《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
类别; 405个
关键词; 442位
专家; 84篇
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矿井粉煤灰基防灭火技术研究进展

作者(Author)：秦波涛, 蒋文婕, 史全林, 徐镱桢, 邵旭

摘要：煤炭是我国的主体能源，是国家电力供应安全稳定和经济社会发展的重要保障，但煤炭燃烧发电过程会产生大量的粉煤灰固体废弃物，长期堆放会严重污染土壤、水源、大气等生态环境，但粉煤灰也可作为原材料应用于矿井煤自燃灾害的防治。然而，现阶段粉煤灰在矿井防灭火领域的应用存在少量分散利用、技术含量和附加值较低等不足，当前对于粉煤灰的无害化预处理及防灭火利用规模仍无法满足国家“双碳”目标下对固废资源化利用与绿色矿山建设的相关要求。为进一步推动粉煤灰在矿井煤自燃防治领域的高效、高值及规模化利用，实现以粉煤灰为原料的防灭火材料及技术的快速发展，较全面地总结了粉煤灰浆液、粉煤灰凝胶、粉煤灰泡沫等防灭火技术的原理、分类、最新发展及应用效果；从粉煤灰预处理前端、浆液管路运输中端、防灭火利用末端等方面为出发点，凝练了粉煤灰固废物中有害物质和有价组分的分离、高浓度粉煤灰浆液长距离输送时的沉淀堵管、粉煤灰基防灭火材料在采空区的渗流堆积规律等3个亟待解决的关键问题。为提高粉煤灰固废物对矿井煤自燃的防治效果，满足“双碳”目标下国家对绿色矿山及智能化矿井建设的要求，提出粉煤灰固废在防灭火技术领域“长效防火—协同固碳—智能调控”的发展方向，未来重点围绕低成本长效防灭火的粉煤灰固废基材料、矿化封存CO2与防灭火一体化的粉煤灰防灭火技术、智能化粉煤灰防灭火材料制备及应用系统等方面开展研究，有助于推进粉煤灰工业固废在矿井防灭火领域的高价值、规模化再利用，提高矿井煤自燃的防控能力，保障矿井的安全高效开采。

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煤炭科学技术

2023年第01期

269

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煤层气异常成分的界定、分布及其成因研究进展

作者(Author)：傅雪海, 许行行, 王强, 陈义林, 兰凤娟, 康俊强, 张宝鑫, 卢杰林

摘要：前期对不同煤层气组分异常的成因进行了大量研究，但对不同组分异常浓度的界定尚无统一标准。为了阐明我国煤层气成分的分布特征及煤层气异常成分的浓度界限，基于实测和收集各煤阶储层煤层气成分(含气量达到煤层气储量评估规范DZ/T 0216—2020下限要求的煤层气井与煤田勘探钻孔)测试数据4 654个。统计表明我国煤层气中CH4、重烃气(C2+)、CO2、N2平均浓度分别为91.82%、0.85%、2.04%、5.19%，其中CH4浓度≥90%占77.44%。将煤层气中重烃气浓度大于5%、氮气/二氧化碳浓度大于10%、有害气体浓度超过《煤矿安全规程》规定的上限标准和稀有气体超过空气组成时划分为异常气体成分。基于此划分标准，统计表明我国煤层气中重烃气浓度>5%占5.16%、CO2浓度>10%占4.00%、N2浓度>10%占13.26%，准噶尔盆地南缘煤层气中氦气最高浓度达到0.97%。在上述研究的基础上，归纳总结了煤层气中异常成分/浓度的成因主要有煤化作用的阶段性、煤岩组分的差异性、硫酸盐还原作用、古风化壳及煤系外源气体迁入等。建议在今后的煤层气勘探中测全气体成分，开展CO2、N2异常煤层的气体解吸研究，确定煤系氦源岩，探讨烃-氦同源同储规律，分析煤系有机气与无机气的相互作用，综合研究地质构造、地下水流动、微生物及岩浆活动对气组分的改造作用，揭示不同气组分在不同地区运移、富集及保存的演化机制。研究成果对煤层气的开采工艺、煤矿安全生产和煤层气的利用均具有指导意义。

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2023年第01期

521

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高煤阶煤样水力压裂前后应力-渗透率试验研究

作者(Author)：孟召平, 卢易新

摘要：煤储层水力压裂是提高煤层气井产量的关键技术，水力压裂前后煤储层渗透率的变化反映了煤储层压裂改造效果。采用山西晋城矿区寺河煤矿二叠系山西组3号煤层高煤阶试样，通过柱型煤样水力压裂前后渗透率试验对比分析，测试了4个高煤阶煤样水力压裂前后渗透率分布特征，揭示了水力压裂前后煤样渗透率随应力的变化规律和控制机理。结果表明，在围压和轴压恒定条件下，煤样孔隙压力随注入压力增大逐渐增高；当注入压力大于破裂压力时，煤样发生破裂，煤样的破裂压力随围压的增加呈线性增大的规律。在注入压力相同的情况下，随着围压和轴压的增大，有效应力增高，水力压裂前后煤样渗透率随有效应力的增大呈指数函数关系减小，且压裂后的渗透率要明显大于压裂前的渗透率。采用煤储层渗透率改善率来评价围压下煤样水力压裂增渗效果，4个试验煤样渗透率改善率随有效应力的增高呈指数函数关系增大，但随围压的增大，渗透率改善率提升幅度逐渐降低。煤储层的渗透性主要取决于煤中裂隙发育程度和裂隙开度的大小，裂缝储层的渗透率的大小与裂缝张开度的3次方成正比例关系。水力压裂后裂缝平均长度、裂缝孔隙度和裂缝开度增幅分别为70.81%～253.25%、171.88%～383.02%和20.31%～32.43%，且水力压裂前后煤样裂缝开度均随有效应力的增高而呈负指数函数规律降低。试验结果与实测水力压裂前后煤储层渗透率对比，两者具有较好的一致性，为煤储层水力压裂改造效果评价探索了有效途径。

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煤炭科学技术

2023年第01期

196

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矿井随掘地震震源时间函数及其模拟数据脉冲化处理研究

作者(Author)：张平松, 李圣林, 郭立全

摘要：随掘地震技术是巷道智能化快速掘进发展急需的地质保障技术之一，由于随掘震源与炸药等主动震源差别较大，常规的认知与数据处理技术已经无法取得效果。针对目前随掘震源认知不足，缺乏有效随掘地震数据正演模拟方法的问题，开展了随掘震源产生机制分析与震源时间函数构建研究。研究发现：随掘地震数据是具有一定延续时间的复杂、变频、连续信号，其相对低频信号主要与综掘机的自身机械动作、随机落煤以及转载机、带式输送机运作等有关，相对高频强能量信号由截割破煤决定，总体表现为一种多源叠加的伪随机信号特征；其次，在线性排列数据采集模式下，随掘震源可近似为不同时延下连续激发的多源叠加而成的综合虚拟点震源，该震源由综掘机械截割煤层时的震动以及煤体破裂、随机落煤、转载、打钻、输送带运输等联合作用而成，其中截割煤层起主要作用。基于震源产生机制分析，构建了随掘地震震源时间函数，并以该时间函数作为震源加载项，开展了随掘地震数值模型试验，得到的随掘地震模拟数据与实测数据具有相同的时间域、频率域以及时频域特征，表明了构建出的随掘地震震源时间函数可有效进行随掘地震数据正演模拟，提升了随掘震源的认知程度。另外，为验证基于脉冲反褶积与互相关的脉冲化算法在随掘地震数据处理中的有效性，以2种常用地震干涉技术为对比，利用随掘地震模拟数据进行了脉冲化处理实验。试验结果表明：基于脉冲反褶积与互相关的脉冲化处理结果与相同模拟条件下采用常规Ricker子波模拟得到的地震记录波场特征更为相近，验证了脉冲化算法的有效性，为随掘地震技术的深入研究与应用提供了基础。

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煤炭科学技术

2023年第01期

187

263
基于微震监测的工作面底板突水全时空预警方法

作者(Author)：许延春, 黄磊

摘要：为分析采煤工作面不同时期、不同空间的微震响应特征差异，进而实现矿井水害预警和防治，基于典型案例分析提出了一种基于微震监测的工作面底板突水全时空预警的方法。所谓“全时空”是指包括采前时期、超前采动影响时期和开采时期在内的工作面全时间周期的3时段划分，以及工作面全空间的7个评价区域划分。在第1时段（采前时期），基于钻孔工程信息（钻孔涌水量、钻孔水压、钻孔注浆量）和微震响应特征，形成了突水危险性的表示方法，确定了原发性突水危险区，进而实现了采前时期突水危险性的长期预测；在第2时段（超前采动影响时期），设置“固定工作面”，并对微震事件及震源参数进行重新定位，在对微震事件核密度分析的基础上，获取突水前兆信息，确定了超前影响区、滞后影响区、侧向影响区的突水特征，进而实现了超前采动影响时期的突水危险性预警；在第3时段（开采时期），结合微震事件核密度分析，确定了顶板导水破坏区、底板破坏区、底板采动损伤区，引入2D-CE法在平面上对微震事件进行规范化，分析微震事件置信椭圆与预警含水层的位置关系，进而实现了工作面开采时期的突水危险性预报。同时根据开采验证结果，对前期预报方法进行修正，为后续工作面突水预报服务，使得焦作、邯邢矿区多个工作面基于微震监测的底板突水预测结果更加准确。

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煤炭科学技术

2023年第01期

453

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榆神府矿区地下水水化学特征及形成机理

作者(Author)：范立民, 马万超, 常波峰, 孙魁, 苗彦平, 路波, 田水豹, 杨磊

摘要：煤矿区地下水化学特征及其形成作用对矿区地下水保护和矿井突水水源识别具有重要意义。以陕北榆神府矿区第四系松散层、白垩系洛河组、侏罗系安定组及直罗组地下水为研究对象，综合利用统计分析、Piper三线图、同位素、Gibbs图及离子比例关系等方法分析了地下水水化学特征及形成作用。结果表明：研究区地下水均为弱碱性淡水，其中第四系松散层、白垩系洛河组和侏罗系直罗组风化基岩地下水中，阳离子以Ca2+为主，阴离子以HCO3-为主，侏罗系安定组地下水中阳离子以K++Na+为主，阴离子以HCO3-为主，侏罗系直罗组正常基岩地下水中阳离子以K++Na+为主，阴离子以SO42-为主；各含水层地下水中TDS与主要离子相关性显著；白垩系洛河组与侏罗系直罗组正常基岩地下水中，离子空间分布差异性较大；通过同位素分析和溶滤作用分析，第四系与直罗组风化基岩含水层存在水力联系；研究区地下水主要离子形成受岩石风化控制，主要离子来源于碳酸盐、硅酸盐和硫酸盐矿物的溶解，并受到K+、Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子交替吸附作用的影响。该研究结果可为榆神府矿区地下水资源保护和合理开发与利用等提供一定的借鉴。

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煤炭科学技术

2023年第01期

349

654
洪水灾害诱发煤矿水害事故风险评估模型研究

作者(Author)：齐庆杰, 孙祚, 刘文岗, 王安虎, 杨敬虎, 刘思昀, 孙立峰, 王伟

摘要：煤矿作为承灾体，面对洪水灾害的冲击威胁，脆弱性凸显。洪水不仅会直接导致淹井事故、工业广场破坏等，还会间接诱发井下涌水异常、突水、透水、地下水污染等链生灾害事故。为了定量评估洪水灾害诱发煤矿水害事故风险大小，加强煤矿洪水灾害防治工作，基于灾害风险科学致灾因子、孕灾环境、承灾体三要素经典理论和煤矿洪水灾害防治现状，构建了煤矿洪水灾害设防情况调查指标体系，建立了洪水灾害诱发煤矿水害事故风险评估模型，并在遵义市桐梓县某煤矿进行了应用验证。研究结果表明：洪水诱发煤矿水害事故风险评估涵盖了致灾因子危险性、孕灾环境稳定性（敏感性）、承灾体脆弱性等灾害风险关键要素。其中，致灾因子危险性评价主要考虑致灾因子的时间分布、空间分布和强度等；孕灾环境稳定性评价主要考虑地形、水系等因素评价孕灾环境对致灾因子的敏感性；承灾体脆弱性主要2两方面因素决定：(1)承灾体对洪水灾害的设防水平，设防水平越高，承灾体脆弱性越低；(2)在孕灾环境中暴露于致灾因子的人员、资产数量，数量越大，承灾体脆弱性越高。通过对该煤矿应用所提出的风险评估模型，得出该煤矿洪水诱发煤矿水害事故的风险等级为低风险。风险评估模型的建立为定量评估洪水诱发煤矿水害事故风险提供了方法，为煤矿做好洪水灾害防治工作提供了新参考。

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煤炭科学技术

2023年第01期

211

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高耸构筑物采动损害与保护技术研究现状与展望

作者(Author)：郭文兵, 赵高博, 马志宝, 杨伟强, 李学臣

摘要：我国一些矿区面临着高耸构筑物下压煤技术难题。矿区高耸构筑物具有高度大、横断面小、重心高、支撑基础底面积小等特点，作为一种特殊的构筑物，其对地下开采引起的地表移动变形较敏感。在分析了高耸构筑物自身特性及其采动变形特征基础上，从采动变形理论、数值模拟、变形监测技术、保护技术等4个方面总结分析了高耸构筑物采动损害与保护技术的研究发展历程，包括高耸构筑物与地基、基础协同变形理论、工作面开采对高耸构筑物变形影响数值（物理）模拟分析、实时高效精准监测技术、地基精准注浆加固技术、基础抗变形改造技术、高耸构筑物动态调斜技术、源头减损技术等；并展望了高耸构筑物采动损害与保护技术的4个发展方向：地表移动变形多指标作用下高耸构筑物采动变形规律，采动地表沉陷规律与高耸构筑物变形传导机理，高耸构筑物实时高效精准变形监测技术，高耸构筑物精准保护技术，以便形成地表高耸构筑物“变形小-监测精-保护准”的综合理论与技术体系，为高耸构筑物下安全高效采煤提供理论和技术支撑。

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2023年第01期

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