《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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接菌对根土复合体抗剪拉作用机理及其矿山生态修复潜力

作者(Author)：毕银丽, 罗睿, 柯增鸣, 薛超

摘要：煤炭开采形成了露天排土场和井工沉陷地，改变了原始地貌和生态。露天排土场边坡不稳易水土流失造成滑坡剪切植被根系，井工沉陷致使地裂缝发育拉伤植物根系，因而矿山生态修复的关键之一是增强植物对剪切或拉伤的抗逆性。微生物复垦具有改善土壤理化性状、促进植物根系发育和抗逆境等功能，接菌对根土复合体抗剪切和拉伤的作用对于揭示其矿山生态修复机理具有重要的生态意义。人工修复种植植物，植物根系与土壤形成根土复合体，可大大增加土体的抗剪强度，增强浅层土体的稳定性，有效降低矿区露天排土场边坡水土流失和沉陷地裂缝拉伤根系，但微生物复垦对根土复合体性能的影响目前还缺乏深入研究。丛枝菌根真菌（AMF）和深色有隔内生真菌(DSE)两种微生物在根际普遍存在，其与根系形成的菌根共生体与根际土壤粘结在一起成为根菌土复合体，在其抗剪切作用机理和影响因素目前研究较少，本文针对矿区接种微生物对根土复合体抗剪性能的影响因素、作用机理及其在煤矿区生态修复潜力进行综述。同时结合试验数据分析得出，联合接种AMF和DSE植物地下生物量、土壤粘聚力、根土复合土体的抗剪强度均显著高于单一接种处理，微生物复垦技术不仅提高人工修复植被成活率和抗逆境作用，还可增强抗剪切或抗拉伤等力学特性，对于矿区生态修复具有重要的潜在利用价值和功能。

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煤炭科学技术

2023年第01期

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黄土高原矿区生态修复固碳机制与增汇潜力及调控

作者(Author)：陈浮, 朱燕峰, 马静, 董文雪, 尤云楠, 杨永均

摘要：黄土高原矿区生态环境脆弱，科学认识黄土高原矿区生态修复固碳增汇机制、潜力对碳中和愿景目标至关重要。为此，需探究黄土高原矿区生态修复中碳汇形成的关键过程，修复的适应性和恢复力及增汇潜力，揭示矿区复垦土壤碳库稳定性机制，最终阐明矿区生态修复中固碳增汇的关键技术。结果表明：(1)黄土高原矿区生态修复碳汇形成的关键过程包含植物光合碳分配、土壤碳固持、微生物固碳和土壤呼吸等；(2)黄土高原矿区生态修复适应性总体呈东南高、西北低，适应性较差区主要分布于陕北与内蒙古和宁夏中部与内蒙古交界处。典型矿区生态恢复力指数为混交林（43.2%～100.0%）>阔叶林（49.2%～83.2%）>针叶林（47.9%～76.5%）>草地（39.1%～70.7%）>灌木草地（43.0%～69.0%）。修复年垦与土壤碳汇潜力呈正相关关系，修复10～15年时最高，混交林生态恢复耗时最长，但固碳潜力最大；(3)复垦土壤碳库稳定性机制与凋落物分解、黏土矿物交互作用、团聚体物理保护和微生物调控有关；(4)地貌重构-土壤重建-先锋植物/微生物-外源材料相耦合修复技术是黄土高原矿区生态修复固碳增汇的最优路径，有利于碳汇的长期稳定和提升。

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煤炭科学技术

2023年第01期

334

333
碳中和背景下循环流化床燃烧技术在中国的发展前景

作者(Author)：吕俊复, 蒋苓, 柯希玮, 张海, 刘青, 黄中, 周托, 张缦, 王君峰, 肖锋, 鲁佳易, 姜孝国

摘要：循环流化床（CFB）燃烧技术因其独特的低成本污染控制优势得到了高度重视，近年来我国在此领域的技术发展取得了长足的进步。回顾了我国CFB燃烧技术的发展历程，从最初的跟踪学习到技术创新，走出了一条适应中国国情的独立创新发展道路，先后开发出高性能CFB锅炉、节能型CFB锅炉和超低排放CFB锅炉，同时提高蒸汽参数和大型化，引领了CFB技术的国际发展。目前我国成为世界上CFB锅炉最大的设备供应商和使用者，CFB发电机组作为我国燃煤发电体系中的重要组成部分，为可靠廉价电力供应和劣质燃料消纳做出了重要贡献。碳中和条件下，煤炭作为保底能源在电力系统安全托底中不可或缺。作为低热值煤以及难燃高硫无烟煤的高效清洁发电利用的主要方式，CFB锅炉应在深度调峰和快速变负荷灵活性方面展现更大优势。结合新能源高比例消纳的调峰需求，可以开发粉煤CFB锅炉技术、探索分布式小容量高参数CFB锅炉、挖掘CFB机组0～100%负荷长周期压火与快速热态启动潜力，进一步提高CFB机组运行灵活性；在运行灵活性基础上发挥CFB锅炉燃料灵活性的优势，突破高硫无烟煤超超临界高效发电与超低排放同步实现的难题，消纳煤炭绿色开采洗选副产的劣质燃料，纯烧或者掺烧城市污泥、生活垃圾、生物质等低碳可燃废弃物，开发灵活性下的超低排放控制技术，实现CFB机组智能化，助力我国能源结构转型发展。

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煤炭科学技术

2023年第01期

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煤矿矿井水资源化利用技术创新

作者(Author)：何绪文, 王绍州, 张学伟, 李福勤

摘要：国家对煤矿矿井水资源化利用高度重视，排放标准的不断提高和智慧矿山概念的不断深化，给矿井水处理技术提出了新的挑战。通过对矿井水地面处理技术与井下多级过滤处理技术的分析和比较，在总结了现有技术存在问题的基础上，提出了聚瓷膜超滤高效处理矿井水新技术。新技术相比于传统处理技术的多流程而言，因处理过程无需加药，可省去整个加药系统，故处理过程仅包括高压预处理与常压过滤处理2个主要单元，解决了矿井水传统处理方法必须加混凝剂的难题，可真正做到矿井水处理全过程无人值守，符合智慧矿山的要求。新技术具有流程短、占地小、无需加药、出水水质稳定、可自动运行等特点，同时还可实现模块化、智能化，可适用于不同场景下含高悬浮物矿井水的直接过滤，或作为矿井水苦咸水的预处理单元，其中特别适合用于矿井水的井下处理就地复用。其核心组件聚瓷膜更是具有强度高、通量大、超亲水疏油、耐受悬浮物（SS）质量浓度可达10 000 mg/L等优势。通过实验室试验和矿井水地面处理改造工程案例可知，在进水SS质量浓度为0～10 000 mg/L，聚瓷膜直滤后出水SS均能稳定达到1 mg/L以下，浊度稳定达到1 NTU以下，该技术在煤矿矿井水资源化利用方面有明显优势，可为将来的大规模工程化推广应用提供技术参考。

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煤炭科学技术

2023年第01期

209

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深部煤炭地下气化制氢碳排放核算及碳减排潜力分析

作者(Author)：刘淑琴, 刘欢, 纪雨彤, 郭巍

摘要：创新煤炭开发利用技术以降低煤炭从生产到利用全生命周期内的碳排放，是符合我国能源禀赋特点的煤基清洁能源路线。地下气化是深部煤炭原位开采的潜力方式之一，耦合CCS/CCUS(碳捕集与封存/碳捕集、利用及封存)的深部煤炭地下气化制氢技术路线不仅可以利用丰富的深部煤炭资源，而且有望成为一种理想的煤基低成本制氢路线。基于世界上唯一的千米级深部煤炭地下气化试验数据，结合Aspen Plus过程模拟，开展了深部煤炭地下气化制氢碳排放核算及碳减排潜力分析。与商业化的Lurgi煤炭地面气化制氢路线作对比，利用生命周期评价方法建立了2种工艺的全生命周期碳排放计算模型，比较了2种制氢路线的生命周期碳排放。评估了深部煤炭地下气化制氢的CCS/CCUS路径及碳减排潜力。研究结果表明，在氢气生产能力为12亿Nm3/a情形下，深部煤炭地下气化制氢和Lurgi煤炭地面气化制氢生命周期内的碳排放分别为3.29×106 t CO2-eq (当量二氧化碳)和3.93×106 t CO2-eq，其中以废气形式直接排放进入大气的二氧化碳量分别为2.09×106 t和2.24×106 t。在氢气生产阶段的主要碳排放源为废气，包括酸性气体脱除单元排出的废气和甲烷重整单元排出的烟气。深部煤炭地下气化制氢工艺所带来的高甲烷含量特征导致生产1 kg氢气时，甲烷重整单元烟气贡献的CO2排放量达到8.84 kg。间接排放方面，由于深部煤炭地下气化直接采用液态水作为气化剂而不需要消耗外界蒸汽，因此蒸汽消耗带来的碳排放低于地面气化。Lurgi煤炭地面气化上游包含煤炭采选及煤炭运输阶段，尽管这两阶段的碳排放占比只有6.7%，但仍然会带来2.63×105 t CO2-eq的碳排放。若深部煤炭地下气化空腔在地质安全风险评估的前提下用于CO2地质储存，储存量可以达到CO2排放总量的61.8%，若再配套47万t/a的尿素装置，即可有效利用其余的CO2，形成近零排放的深部煤炭地下气化制氢及尿素联产技术路线。研究结果为深部煤炭地下气化制氢提供了碳排放定量评价的科学依据。

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煤炭科学技术

2023年第01期

300

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我国煤矿岩巷爆破掘进发展历程与新技术研究进展

作者(Author)：杨仁树, 李成孝, 陈骏, 邹凤仪, 王雁冰, 肖成龙, 张召冉

摘要：巷道是煤炭生产的动脉。基于岩巷钻爆法施工，从爆破关键技术、掘进装备、爆破器材等方面，系统梳理了我国煤矿岩巷爆破掘进经历了爆破质量控制、掘进速度提升和巷道安全服役保障3个阶段的发展历程。在总结分析3个阶段发展特点及历程的基础上，重点介绍了煤矿岩巷爆破新技术的研究进展及工程应用：(1)周边定向断裂控制爆破技术，控制了爆炸能量在介质中的分布，验证了聚能药包对于提升巷道轮廓成型质量、降低围岩损伤以及减少炮眼数量的作用。(2)掏槽眼超深爆破参数优化技术，超深与循环进尺和巷道轮廓面面积相关，超深值直接影响炮眼利用率和单耗，针对淮南顾北矿的典型案例，当超深为400 mm时，爆破效果最好。(3)孔内分段装药爆破技术，最优上段炸药占比为0.382，结合数码电子雷管进行分段起爆，开创了在煤矿巷道采用数码电子雷管爆破的先例。(4)“相似”掏槽爆破技术，从理论上分析了传统掏槽爆破与“相似”掏槽爆破的区别，提出并证实了均化抵抗线的重要性。综合应用上述爆破技术，使全断面爆破的炮眼数量从（5～6）S的平均水平降低至（3～4）S (S为巷道断面面积)，实现了增加单循环进尺、提高炮眼利用率、控制巷道轮廓成型质量、降低围岩损伤等效果。从煤矿地下空间工程全生命周期来看，不断优化的爆破技术，降低了对围岩和结构体的循环动力扰动，保障了煤矿岩巷工程的长期服役安全。

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煤炭科学技术

2023年第01期

301

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无人机遥感支持下的煤矸石山自燃监测与预警

作者(Author)：肖武, 任河, 赵艳玲, 王启元, 胡振琪

摘要：复垦后煤矸石山的复燃问题是矿区土地复垦与生态环境保护中的巨大挑战。超前和及时的自燃监测和预警对治理至关重要，同时也一直是研究和治理中的难题。研究基于无人机遥感技术，提出了一种在复垦后利用植被紫花苜蓿评估煤矸石山自燃风险的方法，并对该方法在自燃监测和预警中的可行性进行评估。以中国山西省某复垦后自燃煤矸石山为例，利用无人机搭载可见光、热红外相机获取了某复垦后煤矸石山的无人机影像，并基于无人机影像提取的图像特征估算了紫花苜蓿地上生物量、株高和植被水分信息；在此基础上提出了自燃风险评估方法，在已发生自燃的研究区A1开展预警可行性探究；同时，利用上述方法对一未知（潜在）自燃研究区A2的自燃风险进行评估。研究结果表明：（1）无人机是煤矸石山植被监测的有效工具，基于无人机遥感图像特征能够实现紫花苜蓿长势参数的精准估算。基于随机森林的紫花苜蓿生物量和植被水分估算模型在验证集上的R2分别为0.92和0.78，RMSE分别90.58 g/cm2和4.29%；基于作物高度模型的株高预测结果的R2为0.92，RMSE为7.58 cm。（2）三种紫花苜蓿长势参数均表现出了对自燃的解释能力，在空间分布上与25 cm深度土壤温度ST25cm均表现出一定的负相关性（R2= -0.43~ -0.51），且地上生物量的解释能力最优（R2= -0.51）。（3）基于紫花苜蓿生物量能够在一定程度上掌握地下自燃过程的影响范围、强度和变化方向，从而可能对煤矸石山的潜在自燃风险实现监测和预警。研究意为矿区复垦后煤矸石山的复燃防治工作提供新思路和方法支撑。

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煤炭科学技术

2023年第02期

240

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陕北黄土沟壑区采煤沉陷对黄土坡面形态的影响及土壤侵蚀效应

作者(Author)：宋世杰, 孙涛, 郑贝贝, 牛瑞琳, 阮豪, 成星

摘要：如何破解煤炭开采与水土保持之间的矛盾是实现黄河中游生态环境保护与高质量发展的关键科学问题。以陕北黄土沟壑采煤沉陷区为研究对象，针对主采煤层典型地质赋存特征，以地下采厚（9 m、7 m、5 m）、地表黄土自然坡面坡形（直线坡、凹形坡、凸形坡、复合坡）及坡度（5°、15°、25°、35°、45°）为变量，共构建了60个数值模型，基于FLAC3D数值模拟软件，研究了黄土自然坡面形态及采厚耦合作用下坡面形态演变过程与规律，基于中国水土流失方程（CSLE模型）和经验模型，计算与分析了沉陷坡面土壤侵蚀效应。研究结果表明：（1）采煤沉陷会导致地表黄土坡面的坡度增大，且采厚越大，坡度增幅越大，大采厚对采煤沉陷导致地表黄土坡面坡度的增大会产生明显的放大效应。凹形坡普遍对沉陷坡面坡度的影响显著，特别是在“采厚5 m、自然坡度>5°”、“采厚7 m、任意自然坡度”、“采厚9 m、自然坡度≤35°”条件下。无论在何种采厚及自然坡形情况下，≤5°的自然坡度对沉陷坡面坡度增幅的影响均最大。（2）采煤沉陷会导致“年侵蚀降雨”尺度下地表黄土坡面的M1增大，且采厚越大，M1增幅越大；当采厚从5 m增大到9 m时，M1增幅增大了1倍左右；4种坡形中凹形坡对沉陷坡面M1的增幅影响最大；≤15°自然坡度对沉陷坡面的M1增幅影响较大，在“采厚9 m，凹形坡”条件下超过了20%。（3）采煤沉陷会导致“典型场次侵蚀降雨”尺度下地表黄土坡面的M2增大，且采厚越大，M2增幅越大；当采厚从5 m增大到9 m时，M2增幅增大了1倍左右；4种坡形中凹形坡对沉陷坡面M2的增幅影响最大；≤15°自然坡度对沉陷坡面的M2增幅影响较大，在“采厚9 m，凹形坡”条件下超过了17%。该结果可为陕北矿区乃至黄河流域中游的水土流失精准防控与高质量发展提供科学依据。

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煤炭科学技术

2023年第02期

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