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《煤炭学报》“卓越科学家”特刊

来源：煤炭学报

“卓越科学家”特刊为《煤炭学报》2023年第1期。

行业视野: 高端智库
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关键词; 211位
专家; 37篇
论文; 13620IP
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《煤炭学报》2023年第1期封面

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煤炭学报

2023年第01期

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《煤炭学报》2023年第1期目录

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煤炭学报

2023年第01期

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煤矿透明地质模型动态重构的关键技术与路径思考

作者(Author)：袁亮, 张平松

摘要：围绕煤炭“双碳”发展战略及智能精准开采需求，构建与智能化煤矿建设相匹配的透明地质保障体系，首要任务是提高地质条件透明化理论方法和技术水平。地质条件的精准判识对煤炭资源安全高效开发尤为关键，但由于地质条件多样、特殊、复杂，现阶段地质透明化及动态过程研究程度仍然不够充分。钻、掘、采、落是煤炭安全精准开发及矿井建设中的 4 个基本步骤，其对应的透明化条件场景涵盖钻孔、巷道、采煤工作面、采空区及废弃矿井等诸多内容。因此，随钻、随掘、随采、随落(后称“四随”)系列物探一体化透明信息的收集与表征至关重要。提出“四随”地质信息重构概念，基于不同的点、线、面、体信息的汇集与整合，逐步形成透明工作面、透明采区、透明煤矿动态的地质模型体系。具体而言，结合井下施工的钻孔所探查和揭露信息，形成孔周边特别是“随钻”过程中的惯性导航、煤岩识别、虚拟地质模型重构等技术突破;利用掘进机械在巷道工作面施工进程中超前探测与岩性分析，“ 随掘” 获得对前方及周边一定范围内地质条件的物性成像和异常判断;根据割煤机及巷道空间布设探测与识别探头，对煤层、顶底板空间岩层进行“ 随采” 过程的精准识别与异常判定，提高对割煤区煤厚及地质灾害体的预报精度;依托布设在采空区的浓度、渗流、湿度、温度、应力、应变等传感器，“ 随落” 过程对采后各类环境及灾害条件进行数据监测与跟踪，提高对异常体和剩余资源的判识能力。基于“四随”动态高精度探查技术，进一步研发地层、构造、采场、资源等多源地质地球物理场数据信息融合技术，通过“ 四随” 探测数据实时获取与融合处理，提高地质信息实时感知与交互能力，辅以虚拟可视、成像等技术，实时修正静态地质模型，完成动态地质模型重构，逐步实现煤矿地质条件的全透明化。通过构建煤矿生产全生命周期智能化信息平台，实现云端信息综合诊断和预警互助，为智能化煤矿建设及资源化评价利用提供可靠的技术支撑。

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煤炭学报

2023年第01期

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深部软岩巷道围岩扩容与流变特性模拟研究及应用

作者(Author)：康红普, 伊康

摘要：深部软岩回采巷道围岩劣化、扩容和流变效应显著。基于增量塑性流动理论和流变理论，将改进伯格斯体、改进黏塑性体和应变软化塑性体串联建立了 BVS 模型，可描述围岩应变软化、塑性扩容、蠕变三阶段、稳定与非稳定蠕变、流变损伤和流变扩容 6 个力学特性。推导了该模型的三维增量本构方程，并开发出可供FLAC3D调用的数值形式。结合三维增量本构方程导出的参数辨识公式和中煤能源新集口孜东煤矿岩样试验数据，辨识了 BVS 模型的 19 个输入参数，并采用试验数据、理论解和数值计算结果相互印证的方式，对多种加载条件下单元件应力-应变响应、力学特性和模型整体进行严格校核。将 BVS 模型用于口孜东煤矿 121302 运输巷进行数值模拟计算，结果表明:掘进扰动较弱;流变期间围岩大范围持续劣化，呈顶板下沉量较小、巷帮锚固体整体内移和剧烈底臌的特点;回采影响强烈，使围岩大范围劣化，巷道断面强烈变形。底板泥岩持续臌起驱动不断扩容的底煤挤入巷道空间是发生剧烈底臌的主要原因;底板深度 1.5 m 处流变直接导致的软化参量全程仅占比0~16%，但流变损伤引起应力调整，间接导致软化参量增大。将数值模拟计算结果与井下实测数据进行了对比分析，表明 BVS 模型基本能反映深部软岩回采巷道围岩变形与破坏规律，但是 2 者还存在较大差异，仍需进一步完善 BVS 模型。

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2023年第01期

535

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煤矿无人化智能开采系统理论与技术研发进展

作者(Author)：王国法, 张良, 李首滨, 李森, 冯银辉, 孟令宇, 南柄飞, 杜明, 付振, 李然, 王峰, 刘清, 王丹丹

摘要：提出以矿井物联网和先进传感等通信方式为支撑环境，构建“ 感知、传输、决策、执行、运维、监管”六维度智能开采控制系统;基于此系统架构，提出无人化智能开采控制技术路线和系统方案;最后，对煤矿无人化智能开采系统的理论和技术研发最新进展进行了详细论述。利用双光谱热红外摄像及图像增强技术，解决综采工作面生产工况条件下的视觉监控透尘问题;提出多目视频帧图像融合和全景视频拼接技术，解决工作面大视角覆盖以及实时无死角视频监控问题;利用三维颜色查找法，解决增强算法在质量和实时性难以满足井下视觉测量任务的问题。工作面设备自适应控制进一步发展:构建精准三维地质模型，进行开采预测和模型动态修正，为智能开采提供精准地质保障;结合采煤机截割模板修正技术、工作面多源信息融合智能控制技术，规划采煤机割煤路线;利用新一代信息技术，实现高质量的视频传输，满足智能控制及感知设备的无线接入;利用远距离液压保障技术，在有限开采空间内减轻检修强度、增加安全性。在行业当前普遍采用的“工作面内自动控制+远程干预模式” 的智能化开采技术基础上，提出了新一代无人化智能采煤控制技术方法，设计了“ 井上智能决策、井下自动执行、面内无人作业” 的智能无人开采模式;提出聚焦“ 一网到底” 的网络型控制系统、基于透明地质的采煤机自主规划割煤技术、云台摄像机自动跟机视频技术以及基于一体化操作座椅的地面远控平台等关键技术的研发，并应用于黄陵一矿 627 智能化工作面，实现工作面 1 人巡视，采煤机自主规划截割，地面 2 人远程辅助控制的常态化生产。

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2023年第01期

522

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煤矿机器人技术新进展及新方向

作者(Author)：葛世荣, 胡而已, 李允旺

摘要：煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的必经之路，煤矿机器人研发应用推动煤矿智能化迈向高水平，同时智能化的全面建设和发展又给机器人的大面积推广应用提供了广阔的工业应用场景。本文研究提出了完整的煤矿机器人技术体系框架，精确定义了煤矿机器人的技术底座和产品外沿，广义煤矿机器人包括单体机器人、机器人化装备、机器人集群和无人化系统等。科学阐明了煤矿机器人研发的共性关键技术支撑，提出了通过与5G、工业互联网、大数据、人工智能、数字孪生等新技术交叉融合，大幅提升煤矿机器人的自主化和智能化应用水平，通过建立科学完备的煤矿机器人行业标准规范体系，实现各类机器人的定制化研发和标准化生产。具体分析了煤矿机器人的防爆设计、机械系统创新、动力驱动、智能传感、定位导航、井下通信等共性关键技术研究进展，综述了当前我国各类煤矿机器人的研发应用现状。提出了未来煤矿机器人研发的新方向：研发变胞机器人，通过机构创新，提高井下地形适应能力；推广机器人化采掘系统，提升采矿装备的整体智能化水平和开采作业效率；发展人机环共融机器人，提高煤矿机器人自主化和协作水平；加快全矿井机器人系统数字孪生，提高煤矿机器人常态化运行水平。

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2023年第01期

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采动覆岩与地表下沉关系模型及离层量估算方法

作者(Author)：崔希民, 高宇, 李培现, 李梓豪, 张文豪, 彭小沾, 康新亮

摘要：地下开采可能导致地表沉陷、基础设施损毁、土地破坏或地面积水等，进而诱发生态环境恶化。而采空区固体充填和覆岩离层注浆是控制岩层移动，减小采动损害的有效技术手段。传统的覆岩离层注浆往往采用关键层理论、数值模拟、相似材料模型实验和理论分析手段，因涉及的物理力学参数多、边界条件限制等，计算过程复杂，仅能给出离层层位，难以定量确定离层量。开采沉陷研究表明，采动覆岩与地表移动方向指向采空中心，移动边界可以简化为线性边界，基于下沉盆地主断面上地表下沉与任一覆岩下沉的面积相等和煤系地层的层状特征，构建了采动覆岩与地表下沉的关系模型，较好地反映了覆岩与地表下沉随边界角、工作面宽度、开采深度的发展演化规律。采动覆岩与地表下沉比值随埋藏深度增加而增大，反映了采动下沉效应从顶板向覆岩、地表的传递规律;随着宽深比的增加，同一层位岩层下沉与地表下沉比值减小，地表下沉增大;当边界角减小时，地表下沉范围增大，地表下沉值减小。结合钻孔揭示的覆岩结构与组合，可以逐层计算上覆岩层和地表的下沉值，利用两相邻岩层下沉的非一致性，可以确定各岩层间的离层量，通过计算导水裂隙带高度，剔除导水裂隙带内无法形成封闭充填空间的无效离层，进而优选确定出适用于覆岩离层注浆的最大离层及层位，为覆岩离层注浆减沉设计提供了简单、便捷的离层识别方法和离层量定量计算方法。

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煤炭学报

2023年第01期

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我国综放开采40年及展望

作者(Author)：王家臣

摘要：我国应用和创新发展综放开采技术 40 a 来，取得了巨大成功和重大科技创新，实现了厚煤层一次采全高和高产高效低成本开采，综放开采技术已经成为我国开采厚煤层的主要方法，也是我国在世界煤炭开采行业的标志性技术。在综放开采技术发展过程中，先后试验了高位放煤、中位放煤、低位放煤，最终形成了我国的低位放煤综放开采技术。支架结构形式从早期的四柱支架发展到今天四柱与两柱并存的局面，对于智能开采工作面两柱支架更具优势。我国的综放开采技术可以分为 2 个阶段。在前 20 a 的探索和推广应用阶段，针对我国煤层条件，充分发挥了综放开采的技术优势，形成了高产高效综放开采模式、“ 三软” 厚煤层综放开采模式、“ 两硬” 厚煤层综放开采模式、急倾斜厚煤层综放开采模式等。在最近 20 a 的技术创新和输出阶段，我国创造性地开发了特厚煤层大采高综放开采技术、急倾斜厚煤层综放开采技术等，在智能化开采与智能放煤技术等方面取得了突破性进展，实现了综放开采技术从引进到输出的飞跃式发展。我国已经形成了一批专注综放开采技术研究的科技队伍，无论是综放开采的理论成果，还是技术成果都遥遥领先于世界其他国家。综放开采技术的进一步发展需要集中到综放工作面的全面智能化开采、智能放煤技术开发，提高工作面端头顶煤采出率技术，开发基于采动岩层运动的保水开采、绿色开采和减灾开采等技术，建立覆岩运动的统一场理论，研究综放开采低碳技术路径。

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煤炭学报

2023年第01期

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