2022封面文章（《煤炭学报》）_中国煤炭行业知识服务平台

2022封面文章（《煤炭学报》）

来源：《煤炭学报》

《煤炭学报》创刊于1964年，月刊，是由中国科学技术协会主管，中国煤炭学会主办，煤炭科学研究总院承办的面向国内外发行的煤炭科学技术方面的综合性学术刊物。目前被Ei、Scopus、CSCD、CSTPCD等国内外20多种重要数据库收录，核心总被引频次、核心影响因子、综合评价总分等期刊主要期刊引证指标稳居能源科学综合类学科第1位，多次荣获全国“百强报刊” 等国家期刊奖项，持续获得“中国科协精品科技期刊工程项目”资助，2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划”。

2022年第1期封面为“中国煤炭学会成立60周年”特刊

2022年第2—3期为“新锐科学家”专题

2022年第4期为“碳中和”专栏

2022年第5期为“煤系战略性金属矿产成矿理论与分布规律”专题

2022年第6期为“我国关闭/废弃矿井资源精准开发利用研究”专题

行业视野: 封面文章
类别; 224个
关键词; 246位
专家; 63篇
论文; 66346IP
点击量; 92390次
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智能化煤矿数据模型及复杂巨系统耦合技术体系

作者(Author)：王国法, 任怀伟, 赵国瑞, 巩师鑫, 杜毅博, 薛忠新, 庞义辉, 张潇

摘要：煤矿井下同步运行着通信、传感、控制等大小上百个子系统，形成了越来越复杂的智能化巨系统。针对整个矿井智能化巨系统缺乏统一数据模型、传感器数据不完备、跨系统数据融合等难题，提出统一的多源异构数据融合处理方法——基于“分级抽取-关联分析-虚实映射”的数据逻辑模型，构建了完整的煤矿井下跨系统全时空信息数字感知体系，形成集井下现场生产状态、采掘空间信息、煤机装备状态、风险信息等多参量、多尺度、全时空特性的数据感知方案；基于煤矿多源异构关系数据的信息“实体”和虚实映射机理，提出基于知识需求模型的信息实体主动匹配、推送策略与自动更新机制，解决数据实时连接及迭代更新难题；提出基于“ABCD”（即人工智能（Artificial Intelligence）、区块链（Blockchain）、云计算（Cloud computing）、大数据（Big Data））的智能化煤矿系统耦合技术，以煤矿安全保障系统耦合为例阐述了复杂巨系统数据交互、融合过程；建立了智能化煤矿数据标准体系；给出了煤矿复杂巨系统的统一数据模型及决策机制的理论和方法，建立了满足多目标决策下的智能化煤矿系统安全、高效、稳定运行体系。相关技术在陕煤张家峁煤矿应用，突破了多源异构系统的一体化集成技术，建成了全矿井跨域融合智能综合管控平台，构建了全时空信息感知及实时互联机制，打通多系统、多层面、多部门的业务数据壁垒，实现全矿井58个在用子系统和34个新建子系统的数据融合和运行决策优化。

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煤炭学报

2022年第01期

1703

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智能采运机组自主定位原理与技术

作者(Author)：葛世荣, 王世佳, 曹波, 王世博, 吕嘉晨

摘要：智采工作面装备运行的2个核心问题是控制工作面开采装备在煤层中自适应截割、保持采运机组在连续推进过程中的直线度。解决这2个问题必须实时获取采煤机在工作面空间的准确定位信息。通过对比分析国内外采煤机定位系统的技术原理和硬件架构，发现开发采煤机定位误差消减算法是在井下GPS拒止环境下保证采煤机长时定位精度的关键途径。根据采煤机定位原理可知，采煤机定位误差主要来源于惯性导航安装偏差和惯性导航系统随机误差。惯性导航安装偏差是确定性误差，采用基于两点法的确定性偏差补偿算法可使定位误差减小99.12%。针对采煤机运行状态的非完整性约束特点，基于采煤机运动学模型的闭合路径优化算法和动态零速校正算法分别使采煤机定位误差降低了50%和30%。采用信息滤波模型将闭合路径优化算法和动态零速校正算法进一步融合，抑制了惯性导航系统航向角的漂移，抑制了惯性导航系统航向角的漂移。利用UWB基站群自主迁移方法实现了采煤机在工作面端头定位，采用VB-UKF算法平滑采煤机定位过程中时变的测量噪声，增加了运动轨迹的平滑性，使得IMU/UWB紧融合的定位轨迹更加精确，为惯性导航系统提供校准的基准。基于采煤机定位轨迹的刮板输送机轨迹检测方法实现了刮板输送机形状在线监测，为综采工作面弯曲度自动化检测和校直提供理论基础和试验数据。

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煤炭学报

2022年第01期

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2099
图像识别智能放煤技术原理与应用

作者(Author)：王家臣, 潘卫东, 张国英, 杨胜利, 杨克虎, 李良晖

摘要：煤炭智能开采是煤炭行业高质量发展的必由之路，放顶煤工作面的智能化滞后于综采工作面。智能放煤是实现智能放顶煤开采的关键核心技术，低照度、小空间、高粉尘、煤矸叠压、声振信号干扰、夹矸误识别等问题严重制约智能放煤技术开发。在探索尝试图像、声音、振动等多种煤矸识别技术的基础上，提出了图像识别智能放煤技术。精准快速识别混矸率与适应恶劣环境是图像识别智能放煤需要攻克的主要技术难题。针对混矸率识别问题，将混矸率细化为投影面积混矸率、表面体积混矸率、内部体积混矸率。建立了轻量级的放顶煤工作面矸石识别及边界测量模型，实现了投影面积混矸率的精准快速识别。提出了快速写意重建和精准重建等2种煤矸块体三维重建方法，研究了煤矸块体三维形态特征与二维形态特征关系，揭示了后部刮板输送机上煤矸块体堆积特征。在此基础上，提出了“由表及里”的混矸率高精度预测2步走策略，以实现透明化煤流，达到混矸率高精度测量的目的。针对低照度、高粉尘等恶劣环境适应问题，提出了立体视觉照度智能监测与自适应调节方法，为图像采集实时提供最优照度环境。基于人体仿生学以及边缘AI技术开发了智能图像采集系统，提出了基于频域先验的单通道Retinex去粉尘算法以及空频域联合强化去粉尘算法，为图像识别持续提供高质量图像。形成了“三位一体”夹矸智能识别技术，对放煤过程中可能出现的夹矸进行了精准识别，减少了由于夹矸放出而引发的误识别、误操作。图像识别智能放煤技术可以提高放煤工序的智能化水平，提高资源回收率、降低含矸率，保证矿井安全生产，研究成果的科学应用将有助于高质量实现智能化放顶煤开采。

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煤炭学报

2022年第01期

1856

2807
厚松散层薄基岩非对称开采井筒偏斜机理

作者(Author)：程桦, 张亮亮, 姚直书 , 彭世龙, 郭龙辉

摘要：针对厚松散层薄基岩非对称开采井筒偏斜机理问题，以山东郭屯煤矿立井井筒偏斜为研究对象，在阐释厚松散层薄基岩煤层开采覆岩移动变形机理的基础上，采用煤层开采沉陷理论、土体固结理论和随机介质理论，根据叠加原理给出了该类地层煤层开采和底含疏水共同作用覆岩移动变形计算公式，并得到实测验证；基于对该类地层开采覆岩移动变形特征分析，揭示了厚松散层薄基岩非对称开采与底含疏水共同作用下井筒偏斜机理及其影响因素。研究表明：在煤层开采与底含疏水固结共同作用下，大幅增大了地层下沉与水平移动系数、沉降和水平移动范围；反演郭屯矿井筒偏斜参数，得到其松散层主要影响角正切值为0.6，远小于《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》规定的2.41～3.54；导致该矿工广内立井井筒偏斜的机理是，煤层开采引发的底含疏水固结沉降叠加作用，致使该矿主、副、风井均处于覆岩移动变形影响范围内，在非对称煤层开采(西北方向)条件下，上覆深厚松散层向该方向发生水平移动，从而导致井筒发生偏斜；井筒偏斜量与底含厚度M、松散层与基岩层厚度比k0以及底含水位降深Sw等因素成正相关，且影响敏感度依次为Sw，k0，M。

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煤炭学报

2022年第01期

1089

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采动覆岩卸荷膨胀累积效应的影响因素

作者(Author)：许家林, 秦伟, 陈晓军, 胡国忠, 谢建林, 王晓振, 朱卫兵

摘要：采动覆岩经历了卸荷膨胀与再压实的动态过程，将覆岩卸荷膨胀总量随卸荷高度及承受载荷不断累积而发生动态变化的现象称为采动覆岩卸荷膨胀累积效应。采动覆岩卸荷膨胀累积效应是岩层移动过程中的自然现象，对岩层移动规律具有重要影响。基于修正后的采动覆岩卸荷膨胀累积效应力学模型，以山西赵庄煤矿1311工作面内部岩层移动实测结果为基础，针对采高、采深和岩性对采动覆岩卸荷膨胀累积效应的影响开展了理论研究。结果表明：采动覆岩卸荷膨胀总量主要由垮落带和裂隙带的塑性膨胀与主关键层下部弯曲下沉带的弹性膨胀所组成，其中垮落带的塑性膨胀占比最大，弯曲下沉带的弹性膨胀占比最小。采动覆岩卸荷膨胀总量随覆岩卸荷高度的逐步增大呈现先增大到峰值后再逐步减小的过程，当覆岩主关键层破断后，弯曲下沉带的弹性膨胀量降为0，此时覆岩卸荷膨胀总量达到最小值，为覆岩残余膨胀量。采高对覆岩卸荷膨胀累积效应的影响主要体现在不同采高条件下垮落带与裂隙带高度不同。覆岩卸荷膨胀总量随采高的增大而增加，当采高由2.5 m增大至10.5 m时，卸荷膨胀总量峰值和残余碎胀量均增大3倍以上。与采高相比，采深变化一般不会改变垮落带与裂隙带高度，采深对覆岩卸荷膨胀总量峰值影响较小。采深对覆岩卸荷膨胀累积效应的影响主要体现在不同采深条件下覆岩残余膨胀量的不同，覆岩残余膨胀量随采深增大而减小，当采深由496.6 m增加至896.5 m时，覆岩残余膨胀量减少了32.5%。岩性对覆岩卸荷膨胀累积效应的影响主要体现在不同岩性碎胀煤岩被压实的难易程度不同，覆岩卸荷膨胀总量随岩性的变硬而增加。当初始切线模量和弹性模量由降低50%到增大50%时，覆岩卸荷膨胀总量峰值增加4.3%，但覆岩残余膨胀量增加110%。覆岩残余膨胀量决定了地表下沉系数大小，因此，覆岩卸荷膨胀累积效应可影响地表下沉系数变化规律。采高对地表下沉系数的影响并非单调线性的，下沉系数随采高增大是微量减小还是微量增大取决于关键层位置对裂隙带高度的影响情况。在充分采动条件下，由于塑性膨胀区残余膨胀量随采深增大而减小，下沉系数随采深增大而增大。当岩性由软变硬时，塑性膨胀区越不易被压缩，地表下沉系数相应减小。

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煤炭学报

2022年第01期

1112

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保水开采覆岩等效阻水厚度的内涵、算法与应用

作者(Author)：张东升, 范钢伟, 张世忠, 马立强, 王旭锋

摘要：煤炭资源保水开采是实现绿色化开采的核心技术之一，保水开采可行性评价则是开展科学开采设计的基础问题。从采动覆岩整体阻水性角度入手，综合考虑覆岩整体的阻水行为与地下水系统的动态响应之间的关系，提出了将上覆隔水岩层（组）虚拟为等效阻水层的学术思想，形成了基于采动覆岩等效渗透系数计算等效阻水厚度进行保水采煤可行性定量评价的新思路与方法。基于达西定律、Kozeny-Caman方程以及采动覆岩移动影响函数递推关系，采用分层、分区组合等效方法，在单岩层水平方向上通过并联来计算整层垂向等效渗透系数，进而通过垂直方向上进行多岩层等效渗透系数串联计算，建立了基于采高、工作面长度、沉陷参数和岩层初始水理参数的采动覆岩整体垂向等效渗透系数的计算方法；以采后覆岩地下水渗漏速度与目标含水层补给速度相等作为保水采煤临界条件，确定了保水采煤最大临界渗透系数与采高、等效岩层厚度之间的关系；基于采动覆岩的渗透系数与其等效阻水厚度成反比的假设，建立了采动覆岩等效阻水厚度的计算方法，进而根据维持含水层水位稳定所允许的最大临界渗透系数，提出了基于采动覆岩等效阻水厚度的保水采煤可行性评价方法，并通过伊犁四矿保水采煤含水层水位变化实测进行了实例验证。研究成果为保水开采预测评价、方法选择和参数优化提供了新的方法。

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煤炭学报

2022年第01期

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特厚煤层综放煤-矸-岩放落流动的时序规律及识别方法

作者(Author)：刘长友, 张宁波, 郭凤岐, 安森, 陈宝宝

摘要：综放工作面放煤工艺中的煤矸智能识别是智能化综放开采的瓶颈，经过十几年的不断探索研究，基于煤层的沉积环境和岩性赋存特征，提出了煤岩层低水平自然γ射线辐射高精度实时探测方法和煤矸自动识别原理，为综放工作面放煤工序的煤矸智能识别控制奠定了基础。根据特厚煤层含多层夹矸的复杂结构特征，以提高煤矸识别的精准性为目的，分析了特厚煤层夹矸的赋存特点及自然辐射特性；开展了煤-矸(夹矸)-岩(直接顶岩石)放落流动的时序规律研究，得出顶煤中夹矸的层位、间距、层数等因素会影响放落流动时序，且呈现不同的时序状态，据此进行了放落流动时序分区；相应地不同时序区的混矸率会呈现不同的特征：当夹矸无时序放出时，混矸率在一固定的范围内波动，当煤-夹矸渐次放出时，混矸率呈现上升—稳定—连续台阶式上升的特征，直接顶矸石的混入，使得混矸率呈线性增加；基于煤-矸-岩放落流动的时序特征，得出了不同时序条件下自然射线的辐射变化特征，确定了自然射线辐射强度台阶式变化与夹矸赋存参数的影响关系，区分了放煤流中含有夹矸和直接顶矸石混入的辐射特征，确定了不同煤-矸-岩放落时序区的辐射强度范围，提出了以自然射线辐射强度作为煤-矸-岩自动识别的主要参数和2种不同关窗方式的识别方法；在同煤集团塔山煤矿进行了现场测试，测试结果与研究结果得到了很好的印证，达到了预期效果，为智能放煤的现场应用奠定了基础。

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煤炭学报

2022年第01期

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我国煤矿冲击地压防治现状与难题

作者(Author)：窦林名, 田鑫元, 曹安业, 巩思园, 贺虎, 何江, 蔡武, 李许伟

摘要：随着煤矿开采强度和深度的增加，冲击地压矿井数量和冲击危险程度显著增加，政府关注度不断上升，我国冲击地压防治研究取得了一系列重要进展，冲击地压矿井防治能力取得长足的进步，多数冲击地压矿井达到事故可控。基于冲击地压重要研究成果，全面地阐述了冲击地压领域在法规建设、发生机理、监测预警等方面研究进展与发展趋势，同时指明了未来冲击地压防治面临的难题。法规与标准方面，形成了《煤矿安全规程》和《防治煤矿冲击地压细则》为核心的法规体系，法规建设的具体化、标准化不断完善；冲击地压发生机理方面，形成了“三因素”理论、动静载叠加诱冲理论等多种机理共存的局面，从多角度叙述了冲击地压致灾过程，呈现多元化发展；冲击地压预测预报方面，形成了综合多因素、多系统、多前兆信息的复合预测预警体系，预警效率不断上升；冲击地压巷道支护方面，形成了三级支护理论体系，增强了巷道稳定性和抗动载扰动的能力；冲击地压限员管理方面，实现了智能化限员；冲击地压防治层面，形成了区域防范、局部解危相结合的冲击地压防治技术体系，灾害防控能力不断提升。当前我国建立了较为完善的冲击地压防治理论与技术体系，防治效果显著，但由于冲击地压的震动性、瞬时性、复杂性以及难预知性，还存在冲击地压与矿震关系不清、冲击危险预测方法难以定量、空间监测精度不足等问题亟待解决。

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煤炭学报

2022年第01期

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