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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; 77345IP
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越层水文地质现象及对煤矿防治水的影响研究

作者(Author)：王新, 郭小铭

摘要：地层沉积作用直接影响地下含水层的发育条件，尤其是不整合接触地层界面含（隔）水层特征会发生差异性变化；通过对地层不整合接触面处发育的风化带、古河床性质分析，利用沉积规律与水文地质结构概化和水文地质勘探方法，提出了地层不整合界面易造成地层界线与水文地质边界不重合的越层水文地质现象，即含水层跨过地层界线同时发育于不同地层之中。对不同类型的越层水文地质现象进行了分类分析，概化出“平行-减薄”型、“平行-增厚”型和“侵蚀-增厚”型3种主要的越层水文地质结构模型。结合我国现阶段主要产煤区的沉积地质及水文地质条件进行分析，研究了鄂尔多斯盆地侏罗系煤田顶板直罗组砂岩含水层和华北地区石炭-二叠系煤田底板奥陶系灰岩含水层存在的越层水文地质现象及其对煤层开采的影响，并提出了考虑越层水文地质现象时矿井综合防治水措施。研究表明：侏罗系煤田开采顶板延安-直罗组地层间越层水文地质现象使得隔水层厚度减小，矿井水文地质条件更加复杂；石炭-二叠系煤层开采过程中，由于底板奥灰顶部的越层水文地质现象，使得底板隔水层厚度增加，可将部分奥灰地层作为隔水层进行利用，有助于煤层开采过程中的底板奥灰水害防治。

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煤炭科学技术

2020年第08期

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矿井涌水量预测方法的改进及结果准确性判定

作者(Author)：贺晓浪, 蒲治国, 丁湘, 段东伟

摘要：针对当前矿井涌水量（包括正常涌水量、最大涌水量）、疏放水量概念认识模糊、界定不清，涌水量预测结果与实际水量差距较大、难以精细化以及预测结果准确性判定存在歧义的问题，综合当前各类规范以及相关研究成果，提出了矿井涌水量的3重属性特征：统计属性、水文属性和生产属性。在此基础之上，探讨了矿井涌水量的基本定义，将矿井涌水量概化为充水水源与充水通道综合作用的结果，重点结合充水通道的动态变化特征以及含水层与采动空间之间的补给关系，阐述了“大井法”预测过程中的精细水量构成以及计算方法，提出了利用“同频率放大法”改进水文地质比拟法，得到涌水量预测动态曲线的过程；将时间序列分析和水文地质比拟相结合提高预测步长（即预测周期），增强时间序列分析法的适用性。比较了矿井正常涌水量、最大涌水量与预测正常涌水量、最大涌水量在各类规范、文献中的定义与煤矿防治水实践过程中的统计差异，总结了对涌水量预测结果认识存在分歧、忽视了涌水量预测的技术条件是当前矿井涌水量预测结果准确性判定存在的主要问题；论述了矿井涌水量预测结果准确性判定的绝对差值法和相对差值法2类基本判定方法，并以涌水量预测的主要功能为导向，提出了涌水量准确性判定的经济型、安全型、偏离型的分级标准，通过对比分析说明了2类方法的优缺点；提出在矿井涌水量准确性判断的实际应用过程中应当综结合2类方法进行综合判定的技术思路。通过统一技术背景，可实现矿井涌水量的预测、实际涌水量的统计、预测结果准确性判定在技术上的全过程闭环，进一步完善矿井水害防治的技术体系。

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煤炭科学技术

2020年第08期

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煤矿智能化(初级阶段)技术体系研究与工程进展

作者(Author)：王国法, 任怀伟, 庞义辉, 曹现刚, 赵国瑞, 陈洪月, 杜毅博, 毛善君, 徐亚军, 任世华, 程建远, 刘思平, 范京道, 吴群英, 孟祥军, 杨俊哲, 余北建, 宣宏斌, 孙希奎, 张殿振, 王海波

摘要：煤炭是可以实现清洁高效利用的最经济、最可靠的能源，煤炭资源的智能、安全、高效开发与低碳清洁利用是实现我国煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。基于我国煤矿智能化初级阶段的发展要求，开展了煤矿智能化技术体系研究和工程建设。进行了智能化煤矿顶层设计研究，以“矿山即平台”的理念将智能化煤矿整体架构分为设备层、基础设施层、服务层与应用层，实现煤矿生产、安全、生态、保障的智能化闭环管理；针对智能化煤矿存在的信息孤岛问题，开展了多源异构数据建模、特征提取与数据挖掘等技术研究，研发了基于数据驱动的信息实体建模与更新技术；研究了智能化煤矿高精度三维地质模型构建方法，提出了基于地质模型动态更新的煤层厚度自适应截割控制方法；研发了工作面采掘接续智能设计技术，实现了接续工作面图纸、规程、规范的智能设计，大幅降低了采掘接续过程中的重复劳动；研究了掘锚一体机的位姿检测与导航技术、自动打锚杆技术、自动铺网技术、巷道三维建模与质量监测技术，探索了基于远程视频监控的巷道智能高效掘进技术与装备；以“有人巡视，无人操作”为特征的智能化开采工作面在全国逐渐推广应用，开展了基于三维地质模型动态更新的采煤机自适应截割技术研发与实践，在部分矿区取得较好的试验效果。较详细的阐述了神东矿区、兖矿集团、同煤集团、阳煤集团、淄矿集团、新汶集团等国内大型煤炭生产企业现阶段在智能化煤矿建设中取得的阶段性成果，从技术研发与现场实践相结合的角度分析了智能化煤矿建设过程中存在的主要技术难题与发展方向。进行了煤矿智能化标准体系研究，提出了煤矿智能化标准体系框架，起草制定了“智能化煤矿分类、分级技术条件与评价指标体系”、“智能化综采工作面分类、分级评价技术条件与指标体系”等相关标准，为智能化煤矿建设提供标准支撑。

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煤炭科学技术

2020年第07期

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我国智能化采煤技术现状及待突破关键技术

作者(Author)：葛世荣, 郝尚清, 张世洪, 张幸福, 张林, 王世博, 王忠宾, 鲍久圣, 杨小林, 杨健健

摘要：自实现机械化采矿后，进一步实现智能化以解放矿工就成为世界采矿界的科研目标。在回顾智能化采煤技术发展历程的基础上，对我国智能化采煤技术研究与应用现状进行系统回顾分析，并对未来待突破的关键技术进行展望。首先，介绍了智能化采矿技术的发展历程，概述了动力化、自动化、信息化等发展阶段对采煤工作面的要求，进而提出了智能化采煤工作面的基本要求；其次，从科研计划研究、国内学术论文发表、相关专利授权以及国内煤矿实践探索等方面，对我国智能化采煤技术的创新现状进行分析与总结。结果显示我国从“十一五” 起就开始重视智能化采煤技术的研究，通过10余年的大力发展，批准了近10个与采煤智能化技术有关的国家重点研发计划项目，同时产生一大批学术论文和授权专利，这些创新成果形成了薄煤层、中厚煤层、大采高与超大采高、特厚煤层等4种智能化采煤基本模式，并建成了近200处不同层次的智能化采煤工作面；再次，从采煤机、液压支架、刮板输送机、带式输送机、巷道集中监控技术等5个方面，归纳了在初级智能化采煤工作面上已成熟应用的35项智能控制技术；最后，针对复杂条件下的智能化采煤工作面技术难题，提出了有待进一步研究突破的精准定位、煤岩识别、智能支护、自主纠偏和智能煤流感控等5项智能化采煤关键技术，并给出相应的技术突破思路。通过调研分析，认为我国现阶段的智能化采煤装备技术总体已达到自主化、成套化、实用化的国际先进水平，未来还需进一步提高智采工作面的自主能力和适用范围。

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煤炭科学技术

2020年第07期

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智慧矿山顶层架构设计及其关键技术

作者(Author)：吴群英, 蒋林, 王国法, 叶鸥, 蒋泽军, 董立红, 郭建军, 符立梅, 史晓楠, 习晓, 薜忠新

摘要：智慧矿山建设目标是在工业互联网技术的基础上，能够完成对矿山“人、机、环”数据进行精准化采集、网络化传输、规范化集成，从而实现可视化展现、自动化操作和智能化服务的矿山智慧体。目前，智慧矿山的建设主要以单一的业务逻辑为基础，较少从数据运营、技术服务和业务逻辑等多方面，深入研究智慧矿山的体系架构问题，难以实现通用性和扩展性较强的智慧矿山建设目标。为解决上述问题，基于已有智慧矿山的基本概念及内涵，在对国内外智慧矿山研究现状分析的基础上，首先提出智慧矿山的基本内涵及其建设原则，并引入数据标准化、网络协同化、系统一体化和技术智能化的建设理念。其次，提出智慧矿山顶层架构体系及其关键技术。该顶层架构体系主要包括智慧矿山总体架构、业务逻辑架构、技术架构和数据架构4个部分，从总体设计、业务分析、技术实现和数据流转的不同角度，可以较为综合和全面的构建智慧矿山。之后，探讨和研究了智慧矿山顶层架构体系建设过程中涉及到的智能控制技术、通信网络技术、三维可视化技术、空间信息技术、大数据分析与挖掘技术、物联网技术、机器学习理论方法、媒体智能技术等关键智能技术。最后，在总结智慧矿山顶层架构设计及关键技术内容的基础上，指出了未来智慧矿山建设过程中需要解决的一些关键理论问题及系统设计、优化问题，为不断完善智慧矿山顶层架构的设计和智慧矿山的深入发展明确了研究方向和实现目标。

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煤炭科学技术

2020年第07期

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煤炭工业互联网及其关键技术

作者(Author)：李首滨

摘要：煤炭工业互联网（Coal Industry Internet，CII)拥有快速、安全、绿色等优点，是煤炭行业向智能化转型的重要支撑。我国煤炭工业互联网尚处在初级阶段，存在技术体系不明晰、信息交互时延高、信息安全保障难等问题。针对以上问题，首先分析了煤炭工业互联网对煤炭行业发展及保障国民经济的重要意义；总结了煤炭工业互联网的国内外研究现状，归纳出国内外研究人员在煤炭工业互联网领域进行的探索及取得的研究成果。根据我国智慧矿山建设实际需求，构建了煤炭工业互联网体系架构，分为设备感知层、IaaS层、PaaS层、SaaS层和云边端协同5个层次，推动形成涵盖煤炭生产、物流、消费等领域的工业生产制造和服务体系；进一步明确煤炭工业互联网信息安全、技术体系、信息传输、生态环境等重点发展领域，指出了我国煤炭工业互联网在上述领域中存在的问题，并总结分析了解决上述问题的发展方向。最后，提出了煤炭工业互联网安全防护、数字矿山基础信息平台、煤炭工业互联网数据中台、矿山中央控制系统、5G+煤炭工业互联网等关键技术及其发展思路，以推动矿山智能化建设，促进煤炭行业高质量发展。

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煤炭科学技术

2020年第07期

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智慧矿山数字孪生技术研究综述

作者(Author)：张帆, 葛世荣, 李闯

摘要：煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。数字孪生面向煤炭工业领域的互联互通及智能化应用，发挥连接物理世界和信息世界的桥梁与纽带作用，将在煤炭开采、视频监控、人机交互等方面提供更加实时、智能、高效的服务。面向智慧矿山技术需求，提出了基于数字孪生+5G的智慧矿山建设新思路，将“数字孪生+5G”与AI技术相结合，为实现智慧矿山提供一种创新的方法。首先从智慧矿山建设进展及应用方面存在的问题入手，系统地梳理和分析了当前智慧矿山研究和发展现状，通过研究新一代信息技术与工业技术融合应用，阐述了数字孪生的概念内涵，指出数字孪生是智慧矿山发展的必然趋势并将为智慧矿山赋能；然后针对智慧矿山建设的难点和痛点问题，提出了基于“数字孪生+5G”的智慧矿山体系架构理论，通过构建矿山数字孪生模型（MDTM）实现物理矿山实体与数字矿山孪生体之间的虚实映射与实时交互。聚焦智慧矿山建设目标，以智慧矿山系统建设、优化和关键技术为核心，基于矿山信息物理空间的数字孪生和深度学习方法，以实际矿井为原型设计了智能开采的数字孪生一体化方案，构建了全域感知、边缘计算、数据驱动和辅助决策的智慧矿山平台。最后针对智慧矿山的数字孪生应用需求，提出并探讨了数字孪生赋能智慧矿山的关键技术问题，并指出了未来需要实现的关键技术路径。本文旨在通过对智慧矿山的数字孪生技术研究，为数字孪生模型构建、协同控制与交互优化等提供思路，为未来智慧矿山建设与设计提供理论借鉴。

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煤炭科学技术

2020年第07期

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煤层气生物工程研究进展

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。

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煤炭科学技术

2020年第06期

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