《煤炭科学技术》2024年度“F5000”_中国煤炭行业知识服务平台

《煤炭科学技术》2024年度“F5000”

近日，中国科学技术信息研究所发布了2024年度“领跑者 5000——中国精品科技期刊顶尖论文”。《煤炭科学技术》有35篇论文入选，在此向各位作者表示热烈祝贺！今后，《煤炭科学技术》编辑部将不断开拓创新，提升稿件质量，力争为广大科技工作者呈现更多优秀科技成果。

行业视野: 煤炭科学技术
类别; 172个
关键词; 182位
专家; 35篇
论文; 26262IP
点击量; 32942次
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煤矸分拣机器人设计与关键技术分析

作者(Author)：商德勇, 章林, 牛艳奇, 范迅

摘要：煤矿智能化是实现煤炭工业高质量发展的核心技术支撑，煤矸在线分拣机器人可实现煤和矸石的自动识别与分拣，是实现煤矿智能化分选的重要装备。在总结国内外煤矸分拣机器人和煤矸图像识别技术的研究现状和成果基础上，针对煤矸自动分拣机器人分拣速度低，智能化程度不高等问题，设计了一种基于图像识别的Delta型并联机器人应用于煤矸自动分拣领域。阐述了煤矸分拣机器人的工作原理和设计方案，针对煤矸分拣的特定工况场景，对工业相机、光源、镜头等图像识别系统的硬件进行了选型设计。提出了一种基于灰度和纹理特征融合的煤矸图像SVM识别算法，介绍了机器人控制系统的软件功能设计方法，最后搭建了试验平台并进行了多组煤矸在线识别分拣试验。结果表明，该并联机器人可有效对煤和矸石进行自动识别，并通过控制机器人气动机械手实现对6 kg以下的矸石抓取。针对设计及试验过程中遇到的问题，进一步提出了机器人刚柔耦合动力学模型和误差传递规律、基于深度学习和多特征融合的煤矸石识别算法、考虑外部负载干扰的并联机器人自适应稳定控制策略等关键技术，为进一步加快煤矸分拣并联机器人的推广应用，最终实现煤矿智能化、无人化分选提供一种新途径。

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煤炭科学技术

2022年第03期

258

505
神南矿区采煤沉陷裂缝对土壤表层含水量的影响

作者(Author)：琚成远, 浮耀坤, 陈超, 冯泽伟, 白铭波, 胡振琪

摘要：为探究西部风沙区采煤沉陷裂缝对土壤表层含水量（0～20 cm）的影响，以神南柠条塔煤矿某工作面为研究区，使用时域反射仪（TDR）对动态裂缝以及不同宽度的地裂缝进行了土壤的水分含量监测，结果表明：①在动态裂缝整个发育周期内，裂缝周边表层含水量呈现处一个先快速下降后缓慢上升的趋势，且相对出塌陷侧的含水量损失量小于相对出露侧；且裂缝相对塌陷侧含水量及含水量恢复速度稍大于相对露出侧；在裂缝相对出露侧的土壤含水量受影响范围在85 cm内，影响周期为13 d；在裂缝相对塌陷侧的土壤含水量受影响范围在55 cm内，影响周期为12 d；在土壤自修复的作用下，土壤的含水量都可以得到基本的恢复；② 对超充分采动区内不同裂缝宽度条件下 (2、5、9、13、17、24、32、35、38 mm) 的土壤含水量进行对比分析，发现在宽2、5 mm的裂缝对土壤含水量无显著影响，9 mm及以上的裂缝中，当裂缝宽度相同时，距离裂缝位置越远，土壤含水量越高；在距离裂缝相等时，裂缝宽度越大，土壤含水量越低。

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煤炭科学技术

2022年第04期

215

292
煤矿巷道围岩卸压技术及应用

作者(Author)：康红普, 姜鹏飞, 冯彦军, 赵凯凯

摘要：煤矿巷道围岩控制方法主要分为支护加固法和卸压法，卸压法是高应力、强采动巷道围岩控制的有效手段。目前，我国煤矿已形成包括巷道布置法、巷道围岩近场卸压法及远场卸压法在内的巷道围岩卸压技术体系。介绍了巷道卸压法分类及卸压机理、影响因素和适用条件。巷道布置法的实质是将巷道布置在采空区下方、上方、边缘及采空区内等应力降低区，是首选的、有效的卸压法。巷道围岩近场卸压主要包括切缝、钻孔、爆破及掘卸压巷等方法，卸压机理是在浅部围岩形成一定的变形空间，减小围岩向巷道空间的位移，并将浅部围岩高应力转移到深部。巷道围岩远场卸压法主要有深孔爆破、水力压裂法，通过切断或弱化巷道上方的顶板，减小回采工作面采动对巷道稳定性的影响。近年来，水力压裂技术得到广泛应用，成为回采工作面坚硬顶板弱化、强采动巷道围岩卸压的有效措施。在实例分析中，介绍了区域水力压裂和局部水力压裂卸压技术的应用情况，包括地质与生产条件、压裂设计及卸压效果。最后，分析了巷道卸压法存在的问题，对今后的技术发展进行了展望。

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煤炭科学技术

2022年第06期

1545

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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
基于蝶形破坏理论的深部巷道围岩控制技术研究

作者(Author)：王卫军, 范磊, 马谕杰, 袁超

摘要：现阶段巷道围岩控制仍是煤炭资源深部开采的重大难题之一，而围岩塑性的形成与发展是导致巷道大变形和破坏的主要原因。通过数值模拟研究了巷道塑性区形成与发展规律以及对巷道稳定性的影响，结合理论分析和室内试验研究了锚杆支护的作用机理并阐述了支护与围岩变形的内在关系，基于蝶形破坏理论探讨了深部巷道围岩的控制原理，提出深部巷道围岩控制技术并在工程中予以应用。结果显示：(1)锚杆支护能够有效减少围岩变形，但是无法控制巷道不发生变形，即在现有的支护水平下巷道存在着部分无法控制的围岩变形，即“给定变形”，且“给定变形”随巷道埋深的增加不断增大。(2)锚杆支护对于巷道围岩剪胀、滑移等非连续性变形的控制效果明显，而对于完整岩体的连续性变形的影响十分有限。因此，锚杆支护主要是通过控制巷道塑性区内岩体的非连续性变形进而控制巷道的总变形。(3)巷道总变形主要包括“给定变形”和“支护残余变形”2个部分。巷道围岩控制的主要途径就是减少“支护残余变形”。(4)锚杆支护的作用机理要求锚杆的锚固基础必须始终位于完整岩体中，因此巷道开挖后的塑性区形态以及塑性区在服务期内的发展规律对于锚杆支护方式的设计至关重要。巷道塑性区形态及其力学响应的差异性决定了巷道支护方式必须差异化设计。

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煤炭科学技术

2023年第01期

568

581
地质动力区划及其在冲击地压研究中的应用

作者(Author)：张宏伟, 李胜, 韩军, 宋卫华, 兰天伟, 荣海, 付兴, 杨振华

摘要：冲击地压的实质是煤岩体内积聚的弹性变形能突然释放的动力现象，是煤矿重大动力灾害之一。地质动力区划认为现代地质构造运动等内动力作用和构造应力场对矿井动力灾害的孕育、发生和发展过程具有重要影响。地质动力区划主要研究内动力地质作用对人类工程活动影响，在煤矿开采领域主要用于研究现代构造运动影响下的冲击地压等矿井动力灾害问题。辽宁工程技术大学地质动力区划团队根据中国大陆的构造运动和构造形式的特点，在俄罗斯И.М.巴图金娜院士和И.М.佩图霍夫院士创建的以断块构造划分为核心内容的地质动力区划方法基础上，经过30余年的研究和实际应用，对地质动力区划的研究内容进行了广泛拓展，创建了地质动力环境评价方法、煤岩动力系统与能量特征分析方法和矿井动力灾害多因素模式识别方法，开发了岩体应力分析系统和地质动力区划信息管理系统，丰富和深化了地质动力区划理论和方法，开创了地质动力区划研究的全新体系，为冲击地压、煤与瓦斯突出等矿井动力灾害的危险性预测与防治提供了全新的研究方法。笔者介绍了地质动力区划及其在冲击地压研究方面的部分应用成果：(1)基于地质动力区划的煤岩动力系统分析方法，计算确定的系统“损伤区半径上限值”作为冲击地压工作面超前支护范围的参考值，为冲击地压矿井确定超前支护范围提供了依据；计算确定的系统“影响区半径上限值”作为冲击地压矿井工作面开采影响范围参考值，为确定2个采煤工作面之间的距离提供了依据。(2)基于地质动力区划的多因素模式识别方法，在地质动力区划信息管理系统的支持下，实现了冲击地压危险性的分单元精细化预测，为矿井提供了更精确的冲击地压危险性区域空间定位和更准确的冲击地压危险程度预测结果，提高了矿井冲击地压危险性预测的准确性和时效性。地质动力区划在中国的义马、鹤壁、鹤岗、双鸭山等矿区的40多个煤矿的动力灾害危险性预测和防治工作等方面得到了广泛应用。

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煤炭科学技术

2023年第01期

438

445