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盘点《煤炭学报》2020年热点论文一

来源：《煤炭学报》

根据中国知网截止到2021年8月19日的数据，小编整理了《煤炭学报》2020年刊登的所有文章中下载量前50的文章，此推文为TOP1~TOP10文章及其创新点，以飨读者。

行业视野: 高被引
类别; 47个
关键词; 52位
专家; 10篇
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煤矿掘进机的机器人化研究现状与发展

作者(Author)：杨健健, 张强, 王超, 常博深, 王晓林, 葛世荣, 吴淼

摘要：基于煤矿巷道掘进智能化、无人化的发展要求，综述了悬臂式掘进机综掘技术、连续采煤机掘进技术和掘锚一体化掘进技术3条掘进作业线的国内外发展现状，依据国家煤炭安全监察局发布的《煤矿机器人重点研发目录》中对煤矿掘进机器人的规划，从感知、决策、执行 3个层面分析了煤矿掘进机的机器人化应具备的特征，感知层通过多类传感器对煤矿井下巷道环境信息进行采集感知，决策层分析和求解作业任务，并融合感知层传输的环境信息，制定规划出最适合的控制策略，执行层接收决策层的指令，对机器人化掘进群组的位姿和运动进行控制。系统阐述了机器人化掘进群组关键技术:掘进机器人的自主定位、煤岩识别与自动截割、远程监控与故障检测等技术;临时支护机器人的自动支护技术;钻锚机器人的平行钻锚技术;辅助装载输送机器人的同步运输技术等。对比分析国际先进机器人化掘进装备和群组，结合我国煤矿巷道掘进技术与装备的现状，提出了煤矿掘进机的机器人化技术与装备发展思路和研究方向:冲击致裂-快速掘进新技术;远程前探-精准惯导新技术;协同掘支-自适护顶新装备;钻锚一体-智能锚固新装备，实现钻探-掘进-支护-锚固-运输协同作业的机器人化掘进群组快速掘进技术，最终达到煤矿巷道掘进作业少人化、无人化的目标。

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煤炭学报

2020年第08期

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数字孪生智采工作面技术架构研究

作者(Author)：葛世荣, 张帆, 王世博, 王忠宾

摘要：为了进一步提高煤矿井下智能化采煤工作面系统自主运行和人机交互能力,达到真正的无人化开采境界,提出数字孪生智采工作面系统(Digital Twin Smart Mining Workface)的概念、架构及构建方法,融合应用 5G 通信技术、物联网技术和仿生智能技术,从而搭建一个智采工作面的数字孪生远程操作平台。首次定义数字孪生智采工作面是一个数据可视化、人机强交互、工艺自优化的高逼真采煤工作面三维镜像场景,它由物理工作面、数字工作面和数据信息 3 个部分组成。介绍了DTSMW 系统涉及的物理工作面、虚拟工作面、孪生数据、信息交互、模型驱动、边缘计算、沉浸式体验、云端服务、信息物理系统、智能终端等 10 项关键技术。新的 DTSMW 系统具有开采过程仿真、优化和监控功能,可以实现开采工艺数字孪生、开采过程数字孪生、设备性能数字孪生、生产管理数字孪生和生产安控数字孪生。研究了智采工作面的仿生智能特性,阐述了物理模块(躯干)、信息模块(大脑)、通信模块(神经)、控制模块(脑肌)、孪生模块(映像)的基本功能特征,特别描述了采煤机、液压支架和刮板输送机的仿生智能要素。针对DTSMW 系统数据的高度依赖性,首次将智采工作面复杂信息归纳为 3 条信息流,用于描述采煤过程的环境、控制和能量状态。环境信息流和控制信息流来自煤岩体对采煤机、液压支架、煤流运输机组的输入信息及其调控信息,能量信息流来自开采装备对煤层、岩层变量调控所产生的能量交换状态信息。针对智采工作面的巨大信息流量,提出了管理 DTSMW 信息流的数据主线(Digital Thread)方法,将信息流的数据分为周期性数据、随机性数据和突发性数据进行建模处理,以确保数字孪生智采工作面的数据驱动及稳定运行。通过对比分析,DTSMW 系统比现有远程集控中心的智能性提高了一个层次,可为中级智采工作面实现无人化运行提供新的监控系统架构。

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煤炭学报

2020年第06期

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矿井智能通风原理、关键技术及其初步实现

作者(Author)：周福宝, 魏连江, 夏同强, 王凯, 吴新忠, 王雁鸣

摘要：针对我国现代化矿井通风信息化、智能化升级的重大需求,系统研究了矿井智能通风原理、关键技术及其系统组成。明确阐述了矿井智能通风的定义与内涵:矿井智能通风是通过智能控制实现按需供风,稳定、经济地向矿井连续输送新鲜空气,供人员呼吸,稀释并排出有害气体和粉尘,改善矿井气候条件及救灾时具有一定智能调控风流的作业；其内涵是将信息采集处理技术、控制技术与通风系统深度融合,按照“平战结合”的理念实现按需供风及异常灾变状态下智能决策与应急调控,既满足日常通风的自动化管理与维护,又实现灾变时期的应急控风有效抑制灾情演化。基于风网调节的非线性优化模型提出了矿井智能控风模型,设计了矿井多元信息智能感知→高效可靠信息传输→通风状态智能分析与决策→通风设施/ 动力智能调控执行与反馈的标准化工作流程；随后,围绕矿井智能通风系统功能的具体实现,分别从通风参数精准监测、通风异常诊断与智能决策平台、通风动力与设施智能调控等关键技术详细阐明了矿井智能通风功能的实现路径；最后介绍了通风参数在线监测与风网实时解算、区域联动调控等智能通风关键技术的现场试验及应用实例。通过本文的研究为矿井智能通风提供了建设思路。

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煤炭学报

2020年第06期

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基于物联网的矿山机械设备状态智能感知与诊断

作者(Author)：丁恩杰, 俞啸, 廖玉波, 吴传龙, 陈伟, 郁万里, 王威

摘要：矿山生产机电设备是机械、电气、液压、控制等多形式系统的复杂耦合结构,工作过程中环境和工况条件变化多样,缺乏有效的技术手段解决矿山设备运行健康状态的实时感知问题。借助物联网、工业互联网、人工智能和大数据挖掘技术,研究矿山设备状态知识建模与在线诊断方法,将传统的“人-机”交互监控模式提升为“传感—机器认知—机器决策”的智能化监控模式。分析了基于物联网的矿山设备状态感知系统架构,定义了多源信息感知层、边缘智能层、大数据分析层和数据与知识共享迁移层的 4 个层次的作用,提出了设备状态知识共享与迁移模式;结合本体语义、置信规则库和数字孪生技术,设计了面向矿山机械设备系统状态知识建模的信息描述、知识表示、决策融合方法,提出了面向矿山设备运行全过程的实时感知、演化分析与智能交互的“虚实融合”感知模型,实现虚、实系统运行过程的“精准映射、信息对偶、融合交互、协同演进”。分析了数据驱动的矿山机械设备状态诊断方法研究现状、技术架构、存在问题和研究趋势,提出结合数字孪生、深度学习、迁移学习等方法,构建机理模型、经验知识与数据深层特征相融合的矿山设备状态诊断模式,研究矿山设备状态大数据分析与应用技术,研发矿山设备状态诊断与全生命周期管理等智能化应用服务系统。形成了矿山设备运行信息感知、知识建模与状态在线判识方法体系,以实现矿山机械设备故障状态自诊断、早期隐患预知维护、智能调度与协同管控,为矿山生产智能化、无人化提供技术支撑。

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煤炭学报

2020年第06期

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黄河流域煤矿区生态环境修复关键技术与战略思考

作者(Author)：彭苏萍, 毕银丽

摘要：针对黄河流域煤矿区所处的战略地位，剖析了该流域生态环境面临的主要问题，认为水资源短缺是该流域中上游生态环境治理的瓶颈，现有技术与方法还不能支撑黄河流域煤矿开采与生态环境的协调发展，理论与技术的创新将成为新的关注热点。分析了国内外煤矿开采的岩层结构及采动裂隙演化规律、地下水资源保护、煤炭开采对水和生态环境影响的研究现状，提出了黄河流域煤矿区生态环境修复应结合煤层赋存特点和煤层开采工艺技术，对上覆岩层产生的裂隙发育特征与展布格局，裂隙与地表水和矿井水的导通与耦合关系，裂隙对地表生态发育与退化作用，生态环境修复关键技术与方法等进行了系统描述。提出黄河流域中上游煤矿区生态环境修复关键是水的保护与利用，要采用四维综合监测方法，揭示采矿全周期的地下水、表层水运移及地表生态环境演变规律。要针对黄河流域不同煤矿区开发过程对水土资源受损的影响程度与范围，研究并形成黄河流域煤矿生态环境修复关键技术，构建黄河流域煤炭开发的生态安全评价体系及调控模式。要改变传统认为煤炭开采只是对生态环境破坏的旧观念，充分利用煤炭开采过程对上覆岩层产生裂隙这一类似“松土”的作用动力，减缓干旱半干旱地区极易形成的次生盐碱化现象，积极将人工修复技术和生态自修复作用相结合，实现从被动防治到主动治理，使煤矿区生态环境修复成为黄河流域生态治理的典范，并为其他行业应用提供借鉴。最后提出黄河流域煤矿区生态环境修复今后工作重点与发展模式，来实现生态环境修复可持续发展。

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煤炭学报

2020年第04期

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煤矿千米深井巷道围岩支护-改性-卸压协同控制技术

作者(Author)：康红普, 姜鹏飞, 黄炳香, 管学茂, 王志根, 吴拥政, 高富强, 杨建威, 程利兴, 李建忠

摘要：针对煤矿千米深井、软岩、强采动巷道围岩大变形难题，以淮南新集口孜东矿350 m超长工作面运输巷为工程背景，分析了巷道围岩大变形、支护构件失效原因;采用理论分析、实验室试验和井下试验方法，从围岩物性劣化、偏应力诱导围岩扩容、软岩结构性流变及超长工作面采动影响等方面，揭示了高地应力与超长工作面强采动应力叠加作用下巷道围岩大变形机理。以此为基础提出千米深井、软岩、强采动巷道支护-改性-卸压协同控制理念，采用数值模拟对比研究了无支护、锚杆支护、锚杆支护-注浆改性、锚杆支护-注浆改性-水力压裂卸压4种方案巷道围岩应力、变形及破坏规律，阐述了巷道支护-改性-卸压协同控制原理。研发出CRMG700超高强度、高冲击韧性锚杆支护材料，研究揭示了锚杆受拉、剪、扭、弯及冲击复合载荷作用的力学响应特征;开发出微纳米无机有机复合改性材料及配套高压劈裂注浆技术;研发出分段压裂水力压裂卸压技术与设备，形成了巷道支护-改性-卸压协同控制技术。基于上述研究成果，提出口孜东矿示范巷道支护-改性-卸压布置方案与参数，并进行了井下试验与矿压监测。监测结果表明，巷道围岩协同控制技术应用后，巷道变形量降低50%以上，锚杆、锚索破断率降低90%，工作面采动应力明显减小，有效控制了千米深井、软岩、强采动巷道大变形。最后，对下一步的研究工作进行了展望。

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煤炭学报

2020年第03期

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我国煤矿区水环境现状及矿井水处理利用研究进展

作者(Author)：孙亚军, 陈歌, 徐智敏, 袁慧卿, 张玉卓, 周丽洁, 王鑫, 张成行, 郑洁铭

摘要：煤炭长期占据我国能源消费结构的主体地位，因煤矿建设、开采、洗选、加工、废旧煤窑和矿井关闭等引发矿区一系列水环境问题尤为突出。国家大力支持“煤炭革命”，煤炭安全绿色开采成为新时代的主题，环保部门越发重视煤矿区的水环境问题。分析研究了我国煤矿矿区现阶段的水环境现状，针对不同矿区、不同矿井水类型，从矿井水污染模式和类型、含水岩组结构破坏、水资源流失、矿区土壤重金属富集和废弃矿井水位回升诱发的环境地质问题出发，总结我国煤矿区水环境研究现状、技术水平和未来发展趋势，并以矿井水处理为重点，分析归纳了洁净矿井水(物理法)、含悬浮物矿井水(混凝和超磁分离法)、高矿化度矿井水(蒸馏、离子交换和膜分离法)、酸性矿井水(物理、化学和生物法)、特殊组分矿井水(絮凝沉淀和离子交换法)和矿井水回灌(深层回灌)的水质特点、处理工艺和优缺点,并指明了未来的研究方向。根据煤矿区矿井水资源化利用现状，提出矿井水用于工农业生产、生活和特殊组分的矿井水资源化利用的优势和局限，针对特殊组分的矿井水提出了矿井水资源化利用的技术体系和理论框架，为进一步丰富和完善矿区水资源利用提供技术支撑。最后，针对矿井水资源化利用过程中的问题提出了“阻断、减量和保护”三原则，并对未来我国煤矿区环境现状和矿井水处理利用进行了展望。

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煤炭学报

2020年第01期

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我国煤矿充填开采应用现状与发展

作者(Author)：刘建功, 李新旺, 何团

摘要：为全面了解煤矿充填开采可行性，国家煤监局组织对我国充填开采技术应用现状进行系统调研，获取了我国不同区域、不同井型煤矿各种方法充填开采的详细资料。充填矿井生产实践表明:实施充填开采，消除了矸石山对生态环境的污染，有效遏制了地表沉陷，保护地表和地下水资源，避免了地面基础设施和建筑物损毁和村庄搬迁，减少了井下采空区涌水、降低采空区瓦斯积聚、浮煤自燃等事故发生可能性，取得良好的生态和社会效益。调研发现，我国仍有很多矿井面临生态环境破坏问题，有的可以通过充填开采予以解决，但真正选择通过充填开采解决实际问题和坚持长期充填开采的煤矿占比很小，通过深度调研了解了充填开采实施过程中存在的问题，分析了充填开采初期建设投资大、周期长、充填成本高、充填物料短缺、充填能力没有很好的发挥和缺乏政策激励等制约我国充填开采发展的主要因素。利用调研结果，探讨了区域经济、地质、生态、资源禀赋、产业特点、产业政策对充填开采的需求程度，以及不同地区、不同井型矿山对充填开采方式的优先选择原则，并对充填材料来源和充填重点区域进行了分析，研究了我国充填开采技术与装备的发展前景，提出了利用精准充填建设全过程生态矿山和井下“采选充留”技术路线。

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煤炭学报

2020年第01期

2163

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