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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
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    对旋轴流通风机叶轮内不可逆能量损失机理

    陈永平刘荣华陈世强吴世先...
    2728-2740页
    查看更多>>摘要：随着节能降耗成为当今世界的迫切需要，提高通风机能量转换效率越来越受到重视，已成为通风领域内关键问题。掌握叶轮内不可逆能量损失演化机制是实现能量高效转化的前提与基础，但目前尚缺乏针对叶轮内不可逆能量损失机理方面的研究。为此，以对旋轴流通风机为研究对象，采用数值模拟和实验方法获得了不同流量工况下通风机内部流场。基于熵产理论，建立了通风机叶轮内不可逆能量损失理论模型，明确了叶轮内不可逆能量损失与空间流场参数的内在关系，实现了叶轮内不同类型能量损失的定量分析，结合叶轮内流动特征，明确了能量损失空间演化规律和产生原因。研究结果表明，熵产方法计算叶轮内不可逆能量损失是可靠的，直接黏性耗散损失和壁面摩擦损失是能量损失的重要组成部分，而湍流耗散则是引起能量损失的主要原因，达到总能量损失的 60%～80%;对于前级叶轮，湍流耗散引起的能量损失在 1。0QBEP流量工况(QBEP为最优工况流量)达到最小，而后级叶轮能量损失随流量的降低而增大。能量损失主要集中在Span=0。6～1。0(Span为叶展方向轮毂至机壳的无量纲距离)区域，在 1。0QBEP工况达到总能量损失的 70%;叶顶间隙泄漏流和叶片前缘溢流引起的螺旋旋涡、叶轮内回流、叶片压力面和吸力面流动分离以及叶片后缘尾迹都将导致能量损失产生，其中流动分离和尾迹引起的高能量损失区域较小，能量损失相对有限，而旋涡和回流显著影响叶轮内流体流动，最终导致叶顶附近区域出现大量能量损失。

    对旋轴流通风机叶轮不可逆能量损失熵产理论流动特征

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    基于体积应变的煤体渗透率模型及影响参数分析

    王伟余金昊方志明李小春...
    2741-2756页
    查看更多>>摘要：为研究瓦斯压力变化过程中渗透率演化规律，基于煤体代表性单元体(REV)细观尺度参数与体积应变关联特征推导了 4种不同形式渗透率模型。利用实验数据对模型进行了可靠性验证，分析了有效应力引起的应变和吸附应变的变化规律，并与经典渗透率模型(P-M模型、S-D模型、CONNELL模型)进行对比验证。讨论了模型参数的敏感性，明确了REV细观尺度参数与裂隙率、渗透率的相关关系，并分析了吸附应变系数影响机理，进而对国内主要矿井渗透率极值压力进行了研究。结果表明:基于REV体积应变与REV裂隙体积应变的 4种渗透率模型，其REV体积应变与REV裂隙体积应变线性相关，相关系数为初始裂隙率;体积模量与吸附应变系数分别控制有效应力和吸附应变对渗透率的影响;恒定围压、恒定孔压、恒定差压 3种实验条件下，相比经典渗透率模型，4种渗透率模型对实验数据都有较好的匹配效果，但双参数拟合(体积模量与吸附应变系数)相比单参数拟合(吸附应变系数)，参数的拟合误差较大，由参数敏感性分析可知，当参数变化时(<10%)渗透率预测结果相比真实值也有较大偏差;以沁水盆地为例，计算的煤体REV细观尺度参数a0、b0 范围分别为 1。73～46。31 μm和 0。06～0。49 μm;恒定围压与恒定差压条件下，吸附应变系数与差压大小、气体类型及初始裂隙率有关;国内主要矿井CO2 极值压力在 0。94～5。33 MPa，CH4 极值压力在1。06～6。94 MPa。

    渗透率表征单元体多实验条件模型参数敏感性吸附应变系数

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    高精度位场边界识别方法及在煤矿火烧区边界解释的应用

    李健威薛生侯彦威李雄伟...
    2757-2768页
    查看更多>>摘要：场源边界识别是位场数据解释必不可少的任务，早先人们使用数据的分布特征来获取场源的边界信息，难以在较强的背景异常条件下识别弱异常，为此使用基于一定窗口尺寸的自动控制滤波器来识别场源的分布，然而这种方法的结果对于窗口尺寸有较大的依赖，且对于复杂异常难以良好应用。近几年，人们主要采用位场数据导数的特征点反映场源边界信息的特征，然后利用成像结果与边界的对应关系来识别场源体的水平边界。其中，磁异常水平导数的极值、垂直导数的零值与地质体边界相对应，现有边界识别方法主要采用一阶水平和垂直导数的比值所组成的均衡边界识别滤波器来完成地质体位置的圈定，但方法分辨率和泛用性较低。基于此，提出将基于不同阶导数比值的边界检测滤波器与多尺度无监督深度学习相结合，利用不同阶导数比值来获得更高分辨率的边缘成像结果，同时建立Deep Image Prior(DIP)与Generative Adversarial Network-None Local(GAN-NL)网络相结合的多尺度无监督深度学习，根据边缘成像结果的极值来获取源水平位置。利用多尺度DIP网络来识别源位置，在DIP网络中加入自注意机制神经网络增强其学习能力，可以在不需要大量数据标签的情况下去除噪声，利用GAN-NL网络对极值点进行分类，给出极值点的位置信息。与其他边缘检测滤波器比较的结果表明:所开发的边界识别方法具有更高的分辨能力，其能够更精确、更清晰地显示场源的边缘，相对常规方法精度提升 15%左右。多尺度无监督深度学习可以根据边缘成像结果自动给出源边缘，且结果与真实边缘一致，具有良好的泛用性。通常情况下，煤层与围岩之间不存在明显的磁性差异。而煤层自燃时，高温使煤层顶板地层中的黄铁矿、菱铁矿等结核体受热变质，形成含铁磁性矿物的烧成岩。温度降低后，保留了强烈的热剩余物，磁化强度比燃烧前高几十倍，因此煤矿燃烧区存在明显的磁异常。这一特性为利用磁测法圈定燃烧区域边界提供了物理前提。针对山东某矿煤田燃烧区开展磁法勘探来查明其分布，将所开发的边界识别方法用于获取火烧区的分布范围，后期打钻验证结果准确率85%。

    位场边界识别多尺度无监督神经网络煤矿火烧区

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    西部矿区地下水系统水化学过程及其采动激发效应

    梅傲霜曾一凡武强刘志超...
    2769-2784页
    查看更多>>摘要：煤炭资源开采会破坏含水层结构，扰动地下水系统，产生新的水循环模式。作为煤炭保供生产重心的西部矿区，高强度、规模化的开采加剧了这一扰动，使水岩作用等水化学过程更加剧烈。其背后所蕴含的地下水系统水化学的煤矿开采激发效应，是关系到煤矿安全开采预测预报精度，以及绿色开采地下水环境保护的关键科学问题。鉴于此，以西部榆神矿区曹家滩煤矿为研究实例，利用水文地球化学的原理和方法，从"是什么"、"为什么"和"怎么变"的角度，开展激发效应结果、激发效应过程以及水化学演化趋势 3个方面系统性的研究。结果发现:研究区的地下水可以被分为 5个聚类，聚类 1代表煤矿开采后井田西翼第四系与风化基岩含水层为主的浅层地下水，聚类 2代表开采前后地下水的混合，聚类 3代表开采前的地下水，聚类 4和聚类 5主要代表开采后的延安组地下水;煤矿开采后，直罗组、延安组第 4段和第 5段含水层水样中HCO3-Ca和HCO3-Mg占比上升，井田西翼开采后的浅层地下水水质整体最优，各含水层水质有向好演变的趋势且对煤矿开采的响应不敏感;研究区地下水整体受控于阳离子交替吸附作用，煤矿开采前延安组第 4段及以上含水层地下水受控于碳酸盐岩和硅酸盐岩的溶解作用;煤矿开采后的井田西翼浅层地下水受控于碳酸盐岩的溶解作用，直罗组、延安组第 4段和第 5段含水层地下水主要受控于硅酸盐岩的溶解和FeS2 的氧化作用，延安组第 1～3段含水层地下水主要受控于蒸发盐的溶解作用;煤矿开采加速了地下水的循环速度、加强了含水层间的水力联系，由此产生的稀释作用与矿井水处理后综合利用的措施是延安组第 4段及以上各含水层水化学特征和水质演化的原因;未来应当继续做好矿井水处理后综合利用的工作，并注意直罗组和延安组第 5段地下水特征有向浅层地下水演变的趋势，避免今后的涌水水源结果产生误判。

    地下水水化学自组织映射神经网络(SOM)熵权水质指数(EWQI)矿山复杂地下水系统榆神矿区侏罗纪煤田

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    我国煤矿固、液、气"三废"地质封存研究现状与生态环境协同发展的关系

    赵康伍俊马超朱开成...
    2785-2798页
    查看更多>>摘要：我国是世界上受煤矿"三废"(固、液、气)环境污染非常严重的国家，在"三废"利用处理上开展了大量深入的研究和实践，但依然存在标准规范不完善、处理规模小和技术不健全等诸多问题。为了解决我国煤矿大规模"三废"低成本地质封存与生态环境协同发展问题，在国外关于地质封存定义的基础上，对我国地质封存的内涵进行了扩展;分析了"三废"地质封存研究进展和现状;梳理了国内外"三废"地质封存相关文献和专利发表情况;提出了我国开展"三废"地质封存面临的问题和进一步发展的建议;指出了我国"三废"地质封存面临的主要问题是环境领域的标准规范不健全，尤其是废液深井灌注方面的标准广泛缺失。通过系统研究表明:国内研究机构对"三废"地质封存领域的研究日益重视，研究成果在国际上占比较高;我国煤矿"三废"地质封存及生态环境协同发展意识和体系正在形成，但针对大规模"三废"地质封存、煤矿开采全周期"三废"地质封存循环系统、CO2 捕集利用封存(CCUS)技术与生态环境之间的协同发展关系方面的研究成果支撑不足，严重制约地质封存的理念、技术和工程的大规模实施应用。我国应尽快加强煤矿"三废"地质封存技术与生态环境协同发展方面的科技研发，通过建立完善标准规范、加大技术研发和加强环境监管等措施，推动我国煤矿绿色和可持续发展，助力我国"双碳"目标尽早实现。

    煤矿三废(固、液、气)地质封存生态环境协同发展绿色矿山

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    基于蜣螂算法优化的投影寻踪生态环境评价方法构建

    刘英范雅慧衡文静许萍萍...
    2799-2810页
    查看更多>>摘要：矿山开采会破坏和占用大量土地资源，对生态环境造成持久的负面影响，因此评价矿区生态环境质量变化迫在眉睫。为了准确监测矿区生态环境质量，以陕煤集团张家峁矿区 2000-2023年 24期逐年的Landsat影像为基础数据，通过计算绿度(Normalized Difference Vegetation Index，NDVI)、湿度(Humidity Index，WET)、热度(Land Surface Temperature，LST)、干度(Normalized Differential Build-up and bare Soil Index，NDBSI)4项生态指标，并采用基于果蝇优化算法的投影寻踪(Fruit Fly Optimization Algorithm-Projection Pursuit Clustering，FOA-PPC)、基于粒子群优化算法的投影寻踪(Particle Swarm Optimization-Projection Pursuit Clustering，PSO-PPC)、基于灰狼优化算法的投影寻踪(Grey Wolf Optimizer-Projection Pursuit Clustering，GWO-PPC)和基于蜣螂优化算法的投影寻踪(Dung Beetle Optimizer-Projection Pursuit Clustering，DBO-PPC)4种群智能优化算法构建矿区生态环境质量评价方法，并利用平均相关度进行精度验证。结果表明:①DBO-PPC模型的平均相关度和类内聚集度均高于PSO-PPC模型、FOA-PPC模型和GWO-PPC模型，且与EI指数更接近，表明DBO-PPC能更好的评估研究区生态环境;②基于DBO-PPC模型的张家峁矿区2000-2023年生态环境质量均值为 0。4，生态环境质量以差和较差等级为主，面积占比约 55。94%，空间上呈西部差东部好，常家沟水库的生态环境在研究期内表现为优等级，矿区东北部和中部区域的生态环境较好，植被覆盖较多;③矿区发生沉陷面积占比为 81。28%，沉陷最大值达-0。15 m;采区发生沉陷现象面积占比明显高于矿区，占采区面积的 89。56%，生态环境质量以-0。000 4的速率下降，表明采矿活动使得研究区的地表发生了沉陷，进而影响到生态环境。综上所述DBO-PPC模型在监测评价矿区生态环境质量方面具有较强的合理性，从而为矿区生态环境可持续发展提供技术手段。

    群智能优化算法投影寻踪DBO-PPC生态环境评价

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    基于景观生态风险评估的景观生态网络的构建:以资源型城市临汾为例

    赵际剀于强徐呈龙马骏...
    2811-2825页
    查看更多>>摘要：资源型城市景观结构的变化受到多种因素的综合影响，这导致了其景观生态质量的降低的可能性以及生态环境的脆弱性增加，景观生态质量对生态功能的流动与传递具有直接影响，因此在构建景观生态网络时应予以关注。基于 2005-2020年中国山西省临汾市的土地利用数据进行分析，建立了一种景观生态风险评估模型，并分析了 2005-2020年景观生态风险的时空特征。在充分考虑了生态系统抵抗力受到景观生态质量影响的前提下，以 2020年景观生态风险评估为基础，通过MSPA法提取生态源地，运用最小累积抵抗力模型(MCR)构建廊道，并搭建了景观生态网络，并通过复杂网络方法探讨了景观生态网络的拓扑性质。研究区域内高风险地区和极高风险地区的面积呈现先上升后下降的趋势，整体风险水平有所下降。城市建设用地与采矿用地周边地区的风险相对较高，而森林和草地地区的风险则相对较低。研究区风险变化主要受采矿、城市扩张、政府政策、土地利用类型改变以及村落迁移等因素的影响。通过增边策略对景观生态网络进行优化，对比优化前后生态网络鲁棒性，发现增边策略增强了能量传输的畅通性和节点间的互联性，该生态风险评估模型结合潜在生态网络的构建有助于为资源型城市景观结构优化和生态安全体系建设提供理论支持。

    矿区生态修复景观生态风险空间自相关生态网络复杂网络优化鲁棒性

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    炼焦煤成焦机理再认识:"衍构成焦机理"的提出

    崔贝贝王美君常丽萍谢克昌...
    2826-2839页
    查看更多>>摘要：深度认识煤质特性、探究炼焦煤成焦机理是开发精细化配煤炼焦技术的关键。传统成焦机理仅宏观地解释了炼焦煤炭化过程中的塑性和黏结现象，缺乏对煤转变为焦炭所涉及的化学反应的深层次认识。基于此，从分子水平阐述了炼焦煤成焦特性的演化机制并提出了"衍构成焦机理"，其核心观点是:煤的焦化本质是煤分子在温度作用下发生的一系列化学反应;成焦过程中的一切宏观特性都取决于煤基体的瞬态空间结构，即"结构决定性质";炼焦过程中传热传质条件的动态变化将影响煤的热转化行为进而影响成焦特性和焦炭质量，即"环境影响行为"。基于煤分子结构特性及热解过程中共价键的断裂和重建规律，重点分析了炼焦煤的流动性、膨胀性及其演化机制，探究了煤分子空间结构重排与焦炭强度的内在联系。流动性源于煤中弱共价键的断裂，终于芳香碎片的交联缩聚。在流动过程中，煤热解碎片以分子链段的形式向孔穴相继跃迁并封闭孔隙，形成了包含塑性层和部分煤层及半焦层的低透气带，限制了挥发分的释放从而产生了膨胀压力;同时，碳基质结构发生重排，取向性增加，sp2 杂化和sp3 杂化形式的碳原子的空间排布方式决定了焦炭的强度。加热速率的合理调控将明显改善焦炭强度并实现焦化过程节能降耗。"衍构成焦机理"是对传统煤成焦机理的补充和延伸，以期为现代煤焦化工业精细化发展提供理论指导和技术支撑。

    成焦机理分子结构转变成焦特性传热传质条件焦炭质量

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    胺功能化沸石吸附剂载体的结构性质对CO2吸附性能的影响

    刘天祥李蓉李晶莹马晓迅...
    2840-2850页
    查看更多>>摘要：为了探究胺功能化沸石吸附剂载体的结构性质对其CO2 吸附性能的影响并进一步探索出低成本制备高效CO2 吸附剂的有效方法，采用不同的后处理方法对MCM-41沸石的孔道结构进行改造，并将四乙烯五胺(TEPA)负载在这些沸石上制备胺功能化吸附剂。利用N2 吸脱附、扫描电镜、X射线衍射、红外光谱等方法对沸石载体进行表征，并利用热重分析仪(TGA)对吸附剂的吸附性能进行评价，系统研究了载体的结构性质、活性胺负载量以及吸附温度对CO2 吸附性能的影响，计算了吸附剂的吸附动力学和吸附活化能。最后，通过循环吸脱附实验评估了吸附剂的稳定性。结果表明，通过合理设计载体的结构，可以有效提升基于不同吸附原理的吸附剂的CO2 吸附性能。微孔沸石对物理吸附过程更有利，而具有宽孔径分布的多级介孔沸石则比微孔沸石在负载TEPA后表现出更好的化学吸附性能。在80℃和15%(体积分数)CO2 条件下，经结构改造并负载TEPA的吸附剂(M-N-T60)的最大吸附容量达到4。04 mmol/g。10次吸脱附循环后，其吸附容量仅下降8。4%，表现出良好的循环稳定性能，这表明M-N-T60为一种有望应用于烟气中CO2 捕集的吸附材料。

    CO2捕集胺功能化吸附剂MCM-41沸石后处理改性循环稳定性

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    大孔对ZnO/SiO2复合脱硫剂常温脱硫性能的影响机制

    杨超刘栩妃刘植龙苏哲林...
    2851-2859页
    查看更多>>摘要：煤化工行业作为我国主要的碳排放源，在双碳目标的约束下将面临巨大挑战。煤制气体精脱硫是煤炭高效清洁利用的重要组成部分，对于碳减排意义重大。氧化锌是目前普遍使用的干法精脱硫剂，但受动力学的限制，其在常温下的脱硫活性非常低，无法满足工业应用要求。孔扩散是氧化锌与H2S反应发生的前提，但目前鲜有报道研究孔径，特别是大孔对脱硫性能的影响及影响机制。基于此，采用溶胶凝胶法和胶晶模板法分别制备了以介孔为主和以大孔为主的ZnO/SiO2复合脱硫剂，探究了大孔结构的引入对其常温脱硫性能的影响。研究表明，尽管大孔的引入会增加脱硫剂的比表面积、强化表面碱性、提高氧化锌的分散性以及增加脱硫剂中氧空位浓度，但会导致脱硫剂脱硫性能大幅下降。介孔脱硫剂的穿透硫容为 151。9 mg/g，是大孔脱硫剂的脱硫性能的2。3倍。这是因为大孔结构不稳定，在脱硫过程中易坍塌，阻碍了氧化锌反应位点的获取。气氛中的水汽在大孔表面不利于凝聚成水膜，进而抑制了脱硫反应的发生。更为重要的是，大孔制备过程中由于模板剂的燃烧会释放大量热，致使SiO2 网络发生深度交联，从而减小了脱硫剂中的介孔孔径。较小的介孔孔径导致其表面物理吸附水的量过多，进而抑制了氧化锌与H2S的反应。

    ZnO/SiO2复合脱硫剂大孔结构常温脱硫水膜吸附水

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