《煤炭科学技术》2024年度高影响力学术论文

为繁荣煤炭科技，活跃学术气氛，发现优秀人才，鼓励广大煤炭科技工作者把代表性学术成果发表在祖国大地上，本刊根据《<煤炭科学技术>年度高影响力论文评选办法》，秉承独立、公正、客观的原则，遵循科学、专业的方法和合理、规范的程序，采用定量评价与定性评价相结合的方式，从《煤炭科学技术》2023年发表的370篇论文中，根据论文在中国知网的数据表现，结合微信公众号投票结果，经期刊编委会终评，最终确定30篇论文入选《煤炭科学技术》2024年度高影响力学术论文。获奖论文将由编辑部颁发荣誉证书。

行业视野: 煤炭科学技术
类别; 161个
关键词; 172位
专家; 30篇
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中国煤炭开采技术及装备50年发展与创新实践——纪念《煤炭科学技术》创刊50周年

作者(Author)：王国法, 杜毅博, 徐亚军, 任怀伟, 张德生, 庞义辉

摘要：回顾《煤炭科学技术》杂志推动和见证中国煤炭开采技术及装备50年发展与创新实践的发展概况，阐述从煤矿机械化到煤矿智能化的创新历程并重点分析采煤机装备技术研发支撑煤炭开发工艺变革，综述煤矿装备智能化迭代发展并提出煤矿装备智能化发展思路。煤炭开采技术历经炮采、普通机械化开采、综合机械化开采、智能化开采4次重大技术变革，实现了煤炭生产力的巨大进步。采煤机装备研发支撑煤炭开发工艺变革，液压支架支护理论、设计方法、支架架型结构和制造技术的创新支撑实现我国液压支架产品由低端到高端的突破；采煤机制造工艺、机型适应性和监控系统等短板技术攻坚取得重大进展，采高0.8～9.0 m全系列采煤机满足我国煤矿高效生产要求，智能化水平不断提升；大运量长运距工作面刮板输送机关键技术不断突破，450 m超长工作面大运量刮板输送机可靠运行，智能变频一体机传动代替传统CST等传动，节能近30%；大运量带式输送机永磁直驱、芳纶带和无基础带式输送机结构等技术创新具有节能、可靠和智能的显著优势；电液控制和无人化智能开采控制技术快速发展，国产化SAC型液压支架电液控制系统、SAM型工作面自动化系统和SAP型智能供液系统广泛应用；“掘锚一体机+锚运破+大跨距转载”掘锚一体机系统、悬臂式掘锚护一体机+临时支护系统和TBM全断面硬岩掘进系统，解决了采掘失衡难题；智能变频节能传动支撑矿山节能，采煤机装备全面国产化创新与智能制造能力快速提升，研发的30多种煤矿机器人在陕煤柠条塔煤矿集群应用，取得良好效果。煤矿智能化技术快速迭代发展，分析了煤矿数据流分类与关联，提出了煤矿智能化总体技术架构与“分级抽取-关联分析-虚实映射”的数据处理基础理论，综述了煤矿智能化系统耦合与迭代开发进展以及煤矿智能化技术标准体系建设进展，提出包括构建以“煤智云”为基础的数据价值生态，推进复杂条件智能开采工艺与装备及煤矿机器人集群研发，建设系统智能与人文智慧融合的煤矿智慧生态的煤矿智能化发展思路，为企业高质量发展指明了技术方向。

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煤炭科学技术

2023年第01期

2292

1092
无煤柱自成巷力学原理及其工法

作者(Author)：何满潮, 高玉兵, 盖秋凯, 杨军

摘要：煤炭是我国的支柱能源，煤炭工业是关系我国能源安全的重要基础产业。长期以来，我国地下煤炭资源开采一直以井工长壁121工法为主，这种开采体系存在煤炭资源浪费、巷道掘进率高、煤柱应力集中等问题。为解决现行开采体系存在的安全、开采成本和煤炭采出率三大瓶颈和突出问题，建立了基于采矿损伤不变量方程的采矿工程模型，分析了无煤柱自成巷力学原理。在此基础上，研发了顶板定向预裂卸压、NPR锚杆/索支护等成巷控制关键技术，实现了“拉得住、切得开、下得来、护得好”的技术目标，形成了无煤柱自成巷110/N00工法开采体系。110工法把采煤与掘进2套工序初步统一起来，使每个采煤工作面减少1条巷道的掘进，实现了无煤柱开采。N00工法则把采煤与掘进2套工序有机统一起来，利用矿压自动成巷，从而取消了回采巷道的掘进，彻底消除了采掘接续紧张的“老大难”问题。现场实践表明，110工法通过超前工作面预裂切顶卸压，利用矿山压力做功和垮落矸石的碎胀性实现留巷围岩自平衡。N00工法革新了原有采煤工艺，改变了传统采煤系统布局，实现了全采区无巷道掘进和无煤柱开采。

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煤炭科学技术

2023年第01期

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煤矿井下定向钻孔水力压裂岩层控制技术及应用

作者(Author)：康红普, 冯彦军, 张震, 赵凯凯, 王鹏

摘要：水力压裂技术在煤矿坚硬、完整顶板岩层弱化及高应力巷道卸压方面得到越来越广泛的应用。以陕西曹家滩煤矿特厚煤层综放开采工作面、特厚稳定顶板岩层为工程背景，开展了顶板岩层地质力学测试、可压性试验，水力裂缝扩展理论分析及三维数值模拟，提出井下工作面定向钻孔区域水力压裂顶板层位、压裂钻孔布置与参数确定方法及压裂工艺。在井下进行了工业性试验和系统的地面微震实时监测，获得了顶板水力压裂裂缝空间展布特征。同时，进行了液压支架工作阻力，工作面周期来压步距及持续距离，来压动载系数及顶板岩层破断能量监测与分析，综合评价了水力压裂效果。初步建立了集压裂层位确定与参数设计，井下定向钻孔压裂工艺与装备，水力裂缝空间展布监测与压裂效果综合评价为一体的煤矿井下定向钻孔水力压裂成套技术。井下试验结果表明：在曹家滩煤矿井下地应力状态下（最小主应力为垂直应力），水力裂缝以水平裂缝为主，沿钻孔两侧扩展平均距离为80 m左右，有效弱化了工作面范围内上覆坚硬、完整顶板，实现了区域顶板改造。压裂区域工作面强矿压显现显著减弱，确保了工作面安全生产。最后，分析了水力压裂存在的问题，展望了技术发展方向。

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煤炭科学技术

2023年第01期

1096

3984
“中等收入”与新“双控”背景下煤炭行业转型发展新机遇

作者(Author)：金智新, 曹孟涛, 王宏伟

摘要：党的二十大报告重申，到2035年人均国内生产总值达到中等发达国家水平(简称“中等收入”)，经济规模的快速扩张，势必会拉动能源需求、增加能源消费，给能源供应带来挑战，而“双碳”目标促使能耗“双控”转向碳排放“双控”(简称新“双控”)，将使控碳举措更加精准，低碳转型压力增加。在“中等收入”和新“双控”背景下，如何立足以煤为主的基本国情，统筹保障能源供应和低碳转型，把握煤炭行业发展的新机遇，赋能煤炭行业转型升级和高质量发展，将是一个充满挑战而又无法回避的重大时代课题。通过回顾煤炭工业对于我国国民经济发展的历史性贡献，结合我国资源禀赋特征和现阶段经济社会发展实际，认为煤炭在未来仍将发挥能源保障作用，支持实现“中等收入”目标，并深入分析了煤炭发展过程中存在的安全、生态以及智能化程度低的难题。揭示了“中等收入”与新“双控”背景下煤炭行业面临的新挑战主要为保障能源供应要求提升、低碳转型压力加大，测算了电力耗煤量在不同双碳时期的变化规律：电力耗煤量将在2030年为20亿t，而到2060年降至5.0亿t，降幅达到75%，极大冲击煤炭销量，给煤炭行业发展带来巨大的潜在风险。针对性地提出了不同双碳时期煤炭行业发展的新机遇：目前碳达峰时期，推动保供和低碳协同发展，应把握煤炭与煤电一体化、煤矿与循环经济工业园区一体化、矿区修复与生态协调发展、煤炭反哺教育战略、煤炭机械化开采与智能化开采耦合、瓦斯资源化与能源化利用等机遇，为实现“中等收入”目标提供能源支撑，在保供中实现高质量发展，为绿色低碳转型发展提供基础；在碳达峰–碳中和时期，大力发展煤炭与现代煤化工耦合、煤炭能源与新能源耦合等产业，在高质量发展基础上实现绿色低碳转型的跨越发展，助力碳中和目标的早日实现，以期为我国能源和煤炭相关决策、政策制定提供参考。

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煤炭科学技术

2023年第01期

417

374
“双碳”目标下赋煤区新能源开发—未来煤矿转型升级新路径

作者(Author)：王双明, 刘浪, 赵玉娇, 张波, 王晶钰, 朱梦博, 王美, 张小艳

摘要：“双碳”目标下我国能源结构正加速转型升级，以太阳能、风能、地热能等为代表的新能源正逐步替代传统煤、油、气等化石能源。推动煤炭和新能源优化组合是实现“双碳”目标提出的新要求，也是未来煤矿绿色低碳转型的重要路径。分析我国赋煤区能源分布特点，发现以煤为主的化石能源分布区域，往往也是太阳能、风能、热能等新能源富集区，适宜于在赋煤区大规模开发新能源。研究结果如下：① 提出了赋煤区全生周期能源开发理念，将赋煤区能源发展历程划分为煤炭、煤炭与新能源优化组合、新能源三个阶段，并搭建了赋煤区新能源开发总体架；② 在太阳能开发方面，基于赋煤区与太阳能资源富集区的重叠关系对赋煤区太阳能理论储量与开发潜力进行评估，提出了分布式/集中式光伏发电、太阳能热利用和太阳能制氢等光化利用耦合的太阳能分级综合利用方案，实现太阳能多元高效转化与利用以及与煤炭资源的协同开采；③ 在地热能开发方面，基于赋煤区与地热能资源富集区的重叠关系对赋煤区地热能开发潜力进行评估，结合矿井地热形成机理、分布规律和矿井采掘情况，构建深部矿产资源与地热资源协同开发系统，形成包含矿井热水型、岩温型、混合型的矿井地热能分级开采与热用户梯级利用的综合应用方案，实现矿井地热化“害”为“利”的战略转移；④ 在风能开发方面，基于赋煤区与风能资源富集区的重叠关系对赋煤区风能开发潜力进行评估，提出赋煤区风力发电、风力提水、风力致热技术的应用途径，构建了井上井下设施电力供应、水循环动力、供暖自足，及并网发电的风能利用框架；⑤ 考虑到目前煤炭地下开采普遍以垮落法管理顶板，垮落空间无法有效用于地下储能，提出“储能库超前规划→功能性储能库构筑→储释能运行管控”的矿井采空区储能技术路径；⑥ 针对赋煤区多能互补综合能源系统（MCIES）复杂多变特征，建立了赋煤区能源生产、供给单元的异质能量流耦合模型，统一了MCIES内部不同能源集线器的数学表达式，提出了赋煤区MCIES能源管理与优化逻辑方法以及运营模式。本论文旨在探讨煤炭和新能源的组合路径，论证赋煤区规模化开发新能源可行性，赋予赋煤区全生命周期能源供给的功能，形成集“矿-风-光-热-储”一体化的煤炭企业能源产业发展新模式。

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煤炭科学技术

2023年第01期

911

643
煤矿采场岩层运动与控制研究进展——纪念钱鸣高院士“砌体梁”理论40年

作者(Author)：王家臣, 许家林, 杨胜利, 王兆会

摘要：自1982年钱鸣高院士提出的“砌体梁”理论得到国际公认以来，煤矿采场矿山压力研究实现从定性假说到定量理论的跨越式发展。40年来，我国的采场岩层运动与控制研究已形成较系统的理论与技术体系，服务于煤炭安全、高效、绿色开采。以“砌体梁”理论学术思想为主线，综述了我国煤矿采场岩层运动与控制研究进展，并提出了今后需要发展的研究方向。“砌体梁”理论采用“梁”“薄板”模型分析基本顶破断规律，揭示了顶板断裂线位于采场煤壁前方；煤壁和矸石支撑下基本顶破断岩块回转挤压，咬合形成“砌体梁”结构；发现了“砌体梁”结构的滑落（S）失稳和回转变形（R）失稳模式，建立了S-R失稳的力学条件，提出了基于“砌体梁”结构平衡的顶板压力计算方法，首次实现了支架-围岩关系的定量分析。“砌体梁”结构采场矿山压力力学模型突破了传统定性假说，为保障煤矿的安全和高产高效作出了历史性贡献。“砌体梁”理论指导煤矿采场顶板控制取得系列进展，如支架-围岩三耦合关系、顶板动载荷模型、支架阻力确定的二元准则、中厚板模型、大空间采场远-近场模型等。在“砌体梁”理论的基础上，钱鸣高院士于20世纪90年代中期提出了关键层理论，建立了下至采场、上至地表全覆岩运动过程的力学联系，实现了采场矿压、岩层移动和地表沉陷研究的统一。“砌体梁”理论与关键层理论指导了我国煤矿采场矿山压力与岩层控制研究，在采场矿压控制、覆岩裂隙分布、采动应力分布、岩层移动与开采沉陷等方面取得重要成果，为煤炭绿色开采与科学采矿奠定了基础。岩层运动与控制理论的进一步发展需集中到岩层运动统一场理论，基于采动岩层控制的灾害防治与减损技术，复杂条件岩层运动规律，岩层运动可视化技术和智能岩层控制技术等方面。

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煤炭科学技术

2023年第01期

859

1613
特厚煤层开采坚硬顶板覆岩结构及其演化特征分析

作者(Author)：于斌, 匡铁军, 杨敬轩, 朱卫兵

摘要：特厚煤层开采形成了大空间采场，坚硬顶板断裂扰动波及范围广，工作面来压具有强矿压特征，尤其当煤层顶板“见方”开采期间，采场矿压作用更加强烈。据此，采用现场实测和物理三维相似模拟方法，探讨了特厚煤层开采覆岩扰动高度及坚硬顶板断裂特征。首先基于现场实测研究分析了覆岩破断失稳规律，实测结果表明，特厚煤层开采过程中，煤层顶板存在超前断裂现象。伴随工作面的推进，顶板初始运动主要是围绕断裂线近区基点旋转下沉，滞后工作面一定距离；地表岩移观测结果表明，特厚煤层顶板分层构成顶板群组并产生组合运动，具有层位运动特点，且伴随工作面推进，层位顶板运动存在阶跃现象。基于地表裂缝形态及钻孔多点岩移观测反演，揭示了特厚煤层开采过程中的顶板断裂及运动特征，认为特厚煤层开采覆岩扰动高度大，坚硬顶板断裂具有转向特征，伴随煤层开采推进，由低位顶板层位的横向“O-X”断裂逐渐向高位硬岩的纵向“O-X”断裂转向；特厚煤层坚硬顶板开始发生断裂转向的临界位置即所谓的煤层开采“见方”区，合理解释了工作面开采的“见方”来压现象；高位顶板纵向断裂尺寸大，扰动影响范围广，是诱发采场强矿压的主要因素，确定了特厚煤层采后覆岩“低-中-高”层位结构的合理性，为大空间采场大小周期及强矿压显现的准确解释提供了依据。

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煤炭科学技术

2023年第01期

566

1043
再论我国沿空留巷技术发展现状及改进建议

作者(Author)：华心祝, 李琛, 刘啸, 郭永建, 祁亚宝, 陈登红

摘要：在2006年发表的《我国沿空留巷支护技术发展现状及改进建议》一文的基础上，总结了21世纪以来我国沿空留巷技术的新发展，包括巷旁充填的施工工艺与方法，由高水、膏体充填发展为柔模墙体及超前柱式支护，使得支护强度和隔绝密闭性有了极大地提升，并且具有了一定柔性以适应顶板的下沉；经过20余年的发展，沿空巷道巷内基本支护具有了高预紧力、高强度、高刚度和大延伸率的特性，能够有效控制巷道围岩的大变形，实现及时主动支护，并普遍辅以单体支柱作为巷内补强支护，进一步保持围岩的稳定性与完整性；统计分析了部分沿空巷道的支护形式及留巷效果，愈发说明了沿空留巷的成功与否是巷旁支护和巷内支护共同作用的结果。介绍了无巷旁充填切顶卸压沿空留巷新技术，包括卸压原理、切顶方法、切顶参数及切顶后巷内的支护方式及其工程应用等。阐述了近年来我国在沿空留巷理论研究方面取得的新成果，包含充填体的切顶阻力和支护阻力，充填体与围岩之间的相互作用关系及受力变形特征，切顶卸压沿空留巷的围岩活动规律及其与支护体之间的相互作用关系等。指出了我国沿空留巷技术在巷旁支护、巷内支护及相关理论研究方面存在的技术问题与科学问题。最后从支护设计、围岩控制、研究方法、技术装备等方面出发，提出了今后我国沿空留巷技术的发展改进建议。

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煤炭科学技术

2023年第01期

1270

1458