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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; 77155IP
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胜利煤田胜利组褐煤地球化学特征及古环境地质意义

作者(Author)：董振国, 赵伟, 郭军军, 肖兵, 李斌, 任玺宁, 崔春兰

摘要：早白垩世胜利组是内蒙古东部胜利煤田的主要含煤地层，为了查明胜利组煤层煤岩元素特征及沉积环境，为煤炭开采提供地质依据,系统地采集胜利组煤岩样品开展了煤岩物理化学、元素含量等的测试分析，基于元素地球化学等理论方法，对胜利组沉积时的沉积相、古盐度、古气候特征和古生产力条件进行综合研究。研究结果表明：胜利组煤质为褐黑色的褐煤，以亮煤和暗煤为主，镜煤最大反射率Ro=0.2%～0.5%，各煤层具有中高含水(Mad=12.12%)、低中灰分(Ad=18.34%)、高挥发分(Vdaf=45.55%)、特低固定碳(FCad=24%)、低中硫(St.d=1.39%)、中高热值(Qnet=22.19 MJ/kg)的工艺性能；常量元素成分以Si、Fe、Al为主，少量Ca、Mg等，灰成分指数较低(3.29)，反映了胜利煤田成煤期为低位泥炭沼泽环境，还原性较强；MgO/Al2O3比值中等(18.78)和CaO/(MgO×Al2O3)比值较高(0.15)，表示古气候较干燥，蒸发量较大，水体含盐度较高，基本属于咸水环境；微量元素V/(V＋Ni)、V/Cr、Ni/Co、U/Th、V/Sc等比值分别为0.83、2.14、2.15、0.87、10.06，结合U元素丰度为0.98 μg/g，判断该煤田煤层底层水环境以长期缺氧还原条件为主，并伴随着多次短暂的富氧；Sr/Ba和Th/U判断胜利组沉积水体为半咸水—咸水环境，在垂向上，随湖盆的逐渐萎缩和蒸发量变大，向上泥炭沼泽覆水变浅，水体含盐度有所增加；Mo、Ba、Cu、Ni等丰度无明显的富集现象，推测当时古生产力中等，表现为中位泥炭沼泽，为有利的成煤和聚煤沉积环境。

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煤炭科学技术

2020年第11期

637

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中国西部煤矿区土地退化时空特征及其影响因素研究

作者(Author)：侯竟, 于昊辰, 牟守国, 卞正富

摘要：煤炭开采严重损坏生态环境，诊断土地退化是建设绿色矿山的关键前提。为探究西部煤矿区煤炭开采对土地退化的影响，从北方草原区、黄土高原区、西南山地丘陵区、西北干旱区中选取12个典型煤矿区，以土地损毁、土地利用类型、植被覆盖度、沙漠化/石漠化、土壤侵蚀为评价指标，依据生态环境特异性确定不同区域的权重值，采用线性回归趋势分析法，将西部煤矿区土地退化程度分为重度退化、轻度退化、稳定区、轻度改善、重度改善5个等级，并探讨西部煤矿区土地退化状况、煤炭开采与年降水量对矿区土地退化的驱动影响。结果表明：①2013～2017年期间，北方草原和西南山地丘陵煤矿区土地退化程度略严重，但改善状态良好；黄土高原煤矿区生态稳定；西北干旱煤矿区改善趋势明显。②井工矿山极重度损伤面积平均5.61%，露天矿山平均36.44%，露天开采较井工开采对地表损伤更严重；露天矿山重度退化面积占该区域13.58%，大于井工矿山的8.27%；井工矿山的轻度退化面积占该区域30.49%，大于露天矿山的15.08%，露天开采对土地退化影响严重，但影响范围小，井工开采对土地退化影响较轻，但影响范围大。③矿区尺度土地退化主要受降水驱动，而矿山尺度退化区域的主要驱动因素是人为采矿扰动。

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煤炭科学技术

2020年第11期

483

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煤层气成藏机理及形成地质条件研究进展

作者(Author)：刘大锰, 刘正帅, 蔡益栋

摘要：煤层气成藏机理及形成地质条件研究对合理评估煤层气资源和指导煤层气开发具有重要意义。煤层气成藏是煤层气在含煤盆地生成、赋存、运移和保存的动态地质演化过程，每个阶段均受多种地质因素控制。基于近年来国内外相关领域研究成果，从煤层气成藏过程和流体特征角度出发，依次总结煤层气成因机理、煤层气储集及运移机理和煤层气藏形成地质条件。结果表明：丰富的有机碳是煤层气形成的物质基础，生物成因煤层气的形成主要依赖于煤层中微生物群落特征，热成因煤层气的形成依赖于煤变质程度;吸附解吸机理是研究煤层气储集的基础理论，固-液吸附解吸理论可以更好地解释含水煤层气体吸附解吸现象;扩散机理和渗流机理是煤层气运移的微观理论，基于时间变化的扩散模型和非达西渗流模型更适合解释我国低渗储层煤层气的运移过程;煤层气藏形成的地质条件归纳为沉积条件、构造条件和水文地质条件，沉积条件控制煤岩组成、煤层厚度和顶底板特征等影响煤层气的成藏过程，构造条件通过构造活动、煤层埋深、岩浆活动和构造类型等影响煤层气的成藏过程，水文地质条件对煤层气成藏具有双重作用。总之，我国含煤盆地地质构造复杂，煤层气成藏受多种地质因素控制，煤层气藏主控因素分析应结合煤层沉积埋藏史、热演化史、构造演化史和地层水动力特征。

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煤炭科学技术

2020年第10期

713

2227
低浓度含氧瓦斯爆炸动力特性及防控关键技术

作者(Author)：司荣军, 李润之

摘要：低浓度含氧瓦斯(体积分数<30%)存在燃爆风险，不能直接进行输送和利用，不仅造成资源浪费，也严重污染环境。从文献研究的角度，综合论述了近年来我国低浓度含氧瓦斯爆炸防控技术及装备的发展现状及趋势，主要内容包括：①实际工况低浓度含氧瓦斯爆炸精准辨识技术：研发了特殊环境20 L爆炸特性测试系统及超低温环境爆炸特性测试系统等试验装置，建立了测试技术及方法，解决了特殊环境瓦斯爆炸特性难以定量测试的难题;研究了环境温度、压力、湿度、点火能量等单一因素及多因素耦合条件下的瓦斯爆炸特性，填补了超低温、环境湿度、多因素耦合等条件下瓦斯爆炸特性研究的空白，实现了实际工况低浓度含氧瓦斯爆炸的精准辨识。②工程尺度管道内瓦斯爆炸传播关键表征技术：构建了工程尺度系列爆炸管网试验系统，实现了真实场景低浓度瓦斯爆炸灾害效应的模拟与试验;进行了不同浓度、点火能量及输送管径组合条件下的瓦斯爆炸传播试验，得出压力峰值、火焰速度与传播距离呈“正反馈机制”的传播规律，为爆炸防控装备研发和安装设计奠定了基础。③低浓度含氧瓦斯快速可靠爆炸防控系列装备：开发了清洁式气体抑爆装置、快速响应的主动喷粉抑爆装置、双重阻火泄爆装置、阻火装置等系列爆炸防控技术装备;创立了以阻火、泄爆、抑爆、阻爆为核心的多级防护安全输送技术体系。后续研究过程中，应继续深入开展复杂多因素耦合条件下瓦斯爆炸特性研究工作;在大直径管道瓦斯爆炸传播规律研究的基础上，通过技术创新提升爆炸防控装备的整体性能，简化安装程序及方法，提高适用性;研究各类爆炸防控装备的联动技术及集中控制技术，提升装备的智能化水平。

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煤炭科学技术

2020年第10期

1564

1594
煤层瓦斯抽采钻孔变形破坏测试技术及其应用研究

作者(Author)：李忠辉, 王恩元, 郑安琪, 钮月, 张昕, 蔡冠楠

摘要：为了揭示煤层瓦斯抽采钻孔失稳破坏规律及服役寿命周期特征，研发了包括钻孔变形模拟装置和钻孔变形测试装置的钻孔变形破坏测试系统，利用相似材料进行了钻孔变形破坏全过程的试验测试。研究了压力感应器压力、钻孔变形之间的关系，提出了评价钻孔变形破坏状态的指标——钻孔破坏度。基于试验测试数据建立了钻孔破坏度与压力感应器压力的定性关系，根据试验结果确定了钻孔塌孔失效的判定条件为钻孔破坏度大于50%。现场测试了瓦斯抽采钻孔的变形破坏过程，分析了钻孔破坏度随时间和孔深的变化规律，定量考察了钻孔稳定性，发现钻孔成孔后初期变形破坏速度较快，之后进入缓慢变形破坏阶段直至稳定;沿孔深方向，钻孔破坏度先增大后减小，孔深5～11m范围内钻孔破坏度最大，与巷道围岩应力分布相吻合，对确定合理封孔深度有指导意义;钻孔的变形破坏对瓦斯抽采流量影响显著，随着钻孔破坏度增加至50%及以上，钻孔失效，无法继续抽采。研究成果对合理瓦斯抽采设计、瓦斯抽采动态考察、准确评价抽采效果提供了依据。

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煤炭科学技术

2020年第10期

599

1227
倾斜煤层开采地表移动变形等价计算方法研究

作者(Author)：张华兴

摘要：目前关于倾斜煤层开采引起的地表移动变形计算一般是将倾斜煤层开采等价为2个水平煤层的半无限叠加或者将倾斜煤层进行水平划分的方法，计算过程存在简化。为了克服倾斜煤层开采由于计算简化带来的误差，根据计算地表点与倾斜煤层的相对位置关系，利用开采影响传播角进行等价水平煤层转换，将倾斜煤层的移动变形计算转化为水平煤层计算，提出倾斜煤层开采地表移动变形等价计算方法，并将等价计算结果与半无限叠加开采、水平划分计算结果进行对比，分析了半无限叠加和水平划分简化计算误差产生的原因。研究结果表明：①等价计算结果与半无限开采叠加下沉量计算结果基本相同，半无限开采叠加计算存在变形计算误差表现为上、下山边界两侧拉伸与压缩变形值相同，未能充分体现变形与开采深度的密切关系；②由于煤层倾角和开采影响传播角的影响，水平划分方法下沉量、水平变形计算误差较大，煤层倾角越大误差越大，这一误差不会因水平煤层划分个数的增加而消除；③采用等价计算方法能够消除概率积分法对倾斜煤层开采地表移动变形计算的简化误差，实现计算结果与理论的完美契合。研究结果丰富了开采沉陷预计体系，对提高倾斜煤层开采地表移动变形计算精度具有一定意义。

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2020年第10期

515

487
上湾矿高强度开采地表裂缝发育规律实测研究

作者(Author)：戴华阳, 罗景程, 郭俊廷, 阎跃观, 张旺, 朱元昊

摘要：神东矿区上湾矿1-2煤层倾角小、厚度大、埋藏较浅、赋存稳定，采用宽工作面大采高综采技术，高强度开采对地表环境的影响也更加剧烈，为了掌握该矿地表裂缝发育规律，对12401工作面推进过程中切眼侧1 km范围观测区进行了地表裂缝实测研究。设计了地表裂缝分区分方向观测方案，采用手持GPS测量裂缝轨迹、钢尺测量裂缝宽度、铁钎测量裂缝深度。历时3个月，获得了回采工作面开切眼侧观测区的2303条裂缝的分布信息。研究结果表明：①分析确定了本矿地质采矿条件地表裂缝的拉伸、压缩、台阶、塌陷4种类型及其分区分布情况。②得出了地表裂缝的周期性发育规律和集中于采空区范围的分布规律，确定了裂缝分布主要参数。测得裂缝间距约10m，裂缝最大宽度0.7m，最大深度4～10m，最大长度298m，最大台阶高度0.45 m，切眼侧走向裂缝角76.0°，上山裂缝角86.0°，下山裂缝角84.7°。③在工作面沿走向推进过程中，地表周期性产生与推进方向垂直分布的主裂缝，经历“产生—扩展—收缩—稳定”约14d的发育过程，主裂缝宽度大于50mm，平均间距129m，相对于推进位置滞后角79.8°～87.1°。通过对上湾矿12401工作面开采地表裂缝的实测研究，为科学评价该矿地质采矿条件下地表采动损伤状况提供了依据。

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煤炭科学技术

2020年第10期

711

607
基于降维模糊Ｃ均值聚类算法的采动场地稳定性评价

作者(Author)：郭松, 郭广礼, 李怀展, 崔海尚

摘要：模糊聚类分析是无监督机器学习的主要技术之一，可用于进行数据分析和建模，模糊C均值聚类算法(Fuzzy C-Means,FCM)通过优化目标函数得到所有类中心样本点的隶属度以实现样本数据的自动聚类目的，但面对煤矿采空区场地稳定性评价影响因素多、数据样本大时，容易陷入局部鞍点问题，提出了一种基于主成分分析(PCA)降维的改进模糊聚类算法。该算法选取7个采空区场地稳定性影响因素构建评价体系，根据主成分降维后的样本信息对模糊C均值聚类模型初始类中心和隶属度参数进行动态优化，以提升算法的鲁棒性与泛化能力;使算法更适用于评价稳定性影响因素复杂的采空区场地。以山东省济宁市快速路任兴路段压覆工作面采空区为例，结合快速路沿线其他5个煤矿共计120个采空区场地稳定性评价。试验结果表明：样本数据经主成分分析降维后，前4个主成分的累计贡献率为81.86%，有较好的表征原始样本信息的解释能力。对模糊C均值聚类后的类(簇)样本集占比进行统计分析，其中“稳定”路段占比36.67%，“基本稳定”路段占比35%，“欠稳定-不稳定”路段占比为28.33%，对比各采空区场地实际稳定性状态，模糊C均值聚类算法能有效提高聚类精度，证明了所提出的方法应用于煤矿采空区场地稳定性评价的可行性和有效性。

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煤炭科学技术

2020年第10期

305

479