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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。

行业视野: 封面文章
类别; 269个
关键词; 261位
专家; 58篇
论文; 77154IP
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煤矿瓦斯抽采增产机制及关键技术

作者(Author)：苏现波, 宋金星, 郭红玉, 蔺海晓, 刘晓, 韩颖, 张双斌, 李贤忠, 于世耀

摘要：瓦斯抽采是煤矿瓦斯灾害治理的主要途径。长期以来，广大科技与工程技术人员研制了多种瓦斯抽采技术，为我国煤矿安全生产提供了有力保障。但是对于一些突出严重的低渗煤层仍存在抽采效率低、成本高的问题，迫切需要形成一套系统的、能够实现瓦斯抽采由“抽得出向抽得快、抽得省、抽得纯、抽得净”转化的技术体系。为此，首先系统介绍了煤岩体结构的定量表征、瓦斯运移产出机制和基于煤岩体结构的瓦斯运移产出过程，并以此瓦斯抽采增产理论为基础，从物理、生化和表面改性等方面厘清了瓦斯抽采增产机制，最后结合团队近20年从事瓦斯治理工作的研究成果，系统分析了水力压裂、钻冲压一体化、老孔修复、三堵两注固液两相封孔、下向瓦斯抽采孔自动排水排渣气驱、地面以孔代巷等六项瓦斯抽采技术的增产原理，简要介绍了研制的相关装备、装置和器材以及现场应用效果。指出煤体结构决定了煤层的可改造性，决定了瓦斯的运移产出流态，进而决定了瓦斯抽采增产技术的选择，是瓦斯治理技术体系建立的基础。揭示了瓦斯抽采的多重增产机制：造缝增透、增容增透、气驱增产、气胀致裂增透、微生物降解增产、强氧化剂氧化增产和表面改性增产等，指出水力压裂、钻冲压一体化、地面以孔代巷三项技术是以增透增产为主要途径的水力强化措施；三堵两注固液两相封孔、老孔修复增透、下向孔自动排水排渣三项技术则是以多重增产机制为基础，以延长抽采钻孔使用寿命、提高抽采瓦斯的质和量为途径的增产技术；气驱技术的本质是增加瓦斯压力梯度、实现抽采后期低压煤层瓦斯抽采增产。已经完成的工程试验和推广应用充分显示出这一技术体系的潜在优势，随着这一技术体系进一步的标准化和程序化，将成为煤矿瓦斯高效抽采的一种普适性技术，其推广应用将大幅度降低瓦斯治理成本。

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煤炭科学技术

2020年第12期

1185

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深厚冲积层冻结孔布置分类技术对冻结调控的影响

作者(Author)：李功洲, 李小伟, 陈红蕾, 李方政, 彭飞

摘要：冻结孔布置方式不仅决定了能否按期形成设计所需的冻结壁有效厚度和平均温度，还会影响冻结法凿井的速度、安全和施工成本。不合适的布置方式甚至会成为冻结法凿井的安全隐患，因此冻结孔布置方式及其冻结壁形成特性一直是冻结法凿井的理论和技术研究热点和难点。提出深厚冲积层冻结孔按主冻结孔、辅助冻结孔、防片冻结孔3类功能分类设计和布置，可较好地解决主冻结孔及冻结壁主体结构的安全和稳定；根据冻结壁厚度需要及冻结时间均匀布置辅助孔，可明显减少辅助孔数量，提高冻结壁的均匀性和稳定性；根据挖掘荒径变化布置多圈防片孔，可提高冻结调控的灵活性和效果。工程实践表明：以外圈为主冻结孔的布孔方法，有利于主冻结孔和整体冻结壁的安全稳定，可减少冻结孔数量、钻孔工程量、冻结需冷量，提高了冻结的可调性和调控效果，推荐为深厚冲积层冻结孔布置方式的首选。合理的冻结孔布置可为冻结壁安全稳定及冻结调控打下良好的基础，施工过程中通过建立冻结壁形成特性实测分析、工程预报与冻结调控的机制，定期对冻结壁有效厚度、平均温度和井帮温度发展趋势进行分析和预测，提前对防片孔和辅助孔盐水流量、温度进行调控，甚至停止盐水循环，能有效控制井帮温度及冻土扩入荒径量，为掘砌施工创造良好条件。国内外冲积层厚度最大之一的赵固二矿西风井通过采用以外圈为主冻结孔的布孔方式，总的冻结孔数、冻结钻孔工程量、冻结需冷量均显著降低，且冻结壁内部温度和强度的均匀性更好；结合黏性土层井帮稳定性观测，通过主动调控，实现400 m以深井帮温度还可略高于设计调控目标，635 m以深井帮温度接近设计调控目标，冻结壁厚度和平均温度始终满足设计要求，冲积层深部黏性土层井帮温度控制在-11 ℃以上，砂性土层井帮温度在-13 ℃以上；冲积层的冻结壁稳定性良好，冻掘配合好，冲积层深部外壁掘砌速度基本维持在75～80 m/月，冲积层段外壁平均掘砌速度为87.1 m/月，冻结段外壁平均掘砌速度为82.1 m/月。

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煤炭科学技术

2020年第12期

422

493
大同煤田石炭-二叠系接触变质煤的煤岩学特征研究

作者(Author)：宋晓夏, 马宏涛, 李凯杰, 刘东娜, 赵金贵, 薛德生

摘要：大范围的岩浆岩侵入煤体严重影响了煤矿开采和煤质，为研究接触变质煤的煤岩学特征，对大同煤田3个矿揭露的3条辉绿岩岩墙及接触变质煤剖面进行了系统采样，对样品进行了镜质体反射率测定、工业分析和元素分析以及宏观煤岩特征和显微组分特征的系统观测，并对正常煤和接触变质煤的煤岩学特征参数的差异进行了识别和统计，在对显微组分的类型进行了总结归纳基础上，并对接触变质煤中显微组分的演化和识别进行了探讨。研究结果表明：大同煤田的接触变质煤的镜质体反射率通常大于1.0%，干燥基挥发分产率小于20%；严重热变煤与侵入体直接相邻或镜质体反射率大于2.0%，其宏观煤岩特征与正常煤差异显著，可分为块状焦、砾状焦、粒状焦3种类型；轻微热变煤的镜质体反射率介于1.0%～2.0%；其宏观煤岩特征与正常煤无明显差异；大同煤田接触变质煤的显微组分可分为3类，即原有组分、天然焦基质和新生成的组分；原有组分为原始煤中未热变或轻微热变的镜质组、惰质组和类质组；天然焦基质包括由镜质组和类质组转变而来的中间相小球体、镶嵌结构体、流动结构体等；新生成的组分主要为热解碳。严重热变煤的显微组分以天然焦基质为主，轻微热变煤中残余大量原有组分。

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煤炭科学技术

2020年第12期

458

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掘进工作面直流电法超前探测技术问题探讨

作者(Author)：李飞, 张永超, 连会青, 王圣龙, 齐黎明, 郑贵强

摘要：直流电法是目前煤矿掘进工作面超前探测的主要方法，探测效果直接关系煤矿安全生产，对其探测效果有必要做进一步的研究。针对球壳理论，建立了点电源一侧含异常体模型并计算了三维电位值，分析了点电源一侧存在异常体时，在点电源另一侧的电位分布情况，建立了掘进工作面前方不同距离含立方异常体和无限大板状异常体模型；通过数值模拟计算，研究了视电阻率异常范围和异常体实际大小的关系，以及视电阻率异常位置与异常体实际位置的关系；对位于测线不同位置的异常体模型进行了数值模拟计算，研究了该方法对测线前方和对测线下方异常体的探测灵敏度；建立了典型含水体探测模型，进行了仿真计算，并基于几何交汇原理成图，探讨了典型含水体探测效果；最后介绍了2个典型的未成功探测工程实例，将探测结果和前方已知地层富水情况进行了对比说明。研究结果表明：点电源一侧存在异常体时，在点电源另一侧不会产生突变的异常，球壳理论是不准确的；视电阻率异常范围远大于异常体实际大小，视电阻率异常位置与异常体实际位置亦不对应；超前探测结果主要为巷道底板而不是巷道前方地质情况的反映；直流电法巷道掘进工作面超前探测方法探测精度和分辨率均较低，成果图中难以有效识别异常体的大小和位置，现有掘进工作面直流电法超前探测方法的探测原理和数据处理解释方法是不准确的。

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煤炭科学技术

2020年第12期

719

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再论巷道直流电法超前探测技术的有效性

作者(Author)：王鹏, 鲁晶津, 王信文

摘要：煤矿井下直流电法超前探测技术是掘进工作面前方富水异常体探测的主要方法之一，在我国煤矿有着近30年的发展历史。有些专家学者通过研究分析，对该技术的有效性提出了质疑，为此，笔者以均匀全空间中无限延伸板状体、球体或立方体模型为基础，通过计算点电源在全空间的电位分布和异常特征参数提取方法，拟合了异常距离与异常特征参数极小值之间的关系式，分析了底板异常的响应特征，计算了理论探测距离。结果表明：掘进工作面前方异常体能在巷道后方产生明显的异常响应，即后方信号包含前方低阻体的信息，证明该技术的基本原理是正确的；前方低阻体与后方视电阻率异常位置并非镜像关系，选取正确的异常特征参数可获得前方异常位置；巷道前方低阻体与底板低阻体均能产生电位异常，根据异常响应特征的不同可以对其加以甄别；直流电法超前探测的最大距离可以达到80ｍ左右。煤矿井下掘进工作面直流超前探测方法是有效的，可以继续推广应用并不断完善。

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煤炭科学技术

2020年第12期

442

528
煤矿巷道掘进技术与装备的现状及趋势分析

作者(Author)：王步康

摘要：“采掘失衡”是影响煤炭开采效率的主要原因，通过回顾煤岩截割理论与截割机构的发展历程，归纳了镐型截齿截割机理与截割滚筒研究现状与进展。介绍了地质条件、掘进装备、掘进工艺之间的相互关系，阐述了适应不同地质条件的掘进装备与掘进工艺发展现状，通过对当前悬臂式掘进机、掘锚一体机等煤矿巷道主力掘进装备及其配套工艺的研究，分析了掘进技术装备与工艺在提高巷道掘进效率中产生的作用效果。通过对比国内外掘进装备技术标准，指出标准的缺失落后已成为制约我国煤炭掘进技术与装备发展的重要因素，可通过国际对标，解决掘进技术装备可靠性问题。在总结掘进技术与装备现状的基础上，结合现阶段国家政策、行业发展、市场需求、新技术应用等方面的现状，从巷道掘进基础理论研究、装备智能化与成套化、掘进机器人、现代感知技术等层面，预测了掘进技术与装备未来发展方向与趋势。

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煤炭科学技术

2020年第11期

1071

1480
煤巷快速成巷技术现状及应用效果评价方法研究

作者(Author)：刘畅, 姜鹏飞, 王子越, 韦尧中, 罗超, 郭吉昌

摘要：当前我国煤巷整体成巷速度慢，造成采掘失调。针对煤巷快速成巷，国内外在掘进装备、临时支护、永久支护等方面研发了多种形式的掘支装备。现有煤巷掘支装备主要包括：悬臂式掘进机、连采机、掘锚机及全断面掘进机；临时支护主要包括：自移式支架、掘进机液压顶棚、护盾式临时支护机构等，永久支护包括：钻锚一体化锚杆、掘锚一体机、锚杆钻车及其他集成化液压锚杆支护装备。现场实践发现，现有技术中掘进装备较为成熟，能够基本满足煤巷截割破岩的需求，但临时支护强度不足、不能顶帮全覆盖及时支护，难以满足我国大多数煤巷临时支护的要求。永久支护工艺复杂，提速效果有限。整体上看，现有装备尚难满足我国一般及复杂地质条件下煤巷快速成巷的需求，且在短期内难以实现较大突破。实现我国煤巷快速成巷除了需要针对我国煤矿具体的条件开展针对性研发外，还应建立针对我国各类围岩条件的快速成巷技术评价方法，最大程度利用现有装备提升煤巷成巷速度。影响煤巷快速掘进的主要因素包括：围岩地质力学条件、工程条件、掘进与支护装备条件等。快掘系统的效果评价应在确定影响巷道快速成巷主要因素的基础上，分析各因素对巷道掘进的影响程度并按影响程度排序，进而对比确定适用于相应条件的巷道快速成巷装备，为快速成巷装备的选型提供依据。

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煤炭科学技术

2020年第11期

651

1092
基于附壁风筒的综掘工作面除尘技术研究进展

作者(Author)：荔军

摘要：为了提高煤矿综掘工作面粉尘治理效果，改善综掘工作面工作环境，首先介绍了控尘技术的工作原理及发展历程，论述了控尘技术为适应我国煤矿条件在工艺参数、设备轻量化等方面的改进研究；然后对煤矿广泛使用的湿式、干式除尘器的工作原理、技术特点、优缺点进行了全面的对比分析，为不同地质条件巷道除尘器的配置提供了参考依据。通过对17套井下干式除尘器的初始使用情况和长期使用情况进行调研，发现控尘技术在巷道粉尘治理中起着重要作用，配置有控尘技术的巷道，其总除尘效率可达96%～98%，呼吸性粉尘除尘效率可达93%～95%；而在未配置控尘技术的巷道，其总除尘效率降至76%，呼吸性粉尘除尘效率降至71%。调研发现控尘工艺与当前通风规程相冲突，控尘设备移动困难、操作复杂等因素是影响煤矿综掘工作面粉尘治理效果的主要原因。最后结合笔者的工程经验及当前技术的发展趋势，提出了煤矿综掘工作面粉尘治理的几点建议，包括：开展控尘工艺对煤矿巷道通风安全的影响研究及评价，消除通风规程与控尘工艺的冲突；开展巷道通风除尘工艺参数的在线检测监控系统研究，为控尘工艺在巷道中持续安全运行提供技术支撑；开展个体及巷道粉尘浓度连续在线监控，加强巷道粉尘治理水平的监控；将粉尘治理水平纳入管理考核体系，加强粉尘治理观念及管理。

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煤炭科学技术

2020年第11期

532

883