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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

    煤层透气性系数新的测试计算方法

    秦跃平刘佳苏向云
    833-844页
    查看更多>>摘要：煤层透气性系数是衡量煤层瓦斯流动难易程度的关键参数。现行的煤层透气性系数计算式中，将变压力非线性偏微分方程的系数假定为常数，理论推导结果存在较大缺陷，使得现场测定的透气性系数存在较大偏差。为解决煤层透气性系数测定失准的问题，推导了钻孔径向流量法测试煤层透气性系数的过程，并在推导过程中指出该方法存在的问题。以朗格缪尔式瓦斯含量和达西定律为基础，建立无量纲模型，将模型解算结果进行反演拟合，得到新的煤层透气性系数计算式，并通过现场实测钻孔数据进行验证，修正了现行的煤层透气性系数测试方法，提出准确可靠的计算煤层透气性系数的新方法。结果表明:用抛物线式表示煤层瓦斯含量并将变量煤层瓦斯压力p1。5 视为常量推导而来的煤层透气性系数计算式，相当于将瓦斯含量拟合成与压力平方成正比关系，理论与实际测算均存在较大误差。采用朗格缪尔式无量纲模型计算出的无因次瓦斯涌出速度Y'进行反演拟合，可解决现行计算方法的缺陷;当吸附常数b与原始瓦斯压力p0 的乘积(无因次原始瓦斯压力)不同时，Y'与无因次时间Fo'的函数曲线明显不同，由此得到了含有无因次原始瓦斯压力的透气性系数计算式;当煤层和钻孔条件一定时，由不同时间测试的瓦斯涌出量计算得到的煤层透气性系数λ值具有良好的再现性。新的煤层透气性系数现场测定方法与现行方法完全相同，不增加额外工作量，但新方法的计算更加精确可靠。

    煤层透气性系数无量纲模型反演方法朗格缪尔达西定律

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    基于蒙特卡罗的硫化氢吸附-扩散机理

    贾进章邢迎欢李斌贾鹏...
    845-864页
    查看更多>>摘要：为了明确硫化氢(H2S)在煤中吸附扩散的微观动力学机理，揭示不同温度、压力对煤吸附H2S分子吸附扩散特性的影响机制，基于巨正则蒙特卡罗(GCMC)、分子动力学(MD)和密度泛函理论(DFT)方法，利用Material Studio软件研究了温度在 273。15～313。15 K、压力 1～1 000 kPa时H2S在气肥煤大分子模型中的吸附扩散特征。结果表明:温度由 273。15 K升至 313。15 K时，H2S的饱和吸附量由 38。34 mL/g降至 31。85 mL/g，降低了 16。93%，当压力为 1 kPa时，温度对吸附量的影响最为敏感。温度为 293。15 K时，压力由 1 kPa升至 1 000 kPa时，最可几相互作用能由-39。391 kJ/mol升至-34。301 kJ/mol，随着压力的增加，最可几相互作用能先快速增加，后缓慢增加。在吸附H2S过程中，H2S的等量吸附热在 36。63～41。43 kJ/mol内，为物理吸附，等量吸附热随着吸附量的增加呈现出负指数变化;H2S的吉布斯自由能ΔG为-3。57～-24。57 kJ/mol，吸附熵ΔS为-0。126～-0。194 8 kJ/(mol·K)，随吸附量升高ΔG和ΔS的绝对值线性降低，H2S的吸附自发性和系统的混沌程度均降低。H2S与气肥煤的相互作用能为-492。47～-3 390。95 kJ/mol，以范德华能为主，占总能量的 58。67%，以静电能为辅，占 41。33%，随着吸附量的增加，相互作用能绝对值增加，吸附量与相互作用能的变化具有一致性。H2S与羧基的相互作用最强，羟基次之，H2S在—OH、—COOH、—C=O周围存在双层吸附。温度由 273。15 K升至 313。15 K，H2S分子的扩散系数由 1。066×10-10 m2/s升至 2。025×10-10 m2/s，温度升高会导致原本闭合的孔吼孔道打开，增加裂隙的连通性，温度升高，增加H2S分子平均自由程，使得H2S扩散能力增强，H2S扩散活化能为 11。206 kJ/mol。H2S相对体积分数分布呈现多峰结构，H2S在气肥煤大分子模型中呈层状结构分布。H2S的极限吸附热为 42。898 kJ/mol，H2S与煤体上—OH、—COOH、—C=O活性基团产生氢键作用，H2S在吸附初期存在微弱的化学吸附。

    硫化氢吸附-扩散巨正则蒙特卡罗分子模拟吸附机理

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    矿井湿喷过程的产尘特性和复合降尘外加剂的制备

    蒋仲安司明理张国梁曾发镔...
    865-875页
    查看更多>>摘要：矿井湿喷过程的粉尘污染是制约湿喷支护工程高效、清洁和安全生产的重要因素。为降低湿喷过程粉尘对作业人员的危害，提高矿山企业粉尘防治和职业健康保障的能力，运用气溶胶力学与HertzMindlin碰撞理论，构建了湿喷混凝土冲击产尘的动力学模型;并针对湿喷工艺特点，建立了湿喷混凝土相似实验装置，对不同工艺条件下的产尘特性进行分析;结合湿喷过程外加剂的降尘机制，对外加剂的减弹降尘性能进行研究，配置适用于湿喷工艺的高性能复合降尘外加剂。结果表明，湿喷过程中弥散在空气中的气溶胶颗粒粒径大部分在2μm以下，2 μm以下(不含2 μm)颗粒数占比在 90%以上。湿喷产尘主要受喷射距离、喷射压力和水灰比影响。喷射距离不宜太大或太小;随着喷射距离的增加，颗粒浓度呈先降低后增加的趋势。同样，喷射压力为 0。4 MPa时，较为合适。当压力太大时，会导致回弹率和粉尘质量浓度增加;当压力太小时，物料到达受喷面时的动能较小，不能很好地黏附在受喷面。同时，在保证物料流动性的同时，可通过减小水灰比来降低回弹率和产尘量。研制的复合降尘外加剂主要由速凝剂、络合剂、早强剂、黏结剂以及表面活性剂复配形成。通过正交实验以及优化实验，最终确定的湿喷复合降尘外加剂配方及其质量分数为:A-55%、B-3%、C-4。5%、D-0。5%、E-0。15%、水-36。85%。掺入该复合降尘外加剂后，湿喷过程粉尘质量浓度下降了约57%，有效降低湿喷过程的粉尘产生量，降尘效果明显。

    降尘外加剂产尘特性粉尘湿喷矿井

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    基于振荡天平原理的矿工个体粉尘连续监测仪的研制

    周福宝郑丽娜冯子康刘凌妤...
    876-884页
    查看更多>>摘要：煤矿粉尘质量浓度精准测量是粉尘有效控制的重要前提。传统离线滤膜采样称重法测量周期长、操作繁琐，直读式光吸收/散射测量方法易受环境条件和粉尘性质影响。鉴于此，自主开发了基于振荡天平原理的矿工个体粉尘连续监测仪。通过有限元仿真探讨了振荡元件不同特性对振荡系统响应频率及质量灵敏度的影响，并采用最优梯度优化算法设计了振荡元件材料与形状，制造了一种具有高稳定弹性模量的振荡管，其频率温度系数为 3×10-5 Hz/℃，受温度影响极小，保证了振荡频率在外界环境温度条件变化时的精确测量。开发了振荡天平质量传感器，设计了数字化自激振荡闭环控制电路，实现了谐振频率的自动控制以及实时输出，传感器质量灵敏度约为1 mg/Hz，质量检测限约为 2 μg。最终，通过集成呼吸性粉尘采样头、总尘采样头、伴热管、质量传感器、气泵、流量控制与温湿度/压力传感器等部件，研制了国内首款基于振荡天平原理的矿工个体粉尘连续监测仪，粉尘平均质量浓度检测限为 0。035 mg/m3。该仪器能够连续提供监测信息，包括当前时刻总尘或呼吸性粉尘质量浓度及当日累积职业接触暴露浓度。该仪器已在某煤矿现场应用，与传统滤膜采样称重法同步对比，2者相对误差仅为 5%，表明该仪器可以实现煤矿粉尘质量浓度的快速精确测量，有望替代离线滤膜采样称重法和直读式光学测尘仪。

    煤矿粉尘振荡天平质量传感粉尘监测仪

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    采空区煤自燃高温点识别与探测技术研究与展望

    邓军王津睿任帅京王彩萍...
    885-901页
    查看更多>>摘要：我国因采煤活动造成的采空区总量大、范围广，针对采空区煤自燃高温点的有效识别与探测是煤矿安全生产的重要保障。从采空区煤自燃发生过程、高温点的形成运移特点概述了采空区高温点的生成演化特性，为采空区煤自燃高温点的有效识别与探测提供基础理论支撑。围绕地下直探技术、地表及空天探测技术的基本原理、研究进展以及现场实际应用效果，从可靠性、稳定性等方面进行多元比较，剖析现有煤自燃高温点识别探测技术的适用性。针对探测中存在的实际难点，拓展分析了矿井声波温度信息探测、基于量子技术的热源探测、毫米雷达波探测技术等新兴技术的研究现状和应用潜力，进一步推动采空区隐蔽火源精细化探测技术发展创新。通过对现有技术的综合性研判及新兴技术的前瞻性思考，展望了煤自燃隐蔽火源探测技术的未来发展趋势，结合当前物探技术和多元信息融合理论的发展趋势，提出了采空区高温点动态运移智能可视化系统构想，从"空-天-地-孔"的综合化分时分区多维探测模式应用、"特征获取-场景仿真规划-动态决策"逐级时空演化数字孪生模型两方面阐述了矿井开采全生命周期平台建设的现实意义。通过该构想的逐步实施，为实现采空区隐蔽火源的高效识别预测和矿井智能化建设提供新的决策思路。

    识别探测煤自燃高温点采空区数字孪生矿井

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    陕西省煤矿典型水灾隐患特征及治理技术

    董书宁樊敏郭小铭刘英锋...
    902-916页
    查看更多>>摘要：陕西省煤炭资源丰富，2022年煤炭产量达 7。46亿t，是我国主要产煤省份之一。由于全省煤矿区地质及水文地质条件差异明显，煤矿水灾类型多样，随着近年煤炭开采强度的增大，水灾事故时有发生，防治水形势较为严峻。以煤炭赋存条件为基础，系统总结区域水文地质结构特征，界定典型水灾类型及各类水灾影响区域分布，论述典型水灾的形成机理及特征，并提出了相应的防控技术。研究表明:①陕西省主要煤炭产区分为陕北、黄陇、渭北三大区，陕北侏罗纪煤田主要有顶板松散沙层水灾隐患、厚层砂岩水灾隐患、溃水溃沙灾害，局部区域分布有烧变岩对煤矿造成水灾隐患;黄陇煤田主要受顶板巨厚砂岩水灾隐患、离层溃水隐患、泥砂溃涌灾害隐患威胁;陕北石炭—二叠纪煤田和渭北煤田，主要受到煤层底板奥陶系灰岩水灾隐患威胁。② 陕北侏罗系煤田顶板水灾隐患主要为顶板含水层受开采导水裂隙带扰动形成，导水裂隙波及砂岩含水层或松散沙层可形成持续大流量涌水，部分区域充水强度较大，在短时间水量较大超过排水系统能力时造成顶板水灾，在薄基岩区域垮落带直接导通松散沙层时可转变为溃水溃沙灾害，导水裂隙带影响到烧变岩富水区域时可形成瞬时水量大且持续的烧变岩水灾;黄陇煤田顶板巨厚砂岩含水层受采动导水裂隙带波及形成高强度持续涌水并可能形成顶板水灾，当含水层下部隔水层厚度较大时，可能形成离层溃水灾害，当近煤层顶板岩层松软遇水易崩解时可转变为泥砂溃涌灾害;陕北石炭—二叠纪煤田和渭北煤田，煤层开采底板扰动破坏带或断层等构造导通奥陶系灰岩含水层时，会引发极为严重的底板突水灾害，该类灾害具突发性强、瞬时水量大的特征。③各区域的顶板水灾隐患治理技术主要包括钻孔疏泄、注浆治理、开采参数控制等，底板水灾隐患治理技术主要包括区域注浆加固及封堵等;烧变岩水灾隐患主要采取帷幕注浆与钻孔探放有机结合的防治技术。

    陕西省煤矿溃水溃沙烧变岩水灾离层溃水泥砂溃涌底板奥灰水灾

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    鄂尔多斯盆地北部直罗组古河道砂体分布区矿井涌水模式

    范立民孙魁马万超胡俭...
    917-928页
    查看更多>>摘要：近十几年来，鄂尔多斯盆地北部煤矿开采频频受到了直罗组地下水的威胁，甚至出现了突水事故。区内以直罗组地下水为充水水源的大水矿井连片分布，且与直罗组古河道砂体关系密切。为阐释神府南区直罗组古河道砂体分布区矿井涌水模式，在直罗组古河道砂体空间分布及其对地下水赋存控制作用研究的基础上，从研究区尺度、井田尺度和工作面尺度，分析了直罗组古河道砂体与矿井涌水的关系，提出了直罗组古河道砂体下矿井涌水模式。结果表明:神府南区直罗组古河道冲刷带沿红碱淖—尔林兔—锦界一线发育，冲刷带内延安组第 5段几乎被冲刷剥蚀殆尽，在局部地区延安组第 4段也遭受了冲刷。根据砂分散体系分析和隔水岩组发育特征，将冲刷带内充填沉积的古河道砂体分为 3级。直罗组古河道砂体富水性的强弱主要受控于砂体规模、物性特征和风化作用，一级砂体(主河道)区域富水性强于二级砂体(分支河道)及三级砂体(三角洲间湾、分流间湾)区域，当砂体遭受风化后，其富水性将进一步增强。基于不同尺度下砂体分级、风化砂体厚度与矿井涌水关系的分析，提出了研究区东部现阶段古河道砂体下生产矿井的 3种涌水模式。强涌水模式，主要位于一级砂体分布区，风化砂体厚度一般≥30 m。中等涌水模式，主要位于一级砂体的边缘或二级砂体区域，风化砂体厚度一般 10～30 m。弱涌水模式，主要位于三级砂体区域，风化砂体厚度一般<10m。

    直罗组含水层古河道砂体矿井涌水模式水资源保护(保水采煤)鄂尔多斯盆地北部

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    基于主量元素地球化学的岩屑层位源解析

    桂和荣李俊陈永青余浩...
    929-940页
    查看更多>>摘要：近年来，岩屑录井在"华北型"煤田底板灰岩层注浆加固工程中发挥了重要作用。然而，现有的岩屑录井仅停留在颜色、颗粒大小及形貌特征等物理指标的识别上，难以精准判层，钻孔设计"顺层率"难以保障，制约着底板灰岩水害区域治理效果。基于石炭纪太原组薄层灰岩及其碎屑岩夹层的元素地球化学差异特点，选取淮北煤田桃园煤矿为研究区，对太原组上段薄层灰岩L1灰～L4 灰地层(注浆治理目的层为L3 灰)垂直钻孔岩心进行取样，利用X射线荧光光谱仪(XRF)定量测定了薄层灰岩及其夹层的主量元素背景值，通过聚类分析、因子分析等数理统计手段建立薄层灰岩主量元素地球化学识别模式;同时对地面定向钻水平分支孔岩屑同样开展主量元素测试，并基于已建立的地球化学识别模式进行岩屑层位源解析以及识别模式验证。结果显示:高CaO丰度、烧失量(LOI)可以作为注浆加固改造目的层L3 灰的特征指标，MgO(0。5%±)、MnO(0。03%±)、P2O5(0。08%±)丰度可作为注浆目的层上覆标志层J3 的识别指标;聚类分析识别模式可有效区分太原组一灰～三灰(L1 灰～L3 灰);以元素因子得分建立的识别模式可以将太原组碎屑岩夹层与薄层灰岩进行有效区分;以岩样地球化学背景值运行判别模型得到的Fisher判别方程对注浆目的层L3灰岩屑来源解析的准确率为 100%。基于上述认识，论证了以确保设计"顺层率"为目标的水平分支孔岩屑地球化学源解析方法应用之可行性，进而提出了一种地面定向钻"顺层率"控制技术方案。本研究基于元素地球化学理论，对地面定向钻岩屑携带的特征地球化学信息进行了目的层层位辨识，在现场快速定量测试技术手段的支持下，可为解决华北型煤田底板灰岩水害区域注浆改造顺层难题提供了新的思路。

    主量元素丰度地球化学识别模式顺层率太原组薄层灰岩底板灰岩水害区域治理

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    煤矿矿井水水质形成及演化的水动力场-水化学场-微生物场耦合作用与数值模拟

    孙亚军熊小锋陈歌徐智敏...
    941-957页
    查看更多>>摘要：煤矿矿井水的水质形成与演化过程机理复杂，受水动力场、水化学场和微生物场等多场作用影响显著。深入研究并揭示煤矿矿井水水质形成机理与演化趋势、阐明采空区封闭后矿井水的多场耦合作用机制是矿井水污染防控与修复的理论基础。以鄂尔多斯盆地某煤矿采空区为水文地质原型，在前期研究的基础上，进一步建立了煤矿采空区积水水位回升、蓄满后水动力-水化学-微生物场(HCB)多场耦合室内相似模拟和数值模型。采空区水动力场研究结果表明基质-裂隙双孔隙模型能有效模拟采空区水位回升过程，模拟误差为 9。9%，其模拟精度远高于理论预测和单孔隙模型。水化学场模拟结果与试验较为吻合，SO42-、HCO3-和pH模拟相对误差分别为 3。0%、21。0%和 6。2%，模拟结果较为可靠。模拟结果显示采空区蓄水过程中水岩反应和微生物作用不明显;而蓄满后水动力几乎停滞，但水化学场和微生物场较为活跃，2号煤和3号煤层中黄铁矿的氧化反应使得SO42-质量浓度提升约 24。6%;后期采空区水环境演化为弱酸性、厌氧还原条件，微生物降解作用凸显，将SO42-质量浓度从高峰值降低了 6。1%。研究结果表明:采空区封闭后矿井水具有一定的"自净"能力。通过调整微生物代谢速率常数，可将SO42-降解比例提高到 61。6%。实际工程场景中可通过补充碳源、人工建立密闭厌氧环境等强化手段实现这一目标。将多场耦合室内试验和数值模拟技术拓展到煤矿采空区积水水质形成与演化规律研究，研究结论可为煤矿区矿井水污染防治提供指导。

    矿井水水质水动力场水化学场微生物场多场耦合

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    煤矿矿井水资源化绿色短流程关键技术与装备

    何绪文王绍州张学伟季晓晴...
    958-966页
    查看更多>>摘要：煤炭是我国重要的工业原料，与我国经济发展关系密切。煤炭开采过程中会产生大量矿井水，是重要的非常规水资源，需妥善处理。然而现有矿井水处理技术普遍存在占地大、流程长、需加药、运行维护复杂和出水水质不稳定等问题，为缩短处理流程、提高处理效率和保证出水水质，亟需研发新的关键技术与装备。采用聚瓷膜直滤技术处理矿井水，通过对膜通量、膜比通量、运行压力和循环流量等条件的对比分析，确定最佳运行参数为:运行压力0。2 MPa，循环流量18 m3/h，处理过程无需加药，出水悬浮物质量浓度稳定<1 mg/L，浊度稳定<1 NTU。采用广泛应用的膜堵塞模型来探讨膜污染机制，膜污染分析结果表明，膜污堵主要以滤饼层污堵为主，并伴随中间污堵，具体表现为膜的表面污染和膜孔的堵塞。通过水力反洗及时清除膜表面污染，最佳反洗时间为 60 s，通量恢复率为 85。12%;通过定时化学清洗清除膜孔污堵，用复配制剂清洗 3h，通量恢复率可达 95%以上。工程案例表明，聚瓷膜直滤可直接取代"混凝沉淀-过滤-超滤"(一代三)，且已连续稳定运行2a，满足设计产水量要求，系统回收率均在90%以上，处理后水质达到GB 3838-2002地表水环境质量Ⅲ类 24种标准限值要求，且自动化程度高，可无人值守，实现了矿井水资源化利用绿色短流程、节能高效和智能化新要求，可为该技术大规模推广应用提供技术参考。

    煤矿矿井水聚瓷膜直滤膜污染资源化

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