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主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

特约综述

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  • 作者(Author): 苏现波, 夏大平, 赵伟仲, 伏海蛟, 郭红光, 何环 , 鲍园 , 李丹 , 魏国琴

    摘要:煤层气生物工程是将营养液或经过驯化、改良的菌种注入地下煤层或通过地面发酵产气的方式,把煤的部分有机组分转化为甲烷,实现微生物强化煤层气产出的一种特殊发酵工程。该工程作为多学科交叉的新兴边缘学科,涉及到能源、环境和新材料三大领域,具有多重效益,越来越受到关注。详细总结了国内外煤层气生物工程10余年的发展历程,首先从煤层(水)的生物多样性、厌氧发酵系统产气机制和控制因素等方面系统分析了煤层气生物工程的微生物学基础ꎻ以研究厌氧发酵系统中气固液菌为核心,整合其他学科的研究方法,初步形成了煤层气生物工程自身的研究方法,最后提出了煤层气生物工程的实施方案及发展趋势。生物多样性为煤层生物甲烷的生成提供了菌种来源,根据发酵系统中气固液菌的变化规律将发酵过程区分为 4 个阶段,系统中的底物和环境因子控制了微生物群落结构,影响了生物甲烷的产量。甲烷的成因区分为乙酸营养型、氢营养型、甲基营养型3种。这一认识初步构成了煤层气生物工程的理论基础,分子生物学、地球化学与煤化学等的结合为该学科的发展提供了方法支撑,地面发酵池产气工程除了获取生物甲烷这一洁净能源外,还可以与褐煤提质、高硫煤微生物脱硫和新材料合成相结合,使得经济效益最大化,地下煤层气生物工程以其增气、增解、增透作用可大幅度提升煤层气井的产量,并获取液相有机物,同时可以实现二氧化碳的甲烷化,二氧化碳矿化对采空区可起到固化作用,减排效果显著,煤层气生物工程以其理论性、方法性和实用性正在成为一个全新的领域,将有力推进中国煤层气大规模商业化开发进程。
  • 作者(Author): 石智军, 姚克, 姚宁平, 李泉新, 田宏亮, 田东庄, 王清峰, 殷新胜, 刘飞

    摘要:煤矿井下坑道钻探在保障煤矿安全高效开采、增加清洁能源供给、实现绿色发展等方面发挥着不可替代的作用。改革开放以来,我国煤矿井下坑道钻探技术与装备实现了“由无到有”向“由弱到强”的历史性跨越,依靠坑道钻探技术与装备科技创新,支撑煤矿地质保障能力持续增强。首先从矿井灾害防治、隐蔽致灾地质因素探查、煤层气资源开发和其他工程应用等方面,全面阐述了安全高效绿色开采对煤矿井下坑道钻探的需求,并结合煤矿井下坑道钻探领域专著、专利、论文、标准规范、获奖情况,系统回顾和总结了40年来我国煤矿井下坑道钻探技术与装备的发展历程和代表性成果。在坑道钻探技术与装备方面,提出和发展了煤矿井下坑道回转钻进技术、稳定组合钻具定向钻进技术和随钻测量定向钻进技术,实现了煤矿井下钻孔施工由“无控钻进”到“受控钻进”再到“精确定向钻进”的跨越;研制了坑道钻机、泥浆泵(车)、钻杆、钻头、螺杆钻具、随钻测量系统、冲洗液循环净化系统等装备,促进了煤矿井下坑道钻探装备国产化进程及其升级换代,形成了适应于我国煤层赋存地质条件和开采条件、同时具备自主知识产权的坑道钻探技术与装备体系,尤其是大功率定向钻进和自动化、智能化钻进技术与装备研发,使我国煤矿井下坑道钻探技术装备水平跃升到新的台阶,推动了煤矿地质保障技术的进步,支撑了我国煤炭科学产能的释放和煤层气高效开发。面对新一轮能源科技革命,针对新形势下煤矿安全发展新要求,以信息化、智能化为特征的精准快速坑道钻探技术与装备的发展已迫在眉睫,在此基础上,提出了煤矿井下坑道钻探技术与装备发展方向及建议。
  • 作者(Author): 程卫民, 周刚, 陈连军, 王刚, 聂文, 张清涛

    摘要:近年来,随着矿井开采机械化、自动化、智能化水平日益提高,作业环境粉尘污染日益严重。为了进一步提高矿井清洁化生产水平,推动煤矿安全保障能力和职业健康水平,分析了我国煤矿粉尘防治的研究现状,总结了20年来粉尘防治理论及技术取得的成果,并提出了未来发展方向。全面阐述了现有的防尘基础理论,主要包括:粉尘弥散污染规律、粉尘微观润湿理论、尘雾凝并湿式除尘理论、湿式喷射混凝土除尘理论。基于上述理论,国内高校、科研院所研发了综采工作面局部雾化封闭与空气幕隔离、综掘工作面风雾双幕协同增效、煤层注水强渗-增润、矿山湿(潮)喷作业系统、高效环保抑尘剂等不同尘源控除尘技术工艺。同时针对现有研究的不足,在智能化防尘、煤层注水减尘、采掘作业环境降尘、抑尘材料等4个方面给出了下步研究展望。研究与实践表明,我国煤矿已经初步形成了粉尘防治的理论和技术体系,未来要以智能化防尘为抓手,实现粉尘高精度传感—输—评估预警,开发集雾化除尘、干式、干湿混合式、小型化、吸风量大等于一体的组合式除尘器,实现综掘工作面、综采工作面等广域复杂空间微细粉尘高效通风控除尘技术与装备体系;同时,在低渗煤层水力强渗-增润技术、智能化防尘机器人、化学抑尘等技术与装备方面实现突破。以此来实现矿山粉尘的分源高效治理,提升矿井的清洁化生产水平。
  • 作者(Author): 王清峰, 陈 航

    摘要:针对现有煤矿钻机钻杆自动输送系统容量小,需要人工频繁补充钻杆的问题,开发了大容量钻杆自动输送系统。以钻杆一般输送路径规划和多列多层钻杆起点归一化方法为基础,结合ZYWL全方位型自动钻机总体结构方案,利用钻杆箱侧下方的空间,设计了升降输送路径方案,降低了钻机整体高度。基于路径方案设计了钻杆箱、转运器、主机械手和副机械手等执行机构,并根据具体结构对输送路径进行了适应性调整,避免了输送装置与钻机主机结构发生运动干涉。理论验算与样机试验表明,大容量钻杆自动输送系统路径设置合理,可准确实现钻杆的自动输送。
  • 作者(Author): 尹尚先, 连会青, 刘德民, 尹慧超

    摘要:系统阐述了华北型煤田陷落柱及其突水的研究历程和取得的成就。20世纪30年代煤田岩溶陷落柱偶然发现于煤炭开采中,因其带来开采及安全影响,研究不断深化。新中国成立伊始,百业待兴,能源先行,陷落柱对煤炭开发的影响逐渐显现,在解决现场技术问题的同时,基础理论得到蓬勃发展,至1984年开滦范各庄矿陷落柱特大突水事故震惊世界,其成功封堵复矿标志着我国治理技术基本成熟,该事件成为划时代的里程碑;其后能源行业从萧条到黄金10年,煤炭开发向深部、西部转移,陷落柱突水威胁日趋严重,新理论新技术的应用,促进相关研究不断向纵深发展,到目前为止,基本理论及治理技术日臻完善。由于其局域性和特殊性,国外仅有岩溶塌陷和采矿垮落的理论可作为研究借鉴。从基本特征、分布规律、成因机制、导水性、突水模式及机理、预测探查和治理等方面全方位进行了总结,归纳了岩溶陷落柱空间形态特征、充填物特点、揭露特征、结构构造特征等,系统梳理了岩溶陷落柱分类及类型;探讨了岩溶陷落柱导水性,建立了岩溶陷落柱预测指标体系及预测模型,分类提出了陷落柱突水模式和机理及力学判据,研讨了陷落柱突水量预测的可行性,规范了陷落柱预测探查及治理的程序,总结了陷落柱治理技术。作者指出了目前陷落柱研究中存在的不足,凝练了岩溶陷落柱成因、导水性、预测、突水机理及突水量预测等方面的待解科学命题,列举了陷落柱精细化探查、突水监测预警、治理装备技术等方面技术难题,指明了未来探索及发展方向。应当指出,尽管现有成果基本成型,但距离技术理论体系的完善、满足保障矿井安全生产还有很长的路要走。
  • 作者(Author): 张瑞新, 毛善君, 赵红泽, 郭苏煜, 贾宏君, 赵学彬, 孙健东, 王群, 李淋, 马远平, 王宇新, 郭帅, 鲍海明, 林钰淇

    摘要:针对我国当前露天矿信息化建设中存在的信息孤岛,各生产部门无法高效协同实现数据资源共享、生产装备自动化程度低、对安全的自动判断和预警不足等问题。在对国内外智慧矿山发展趋势研究基础上,提出了智慧露天矿山定义,智慧露天矿山层次间关系、智慧露天矿山建设原则和分期建设的“1+4”智慧化系统,即:1个基础平台是露天矿山基础支撑智慧化系统,4个业务系统是指露天矿山时空演化智慧化系统、露天矿山设备及工艺智慧化系统、露天矿山生产计划与工程管理智慧化系统、露天矿山综合管理智慧化系统, 智慧露天矿总体构架、体系结构和技术框架,规划了各个系统的重点建设内容及项目构成、实现途径和分期目标。指出了智慧露天矿山建设体系主要由保障体系、标准规范体系、关键技术、决策体系、信息基础支撑体系、时空演化支撑体系、生产设备与环节管控体系、生产计划与施工协作体系、综合应用管理服务体系组成,同时提出了智慧露天矿山建设就是以云计算、大数据、物联网及矿业工程专业技术为基础,利用物联网技术实现“人-人”、“人-物”、“物-物”深度互联能力;基于统一网络传输标准,使爆破、采装、运输、排土、环境等监控系统与机电设备管理、调度通信、工业电视等安全生产技术管理系统得以有机汇接,实现信息共享;利用云计算和大数据技术,对矿山海量数据进行挖掘分析并及时响应,为矿山各管理层面决策提供数据支持;建立统一的矿业协同平台,使矿山爆破、采装、运输、排土等部门协同工作,打破信息孤岛,实现露天矿山系统的分布式协同工作,最终实现信息采集全覆盖、数据资源全共享、统计分析全自动、业务管理全透明、人机状态全监控、生产过程全记录,形成完整统一的时空框架和信息系统,提高各业务部门的多元信息融合、共享和生产系统的协同效率,实现矿山的绿色、安全、高效生产。
  • 作者(Author): 王国法, 刘峰, 孟祥军, 范京道, 吴群英, 任怀伟, 庞义辉, 徐亚军, 赵国瑞, 张德生, 曹现刚, 杜毅博, 张金虎, 陈洪月, 马英, 张坤

    摘要:煤炭是我国能源的基石,是可以实现清洁高效利用的最经济、安全的能源,煤矿智能化是实现煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。系统阐述我国煤炭工业发展历程,分析煤矿综合机械化、自动化、智能化的发展过程与现状,列举了部分典型成功案例。详细阐述煤矿智能化的发展理念、特征、技术路径与阶段目标,分析煤矿智能化基础理论与关键技术研究现状,从数据采集与应用标准、装备群智能协同控制、健康状态诊断与维护等方面,分析了实现煤矿智能化开采需要解决的3个关键基础理论难题。从感知层、传输层、平台层和应用层等方面,分析了智能化煤矿的主体系统架构,研究了煤矿智能化建设的主要技术路径。针对不同煤层赋存条件工作面智能化开采的技术要求,提出了薄及中厚煤层智能化无人开采模式、大采高工作面智能耦合人工协同高效开采模式、综放工作面智能化操控与人工干预辅助放煤模式、复杂条件机械化+智能化开采模式等4种开采模式,研究了不同开采模式的核心关键技术与实施效果。介绍了我国煤矿掘进技术与装备发展现状,分析了制约巷道实现快速掘进的关键难题,提出了智能快速掘进的研发方向及技术路径。提出了我国煤矿智能化发展的基本原则,分析不同地域条件煤矿智能化发展模式及评价标准,提出新建矿井智能化建设路径,以及现有生产矿井进行智能化改造的主要任务,从法规体系、财税政策、人才培养等方面提出了保障煤矿智能化建设顺利实施的政策建议。
  • 作者(Author): 范立民, 马雄德, 蒋泽泉, 孙魁, 冀瑞君

    摘要:煤炭是我国工业化过程中最重要的能源,在我国经济发展中一直发挥着重要作用。但所有工业化国家所面临的一个主要问题是矿区环境退化,短期的经济利益都是以巨大的环境损失为代价获得的。保水采煤是针对陕北侏罗纪煤田开发过程中出现的环境问题而提出的科学采矿思路与方法,在过去20多年的时间中有了长足的发展。回顾了煤田发现历程,分析了其资源特征,重点强调了煤炭开发过程中出现的突出环境问题,如土地荒漠化和水资源供需矛盾。简述了保水采煤问题的提出和发展过程,解释了保水采煤的概念及科学内涵。以CNKI文献检索结果为准,详细梳理了围绕保水采煤问题而开展的科研项目、发表的论文、论著及学术会议,并指出了该领域主要关键科学问题。进一步介绍了矿区生态水位及阈限研究、浅埋煤层岩层控制、导水裂隙带发育高度、保水开采条件分区、保水采煤技术及地下水监测网建设等方面取得的主要成果。保水采煤是维护和提升矿山生态系统功能和环境质量的重要手段,必须长期坚持,持续实施。今后保水采煤技术工程实施,需要深入贯彻落实“山水林田湖草是一个[JP]生命共同体”重要理念,推广试点工程成功经验和实践模式,全方位推进国土空间的生态保护修复。

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