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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

    西北干旱露天煤矿排土场土壤重构与水盐运移机制

    张凯李晓楠暴凯凯姜凯升...
    1556-1569页
    查看更多>>摘要：矿山排土场生态修复是煤矿露天开采面临的重大环境问题，是制约建设绿色露天煤矿的重要因素。土壤重构是排土场生态修复的重要步骤，以新疆为代表的西北煤炭基地，水资源短缺，盐碱化突出，土壤水盐运移是决定土壤重构是否成功的关键指标。目前研究集中在表层土壤重构改善土壤养分促进植物生长，针对保水控盐的功能化土壤重构的研究甚少，对不同土壤重构方式下的水盐运移机制尚不明晰。研究立足新疆煤炭资源禀赋特征，从煤炭循环经济的角度出发，采用能源化工副产物煤气化渣(CGS)作为重构材料，通过毛细水上升-蒸发试验，分析CGS重构后水盐垂向运移和水分供给能力，通过Van Genuchten模型拟合土壤水分特征曲线，分析CGS重构后土壤持水能力，研究CGS作为含水层重构材料的可行性。采用煤矿开采伴生岩石矿物红泥岩作为重构材料，通过土柱入渗蒸发试验，分析红泥岩重构后不同土壤深度的水盐变化情况，研究泥岩作为隔水层重构材料的可行性。结果表明，CGS重构改善土壤质地，优化孔隙结构，促进了土壤水盐运移，毛细作用增强，促进了下层水分向上供给，同时也增加了盐分表聚，重构改变土水特征曲线参数，增加了饱和含水量θs，降低了参数a和n，改善了土壤持水性能。CGS添加量越高，细渣质量分数越大，效果越明显。CGS作为重构含水层材料具有可行性。红泥岩黏粒和次生矿物含量高，孔隙结构丰富，物理吸附性良好，重构后0～24cm深度下土壤含水率高于对照组，蒸发后的盐分在20～24 cm达最高值，红泥岩有效阻隔了盐分上移。红泥岩作为重构隔水层材料具有可行性。研究以期探索出一条适合西部煤炭基地排土场土壤重构模式。

    土壤重构水盐运移煤气化渣红泥岩毛细水上升

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    沙柳木粉基高效吸附材料对煤矿废水中Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)作用特性及机理

    周刚栾国梁李帅龙陈冠双...
    1570-1582页
    查看更多>>摘要：针对煤矿酸性废水中含有较高质量浓度铁离子和锰离子的问题，以沙柳木粉为主要原料，遵循农林废弃物提取再利用原则，经过NaOH、Na2SO3等溶液处理后获得脱木素木粉(DWF)，通过微波辅助-原位合成的手段，制备了 一种针对煤矿废水中Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的吸附剂(AA-DWF-PAM)。借助扫描电子显微镜(SEM)、N2吸附-脱附、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和红外热重联用(TG-FTIR)对产物的微观结构、反应机理、热稳定性进行了分析，探讨了 AA-DWF-PAM的最佳吸附条件、吸附动力学、吸附等温线，研究了 AA-DWF-PAM对Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的吸附特性和吸附机理。表征实验结果表明:AA-DWF-PAM整体存在较多孔洞并呈现网状结构，且比表面积(BET)为150。83 m2/g，说明改性后的吸附剂具有较大的比表面积，能够为Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)吸附提供较多位点和空间;此外，AA-DWF-PAM热解气态产物主要有H2O、CO2以及少量CO，裂解温度较高，其结构稳定性较强。吸附特性实验研究表明:AA-DWF-PAM用量为4g/L、溶液pH=4、吸附时间达到200 min，以及Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)初始质量浓度为100 mg/L和80 mg/L时，为AA-DWF-PAM的最佳吸附条件;经过计算得知，AA-DWF-PAM更接近于伪二级动力学假设，吸附主要控制过程为化学过程，且吸附过程更符合Langmuir方程的单层分子吸附，Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)的理论最大吸附量分别为192。29 mg/g和123。65 mg/g;通过Materials Studio对吸附过程进行分子模拟和量子化学计算得知，吸附过程中—NH2、—COOH以及—OH官能团起到静电吸附作用。因此，合理利用农林废弃物，为煤矿酸性废水治理提供了新途径，开发的AA-DWF-PAM吸附剂，能够有效处理煤矿酸性废水中的铁锰离子。

    废弃物沙柳木粉酸性废水吸附剂分子动力学

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    宁夏回族自治区碳捕集、利用与封存源汇匹配与集群部署

    刘世奇莫航桑树勋刘统...
    1583-1596页
    查看更多>>摘要："双碳"(碳达峰、碳中和)战略背景下，碳捕集、利用与封存技术(CCUS)是实现化石能源大规模低碳化利用的关键技术之一。近年，CCUS技术呈现出规模化和集群化发展趋势，而科学、合理的源汇匹配是CCUS集群部署工程选址的重要依据，能够建立高效CO2输运管网、降低减排成本。宁夏是国家能源安全战略布局的重要保障基地，能源结构偏煤、工业结构偏重特征明显，面临着巨大的碳减排压力。针对宁夏CCUS集群部署的源汇匹配问题，调研评估了宁夏工业碳排放源特征和地质碳汇潜力，构建了 CCUS源汇匹配模型，在充分考虑源汇性质、捕集-输运-封存成本、CO2运输距离、区域地理条件、土地利用类型、人口密度等因素基础上，应用改进的节约里程法和基于地理信息系统(GIS)的最低成本路径优化法，结合ArcGIS平台和优化求解软件，获得了宁夏CCUS源汇匹配优化和应用方案，并提出宁夏CCUS集群部署建议。结果表明，截止2021年，宁夏工业碳排放源107个，碳排放总量2。26亿t/a，以化工(含自备电厂)和电力行业碳排放为主。宁夏主要封存地质体包括深部咸水层、深部不可开采煤层和油气藏，CO2理论地质封存容量151。55亿t，以深部咸水层封存潜力最大。宁夏CCUS源汇匹配效果较好，在源汇直接相连的情况下，区内年排放量10万t以上的大型工业排放源CCUS集群部署(30 a规划期)总成本约2。45万亿元，并以捕集成本为主，占比83。65％，单位减排成本402。32元/t，共需建设CO2运输管道2 459 km;改进的节约里程法和基于GIS的最低成本路径优化法可大幅降低CCUS集群部署成本，优化后CCUS单位减排成本降至381。76元/t，节约管道建设里程938 km。宁夏应聚焦电力、化工等"两高"(高耗能、高排放)行业，在以宁东能源化工基地为重点的北部、东部地区超前应用CCUS技术，打造宁东能源化工基地、银川—吴忠、石嘴山、中卫和固原5个CCUS特色集群，构建宁夏特色的工程化CCUS全流程技术模式。

    碳捕集、利用与封存源汇匹配管网优化CCUS集群部署宁夏

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    绿色矿山建设碳源/汇与减排增汇研究进展

    王金满杨曼刘彪朱秋萍...
    1597-1610页
    查看更多>>摘要：为应对长期以来矿业开采导致的环境问题，绿色矿山理念及配套政策逐步发展。碳达峰碳中和目标导向下，绿色矿山倡导低碳化生产、生态开采等新的发展要求。为探究新时期绿色矿山建设在节能减排目标下的重要方向和关键问题，助力碳中和目标与绿色矿山建设的协同发展，该研究以绿色矿山、碳源/汇与减排增汇为关键词开展文献计量分析，总结"双碳"目标下绿色矿山建设内涵与要求，分析绿色矿山建设背景下碳源/汇与减排增汇研究进展，梳理矿区碳源与碳汇核算方法，探究绿色矿山减排增汇策略。得出:绿色矿山在理论与应用方面均具有较为丰富的研究及实践成果，具有良好基础以面对新的发展挑战;绿色矿山现存管理方案与考评体系成果完整，整体偏定性和基础推荐性要求;矿山碳足迹核算中，基于生命周期理念、采用排放因子法的核算模式已较为成熟，但在生命周期划分与核算因子选取过程中仍需慎重，注意加强因子的本地化选取;针对减排增汇目标，绿色矿山在策略上需重视能源与技术视角。在"双碳"目标下，当前绿色矿山相关验收标准在减排方面的关注度有待增强，指标体系的定量化程度与执行力有待提高;煤炭矿山的碳足迹核算与减排潜力分析是未来绿色矿山研究的重点之一;矿山减排研究中，由复垦产生的碳源与碳汇核算及矿山全生命周期的减排方案设计需得到更多关注。

    碳达峰与碳中和绿色矿山碳足迹碳源碳汇

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    压滤过程中煤泥滤饼结构演化规律及组合药剂优化机理

    马晓敏孙筱淞董宪姝樊玉萍...
    1611-1624页
    查看更多>>摘要：煤泥滤饼结构对脱水效果有重要影响，采用自制加压脱水装置及CT扫描等方法研究了压滤脱水过程中滤饼结构特性及其演化规律。将压滤过程修正为4个阶段，其中滤饼脱水阶段主要脱去滤饼内部水分，此阶段滤饼孔隙结构越发达则压滤脱水效果越好;滤饼压缩阶段主要对滤饼进行最后压缩，此阶段滤饼可压缩性越高，滤饼最终的孔隙率和含水量就越低。并采用聚合硫酸铁(PFS)和α-半水石膏(α-HH)对煤泥进行助滤实验。从煤泥颗粒絮团结构、滤饼物相组成、滤饼三维结构等多方面分析了助滤机理。结果表明:PFS和α-HH联合使用显著提升了煤泥的过滤效果，通过中心组合设计(CCD)，确定了 2者最佳药剂量为1711。44g/t和48。33mg/g。在最佳条件下，滤饼含水量降低至16。97％，过滤速度提高至145。89 mL/(s·m2)。α-HH的加入使滤液Zeta电位的绝对值降低到1。45 mV，从而降低了煤泥颗粒之间的静电排斥力，增强了 PFS的絮凝效果，使絮状物的弦长增加到71～171 μm。同时在PFS体系中，α-HH的水化反应被加速，形成大量二水石膏晶体，在煤泥絮体中形成交织的骨架，发挥了骨架构建体的作用，使煤泥压滤脱水指数(ICD)提升至176。30，增强了滤饼强度，使压滤过程中煤泥滤饼孔隙率从12。14％提高到14。39％，提高了煤泥滤饼的孔隙配位数及连通性从而提高了过滤效果。

    煤泥脱水滤饼结构压滤过程CT骨架构建体

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    流场涡旋中颗粒碰撞黏附机制的CFD-DEM(XDLVO)模拟

    林喆吴亚红郭语妍秦志宏...
    1625-1635页
    查看更多>>摘要：混凝装备中流场的涡旋特征是影响煤泥水等微细颗粒絮凝效果的关键因素之一。为解析流场涡旋影响颗粒混凝碰撞与黏附机制，以圆柱绕流产生的涡街为代表性涡旋流场，采用CFD方法模拟了流速和圆柱直径对流场涡旋强度和尺度的影响;引入XDLVO理论辅助描述离散元方法中颗粒间的相互作用力，对粒径为25～100 μm颗粒在上述流场中的碰撞与黏附过程进行CFD-DEM模拟，并试验验证。结果表明，在流速0。06～0。12 m/s、圆柱直径2～6 mm、雷诺数为120～720条件下，圆柱绕流场中的涡旋半径(r)与圆柱直径(D)的关系近似为r=0。133 3D+0。4214，与流速无显著相关性;涡旋中心的最大涡量与流速成正比，涡旋强度与圆柱直径的2次方正相关。CFD-DEM(XDLVO)模拟方法获得的黏附聚集体的特征参数与试验结果吻合较好，说明其可较准确地描述圆柱绕流场中颗粒的碰撞与黏附过程。对流场涡旋分布特征和聚集体在流场分区中分布特征的分析表明，流场中的涡旋通过惯性离心力使颗粒远离涡旋中心向涡旋周边的黏性剪切区富集，在改变颗粒运动方向的同时，增加了颗粒在黏性区的局部浓度，从而提高了颗粒的碰撞概率，有效促进了颗粒的黏附并大。当涡旋尺度为物料粒径的10倍左右时最有利于颗粒的碰撞黏附，因此可根据应用场景的物料粒度来优化设计绕流圆柱直径，使其达到最好的黏附效果。

    碰撞黏附XDLVOCFD-DEM圆柱绕流涡旋

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    煤炭地下气化注气方式与能量回收效率

    苏发强代孟佳何小龙杨君楠...
    1636-1646页
    查看更多>>摘要：研究不同注气方式煤炭地下气化(UCG)能量回收情况，有利于发展更高效的UCG工艺。设计并实施了固定和移动注气点UCG模型实验，基于化学计量学和碳平衡法计算了气化煤耗总量及速率，对比分析了2种注气工艺对煤气组成和热值的影响。在此基础上，分析了不同注气方式下煤气产量和有效气体组成的变化，评价了2种注气工艺实验的能量回收效率。结果表明，固定注气点实验中提高O2净注入流量可改善煤气热值衰减的现象，但随着气化空腔的扩大，提高O2净注入流量对气化反应的促进作用逐渐降低;分3次提高O2净注入流量，煤气热值分别提高2。01、1。27和1。10MJ/Nm3，气化效率(煤气的热值与碳的燃烧热之比)分别提高14。64％、9。45％和7。73％。移动注气点位置，可实现煤气热值和气化效率的短时间快速回升，分4次移动注气点位置，每次移动距离为300mm，煤气热值分别提高2。95、3。32、3。37和2。54 MJ/Nm3，气化效率分别提高17。99％、21。04％、27。88％和13。92％。2种注气工艺实验分别气化了 72。49 kg和91。47 kg的煤，平均煤耗速率分别为0。97和1。27kg/h，气化效率和煤耗速率呈同步突变，这一现象在改变气化剂注入条件和移动注气点位置后更为明显，表明气化效率与煤耗速率具有一定关系。相比固定注气点实验，移动注气点位置可有效改善气化效果，相同的气化剂注入条件下，有效气体组分和气化效率分别提高12。5％和23。23％。

    煤炭地下气化能量回收固定注气点移动注气点气化效率

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    Ca2Fe2O5催化剂对半焦基DC-SOFC性能的影响

    刘国阳周安宁刘倩王俊哲...
    1647-1656页
    查看更多>>摘要：半焦与CO2的气化反应速率是影响半焦燃料基DC-SOFC电池性能的关键。为提高半焦的CO2气化反应性，采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了具有钙钛矿结构的Ca2Fe2O5催化剂，用SEM、XRD、XPS、低温氮气吸脱附等分析手段研究了 Ca2Fe2O5催化剂的形貌和结构，采用热重分析实验研究Ca2Fe2O5催化剂对半焦燃料的CO2气化反应催化活性;在Ag-GDC|YSZ|GDC-Ag电解质支撑电池系统上，研究了添加Ca2Fe2O5催化剂对半焦燃料基DC-SOFC输出性能的影响。结果表明，随着催化剂焙烧温度的提高，Ca2Fe2O5催化剂晶粒尺寸逐渐增大、比表面积降低，750 ℃焙烧的催化剂具有良好的分散性、颗粒尺寸约为0。1μm，在半焦的CO2气化反应中催化作用最好;相较于CaO和Fe2O3，Ca2Fe2O5催化剂结构中吸附氧浓度更高，在半焦的CO2气化反应中表现出更为优异的催化活性;Ca2Fe2O5催化剂的循环稳定性取决于催化剂结构的热稳定性，其循环使用时活性降低主要归因于半焦燃料中无机灰分的包裹。催化剂对DC-SOFC输出性能影响表明，当半焦中添加10％的Ca2Fe2O5催化剂时，电池的峰值功率密度从15。3 mW/cm2增大到23。7 mW/cm2;EIS分析表明阳极传质阻力是影响DC-SOFC输出性能和燃料利用率的主要因素，降低灰分、催化剂累积带来的传质阻力可有效提高电池寿命和燃料利用率。

    直接碳固体氧化物燃料电池钙钛矿催化剂C-CO2气化反应

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    磁性煤基复合催化剂/H2O2类芬顿体系高效降解喹啉

    梁华根王安虎王圣程若霖...
    1657-1668页
    查看更多>>摘要：为实现煤炭资源利用最大化和煤化工废水中喹啉的高效去除，以煤化程度最低的褐煤为原料，经过酸洗和采用聚乙烯吡咯烷酮进行表面修饰，再通过负载普鲁士蓝类似物(CoFe-PBA)和高温煅烧，制备了 CoFe@Coal-C复合材料，用作非均相类芬顿反应催化剂，展现出优异的喹啉降解性能。结果表明，CoFe@Coal-C具有适当的比表面积和孔隙结构，为活性物种提供了传输通道，有利于电子扩散和相互作用。同时，CoFe@Coal-C还表现出典型的超顺磁特性，有利于从水溶液中分离和循环利用。考察了催化剂投加量、初始喹啉质量浓度、溶液pH、及水中共存物质对喹啉降解效率的影响，结果表明，在仅有H2O2存在和仅有催化剂存在的情况下，喹啉的去除率几乎可忽略不计，表明活性氧物种是导致喹啉质量浓度降低的主要因素，而催化剂是催化H2O2产生强氧化性活性氧物种的必要条件。在有H2O2存在、初始喹啉质量浓度为10。0 mg/L、催化剂投加量为0。6 g/L、pH为7的条件下，反应30 min后，CoFe@Coal-C复合材料对喹啉的降解效率达到99。2％。此外，相比纯CoFe合金和纯Coal-C，CoFe@Coal-C对喹啉的降解速率常数分别提高了 1个和3个数量级，表明CoFe合金和Coal-C的协同作用是提高催化剂活性的关键。Cl-、HCO3-、SO42-和H2PO4-等共存阴离子，以及初始pH对CoFe@Coal-C/H2O2催化喹啉降解的性能几乎没有影响。自由基淬灭实验和电子顺磁共振光谱表明。OH是主要活性物种，通过高效液相色谱-质谱联用仪检测了喹啉降解的中间产物，并推测了喹啉降解的可能路径。研究表明磁性CoFe@Coal-C催化材料对洗煤废水中喹啉等有机污染物的去除非常高效，具有广阔的应用前景，为洗煤废水的高效治理和资源循环利用提供科学依据。

    褐煤喹啉类芬顿反应降解磁性材料

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    全清洁能源下的高品质矿区能源系统配置优化方法

    梁睿李嘉翔巩敦卫黄宏旭...
    1669-1679页
    查看更多>>摘要：面向"30·60"双碳目标，矿区能源利用方式的绿色、经济、高效转型成为我国能源革命的迫切需求。西部矿区拥有丰富的可再生能源资源禀赋，但仍面临着可再生能源就地消纳困难，电力设备投资成本高、利用率低以及外送输电通道有限的困难。为提升矿区用能清洁化程度，提升矿区能源供给的稳定性与可靠性，增强矿区对外部电网的支撑能力，提出全清洁能源下的高品质矿区能源系统(High-quality Coal Mine Energy System，HCMES)及其配置优化方法。首先，考虑西部矿山综合能源系统的负荷特点与伴生能源利用，结合可再生能源发电与废弃矿井抽水蓄能，构建全清洁能源下的HCMES架构。其次，考虑到矿区生产全流程负荷的需求响应能力，考虑系统的能量平衡约束，提出全清洁能源下的高品质矿区能源系统优化配置模型。最后，以系统年平均综合成本最小化为目标，将原问题转化为混合整数线性规划模型，求解生成高品质矿区能源系统优化配置方案。以我国西部某年产煤量1200万t的矿区实际数据为实例，验证所提模型与方法的有效性，并分析可再生能源出力与生产负荷需求不确定性对系统优化配置结果的影响。算例仿真设置了 4种矿区能源系统配置方式:不配置储能、配置抽水蓄能、配置电化学储能、配置抽水蓄能(不外购电能)。结果表明，所提出的HCMES相较于其他配置方式可减少电气一次设备投资11。11％，相较于方式3可降低年平均综合成本7。91％，且最多可减少矿区生产用能总二氧化碳排放量91。17％。

    全清洁能源伴生能源利用废弃矿井抽水蓄能矿山综合能源配置优化

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