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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

    低碳化现代煤基能源开发关键技术体系

    葛世荣刘淑琴樊静丽赵毅鑫...
    2949-2972页
    查看更多>>摘要：煤炭为人类工业文明进步做出了重大贡献，但面临高碳排放的重大难题。现代煤基能源是破解煤与碳矛盾的新路径，能够立足我国资源禀赋实现能源自主可控，提升我国油气自主性，支撑电力清洁转型和新能源产业发展，是保障能源安全和实现双碳目标的重要创新方向。基于现代煤基能源概念及技术体系，系统梳理和介绍了现代煤基能源内涵和产品谱系。通过对现代煤基能源的煤基气开发技术、煤基油开发技术、煤基氢开发技术、煤基电生产技术、矿区动态碳中和技术等 5个核心技术模块及其 19个技术单元和 61项关键技术进行分析和论述，提出了 10项低碳化煤基能源开发的变革性技术:①基于自移式等离子体气化机的智能煤炭地下气化技术，具有自动燃烧、自动推进、自动封闭、自动监测、自动调控组分等功能;②煤炭地下气化与间接液化耦合可形成低成本、低排放、短流程煤制油路线(UCG-ICL);③利用太阳能加热或干热岩加热的富油煤原位干馏化学开采技术设想;④基于原位碳捕集利用与封存(CCUS)的深部煤炭地下气化制氢路径(UCG-H2)，循环CO2 作为气化剂提高煤气有效组分产量，捕集CO2 就地封存于地下气化空腔，形成近零排放UCG-H2 技术路线;⑤纳米富氢水煤浆掺氢发电技术，实现低温低压下的低碳煤基电生产，显著降低煤电 CO2 排放量;⑥ 煤炭地下气化耦合 IGCC的低碳发电系统构思(UCG+IGCC)，减少了IGCC煤制气环节，显著降低CO2 排放部分;⑦煤粉爆燃直线驱动发电技术架构，理论做功能量是煤炭燃烧的 15倍以上;⑧基于现代煤基能源内循环的CO2 加氢合成"绿色甲醇"路线，利用低碳UCG制取的煤基"蓝氢"与捕集CO2 合成制取甲醇;⑨现代煤基能源产生的CO2 原位地下封存技术系统，有助于实现零碳煤基能源生产;⑩矿区动态碳中和煤基能源系统架构，将智能保供、绿色开发、清洁转化、低碳利用、洁净排放耦合在一个矿区闭环系统中，实现矿区动态碳中和。

    现代煤基能源煤炭能源低碳转型矿区动态碳中和技术能源安全CO2减排

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    煤矿综掘工作面长压短抽除尘性能与尘源移动路径关系

    江丙友王一凡林汉毅王浩宇...
    2973-2985页
    查看更多>>摘要：长压短抽通风除尘是净化煤矿综掘工作面掘进区域高质量浓度粉尘的有效方法之一，特别是压抽配合产生的局部流场有利于对呼吸性粉尘的除降，而产尘源位置的动态变化对该方式除尘性能的影响不甚明晰。通过考虑产尘源位置沿横、纵 2种方向的运动路径及往复次数，基于长压短抽试验平台设计了 4种尘源移动路径，结合对长压短抽通风系统参数的调控，测试分析尘源在不同运动工况下对空间粉尘质量浓度、粉尘粒径质量浓度和粒径分布的影响。结果表明:在相同的通风参数下，横向路径对司机和行人呼吸带位置造成的粉尘质量浓度均低于纵向;而在横向路径中，当压风筒位于靠近抽风筒一侧且压风口位于司机前方约 1m区域时，司机与行人呼吸带位置的PM1、PM2。5 和PM10 粉尘粒径质量浓度最低，通风除尘效果最好。空间粉尘扩散表现为:粒径小于 2。5µm的颗粒极易跟随抽风流场被抽尘口收集净化，而粒径大于 10µm的颗粒则会从产尘源和抽尘区域逃逸到司机及其后方区域，并以自然沉降为主。基于前期试验所得最优尘源移动路径与通风参数，在陕北某煤矿 2304综掘工作面开展现场试验。结果表明:横向路径下司机位置和行人呼吸带位置的总粉尘质量浓度分别降低至 85。6 mg/m3 和 21。9 mg/m3，降尘率最高达到 76。9%;呼吸性粉尘质量浓度分别降低至 15。3 mg/m3 和 10。5 mg/m3，降尘率最高达到 85。2%，除尘性能明显提升。

    长压短抽综掘工作面尘源位置粉尘质量浓度粒径分布

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    不同类型表面活性剂对烟煤润湿性能影响的分子模拟及实验

    唐明云金靖艳江丙友郑春山...
    2986-2996页
    查看更多>>摘要：喷雾降尘是现阶段矿井使用最广泛的除尘方式之一，水对煤的润湿性能对喷雾降尘效果有着直接的影响，所以在水中加入表面活性剂可提高水对煤的润湿性能。为探究不同类型表面活性剂对烟煤粉尘润湿性能影响，以快渗T、1227、BS-12和APG 4种类型的表面活性剂为代表，采用分子模拟技术和实验室实验相结合对烟煤的润湿性能进行了研究。一方面，利用分子模拟手段构建了表面活性剂水溶液的界面体系，基于氢键形成数目和径向分布函数理论，对表面活性剂自身的亲水性进行了模拟分析，并开展了 4种试剂的表面张力实验，研究发现，快渗T形成氢键的数目最多，为 398个，且径向分布函数曲线出现峰值最早在 1。99×10-10 m处，最易与H2O分子吸附，实验结果也表现为快渗T对水的表面张力削弱最强，即表面张力最小，为 24。4 mN/m。另一方面，通过静电势计算，结合构建的表面活性剂/水/烟煤三元吸附体系相互作用能分析，研究了 4种表面活性剂对烟煤润湿性影响，并分别开展了烟煤在 4种试剂中的沉降实验和接触角实验，结果表明，快渗T与烟煤分子结合后该部位与水分子的电势差最大，为 6。853 5 eV，其与烟煤间相互作用能也最大，为-2705。12 kJ/mol，实验结果也表现为 2种烟煤在快渗T中的沉降时间最小，分别为26。3、10。22 s，接触角最小，分别为25。8°、21。7°，由此表明分子模拟结果均与实验结果一致，均验证得出阴离子型表面活性剂快渗T对烟煤的润湿性能为最好。

    表面活性剂烟煤分子模拟氢键润湿性

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    基于滤膜称重法的自动化粉尘质量浓度检测装置的研究

    陈清华许曾生王小润江丙友...
    2997-3006页
    查看更多>>摘要：传统滤膜称重法操作过程繁琐、检测周期长，且自动化程度低，虽精度高但无法满足粉尘质量浓度实时检测需求。设计了粉尘质量浓度自动检测装置，通过建立温湿度补偿模型，替代手工称重法中采样后滤膜烘干的步骤，进一步缩减粉尘质量浓度检测时间以及粉尘质量浓度检测装置体积。搭建试验样机并调试实验，结果表明，煤矿井下常用的CCZ-20A型粉尘采样器与本装置检测得到的粉尘质量折算浓度经过计算其标准偏差在 5%以内，一元线性回归拟合分析下的实验数据拟合相关性较好。为进一步提升装置的检测精度，研究基于傅里叶级数、线性拟合以及周期拟合相结合的误差补偿方法，设计出装置浓度计算流程并代入原始数据中，将该装置检测浓度误差由原始的(-7。20%，-1。26%)集中至(-3。64%，3。65%)。引入装置浓度计算流程后进行多次对比实验，实验结果显示装置浓度检测误差均在此区间内，验证了装置浓度计算流程的可靠性。该装置缩短了粉尘质量浓度检测所需时间，同时检测误差控制在合理的范围内，进而为滤膜称重法在粉尘质量浓度在线监测方面的研究提供一定的参考。

    滤膜称重法粉尘质量浓度自动称重温湿度补偿误差补偿

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    基于调整局部滤袋渗透率的袋式除尘器流量分配方法

    林秀丽胡晓峰闫彩莲柳静献...
    3007-3016页
    查看更多>>摘要：矿山开采、矿石破碎等过程产生大量粉尘，袋式除尘器是去除含尘气流中颗粒物的有效设备。袋式除尘器在运行中存在滤袋过滤风量分配不均问题，现有增加导流板的方式增加了结构的复杂性。为解决中箱体下进风袋式除尘器滤袋质量流量分配不均的问题，提出一种基于调整部分滤袋渗透率的滤袋质量流量均匀分配方法。首先，选择Realizable k-ε双方程模型进行模型袋式除尘器流场的数值模拟，通过数值模拟结果与模型实验的结果对比验证了模拟方法的正确性;然后建立安装 160条滤袋的中箱体下进风除尘器几何模型，利用数值模拟方法分析了 0。5～1。2 m/min过滤风速下除尘器内流场特征、滤袋的质量流量分配规律和均匀性;最后以 1 m/min过滤风速下滤袋质量流量分配不均问题为例，设计了减小质量流量大的出口侧滤袋渗透率的方法;并根据达西公式和滤料阻力计算公式，给出了渗透率与滤料厚度、纤维直径和填充率之间的关系。结果表明:本研究模型下，过滤风速增高会使滤袋质量流量分配更不均匀，除尘器出口侧滤袋的质量流量逐渐增大;将流量偏大区域的 8～10列滤袋的渗透率由 2。0×10-11 m2 减小到 1。7×10-11 m2，可使滤袋质量流量分布均方根偏差由 0。158降低到 0。099，且除尘器初始阻力的增长仅为 6。1%，方法具有可行性。在滤料制作过程中可进行滤料渗透率的调整，故通过调整局部滤袋渗透率使滤袋质量流量分布均匀的方法可行。

    流量分配渗透率过滤风速袋式除尘器质量流量

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    压电过滤材料的传感性能及其在口罩中的应用

    王晨赫伟东毛宁柳静献...
    3017-3024页
    查看更多>>摘要：在劳动保护领域，实时监测劳动者的生理健康状态受到越来越多的关注。因呼吸中包含大量生理学信息，开发具有传感功能的可穿戴设备用于监测佩戴者呼吸状态成为研究热点。传统的商用呼吸监测装置价格昂贵、体积大、不易携带，限制了其在一线生产场所的使用，例如高粉尘质量浓度的矿山作业环境。为此，基于聚偏氟乙烯(PVDF)的压电性能，利用静电纺丝技术制备出具有传感性能的柔性PVDF纳米纤维膜，将高透气性碳纤维毡与PVDF纳米纤维膜设计为具有三明治结构的传感模块并嵌入到口罩中。传感模块将呼吸气流产生的机械能转化为电能，通过对电信号数据的采集和分析，完成对呼吸强度和呼吸频率的实时监测。结果表明:嵌有传感模块的口罩在不同呼吸状态下产生的压电信号有明显差异，在低强度(15 L/min)、中强度(50 L/min)和高强度(85 L/min)3种呼吸状态下，输出压电电压峰值分别为 300、700、1 100 mV，电压峰值出现频率分别为 18、16、14次/min。因此，基于压电信号电压峰值及其出现频率的分析，可以实现佩戴者呼吸强度和呼吸频率等呼吸参数的实时监测。此外，研究通过XRD、FT-IR、TG等分析方法确定了PVDF纳米纤维膜的压电性与其β相晶体含量有关，为进一步改善PVDF纳米纤维膜的压电性能提供了依据。研发的具有传感功能的口罩可用于矿山工人劳作状态的实时呼吸监测，在工人工作状态异常时反馈给管理人员以便于及时采取处理措施。

    聚偏氟乙烯传感模块呼吸信号监测口罩

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    双向极不等压软岩巷道围岩裂隙分布及变形机制

    王卫军马谕杰范磊袁超...
    3025-3037页
    查看更多>>摘要：巷道围岩蝶形塑性区破坏是引起巷道围岩大变形的重要原因，近年来引起了巷道支护工作者的高度重视。掌握蝶形塑性区内围岩变形机制是实现软岩巷道围岩控制的基础。然而，有关于蝶形破坏理论中围岩变形机制的研究却鲜有报道。针对上述问题，以南方某矿一采区南运巷产生的大变形特征为研究对象，在分析巷道所处应力环境及地质条件的基础上，对围岩裂隙分布、巷道变形机制及控制方法进行了系统研究。结果表明:南运巷是典型的极不等压软岩巷道，巷道开挖后，围岩裂隙呈"蝶形"分布;"蝶形裂隙区"集中出现在"蝶形塑性区"范围内，蝶叶部位围岩裂隙以剪切裂隙为主，且蝶叶部位剪切裂隙大多围绕巷道呈"环形"分布，而张拉裂隙则集中出现在巷道围岩自由面附近。蝶形塑性区内围岩应力特征主要有 2方面:一为围岩的主应力方向发生了偏转，具体表现为最大主应力围绕巷道呈环形分布，巷道上部最小主应力方向指向巷道中心，巷道下部最小主应力方向背离巷道中心;二为围岩最大/最小主应力比值较大，且主应力比值等值线呈"蝶形"分布。根据塑性区内围岩裂隙分布特点及应力特征，建立了含软弱面围岩力学剪胀模型，认为处于此应力特征下的围岩剪胀作用较强，剪胀作用使围岩向巷道空间内挤压，进而使巷道产生大变形。围岩裂隙分布不规则及原支护方案不合理是导致巷道产生大变形的主要原因。基于上述研究，提出了以"全断面预应力短锚索+关键部位长锚索加强支护+注浆"为核心的差异化支护方案，现场监测表明，新支护方案可有效控制围岩变形，保证巷道在使用期间的稳定性。

    软岩巷道3DEC裂隙分布巷道大变形原因蝶形塑性区围岩控制

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    基于离散元-机器学习的铝土矿矿柱强度预测方法

    朱德福王德玉于彪彪
    3038-3050页
    查看更多>>摘要：矿柱极限承载能力与矿柱尺寸参数密切相关，科学地预测矿柱强度是空场法安全高效开采铝土矿的关键。为了准确高效地预测矿柱强度，融合运用离散元方法(DEM)的模型参数化、样本数据强扩展性与机器学习(ML)方法的数据驱动优势，选取矿柱尺寸参数(长、宽、高)作为影响因子，开发了Grasshopper参数化建模电池组，实现了等块体密度的矿柱黏合块体模型(BBM)的参数化构建，结合矿体节理分布特征实测结果，利用 3DEC程序构建了 300组黏合块体-离散裂隙网络(BBM-DFN)矿柱离散元数值模型，开展了矿柱承载特性试验，监测并建立了机器学习数据集，且验证了此数据集的可靠性;分别以支持向量机(SVM)、BP神经网络、随机森林(RF)、高斯过程回归(GPR)4种算法构建了矿柱强度预测模型，根据回归类模型评价指标(判定系数R2、可解释方差EEVS、平均绝对误差EMAE、均方误差EMSE)开展了最优模型的评选，结合改进的量子粒子群智能优化算法(IQPSO)进一步优化模型，利用该模型建立了矿柱影响因子与强度之间的非线性映射关系。研究表明:由矿柱强度参数化模拟结果可知，随着矿柱宽高比增加强度显著提升，长宽比对强度影响幅度相对较小，当矿柱高度和横截面积相同时，不同截面矿柱承载能力依次为:正方形>长方形;当矿柱宽高比大于1时，方形截面矿柱强度影响因子敏感性主次顺序为:矿柱宽(长)度>矿柱高度;根据机器学习算法指标综合评价，SVM模型是矿柱强度预测的最佳模型(R2=0。953、EEVS=0。953、EMAE=0。608、EMSE=0。551)，结合IQPSO算法优化后模型预测性能得到了进一步提升(R2=0。985、EEVS=0。986、EMAE=0。373、EMSE=0。239);将IQPSO-SVM矿柱强度预测值与 3种经典硬岩矿柱强度公式计算结果进行了讨论分析，得出了Hedley公式针对铝土矿强度计算不适用，Krau-land公式适用于宽高比小于 4时，Esterhuizen公式可通过调整不连续因子(F)进行较为准确的强度计算。研究成果为硬岩矿柱强度的预测提供了一种解决方案，拓宽了矿柱(群)稳定性评价的思路。

    铝土矿矿柱强度离散元方法机器学习矿柱(群)稳定性

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    透明土试验技术在滑坡降雨入渗中的研究与应用

    王櫹橦陈盟唐莹影袁仁茂...
    3051-3062页
    查看更多>>摘要：由于滑坡体内部结构的复杂性和不可视性，使得滑坡降雨入渗及其渗流过程无法直观观测，从而难于查明滑坡灾变演化全阶段中降雨入渗的具体作用过程，导致降雨诱发滑坡成灾机制的认识存在不确定性，因此，发展可以观测滑坡内部降雨入渗灾变过程的新技术手段，对深入理解降雨诱发滑坡灾变机理具有重要意义。而透明土试验技术则使岩土体内部非介入式、连续、无损、可视化测量得以实现。从透明土材料特性、岩土工程性质、试验设备与图像处理解析技术等方面，总结透明土试验技术发展现状及其在不同领域的应用，重点概述该技术在边坡工程领域的应用和渗流过程可视化模拟中的实践，并讨论将其应用于滑坡渗流直观观测的可行性。在此基础上，针对透明土材料进行筛选和对制备方法进行优化，利用透明土替代传统土工模型材料建立适用于渗流过程观测的滑坡透明土物理模型，开展降雨条件下滑坡渗流物理模拟试验，获取降雨入渗诱发滑坡灾变全过程信息，确定滑坡体内部地下水渗流过程及其变化特征。该模型试验是透明土试验技术在滑坡渗流可视化观测领域一次有效的应用实践，拓展了滑坡灾害可视化模拟新途径，进一步确定地下水渗流对滑坡的复杂影响，有利于揭示降雨诱发滑坡演化规律、深入探索滑坡滑动机制，为降雨滑坡灾害防治和灾害规划提供科技支撑。

    滑坡透明土试验技术降雨入渗可视化室内物理模拟

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    粉煤灰基充填膏体制备过程中氨气释放的超声强化特性

    李亚娇罗阳王铁鞠恺...
    3063-3073页
    查看更多>>摘要：将粉煤灰作为主要胶凝材料的膏体充填开采不仅能有效控制地面沉降、解决"三下"压煤问题、提高煤炭采出率，还可解决燃煤电厂粉煤灰堆积难题。而粉煤灰基充填膏体的氨气释放会对充填作业面的气体环境造成污染，亟需治理。提出一种利用超声波促进膏体氨气释放的新思路。通过对粉煤灰浆液进行超声处理，采用以超声时长(A)、超声功率(B)、固液比(C)作为考察因素，进行单因素实验，结果表明:随着超声时长、超声功率以及固液比的的增加氨气释放速率呈现出先增大后减小的趋势，并在超声时长、超声功率以及固液比分别为 30 min、80 W和 1∶10时达到最大值。在单因素实验结果的基础上进行响应面实验建立回归模型。通过响应面优化确定最佳实验参数。结果表明:影响因素主次顺序为:A>B>C，AB>AC>BC;去除氨气最佳实验参数为:超声时长为 32 min，超声功率为 80 W，固液比为 1∶7。7。验证结果表明:实测值与预测值仅存在-1。6%的相对误差。利用优化后的实验参数处理粉煤灰，并制备成充填膏体测定氨气释放量，发现膏体氨气释放量平均减少了 95。94%，氨气释放速率提高 84。02%，膏体 3d和 28d的单轴抗压强度分别提高 185。00%和 86。50%，坍塌度、泌水率和凝结时间均降低，同时减少了膏体内部多害孔数量，使孔隙率由 33。58%降低到 28。13%，为粉煤灰基充填膏体的氨气释放治理提供新的方法与思路。

    氨气释放超声波充填膏体粉煤灰响应面法

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