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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

    震动载荷多次作用下烟煤孔裂隙结构演化特征试验研究

    马衍坤黄勤豪孔祥国冯俊军...
    1882-1893页
    查看更多>>摘要：煤层开采过程中频繁采掘扰动或远场顶板周期性破断会产生多次的震动载荷，震动载荷对于煤样微观孔裂隙结构和宏观力学行为具有重要影响。为探索震动载荷下煤样孔裂隙结构演化特征，选取烟煤煤样，利用霍普金森压杆(SHPB)试验系统开展了多次震动载荷冲击煤样试验，借助低场核磁共振分析仪测试了每次冲击后煤样T2谱，并通过核磁共振成像(MRI)分析了煤样孔裂隙分布及其损伤演化特征。结果表明，随着震动载荷作用次数增加，煤样峰值应力与动态弹性模量均呈现线性下降趋势，震动载荷冲击效应使得煤样承载和抵抗变形能力显著弱化，因此有必要对煤样孔裂隙演化特征展开深入分析。从T2谱和MRI信息得出，震动载荷初次作用下煤样总体孔隙体积大幅增加，其中吸附孔体积增高达5。0倍，随着震动载荷持续作用，煤样微裂隙开始连通汇聚形成宏观裂纹，使得渗流孔之间连通性大幅提高，煤样总体孔隙率达到峰值，较煤样原始孔隙率提高约6倍。在煤样受震动载荷损伤、破坏的整个过程中，渗流孔的连通性逐渐提高与改善，其分形维数呈线性下降趋势。通过核磁共振成像揭示了震动载荷对煤样孔裂隙作用机制，结果表明煤样中部区域孔隙最先发育并逐步形成微裂隙，在后续震动波反射、拉伸作用下，损伤破坏区域向两侧逐渐演变直至贯通试样。

    震动载荷核磁共振(NMR)能量耗散孔裂隙演化损伤演化机制

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    充填料浆中气泡作用机理及其流变特性演变规律

    杨柳华李金仓尹升华焦华喆...
    1894-1905页
    查看更多>>摘要：充填料浆是由固-液-气三相组成的悬浮体，长期以来有关充填料浆研究重点多是固-液两相的流变特性，而气相因素对于具有复杂流变特性的料浆影响却鲜有报道。气相成分可以显著降低充填浆体的屈服应力、黏度，对于改善管道输送性能、降低管道磨损等方面具有显著优越性。首先，通过控制引气剂(TTAB)掺量调节料浆含气量，并测定充填料浆表面张力、空气体积分数、流变性能等参数，探寻料浆中气泡对其流变性能的影响规律。其次，引入毛细管力(Fcay)、无量纲屈服应力(τref/τy)气泡演变模型来分析料浆内气泡演变特征，以期探明气泡对料浆流变特性的作用机理。结果表明，当充填料浆含气量较低时(＜12。5％)，气相因素对悬浮体料浆流变特性影响甚微，而伴随含气量增加气泡对充填料浆流变特性的影响愈发显著。引气剂作用下气泡表面对料浆内细颗粒体产生斥力，降低了水泥、固废(尾砂)等细颗粒的吸附力，导致料浆屈服应力表现为递减趋势，其流动性呈现增强趋势。基于毛细管力(Fcay)与无量纲屈服应力(τref/τy)理论分析了充填料浆不同含气量下流变特性演变机制，当含气量增加(12。5％～27。7％)，料浆的表面张力、屈服应力降低，气泡挤压变形;高含气量下(接近28。6％)，料浆内气泡极易破裂。另外，气泡滞留充填体内部导致强度劣化，为此就气泡对充填体力学性能影响及其解决措施开展了探索，并提出了3点有效措施。通过揭示气泡对于充填料浆流变特性影响与其演变特征规律，为高泡充填减阻减磨技术发展提供理论支撑。

    流变特性料浆含气量毛细管力无量纲屈服应力气泡演变特征

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    深部开采高温热液侵蚀煤自燃特性

    潘荣锟胡代民贾海林晁江坤...
    1906-1916页
    查看更多>>摘要：深部开采过程中，矿井水温度显著高于浅部煤层，高温热液侵蚀作用影响着煤体物化特征，进而对其自然发火特性产生影响。为研究深部开采热液侵蚀作用下的煤自然发火特性及其影响机制，通过低场核磁共振、分子动力学模拟、力学测试及C600微量热实验，分析了热液侵蚀作用对煤体孔隙度、孔径分布、力学强度、氧化热特征参数的影响规律，并结合相关性分析，定量描述了各个参数间的相关度。研究结果表明:热液侵蚀煤体受热应力和溶胀作用的双重影响，内部孔隙结构发生显著变化，热液温度与煤体总孔隙度之间存在显著正相关关系，相关系数为0。97;随着热液温度的升高，煤体总孔隙度由0。24％增长至1。35％，微孔占比由69％以上降至60％以下，中孔、大孔占比增大;煤体孔隙大小显著影响着氧气的扩散系数，随着煤体孔隙宽度的线性增加，氧气扩散系数呈指数增加;受高温热液侵蚀作用影响，煤体孔隙发育以及部分有机质的溶解显著降低了煤体的力学强度，从原煤到80 ℃热液侵蚀煤体，其抗压强度均值由23 MPa降低至11。6 MPa，降低了 50％;相较于原煤，热液侵蚀煤体的放热强度更高，放热量更大，TH40、TH50、TH60、TH70、TH80放热量分别增加了 12。61％、16。63％、17。32％、19。36％和25。02％，热液温度与煤氧化放热量间相关系数为0。92。高温热液侵蚀作用显著影响着煤的孔隙度及氧化过程，随着热液温度升高，煤体孔隙度增大，力学强度减弱，氧化过程耗氧量及氧化速率加快，放热量增加。高温热液侵蚀煤具有更高的自燃危险性，且热液温度越高，风险越大。

    煤自燃深部开采热液侵蚀孔隙氧化

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    低共熔溶剂抑制煤自燃的机理

    戚绪尧王涛张兰君胡杰...
    1917-1930页
    查看更多>>摘要：化学阻化是防治煤自燃的重要手段之一，提出了一种基于低共熔溶剂(DES)的类离子液体阻化方法。首先，采用加热法制备并筛选了 7种室温低共熔溶剂，分析了不同DES处理后煤样的官能团及热力学特性变化规律，在此基础上采用密度泛函理论分析了 DES中氢键强度对煤理化性质的改性差异，推导了低共熔溶剂的阻化机制及其最佳氢键强度。研究结果表明:DES处理后煤中氢键网络被破坏重排，脂肪烃与芳香烃相对丰度增加了 10％～37％，脂肪族支链结构参数降低了 9。38％～20。65％，含氧官能团(C=O和C—O)相对丰度下降了 22。88％～56。94％，游离的小分子化合物和矿物质被溶出。DES处理后煤的蒸发脱附阶段质量损失和吸氧增重阶段的吸氧量减小，低温氧化阶段和热分解阶段放热量降低，减小幅度分别为8。94％～77。51％和5。40％～26。20％。氢键受体(HBD)作用点位电负性越强，与氢键供体(HBA)形成的DES团簇氢键强度越大。DES中氢键强度与煤中氢键网络破坏程度呈正相关关系，与吸氧增重阶段的吸氧量和低温氧化放热量及矿物质脱除率呈局部相关性。DES通过溶解煤中活性成分削弱煤的低温氧化强度。并通过促进氢键重排，将低热稳定性氢键转换为热稳定性更高的环状氢键四聚体和OH—N氢键，以此提高煤的断键吸热量。但过高的氢键强度将会抑制活性侧链的脱除和溶解，因此抑制煤自燃的低共熔溶剂的最佳氢键强度应控制在69。45～160。00 kJ/mol。

    低共熔溶剂煤自燃量子化学计算氢键

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    抑尘液滴对煤表面动态润湿特征模拟评估方法

    韩方伟彭莹莹张金宜赵月...
    1931-1940页
    查看更多>>摘要：在煤体表面喷洒抑尘液是涉煤工业企业常用抑尘手段，而抑尘液滴撞击煤表面的润湿过程对抑尘效果具有重要意义。为研究抑尘液滴在煤表面动态润湿过程以及进一步评估液滴润湿性能，提出了液滴撞击煤表面过程中动态润湿指标，基于CLSVOF数值模拟法研究了液滴在煤表面动态润湿过程;利用无量纲润湿长度和无量纲润湿面积评价该过程中体现的润湿性能，并得出最大无量纲润湿长度与最大无量纲润湿面积相关理论表达，同时与表面张力的润湿性评估能力进行了比较。结果表明:CLSVOF方法能够较好地模拟液滴在煤表面的撞击以及动态润湿过程，可用来评估液滴对煤的动态润湿能力。液滴滴落在煤表面上，首先展铺为圆盘状，达到最大展铺时，圆盘边缘与中心存在速度差。当速度差较小时，液滴回缩汇聚成为一个液滴;当速度差较大时，液滴出现断裂行为，形成许多微小液滴。液滴粒径越大，断裂行为越早出现、现象越明显。一旦液滴在煤表面发生破裂，无量纲润湿长度与无量纲润湿面积并不是保持着一致性变化趋势，无量纲润湿面积评估能力更佳。液滴粒径相同时，撞击煤表面的韦伯数越大，润湿能力越好;相同速度下增加粒径对液滴润湿能力影响较小。与表面张力相比，无量纲润湿长度和无量纲润湿面积具有更好的液滴润湿性评估能力，体现出在润湿剂评价、优选中的潜在应用价值。

    液滴撞击动态润湿无量纲润湿参数润湿性评估CLSVOF

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    密闭管道内瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸传播特性

    江丙友洪汉苏明清鲁昆仑...
    1941-1951页
    查看更多>>摘要：为了探究密闭管道内瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸的传播特性，在自主研制的瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸试验系统内，从爆炸压力、火焰以及压力-火焰的耦合关系等方面，研究了不同瓦斯体积分数及煤尘质量浓度下瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸的爆炸压力传播特性及火焰传播特性，并利用Fluent数值模拟软件分析了煤尘的卷扬分散特征。结果表明:密闭管道内瓦斯体积分数为10％时的最大爆炸压力整体高于瓦斯体积分数为12％和8％时的最大爆炸压力。当瓦斯体积分数为10％，煤尘质量浓度为250 g/m3时，最大爆炸压力传播规律表现为在瓦斯段先升后降再升，到达煤尘段后持续上升;随着煤尘质量浓度的增加，在瓦斯段则表现为先升后降，在煤尘段依旧持续上升。当瓦斯体积分数为8％和12％时，最大爆炸压力随煤尘质量浓度增加呈上升趋势，而瓦斯体积分数为10％时则呈现下降趋势。密闭管道内火焰锋面到达时间与传播距离呈正相关，瓦斯体积分数为10％时火焰锋面到达各测点的时间短于瓦斯体积分数为12％和8％的传播时间。火焰传播速度随传播距离呈先增大后减小的趋势，当瓦斯体积分数为10％时，火焰传播速度最快。密闭管道内瓦斯爆炸卷扬沉积煤尘爆炸的爆炸压力-时间曲线会出现2次峰值。第1次峰值是由瓦斯爆炸的前驱冲击波产生，当火焰传播至煤尘段后，压力同时开始上升，且压力峰值时刻和火焰峰值时刻耦合，达到第2次压力峰值，随着火焰信号的消失，压力逐渐减小直至反应停止。密闭管道内前驱冲击波与反射波使得煤尘卷扬分散，形成"漩涡状"煤尘云，促进煤粉与爆燃波接触。当煤尘质量浓度一定时，体积分数为10％瓦斯的卷扬程度优于体积分数12％和8％瓦斯;当瓦斯体积分数一定时，煤尘卷扬程度随煤尘质量浓度的增加而递减。

    密闭管道瓦斯爆炸煤尘爆炸煤尘卷扬火焰传播特性压力-火焰耦合

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    超低阻呼吸防护用聚乳酸纳米纤维膜制备及长效过滤性能

    朱金佗梁琛裕朱桂英王存民...
    1952-1963页
    查看更多>>摘要：长期暴露于大气环境中高浓度的细颗粒物(PM2。5)会对人类的长期健康效应产生消极影响，传统空气过滤材料难以兼顾高效、低阻的防护效果，且不可降解，不仅加剧全球塑料污染，还易产生更强的微塑料危害。为此，制备了一种具有空气滑移效应、自供能且可生物降解的纳米纤维膜，以保障长效、低阻呼吸防护。提出两步水热法制备平均粒径49。6 nm、易分散的BaTiO3电介质，同时利用"静电纺丝-静电喷雾"法将BTO纳米颗粒(BTO NPs)原位嵌入PLA纤维膜，利用BTO NPs的摩擦电效应和尺寸效应同步调控纤维膜的过滤效率和空气阻力。通过控制喷雾悬浮液中BTO NPs的浓度，探讨其与PLA/BTO纤维膜电活性、过滤性能和力学性能之间的关系。微观表征和性能测试结果表明:PLA/BTO纤维膜具有优异的电活性、过滤性能及力学性能。PLA/BTO纤维膜表面电势可高达5。9 kV，介电常数达1。20 F/m，平均输出电压高达12。4 V;得益于增强的空气分子滑移效应和电活性，PLA/BTO 10纤维膜在显著降低空气阻力(低至20 Pa)的同时，对PM0。3过滤效率提升了 7。78％～9。05％，对PM2。5过滤效率提升了 2。90％～13。19％，即使在85 L/min高测试流量下仍能保证高达97。25％的PM2。5过滤效率;同时，PLA/BTO纤维膜拉伸强度增幅高达60％(拉伸强度22。5 MPa)，断裂伸长率增幅高达68％(断裂伸长率25％)，而断裂韧性最高可提升1。3倍(断裂韧性3。6MJ/m3)。因此，提出的兼具长效、低阻过滤且可降解纤维膜在呼吸防护领域具有广阔的应用前景，也为缓解废弃口罩加剧的塑料污染现状提供了 一种新思路。

    可降解自供能电活性过滤性能空气阻力

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    矿井煤岩界面节点式雷达快速动态探测系统及实验研究

    许献磊陈令洲彭苏萍梁鹏...
    1964-1975页
    查看更多>>摘要：煤岩界面识别技术是煤矿智能化开采的关键技术之一。基于高频雷达波探测技术可实现煤岩界面的随采高精度探测，但仍存在矿井超大采高(≥6m)片帮垮落带来设备的安全风险及采高突变(采高≤2 m)时空间限制设备通过的问题。在前期工作基础上提出了 一种矿井煤岩界面节点式雷达快速动态探测系统并进行了煤岩界面探测实验研究，主要内容包括:①阐述矿井节点式雷达观测系统原理，根据矿井工作面实际环境设计煤岩界面识别观测系统方案及雷达传感单元安装方式;②研究并提出节点式采集控制系统和信息交互传输设计方案，实现数据动态采集控制及存储;③针对节点式采集方式及煤岩界面雷达反射回波特征，研究提出了节点探测数据增强处理方法、煤岩界面识别算法，可有效的实现煤岩界面智能识别与追踪、煤层厚度及空间坐标解算。为验证该方法的可行性，采用多个中心频率为1。5 GHz的探地雷达传感单元进行物理模型验证实验，并对节点式数据采集和连续数据采集结果进行了对比分析，实验结果表明:节点式采集方法与连续采集方法均可有效识别出煤岩界面，与连续采集方法相比，本文提出的节点式探测方法可实现数据的快速动态重复性采集，单次采集时长控制在10s以内，煤层厚度探测结果平均误差为1。07cm，最大误差为1。47cm，平均误差百分比为7。64％。本方法为矿井智能化开采中煤岩界面的动态高精度探测提供技术支撑。

    煤岩识别探地雷达节点式雷达观测系统误差分析

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    矿井瞬变电磁透视探测技术响应特征研究与应用

    李毛飞姜志海刘树才童雪瑞...
    1976-1988页
    查看更多>>摘要：针对大采长/超宽工作面内部隐蔽地质异构体常规地球物理探测难的问题，揭示了对侧发射接收的瞬变电磁透视探测电磁响应机制。采用理论研究、数值模拟和实测数据分析相结合的研究方式，对瞬变电磁透视探测技术电磁场扩散特征、数据影响机制以及探测能力进行了详细研究，研究结果表明:受地空边界的影响，全空间长条形发射回线瞬态电磁场扩散与半空间电磁场扩散不同，全空间状态下感应电动势极值长期位于发射线圈中心位置，无法直接沿用地面"烟圈效应"进行处理解释;对侧发射接收的瞬变电磁透视早期数据主要受一次磁场的影响，具有较高的左右低阻异常分辨能力和探测能力，晚期数据与同侧发射接收数据产生机制相同，为发射线圈附近产生的二次场相互感应扩散形成，其分辨能力和探测能力相对较弱;相较于同侧发射接收的瞬变电磁法，对侧发射接收的瞬变电磁透视技术结合早晚期数据，可以很好的区分低阻异常体相对于发射线圈和接收点的空间位置;低阻异常体越靠近发射线圈，对侧接收的早期数据受到的影响越大，晚期数据影响时间段有所增加，但影响程度越小，越靠近接收点所在巷道，其影响特征相反，以此可以粗略判断低阻异常体沿工作面切向的位置。早晚期数据相结合的瞬变电磁透视探测技术，能更加精细地解译工作面内部及附近隐蔽突水地质异构体的空间信息。

    瞬变电磁透视大采长工作面一次磁场感应磁场水害防治

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    煤储层酸化氧化试剂体系优选及增产效果评价

    石军太范倩雯曹运兴徐凤银...
    1989-2003页
    查看更多>>摘要：我国煤层气资源丰富，但煤储层多为低渗致密储层，单井产量和采出率普遍较低，现有的技术手段难以支撑我国煤层气产业的快速发展，需要探索提高单井产量和采出率的手段。除了水力压裂、裸眼洞穴完井的物理改造方式，采用化学法改造原始煤储层物性也是近年研究的热点。煤储层酸化氧化技术可以避免物理增产方式造成的储层伤害，并可以促进解吸并改善渗流能力，但对于不同煤阶煤储层，适宜不同煤阶煤储层的酸化氧化试剂需要优化，以及其酸化氧化的作用效果需要评价。通过室内实验，对比分析了保德、沐爱、新疆区块煤样物性特征，包括煤阶、煤体结构、煤的宏观特征、煤质特征、孔渗参数、元素分析、矿物组成方面的区别;通过煤粉酸液前置溶蚀实验，优选出了盐酸最佳浓度，并通过Design-Expert软件设计并开展了五因素三水平的酸液优选正交实验，找出了影响溶蚀效果的敏感因素，优选出了最优的氧化剂类型，并对保德、沐爱、新疆区块煤样，分别优选出了适用于各区块煤储层的酸化氧化试剂体系;应用优选出的各区块酸化氧化试剂体系，对保德、沐爱、新疆区块煤样，分别对比分析了酸化氧化前后的孔隙度、渗透率和润湿性;最后基于沐爱区块一个典型井组，通过数值模拟预测了酸化氧化改造后的产气效果。实验表明:盐酸浓度在3～4 mol/L内，酸液溶蚀效果最好;5个实验因素的影响效果从大到小依次是浸泡时间、酸液种类、浸泡温度、煤样种类、酸液浓度;最优的氧化剂为质量分数3％的过氧化氢溶液;保德区块混合酸化氧化剂 配方为10％HCl+2％CH3COOH+2％HF+3％H2O2，沐爱区块的最佳混合酸化氧化剂配方为8％HCl+2％CH3COOH+4％HF+3％H2O2，新疆区块的最佳混合酸化氧化剂配方为12％HCl+1％CH3COOH+1％HF+3％H2O2，煤阶越高，最优酸化氧化试剂体系中HF含量越高。酸化和氧化对煤样的孔隙度和渗透率有提升作用，2者增大规律一致，低阶煤提升效果优于高阶煤。酸化作用使煤的亲水性增强，而氧化作用使煤的亲水性大幅减弱，经优选的酸化氧化体系处理的煤样亲水性减弱。数值模拟预测表明酸化氧化方案生产10 a达到废弃条件时采出率达到了 64。64％，与同一时间未进行酸化氧化方案的采出程度相比增加19。72％，增产效果显著;与未进行酸化氧化方案生产18 a达到废弃条件时采出率相比增加0。97％，但酸化氧化措施节省了 8a生产时间达到最终采出率，降低了矿场运营成本。优选出的适宜于低、中、高不同煤阶煤层气藏的酸化氧化体系，改善了目标煤储层的解吸和渗流能力，提高了单井产量和采出率。

    煤层气储层改造酸化氧化溶蚀采出率

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