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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
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    煤矸石基沸石分子筛的制备及其CO2捕集性能

    全翠王福栋郭爱军杨天华...
    375-381页
    查看更多>>摘要：煤矸石作为煤的伴生物，存量日益增多，严重威胁生态环境。由于SiO2和Al2O3质量分数高，因此利用煤矸石制备分子筛捕集CO2以实现煤矸石的高效资源化利用是一个有前景的技术。以煤矸石为原料，采用水热晶化法制备沸石分子筛，研究KOH添加量、煤半焦掺杂量对分子筛结构和性质的影响;开展CO2气体的静态吸附测试，研究煤矸石基沸石分子筛和胺改性分子筛的CO2捕集特性。分析结果表明，当KOH与煤矸石质量比为2∶1时，所得分子筛的比表面积为100。17 m2/g;当煤半焦掺杂量为40％时，制备的分子筛比表面积达249。86 m2/g，总孔容积为0。249 cm3/g;在最优制备条件下，分子筛的CO2吸附量为1。16mmol/g;胺负载改性能有效提升分子筛的CO2捕集能力，但过量的聚乙烯亚胺会在分子筛孔隙内聚集堵塞孔道，导致分子筛的物理吸附能力减弱。

    煤矸石水热晶化沸石分子筛CO2捕集胺改性

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    无烟煤的微波辐照-固相力化学石墨烯化及与天然橡胶的纳米复合

    黄吉董婉秋陈创前牛红梅...
    382-393页
    查看更多>>摘要：将无烟煤与路易斯酸催化剂CuCl2混合均匀后置于微波场-固相剪切力场交替作用下进行固相反应，微波场使煤分子内温度达到煤基石墨烯化的反应温度，路易斯酸催化剂在高温环境下使煤分子进行烷基脱除反应，固相力化学反应器提供强大的剪切力场重复粉碎剥离，实现了太西无烟煤的直接石墨烯化，进而在固相剪切碾磨中实现了煤基石墨烯与天然橡胶(NR)的纳米级复合，成功制备出抗静电煤基石墨烯/天然橡胶纳米复合材料。通过工业分析、元素分析、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱和原子力显微镜等手段分阶段表征了所制备纳米复合材料的结构与性能。结果表明，在氯化铜催化-固相剪切碾磨-微波辐照的共同作用下，可以实现太西无烟煤的粉碎、剥离、脱氧、脱烃、脱氢、芳香稠环，进而向石墨烯化方向发展，最终得到了 3。5 nm厚度2D形貌的"煤基石墨烯(CB-GE)";CB-GE可以实现对天然橡胶的增强和导静电功能化，当CB-GE质量分数为20％时，CB-GE/NR纳米复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和电导率分别达到22。36 MPa、278。8％和9。8×10-4 S/cm，与天然橡胶材料相比分别提高314。1％、40。52％和9个数量级，当CB-GE质量分数为4％时即可达到抗静电的要求。这表明所制备的CB-GE可以实现对天然橡胶的增强和导静电功能化。氯化铜催化-固相剪切力场-微波场综合作用技术进行无烟煤的石墨烯化过程几乎无"三废"产生，可提升制备煤基石墨烯复合材料的经济性。同时固相力化学复合技术可实现纳米级石墨烯化无烟煤在不同聚合物基体材料中的纳米分散和直接复合，可以得到定向煤基石墨烯/聚合物纳米复合材料。

    太西无烟煤微波辐照固相力化学煤基石墨烯天然橡胶纳米复合材料

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    湖泊底泥掺混对褐煤灰熔融特性的影响

    郑欣昱陈嘉霖刘磊张飞...
    394-403页
    查看更多>>摘要：湖泊底泥作为固体废弃物可通过燃烧进行无害化处置，灰熔融温度是影响锅炉结焦、制约其安全稳定运行的重要因素，确定湖泊底泥与煤掺混后的灰熔融温度对于实现湖泊底泥资源化利用具有重要意义。以云南小龙潭褐煤和滇池底泥为研究对象，滇池底泥是一种含氮高且重金属元素富集的高水分固体废弃物，云南滇池底泥留存量大，主要是由大量泥沙随着河水、雨水进入滇池所产生的，是滇池的主要污染来源;而小龙潭褐煤存在产量大、煤质差、运输成本高等问题，严重影响了它的使用率。若能因地制宜，通过掺混燃烧解决当地底泥产量大、处理困难且不够高效等问题，则除了可以实现褐煤的高效利用外，还可以缓解当地的处置压力，但目前基本没有对褐煤与底泥掺烧的相关研究，因此，研究意义显著。通过灰熔融特性实验，确定了 5％～15％掺混比例下灰的变形、软化、半球和流动温度，确定了灰熔点变化规律。通过XRD、XRF和SEM-EDS检测分析获得了矿物质成分、氧化物以及元素组成，确认了灰中晶体结构及矿物组成并进行热化学计算构建三元相图。结果表明，当掺混5％底泥时，灰熔融特性温度出现陡降，而后下降趋势趋于平缓，酸碱比和硅铝比与下降趋势呈正相关，Fe+2、Fe+3和Ca+2的氧化物对于灰熔点降低起到主要作用，这些氧化物易与难熔矿物反应形成钙长石、钙铁辉石等助熔矿物质。在低温阶段主要起到促进熔融作用的是Ca氧化物，到高温阶段Fe氧化物发生作用。

    灰熔融湖泊底泥循环流化床锅炉结焦

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    低浓度铵盐高效精准脱除新疆准东煤中钠

    苏金水卓相宇张丽芳张博...
    404-412页
    查看更多>>摘要：新疆准东地区拥有丰富的高钠煤资源，它们是优质动力煤和化工原料用煤，但钠质量分数高会导致燃烧和气化过程中设备污染和积灰结渣严重，从而严重限制了准东煤的大规模高效利用，钠的高效经济绿色脱除对准东煤的清洁利用具有重要意义。详细研究了系列低浓度铵盐对准东低阶高钠煤中钠的脱除规律及机制，结果表明:去离子水仅能脱除约52％的煤中钠，当使用0。006 mol/L的低浓度NH4Ac、NH4C1、(NH4)2SO4、NH4NO3、TMAC1等各类铵盐时，总钠和有机钠脱除率可达90％～97％和80％～95％。煤灰中Na2O质量分数从原煤的6。21％和水处理煤的2。77％显著降低至低浓度铵盐处理煤的0。27％～0。81％。在上述各类铵盐中，NH4Ac脱钠效果最佳。脱钠药剂中阳离子对有机钠的脱除起着重要作用，其脱钠量顺序为H+＞NH4+＞TMA+，这归因于小的阳离子更有利于进入煤孔隙和有机质本体，与有机钠进行离子交换。铵盐能够脱除煤中各类羧酸钠是常规的离子交换机理，但酚钠的脱除机理可能涉及离子交换、酚铵盐的复分解及NH4+的水解等反应。提高温度、延长时间和增加铵盐量均能显著提高煤中总钠、水溶性无机钠和有机钠等各类形态钠的脱除量。建立了不同铵盐添加量与煤中总钠和有机钠脱除量之间的正相关关系，如对于 NH4Ac为y(total Na)=12 479x(ammonium amount)+2 200，y(organic Na)=12394x(ammonium amount)+136。该准东煤满足国家燃煤标准(w(Na2O)＜2。0％，以灰分计质量分数)，需脱除约70％的总钠，每吨准东煤需添加约4。26 kg NH4Ac。

    准东煤脱钠相关性铵盐

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    脱硫废水替代工艺水制备蒸压加气混凝土实验研究

    卢锐李磊孔尧辉刘金强...
    413-423页
    查看更多>>摘要："水污染防治行动计划"的施行，标志着国家对水环境保护提出了更高的要求，实现脱硫废水零排放已成为电力环保的大趋势。脱硫废水水质特征复杂，易受工况和煤种的影响，处理难度较大。而传统的蒸发和结晶工艺存在成本高、二次污染严重的问题。基于脱硫废水水质分析，提出将脱硫废水应用于蒸压加气混凝土砌块的制备，以此来实现脱硫废水的资源化替代和盐分的固定。制备的加气混凝土砌块可作为高价值建筑材料外售，为电厂带来环境效益的同时创造经济效益。实验以蒸压加气混凝土砌块的抗压强度和干密度作为评价指标，探究脱硫废水掺量、钙硅比、水泥石灰比以及脱硫石膏掺量等因素对混凝土建材性能的影响规律。结果表明，随着脱硫废水、脱硫石膏掺量增加，制品抗压强度降低;最佳钙硅比和水泥石灰比分别为27∶70和16∶11。通过4因素3水平的正交试验，得出优选的水料比为0。75，最佳配方为粉煤灰∶水泥∶石灰∶废水∶中水=73∶16∶11∶30∶45，极差分析显示各影响因素对固化体比强度影响排序为:水料比＞脱硫废水掺量＞钙硅比＞水泥石灰比。通过SEM、XRD和FTIR对水化产物进行分析，结果表明蒸压反应前主要产物为钙矾石与Ca(OH)2，蒸压反应后的产物为托贝莫来石、水石榴子石和碳酸钙。对砌块成品进行重金属浸出实验，5种脱硫废水中超标的重金属离子均符合规定。利用脱硫废水可制备强度等级为A5。0级、干密度等级为B06级且对环境无危害的脱硫废水蒸压加气混凝土，为脱硫废水的资源化利用提供了新路径。

    脱硫废水蒸压加气混凝土抗压强度干密度资源化利用

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    路用煤气化渣混凝土的制备与微观结构

    许云龙周长俊刘晓敏周俊龙...
    424-433页
    查看更多>>摘要：为处理存量巨大的煤气化渣(CGS)，寻找河砂的替代物，研究煤气化渣混凝土的路用可行性，并探讨CGS对水泥基材料性能的影响。以CGS(粒径在4。75 mm以下)为细集料，按照0％、20％、40％、60％、80％等质量分数替代河砂制作CGS砂浆，通过开展砂浆流动度试验、抗压强度试验、X射线衍射分析、压汞分析、扫描电子显微镜及能谱分析，系统研究了 CGS替代率对砂浆的流变性、力学性能、水化产物、孔结构以及微观形貌的影响;通过综合比选确定CGS最优替代率，并在此替代率下开展路用CGS混凝土配合比设计，以CGS混凝土的28 d弯拉强度评价其力学性能可靠性。结果表明:随着CGS替代率增加，CGS砂浆的流动性逐渐下降、28 d抗压强度逐渐升高;综合考虑砂浆流动性和力学性能，CGS的最优替代率为80％，对应的CGS砂浆抗压强度可达34 MPa;微观分析发现，CGS可以促进CGS砂浆水泥水化反应，使C—S—H凝胶相对质量分数增加，C2S和C3S质量分数减少;掺入CGS降低了砂浆临界孔径、平均孔径和中值孔径，提高了小孔径孔隙占比，改善其孔径分布类型，进而提高小孔径孔隙占比，使得孔隙连通性下降，表现出更高的致密性;掺入CGS后，CGS砂浆并未生成新的水化产物，降低了 C—S—H凝胶的钙硅比，增强了凝胶结晶度，砂浆耐久性提高。在变异系数0。1的情况下，替代率80％的CGS混凝土可保证无标准轴载农村公路水泥混凝土路面使用10 a。

    煤气化渣路面混凝土砂浆力学性能微观结构

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    煤矸石钠盐焙烧增白工艺与机理

    汪欣林黄朋吴家铭王朔...
    434-445页
    查看更多>>摘要：大宗固体废弃物煤矸石的堆存带来严重的环境问题，因而综合利用与高值高效利用煤矸石十分紧迫与重要。煅烧是煤矸石资源化利用的重要加工手段。针对煅烧法存在能耗高、效率低的问题，通过研究钠盐种类及煅烧工艺对煤矸石增白效果的影响，得出了煤矸石煅烧前后样品的物相组成、微观形貌、孔结构及化学键变化情况，并在此基础上采用同步热分析与红外-质谱(TG-FTIR-MS)联用系统对NaCl煅烧过程中的气相产物与除杂增白机理进行了分析。结果表明:当煅烧温度为860 ℃时，NaCl煅烧煤矸石样品白度由原矿的38。5％提高到86。0％;碳质全部被氧化，黄铁矿(FeS2)脱硫转变为赤铁矿(Fe2O3)，赤铁矿和金红石(TiO2)总质量分数下降到0。27％;当煅烧温度为800～860 ℃时，样品孔结构特性变化较小;当升高温度到950 ℃时，片层状的偏高岭石转变为圆球状的莫来石，比表面积和孔体积分别由原矿的12。91 m2/g和0。056 cm3/g显著下降到6。58 m2/g与0。031 cm3/g。当煅烧时间超过30 min后，煅烧产物的白度增加幅度变小，煅烧时间超过90 min后，煅烧产物的白度基本不再增加(86。6％～86。7％)。NaCl的加入对于煅烧产物化学键的影响较小，煅烧阶段的易挥发矿物质成分质量分数较低，主要气体产物为H2O、HC1、CO2和H2S;NaCl与H2O、SiO2发生作用高温分解生成HC1气体，并与Fe2O3、TiO2等杂质反应，生成气相氯化产物从料层表面逸出，实现了煤矸石除杂增白。

    煤矸石煤系高岭土煅烧白度物相转化

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    基于蒙特卡洛随机采样方法与牛顿-拉夫逊迭代方法的钻锚机器人机械臂逆运动学求解方法

    雷孟宇张旭辉杨文娟万继成...
    446-456页
    查看更多>>摘要：钻锚机器人机械臂逆运动学精确求解是实现煤矿巷道自动支护的关键，针对钻锚机器人机械臂这种非传统结构机械臂逆运动学求解方法存在精度低、实时性差和容易陷入局部最优难以收敛的难题，提出了一种融合蒙特卡洛随机采样方法和牛顿-拉夫逊迭代方法的非传统结构机械臂逆运动学求解方法。首先，根据钻锚机器人机械臂结构构建运动学模型，建立各个关节坐标系，利用坐标系转换关系实现机械臂正运动学求解;其次，基于蒙特卡洛随机采样方法计算机械臂运动空间，设定步长将运动空间轮廓外接立方体分割为若干个小立方体，构建小立方体内空间点的三维坐标和对应关节变量与小立方体的映射关系，根据给定的目标空间点对应的转换矩阵，通过索引函数确定其对应的小立方体，计算立方体内与目标空间点误差最小的点，将它对应的关节变量值作为初始值;最后，引入牛顿-拉夫逊迭代方法，利用多元函数迭代公式确定各关节变量的变化量，循环往复实现非传统结构机械臂逆运动学的求解。仿真实验结果表明，与基于随机初始值的牛顿-拉夫逊迭代方法和粒子群优化算法相比，所提方法计算结果对应的平均角度误差分别降低了 64。98％和57。34％，平均耗时分别降低了 35。90％和22。33％，求解精度和时效性均有所改善，验证了所提融合蒙特卡洛随机采样方法与牛顿-拉夫逊迭代方法针对非传统结构机械臂逆运动学求解的可行性和有效性。

    运动空间蒙特卡洛牛顿-拉夫逊迭代运动学分析索引函数关节变量

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    煤矿井下单轨吊无人驾驶目标识别算法与轨道接缝检测方法

    王茂森鲍久圣章全利杨阳...
    457-471页
    查看更多>>摘要：单轨吊作为煤矿井下辅助运输的重要设备形式之一，具有运载能力大、爬坡能力强等优点，在煤矿智能化建设背景下无人驾驶是其必然的发展方向。为确保无人驾驶单轨吊在井下巷道内的安全行驶，对轨道接缝和关键目标的可靠检测尤为重要，从提高单轨吊无人驾驶安全通过性出发，对单轨吊无人驾驶目标识别算法与轨道接缝检测方法两大主要方面展开了研究。首先，对矿井图片数据集进行了增强处理，提高了其多样性;提出了一种加入改进通道注意力机制ECA s和EIOU回归损失函数的YOLOv5算法，并对改进后的YOLOv5算法进行试验分析，结果表明，采用改进后的YOLOv5算法，识别准确率提高了 9。1％，mAP提升了 3。6％。其次，建立了基于机器视觉的单轨吊轨道接缝检测方法，采用图像预处理、直方图信息统计、形态学处理等技术，根据标定系数计算轨道接缝距离，结果表明，基于机器视觉的轨道接缝检测算法处理一张接缝图像的检测误差仅为0。3 mm。最后，开展了单轨吊无人驾驶目标检测试验，结果表明，改进后的YOLOv5目标检测算法平均精度达到90。3％，具有更高的检测准确率;单轨吊轨道接缝检测算法处理接缝图像的平均检测误差为0。73 mm、最大检测误差不超过1。1mm，具有更高的检测精度。为保障煤矿井下单轨吊无人驾驶安全通过性和可靠性，提供了务实可行的检测方案和精确可靠的检测算法。

    单轨吊无人驾驶机器视觉目标检测YOLOv5接缝检测

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    煤矿井下多重约束的视觉SLAM关键帧选取方法

    高毅楠姚顽强蔺小虎郑俊良...
    472-482页
    查看更多>>摘要：煤矿智能化的重大需求对煤矿井下移动机器人智能感知提出了更高的要求，视觉同时定位与建图(Visual Simultaneous Localization and Mapping，VSLAM)是煤矿机器人智能感知的关键技术。然而，煤矿井下存在非结构化环境特征、纹理弱、光照不均匀、空间狭小等问题，现有依赖启发式阈值进行关键帧选取的方法无法满足煤矿下视觉SLAM的定位与建图需求。为此，提出一种煤矿井下多重约束的视觉SLAM关键帧选取方法，实现了煤矿井下移动机器人实时稳健的位姿估计，并为煤矿井下数字孪生提供数据基础。首先，提出的方法根据几何结构约束，采用自适应阈值取代静态启发式阈值进行关键帧选取，以实现视觉SLAM关键帧选取的有效性和鲁棒性。其次，通过重心平衡原则对有效特征点分布进行均匀化处理，以进一步确保视觉SLAM关键帧选取的稳定性以及创建地图点的稠密性和准确性。最后，利用航向角阈值对转向处做进一步约束，降低视角突变对视觉SLAM精度的影响。为验证本文方法的有效性，利用自主搭建的移动机器人数据采集平台在室内场景及煤矿井下分别进行了实验，并从绝对轨迹误差(Absolute Trajectory Error，ATE)和均方根误差(Root Mean Square Error，RMSE)等方面进行了定量和定性评价。结果表明:相比于启发式视觉SLAM关键帧选取方法，提出的方法在室内场景中轨迹RMSE提高了 29％，在煤矿井下环境中轨迹RMSE提高了 44％，具有较高的鲁棒性、定位精度和全局一致的建图效果。

    煤矿井下多重约束关键帧选取视觉SLAM智能感知

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