《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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平原煤粮主产复合区煤矿开采和耕地保护协同发展研究现状及对策

作者(Author)：郭广礼, 李怀展, 查剑锋, 刘文锴, 胡青峰, 王方田, 陈超, 张沛沛, 张会娟, 张秋霞

摘要：耕地是粮食安全的基础，煤炭是能源安全的保障。我国煤炭和耕地资源分布重合的煤粮复合区面积约占耕地总面积的42.7%，煤炭开采与耕地保护之间的矛盾十分突出。如何实现煤矿开采与耕地保护协同发展是我国煤粮复合区亟待解决的瓶颈难题。从平原煤粮复合区采动耕地损毁机理、采动耕地破坏程度评价、开采沉陷控制技术等3个方面分析了煤矿开采和耕地保护协同发展的研究现状与存在问题。在此基础上结合耕地保护面积大、变形耐忍度高等特点，提出了一种面向煤矿开采和耕地保护协同发展的源头控制与修复治理有机结合的绿色开采区域性岩层及地表变形控制技术途径，建立了相应的地表变形预测及控制设计方法，并指出了平原煤粮复合区煤矿开采和耕地保护协同发展的重点研究方向：平原煤粮复合区耕地采损驱动机制、采煤沉陷耕地防护阈值体系、面向耕地保护的煤矿绿色开采区域沉陷协调控制理论与方法，以期推动煤粮主产复合区煤矿绿色开采与耕地保护协同发展。

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煤炭科学技术

2023年第01期

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多机械臂煤矸石智能分拣机器人关键共性技术研究

作者(Author)：马宏伟, 张烨, 王鹏, 魏小荣, 周文剑

摘要：依据我国煤矿智能绿色发展战略，深入分析了国内外智能拣矸系统的研究现状，指出研发适用于井下的多机械臂煤矸石智能分拣机器人是破解煤矸分拣难题的重要发展方向，凝练了直接影响和制约我国煤矸石智能分拣高质量发展的“煤矸石准确识别、精准跟踪和可靠抓取、多目标任务多机械臂协同分拣”三大关键共性技术难题，并给出了解决思路和方法。针对煤矿井下煤矸石被煤泥严重包裹识别难，提出了“X射线+视觉”煤矸石识别与匹配方法、基于点云数据的煤矸石抓取特征提取方法，实现目标矸石的快速识别和最优抓取特征提取；针对煤矸石形态各异、动态环境抓取难，提出了基于ORB+BEBLID特征的FLANN动态目标高效匹配方法、基于FDSST的动态目标精准跟踪方法、基于三环PID的机械臂同步跟踪轨迹规划方法，实现机械手对高速传输的动态矸石稳定抓取；针对煤矸石随机分布、障碍多、多机械臂任务分配难，提出了改进匈牙利算法的多机械臂动态空间协同分拣方法，确保系统收益的前提下实现多机械臂在动态空间中高效协同工作。现场工业性试验研究结果表明，针对三大关键共性技术所提出的方法能够有效破解煤矸石高效识别和抓取特征提取、机械臂动态目标同步跟踪稳定抓取、多机械臂高效协同分拣等难题，通过构建完整的多机械臂煤矸石智能分拣机器人系统，提高了煤矸石智能分拣系统的可靠性和分拣效率。

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煤炭科学技术

2023年第01期

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冲击载荷下四柱支撑掩护式液压支架动态响应特征分析

作者(Author)：曾庆良, 徐鹏辉, 孟昭胜, 万丽荣

摘要：液压支架装备通常用于采煤工作面的支护。液压支架在工作过程中承受了大量冲击载荷，导致其动态稳定性受到威胁。为研究四柱支撑掩护式支架在对称与非对称承载工况下顶梁及掩护梁承受冲击载荷时的动力学响应特征，采用动力学软件Adams以等效变刚度阻尼系统代替立柱的方法，建立了支撑掩护式支架的数值分析模型。其中，顶板压力由主动静载荷垂直施加于顶梁上方，冲击载荷垂直于顶梁及掩护梁向下施加。基于上述模型，分析了不同冲击载荷作用于支架顶梁与掩护梁时支架关键部位的动力学响应，以及偏置加载对支架稳定性的影响。随后通过设置不同立柱初撑力，讨论了液压支架在非对称支撑条件下承受冲击载荷时的动力学特性。结果表明，单一顶梁冲击载荷条件下，前立柱载荷变化系数达到1.41，对顶梁前端冲击载荷最敏感。顶梁和掩护梁同时承受冲击载荷时，支架各铰接点对于顶梁前端与掩护梁上部区域作用的冲击载荷响应更剧烈，最大载荷变化系数为0.64，极大地影响液压支架整体稳定性。支架承受横向扭矩时，偏置载荷作用于不同位置对支架承载性能的弱化效果基本一致，且偏置载荷的大小与削弱效果呈正相关。在考虑立柱不同初载比时，顶梁-掩护梁铰接点对初载比变化的敏感程度最高，且前立柱初撑力不足时将对支架承载性能形成最大削弱效应。研究结果可辅助优化支撑掩护式支架结构，改善液压支架承载可靠性。

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2023年第01期

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基于MFCC-CS-MUSIC的矿井提升机故障源精准识别方法研究

作者(Author)：李敬兆, 王笑, 孙杰臣

摘要：在煤矿生产领域中，矿井提升机作为一种辅助运输的设备，在矿井整个运输工程中承担着非常重要的作用，其安全性和稳定性直接影响着煤矿生产效率和井下工作人员生命安全。矿井提升机故障发生后，其声音信号也会随着设备运行状态而改变，因此可以通过分析该声音的特征来检测设备是否处于不正常运行状态。鉴于此提出了基于MFCC-CS-MUSIC实现的矿井提升机故障源精准识别方法。通过采集提升机音频信号，应用MFCC（梅尔频率倒谱系数）算法提取多个通道声音信号梅尔频率倒谱系数进行故障识别；应用MUSIC（多信号分类）故障识别后的音频信号进行定位求得信号的最小化波达方向。将MUSIC算法求得的DOA（波达方向定位）值作为优化变量，以计算DOA和测量DOA之间的差异为目标函数，利用CS（布谷鸟）算法对目标函数进行寻优，从而实现对提升机故障源精准定位。试验和应用结果均表明，利用CS算法优化后MUSIC算法得到的定位坐标误差Δψ在5°以内，实际位置坐标方位角误差Δθ在4°以内。该方法实现了提升机故障准确识别和提升机故障源的精准定位，大幅缩短了排查矿井提升机故障位置的时间，显著提升了矿井提升机的工作效率。

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煤炭科学技术

2023年第01期

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多因素光照条件下高质量煤矸图像获取方法研究

作者(Author)：曹现刚, 郝朋英, 王鹏, 刘思颖, 吴旭东, 霍小泉

摘要：针对在线选煤过程中，光照条件不足引起煤矸表面特征成像质量差，煤矸识别率低下的问题，提出一种融合光源分布、色温、光照强度等多因素条件的新型高质量煤矸图像获取方法。首先，针对煤矸流实际洗选过程中光照条件的复杂性导致的光照不均匀问题，基于九点取样法研究了不同入射角度对光照均匀度的影响，确定适用于煤流的最佳入射角度。然后，针对不同色温引起色彩还原性不同导致煤矸图像失真的问题，采用MSE、PSNR和SSIM等指标量化分析多样本单一种类煤矸图像失真情况，通过TOPSIS算法研究不同色温的光源对煤、矸石，以及混合煤矸石3种不同工况图像失真情况的影响，确定成像质量最优的色温。最后，考虑在线光照强度变化影响煤矸表面特征信息的表达，基于不同照度下煤矸表面特征响应曲线，建立曝光时间、输送带速度和环境光强的关联关系，量化表面区分度较大的照度区间，确定最佳光照条件。通过融合多因素光照条件下高质量图像获取方法建立煤矸识别系统，并对SSD和Faster-RCNN目标检测模型进行实验验证。结果表明：该方法在很大程度上提高了煤矸图像质量，煤矸识别准确率提高10.5%，为煤矸智能分选系统提供更为准确的数据支撑，对提高原煤入选率具有一定应用推广价值。

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煤炭科学技术

2023年第01期

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煤矿智能双重预防机制与智能安全管控平台研究

作者(Author)：李爽, 贺超, 鹿乘, 许锟, 薛广哲

摘要：当前，我国工业生产正面临智能化的技术革新，煤炭行业也同样处于智能化建设的浪潮之中。煤矿智能化的技术革新催动着煤矿安全管理迈入智能化，以安全风险智能管控为方向的煤矿智能化安全是智能煤矿建设的安全前提和安全保障。针对煤矿生产安全风险防控关键问题，首先明晰了双重预防机制的基本逻辑及存在的不足。双重预防机制是通过超前辨识安全风险，制定相应管控措施，并结合隐患排查闭环处理程序来防治严重生产安全事件发生的一套行之有效的安全管理方法。其不足在于未将风险的动态变化特性充分考虑。在分析双重预防机制不足的基础上，系统阐述了智能化安全管理要求下的智能双重预防机制逻辑及其优点。智能双重预防在原有固有风险分级管控基础上，实现对剩余风险的动态评估、预测预警，从而在风险真正失控之前采取相应管控措施，避免隐患出现。以安全风险分级管控和隐患排查治理双重预防机制管理方法为基础，提出智能双重预防机制及智能安全管控平台，并论述了其系统架构、运行逻辑及建设基础。对于安全管理工作而言，智能安全管控平台科学回答了哪个人、什么时候、到哪里、检查什么等一系列问题，在对各个风险定期全覆盖管控的基础上，实现了不同风险等级的差异化资源投入和对隐患的及时、超前管控，在提高安全管理绩效的同时，使得各项安全管理活动简单化。在管控平台的基础上，讨论了平台所需的关键技术。包括全面安全数据数字化、采集与传输，全面安全数据的存储与管理，基于安全管理场景的智能算法模型，智能化硬件与管控平台的集成，以及基于CPS或数字孪生的数据可视化展示与远程交互技术。以双重预防机制为基础，提出智能双重预防机制及智能安全管控平台，在安全资源精益配置的基础上实现对安全风险的超前管控，进而从根本上提升企业安全水平，实现本质安全。

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2023年第01期

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碳中和目标下矿区土地复垦与生态修复的机遇与挑战

作者(Author)：胡振琪, 理源源, 李根生, 韩佳政, 刘曙光

摘要：绿色发展和2060年实现碳中和已成为我国的国家发展战略，矿区土地复垦与生态修复是煤炭工业绿色发展的必由之路。分析矿区土地复垦与生态修复的属性，发现其除了具有恢复绿色和生态功能外，还具有双重增汇作用，不仅抑制了受损土地产生碳排放，而且因植被和生态的恢复增加了碳汇，因此，矿区生态修复是绿色增汇技术，符合国家发展战略，将迎来全新的发展机遇。碳中和政策对矿区生态修复的激励主要体现在引导科学修复、立定先行标准、开展科技攻关、落实企业主体责任、建立工程示范、加强财政支持和建立市场机制7大方面。碳中和导向下的矿区生态修复将迎来5大技术挑战：(1)科学测算评估矿区生态修复带来的增汇效果，重点从监测目标、测算参数、参数获取和测算方法 4个方面进行研究；(2)将碳中和理念融入矿区生态修复规划设计、探索增汇的规划布局、修复措施以及优选增汇修复方案，发挥矿区生态修复规划设计对增汇的龙头作用；(3)地形重塑设计既要考虑原有的水土保持措施带来的植被恢复增汇效果，也要增加碳汇功能的专项设计和对比分析；(4)科学分析和评估不同土壤重构技术的增汇效应，推广增汇型土壤重构技术，同步开展增汇型重构材料及土壤剖面研究；(5)研发兼顾生态效益和增汇效果的植物种群选择和植被恢复技术。

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煤炭科学技术

2023年第01期

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东部草原区露天煤矿减损开采与生态系统修复技术及应用

作者(Author)：李全生, 李淋

摘要：东部草原区是我国重要的煤能源基地，煤炭开发为东北区能源保供和我国经济发展做出了巨大贡献。东部草原区气候酷寒干旱、土壤瘠薄、植被抗扰动能力低，而煤炭大规模开发导致了当地草原退化和水位下降等问题，因此开展了东部草原区露天煤矿减损开采与生态系统修复研究，提出了露天煤矿源头减损-过程控制-末端治理的生态修复理念，研发了开采节地减损、物料跨时空调配储用和“生态窗口期”协同修复等技术，并在胜利露天矿和宝日希勒露天矿进行技术应用和示范。结果表明：胜利露天矿原排土工作帮坡角提高了2.9°，可开展生态修复时间提前0.9 a，采场占地面积缩小75.2 hm2；仅在宝日希勒露天矿南帮实施冻结期靠帮开采-快速回填技术多回收煤炭资源69.55万t，占年生产能力的2%，在满足露天矿生产能力的前提下少征地2.4 hm2/a。研究成果为相似露天矿开展减损开采与生态修复工作提供了技术支撑，具有广泛的应用和推广价值。

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2023年第01期

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