的W可能赋存在黄铁矿中,还有一小部分W可能赋存在不溶性矿物或被有机质包裹的矿物中;通过碱萃取实验发现,腐植酸中W的质量分数范围在 58.8～123 μg/g,平均质量分数为 86.4 μg/g,是原煤中W质量分数的 1.37倍,表明M3煤中W与有机质(腐植酸)的结合能力较强;普阳M3煤主要物源为文山地区酸性花岗岩,由于源岩的碎屑物质供给与流体作用,M3煤中W元素高度富集.

    钨赋存状态物源区流体作用新近系煤普阳矿区

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    金属干扰环境下矿井瞬变电磁有限元正演模拟研究

    朱姣姜志海殷长春邱长凯...
    4578-4589页
    查看更多>>摘要：金属干扰一直以来都是影响矿井瞬变电磁探测数据可靠性的关键因素之一.不仅给数据解释带来误判、错判,甚至导致接收信号彻底无效,因此系统研究金属环境下的瞬变电磁响应特征至关重要.可采用三维矢量有限元法实现金属干扰环境下的瞬变电磁正演模拟.利用精细化四面体网格对全空间计算区域进行空间离散,同时引入二阶后退欧拉时间离散格式,将直接求解器MUMPS用于线性方程的求解,最终获得高精度的数值解.在验证算法精度的基础上给出金属干扰环境下的矿井瞬变电磁响应,证明非结构有限元法对交界面电阻率差异巨大、磁导率参数较大的含金属模型依然能够进行较好的模拟.为系统分析金属干扰环境下瞬变电磁响应规律,设计切合实际尺寸的典型块状金属和金属工字钢模型.以精细化四面体网格拟合金属模型界面并提取数值模型的电磁扩散剖面,分析金属体与接收线圈距离及金属体尺寸对响应信号的影响.非结构有限元法数值模拟结果表明:巷道内金属的存在使得电磁场信号产生畸变,感应电动势曲线在晚延时产生异常高值.并且金属体尺寸越大、距离越近,则感应电动势响应幅值更大、影响范围越广,甚至淹没目标含水地质体的信号.可移动的块状金属与连续的工字钢在响应特征上具有相似的规律,因此在工程实践中可通过调整距离等方式对其处理.

    矿井瞬变电磁法金属干扰三维正演模拟矢量有限元全空间

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    黄土高原露天煤矿复垦土壤-植被系统恢复力及协同/权衡关系

    陈浮朱燕峰骆占斌常媛媛...
    4590-4602页
    查看更多>>摘要：土壤-植被互作互馈推动受损矿山生态系统修复趋向良性循环,但目前对露天煤矿区植被恢复与土壤功能之间关联和互馈机制认识尚浅,限制了矿区植被恢复策略的科学制定.选取黄土高原黑岱沟露天煤矿 4个不同时序排土场复垦区,利用野外调查、高通量测序和恢复力评估模型等方法,构建草地、灌木、针叶林、阔叶林和混交林等 5类系统恢复力评估模型来探索生态恢复下土壤-植被系统功能之间权衡/协同关系.结果表明:①与未复垦裸地相比,复垦 8～30 a土壤各项指标恢复介于 30%～80%,植被各项指标恢复介于 20%～75%;②第 15 年时草地和灌木土壤养分保育和生态碳汇的功能恢复速率达峰值,针叶林、阔叶林和混交林则第 25年时达峰值.土壤系统恢复水平为混交林>草地>针叶林>阔叶林>灌木,植被系统恢复水平为混交林>阔叶林>针叶林>草地>灌木.③草地、灌木和阔叶林与其土壤系统功能恢复力以权衡关系为主,针叶林和混交林则以协同关系为主.黄土高原露天煤矿区植被恢复显著改善了复垦土壤物理、化学、生物性状和群落特征,复垦年限对土壤-植被系统功能恢复水平和速率有着显著的影响.随复垦年限延长,各功能恢复力之间呈现此消彼长的权衡关系.研究揭示了复垦土壤-植被系统恢复力具有强时序性,为黄土高原露天矿区生态恢复过程中适时调配植被建群策略,促进土壤-植物系统功能协同发展,科学制定和优化生态修复方案提供理论依据.

    排土场复垦植被类型恢复弹性协同权衡黄土高原

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    东部草原露天矿区接种AMF对植物-土壤养分积累及本土DSE定殖的影响

    解琳琳毕银丽刘涛
    4603-4616页
    查看更多>>摘要：东部草原不同草种存在不同的生存空间比例,接菌对草原草本生长及竞争关系的研究对于揭示接菌对草原生态演变具有重要意义.针对内蒙古锡林浩特市胜利露天矿区土壤贫瘠、植被生长困难等现状,利用不同草种配比种植模式并结合微生物-丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhiza Fungi,AMF)接菌方式,旨在探明植物-真菌联合对矿区排土场土壤改良与植被恢复效应,并筛选适宜矿区排土场生态恢复的最佳种植模式.结果表明:影响土壤和植被恢复的主导因素分别是种植方式和接菌处理,综合影响力表现为:接菌作用>种植方式,矿区排土场的生态复垦中,接种AMF对植物-土壤养分积累具有积极的提升作用.豆科与禾本科相对权重为 1∶3+AMF的种植模式不仅能促进土壤改良,加速土壤养分的累积,还能很好地促进植物生长和养分吸收,是适合该区域排土场生态修复的最佳组合模式.此外,接种AMF影响了试验区的本土真菌中深色有隔内生真菌(Dark Septate Endophytes,DSE)在植物根系中的定殖,人工植物种植及接种AMF后,DSE定殖强度相比于自然恢复区有下降趋势;AMF定殖情况均呈现一级根系>二级根系,接种AMF降低了DSE在一级根系中的定殖,提高了DSE在二级根系中的定殖,AMF和DSE分别在植物一级根系和二级根系的生态位中占据优势,该环境下AMF与DSE存在位点竞争.DSE总定殖率与土壤质量和综合质量指数显著正相关,一定程度上DSE总定殖率的提高有助于土壤中营养积累和区域综合质量的提升.研究表明在露天矿区排土场生态复垦中加入AMF对修复效果具有积极的正向作用,为排土场使用微生物-植物配置复垦技术提供了数据支撑.

    露天矿区丛枝菌根真菌土壤改良植被恢复深色有隔内生真菌种植模式

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