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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; 77193IP
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采场顶板关键层“横U-Y”型周期破断特征的试验研究

作者(Author)：朱卫兵, 于斌, 鞠金峰, 刘文兵, 齐祥瑞

摘要：针对部分坚硬顶板矿井采动导水裂缝带处于8～15倍采高的高位关键层，“横O-X”破断运动引发工作面动载矿压甚至压架、临采空侧回风平巷超前100～200 m底鼓大变形等动力灾害的问题，采用自制的大尺度三维物理模拟实验平台，研究高位关键层的破断运动特征。结果表明：关键层发生横向破断时，首先，关键层板正面两侧长边和反面中部长轴方向同时形成破断裂隙；其次，关键层板正面两侧短边形成弧形裂隙，而反面沿中轴线端点同步形成八字形破断裂隙；再次，在板正面形成“O”形裂隙的同时反面形成“X”形裂隙，正面形成“U”形裂隙的同时反面形成“Y”形裂隙；最后，正反面裂缝贯通形成“横O-X”型初次破断和“横U-Y”型周期破断，在工作面上方形成“弧形三角板”和巷道上方形成“梯形板”的破断块体结构。统计发现，“横O-X”初次破断步距与“横U-Y”周期破断步距长度基本一致；横向破断形成的“弧形三角板”块体角度为75°～78°，与腰线和弧形切线形成的夹角72°～82°基本相等，近似于一个等角的“弧形三角板”。砌块模型试验结果表明，“弧形三角板”块体大幅回转过程中，因其顶点易与“梯形板”结构发生回转变形失稳而出现脱离现象，导致“弧形三角板”滑落失稳从而会引发工作面强矿压。研究成果为大采高开采工作面强矿压灾害防治提供试验基础。

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煤炭科学技术

2020年第02期

784

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煤矿机器人智能安全充电系统设计

作者(Author)：胡而已, 吕东翰, 王春涛, 孙益壮, 李梦雅

摘要：煤矿机器人工作在井下危险气体环境下，特别是对于井下移动式巡检井下机器人，其动力系统的能源供给方式主要以锂电池供电为主，目前《煤矿安全规程》对锂电池的井下使用有着严格的限制条件，其充电必须要求在专用的充电硐室中进行。为提高煤矿机器人的巡航能力和实用性，研究一种煤矿机器人智能安全充电系统，提出煤矿机器人专用充电硐室构想，设计煤矿机器人井下智能岔轨及硐室内充电技术，系统由煤矿机器人、煤矿机器人移动轨道、煤矿机器人转向用智能岔轨以及硐室内充电桩组成，通过井下巡检机器人专用充电硐室和智能岔轨技术的设计，可实现巡检类机器人井下在轨充电，有利于煤矿机器人井下不间断智能巡检作业。

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煤炭科学技术

2020年第02期

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新疆煤矿区瓦斯抽采利用技术现状及展望

作者(Author)：王刚, 杨曙光, 张寿平, 刘学良

摘要：新疆煤炭及瓦斯资源丰富，是我国能源战略后备基地和煤炭生产力西移的重要承接区，但煤矿瓦斯抽采利用规模小、技术水平低，与其煤炭开采量极不匹配。通过对国内外煤矿瓦斯抽采、利用技术领域科学研究与工业应用进展的调研分析，根据不同浓度瓦斯的利用技术差异，将瓦斯浓度更科学地精确划分为5级。新疆煤矿区产出瓦斯主要为乏风瓦斯、巷道瓦斯钻孔抽采的特低-低浓度瓦斯，乏风瓦斯的科学利用技术方向为蓄热氧化发电，而钻孔抽采瓦斯因其地域的不同存在瓦斯浓度的差异，库拜、阜康、艾维尔沟等地区的低浓度瓦斯适宜燃气内燃机发电，其他矿区的特低-低浓度瓦斯适宜作为掺混气源与乏风掺混后蓄热氧化发电。对瓦斯抽采利用的瓦斯治理需求与严峻环保形势进行剖析，借鉴国内高阶煤地区成熟的瓦斯治理模式，根据新疆急倾斜、侏罗系中低煤阶地质条件下的瓦斯赋存与产出特点分析，建立了适用于新疆各主要煤矿区的“浅部采煤、深部排水采气，中部采空区卸压影响带抽采煤系气”的立体抽采模式，提出通过三维地质建模手段实现采煤、采气、排水过程的动态管理，优化采煤、采气的合理时序，为新疆煤矿区的瓦斯综合抽采利用提出技术方向、抽采模式等科学建议。

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煤炭科学技术

2020年第03期

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我国矿井通风技术现状及智能化发展展望

作者(Author)：张庆华, 姚亚虎, 赵吉玉

摘要：矿井通风作为矿井的“血液循环系统”，是矿井安全生产的基石，在智能化背景下发展智能通风技术装备是保障我国发展少人化、无人化煤矿的必由之路。从通风参数测定与监测、通风网络分析与决策、通风调控技术与装备3个方面对我国矿井通风技术装备近年来的研究与实践成果进行了系统梳理和总结，指出了实现智能通风仍需解决的4大难题，即通风参数测定与监测准确性低，难以满足精准决策的需要；风量调控缺乏有效决策模型，调控装备发展滞后，难以实现动态定量调节；通风动力与通风网络匹配性不强，联动调节能力弱；通风隐患、灾变判识技术发展不成熟，缺乏有效的预防预警与应急控制手段。针对这些技术难题提出了实现矿井通风智能化的3个重点研发方向：智能感知、智能决策、智能控制，给出了各研发方向应着力解决的关键核心技术内容，即通过研发通风系统自动成图技术、通风参数快速精确获取技术，实现通风基础数据智能感知；通过研发数据驱动的网络模型构建方法、通风网络与通风调控联动分析决策技术、通风隐患自动识别与报警技术，实现通风技术智能决策；通过研发通风灾变准确判识方法和灾变控制装备，实现通风灾变智能控制。依托以上技术装备，形成一套智能通风技术装备体系，实现矿井通风无人化、智能化。

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煤炭科学技术

2020年第02期

806

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特厚煤层超前采动原位应力演化规律研究

作者(Author)：高明忠, 刘军军, 林文明, 邓光迪, 彭高友, 李聪, 何志强

摘要：特厚煤层超前采动应力演化规律是顶板控制的基础，但目前缺乏现场采动过程应力演化的研究成果。依托同煤集团同忻矿8309工作面，进行了特厚煤层采动应力演化规律原位实测研究。现场试验结果表明：随着工作面推进，前方煤岩扰动强度不断增大，支承压力由原岩应力逐渐上升至峰值强度，然后随着煤岩的破坏开始下降至残余强度；侧向水平应力则呈现出阶段性稳态降低的趋势。根据支撑压力规律，工作面前方煤岩具有扰动分区化特征：该实验点工作面前方200 m以上为未扰动区域；工作面前方100～200 m为弱扰动区域；工作面前方50～100 m为强扰动区域；工作面前方50 m以内为剧烈扰动区域，结合工作面前方不同区域扰动强度提出了针对性的分区支护措施建议。研究成果可为室内开展扰动应力路径加卸载试验和特厚煤层现场安全高效开采提供指导。

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煤炭科学技术

2020年第02期

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我国煤矿粉尘防治理论与技术20年研究进展与展望

作者(Author)：程卫民, 周刚, 陈连军, 王刚, 聂文, 张清涛

摘要：近年来，随着矿井开采机械化、自动化、智能化水平日益提高，作业环境粉尘污染日益严重。为了进一步提高矿井清洁化生产水平，推动煤矿安全保障能力和职业健康水平，分析了我国煤矿粉尘防治的研究现状，总结了20年来粉尘防治理论及技术取得的成果，并提出了未来发展方向。全面阐述了现有的防尘基础理论，主要包括：粉尘弥散污染规律、粉尘微观润湿理论、尘雾凝并湿式除尘理论、湿式喷射混凝土除尘理论。基于上述理论，国内高校、科研院所研发了综采工作面局部雾化封闭与空气幕隔离、综掘工作面风雾双幕协同增效、煤层注水强渗-增润、矿山湿（潮）喷作业系统、高效环保抑尘剂等不同尘源控除尘技术工艺。同时针对现有研究的不足，在智能化防尘、煤层注水减尘、采掘作业环境降尘、抑尘材料等4个方面给出了下步研究展望。研究与实践表明，我国煤矿已经初步形成了粉尘防治的理论和技术体系，未来要以智能化防尘为抓手,实现粉尘高精度传感—输—评估预警，开发集雾化除尘、干式、干湿混合式、小型化、吸风量大等于一体的组合式除尘器,实现综掘工作面、综采工作面等广域复杂空间微细粉尘高效通风控除尘技术与装备体系；同时，在低渗煤层水力强渗-增润技术、智能化防尘机器人、化学抑尘等技术与装备方面实现突破。以此来实现矿山粉尘的分源高效治理，提升矿井的清洁化生产水平。

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煤炭科学技术

2020年第02期

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断顶爆破防治冲击矿压技术体系及效果评价研究

作者(Author)：窦林名, 阚吉亮, 李许伟, 齐燕军, 白金正, 刘明洪

摘要：断顶爆破在坚硬顶板条件下的冲击矿压灾害防治中应用广泛。基于动静载叠加原理，理论分析了断顶爆破防治冲击矿压的作用机制，在对冲击危险预评估和冲击危险动态演化特点分析的基础上，揭示了冲击危险具有分时、分区和分级的“三分”特征，建立了分时、分区、分级断顶爆破防治冲击矿压技术体系，应用于坚硬顶板型冲击矿压防治工程实践，并通过采取理论计算、钻屑监测和微震监测手段进行断顶爆破效果评价。结果表明：爆破后形成的裂隙区贯通为连续的弱面是控制冲击矿压最重要的区域，断顶爆破能够减弱由于顶板瞬间破断或垮落释放的动载强度，降低上覆悬顶施加在煤体内的静载强度并促使煤体峰值应力向工作面前方转移，达到降低冲击矿压危险的目的；依据揭示的冲击危险分时、分区、分级的“三分”特征，建立了“开切眼倾向断顶爆破、临空煤柱侧走向断顶爆破、工作面内超前预裂爆破和及时解危断顶爆破”的分时分区分级断顶爆破防治冲击矿压技术体系，相应进行了断顶效果评价，其中开切眼倾向断顶爆破后工作面初次来压和周期来压阶段顶板聚集的能量分别降低72%和76%；临空煤柱侧断顶爆破后煤柱内钻屑值下降0.55 kg/m；工作面内预裂爆破区域在回采期间出现微震总能量、单日最大能量均明显降低，微震频次显著增加的整体规律，验证了分时分区分级断顶爆破技术体系对防治冲击矿压的有效性。

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煤炭科学技术

2020年第01期

2382

2181
煤矿岩巷掘进爆破掏槽孔超深问题探讨

作者(Author)：杨仁树, 张召冉, 安晨, 郑昌达, 丁晨曦, 肖成龙

摘要：掏槽技术是影响煤矿岩巷钻爆法掘进效率的关键，为了探讨掏槽孔超深深度（掏槽孔与非掏槽孔深度之差）与炮孔利用率之间的关系，采用文献检索法和现场试验开展相关研究，以近40年岩巷爆破掘进实际案例为对象，从时间、岩性、断面大小、炮孔深度、掏槽形式等5个维度对我国煤矿岩巷掘进施工相关文献进行了统计分析研究。研究结果表明：自20世纪80年代以来，岩巷爆破设计的掏槽孔超深深度均设定约为200 mm，炮孔利用率维持在90%左右，5个维度中岩性对炮孔利用率的影响最为显著，并就掏槽孔超深深度为200 、300 、400 和500 mm时进行了现场爆破试验，炮孔利用率较超深深度为200 mm时的89%分别提高到93%、97%和97%，最大提高了8%，试验条件下掏槽孔超深深度的最优为400 mm；掏槽孔超深深度与炮孔利用率具有较强的相关关系，适当加大掏槽孔超深深度能显著提高炮孔利用率，而不同施工条件下掏槽孔超深深度的确定有待研究。

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煤炭科学技术

2020年第01期

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