2021年度《煤炭学报》“领跑者5000（F5000）”论文

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2021年度《煤炭学报》“领跑者5000（F5000）”论文

来源：煤炭学报

行业视野: F5000
类别; 95个
关键词; 79位
专家; 20篇
论文; 50093IP
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黄河流域煤矿区生态环境修复关键技术与战略思考

作者(Author)：彭苏萍, 毕银丽

摘要：针对黄河流域煤矿区所处的战略地位，剖析了该流域生态环境面临的主要问题，认为水资源短缺是该流域中上游生态环境治理的瓶颈，现有技术与方法还不能支撑黄河流域煤矿开采与生态环境的协调发展，理论与技术的创新将成为新的关注热点。分析了国内外煤矿开采的岩层结构及采动裂隙演化规律、地下水资源保护、煤炭开采对水和生态环境影响的研究现状，提出了黄河流域煤矿区生态环境修复应结合煤层赋存特点和煤层开采工艺技术，对上覆岩层产生的裂隙发育特征与展布格局，裂隙与地表水和矿井水的导通与耦合关系，裂隙对地表生态发育与退化作用，生态环境修复关键技术与方法等进行了系统描述。提出黄河流域中上游煤矿区生态环境修复关键是水的保护与利用，要采用四维综合监测方法，揭示采矿全周期的地下水、表层水运移及地表生态环境演变规律。要针对黄河流域不同煤矿区开发过程对水土资源受损的影响程度与范围，研究并形成黄河流域煤矿生态环境修复关键技术，构建黄河流域煤炭开发的生态安全评价体系及调控模式。要改变传统认为煤炭开采只是对生态环境破坏的旧观念，充分利用煤炭开采过程对上覆岩层产生裂隙这一类似“松土”的作用动力，减缓干旱半干旱地区极易形成的次生盐碱化现象，积极将人工修复技术和生态自修复作用相结合，实现从被动防治到主动治理，使煤矿区生态环境修复成为黄河流域生态治理的典范，并为其他行业应用提供借鉴。最后提出黄河流域煤矿区生态环境修复今后工作重点与发展模式，来实现生态环境修复可持续发展。

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煤炭学报

2020年第04期

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褐煤直接液化过程中存在的问题与思考

作者(Author)：李文英

摘要：褐煤是初具芳香结构基本单元、煤化程度最低的一种煤，因其具有较高的H/C原子比、挥发分以及镜质组含量而具有良好的液化性能。同时，因O/C原子比含量高，加氢反应过程中容易生成水，不利于原料煤中含氧官能团在直接液化过程中有效生产潜在高附加值含氧化合物。在供氢溶剂存在下，褐煤大分子结构单元含有多种含氧官能团，如酚类、醇类、羧基、醚类等，在热转化过程中表现出不同的反应行为。在氢自由基不足的情况下，裂解产生的苯氧自由基容易发生缩合反应;在氢自由基充足时可将苯氧自由基稳定至酚类，这些稳定后的酚类化合物在较高的温度下将发生脱羟基反应生成水。上述两个过程都在很大程度上降低了生成含氧有机化合物的可能性。以酚类化合物为主要目标产物为例，既要考虑对褐煤中含有酚羟基官能团在加氢转化过程中的保护，又要考虑醚键、醇类等官能团缩聚向酚类物质的转化。与此同时，探索产生水或COx的最小化工况，不仅有助于减少氢的消耗，也相应获得高附加值的有机含氧化合物。因此，探索煤中含氧官能团在供氢体系下加热过程中如何得到“保留”和“抑制缩聚”的机制是很有必要的。本文旨在分析褐煤中含氧官能团热加氢转化行为，围绕含氧芳香族化合物高值产品导向生产存在的问题，提出定向转化的研究思路，并针对褐煤本身特点提出其高值化利用路径合理建议。

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煤炭学报

2020年第01期

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煤矿机器人体系及关键技术

作者(Author)：葛世荣, 胡而已, 裴文良

摘要：我国煤炭开采已从机械化、自动化正逐步向智能化迈进，煤矿智能化是涉及煤炭资源勘查、矿井建设、煤矿开采、安全保障、洗选分销等多个环节的系统工程，煤矿智能化发展需要经历自动化、信息化、互联化、智能化4个阶段，研发推广应用煤矿机器人是实现煤矿智能化、无人化的重要途径。综述了当前我国煤矿机器人领域的研究现状，科学阐明了煤矿机器人的概念和定义，详细分析了煤矿机器人研发历程和未来技术产品发展趋势。研究了煤矿机器人的分类方法，针对煤矿机器人的不同面向对象、作业区域、功能属性，构建了科学合理的煤矿机器人分类体系，从作业类型角度将煤矿机器人划分为掘进、采煤、运输、安控、救援五大类，结合目前机器人和人工智能技术领域的先进技术发展水平，按照由易到难、先零后整、各点突破、整体推进的基本原则，规划了不同种类、层次煤矿机器人的研发路径。提出了煤矿机器人研发过程中亟需突破的八大共性关键技术，包括:煤矿机器人防爆安全设计理论及方法、长续航高能量密度机器人动力技术、井下受限封闭环境下机器人自主精准定位导航技术、煤矿机器人的高可靠抗干扰通讯技术、煤矿复杂环境下机器人智能感知与险情识别技术、井下机器人群协同控制决策机制、煤矿机器人可靠性测试评估方法、煤矿机器人模块化设计方法,初步建立了我国煤矿机器人研发技术体系。

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煤炭学报

2020年第01期

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煤炭智能精准开采工作面地质模型梯级构建及其关键技术

作者(Author)：程建远, 朱梦博, 王云宏, 岳辉, 崔伟雄

摘要：随着国家大力推进工业化与信息化融合，煤炭智能精准开采已经成为行业大趋势，众多煤炭企业和科研院所开展了一系列试验研究和工业示范工程。然而，地质条件的适应性不足已经成为制约煤炭智能精准开采的技术瓶颈，迫切需要构建高精度、透明化的工作面三维地质模型。以黄陵煤矿某智能化工作面为例，分析了智能精准开采对地质透明化的时空需求，一方面要确保工作面前方未采区域一定范围内地质条件的“透明化”，另一方面要在采煤机完成一次截割的时间内完成透明化工作面三维地质模型的动态更新。统筹分析工作面地质探测技术现状和智能开采的集控水平，提出了构建透明工作面三维地质模型的总体思路:按照不同的地质、采掘阶段，将回采工作面地质模型分为4个层级，即黑箱模型、灰箱模型、白箱模型和透明模型。在工作面设计阶段，基于地面钻探与采区三维地震资料，可以构建工作面的“黑箱模型”，其精度处于“十米级”;在工作面掘进阶段，开展三维地震资料地质动态解释，可以构建工作面的“灰箱模型”，其精度处于“十米级~米级”;在工作面采前阶段，综合利用槽波、坑透等工作面地质勘探技术，可以构建工作面的“白箱模型”，其精度能够达到“米级~亚米级”;在工作面回采阶段，动态融入回采揭露的地质信息，并进行随采地震动态监测，可以构建起工作面前方50 m的工作面“透明模型”，其精度达到“亚米级”。为此，亟需研发一批关键技术与装备，主要包括三维地震资料地质动态解释技术、煤矿井下孔中物探技术与装备、回采工作面随采地震监测技术、工作面监测数据地质信息提取和多源异构地质信息动态融合技术等，逐级构建智能开采工作面的地质模型，渐次实现工作面的三维地质透明化，为煤炭智能精准开采提供地质保障。

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煤炭学报

2019年第08期

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基于压汞、低温N₂吸附和CO₂吸附的构造煤孔隙结构表征

作者(Author)：李阳, 张玉贵, 张浪, 侯金玲

摘要：我国煤层受多期次构造运动影响构造煤普遍发育，构造煤孔隙大小分布尺度较广(毫米～纳米级)，孔隙结构较为复杂。不同尺度的孔隙结构控制着煤层气的吸附-解吸(孔隙表面)、扩散(纳米级孔隙)与渗流(微米~毫米级孔隙)等过程，是影响煤层气储存与运移的重要因素。为研究构造煤不同尺度孔隙结构的分布特征与演化规律，在潞安矿区采集4种破坏类型煤样，利用压汞法、低温N2吸附法及CO2吸附法分别测试了煤样的孔隙分布特征，对比分析了各测试方法的优势孔径段，提出利用CO2吸附法表征构造煤微孔(<2 nm)、低温N2吸附法表征介孔(2～50 nm)、压汞法表征大孔结构(>50 nm)的孔隙结构多尺度联合表征方法。实验结果表明所采煤样的孔容和孔比表面积均主要分布在微孔阶段，在0.6 nm左右时的孔隙孔容量和孔比表面积达到最大，其中微孔容占总孔容的70%以上，微孔孔比表面积占总孔比表面积的99%以上，煤中孔容和孔比表面积分布存在微孔>大孔>介孔的规律。分析构造煤孔隙特征与煤体破坏类型的关系，随煤破坏程度增加，孔容和孔比表面积逐渐增高，大孔孔容比及介孔孔容比逐渐增大，微孔孔容比逐渐减小;孔容增幅主要体现在大孔阶段，比表面积增幅则主要体现在微孔阶段。其中大孔演化主要受控于角砾孔、碎粒孔及摩擦孔等外生孔，介孔演化受控于煤的大分子堆叠结构及分子间距，微孔演化主要受控于煤中芳香层片大小及排列方式。

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煤炭学报

2019年第04期

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煤矿智能化———煤炭工业高质量发展的核心技术支撑

作者(Author)：王国法, 刘峰, 庞义辉, 任怀伟, 马英

摘要：提出了煤矿智能化是煤炭工业高质量发展核心技术支撑的科学思想，阐述了煤矿智能化的定义和总体要求，明确了煤矿智能化发展的目标是建设智慧煤矿，分析了煤矿智能、智慧、信息化、数字化等术语的内涵和关联关系，提出了我国煤矿智能化建设原则和阶段目标。进行了煤矿智能化顶层设计，提出了统筹规划煤矿智能化发展模式、科学设计智慧煤矿总体架构、建设100个智能化示范煤矿的发展思路。探讨了井工煤矿精准地质探测与4D-GIS系统、智能化开拓规划与工作面设计、智能化巷道快速掘进成套技术、智能化综采工作面成套技术、智能化主/辅运输技术、危险源智能感知与预警技术、智能化洗选系统、智能化综合保障技术、矿井物联网综合管控系统和操作平台等主要环节的发展路线。阐述了露天煤矿智能化发展方向，提出了建设露天煤矿信息化系统、开发露天煤矿智能化连续开采技术、建立露天煤矿空-天-地一体化安全预警系统、推进露天煤矿生态环境协调绿色发展的理念。大力发展煤机装备智能制造，提高煤机装备的可靠性与适应性，促进煤炭资源开发的机器人化替代，为煤矿智能化发展提供智能装备保障。提出了加大煤矿智能化发展政策支持、设立煤矿智能化标准体系建设专项、建立国家级煤矿智能化技术创新研发实验平台等政策建议。

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煤炭学报

2019年第02期

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智慧煤矿与智能化开采关键核心技术分析

作者(Author)：王国法, 赵国瑞, 任怀伟

摘要：为解决煤炭开采面临的突出问题，找到煤炭开采未来发展方向和急需突破的关键核心技术，分析了国内外能源结构及煤炭的现状，指出利用科技进步实现安全高效绿色开采和清洁高效利用是煤炭的发展方向，建设智慧煤矿发展智能化开采是煤炭工业发展的必然选择。提出了智慧煤矿的内涵和3个基础理论问题及研究方向:① 数字煤矿多源异构数据的统一表达及信息动态关联关系;② 复杂围岩环境-开采系统作用机理及设备群全程路径和姿态智能控制的理论基础;③ 矿井设备群的系统健康状况预测、维护决策机制。提出了建设智慧煤矿MOS多系统综合管理、井下机器人群协同智慧和馈电管理、井下精确定位导航和5G通信管理、地质及矿井采掘运通信息动态管理、视频增强及实时数据驱动三维场景再现远程干预、环境及危险源感知与安全预警系统管理、智能化无人工作面系统管理和全矿井设备和设施健康管理八大智能系统管理操作平台的构想，分析了各平台的功能、特征和关键核心问题，提出了相应的建设路径和方法;分析了智慧煤矿的构成和建设目标，提出了智能化开采的八大核心技术短板和亟待攻破的关键技术，提出了技术层面从数据获取利用、智能决策和装备研发3个主要方向进行突破，管理层面从科学产能布局、专业化运行服务和建立新规范规程体系等促进发展的措施，指出了智慧煤矿和智能化开采技术发展的目标和实现路径。

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煤炭学报

2019年第01期

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煤矿千米深井围岩控制及智能开采技术构想

作者(Author)：康红普, 王国法, 姜鹏飞, 王家臣, 张农, 靖洪文, 黄炳香, 杨宝贵, 管学茂, 王志根

摘要：深地资源开发是我国未来科技发展的重要方向。在分析煤矿千米深井围岩控制及智能开采技术现状和问题的基础上,围绕安全、高效开采这一主题,综合考虑巷道和采煤工作面相互影响,以合理加大工作面长度,实现生产集约化,降低掘进率、提高煤炭回收率为思路,提出要解决的关键科学问题与技术构想。关键科学问题有4个:千米深井巷道围岩大变形机理;巷道围岩支护―改性―卸压协同控制原理;350 m超长工作面应力与覆岩结构演化机理;超长工作面多信息融合智能开采模式,为千米深井围岩控制及智能开采提供理论基础。针对千米深井巷道围岩高应力、强采动的特点,提出巷道支护―改性―卸压"三位一体"协同控制技术,实现高预应力、高强度、高冲击韧性锚杆主动支护,高压劈裂注浆主动改性及水力压裂主动卸压的"三主动"协同作用,解决千米深井巷道围岩控制难题。针对千米深井超长工作面开采过程中覆岩分区破断、矿压动态迁移的特点,以围岩控制为核心,研发液压支架抗冲击技术,开发超长工作面多信息融合的液压支架自适应群组协同控制技术与装备,并系统集成采煤机等其他工作面设备,最终形成千米深井超长工作面智能开采成套技术体系,为深部煤炭资源安全、高效、高回收率开采提供理论与技术保障。

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煤炭学报

2018年第07期

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