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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

2020封面文章(《煤炭科学技术》)

来源:煤炭科学技术

研究成果被期刊选为封面文章,不仅是对科研工作的认可,更可以提高作者知名度,是一份永久的荣誉。《煤炭科学技术》始创于1973年,月刊出版,是煤炭行业的综合性期刊。

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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): 张党育, 蒋勤明, 高春芳, 铁记, 王玺瑞

    摘要:为了进一步提高底板岩溶水害区域治理技术的有效性,降低底板突水的危险性,解决区域治理过程中治理层位选择、治理模式和安全治理范围的确定等安全技术问题。基于冀中能源多年底板水害区域治理工程实践,通过深入分析邯邢矿区近年来区域治理后工作面出水案例,提出了奥灰区域治理层位选择的基本原则。针对多个复合含水层(段)条件,构建了地面顺层治理与井下穿层治理相结合的底板岩溶水害多层“三维立体”区域综合治理新模式,给出了在几种不同构造条件下工作面安全治理范围的计算方法。并在峰峰矿区梧桐庄矿水文地质条件极复杂182602工作面水害治理中进行应用实践,取得了良好的治理效果,对类似条件下底板岩溶水害区域治理工作具有很好的借鉴意义。
  • 作者(Author): 曹建军

    摘要:为了有效解决丁集矿高地应力、低透气性突出煤层煤巷条带瓦斯区域预抽效率低、预抽达标后区域验证指标仍超标的问题,在该矿1351(1)运输巷煤巷条带穿层预抽钻孔进行了超高压水力割缝卸压增透技术应用研究,利用水力割缝卸压增透原理确定了超高压水力割缝设备组成,选型配套了超高压清水泵、超高压软管、超高压旋转水尾、水力割缝钻杆、高低压转换割缝器、钻头和超高压远程操作台等超高压水力割缝设备,考察了相同孔径未割缝钻孔、割缝钻孔瓦斯涌出量及割缝钻孔瓦斯抽采量,理论研究了百米煤孔初始瓦斯涌出量、瓦斯涌出衰减系数及不同预抽时间、预抽率条件下的有效抽采半径,现场检验了顺层钻孔预抽措施单元、穿层钻孔水力冲孔措施单元、穿层钻孔水力割缝措施单元的预抽瓦斯区域防突措施效果,统计了不同措施预抽单元局部补充措施执行情况、局部措施效果,分析评价了超高压水力割缝卸压增透效果。结果表明:针对丁集矿11-2煤层工程条件选型配套的超高压水力割缝设备参数是合理,在1351(1)运输巷煤巷11-2煤层条带穿层钻孔超高压水力割缝措施卸压增透效果显著,与未增透措施相比,煤层透气性系数提高了25.9 倍、113 mm孔径的穿层钻孔百米煤孔初始瓦斯涌出量提高了5.5 倍、瓦斯涌出衰减系数降低73.4%、预抽15 d和30 d达35%预抽率的钻孔间距提高了84.3%和53.0%,与穿层钻孔水力冲孔相比,煤巷条带防突局部补充措施工程量降低了50.0%、煤巷平均掘进速度增加了1 倍。
  • 作者(Author): 李勤 , 赵斌 , 马随波

    摘要:煤层中常发育近似正交裂隙,正交裂隙近似为正交各向异性介质,地震波各向异性响应特征与裂缝介质关系可以利用作为地震波进行裂隙预测,为了研究煤层中地震波传播速度受裂缝介质的影响,选取正交各向异性裂隙煤层(称OA煤层)为研究对象,根据正交各向异性介质弹性矩阵,结合Schoenberg线性滑动理论和Hudson理论,利用正交各向异性煤层裂隙等效方法,并用正交各向异性介质群、相速度公式,实现对正交各向异性煤层群、相速度分析,进一步研究了受正交裂隙参数影响下煤层地震波各向异性参数变化和速度响应规律。研究结果表明:在给定理论模型中,若煤层裂缝中充填不同流体,当裂缝纵横比或裂隙密度恒定时,各向异性参数也会随着充填流体体积模量的变化而变化;OA煤层干裂隙(气充填)和饱和水裂隙模型中纵波都表现出较强的各向异性,P波对OA煤层裂隙中干裂隙(气充填)、饱水都比较敏感,SV波对OA煤层含水裂隙更敏感,而对含气裂隙却不敏感。
  • 作者(Author): 袁永, 屠世浩, 陈忠顺, 张村, 王沉, 王文苗

    摘要:  薄煤层占我国煤炭总储量的20%,受狭小采掘空间等特殊条件制约,薄煤层开采效益差、智能化水平低,产量仅占煤炭总产量的10%。  基于薄煤层多样性赋存条件和提高工作面单产、卸压效果与采出率的不同开采需求,将薄煤层开采的技术需求分为3类:薄煤层长壁智能化综采、薄煤层保护层智能化开采和薄煤层高采出率开采技术。  系统分析了我国薄煤层矿井开采设计、长壁综采装备、智能化开采技术、半煤岩巷道掘进和极薄煤层开采技术等方面的研究现状,详细介绍了3类薄煤层开采技术的研究进展,具体包括:  ①在长壁综采工作面智能化方面,提出了放大采区(面)尺寸、降低采掘高度的立体化设计方法,开发了薄煤层开采方法、设备配套等辅助决策专家系统,研制了大功率、矮机身半煤岩快速掘进机及其支护机具和矮型化超长综采工作面成套装备,研发了“基于煤层条件精准探测预设割煤轨迹+三机协同控制+视频监控”的智能化开采技术;  ②在高瓦斯薄煤层保护层智能化开采方面,揭示了卸压开采的应力-损伤-渗流耦合作用机制,提出了长壁面极限卸压采厚与钻采面卸压增透合理参数确定方法,研发了基于瓦斯浓度调控的智能割煤技术;  ③在提高薄煤层采出率方面,研发极薄煤层的长壁综采自动化技术和五钻头自动换钻螺旋钻采煤机,开发了不同种类的薄煤层沿空留巷技术。  提高薄煤层采掘装备的适应性和控制精度,构建智能开采与灾害防控一体化理论与技术将是薄煤层智能开采技术的研究方向。
  • 作者(Author): 王福生, 张志明, 武建国, 董宪伟, 孙超

    摘要:为分析煤体结构对煤自燃倾向性的影响及各因素对自燃倾向性的“贡献程度”,选取5种不同变质程度的代表性煤样,分别运用程序升温-气相色谱联机装置进行氧化动力学试验测定煤的自燃倾向性综合判定指数;运用扫描电子显微镜、比表面积及孔径分析仪分别进行SEM试验、低温氮气吸附试验对煤的宏观结构进行检测;利用傅里叶红外光谱技术及OMNIC分峰软件进行煤的微观分子主要官能团分析;利用灰色关联分析方法找出各因素与自燃倾向性的关联程度并进行等级划分,并利用SPSS软件及多元统计学原理建立煤自燃倾向性多元回归分析模型并对模型进行检验、各系数分析及正态图分析。结果显示:随着变质程度的增加,主要官能团含量变化明显,大孔及裂隙减少,煤体结构变得紧致,分子稳定性加强,煤自燃倾向性减弱且微孔占比与煤自燃倾向性关联度最大。通过灰色关联分析及煤自燃倾向性的多元回归分析,建立了可靠的煤自燃倾向性的多元回归分析模型,找出了影响自燃倾向性的关键因素,揭示了自燃倾向性与煤部分试验数据的线性关系。
  • 作者(Author): 陈常兴, 刘佳, 叶树刚

    摘要:地球的热场也称地球的温度场、地温场或地热场,它与地球的电场、重力场、磁场一样,是地球的物理场之一。了解地球浅层(浅层地壳)地温,有助于研究一些与能源息息相关的问题,如预测油气田、确定煤层厚度和位置、预防煤矿瓦斯爆炸等;了解地球深部(地幔、地核)温度,则有助于研究地球内部物质和能量的交换以及深部动力学问题。因此,有必要探讨测量地温的一些方法,并在实际数据中进行对比。通过总结直接测温和间接测温的方法和原理,利用收集的顾桥井田地温数据,得出直接测温的近似真实地温曲线,与间接测温的方法相结合,对地温测量方法进行优缺点分析。研究结果表明:该区地温梯度为3.2 ℃/hm,1 000 m深度井底温度可达48 ℃,属地温异常区;对于地球浅部地温使用直接测温法较为精确,对于地球深部地温则需要使用间接测温法,虽然只能粗略的推算出地球深部的温度,但是其误差可忽略不计。
  • 作者(Author): 孙广京, 王平, 冯涛, 余伟健, 尹中凯, 蒋运良, 刘海, 李立新

    摘要:针对软弱破碎顶板巷道支护困难的问题,通过现场调查和钻孔探测发现软弱破碎顶板巷道围岩具有自稳平衡拱结构,但极不稳定,在扰动作用下表现为局部到整体的连锁失稳特征。现场取样进行试验,发现顶板破碎岩块强度低,帮部煤块裂隙发育、底板泥岩软弱是造成巷道全断面变形失稳的主要原因。原支护棚架架型不合理、接顶效果差、支护缺乏整体性以及支护系统不能协调变形是导致巷道失稳的直接原因。进一步试验表明,该巷道的软弱破碎岩样在侧限约束条件下压实后具有较高的承载能力,在无侧限约束条件下则难以自稳。掺入一定水泥进行胶结后形成的弱胶结岩体,其稳定性和承载能力有明显提高。结合普氏自然平衡拱理论和“类双曲线”模型,构建了软弱破碎顶板巷道围岩“抛物线-半双曲线”破碎边界扩张模型,发现软弱破碎顶板载荷呈指数形式增长,当帮部煤体不稳定时顶板载荷急剧增加,而底鼓是造成帮部失稳的重要因素。因此,提出了强力控制软弱破碎顶板,强化约束帮部煤体,加强隔水预防巷道底鼓的控制原理和“控顶先固帮,固帮先护底”的支护原则。针对州景煤矿5305工作面的实际情况提出了“双层金属网+喷射混凝土+预支撑囧形棚架+可缩性纵向连接器”的组合控制技术,经初步的现场工程实践,取得了较好的支护效果。

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