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煤炭学报
煤炭学报

刘峰

月刊

0253-9993

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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。
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收录年代

    半干旱草原露天矿区生态累积效应:评估模型与应用

    梁佳欣李晶殷守强任河...
    3199-3215页
    查看更多>>摘要：为揭示半干旱草原露天矿区生态环境质量状况，分离矿区人类活动生态累积效应并识别其演变态势，在厘清矿区生态累积效应概念的基础上，构建适用于半干旱草原的露天矿区生态环境质量评估指数(Surface Mining Areas Eco-environmental Evaluation Index，SMAEEI)以及矿区生态累积效应定量评估模型。选取内蒙古胜利矿区为研究区，量化分析 1986-2020年区域生态环境质量和生态累积效应的时空分布规律，以及主要人类活动的生态累积效应差异。结果表明:①SMAEEI适用于半干旱草原露天矿区，能客观呈现各地类生态环境质量高低顺序。35 a间研究区生态环境质量呈极显著下降趋势，且其空间差异显著减弱。露天矿场、城镇扩张区、锡林河湿地及北侧草地生态环境质量出现极显著、显著的退化趋势。②半干旱草原露天矿区生态累积效应定量评估模型能剔除气候因素对生态系统的耦合影响，分离并量化人类活动对矿区生态系统的累积效应，揭示累积的方向、程度和空间范围。35 a间研究区生态服务价值累积量(Change of Ecosystem Service Value Cumulant，COESVC)共减少 1 186 157。03万元，出现负向生态累积效应，生态系统服务功能下降。高度、中度负向累积区集中在湿地和草地退化区、城镇区、露天矿场。③露天开采、城镇建设造成的单位面积负向生态累积效应最明显，前者在单位时间内带来的负向累积变化最剧烈，后者负向累积效应的局部影响程度和偏离度最大;放牧活动引起的负向生态累积效应影响范围最广、总量最大，但局部影响程度最小，生态系统服务功能较其余人类活动更稳定。研究成果可将矿区人类活动引起的生态环境实物量变动转化为价值量描述，为采用货币形式测算矿区生产生活行为的环境损害成本提供可行方法。

    生态累积效应半干旱草原露天矿区生态环境质量评估指数生态服务价值内蒙古胜利矿区

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    基于FES技术的O2/CO2燃烧气氛下准东煤中不同类型碱金属盐的释放特性

    赵京杨本超魏小林倪文翔...
    3216-3224页
    查看更多>>摘要：O2/CO2 燃烧技术被认为是一种清洁的燃煤发电技术，然而高碱准东煤燃烧过程中释放的大量碱金属通常是引起锅炉受热面积灰、结渣以及腐蚀的重要物质，严重危害了设备的安全稳定运行。因此，探讨O2/CO2 燃烧气氛下准东煤中不同类型碱金属盐的释放特性对于煤炭的清洁高效利用具有重要意义。基于火焰发射光谱技术(FES)，在金属丝网反应器上研究了煤粉燃烧过程中不同类型碱金属盐在O2/N2 和O2/CO2 两种气氛下的释放特性。结果表明:在O2/N2 气氛下，挥发分燃烧会产生明亮的火焰;与O2/N2 气氛相比，O2/CO2 气氛下煤粉燃烧强度降低，火焰温度下降，着火时间延迟，挥发分和焦炭的燃烧时间延长，使得煤粉中气相Na的释放过程受到抑制。对于NaAc、Na2CO3 和Na2SO4 来讲，O2/CO2 气氛延迟了其释放过程中质量浓度降低的时间，使煤粉中气相Na从开始释放就进入稳定释放阶段，气相Na质量浓度变化率波动不大;但NaCl会在释放的4s左右质量浓度变化率变为负值，导致释放的气相Na质量浓度一直降低。同时CO2 气氛还会使得NaAc、NaCl等类型盐转化形成更难释放的Na2CO3，进一步抑制气相Na的释放过程。而Na2CO3的质量释放率在O2/CO2 气氛下也降低的主要原因则是CO2 抑制了Na2CO3 向Na2O的分解过程。Na2SO4 则由于其本身释放就比较困难，因此其质量释放率降低的主要原因是燃料燃烧温度和强度降低导致的。

    O2/CO2燃烧碱金属火焰发射光谱技术金属丝网反应器释放特性

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    MOFs负载聚乙烯亚胺(PEI)对硫化氢的吸附

    杨永杰刘萱杨超王业双...
    3225-3234页
    查看更多>>摘要：煤炭清洁高效利用是当下煤炭资源发展的主题，煤炭加工利用过程中会产生以硫化氢(H2S)为主的硫化物，对生产和环境造成了不利影响。近年来，吸附脱硫因其高脱硫效率、高精度、操作简单等优点成为广泛使用的脱硫方法。金属-有机框架材料(MOFs)具有大的比表面积和孔隙率、易于修饰和功能化的优势，在气体吸附领域具有很大的潜力。聚乙烯亚胺(PEI)是同时含有伯、仲、叔胺的高分子聚合物，对H2S有强亲和力并发生可逆的化学反应，将PEI引入MOFs中有望进一步提升H2S吸附性能。为此，采用浸渍法制备了PEI负载的MIL-101(Cr)、UiO-66、MOF-801、ZIF-8吸附剂，研究了载体类型和PEI负载量对H2S吸附性能的影响，考察了吸附剂的循环使用能力。结果表明，负载PEI后，所有载体的吸附容量均有所提高，ZIF-8提高的最多，归因于ZIF-8载体本身大的比表面积、孔体积、负载后晶体结构的保持以及PEI与ZIF-8之间的相互作用。而其余MOFs由于比表面积和孔体积较小或负载PEI后结构发生破坏，负载PEI之后的吸附容量不理想。PEI的负载量会影响ZIF-8的孔隙结构和骨架的稳定性;50%(质量分数)PEI负载后的ZIF-8穿透硫容最高，为 56。3 mg/g，是载体本身的 55倍。再生循环实验表明，负载PEI的ZIF-8只能实现极少部分再生，并且负载量低的吸附剂的吸附循环性能比负载量高的更好，PEI的引入使ZIF-8更易遭受H2S的进攻生成ZnS。

    MOFs吸附脱硫PEI再生循环

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    煤粉质量浓度及表观形貌对煤粉/乙烯/氧气爆轰波起爆特性的影响

    熊凯罗永晨杨浅舒张锋...
    3235-3244页
    查看更多>>摘要：为实现煤粉连续旋转爆轰发动机的可靠点火，探究煤粉质量浓度及表观形貌对煤粉/乙烯/氧气起爆特性的影响机制。在乙烯氛围下(初始总压 100 kPa，当量比 0。5)，采用高能电点火装置对不同煤粉当量比和表观形貌下的煤粉-氧气混合物进行直接起爆实验。实验结果表明:添加少量 5PA煤粉(实验所用 2种煤粉记为PA、FA。PA和FA分别为多孔状无烟煤和片状无烟煤的缩写，如 5μm多孔状煤粉简写为 5PA煤粉)后，乙烯/氧气混合物的临界起爆能量迅速减小，在全局当量比 0。7处达到其最小值 2。53 J，随着当量比继续增加，煤粉/乙烯/氧气混合物的临界起爆能量逐渐增加;在全局当量比 1。0处 5FA煤粉的临界起爆能量(5。20 J)高于 5PA煤粉的临界起爆能量(2。95 J);在 5。80 J的点火能量下，5PA煤粉和 5FA煤粉在全局当量比 0。7～1。5内均可直接起爆，在 4。10 J的点火能量下，5PA煤粉在全局当量比 0。7～1。5内均可直接起爆，但 5FA煤粉仅在全局当量比 0。7处可直接起爆，进一步增加当量比后不可起爆。研究结果表明:对于贫燃料乙烯/氧气(当量比低于 1)，在一定煤粉质量浓度范围内，煤粉可以促进爆轰波的形成和自持传播，但煤粉质量浓度过高会抑制爆轰波的形成和自持传播;煤粉的表观形貌会影响煤粉混合物的起爆特性，相较于片状煤粉，多孔状煤粉的化学反应速率更高，临界起爆能量更低，更容易起爆。

    动力机械及工程临界起爆能量容弹实验直接起爆煤粉爆轰发动机

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    天然气调质煤粉再燃中关键参数的实验研究

    李玉凯孙绍增赵义军张文达...
    3245-3252页
    查看更多>>摘要：针对煤粉再燃技术，提出了一种结合再循环烟气输送煤粉和天然气调质的方案。其目的在于提高再燃煤粉的还原能力，从而降低燃煤锅炉产生的氮氧化物排放。为了探索如何利用天然气中高活性成分，创造一个更有利于煤粉还原NOx的环境，利用模拟实际燃煤锅炉条件下的多反应控制段携带流反应器实验系统，研究了天然气调质的整个过程。结果表明，天然气调质产生的大量还原性物质，如CO*、OH*、H和CHi等优化了煤焦的物理化学结构，增强了煤焦还原氮氧化物的能力。与传统的再循环烟气输送煤粉相比，添加天然气调质后，NOx的还原效率提高了约12。23%。通过实验和数据分析，解析了天然气调质技术对于煤粉再燃的显著影响，并提出了在工程应用中的具体参数要求。从工程应用角度来看，为了实现高效率的氮氧化物还原，并兼顾煤粉的燃烬和经济性，需要对再燃区的过量空气系数、停留时间和燃料比进行精确控制，分别为 0。8、0。6 s和 20%。总的来说，采用天然气调质技术可在保证氮氧化物超低排放的同时，尽量减少活性气体的使用，从而提高系统运行的经济性。该灵活的天然气使用技术不仅在实验室条件下取得了良好的效果，也为工程实践提供了可行的方案，保证系统运行的经济性。

    天然气调质再燃NOx燃烧参数

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    基于图像内凹度的矿井外因火灾识别及抗干扰方法

    孙继平李小伟
    3253-3264页
    查看更多>>摘要：尽早发现矿井火灾并处置，可避免或减少人员伤亡和财产损失及次生事故的发生。井下没有日光、月光、星光及闪电等自然光源，影响矿井火灾图像识别的主要是矿井光源。圆形度能够排除圆形光源的干扰，但难以排除非圆形光源的干扰。矩形度能够排除矩形光源的干扰，但难以排除非矩形光源的干扰。在工程实际中，因摄像机的拍摄角度不同，矿井光源图像会出现变形，无法呈现理想的规则形状，使用圆形度和矩形度算法难以排除矿井光源的干扰。揭示了火焰图像轮廓外接图面积明显大于其图像实际面积，圆形灯、长方形灯和正方形灯等矿井实际光源图像轮廓外接图面积近似等于其光源图像实际面积等特点。提出基于图像内凹度的矿井火灾识别及抗干扰方法，计算目标图像面积与图像轮廓外接图面积的比值(即图像内凹度)，根据火焰图像内凹度数值较小，而矿井光源图像内凹度数值较大，区分火焰与矿井光源。提出的内凹度方法不受摄像机距检测目标距离和图像大小、摄像机安装位置和摄像机拍摄检测目标的角度、矿井光源形状等影响，适应性强，识别准确率高。实验表明，内凹度识别方法计算得到的矿井干扰光源减去火焰图像平均差值最大，波动最小，区分度最好，受摄像机拍摄角度及距离影响最小，抗干扰能力最强，准确率为 91。6%。矩形度识别方法计算得到的矿井干扰光源减去火焰图像平均差值较大，波动较小，区分度较好，受摄像机拍摄角度及距离影响较小，抗干扰能力一般，准确率为 72。5%。圆形度识别方法计算得到的矿井干扰光源减去火焰图像平均差值最小，波动最大，区分度最差，受摄像机拍摄距离影响较小，受摄像机拍摄角度影响大，抗干扰能力最差，准确率为 12。0%。因此，提出的内凹度识别方法，优于矩形度和圆形度，区分度最好，受摄像机拍摄角度及距离影响最小，抗干扰能力最强。

    矿井火灾图像内凹度图像轮廓外接图面积火灾监测图像识别

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    智采工作面三机数字孪生驱动控制架构

    尤秀松葛世荣郭一楠苗丙...
    3265-3275页
    查看更多>>摘要：为了进一步提高煤矿综采设备智能控制水平，实现智采工作面常态化运行，提出基于数字孪生智采工作面驱动控制的相关概念和系统架构。智采工作面数字孪生系统由物理设备、虚拟孪生体、虚实交互模型组成，通过数字化方法建立与实体设备相映射的虚拟模型，来达到综采设备在作业过程中虚实交互、智能决策、精准控制和动态演化的目的。阐述智采工作面常态化运行要求和采煤机、液压支架和刮板输送机的相关控制难点。提出了智采工作面单机数字孪生驱动控制架构，包括机理模型、控制模型、孪生数据模型和数字孪生模型同步与演化等要素;研究数字孪生虚实交互方法，利用信息物理系统来保障信息交互能力，采用知识模型来解决数据拥堵问题，为智采工作面数字孪生控制系统的虚实交互提供实时性。提出智采工作面数字孪生驱动的三机协同控制方法，包括三机关联关系、智能采煤控制、智能支护控制与智能运输控制。最后以矿山数字孪生实际应用为例，通过建立相关模型和设计相关实验方案，对数字孪生智能控制进行验证。通过展开数字孪生智能控制架构、模式等理论研究，旨在解决目前综采工作面存在的环境感知程度低、设备预测精度差和人工干预强度大等问题，实现在复杂环境条件下设备的自适应控制与人机交互，为煤矿智能化建设提供借鉴意义。

    数字孪生智采工作面三机协同控制信息交互常态化运行

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    基于机器视觉的煤尘环境下掘进空间煤岩界面感知与精准识别

    张云童亮来兴平曹胜根...
    3276-3290页
    查看更多>>摘要：巷道掘进过程中煤岩识别技术是掘进机截割头自动调整的核心，同样是制约矿山智能化建设的关键难题之一。针对当前采掘失衡，掘进工作面缺乏成熟有效的煤岩识别方案，现有基于图像的煤岩识别模型存在分割精度差、无法灵活部署等问题，提出一种应用在掘进工作面下基于图像分割的煤岩截割界面感知与精准识别方法。该方法结合掘进工作面实际截割情况，采用Mobile-NetV2特征提取网络作为DeepLabV3+的主干网络，使模型更好地兼顾分割精度和模型复杂度;将空洞空间卷积池化金字塔模块输出的高级特征进行通道注意力(SE)操作，分配通道权重以强化对重点特征信息的训练;在主干网络输出的浅层特征引入通道空间注意力(CA)机制，使浅层特征图中的低级表征信息加权，从而设计出融合双注意力机制于DeepLabV3+的煤岩截割界面识别模型。同时搭建煤尘环境下煤岩识别实验平台模拟掘进机截割后形成的煤岩截割面，研发巷道掘进过程中煤岩截割界面采集方法，并以实际矿井的掘进工作面为工程背景，验证该煤岩识别模型的分割精度以及实际应用性。研究结果表明:SE-CA-DeepLabV3+模型的平均交并比和平均像素精度分别为 97。15%和 98。51%，相较于其他模型具有更优的分割性能。将所建立模型对来自陕北试验矿井掘进工作面的原始煤岩图像进行验证，平均误差为 0。7%，每秒传输帧数为 43 fps，满足井下现场应用部署条件。

    煤岩截割界面SE-CA-DeepLabV3+巷道掘进煤岩识别平台图像分割

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