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“中国煤炭学会成立60周年”特刊

来源：《煤炭学报》2022年第1期

“中国煤炭学会成立60周年”特刊

行业视野: 高端智库
类别; 223个
关键词; 253位
专家; 45篇
论文; 58765IP
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黄河流域矿区生态环境与黄河泥沙协同治理原理与技术方法

作者(Author)：胡振琪, 赵艳玲

摘要：黄河流域生态保护与高质量发展已经成为国家战略。黄河泥沙淤积和矿区生态环境恶化是黄河流域面临的两大生态环境难题。在分析这两大问题的特征及协同治理原理的基础上，提出了2者协同治理原理与技术方法。结果表明：① 黄河泥沙与矿区生态环境协同治理存在供需、空间位置、材质、政策、经济等5个方面的协同关系。② 黄河泥沙与矿区生态环境协同治理的关键是解决取沙、输沙、用沙三大环节的技术问题和3者之间的耦合。③ 取沙和输沙可通过多因素优选和设备改进与研制解决。④ 黄河泥沙可以分别用作充填材料、表土替代材料和土壤改良材料。⑤ 黄河泥沙用作充填材料时可采用划分充填条带并在条带末端加设土工布全断面排水沟的强化排水方法实现快速固结排水，采用“夹层式”土壤剖面结构和间隔条带交替式多层多次充填施工工艺实现土壤重构，恢复耕地可实现当年达产。⑥ 分别给出了黄河泥沙作为表土替代材料和土壤改良材料的技术方法，解决材质筛选和组配问题。经在山东省邱集煤矿和内蒙古自治区乌海市矿山生态修复案例分析，证明了黄河泥沙作为充填材料和表土替代材料的可行性。最后对协同治理的应用前景给予了展望。

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煤炭学报

2022年第01期

990

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碳中和目标背景下矿山生态修复的路径选择

作者(Author)：卞正富, 于昊辰, 韩晓彤

摘要：针对“双碳目标”背景，对矿山生态修复的内涵做出了新的阐释。新形势下，矿山生态修复的目标至少包括实现修复后生态系统的自我维持能力、正向演替达到新的生态平衡和区域社会经济可持续发展。实现目标的基本手段是以自我恢复为主，与适度人工干预相结合。从碳中和目标的实现路径出发，较为系统地分析了碳中和引发的社会经济与生态格局变化和结果，认为双碳目标必将加速后矿业时代到来，而生态修复是后矿业时代最为重要的任务之一。后矿业时代具有长久性、艰巨性和复杂性等特征。土地整治、环境治理、产业转型、社会转型、景观重建等是生态修复通常采用的人工引导措施，这些举措对碳中和目标的实现发挥着不同的作用。实现碳中和目标需要从能源替代、产业替代与升级、生态服务功能提升等方面延伸矿山生态修复措施，进一步分析了矿山生态修复在实现碳中和目标过程中发挥的能源替代、节能减排和固碳增汇3方面的作用和贡献，按贡献大小排序：能源替代>节能减排>固碳增汇。提出了碳中和目标背景下矿山生态修复的新路径，包括：① 更新标准规范，适应碳中和目标的需求，构建“1+N”标准与规范体系，提高规范与标准的针对性和适用性；② 改革管理机制，探索矿业临时用地政策，明晰地下空间产权，推进生态修复市场化机制，实现多措并举协同推进生态修复；③ 创新技术体系，开展分类施策、分区管控、分级治理、分步推进，推动生态修复全过程深度减排与长效生态增汇。

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煤炭学报

2022年第01期

2001

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西部煤矿区深色有隔内生真菌修复机理与生态应用模式

作者(Author)：毕银丽, 彭苏萍, 王淑惠

摘要：煤炭开采过程损伤生态，扰动土壤与植被生长环境，加之西部矿区气候干旱，环境胁迫影响矿区生态自修复进程。微生物修复技术在矿区生态环境的应用是从修复生态系统的功能与结构角度出发的一种可持续方法。深色有隔内生真菌（Dark Septate Endophytes，DSE）不同于丛枝菌根真菌（Arbuscular Mycorrhiza Fungi，AMF），是一类更广泛定殖于植物根系的内生真菌，在微生物-土壤-宿主植物生态系统中发挥着重要生态学功能。与丛枝菌根真菌相比，DSE可以纯培养，利用DSE等有益微生物对矿区进行生态恢复更具有推广意义。针对DSE分类特征、不同宿主植物和不同生境中DSE的定殖规律进行总结。揭示DSE在促进宿主植物矿质营养吸收，增强非生物胁迫和生物胁迫抗性机理，特别是在非生物胁迫中，DSE可以帮助宿主植物抵御水分胁迫、盐胁迫、重金属胁迫和寒冷胁迫。提出DSE代谢物在宿主植物生态作用。基于此，为使DSE保持生物活性、延长存活时间、更大程度发挥其生态价值，提出菌液浸种搭载无人机飞播、DSE固体菌剂研发、DSE叶面肥涂抹技术等新的生态修复模式，促进植物快速吸收养分、提高抗逆性，最大程度地发挥DSE的生态功能，激发土壤潜在肥力，改善土壤结构，加速矿区植被恢复，为西部煤矿区生态修复奠定技术基础。

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煤炭学报

2022年第01期

1053

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碳中和目标下煤矿甲烷减排趋势模型及关键技术

作者(Author)：刘文革, 徐鑫, 韩甲业, 王勃, 李志, 严媛

摘要：“双碳”目标的提出，要求我国在强化CO2排放控制的同时加强对甲烷等非CO2温室气体的控排。在研究我国煤矿甲烷排放来源及构成的基础上，采用基于矿井实测法T3方法分析测算我国煤矿甲烷的历史排放趋势，辨识煤矿甲烷排放的影响因素，建立煤矿甲烷排放主因素分析模型(MFAME)，并按照基准、发展、新政策3种情景预测到2060年的煤矿甲烷排放量，提出甲烷减排的总体路径和减排关键技术。研究表明：煤矿地下开采过程中的甲烷排放是我国煤矿甲烷最主要的排放来源，露天开采过程中的甲烷排放和废弃煤矿的甲烷排放量呈现上升趋势。我国煤矿甲烷排放总量仍然较大，基于T3方法测算的煤矿瓦斯统计排放量峰值为591.6万t。碳中和目标下煤炭消费需求侧的加速减少会导致煤炭产量快速下降、煤矿数量减少以及煤炭供应生产结构的进一步调整，高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井等灾害严重矿井比例逐渐减少。预计不同情景下，到2060年，我国煤矿甲烷的排放量为365万～542万t。未来需加强煤矿地下开采、矿后活动及废弃煤矿瓦斯排放等重点排放环节的管控，按照“技术-经济-政策”协同发展路径，深入推动低浓度瓦斯高效提浓技术、超低浓度通风瓦斯催化氧化销毁和余热利用技术等瓦斯利用关键技术的研发，建立废弃煤矿瓦斯逸散监测及治理利用技术体系，提高煤矿瓦斯综合利用量和利用率。

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煤炭学报

2022年第01期

1386

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生物质与油浆共热解产物分布及相互作用

作者(Author)：黄伟, 郝泽光, 张乾, 高增林, 张宏文, 彭泽宇, 杨凯, 梁丽彤

摘要：生物质作为一种全生命周期碳近零排放的可再生资源，从生物质中提取轻质燃料和化学品是实现碳达峰和碳中和的终极方向。将化石能源与生物质共转化是符合我国的基本国情、寻求化石能源和新能源优化组合的可行之路。以玉米秆(CS)与催化裂化油浆(FCC)为原料，研究了2者共热解过程中的相互作用及生物质内在矿物质对产物分布和产物特性的影响。结果表明，不同比例的CS与FCC油浆共热解过程中的相互作用以聚合反应为主，导致所得半焦产率均有所增加，进一步分析发现反应过程中的相互作用增强了热解焦油中含氧化合物的脱除，促进了烃类物质的生成，提高了焦油产物的品质。其中，酚类物质含量明显降低，芳香烃中3～4个环的稠环芳烃增加较多，脂肪烃中碳原子数量大于13的烃类含量有所增加。当添加30%FCC时，共热解油中酚类物质较计算值减少约7%，芳香烃和脂肪烃含量分别高出约2%和9%。与脱矿CS相比，未脱矿的CS与FCC油浆共热解促进了焦油的生成，抑制了半焦和气体的产生。矿物质的存在对2者的相互作用具有增强效果，不仅促进了油浆的裂解，增强了生物质的脱氧反应，产生更多的烃类，而且减缓了自由基的聚合反应，改善了共热解体系中稠环化合物的缩聚程度。焦油中蓖系物含量减少，脂肪烃含量增加。热重实验评价表明，共热解所得的半焦气化反应活性明显提高，有利于后续的利用。

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2022年第01期

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毫米级颗粒在湍流场中的传热及着火特性

作者(Author)：吴玉新, 郭慧娜, 冯乐乐, 胡振坤, 张守玉

摘要：燃料在强湍流中的燃烧广泛存在于实际工业装置中，研究湍流脉动对燃料传热及着火的作用对准确理解燃烧过程具有重要意义。目前，对于气体燃料和液滴在湍流脉动条件下的蒸发着火等过程已经有了非常详细的研究，而对于固体颗粒受热和着火的研究，大多数试验方法，如落管炉、单颗粒炉和平焰燃烧器等，是在层流条件下进行的。湍流条件下的研究方法主要包括高速射流、一维炉和旋流燃烧器，但普遍存在着光学可视性较差以及湍流强度难以调控等问题。为此，通过搭建能够在高温下运行的四风扇对冲实验装置，建立起湍流强度可调的近均匀各向同性湍流场，研究了湍流脉动对毫米级单颗粒升温及着火的作用。通过在不同风扇转速及环境温度下测量流场的瞬态速度分布以及颗粒温升曲线，获得了不同环境温度及湍流强度下颗粒的传热特性。基于粒径为4.4 mm的铜球传热试验结果提出了考虑湍流脉动作用的颗粒传热模型，并利用粒径为2.0 mm的铜球升温试验数据进行模型验证。研究结果表明，所建立试验台测量区域流场的脉动速度具有各向同性特征，且远大于时均速度，脉动速度大小随着风扇转速线性增加。脉动速度的增大使得煤颗粒着火提前、铜球颗粒升温速率加快，说明湍流对颗粒传热的强化作用不可忽略。通用的Ranz-Marshall公式会明显低估强湍条件下颗粒的升温历程，进而造成计算的颗粒着火延迟时间偏大。通过在Ranz-Marshall公式中引入附加的湍流作用项，并根据强湍流场中的试验结果拟合其中的系数，可以准确地表征湍流对大颗粒传热的强化作用。

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2022年第01期

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可可盖煤矿全矿井机械破岩智能化建井关键技术与装备

作者(Author)：范京道, 封华, 宋朝阳, 任怀伟, 马英, 汪青仓, 谭杰, 刘全辉, 李川

摘要：我国西部煤矿资源开发是保障煤炭资源供给的战略性任务，少人、安全、绿色、机械化、智能化矿井建设是现阶段煤炭智能化发展的必然趋势和重要方向。首先梳理了我国煤矿斜井和竖井全断面机械破岩掘进技术和装备现状，分析了适用煤矿井筒掘进的不同类型装备机械破岩掘进工作面临的共性难题；针对可可盖煤矿典型的西部富水弱胶结地层条件，确定了可可盖煤矿斜井和竖井联合开拓方案，并从地层条件、装备性能、围岩控制和经济合理性等方面，研判了采用斜井TBM掘进和竖井钻机钻井的可行性，提出了智能化建井建智能矿井的理念，构建了可可盖煤矿全矿井机械破岩智能化建井模式；针对可可盖煤矿地层岩石强度低、扰动敏感的特性，突破了斜井敞开式TBM掘进高效破岩与围岩控制、连续排渣、装备推进与支撑协同控制等技术，实现了TBM姿态大幅度调整，一次掘进断面面积40 m2，形成了“探-破-支-运”一体化连续掘进技术体系，单月最高掘进进尺523.8 m；首次在西部富水弱胶结地层中采用竖井钻机钻井，提出了全岩地层竖井“一钻完井”工艺，形成了适用我国西部煤系地层钻井法凿井的大型竖井钻机及其配套装备体系，包括大直径全断面钻头结构、稳定钻杆、大型门式起重机以及竖井钻机高效集中控制系统，攻克了竖井钻机配套大型门式起重机安装、起下钻智能控制、竖井钻机高效钻进等关键技术与智能监控难题，实现了西部富水弱胶结岩石地层8.5 m大直径井筒高效钻进，单日最高钻进进尺10.8 m。

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2022年第01期

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基于精确大地坐标的煤矿透明化智能综采工作面自适应割煤关键技术研究及系统应用

作者(Author)：毛善君, 鲁守明, 李存禄, 陈华州, 张鹏鹏, 范吉宏, 李鑫超, 陈金川

摘要：目前煤矿智能综采工作面存在生产环境状态不透明、成套装备难以应对煤层起伏变化、信息化与智能化集成度不高等问题，其系统的适应性和实用性受到影响。具体而言，主要是缺乏基于地理信息系统的可视化数字孪生管控平台，无法实现基于统一大地坐标驱动的透明化工作面的自适应割煤。为突破相关技术难题，提出并研究了测量机器人大地坐标传导、透明化工作面系统建立和动态修正、5G通信、采煤机与地质模型的自适应耦合以及基于时态地理信息系统（TGIS）的“一张图”一体化管控平台等多项关键技术，完成了多维可视化软件系统的开发与硬件系统的高度集成，实现了：① 采煤机、刮板输送机等固定或移动目标点达毫米或厘米级的精确定位；② 三维地测模型、设备模型、开采环境与工业控制之间的基于逻辑关系的一体化集成和数字孪生系统的构建；③ 综采工作面采煤机、视频、惯导、测量机器人和地质雷达等信息的可靠、实时传输；④为地面调度指挥控制中心的远程决策和智能自适应控制提供了可视化管控环境。系统已经成功应用于临沂矿业集团菏泽煤电郭屯煤矿3301,2305两个工作面，初步实现了较为复杂地质条件下的智能化自适应开采和地面远程管控。

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2022年第01期

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