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《煤炭学报》2020年度影响力优秀学术论文

来源：煤炭学报

为繁荣煤炭科技事业，活跃学术气氛，发现优秀人才，鼓励广大煤炭科技工作者把代表性学术成果发表在祖国大地上，《煤炭学报》编辑部根据《<煤炭学报>年度影响力优秀学术论文评选办法》，组织实施了《煤炭学报》2020年度影响力优秀学术论文评选活动。

共有30篇论文入选。

行业视野: 高被引
类别; 144个
关键词; 154位
专家; 30篇
论文; 60201IP
点击量; 48717次
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我国煤矿区水环境现状及矿井水处理利用研究进展

作者(Author)：孙亚军, 陈歌, 徐智敏, 袁慧卿, 张玉卓, 周丽洁, 王鑫, 张成行, 郑洁铭

摘要：煤炭长期占据我国能源消费结构的主体地位，因煤矿建设、开采、洗选、加工、废旧煤窑和矿井关闭等引发矿区一系列水环境问题尤为突出。国家大力支持“煤炭革命”，煤炭安全绿色开采成为新时代的主题，环保部门越发重视煤矿区的水环境问题。分析研究了我国煤矿矿区现阶段的水环境现状，针对不同矿区、不同矿井水类型，从矿井水污染模式和类型、含水岩组结构破坏、水资源流失、矿区土壤重金属富集和废弃矿井水位回升诱发的环境地质问题出发，总结我国煤矿区水环境研究现状、技术水平和未来发展趋势，并以矿井水处理为重点，分析归纳了洁净矿井水(物理法)、含悬浮物矿井水(混凝和超磁分离法)、高矿化度矿井水(蒸馏、离子交换和膜分离法)、酸性矿井水(物理、化学和生物法)、特殊组分矿井水(絮凝沉淀和离子交换法)和矿井水回灌(深层回灌)的水质特点、处理工艺和优缺点,并指明了未来的研究方向。根据煤矿区矿井水资源化利用现状，提出矿井水用于工农业生产、生活和特殊组分的矿井水资源化利用的优势和局限，针对特殊组分的矿井水提出了矿井水资源化利用的技术体系和理论框架，为进一步丰富和完善矿区水资源利用提供技术支撑。最后，针对矿井水资源化利用过程中的问题提出了“阻断、减量和保护”三原则，并对未来我国煤矿区环境现状和矿井水处理利用进行了展望。

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煤炭学报

2020年第01期

2753

1551
再论煤矿区生态环境“边采边复”

作者(Author)：胡振琪, 肖武, 赵艳玲

摘要：煤炭资源开发与利用带来一系列生态环境问题，发展与保护的矛盾在经济高速发展背景下冲突日益显著。在当前生态文明建设背景下，矿区生态环境保护与修复成为热点与焦点。针对煤炭资源开发过程中形成的采煤沉陷、露天采场、固体废弃物堆积等损毁对象，以及由此产生的耕地损失、环境恶化、空气污染、矿-地冲突等矿区生态环境与社会问题，改变原有的“末端治理”理念，提出煤矿生态环境“边开采边修复”(简称“边采边复”)理念、技术以及实现路径。认为煤矿区生态环境“边采边复”是基于“源头和过程控制”的理念，而不是传统的“末端治理”理念，其特点是在采矿过程中，同步(时)治理。“边采边复”概念中的“复”既包含狭隘的“复垦(复耕)”，也包含Ecological Restoration中的“修复”的概念，其核心目的是为了及时恢复治理损伤的生态环境，缓解煤炭资源开发利用与环境保护之间的矛盾，确保矿业活动朝着可持续、循环与绿色的方向发展。因此，“边开采边复垦(广义的复垦)”、“边开采边修复”、“边开采边治理”都是一个意思，都可简称“边采边复”或“边采边治”。基于笔者提出的井工矿边采边复技术基础上，进一步凝练与阐述了煤矿区生态环境“边采边复”理念，讨论了煤矿生态环境“边采边复”的原理与类型，介绍了露天矿、采煤沉陷地、煤矸石3种主要损毁对象边采边复的关键技术。煤矿生态环境是一个整体与系统，“边采边复”是贯彻和实施山水林田湖草生命共同体，实现整体保护、系统修复与综合治理的有效保障。边采边复需要考虑治理修复过程的动态性、系统要素的均衡性、整体价值的最大性。为了促进边采边复理念与技术的发展与进步，仍有以下几个方面需要进行深入的研究:① 以系统思维的角度考虑自然资源要素的边采边复综合效益;② 加强边采边复与资源开采的耦合与优化调整机制研究;③ 加强新材料、新技术与新方法与边采边复技术的融合。

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煤炭学报

2020年第01期

2190

1119
论煤炭绿色开采的地质保障

作者(Author)：王双明, 孙强, 乔军伟, 王生全

摘要：受“缺油、少气、相对富煤”能源资源禀赋特点制约，煤炭一直是我国能源安全的基础保障。煤炭资源是地球演化过程形成的层状沉积矿产，是近地表地壳的组成部分，煤炭开采会对地质条件和生态环境造成损害。煤炭绿色开采地质保障从煤炭资源赋存地质条件出发，为实现煤炭资源安全高效开采、减缓和减小采掘工程对地质条件和生态环境损害，提供地质理论和技术支撑。从绿色开采地质保障的内涵、科学问题、技术问题、研究思路4个方面系统阐释了煤炭绿色开采地质保障理论与技术。煤炭绿色开采地质保障突出深部煤炭资源开采扰动下的地质条件变化，强调煤炭开采活动与地质结构和地表生态环境变化的整体研究，关注地下采掘工程引起时空效应范畴的地质条件变化和生态环境演化之间的耦合机制。总体研究思路是开采前精细勘查、开采过程有效减损、开采后恢复利用。采前实施空天地一体化精细勘查，查明煤系矿产资源空间赋存特征及维系地表生态系统的主要地质因素，构建涵盖煤系资源、地质条件、生态环境等要素的高精度三维模型，评价煤炭资源最佳利用方向和区域环境承载能力;采中进行地质条件损害探测、监测，揭示应力场、形变场、渗流场变化规律，研究煤系气、地下水运移和涌出特点，分析导致围岩动力灾害发生的地质因素，提出煤与瓦斯突出、水害、冲击地压等灾害超前预警理论及防控措施;采后进行采空区水体、有害气体、遗留资源的探测，巷道围岩、煤柱变形特征监测，研究煤-岩-水相互作用及采空区稳定性变化，开展地质条件及地表生态恢复演化过程研究，提出地下空间及遗留资源的综合利用理论与技术。煤炭绿色开采地质保障涵盖找煤、勘探、开采及采空区利用全过程，追求煤系矿产资源和生态环境保护协调发展。

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煤炭学报

2020年第01期

2119

1792
煤矿区煤层气开发利用新技术现状及发展趋势

作者(Author)：刘见中, 孙海涛, 雷毅, 曹偈

摘要：“十二五”以来，为响应国家油气生产供应多元化发展战略的需求，我国煤矿区煤层气开发利用技术取得了巨大的进步，虽然煤炭淘汰落后产能政策的推进使得我国煤矿数量由近20 000对直线下降到了不足5 800对，但煤层气产量仍由2010年的88亿m3提高到了2018年的184亿m3，利用率亦提升了10%，科技对产业的贡献巨大;但是也出现了单井排采产量低、气源分散性高等新的问题。因此，全面梳理了近10 a煤矿区地面抽采技术装备、井下抽采技术装备和煤矿区高、低浓度煤层气利用技术装备的科技创新、应用效果等，阐述了煤矿区煤层气开发利用在三级瓦斯地质分析技术、碎软低渗煤层地面井分段压裂顶板技术、煤层群分层控压联合排采技术、采动区地面L型顶板水平井技术、井下千米定向长钻孔技术、碎软煤层井下护孔钻进技术、智能化钻机远控钻孔技术、井下水力化压裂/割缝增渗技术等煤层气抽采技术及其配套装备最新进展和中高浓度煤层气深冷液化、低浓度煤层气分级压缩提浓、超低浓度煤层气蓄热氧化利用等煤层气利用装备的最新进展、技术指标。在此基础上，针对我国目前面临的深部开采、西部矿井开采及高强度集约化开采等特点分类整理了目前束缚煤层气产业发展的技术瓶颈和发展趋势，提出了煤炭开采与煤层气开发协同规划和联合开发的发展思路等。

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煤炭学报

2020年第01期

2244

1135
我国煤矿瓦斯爆炸抑爆减灾技术的研究进展及发展趋势

作者(Author)：余明高, 阳旭峰, 郑凯, 栾鹏鹏

摘要：瓦斯爆炸严重威胁着矿井安全开采，瓦斯爆炸防治一直是煤矿安全工作的重点之一。我国相关研究机构、学者在瓦斯爆炸防治领域开展了较广泛的研究，开发了一系列的瓦斯爆炸抑爆减灾技术及装备。本文从文献研究的角度出发，从基础研究、材料开发、装备研制3个方面对我国瓦斯抑爆减灾技术及装备的研究现状进行了综述与讨论。瓦斯爆炸及抑爆方面，国内学者主要基于实验手段，采用宏观的参数(如最大爆炸压力和最大压力上升速率等)表征瓦斯爆炸在障碍物激励或者抑爆剂抑制作用下的最终结果，缺乏对瓦斯爆炸过程中详细的爆炸或抑制过程的理论认识。瓦斯爆炸火焰传播过程中爆炸火焰-湍流-压力波的多场耦合作用下的火焰传播理论仍需完善，抑爆过程中抑爆介质对瓦斯爆炸反应的详细作用机制仍需明确。抑爆装置研制方面，近年发生的重(特)大瓦斯爆炸事故表明现有的瓦斯抑爆、控爆装备较难在矿井发生瓦斯爆炸时对瓦斯爆炸火焰实现精准探测、快速响应和高效抑爆，致使瓦斯爆炸抑爆装备在防控瓦斯爆炸过程中作用较为有限。对于瓦斯爆炸抑爆、控爆装置的配置方式及如何高效的实现抑爆、控爆功能仍需要进一步研究。减灾装备研制方面，国内学者主要考虑改变风井防爆门的结构以实现快速开启、复位功能。在这些设计中缺乏对风井防爆门在瞬时(ms)冲击作用下的破坏动态力学特征与动作响应特征的考虑。在未来，瓦斯爆炸抑爆减灾技术体系的研究以瓦斯爆炸机理及火焰传播特性理论为基础，打破以实验为主的研究手段，发展数值模拟理论模型，深入基础理论的研究;以瓦斯抑爆介质及其抑爆机理为核心，探寻具有物理和化学抑爆耦合作用机制的高效复合抑爆材料;以瓦斯抑爆装备和减灾技术为保障，发展兼顾快速、高精确度、高稳定性的瓦斯爆炸火焰探测技术，优化各抑爆、控爆设备的配置方式，研制具有抗冲击、多次泄压、快速复位、锁扣密封及自动控制功能的主-备一体化智能风井防爆门。加快数字矿山和矿井灾变智慧系统建设对瓦斯爆炸防治具有重要意义。

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煤炭学报

2020年第01期

1561

945
燃用准东煤过程中碱/碱土金属迁移规律及锅炉结渣沾污研究进展

作者(Author)：吕俊复, 史航, 吴玉新, 张扬

摘要：准东煤灰分含量低、着火温度低、燃尽性能优良，是优良的动力用煤，但准东煤灰中碱/碱土金属含量高，在燃烧过程中易挥发进入气相并冷凝在受热面上从而强化锅炉的沾污、结渣过程，要实现安全、高效、洁净燃用准东煤，需对准东煤燃烧过程中矿物尤其是碱/碱土金属转化特性和灰熔融特性进行研究。对准东煤中碱/碱土金属(AAEM)赋存形态及燃用过程中AAEM的迁移转化、煤灰熔融特性、准东煤结渣、沾污机理等研究进展进行了介绍，总结了锅炉结渣、沾污关键影响因素及目前常用的防控方法。由于实验样品和条件的差异，AAEM在煤燃烧过程中的释放、转化特性及其对灰熔融特性的影响尚未有一致结论;对于AAEM释放多采用热力学平衡计算，相应的动力学模型缺乏深入研究;由于燃烧试验台实验工况与实际锅炉烟气组分、热参数等存在一定差异，燃烧试验台获得的结渣、积灰特性能否反映真实锅炉情况有待验证;实际锅炉沉积样品分析面临锅炉工况调整困难、可重复性差等问题，需对锅炉实际结渣污特性进行深入研究;锅炉设计、掺烧、参数调整等方法仅能减轻准东煤结渣、沾污等问题，为实现准东煤的安全、高效、洁净利用，仍需更加深入的研究煤灰结渣、沾污机理。应加强灰化温度、气氛等对煤热转化中AAEM的释放和转化特性影响的系统研究,进一步开展AAEM在煤热转化过程中的释放、矿物转化动力学模型研究，同时，需针对温度、气氛、煤灰组分等对准东煤结渣、沾污的影响规律开展更加细致地研究，为结渣、沾污防控提供支持。

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煤炭学报

2020年第01期

1015

579
裂隙煤体注浆浆液扩散规律及变质量渗流模型研究

作者(Author)：魏建平, 姚邦华, 刘勇, 王登科, 崔鹏飞, 姚帅

摘要：研究煤岩裂隙中浆液扩散过程及降渗规律对于强化瓦斯抽采钻孔封孔效果具有重要意义。首先通过对注浆裂隙煤体内部质量变化进行分析，推导浆液封堵裂隙质量守恒方程及浆液流动方程;根据浆液对煤体裂隙结构影响推导了裂隙和渗透率变化方程，构建了浆液对裂隙煤体的堵漏降渗的变质量渗流模型。其次，利用注浆实验系统对裂隙煤样开展注浆试验，对注浆前后煤样分别进行CT扫描观测以及渗透率实验测定;最后，在理论模型的基础上，根据实验条件确定数值模拟初始条件及边界条件，对裂隙煤体注浆浆液扩散和降渗规律开展了数值模拟研究，结果表明:建立的基于裂隙煤体注浆的变质量渗流模型较好地反映浆液颗粒沉积过程对煤体裂隙结构及渗透率的影响;模型计算的浆液扩散与渗透率变化规律与试验结果吻合较好，验证了模型的合理性;在浆液渗流扩散作用下，煤体裂隙内浆液颗粒逐渐扩散并沉积，裂隙不断被充填，导致裂隙煤体渗透率不断下降。研究成果为定量分析注浆浆液颗粒运移规律、强化抽采钻孔封孔效果提供了新的思路。

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煤炭学报

2020年第01期

1024

669
冲击地压应力波作用机理

作者(Author)：王恩元, 冯俊军, 张奇明, 孔祥国, 刘晓斐

摘要：针对动载扰动下大型冲击地压的发生及演化过程难题，分析了采场动载应力波的产生机制，研究了动载应力波与静载耦合作用下煤岩体冲击破坏规律，从应力波的产生、传播与致灾过程详细解释了大型冲击地压演化机理。研究结果表明，采场高位坚硬顶板断裂与深部应力集中区煤体破断所产生的动载应力波幅值随着煤岩体强度增大而升高，应力波持续时间随着破断尺度增大而增大，说明在煤矿开采过程中，顶板或煤体强度越高、破断尺度越大，越容易产生大能量的动载应力波;动静载耦合冲击破坏实验结果证实，高静载、高动载应力波、静载与应力波耦合加载条件均能使煤岩体发生冲击破坏，且随着轴向静载的增大，试样发生冲击破坏所需的临界动载应力波强度先增大后减小，其上升段与下降段的分界点约为单轴抗压强度50%。当静载达到该临界点时，煤体发生冲击破坏所需的动载应力波强度急剧减小，说明高地应力环境煤岩体受到动载应力波的影响更为显著;现场大尺度模拟分析表明，动载应力波作用下，采场煤岩体塑性破坏区范围逐渐增加并主要集中在巷道两侧，且随着应力波幅值和持续时间增加，塑性破坏区范围不断扩大;研究提出了冲击地压应力波作用机理:动载扰动下冲击地压是静载、动载应力波与煤岩体结构耦合作用的结果，采场煤岩体大尺度破断产生高能量动载应力波，应力波与地应力耦合作用导致采掘空间围岩发生大范围破坏，最终形成冲击地压灾害。

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煤炭学报

2020年第01期

1532

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