《煤炭科学技术》“创刊五十周年”纪念专辑（上、下辑）

《煤炭科学技术》创刊于1973年，这50年是我国煤炭行业起步、加速、稳定发展的50年，也是我国煤炭科学技术持续发展的50年。《煤炭科学技术》见证了我国煤炭工业从人工采煤、炮采、普采到综采的具有里程碑意义的技术革命。

在1973年2月至2023年1月这50年间，《煤炭科学技术》共出版了50卷580期，刊登了煤田地质与勘探、煤矿开采、矿山测量、矿井建设、煤矿安全、煤矿机电与自动化、煤矿信息化、煤炭加工与利用、煤矿环境保护等专业的学术性或技术性论文共计18100余篇，营造了百花齐放、百家争鸣的学术氛围。

50年披荆斩棘，50年砥砺奋进。《在全国奋力建设世界一流科技期刊目标的推动下，《煤炭科学技术》将继续肩负起时代赋予的使命和任务，坚持守正创新，重点报道煤炭领域及相关交叉学科领域的前沿和先进实用性成果，引导社会重新认识煤炭行业、煤炭科学家和煤炭高科技创新贡献，向全世界讲好中国煤炭故事，提升我国在世界能源与矿业领域的科技话语权，助力实现中国科技期刊强国梦。（引自王国法，杜毅博，徐亚军，等：中国煤炭开采技术及装备 50 年发展与创新实践——纪念《煤炭科学技术》创刊五十周年）

行业视野: 高端智库
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专家; 84篇
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正断层两盘动力灾害显现差异性及机制

作者(Author)：谭云亮, 谭涛, 张修峰, 陈洋

摘要：随着大范围采矿活动的进行，正断层易滑动失稳产生震动波，并在断层两侧区域呈现出显著不对称动力响应特征。为解释山东新巨龙能源有限责任公司发生“2·22”冲击地压事故破坏区域主要集中在FD8断层上盘区域而下盘几乎没有出现动力破坏这一现象，从理论上分析了断层面（带）隔震的基本力学机理，基于波场及能量分解建立起了弹性波在断层面（带）界面波场分解能量系数模型，通过不同倾角断层面、不同破碎带厚度对震动波阻隔性数值模拟，并对正断层两盘活动性差异进行了分析。研究表明，对于一个相对孤立正断层（非断层组）而言随着断层倾角的增大，正断层上盘内的震动波沿着断层面“透射”将明显降低，呈现出显著的“隔震”特性，即当正断层上盘滑动诱发震动波难以穿过断层传播至下盘；地下正断层两盘活动差异性即断层上盘下降滑动、下盘不动2个方面揭示了正断层两盘动力灾害显现差异性动力学机制，为科学认知正断层活动诱灾机制提供了参考，并为在地下采矿中正断层诱灾防控策略提供了理论依据。

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煤炭科学技术

2023年第01期

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TBM在煤矿巷道掘进中的技术应用和研究进展

作者(Author)：刘泉声, 黄兴, 潘玉丛, 刘滨, 邓鹏海

摘要：TBM工法经济技术优势显著，正成为煤矿巷道快速掘进的一种新方法。但由于煤矿特殊的施工环境和复杂地质条件，TBM在煤矿巷道掘进中面临以下技术挑战：(1)煤矿特殊施工环境下TBM装备和矿井系统适应性设计难；(2)煤系软硬复合地层破岩机理不清，高效破岩控制难度大；(3)软弱地层挤压变形卡机灾害风险大，灾害预测和安全控制难度大；(4)掘进空间狭小和粉尘水雾干扰严重，TBM掘进过程监测难度大，难以进行掘进参数决策控制和灾害预警。对此，针对TBM装备适应性设计技术，深部复合地层TBM高效破岩理论，挤压变形卡机灾害预测控制方法，掘进过程智能化决策控制技术等开展了系统研究，在TBM安全高效掘进技术方面取得了以下研究进展：(1)论述了针对煤矿特殊施工环境的TBM装备和施工工艺适应性设计技术；(2)开展了TBM滚刀贯入和线性切割试验，揭示了复合地层地应力水平、岩石强度及岩性变化、掘进控制模式、滚刀安装半径等对TBM破岩效率和破岩模式的影响机理，提出了深部复合地层TBM掘进性能评价预测方法和岩体可掘性评价方法；(3)揭示了深部煤系软弱地层TBM掘进挤压大变形卡机灾害孕育发生机理，发展了挤压变形卡机灾害孕育演化及控制过程模拟预测的FDEM（有限元-离散元耦合）方法，提出了挤压变形卡机监测预警方法，形成了TBM掘进挤压大变形卡机“大变径扩挖、掘进参数优化和分步联合支护”综合防控技术体系；(4)提出了TBM掘进过程岩-机作用信息（刀盘刀具-掘进工作面作用、围岩-护盾作用信息）实时感知技术，初步提出了TBM掘进参数自适应智能决策方法。上述研究进展将推动TBM在煤矿巷道建设中的应用和安全高效掘进技术进步。

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2023年第01期

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厚松散层薄基岩地层井筒偏斜综合治理技术

作者(Author)：程桦, 彭世龙, 姚直书, 荣传新, 蔡海兵

摘要：针对厚松散层薄基岩地层井筒偏斜综合治理技术难题，以山东巨野矿区郭屯煤矿偏斜井筒地面注浆治理工程为背景，基于井筒松散层段偏斜与竖向压缩变形共存且向非对称开采工作面方向偏斜的全新破损特征，揭示郭屯煤矿井筒偏斜与竖向压缩变形机理，分析认为该2种特征分别是煤层非对称开采引发的底含非均匀疏水固结沉降叠加作用下地层水平倾覆推力和竖向附加力所致。本着确保安全、不停产治理的原则，制定了在役偏斜井筒不停产地面注浆综合治理方案，研发了系列井筒偏斜综合治理技术：(1)保护在役井筒“泄压-预警”双控地面高压注浆技术；(2)厚松散层单孔多层段注浆新型套管与施工工艺；(3)厚松散层地面注浆参数工程化确定方法；(4)在役井筒不停产运营下深孔高压注浆治理预警技术。综合监测结果表明：郭屯煤矿主、副、风3个偏斜井筒治理工程注浆过程中严格按照厚松散层薄基岩条件下偏斜井筒不停产综合治理技术进行实施，完成注浆孔钻探工程量31 026.8 m，注浆量达到35 536.66 m3，实现了矿井不停产注浆治理；治理后井筒向北向西不再继续偏移，主井井筒注浆期井口处向北和向西偏斜量分别减小12 mm和18 mm，副井井筒井口处向北和向西分别减小13 mm和41 mm，注浆结束1 a内井筒整体偏斜量仍继续减小并有回正趋势，且井筒周边下沉速率减缓，确保了井筒运营安全。研究成果在郭屯煤矿厚松散层薄基岩地层偏斜井筒地面高压注浆治理工程得到了成功应用，为今后在类似工程中应用提供参考依据和工程经验。

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2023年第01期

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基于重力排渣的大直径井筒钻掘技术与工艺体系研究

作者(Author)：刘志强, 宋朝阳, 程守业, 荆国业, 赵钧羡, 陈云, 赵立克

摘要：井筒是井工法矿物开采和地下空间开发利用的关键工程，对于拟建井筒下部具备生产系统的有利条件，采用重力排渣的大直径井筒钻掘技术是重要的发展方向之一。针对吊桶式上排渣技术存在的排渣不连续、掘进效率低，且难以与破岩工序协同作业等难题，探索改变凿井工作面的排渣方式，采用重力排渣工艺可提高凿井效率，即通过预先建立连接拟建井筒上下水平的小直径导井，或上水平施工条件不具备时在井筒下水平直接上向钻进导井，破碎岩渣在重力作用下直接掉落至下水平，再利用装载和运输设备进行装运排渣。首先论述了机械破岩钻井流体正循环和反循环上排渣技术工艺的适用性和局限性，提出了基于依靠岩渣自重进行重力排渣的工艺，分析了大直径井筒反井钻井、直接上向反井钻井、导井式竖井掘进机等机械破岩重力排渣技术的发展现状，凝练了基于重力排渣的机械破岩钻井技术现阶段面临的硬岩破碎、钻具稳定可靠、钻井偏斜控制、智能钻进等难题，系统梳理了导孔钻进、导井钻进、钻爆扩大、反井正钻扩大、反井钻机一次扩大和导井式井筒掘进机扩大等技术工艺及装备，构建了不同工序组合的综合成井工艺体系。基于重力排渣的机械破岩凿井技术，将继续在煤矿、金属矿山、水电、交通等领域大直径井筒建设中发挥重要作用，并为无人化、机械化和智能化井筒建设技术发展提供参考和借鉴。

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煤炭科学技术

2023年第01期

620

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超声波功率对煤体损伤特性及能量演化规律的试验研究

作者(Author)：李树刚, 王瑞哲, 林海飞, 杨二豪, 赵泓超, 秦雷, 郝荷杰

摘要：为研究超声波致裂对煤体力学损伤特性及能量演化规律的影响，利用电子万能压力试验机、声发射系统、对不同功率超声波致裂煤体进行单轴压缩试验，获得了不同功率超声波致裂煤体力学损伤参数，探究了声发射信号与不同功率致裂煤体损伤参量相互关系，采用盒子分形维数分析了煤体表面裂隙分形特征，阐明了超声波不同功率致裂煤体损伤劣化机制。试验结果表明，随着超声波致裂功率增大，煤体单轴抗压强度、弹性模量逐渐降低，煤体单轴抗压强度损伤参量、弹性模量损伤参量与致裂功率呈线性相关；单轴压缩过程中声发射振铃计数可分为平静期、上升期、波动期3个阶段，随着超声波功率增大，裂纹扩展孕育期时间越短，相对时长占比越小，裂纹扩展增长速率越大，对煤体强度的弱化效果逐渐增强，声发射信号突增现象明显，煤样终态破坏更加破碎，破坏特征随着致裂功率的增大煤体从弹脆性向延–塑性转化；煤体孔裂隙扩展贯通，煤体表面裂隙分形维数损伤参量与致裂功率呈线性正相关，分形维数损伤参量越大，表明煤体裂隙形态越复杂；基于声震参数分析了煤体损伤参量与声发射归一化参数的关系，具有较好拟合关系。以上结果表明，超声波致裂作用对煤体结构造成损伤，使煤层破坏变形，形成复杂的渗流网络，提高了煤层渗透率。

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煤炭科学技术

2023年第01期

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瓦斯对煤低温氧化过程微观结构及热反应性的影响研究

作者(Author)：邓军, 周佳敏, 白祖锦, 刘乐, 王彩萍

摘要：为研究瓦斯气氛下煤低温氧化过程中微观理化特性及宏观煤氧复合热效应，选择不同变质煤及二次氧化煤样作为研究对象，利用傅里叶红外光谱仪和C80微量量热仪，研究在不同瓦斯气氛下煤低温氧化过程物理化学结构特性、动力学参数、热效应等变化特征。通过分析不同瓦斯气氛下煤自燃氧化过程中微观结构以及宏观放热特性，明确瓦斯对煤氧化特性的最终影响。结果表明：瓦斯通过抑制煤低温氧化过程中关键活性基团相对含量，延缓煤低温氧化进程，4%瓦斯具有最为明显的抑制效果，其对4种活性基团的抑制程度为：含氧官能团(66.5%)>芳香烃(47.0%)>脂肪烃(29.7%)>羟基(24.7%)。在快速放热阶段，由于煤对瓦斯分子的吸附能力较大，瓦斯气体占据煤分子中的吸附位点，阻碍了煤氧复合反应进程，导致放热效应受到瓦斯抑制；同时瓦斯含量显著影响煤氧复合进程活化能的大小。对于较高变质程度的不黏煤、瘦煤和无烟煤，瓦斯对其低温氧化反应的抑制作用较为显著；对较低变质程度的长焰煤影响较小。对于二次氧化煤样，瓦斯对于煤样的抑制作用随着瓦斯含量的增加而增强，而瓦斯对一次氧化煤样的影响随变质程度降低而减弱，且瓦斯含量2%时的抑制程度强于4%。研究结果对防治瓦斯与煤自燃耦合致灾事故的理论研究有重要意义。

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2023年第01期

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平顶山矿区深部动力灾害防治与资源绿色开采

作者(Author)：张建国, 王满, 张国川, 杨国和, 张晋京, 牛泽华

摘要：中国平煤神马集团开采的平顶山矿区是我国煤矿深部开采的典型代表，历经70 a的发展，集团始终坚持以科技力量引领生产，以技术装备保障安全，对瓦斯的认识不断深化，走过了“被动防、主动治、绿色用”三大阶段，动力灾害监测预警技术能够超前研判灾害发生概率，预测不发生动力灾害准确率达到100%，发生动力灾害准确率达80%，使瓦斯灾害可防可控；低渗煤层瓦斯的高效增透抽采技术使瓦斯治理周期由24个月缩至8个月，吨煤瓦斯治理成本降低了60%；瓦斯“抽采—发电—制冷”一体化绿色开发利用技术有效降低巷道温度5～10℃，瓦斯抽采浓度提升到50%，保障了矿井冬季取暖和夏季制冷，日均节省用电消耗6万kW·h，既消除了瓦斯威胁，使矿井瓦斯变害为宝，又保障国家煤炭供应安全，符合“双碳”目标的发展需求。未来，集团将以深部动力灾害的防治为基础，积极推进煤炭转型绿色利用，构建以炼焦煤资源安全开采、高效分选、绿色转化的产业化道路，推进企业快速转型升级，打造领跑行业的科研创新平台，保障国家能源供应安全、紧跟社会经济发展步伐。

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煤炭科学技术

2023年第01期

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矿井智能通风理论与技术研究进展

作者(Author)：周福宝, 辛海会, 魏连江, 时国庆, 夏同强

摘要：矿井智能通风是我国矿山智能化建设的安全保障。为实现矿井通风智能化，基于“平战结合”原则提出了井下通风人-机-环综合信息流智能感知与交互控制的理念。并从矿井智能通风理论及架构、矿井智能通风精准监测预警、矿井通风网络实时解算、矿井通风故障诊断与智能决策等4个方面论述了矿井智能通风系统平台架构，通风参数精准监测新型传感器研制与布置策略优化，通风参数信息流处理方法，风网解算方法，矿井气候与通风网络耦合解算，风网解算响应与控风决策，矿井通风故障源和故障原因诊断，智能通风灾变决策关键模型等基础理论与核心技术研究进展；同时提出了全断面风量直测新方法，消除井巷断面风速分布不均导致的点风速测风误差；发展了热湿耦合的风阻自适应调节风网实时解算模型，提高了风网实时解算精度与智能通风日常运行的稳定性；建立了基于全尺寸灾变试验数据的场-区-网耦合数值解算方法，构建了煤与瓦斯突出、火灾与瓦斯爆炸的灾变演化模型，突破了矿井智能通风系统的灾变自主决策与控制的方法瓶颈；结合矿井智能通风实施案例，详细阐述了矿井智能通风在精准测风、通风设施与装备联动控制、智能防火防尘等方面的现场实施与运行过程，指出了矿井智能通风建设存在的问题与发展趋势。

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