《煤炭科学技术》虚拟专题 | 一键下载 | 2023~2024年低碳减损绿色开采成果

首页 > 专题

《煤炭科学技术》虚拟专题 | 一键下载 | 2023~2024年低碳减损绿色开采成果

来源：

为实现碳达峰、碳中和的长远目标，煤炭行业需要大力推行清洁生产，将煤炭清洁高效开发作为能源转型发展的立足点和首要任务。基于此，《煤炭科学技术》编辑部整理了近2年30篇充填开采、注浆减沉开采、煤与瓦斯共采等低碳减损绿色开采成果，以飨读者。

行业视野: 煤炭科学技术
类别; 126个
关键词; 164位
专家; 29篇
论文; 5289IP
点击量; 2891次
下载量

煤炭绿色开发复杂巨系统数智化技术进展

作者(Author)：王国法, 张建中, 刘再斌, 庞义辉, 王佟, 桑聪

摘要：本文分析了当前我国煤炭资源绿色开发面临的新形势和新要求，提出了煤炭资源绿色开发复杂巨系统数智化技术体系，以绿色开发模式为目标，以地质透明化为基础，将煤矿全要素数字化，完成煤矿所有信息的精准实时采集、网络化传输、规范化集成、可视化展现、自动化运行和智能化服务的数字化智慧体，融合一系列数智化关键技术实现煤炭资源绿色智能柔性开发与管控模式；提炼“数智开采”技术，研发了数字煤矿智慧逻辑模型、复杂变形条件下“采场-装备”双动态系统耦合分析模型、开采设备群健康状态评估与剩余寿命预测模型等关键技术，提出了智慧逻辑模型框架下的开采系统智能化控制方法，智能开采复杂场景综采设备群姿态识别方法、全局最优规划策略及协同控制方法、设备健康状态识别与故障诊断方法；诠释“透明地质”概念，提出了透明地质保障技术路径，研发了精细物探与钻探、围岩条件动态监测、多源高精度数据采集、多源异构数据融合解译等地质透明化技术，创新了静态地质建模、动态地质建模、工作面精准地质保障、多源地质数据解译融合、多属性动态高精度建模、地质信息同步映射、矿山信息模型等地质数字化技术，分析了“透明地质”技术在地下资源开发地质构造探明程度、揭示煤岩物理力学性质、“三场”变化、隐蔽致灾因素预测等应用价值；分析了绿色开采技术，包括绿色减沉与保水开采技术和井上下协同治理与生态修复技术；文中围绕3方面技术进行了案例解析，展望当前形势下，需亟待加速数据驱动下煤炭资源绿色开发与管理变革转型，推动煤炭行业高质量发展进入新阶段。

免费下载

煤炭科学技术

2024年第11期

187

39
视频AI算法分析的煤矿固体智能充填开采方法

作者(Author)：张强, 杨康, 曹津铭, 白雨, 邓攀博, 杨子

摘要：固体充填开采方法在处理煤基固废和控制地表沉降方面具有较大优势，但其充填效率低、接续时间长、劳动强度大等问题制约着绿色充填开采的发展。针对固体充填技术升级的内生动力、行业发展的迫切需求以及矿山智能化建设的必然趋势，提出视频AI算法分析的固体智能充填方法。本文首先通过分析该固体智能充填方法的内涵及难点，构建出视频AI算法分析的固体智能充填开采方法系统构架，阐述视频AI算法的工作原理与实现流程，并给出视频AI算法可以实现的功能。根据不同地质条件分析了关键充填装备在不同工序下的影响因素，通过Creo进行液压支架骨架建模，实现液压支架在不同工况下机构的运动，给出对应的调控判据及路径，并设计关键充填装备在不同工序下的控制算法流程。根据视频算法特征及算法优缺点初步选择了图像识别算法，将构建好的目标数据集经过算法模型的训练及调参最终确定了最佳算法及对应的参数。通过某矿充填面应用效果分析，SVM各评价指标均优于其他算法，表明SVM模型在工况判别时表现出色，具有高度的准确性及可靠性。本研究可实现关键充填装备机构非正常工况的识别及调控、提高充填效率、机构位姿参数识别、充填空间夯实效果展示，可为视频AI算法分析的固体智能充填开采技术研发与应用提供理论指导。

免费下载

煤炭科学技术

2024年第11期

75

23
沟谷山地区粉煤灰基质自流充填减沉技术与工程实践

作者(Author)：赵茂平, 武竹

摘要：充填开采是一种能有效遏制地面沉降、高效处置工业固废、快速解放“三下”压煤资源的开采技术。本文针对山西神州煤业有限责任公司4603(2)工作面4604(1)工作面开采沉陷控制难题，深入开展了粉煤灰成分测定、充填浆液流动性测试、充填开采工艺工程实践及沉陷观测全流程研究。结果表明：①专用辅料可充分激发粉煤灰的潜在活性，采用流动度试模进行充填浆液流动性能的快速测试，确定了自流充填浆液浓度上限为55%；②研发了充填步距为2.4 m的“采煤→充填→采煤→充填”袋式循环的充填工艺，掌握了不同龄期充填体强度演化特征，建立了充填体强度与时间长度的关联方程，固结体试件60 d龄期后强度基本稳定于3.0 MPa，满足充填体终态强度2.0 MPa的充填设计要求；③借助地势充填料浆自流充填后，工作面倾向最大下沉量为−156 mm，走向最大下沉量为−111 mm，实现了地表下沉小于200 mm的控制目标，保障了地面大型垃圾处理站、周边压煤村庄密集建、构筑物的安全使用。研究成果可为类似沟谷山地矿区充填开采提供借鉴。

免费下载

煤炭科学技术

2024年第11期

56

32
浅埋多煤层群协调绿色开采关键技术研发与实践

作者(Author)：吴群英, 胡俭, 刘凯, 李杨, 谢晓深, 张德生

摘要：西部矿区多煤层赋存条件导致了“采面布局矛盾、覆岩结构多变、地表运移叠加”的突出性、普遍性问题，探索适应多煤层高强度开采的协调绿色开采技术成为西部矿区多煤层安全、高效开采的关键。针对浅埋厚煤层群高强度开采面临的主要技术难题，从多煤层开采时空布局、工作面岩层稳定性控制、重复扰动下的地表沉陷等方面，系统地阐述了浅埋多煤层群协调绿色开采的几项关键技术。研究结果如下：①揭示了西部多煤层高强度开采层间相互作用机理，构建了多煤层重复开采扰动定量判据与评价方法，创新提出了以层间最小扰动为目标的“薄、中、厚”煤层交错分布协调开采技术；②提出了多煤层工作面岩层稳定控制技术，建立了全覆岩结构破断模型，揭示了全覆岩结构破断条件下的支架与围岩相互作用规律，在此基础上针对多煤层开采工作面支护在不同的位置需要采用不同支护策略的需求，研发了工作面支架抗冲双伸缩立柱和超前巷道支护状态监测系统，实现工作面多区域安全高效稳定支护；③通过揭示浅埋多煤层斜交叠置开采下地表动态移动特征和地表裂缝发育规律，给出地表下沉系数的确定方法，研发了塌陷区裂缝“土壤重构–原位充填–微地形改造”组合的治理关键技术，有效防治黄土沟壑区的采煤地表塌陷。上述核心技术在张家峁、柠条塔、红柳林等20余个大型煤矿成功应用，为我国西部矿区高质量、可持续开发提供了技术支撑。

免费下载

煤炭科学技术

2024年第09期

157

21
浅埋强富水区下绿色高效保水开采技术

作者(Author)：罗文, 王庆雄

摘要：西部地区煤层资源丰富，开采强度大，传统开采方式容易导致含水层水资源流失，产生严重的缺水问题，因此，研究浅埋强富水区的保水开采技术，通过控制岩层移动保持含水层的稳定性，研发低成本、广适用的保水开采技术和材料，形成浅埋强富水区煤层的绿色高效保水开采体系，实现煤炭开采与水资源保护的双重目标，对保障水资源安全、维护生态平衡和促进经济发展具有重要意义。本文首先分析了保水开采现状与难题，从技术先进性和安全性等方面对现有技术进行了对比，从材料、设备和工艺等方面进行了深入研究，总结并分析了不同技术的适用条件。接着以锦界煤矿为例，依据保水采煤方案和导水裂隙带实测高度，对井田进行区域划分，提出“分区分类治理”的原则，并创新性地提出了采前第四系松散含水层底部隔水层再造技术，形成了有效隔离，实现了煤炭开采与水资源保护的协调发展，保护了自然地貌和地表植被。同时，针对现有综采架后膏体充填不高效，且支架无法做到充填非充填灵活转换的问题，设计提出了一种新型充填非充填两用支架，既可作为同一工作面分段充填、非充填支架两种模式交替使用，又可进行后部支架拆解，安装掩护梁侧护板，满足普通支架使用需求，提高了设备使用效率。最后对采后导水裂隙带裂隙顶部注浆修复改造技术和注浆效果评价进行了总结，以锦界煤矿的应用为例进行了说明，对鄂尔多斯盆地类似条件煤层开采具有广泛指导意义，为煤炭行业的绿色开采提供了重要支持。

免费下载

煤炭科学技术

2024年第09期

110

11
水泥–粉煤灰基矸石胶结充填体破坏特征及强度形成机制

作者(Author)：李晓磊, 杜献杰, 冯国瑞, 巨峰, 王建伟, 刘文昊, 郑远翔

摘要：在煤矿结构充填开采中，不同充填率条件下对矸石胶结充填体强度的需求不同，拟通过改变粉煤灰在水泥–粉煤灰二元胶凝材料用量中的占比(下称“粉煤灰占比”)调控矸石胶结充填体强度，对不同粉煤灰占比(0～90%)矸石胶结充填体进行单轴压缩试验，探明矸石胶结充填体的强度调控范围，结合数字图像相关技术对试样破坏形态进行分析，结合声发射事件对试样脆延性破坏模式进行分析。采用承压筒法和单轴压缩试验分别测定了煤矸石的强度和不同粉煤灰占比水泥–粉煤灰二元胶凝材料的强度，并根据煤矸石的强度与水泥–粉煤灰二元胶凝材料的强度关系揭示矸石胶结充填体的强度形成机制。研究结果表明：矸石胶结充填体强度随着粉煤灰占比的增加而减少，实现了较大的矸石胶结充填体强度调控范围：1.77 ～30.04 MPa。不同强度范围的矸石胶结充填体试样对应的破坏形态和脆延性破坏模式也不同，材料性质发生了质的变化。随着粉煤灰占比的增加，在破坏形态方面，矸石胶结充填体试样由剪切破坏(0～50%粉煤灰占比)向拉剪复合破坏(60%～80%粉煤灰占比)再向拉伸破坏(90%粉煤灰占比)转变，对应的强度范围分别为20.8 ～30.04 MPa,5.63～12.35 MPa和1.77 MPa；在脆延性破坏模式方面，试样由脆–延性破坏(0～40%粉煤灰占比)转变为延性破坏(50%～90%粉煤灰占比)，对应的强度范围分别为24.64 ～30.04 MPa和1.77 ～20.8 MPa。矸石胶结充填体的强度由水泥–粉煤灰二元胶凝材料的强度(1.43 ～55.5 MPa)和煤矸石的强度(平均强度为4.43 MPa)共同决定。水泥–粉煤灰二元胶凝材料对矸石胶结充填体的强度贡献较大，煤矸石使矸石胶结充填体的强度受限。所得试验结果为结构充填中充填材料的强度选择提供参考。

免费下载

煤炭科学技术

2024年第05期

166

47
富水沟谷区浅埋煤层导水裂隙演化特征

作者(Author)：来兴平, 乔浩, 单鹏飞, 吴龙泉, 朱浩宇, 赵浩州, 戴自强

摘要：富水沟谷区域下浅埋煤层赋存条件特殊，采场上覆岩层导水裂隙发育演化特征复杂。为了揭示沟谷区浅埋煤层在回采扰动作用下覆岩裂隙演化规律，以朱家峁煤矿1305-2工作面过沟谷区回采阶段为工程背景，采用理论分析、物理相似模拟、数值模拟与现场效果验证的方法，建立了覆岩裂隙−渗流场概念模型，开展了覆岩结构发育与微震能量演化研究，分析了覆岩变形与塑性破坏分布特征，提出了针对沟谷区下浅埋煤层导水裂隙防治措施，并应用于现场工程实践。结果表明：开采扰动下裂隙−渗流场模型呈“梯台”结构，并依次划分为初渗区域、稳渗区域、紊渗区域3个区域；将所研究矿井的工况数据代入模型结构，计算出各个渗透区域范围，并根据计算结果对矿井的稳渗区域采取注浆措施。工作面回采至沟谷区段，覆岩裂隙域形态呈现“拱形－梯形－复合梯形”的扩展演化特征，裂隙纵向发育高度达到163 m，并与沟谷区地表贯通。随工作面推进，地表裂隙依次经历“滑移－挤压－撕裂”过程；沟谷区域位移云图呈现出滞后开采“高位梯形”破断形态，在沟底处下沉位移最大，达3.47 m。针对开采导致的裂隙大范围扩展贯通，提出在地面进行采动裂缝注浆处理，在工作面上覆岩层进行注浆封堵，实现过沟谷区开采“井上−井下”联合防治，保证安全开采。该研究结果可为浅埋煤层的过沟谷区开采、采动裂隙防治及富水区“保水采煤”提供新的科学依据。

免费下载

煤炭科学技术

2024年第04期

162

20
煤矸石井下原位智能分选充填技术研究进展

作者(Author)：梁卫国, 郭凤岐, 于永军, 张泽寒, 闫俊才

摘要：传统井下煤矸石需运输至地面处理，不仅占用地面国土空间、自燃或雨水淋滤造成大气与环境污染，而且长距离无效运输造成的能源消耗问题已成为制约煤矿低碳发展的关键瓶颈。为实现煤矿矸石不出井，从煤炭生产源头减少碳排放与单位产出能源资源消耗，实现煤炭的绿色低碳智能开采，回顾了煤矸石井下分选充填技术现状及智能化进展，并在此基础上展望煤矸石井下分选充填技术发展趋势，提出了煤矸石井下原位绿色智能分选、充填新方法，详细阐述了煤矸智能分选机及新型充填液压支架的结构及原理，以最大化缩短矸石无效运输距离。为处理采煤工作面矸石，预防煤岩动力灾害，提出了包含少矸化智能开采系统、原位智能分选系统、工作面矿压反演系统、精准科学充填系统四大子系统的煤矿井下采选充智能一体化系统，并探讨了各子系统间的新环逻辑关系，以形成采煤利于分选、分选利于充填、充填利于采煤的良性循环。为处理掘进工作面矸石，提出了包含智能快掘系统、智能分选系统、煤矸分运系统、智能充填系统四大子系统的煤矿井下掘选充智能一体化系统，并对各子系统所负责工作及智能化实现进行了阐述。所提出的新工艺有望实现煤矿矸石不出井，并为煤矸石原位智能分选充填方法及采选充一体化系统的研究提供新思路。

免费下载

煤炭科学技术

2024年第04期

167

78