期刊,煤炭学报 2024年卷9期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

煤炭学报

主　　编：刘峰

出版周期：月刊

国际刊号：0253-9993

电子邮箱：mtxb@vip.163.com

电　　话：010-84262930

邮政编码：100013

地　　址：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

煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统研制与试验验证

康红普高富强王晓卿柏建彪...

3701-3710页

查看更多>>摘要：断层滑移型冲击地压是煤矿冲击地压的主要类型,目前对其发生全过程缺乏系统研究,其机理与防控仍是根本难题.为实现断层滑移型冲击地压的试验模拟,研制了煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统,开发了低强高脆相似模拟材料,制备了包含断层与巷道的大尺寸相似模型,开展了一系列验证试验,实现了巷道冲击破坏模拟与断层剪切滑移模拟.煤矿巷道断层滑移型冲击地压试验系统具备三向六面加载功能,竖向加载能力为 20 MPa,模型尺寸为 1.50 m×0.75 m×0.75 m;主体框架创新采用键板连接,确保了主体框架的高刚度;发明了蜂窝加载壳结构,实现了密集油缸群加载,能够满足断层滑移型冲击地压试验模拟的要求.开发了适用于断层滑移型冲击地压模拟的相似材料,材料以水玻璃为胶结物、以氟硅酸钠为固化剂、以滑石粉为骨料,单轴抗压强度介于 3.44～7.81 MPa,冲击能指数为 9.2,弹性能指数为 8.83,兼具低强高脆特性.基于试验系统和低强高脆材料实现了静载巷道冲击破坏模拟,验证了低强高脆相似材料模拟巷道冲击破坏的可行性,获得了巷道极限平衡状态的加载条件,巷道帮部连续片落为巷道冲击破坏的显著前兆特征.实现了粗糙锯齿断层的剪切滑移模拟,证实粗糙断层剪切滑移会对巷道形成动载扰动,获得了断层剪切滑移的合理加载方式,采用动区顶部先加载、底部后卸载的方式能够实现断层的瞬间滑移,并能消除对静区应力状态的影响.

关键词：

断层滑移型冲击地压试验系统低强高脆相似材料物理模拟巷道冲击破坏

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维普
万方数据

深井高应力大巷煤柱释能改性防冲机理及应用

朱斯陶张翔姜福兴马俊鹏...

3711-3727页

查看更多>>摘要：针对当前我国深井高应力大巷煤柱频繁发生冲击地压的现状,采用现场调查、理论分析、数值模拟和工程试验等方法,研究了我国大巷煤柱冲击地压发生类型与机理,提出了一种高应力大巷煤柱释能改性防治冲击地压的新方法,基于该方法开展了防冲原理研究、技术体系设计、井下工业试验等一系列研究工作,得到:基于大巷煤柱冲击地压的主导力源类型,结合多起冲击地压典型案例,将我国大巷煤柱冲击地压划分为基础应力叠加型、附加应力诱发型和自身蠕变失稳型 3类,分别建立并推导了 3类大巷煤柱冲击地压发生机理的力学模型与工程判据,揭示了 3类大巷煤柱冲击地压的发生机制.提出一种深井高应力大巷煤柱压裂-注浆协同防治冲击地压的方法,其防冲原理体现在"释能"和"改性"2个方面,井下工业试验发现弹核煤体起裂压力约 40 MPa,整体最大压裂宽度达 19.5 m,现场监测验证该方法能够降低大巷煤柱能量积聚水平,提高大巷煤柱整体冲击阈值.设计了深井高应力大巷煤柱释能改性防冲成套技术体系,包括孤立煤体冲击危险"评估-检验-校核"方法、弹性核水力压裂增缝释能技术和整体注浆加固改性技术.研发了大巷煤柱弹性核压裂"震动-应力-位移"三场监测设备和PS-Z-A/B型无机双组份速凝整体注浆改性材料.

关键词：

大巷煤柱冲击地压深部开采释能改性压裂释能注浆改性

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维普
万方数据

特厚煤层垂直分层区段窄煤柱围岩稳定性及控制技术

武超王志强刘耀儒李敬凯...

3728-3744页

查看更多>>摘要：针对特厚煤层垂直分层区段窄煤柱大变形失稳控制难题,采用理论分析、数值模拟及现场试验相结合的方法,对内蒙古老公营子煤矿特厚煤层窄煤柱围岩稳定性及控制技术展开研究.笔者在对窄煤柱内三向应力计算的基础上,基于摩尔-库伦破坏强度得到窄煤柱平面应变的屈服准则,定性分析了窄煤柱破坏特征及损伤程度演化规律,进一步分析了区段窄煤柱失稳机理及其尺寸效应影响规律,最后给出区段窄煤柱围岩控制关键技术,并通过数值模拟及现场试验进行验证.研究成果表明:①窄煤柱中部破坏程度大于两帮,中部自顶端向下煤体破坏程度由严重向轻微发展.随着宽高比增大窄煤柱内破坏程度及严重破坏区域占比逐渐减小,当宽高比大于 1∶1,窄煤柱中下部开始出现大范围的轻微破坏区,当宽高比大于5∶3,轻微破坏区占比超过50%.当黏聚力C≥3 MPa,或内摩擦角φ≥20°时,窄煤柱两帮破坏程度转变为轻微.②工作面回采巷道一侧为窄煤柱低强度承载区,在上部高应力作用下,大范围的低应力承载区煤体向巷道位移,造成两帮持续性大变形,进而影响顶板的稳定性.煤柱高度是中、底分层区段窄煤柱稳定的主控因素,窄煤柱宽高比增大,对高强度承载区承载强度影响程度较小,而低强度承载区承载强度增加较明显,合理的窄煤柱宽高比可平衡煤柱内高、低强度承载区比例,并提高承载强度.③分层窄煤柱留设需考虑工作面两侧采空时围岩稳定性,保证煤柱内部高强度承载区范围大于煤柱宽度及高度的一半,并通过联合加强支护措施使煤柱内形成由浅入深的多重联合控制区,共同维护煤柱的自稳能力.

关键词：

特厚煤层垂直分层窄煤柱稳定性围岩控制

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维普
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向斜构造区特厚煤层开采覆岩结构稳定性及突水压架机理

刘怀东刘长友杨培举王晨鸿...

3745-3758页

查看更多>>摘要：针对陕西省永陇矿区褶曲构造带突水压架事故频发问题,以陕西省郭家河煤矿为工程背景,采用现场调研、物理实验与理论分析的方法,确定了导致工作面突水压架的主要含水层,得出了向斜构造区煤层开采覆岩破断失稳特征,建立了考虑承压水作用的覆岩结构力学模型,推导了工作面突水压架的临界水压力,揭示了向斜构造区突水压架机理.研究表明:①1303、1304、1308等已开采工作面在向斜轴部区域均发生过突水压架事故,宜君组岩层是导致工作面突水事故的主要含水层,煤层之上 102.5 m处厚度为 28.53 m的中粒砂岩为隔水关键层.隔水关键层断裂后,其上部 100.51 m载荷层同步破断,导水裂隙带导通宜君组含水层.②在向斜构造区俯采阶段,顶板覆岩具有多层亚关键层并形成多离层区.向斜轴部岩层破断角竖直发育,顶板破坏程度最高,压架风险最大.③顶板突水致使覆岩结构失稳是导致压架事故发生的关键.承压水对顶板岩层稳定性的影响主要表现为:增加了覆岩载荷传递的连续性,降低了组合亚关键层的承载能力;构成了组合亚关键层的附加载荷.④防止突水压架所需的支护阻力随承压水压力的增大而加速增加,工作面发生突水压架事故的临界承压水压力为 0.98 MPa.控制导水裂隙带发育高度与降低宜君组承压水压力是保证工作面不发生压架事故的关键.

关键词：

突水压架向斜构造相似材料模拟覆岩结构支架围岩关系

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维普
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深部巷帮煤体失稳机制及能量释放特征

丁可顾清恒王连国郭嘉兴...

3759-3780页

查看更多>>摘要：冲击地压灾害已成为国内外煤矿井下开采的重大安全隐患.利用真三轴电液伺服加载试验系统,研究了巷帮煤岩组合体三向应力加载、煤体三向和两向应力加载下的应力-应变规律、破坏特征、声发射活动规律,建立了巷帮深、浅部煤体的强度准则关系,分析了深部巷帮煤体的能量释放特征,揭示了深部巷帮煤体失稳诱冲机理.结果表明:不同应力类型的煤体试样受应力环境及结构差异的影响,巷帮浅部煤体试样和高σ2 围压条件下的巷帮煤岩组合体试样在峰值应力后均产生应力快速跌落现象,脆性破坏与冲击性较强;在破坏机制上,巷帮浅部煤体试样主要受张拉-剪切耦合机制控制;巷帮深部煤体试样主要受剪切机制控制;巷帮煤岩组合体试样靠近约束面、自由面区域分别受剪切、张拉-剪切耦合机制控制.同围压条件下巷帮浅部煤体更容易破坏,进而基于巷道煤帮冲击能量释放的来源,建立了深部巷帮煤体失稳模型,揭示了深部巷帮煤体失稳机制.

关键词：

深部开采煤巷冲击地压巷帮煤体失稳能量释放

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维普
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基于模态分解和深度学习的煤矿微震时序预测方法

秦长坤赵武胜贾海宾高未己...

3781-3797页

查看更多>>摘要：微震监测数据对煤矿冲击地压等动力灾害预测和预警具有重要作用,利用历史微震监测数据来预测未来微震事件的演化特征是提高冲击灾害预测和预警时效性与准确性的有效方法.然而,由于微震数据是典型的非平稳时间序列,一般的时序预测方法很难进行准确的预测.为此,提出了一种基于模态分解技术和深度学习方法相结合的微震时序预测方法.该方法首先使用自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)将微震数据分解为多个本征模态序列.然后,通过样本熵将分解后的序列重构为高频、低频和趋势序列.接着,利用变分模态分解(VMD)将高频和低频序列再次分解为多个新的本征模态序列,用作微震数据的多元特征时间序列.最后,将一定时窗内的微震多元特征时间序列和历史微震数据作为输入,下一时刻的微震监测数据作为输出,建立了卷积神经网络(CNN)和长短期记忆网络(LSTM)相结合的微震时序预测模型,并采用贝叶斯优化方法对模型的超参数进行寻优,提高微震预测的准确性.依托新巨龙煤矿多个工作面微震监测数据,使用该方法对微震日最大能量、日平均能量和日频次进行了预测,并针对微震日最大能量数据进行了系列对比试验研究.结果表明,提出的方法能够较好地预测微震事件演化趋势,预测结果和实际监测值误差较小,具有良好的预测性能和泛化性能.

关键词：

微震预测冲击地压模态分解深度学习时间序列

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热力耦合作用下有机类岩石渗透率演化规律及机理

冯增朝石建行

3798-3809页

查看更多>>摘要：在原位改性流体化采矿中,利用高温对矿床进行处理是一种有效方法.探明原位条件下有机类矿层的热解特性、细观结构、渗透率、变形等随温度的演化规律对资源的高效开采具有重要意义.利用高温高压三轴试验机结合含应力显微CT扫描技术,研究了热力耦合作用下 3种有机类岩石(油页岩、烟煤及页岩)的渗透率、热解产气、细观结构及轴向变形随温度(≥300℃)的演化规律,同时结合热解产气、轴向变形及细观结构对渗透率演化机理进行了探究.结果表明:热力耦合作用下,有机类岩石的渗透率演化存在阈值温度,在轴压 10 MPa,围压 7 MPa的应力条件下,油页岩、烟煤及页岩的阈值温度分别为 400、450及 500℃;当热解温度小于阈值温度时,有机类岩石的渗透率由岩石强度主导,孔裂隙随温度的升高而闭合,渗透率与温度呈负相关变化;当热解温度大于阈值温度时,有机类岩石的渗透率由岩石的热解程度主导,孔裂隙随温度的升高逐渐发育并沟通,渗透率与温度呈正相关变化;进行阈值温度前后特性比较,油页岩热解程度与岩石强度在 3种岩石中提升幅度最大,有机质热解并排出促进了孔裂隙的新生及连通,岩石强度的增大减弱了应力对岩石孔裂隙的压缩闭合作用,油页岩的渗透率呈现大幅度的提升.

关键词：

有机类岩石渗透率细观结构高温高压岩石强度热解程度显微CT扫描

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低频扰动下高应力砂岩非线性动态力学响应特征

文晓泽冯国瑞郭军王朋飞...

3810-3828页

查看更多>>摘要：受煤矿残采区上行开采扰动影响,层间岩层在高静应力和低频扰动荷载耦合作用下的失稳是引发遗煤资源复采动力灾害的主要原因之一.为研究低频扰动荷载作用下高应力状态岩石的动态响应特征,以煤系地层砂岩为研究对象,基于自主研发的动静载耦合电液伺服试验机,开展不同幅值低频扰动荷载(5 Hz)作用下高应力砂岩(80%单轴抗压强度(UCS))动态单轴压缩试验,揭示了低频扰动下高应力砂岩的裂纹演化规律、渐进损伤行为和非线性动态响应特征.结果表明:①小幅扰动荷载作用过程中高应力状态砂岩并不会失稳,80%UCS预静载状态下诱使砂岩发生破坏的低频扰动幅值门槛值为 15%UCS,在越过应力门槛值的扰动荷载作用过程中,高应力砂岩破坏前的扰动荷载循环周期数随幅值增大指数型衰减.②在砂岩内部随机分布的微裂纹萌生和渐进扩展影响下,动态割线模量、峰值应变、耗散能密度和声发射b值随扰动荷载作用时间的非线性演化特征显著.③指数型应变演化曲线在砂岩破坏前有明显的拐点,可以作为低频扰动下高应力砂岩动态破坏的前兆信息,用于相应动力灾害预警.④在越过门槛值的低频扰动荷载作用过程中,动态割线模量演化曲线近似指数型衰减,且非线性拟合参数可以用以量化割线模量劣化速率,砂岩的割线模量劣化速率随幅值线性递增非线性变化.⑤扰动荷载作用初期的上升时间和幅值的比值(RA)可以用于砂岩动态破坏超前预测,相应地,扰动荷载作用过程中RA的突增可以作为砂岩动态破坏的前兆预警信息.未越过门槛值的低频扰动荷载作用过程中,砂岩微破裂以张拉或混合破裂为主,剪切破裂占比仅为 12.15%;幅值为 15%UCS、20%UCS和 25%UCS的扰动荷载作用过程中,剪切破裂占比分别为37.17%、52.75%和53.62%,随扰动荷载幅值增大对数型增加.

关键词：

低频扰动高应力渐进损伤非线性响应

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超临界二氧化碳短时作用煤体裂隙演化CT/XRD实验研究

刘勇李海超魏建平邓玉洁...

3829-3844页

查看更多>>摘要：ECBM可以在提高煤层气开采效率的同时实现CO2 封存,推动"双碳"目标实现,在深部煤层气的开发中具有广泛的应用前景.煤层裂隙结构和分布规律决定了超临界二氧化碳(SC-CO2)的压裂效果,是提高煤层气开采效率的关键.长时作用下SC-CO2 与煤体接触产生的吸附膨胀和溶解萃取作用能够改变煤体裂隙形态,但压裂过程中SC-CO2 与煤体接触时间较短,短时作用下SC-CO2 的吸附膨胀及溶解萃取作用对煤体裂隙的影响尚未明确.因此开展了SC-CO2 短时作用下煤体的裂隙演化研究,通过CT扫描研究不同变质煤体裂隙随累计浸泡时间的变化规律;建立CT二维扫描图像的灰度分布函数并构建浸泡时间与裂隙演化规律的关系,定量表征煤体裂隙的变化.结合XRD实验研究浸泡时间对煤体物质成分变化的影响,明确SC-CO2 短时作用煤体裂隙演化规律的主要原因.结果表明:SC-CO2 短时作用下吸附膨胀作用会导致煤体裂隙收缩,溶解萃取作用使裂隙发生扩展;浸泡煤体过程中吸附膨胀和溶解萃取作用同时发生且强度随时间发生变化,在不同时间段内分别交替占据对煤体裂隙的主导作用;不同变质煤会影响吸附膨胀和溶解萃取作用的强度和主导时间.褐煤浸泡 30 min时吸附膨胀占据主导作用,浸泡 90～240 min溶解萃取作用增强并占据主导.烟煤浸泡 30～90 min时吸附膨胀作用较强,浸泡 90～240 min时溶解萃取占据主导.无烟煤浸泡 30～150 min时吸附膨胀作用占据主导,浸泡 150～240 min时溶解萃取占据主导.

关键词：

超临界二氧化碳短时浸泡裂隙发展吸附膨胀溶解萃取

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基于物质点法的深部煤层水射流破岩成孔机制和影响因素

周雷蒲艳彭雨夏彬伟...

3845-3858页

查看更多>>摘要：我国深部煤层气资源丰富,但深部煤层渗透率极低,高应力-压力环境下深部煤层气解吸困难,导致产量低下.水平井水射流冲孔造穴是一种大范围卸压增透煤层的新技术,但在深部赋存环境下其破岩成孔机制还有待研究.由于深部煤层赋存于高地应力、高应力差的地质环境,室内物理模拟实验难以开展.因此,首先基于黏弹塑性理论和物质点法建立了水射流冲孔破岩数值模型,该模型集成拉格朗日和欧拉算法的优势,能有效模拟射流破岩过程中的动量交换、煤岩大变形、破岩、流体剥蚀携岩反排等全过程.然后,通过该数值模型开展了深部煤层水射流破岩成孔机制和影响因素研究,得到结论如下:①深部煤层以高地应力荷载作用造成的剪切破坏为破岩的主导机制,射流主要起到冲蚀和携岩反排的作用,而无应力荷载时以水射流碰撞煤岩产生的应力波造成张拉破坏为破岩的主导机制,由于煤岩塑性较强,水楔效应不明显.②深部煤层高地应力荷载作用加速了破岩过程,冲出煤量比无应力荷载时高,同时应力荷载促使煤体向开孔方向移动,造成空腔体积减小,但塑性损伤区较无应力荷载时明显增大.③冲出煤量、塑性损伤区面积都随射流时间增加而增加,但增幅逐渐变缓.冲出煤量、塑性损伤区面积随入射角度的增加整体呈下降趋势,射流角度越小,水射流冲孔破岩效果越好,射流垂直入射并不是破岩的最佳方式.④冲出煤量、塑性损伤区面积随应力差、煤岩开孔宽度的增加而增加,但应力差的增加对深部煤层射流破岩的促进作用不大.煤层开孔宽度不宜过高,适当增加开孔宽度可以提高射流破岩效率.

关键词：

深部煤层气水射流破岩数值模拟物质点法塑性损伤区

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