《煤炭学报》2019年度影响力优秀学术论文_中国煤炭行业知识服务平台

《煤炭学报》2019年度影响力优秀学术论文

为繁荣煤炭科技事业，活跃学术气氛，发现优秀人才，鼓励广大煤炭科技工作者把代表性学术成果发表在祖国大地上，本刊编辑部根据《<煤炭学报>年度影响力优秀学术论文评选办法》，组织实施了《煤炭学报》2019年度影响力优秀学术论文评选活动。共有30篇论文入选。

行业视野: 煤炭学报
类别; 140个
关键词; 117位
专家; 29篇
论文; 51611IP
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煤岩组合体的能量演化规律与破坏机制研究

作者(Author)：杨磊, 高富强, 王晓卿, 李建忠

摘要：为研究煤岩组合结构受压过程中的能量演化规律与破坏机制，对煤、岩石及3组煤岩组合体进行了单轴一次加载与循环加卸载试验，分析了煤岩组合体输入能密度、弹性能密度、耗散能密度以及弹性模量与单轴抗压强度等力学参数的演化规律，得到了不同试样的储能特性，基于煤岩组合体的力学响应、能量演化与变形破坏特征，建立并探讨了煤岩组合体破坏的能量驱动机制。结果表明:煤岩组合体峰前阶段的输入能密度、弹性能密度及耗散能密度随轴向应力的增加呈明显的非线性增长特征，峰前阶段的能量密度-应力曲线可分为压密段、弹性变形段和非稳定破裂发展阶段，整个过程储存在试样内部的弹性能较高，耗散能较少，试样达到屈服后，耗散能所占比例开始增加。煤岩组合体的单轴抗压强度与弹性模量介于纯煤和岩石试件中间，更接近于纯煤试件，随着岩石强度的增大，组合体力学性能稍有增强，但幅度有限，煤体是控制组合体强度等力学特性的主要因素。煤岩组合体破坏的能量驱动机制可概括为:煤岩组合体受压过程中，煤、岩开始不断储存弹性应变能，煤体储能速度快，内部弹性能达到其储能极限时，煤体率先发生破坏，破碎程度高，主要呈X状共轭斜面剪切破坏，破坏瞬间释放的能量传递至岩石，达到岩石的储能极限时，煤体中裂纹扩展贯通至岩石内部，在弹性能的驱动下岩石发生张拉破坏。

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煤炭学报

2019年第12期

1250

470
厚松散层软弱覆岩下综放开采导水裂隙带发育高度

作者(Author)：杨达明, 郭文兵, 赵高博, 谭毅, 杨伟强

摘要：导水裂隙带高度是实施保水采煤技术措施的一个重要参数，为获取厚松散层软弱覆岩下综放开采工作面导水裂隙带高度，以某矿11915工作面为例，综合运用井下钻孔注水漏失量观测、钻孔电视和数值模拟3种技术手段，对采空区上覆岩层导水裂隙带高度进行了探测。通过对井下施工的3个钻孔进行注水漏失量观测确定了开采前后的钻孔漏失量变化规律，结合钻孔电视观测的孔壁裂隙特征最终确定了导水裂隙带高度，并采用数值模拟分析了导水裂隙带发育规律。结果表明:厚煤层(6.65 m)，软弱覆岩、厚松散层(102 m)条件下综放开采的导水裂隙带高度为45.7~46.7 m，垮落带高度为16.1 m;裂采比为6.87~7.02，垮采比为2.42;数值模拟得到的导水裂隙带发育高度与现场实测结果一致，导水裂隙带发育经历发育、缓增、突增及稳定4个阶段，覆岩裂隙带以离层的形式向上发育，以铰接形式存在。钻孔电视能直接清晰的获取覆岩裂隙发育特征，是钻孔法探测导水裂隙带高度的最佳方法;井下钻孔漏失量法用于导水裂隙带高度观测是可靠的，但需要观测设备需要满足一定的封孔压力，封孔胶囊具有足够长度，并且需要改善胶囊与孔壁之间的接触状态。总体来讲，钻孔法观测导水裂隙带高度是目前最可靠的方法，但施工量大，成本较高;目前物探法应提高对覆岩完整性变化的探测敏感度，并多配合钻孔法的使用进行结果对照分析，获得物探结果最佳解释方法后再进行推广应用，降低导水裂隙带高度的探测成本。

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煤炭学报

2019年第11期

1264

645
煤中氯的赋存与释放特性研究进展

作者(Author)：宁坚, 靳虎, 王泽安, 刘豪

摘要：氯是煤中重要的有害微量元素之一,在煤的热解,燃烧和气化过程中,煤中的氯经过复杂的化学变化转移到烟气中,形成多种含氯物质如 HCl、Cl2 、无机盐等,这不仅造成环境的严重污染,危害人类的健康,同时氯元素的挥发会引起锅炉及尾部受热面的沾污结渣腐蚀问题,形成安全隐患。了解煤中氯的测定方法,赋存形态,释放规律及控制技术是高氯煤清洁利用的前提,本文对国内外这方面的研究工作进行了综述。介绍了煤中氯的来源及危害,并整理和比较了国内外煤中氯的测定方法的原理及其优缺点,统计了世界主要产煤国煤中氯含量分布范围、均值及典型煤样中氯含量的值;整理归纳了煤中氯的 2 种主要赋存形式:有机形态(包括无机离子、水合离子、无机盐和含氯复杂矿物)和无机形态(包括有机离子交换态、有机共价结合态、有机氯化物和有机离子配合物), 并分类总结了 3 种煤中氯赋存形态的研究方法:相关性分析法,化学法萃取法,仪器直接分析法;阐述了煤燃烧、热解、气化过程中氯的释放特性及煤中氯形态、煤质、温度、升温速率、保温时间、压力、气氛等因素对氯释放规律的影响,对比了不同气氛下煤中氯的释放规律,并分析了在加热过程中煤焦和气态中氯形态及其分布的变化;分类总结了目前氯的主要控制技术,并比较了不同控制技术的特点及其适用工况;同时结合当前研究中存在的问题,提出了煤中氯的赋存、释放以及控制研究的若干工作建议,从而为高氯煤的高效清洁利用提供一定的理论基础。

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煤炭学报

2019年第09期

1146

290
深部矿井水害特征、评价方法与治水勘探方向

作者(Author)：李文平, 乔伟, 李小琴, 孙如华

摘要：煤矿区深部含水层具有大埋深高水压等特点，是深部煤层开采水害防范的主要对象。在分析深部矿井水害特征基础上，探讨了深部矿井地应力对裂隙水价值的力学作用机制，阐述了深部矿井裂隙水介质呈现“高承压、弱富水”的力学原因;基于古岩溶成因演化理论，结合水文地质勘探和野外调查，分析探讨了华北型煤田奥陶纪石灰岩顶部“古风化壳”的岩溶充填结构特征，并将奥陶纪石灰岩顶部“古风化壳”划分为“隔水充填带、弱隔(透)水充填带、富(透)水带”3种岩溶充填结构类型，给出了各类型确定的关键指标和阈值，明确了奥陶纪灰岩顶部存在隔水层的理论依据。将深部矿井煤层开采底板突水划分为“完整底板突水模式”和“集中破碎带底板突水模式”，分析了深部煤层开采底板含水层高水压作用下沿用传统的突水系数法(Ts法)评价底板突水危险性的局限性，引入隔水层厚度(M)和含水层钻孔单位涌水量(q)2个指标，结合突水实例分析，提出了“修正的突水系数法”(Ts-M-q法，适用于完整底板突水模式);在实验和实例分析基础上，提出“渗-流转换”突水评价法(适用于集中破碎带底板突水模式)。最后，基于深部矿井水害特征及突水模式，结合深部含水介质赋存、构造发育特征和地应力场方向，阐述了深部矿井水害精准查治一体化勘探关键技术。

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煤炭学报

2019年第08期

1239

583
煤矿瓦斯智能抽采理论与调控策略

作者(Author)：周福宝, 刘春, 夏同强, 刘应科, 孙玉宁

摘要：基于瓦斯抽采的安全原则与效率原则，提出了瓦斯智能抽采的原理;建立了瓦斯抽采管网中瓦斯-空气混合气体流动控制方程，以最大瓦斯抽采纯流量为目标函数，建立了瓦斯抽采管网参数的优化模型，分别从瓦斯体积分数、流量以及效能比等参数约束条件定量判定瓦斯抽采安全与效率;以上述模型为基础，针对钻孔抽采区域温度高于临界温度、钻孔抽采纯量低于抽采纯量下限，以及钻孔抽采浓度低于瓦斯安全浓度下限等工况条件展开理论分析和数值计算，提出了相应的瓦斯抽采系统优化策略，通过协同调整不同抽采钻孔的阀门开度和抽采泵转速，有效提高了抽采瓦斯体积分数、效能比和抽采纯流量，并提出了相应的瓦斯抽采系统优化策略。最后，设计了由数据感知模块、通信传输模块、数据处理与决策模块、控制模块等部分组成的瓦斯智能抽采系统，开发了基于物联网的智能调节阀门，阀门的感知模块包括温度传感器、瓦斯浓度传感器和气压传感器等，通讯模块将数据上传至云存储端，通过电脑网页和手机客户端实现监测与控制;发明了采用高分子减阻剂提高水环真空泵效率的技术方法，以高分子减阻溶液作为水环真空泵的工作介质，有效降低了液环的湍流损失和流体与泵体过流部件的摩擦损失，并开发了地面全封闭式和井下直注式2种瓦斯抽采泵节能系统，该项技术在山西潞安集团余吾煤业成功应用，节电率和节水率分别达到22.5%和66.7%，为瓦斯智能高效抽采提供了借鉴。

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煤炭学报

2019年第08期

1389

778
煤炭精准开采地质保障与透明地质云计算技术

作者(Author)：卢新明, 阚淑婷

摘要：煤炭精准开采的目标是以最少的人力实现煤炭资源的低损失、高产出、无事故、少破坏的全程智能化开采，除了开采工艺、采矿装备、传感感知、物联网、自动化和信息技术外，实现煤炭精准开采的技术关键就是基于四维空间的地质保障和透明地质的云计算技术。全面地论述了煤炭精准开采地质保障的技术内涵和目的，其核心是利用先进的装备和软件实现煤炭开采前、开采中和开采后全矿井地质体和隐蔽属性的精准化、可视化和透明化，并能够对地质灾害和危险源超前预知和防治，从地质层面确保精准开采工作的顺利进行。关于地质保障技术，阐述了地质体几何计算、地质灾害预测预报2个科学问题，凝练了构造地质、煤层地质、地质力学、地质扰动、瓦斯地质、水文地质、透明地质7项云计算技术，同时描述了这些科学问题和关键技术的研究进展。为了发挥地质保障技术在煤炭精准开采中的核心作用，首先，对构造地质精准建模、煤层煤质智能预测、开采扰动破坏分析、瓦斯参数反演和瓦斯灾害预报、水文地质分析和水害预警以及综合地质属性透明化处理等比较困难的科学问题和关键技术给出了解题思路。其次，论述了地质保障软件系统及其应用的云计算架构、主要功能以及在煤炭精准开采中的应用方式，并通过部分应用案例说明了这些技术方案的可行性。最后，指出只要在三轴绝对地应力传感器、宽频段微震传感器、宽量程风速传感器、富水区超前探测、煤层自然发火状态监测和在线水质化验等技术上取得进一步突破，就能为煤炭精准开采提供比较完整的地质保障。

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煤炭学报

2019年第08期

1450

1096
煤炭智能精准开采工作面地质模型梯级构建及其关键技术

作者(Author)：程建远, 朱梦博, 王云宏, 岳辉, 崔伟雄

摘要：随着国家大力推进工业化与信息化融合，煤炭智能精准开采已经成为行业大趋势，众多煤炭企业和科研院所开展了一系列试验研究和工业示范工程。然而，地质条件的适应性不足已经成为制约煤炭智能精准开采的技术瓶颈，迫切需要构建高精度、透明化的工作面三维地质模型。以黄陵煤矿某智能化工作面为例，分析了智能精准开采对地质透明化的时空需求，一方面要确保工作面前方未采区域一定范围内地质条件的“透明化”，另一方面要在采煤机完成一次截割的时间内完成透明化工作面三维地质模型的动态更新。统筹分析工作面地质探测技术现状和智能开采的集控水平，提出了构建透明工作面三维地质模型的总体思路:按照不同的地质、采掘阶段，将回采工作面地质模型分为4个层级，即黑箱模型、灰箱模型、白箱模型和透明模型。在工作面设计阶段，基于地面钻探与采区三维地震资料，可以构建工作面的“黑箱模型”，其精度处于“十米级”;在工作面掘进阶段，开展三维地震资料地质动态解释，可以构建工作面的“灰箱模型”，其精度处于“十米级~米级”;在工作面采前阶段，综合利用槽波、坑透等工作面地质勘探技术，可以构建工作面的“白箱模型”，其精度能够达到“米级~亚米级”;在工作面回采阶段，动态融入回采揭露的地质信息，并进行随采地震动态监测，可以构建起工作面前方50 m的工作面“透明模型”，其精度达到“亚米级”。为此，亟需研发一批关键技术与装备，主要包括三维地震资料地质动态解释技术、煤矿井下孔中物探技术与装备、回采工作面随采地震监测技术、工作面监测数据地质信息提取和多源异构地质信息动态融合技术等，逐级构建智能开采工作面的地质模型，渐次实现工作面的三维地质透明化，为煤炭智能精准开采提供地质保障。

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煤炭学报

2019年第08期

1980

1276
煤炭精准开采地质保障技术的发展现状及展望

作者(Author)：袁亮, 张平松

摘要：我国绿色煤炭资源量有限，实施煤炭精准智能开采是未来绿色采矿的必由之路，其中地质保障技术体系是重要的基础。从煤炭开采基础地质及其勘探、综合地球物理探测、地质钻探和矿井地质信息技术平台等方面，系统地分析了我国矿井地质保障技术体系的现状，提出了煤炭精准智能开采模式下矿井地质保障技术的发展趋势和方向。通过大数据、云计算、互联网等技术平台，采用地质调查、钻探、物探、化探、GIS等多种地学参数信息，构筑基于天空、地面、井孔、地下、采煤工作面、长钻孔等全空间、全方位地质动态模型的保障技术体系，为煤炭精准智能开采提供所需的透明地质条件;研发三维和四维地球物理精细探测新方法、新技术，研制震、电、磁、核、声、光等物理参数主、被动源综合探测与成像智能化仪器设备，实现对开采地质条件的精准判识;发展由探测到监测，以及与掘进机械、采煤机械等一体化的监控预报识别体系，对影响开采的多灾源地质因素进行智能预测及监控，不断建设和完善煤炭资源综合开发保障技术体系;结合移动智能终端APP，逐步完成煤炭资源开发过程中井下图、景、物、人、设备等人机共享共管，实现高度信息化和智慧化，切实保障矿井安全高效生产;通过进一步加强高素质复合型地质专业技术人才培养，开展大尺度模拟实验和技术攻关，做到创新发展和技术引领，着力推进煤炭资源开发利用的新发展。

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煤炭学报

2019年第08期

2303

1370