青年科学家特刊（2022）（Special Issue of Young “Tigers” ）

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青年科学家特刊（2022）（Special Issue of Young “Tigers” ）

来源：煤炭科学技术

行业视野: 煤炭科学技术
类别; 175个
关键词; 190位
专家; 37篇
论文; 13897IP
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《煤炭科学技术》2022年第2期封面

作者(Author)：《煤炭科学技术》

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煤炭科学技术

2022年第02期

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《煤炭科学技术》2022年第2期目次

作者(Author)：《煤炭科学技术》

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煤矿智能化开采煤岩识别技术综述

作者(Author)：张强, 张润鑫, 刘峻铭, 王聪, 张赫哲, 田莹

摘要：加快煤炭产业链的智能化发展是当前环境下保证煤炭稳定供给的重心,而煤岩识别是实现煤矿智能化建设,提高煤层探测、智能开采、快速分选精度和效率的关键技术,因此,开展了煤岩高效识别技术方法的综述研究。首先根据使用工况不同,将煤岩识别统筹为接触式识别与非接触式识别,根据技术类别将现有识别技术归类为过程信号监测、红外热成像、图像特征、反射光谱、超声波探测、电磁波探测,从识别机理和技术原理方面进行了详细的介绍,并列举了典型特征下的煤岩差异。其次综合阐述了各种识别技术的研究现状,总结出工程实际中的煤岩识别技术应用现状;从理论技术研究、工况环境影响、煤岩特征3方面建立了不同识别技术的局限度评价表,超声波、电磁波探测技术局限度最低,红外成像识别技术局限度最高,其中工况环境对红外成像识别局限最明显,煤岩特征对反射光谱识别和过程信号监测识别局限最明显。基于上述局限度,对未来煤岩识别的研究重点提出4点建议:煤岩特征信息的深层挖掘，复杂多变环境的影响机理研究，物理属性相近的煤岩识别新方法，综合地质条件的煤岩识别方法适用性研究,为我国煤岩识别技术发展、煤矿智能化建设提供理论指导。

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煤矿深部开采冲击地压灾害结构调控技术架构

作者(Author)：张俊文, 宋治祥, 刘金亮, 董续凯, 张杨, 齐庆新, 赵善坤, 秦凯, 陈见行, 颜廷杰, 王龙, 赵宁

摘要：煤矿冲击地压灾害频发依然严重制约煤炭深部安全高效开采，冲击地压灾害研究需将发生机理、监测预警及综合防治相互关联，建立深部开采冲击地压综合防治体系。以冲击地压防治为目的，提出了冲击地压灾害防治的结构调控理念、科学内涵以及冲击地压结构调控技术路线，分析认为煤岩体结构是导致围岩应力场演化的根源，系统结构变化是引起应力变化及转移的根本原因，应力仅是系统结构变化的外在显现形式，冲击地压灾害防治应从调控煤岩体结构出发。通过对冲击地压灾害机理及防治有关问题的梳理，提出了深部冲击地压灾害结构调控核心科学问题，包括扰动作用下冲击性煤岩体应力场时空演变、深部冲击地压多元前兆信息耦合辨识及预警、深部高应力煤岩体的结构调控及减冲机制。在此基础上，提出了应力-电磁辐射-地音-微震监测构成的多元监测预警体系，以实现对采区范围内巷道、采场及覆岩结构破裂的多尺度监测。根据由区域子系统和局部子系统组成的深部开采冲击地压灾害结构调控技术路线，提出由保护层+负煤柱开采、水力压裂、深孔爆破及大直径钻孔组成的结构调控体系来实现降低冲击地压灾害发生的危险性。结构调控体系已在山东某矿埋深1 300 m的4号煤层成功应用，验证了该体系防治冲击地压灾害的可行性及科学性。

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论露天煤矿智能化建设总体设计

作者(Author)：王忠鑫, 辛凤阳, 宋波, 曾祥玉, 刘英璐, 王金金, 田凤亮, 赵明, 李杰, 李申岩

摘要：为寻求智能化露天煤矿统一的设计思想和建设内容，确保露天煤矿智能化建设的实效，针对目前露天煤矿山普遍存在的重“软”系统建设，轻“硬”工艺装备变革，重业务系统建设、轻数据价值挖掘，偏离需求片面追求无人化，忽视智能化建设的经济属性等问题，厘定了围绕“人”“设备”“系统”3条主线的建设内容，明确了将露天煤矿智能化程度分为初级、中级、高级3个阶段的智能化分级建设原则，提出了实现矿山全要素、全过程、全生命周期个性化安全稳定运行的露天煤矿智能化建设的总体目标。通过解析露天煤矿生产和智能化建设的特征，提出了工艺为本、分级建设、价值导向、有序推进和虚实共生的智能化露天煤矿总体设计策略，以期指导我国露天煤矿智能化建设系统化、科学化和规范化。基于我国煤矿露天开采技术和工艺装备水平的现状及矿山的现实需求，提出了露天煤矿智能化建设应以工艺作为基本的出发点和落脚点，而并非片面追求少人或无人的发展本质。我国露天煤矿智能化建设的首要任务和核心关键是攻克连续和半连续开采工艺核心装备的卡脖子难题，建立工艺系统机理模型，基于泛在连接技术实现设备群的全面互联和数据的全面采集管理，再进行大数据分析和智能决策。基于工业互联网平台体系架构思想，建立了“感知层、接入层、边缘层、智能化煤矿工业互联网平台层和综合管控平台层”的5层智能化露天煤矿平台架构。感知层实现露天煤矿“人-机-环-管”信息的全面感知；接入层利用智能数据网关模块技术实现感知层数据的实时传输；边缘层依托协议转换技术实现多源异构数据的协议转换、归一化和边缘集成；智能化煤矿工业互联网平台层由物联网管理平台、云计算平台、技术中台、业务中台和数据中台等组成，构建可扩展的开放式云操作系统；综合管控平台层提供了设计、生产、管理、服务等一系列创新性业务应用，实现独立决策与控制、数据共享和系统间的智能联动。构建了智能化技术驱动的露天煤矿智能开采技术的5大主要应用场景，提出了智能化露天煤矿初、中、高三级的建设内容，明确了露天煤矿智能化建设的基本规律，即矿山必须以智能化建设的价值创造为评价准则确定相关建设内容及合理的投入规模，方可形成智能化矿山建设的最终价值。

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再论露天矿群开采-采排复一体化协同采矿技术

作者(Author)：赵红泽, 郭锦桦, 刘元旭, 杜海瑞, 林泽辰

摘要：我国大型矿田上一般同时存在多个相邻露天矿，针对相邻露天矿山独立开采时常存在边帮压煤、内排土场空间不足，以及土地复垦滞后等诸多问题，基于笔者提出的露天矿群协调开采技术，通过运用露天采矿学的基本原理，引入协同理论，提出了露天矿群开采-采排复一体化协同采矿技术的概念，详细阐述技术理念及内涵，重点研究了露天矿群开采、排土、复垦3个环节及协同作业的关键技术内容，并将其用于卡布其露天矿群。具体包括：借助3DMine软件构建卡布其露天矿群三维地质模型，根据卡布其矿区三矿开采推进的时空关系，确定露天矿群协调开采模式为同向协调开采，平行布置工作线，贯通相邻采场，优化总平面布局，让压帮煤随工作线推进顺利回采，合理分配与利用排土空间，提出共享排土场的方法以减少剥离物外排，缩短运距；在露天矿群开采方案的基础上制定协同复垦方案，建立露天矿群分期开采-内排-土地复垦一体化时空模型。实例证明：卡布其矿群在运用露天矿群开采-采排复一体化协同采矿技术后可有效增加煤炭资源采出率，降低剥采比，增加内排空间，实现矿群采剥工程与复垦工程的协调统一，降低复垦成本，提高露天矿直接经济效益。

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2022年第02期

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考虑动载扰动作用的窄煤柱巷道底板失稳机制

作者(Author)：赵洪宝, 刘一洪, 刘绍强, 张嘉澔, 吴桐

摘要：窄煤柱回采巷道底板通常表现为非对称破坏特征，当覆岩突然断裂释放能量时，会对窄煤柱巷道产生动载扰动作用。在动载扰动作用下，岩片剥落乃至岩块弹射的现象较为普遍，加剧了巷道底板的破坏程度，导致巷道底板稳定性维护难度较大。为掌握窄煤柱回采巷道底板破坏机制以及动载扰动对巷道底板稳定性的影响，综合采用理论分析、数值模拟和现场实测的方法，建立了窄煤柱巷道底板力学模型并分析了巷道底板的应力、能量以及开挖卸荷特征，结果表明：开挖后，窄煤柱巷道底板两侧应力呈非对称分布，实体煤底板和巷道底板的应力大于煤柱底板，靠近实体煤侧底板容易发生剪切破坏。巷道开挖后，煤柱和巷道底板处于卸轴压和卸围压状态，实体煤底板为双向加载状态。动载扰动后，煤柱和巷道底板的能量增量大于实体煤底板，靠近煤柱侧底板受动载扰动的影响更大。在考虑动载扰动条件下，开挖后煤柱和巷道底板为释能状态，实体煤底板为能量积聚状态，围岩“非均衡”应力状态是巷道底板失稳、非对称破坏的重要原因。增加煤柱和巷道底板的变形模量或施加补偿应力、降低底板的应力集中程度和蓄能量是改善巷道底板的“非均衡”程度两条主要思路。通过对某矿窄煤柱巷道实施非对称支护技术，对煤柱侧底板进行注浆加固，改善底板“非均衡”状态，有效控制了巷道底鼓量。

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大倾角近距离煤层群长壁采场顶板破断机理

作者(Author)：解盘石, 屈利利, 伍永平, 张颖异, 闫壮壮, 冯坤, 杨广兵, 吉峰

摘要：大倾角近距离煤层群开采时，下层煤采场顶板受到重复加-卸载作用，其覆岩运移和矸石充填特征较单一煤层开采时更为复杂。以东峡煤矿大倾角近距离煤层群为研究对象，采用物理相似材料模拟试验、理论分析和现场实测相结合的手段，通过建立基于下层煤采场顶板的两端固支梁模型，确定了采场顶板易发生弯曲破断的位置，研究了大倾角近距离煤层群长壁采场顶板破断垮落特征。结果表明，上层煤采空区垮落顶板的堆积沿倾向具有不均衡性；垮落顶板与顶板残垣轮廓的接触程度存在差异性，沿垂直岩层方向可将垮落覆岩划分为完整倾斜砌体区域与倾斜砌体缺失区域。上层煤工作面底板受载沿倾向表现为分区特征，根据采空区的非对称充填特征将其划分为受近似点载荷的无矸石充填区和受非均衡作用的中、下部矸石充填区。下层煤开采时，采场倾斜中上部顶板（顶煤）先破坏下滑、充填至下部采空区，致使下部区域工作面顶板弯矩较小、倾斜中上部顶板弯矩较大，其中倾斜中上部顶板更易发生破断。由于采空区充填程度不同，下层煤采场来压呈现中部较大、上部次之、下部无明显来压的基本特征。相对于单一煤层开采，下煤层开采时周期性来压的强度较低且规律性不强。研究可为大倾角煤层群长壁采场顶板稳定性控制提供一定的理论支撑。

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