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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。
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收录年代

    构造煤变形能及在煤与瓦斯突出中的作用

    程远平王成浩
    645-663页
    查看更多>>摘要：煤与瓦斯突出是一种以煤体变形能与瓦斯膨胀能共同驱动的煤岩动力灾害，尽管突出的综合作用假说已被广泛认可，相比于瓦斯膨胀能，煤体变形能在突出中的作用总被忽视。为了确定煤体变形能在突出中是否可以被忽略，对霍多特和郑哲敏的研究(突出能量领域的代表性成果)开展了系统回顾与讨论，认为霍多特提出的突出激发能量判据以煤体变形能为核心，而郑哲敏的数量级对比结果不能作为变形能可以被忽视的证据。大部分煤与瓦斯突出事故发生在构造煤层中，为揭示构造煤变形能在突出中的贡献，开展了煤体循环载荷实验与三轴破坏同步声发射监测实验，实验结果表明:与原生煤的线性、小变形特征不同，构造煤的加卸载曲线具有非线性、大变形的特征，构造煤的变形能与应力不再符合平方关系。基于土力学临界状态模型，构建了适用于构造煤非线性特征的变形能理论计算模型，该模型反映了煤体变形能与应力间的幂函数关系，确定了构造煤的幂指数主要为 1。1～1。3，原生煤的幂指数主要为 1。7～1。9，进一步表明构造煤的性质与土体更相似，而原生煤的性质更接近理想弹性体。尽管在相同应力水平下，构造煤的变形能更大，但构造煤在失稳后的对外释放能量很低，表现为损伤破碎时几乎不产生声发射信号。构造煤变形能的对外释放能量增加了煤体孔隙率，对内耗散能量为瓦斯快速解吸提供条件，2者综合控制了瓦斯膨胀能的释放。瓦斯膨胀能的研究对象应为参与突出做功的瓦斯，即突出煤体在短时间内的释放瓦斯，进一步的实验与数值分析结果表明，参与突出做功的瓦斯膨胀能与构造煤体变形能数量级相近，为 102～103 kJ/t。煤体变形能与瓦斯膨胀能的释放存在时序性与因果性，在突出孕育-激发阶段，煤体变形能的预先释放是瓦斯膨胀能聚集的必要条件。突出由煤体变形能与瓦斯膨胀能共同控制，煤体变形能与瓦斯膨胀能在突出中具有同等重要的地位。

    煤与瓦斯突出构造煤煤体变形能瓦斯膨胀能释放机制

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    基于机器学习的煤与瓦斯突出预测研究进展及展望

    薛生郑晓亮袁亮来文豪...
    664-694页
    查看更多>>摘要：我国煤矿安全生产形势不断好转，但煤与瓦斯突出事故仍时有发生。煤与瓦斯突出预测不仅能指导防突措施科学的运用、减少防突措施工程量，在一定程度上也可以确保煤矿工人的作业安全。机器学习(Machine Learning，ML)是一门涉及概率论、统计学和计算机学等领域的交叉学科，可以挖掘突出事故和指标间的非线性关系。将机器学习用于煤与瓦斯突出预测，已得到相对广泛的关注，并随着人工智能和计算机技术的快速进步，其在突出预测领域将发挥更大作用。因此，对机器学习在煤与瓦斯突出预测中的研究进行了全面的综述，分析其在突出预测中面临的难点并展望其发展方向。首先，简述煤与瓦斯突出假说、发生机理与预测指标选择的研究现状;介绍机器学习在煤与瓦斯突出预测领域的主要研究进展，包括支持向量机(Support Vector Machines，SVM)、人工神经网络(Artificial Neural Network，ANN)、极限学习机(Extreme Learning Machines，ELM)和集成学习(Ensemble Learning，EL)等算法的应用，以及特征选择和缺失数据填补在数据处理等方面的创新，同时也指出了目前基于机器学习的突出预测研究面临的挑战及存在的问题，例如事故与非事故样本的不平衡、数据的指标缺失和机器学习中的小样本等;最后，展望了基于机器学习的煤与瓦斯突出预测的未来发展方向，包括改进算法性能、优化特征工程和增加样本量等。随着计算机性能的提升，有望开发出更为复杂、精准的模型，以提高对突出事故的准确预测能力。

    煤与瓦斯突出机器学习突出预测特征选择

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    受载煤体微电流效应及煤岩动力灾害预警应用展望

    王恩元李德行刘晓斐王冬明...
    695-706页
    查看更多>>摘要：利用建立的受载煤体微电流测试系统，开展不同加载条件下煤样微电流测试试验，研究揭示煤体受载变形微电流效应，分析煤体受载变形过程微电流响应特征，研究微电流与煤体力学行为间的定量关系，提出微电流法预测煤岩动力灾害的原理，结合现场实践结果，对微电流技术的应用前景进行展望。结果表明，煤体受载变形能够产生微电流，微电流变化与应力变化具有较好的一致性，微电流与煤体力学行为(应力、应变、应变率等)紧密相关，在压密阶段和塑性变形阶段，微电流随应变率增加而增加，在弹性变形阶段随应力和应变线性增加;煤体在扰动载荷下能够产生随应力周期性变化的微电流，即脉动直流电，其变化与应力变化一致。微电流对煤体破坏具有较好的前兆响应，微电流在加速增加过程(塑性变形阶段)中的异常波动可作为煤体渐进性破坏的前兆特征，微电流在衰减过程中的脉冲式波动可作为煤体蠕变破坏的前兆特征。煤体受载微电流效应及现场应力梯度的存在，是矿井微电流测试的重要基础;微电流与煤体力学行为间的紧密相关性，是利用微电流技术观测煤岩体应力的重要前提;微电流对煤体破坏具有明显的前兆响应，是利用微电流技术预测预报煤岩动力灾害的重要保障。微电流技术具有响应灵敏度高、前兆信息明显和抗干扰能力强的优点，在煤岩体应力观测及煤岩动力灾害预警中具有很好的应用前景。未来需进一步开展受载煤岩微电流基础理论及应用技术方面的研究，为发展煤岩动力灾害精准时空监测预警的微电流法提供支撑。

    受载煤体微电流力学行为前兆响应监测预警

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    含瓦斯煤体受载微破坏模型及失稳判识准则

    聂百胜赵丹王孟霞柳先锋...
    707-719页
    查看更多>>摘要：煤体内孔隙和骨架分布对煤储层内气体运移及瓦斯动力灾害的发生具有重要的影响。为进一步探索含瓦斯煤体微观破坏机理，针对含瓦斯煤的微观破坏过程，对其微破坏形式展开详细的研究。采用原子力显微镜对加载前后突出煤样和非突出煤样表面进行了原位测试，结果表明:不同煤样受载后，煤样表面结构均会发生变化，闭孔孔径有所减小，部分孔隙遭到破坏，相邻闭孔之间有连通趋势。加载前煤样孔隙呈无规律分布，加载后孔隙连通性增强，开孔孔喉数量有所增加。煤样加载后由于孔隙的连通导致突出煤样煤骨架模量降低，而非突出煤样由于本身强度较高，施加载荷导致煤体内部结构被压实，弹性模量略有增加。定义了煤体微观破坏类型及概念，分析了煤体孔隙及煤骨架周边应力分布特征，揭示了不同情况下含瓦斯煤体微观破坏机制。同时，对闭孔微气爆的影响因素展开讨论，狭长型椭圆孔端部孔壁处所受应力更大，更容易发生闭孔微气爆。描述了开孔微损伤的 2种发生形式，揭示了孔隙"瓶颈效应"的制约对微破坏发生的机理。明确了原生缺陷结构为煤骨架的薄弱环节，并对其发生破裂的演化规律进行分析。基于线弹性断裂力学、弹塑性力学以及渗流力学等理论知识，提出了应力扰动作用下孔隙破坏和煤体失稳判识准则，总结了含瓦斯煤体微观破坏特征及其诱导煤与瓦斯突出的机制，并对煤与瓦斯突出的研究方向提出展望。

    孔隙失稳判识微破坏煤骨架煤与瓦斯突出

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    煤体中瓦斯水合固化的力学作用研究进展

    吴强张保勇
    720-738页
    查看更多>>摘要：为更好地完善我国煤与瓦斯突出预测与防治方法，基于煤与瓦斯突出综合作用假说，提出了瓦斯水合固化防治煤与瓦斯突出的方法。该方法核心是将煤层中瓦斯固化生成瓦斯水合物，不仅能降低瓦斯压力，而且能够提高煤体强度，以达到减弱或消除煤与瓦斯突出危险性的目的。实现了煤体中瓦斯水合物的生成以及含瓦斯水合物煤体力学性质-渗透率原位测试，提出了煤体中瓦斯水合物生成及力学性质-渗透率测试技术及含瓦斯水合物煤体三轴压缩数值建模技术。瓦斯水合固化热力学和动力学条件是防突的理论基础，煤层瓦斯水合物稳定储存是技术前提，瓦斯压力降低及煤体力学性质改善是防突关键，重点围绕水合固化煤体交叉力学问题进行总结。分析认为:①瓦斯水合固化防突技术理论框架已经初步形成，并利用数值模拟手段初步探究了瓦斯水合固化对煤体力学特征改善的细观机理;②现阶段已证实煤体中水合物生成不仅能降低瓦斯压力，而且能改善其力学性质，高饱和度对提高煤体峰值强度明显;③瓦斯水合物生成经历快速、缓慢和稳定 3个阶段，且水合物的生成会造成煤体中瓦斯渗流通道阻塞，导致其渗透率降低;④高瓦斯压力、高CH4 体积分数不仅有助于提高水合物饱和度而且会延缓水合物分解，有助于水合物的稳定存在。需要注意的是，瓦斯水合固化技术防突的可靠度仍需大量重复试验验证，以建立普适化的数据库。综合现有研究结果，对水合固化防突研究目前仍存在的局限性与挑战进行了讨论，并且给出了进一步的研究方向。

    煤与瓦斯突出瓦斯水合固化含瓦斯水合物煤体力学性质离散元

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    热压型煤成型条件优化试验研究方法

    许江贾立甘青青彭守建...
    739-752页
    查看更多>>摘要：针对当前煤矿瓦斯动力学物理模拟试验中型煤材料存在低强度和高渗透率问题，建立了一套热压型煤成型条件优化试验研究方法。首先，自主研发了热压型煤试验系统，并对试验系统优势和今后改进方向进行了汇总，同时基于Horsfield致密堆积理论创建了型煤材料最优配制方案，最后形成了以马氏距离度量法和黄金分割法相结合的成型条件优化方法。为了验证试验方法的效果，通过控制成型温度为 311。8℃、升温速率为 5℃/min和保温时间为 5。3 h，开展了不同成型压力条件下热压型煤试验研究，研究了不同成型压力条件下的热压型煤微观结构、物理力学特性和渗透特性等响应特征。结果表明:增加成型压力，总孔隙度逐渐减小，单轴抗压强度呈先增大后减少的变化趋势，破坏形式以块状剥落和纵向破裂为主，初始渗透率呈先减小后增大、最小渗透率则呈先减后增再减的变化趋势。以各成型条件的具体数值为试验点、热压型煤和原煤的关键参数为评价参量构建样本矩阵，计算各成型条件下热压型煤和原煤之间的马氏距离，再结合黄金分割法对试验区间进行优化求解，优化后的最佳成型压力为 80 MPa，在此成型条件下制作的热压型煤密度、单轴抗压强度和初始渗透率分别为 1。137 g/cm3、12。21 MPa、1。32×10-15 m2，与原煤的1。132 g/cm3、12。83 MPa、1。08×10-15 m2 相似性极高，达到了提高型煤强度、降低型煤渗透率的目的。

    煤矿瓦斯热压型煤单轴抗压强度渗透率

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    砂岩破裂状态声发射梅尔倒谱系数判识方法

    何学秋杨菲李振雷李娜...
    753-766页
    查看更多>>摘要：岩体结构破裂是严重制约矿山、地铁、隧道等地下空间工程建设及其安全运行的重要因素。实现对岩体结构破裂状态的识别是当下研究的热点与重点之一。为此，开展了不同条件的砂岩加载破坏实验，提取了加载全程的声发射梅尔倒谱系数及其波动差，研究了系数及其波动差在砂岩受载破坏全程的变化规律，分析了 1号系数(一组声发射梅尔倒谱系数包括 12个，1号系数指第1个声发射梅尔倒谱系数)及其波动差与砂岩破裂状态的相关性特征，基于此提出了砂岩破裂状态声发射梅尔倒谱系数判识方法，构建了判识准则并进行判识效果检验。结果表明:随载荷增加，1号系数整体上增大，系数及其离散性在破坏阶段显著增大并表现出显著的规律波动性特征;1号系数波动差具有阶段性变化特征，波动差的大小及其起伏变化可表征砂岩的破裂，波动差整体增大及突增的变化可反映砂岩非稳定变形和峰后破坏阶段的宏观破裂，波动差的突增幅度可反映砂岩破裂程度;声发射梅尔倒谱系数及其波动差对砂岩破裂表现出良好的响应特征，该特征受不同加载条件的影响较小，说明声发射梅尔倒谱系数在反映砂岩破裂上具有适用性;1号系数及其波动差与砂岩破裂状态具有较好相关性，该相关性可分为 3个阶段，即 1号系数及其波动差在砂岩微破裂阶段分布集中，在临近失稳破坏阶段分布范围急剧增大、整体值升高且出现高异常值，在峰后破坏阶段分布范围进一步增大、整体值更高、高异常值更多;利用 1号系数的 75%位点值和异常值、1号系数波动差的 75%位点值和异常值构建了砂岩破裂状态判识准则，采用三分类模型混淆矩阵对判识准则的效果进行了检验，判识准确度和精准度分别为 90。43%、94。45%。该成果可为其他种类煤岩的破裂状态识别提供借鉴，为煤岩失稳监测预警提供参考。

    砂岩破裂状态声发射梅尔倒谱系数判识方法

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    循环载荷作用下煤岩复合结构宏-细观破坏特征及能量-损伤本构模型

    王凯左晓欢杜锋孙加智...
    767-784页
    查看更多>>摘要：煤炭深部开采过程中，周期性开采扰动行为会使邻近煤层的煤岩复合结构承受循环载荷的作用，因此，研究不同循环载荷作用下煤岩复合试样的力学响应行为及宏-细观失效特征具有重要工程意义。选取3种不同的加(卸)载速率，开展了2种循环加卸载路径下的单轴循环压缩试验(同步测定声发射信号)，分析了煤岩复合试样的损伤失效特征;基于能量耗散原理，构建了煤岩复合试样在循环载荷作用下的能量-损伤本构模型，最后结合试验实测数据进行验证。结果表明:加(卸)载速率与复合试样的峰值强度呈正相关，当加(卸)载速率从 0。05 mm/min增大到 0。15 mm/min时，恒定下限逐步循环加卸载路径(路径Ⅰ)、变上下限等幅循环加卸载路径(路径Ⅱ)下，试样的峰值应力分别增加了 22。44%和 28。89%;高加(卸)载速率下，试样的内部裂纹扩展越快，煤岩复合试样中煤组分的破碎程度加剧，分形维数随之增大，试样的内部裂纹扩展越快;随着加(卸)载速率的增大，煤组分中沿基质破坏增多。循环分级跨度大的路径(路径Ⅰ)有助于试样内部的应力传递，为试样内部裂纹的发育提供了有利条件，导致对应试样的破坏程度更高。试验曲线和能量-损伤本构理论曲线具有较强的一致性，表明所建的能量-损伤本构模型能够很好地描述煤岩复合试样在循环加卸载过程中的变形行为。

    煤岩复合结构循环载荷作用加(卸)载速率宏-细观特征能量-损伤本构模型

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    金刚石串珠绳锯切割煤层卸压增透效应研究

    李树清吕晨辉黄飞钱运来...
    785-800页
    查看更多>>摘要：为探讨金刚石串珠绳锯割缝对缝槽周围煤层的卸压增透效应，首先建立基于缝槽顶板受力的两端固支梁力学模型，分析顶板梁的受力特征及缝槽顶板下沉接触底板(简称触底)特性，然后采用自行设计的物理相似模拟试验平台开展相似模拟试验，分析不同工艺参数绳锯割缝后缝槽上下方煤岩层应力、位移变化规律，基于FLAC3D数值模拟和开发的煤层瓦斯渗透率计算程序，分析随割煤工作面推进缝槽周围煤岩体的应力和渗透率分布特征和周期演化规律。研究表明:绳锯割缝使缝槽周围应力重新分布，缝槽顶板随着割缝工作面的推进经过顶板悬露、顶板触底，连续缓沉 3种演化形态;顶板未触底时，缝槽上下方形成"U"形卸压区，最大挠度在顶板中心位置，也是最先触底部位，顶板触底之后，缝槽中间位置出现应力恢复，减弱绳锯割缝的卸压增透效果;串珠绳锯的直径越大，顶板发生触底的极限跨度越大，缝槽触底越晚，卸压效果越好;相同割缝直径增加第 2条割缝，两缝槽卸压区连成一起，卸压效果相互促进，减弱两缝作用下的应力恢复现象，增大了卸压范围;缝槽推进距离足够长时，由于顶板触底，缝槽两边的卸压增透效果更好，割缝卸压的影响范围从左到右划分为应力集中区、卸压区、应力恢复区、卸压区、应力集中区，对应的卸压区和应力恢复区都有较好的增透效果。

    绳锯割缝顶板触底金刚石串珠渗透率卸压增透

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    非刀具破岩理论与技术研究进展与趋势

    魏建平蔡玉波刘勇余大炀...
    801-832页
    查看更多>>摘要：随着我国深地战略的逐步实施，深部资源开采和地下空间建设迎来新的机遇，但也面临诸多挑战，高地应力、高地温和坚硬岩体等极端地质条件层出不穷。岩石破碎技术是所有资源开采和地下空间建设的主要工程活动，是决定施工工艺和工程效率的主要因素。在极端地质条件下，以刀具为基础的岩石破碎技术由于刀具磨损快、岩石破碎效率低，已成为遏制深地战略顺利实施的关键技术瓶颈，为解决深地岩石高效破碎难题，保障深地战略的顺利实施，迫切需求革命性的岩石破碎技术。无刀具破岩技术作为刀具破岩技术的重要补充，是突破刀具破岩技术瓶颈的可行性思路。为此，将无刀具破岩技术归纳为冲击破岩、热应力破岩和冲蚀磨损破岩 3类技术体系，系统分析了水射流、激光和磨料空气射流等 16种岩石破碎技术，总结了每种技术的发展历史和技术原理，分析了其破岩优势和技术瓶颈。得出，目前非刀具破岩技术没有在资源开采和地下空间建设中广泛应用的主要原因为破岩能耗高、适用较差和技术装备复杂等。相比刀具破岩，非刀具破岩技术破岩能量利用率较低，水射流破岩比能耗为刀具的 40～70倍。微波、激光和等离子体等技术对施工环境要求较高，无法适用于钻井、隧道掘进等受限和恶劣环境。为解决极端地质条件岩石破碎难题，提出多种非刀具破岩技术协同破岩的思路，充分发挥每一种非刀具破岩的技术优势，构建了以射流切缝卸除高地应力、粒子冲击体积破碎坚硬岩体的破岩理念，最大限度降低岩石破碎能耗，简化系统装备，为岩石破碎技术向非刀具化发展提供理论支撑。

    岩石破碎非刀具破岩刀具破岩硬岩破碎深地空间

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