28篇“矿井瓦斯”热文深度剖析：如何抓住领域研究热点？

长期以来，科学前沿的重点领域和方向一直是科学家团体、科技规划部门、科技行业管理者、产业经济界等密切关注的问题。而对学术论文、学术关系等的计量分析，可以揭示学科发展趋势，展现重点领域和方向。为此《煤炭科学技术》编辑部从近3年来发表的100余篇“矿井瓦斯”论文选出28篇具有前瞻性的论文，通过提炼研究创新点，助力科学家快速抓住领域研究热点。

行业视野: 煤层气
类别; 128个
关键词; 131位
专家; 28篇
论文; 14006IP
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煤矿瓦斯灾害风险隐患大数据监测预警云平台与应用

作者(Author)：王恩元, 李忠辉, 李保林, 覃奔, 徐剑坤, 李楠, 夏宏宇, 张国锐, 李阳, 冯小军, 刘晓斐

摘要：瓦斯灾害仍然是我国深部煤矿开采的主要灾害，随着采深及开采强度的加大，危险性日趋严重。瓦斯灾害影响因素及耦合关系非常复杂，灾害事故时有发生。基于安全监测大数据进行瓦斯灾害和风险隐患一体化分析预警已成为煤矿安全管理、监管和监察的迫切需求。分析了瓦斯灾害与风险隐患的大数据特征，提出了基于安全监测大数据的瓦斯灾害风险隐患识别与突出危险性预警方法，研发了煤矿瓦斯灾害风险隐患大数据监测预警云平台，实现了动态信息资源“一张图”，并进行验证和应用。通过集成和挖掘分析所有相关实时数据、变化趋势及耦合关系实现了煤矿瓦斯灾害风险隐患大数据监测、自动识别、预警和结果分级推送等。

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煤炭科学技术

2022年第01期

529

1244
密度梯度驱动的煤粒瓦斯解吸扩散模型及试验研究

作者(Author)：秦跃平, 徐浩, 毋凡, 张凤杰

摘要：为解决菲克扩散模型在煤粒瓦斯解吸扩散过程中存在较大偏差的问题，更好地解释瓦斯在煤粒中的解吸扩散机制，首先开展了封闭空间煤粒瓦斯解吸试验，得到不同初始解吸压力下的煤样瓦斯解吸数据，并评估了4种解吸经验公式的精确性；随后回顾了浓度梯度驱动的菲克扩散模型，提出了游离瓦斯密度梯度驱动的新扩散模型；在此基础上，建立了相关的解吸扩散数学方程，并采用有限差分数值方法进行数值解算；最后将新模型与菲克模型的解算结果以及试验数据进行比较，讨论了新瓦斯扩散模型的优势。结果表明：不同的解吸经验公式拟合试验数据的精确度差异较大，优选出了一种能够在全试验时间尺度下拟合情况良好的经验公式；4种不同初始解吸压力条件下的新扩散模型的数值预测结果在整个试验时间尺度内与试验数据基本一致；相对来说，基于菲克扩散模型数值解算的结果准确性不高；在保证理论预测精度的前提下，新扩散模型中的微孔道扩散系数不随时间和压力而改变；而建立在常扩散系数的假设之上的经典菲克扩散模型的解析解和数值解会产生较大误差。新模型可以更合理和准确地描述瓦斯解吸扩散行为。研究结果旨在为瓦斯解吸扩散机理的认识、瓦斯突出解吸指标及煤层瓦斯含量的标定等工作提供一些新的思路和参考。

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煤炭科学技术

2022年第01期

285

508
瓦斯抑爆材料及机理研究进展与发展趋势

作者(Author)：程方明, 南凡, 罗振敏, 康晓锋

摘要：为了有效控制和降低瓦斯爆炸事故带来的破坏效应，不断完善抑爆理论体系，在调研国内外抑制瓦斯爆炸相关文献的基础上，按抑爆材料种类的不同，分别从气体、水雾、粉体以及多相复合抑爆4个方面总结和分析了近年来瓦斯抑爆材料和抑爆机理的研究进展，并提出未来的创新发展趋势。大部分研究通过试验研究对比分析各类材料抑爆效果的差异性，结合最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率、爆炸极限、爆炸威力指数、火焰传播、火焰温度等特征参数的变化规律，基于理论分析和数值模拟解释其爆炸抑制机理，主要基于物理惰化可燃气体及氧气浓度、冷却或吸收爆炸区域热量、隔绝热传递、消除甲烷爆炸支链反应产生的H、O、OH等关键自由基等进行瓦斯抑爆机理分析，发现能有效探明抑爆材料影响瓦斯爆炸反应微观作用机理的试验检测手段明显不足。多相态材料复合抑爆是近年来研究的热点，发现了多种抑爆材料联合使用时会出现协同增效现象，其抑爆效果明显比单一材料使用时抑爆效果好，但其协同抑爆机理尚未揭示清楚，有待深入研究。多种材料的组合抑爆规律、多种材料协同抑爆机理的精准揭示、使用先进的试验设备检测反应微观过程、高效环保的新材料抑爆剂研发等将是未来瓦斯抑爆研究的重点。

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煤炭科学技术

2021年第08期

290

470
水力冲孔对煤微观孔隙和结构成分影响的试验研究

作者(Author)：李冰, 刘见宝, 任建刚, 陈锋, 宋志敏

摘要：煤矿瓦斯灾害严重制约着我国煤炭工业的发展，瓦斯灾害大多发生在透气性低和抽采效果差的低渗透性煤层中，目前水力冲孔技术是针对低渗透性煤层的一种较为有效的治理手段。为探讨水力冲孔技术对煤微观孔隙和结构成分的影响，利用压汞、液氮、甲烷等温吸附、傅里叶红外光谱和拉曼光谱等测试分析手段，对水力冲孔前后的煤样进行了微观孔隙、甲烷吸附性能和结构成分等方面的试验研究。结果表明，冲孔过程对于煤体内部微观孔隙具有一定的改造作用，主要集中在过渡孔（尤其是50 nm以下）和微孔段。不同温度下，冲孔过程均使煤的甲烷吸附性能显著提高，提高幅度可达1～2倍。冲孔后煤样的傅里叶红外光谱各峰位强度有所减小，拉曼光谱D峰和G峰面积有所增大，即冲孔过程对煤的结构成分也产生了影响，主要表现为官能团的相对含量变化、结构缺陷发育和芳香型碳富集。水力冲孔作用不仅可大幅改善煤体内部的孔隙通道，从而提升煤体内部瓦斯的解吸-扩散-渗流能力，还可使煤体新产生一些小分子结构的气体，且赋存于煤体内部丰富的孔隙结构中。水力冲孔后煤体这些微观孔隙和结构成分的变化，很好地解释了生产现场水力冲孔后煤体的瓦斯抽采效率提升，瓦斯流量衰减系数较小和持续抽采能力变强这一宏观现象。

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煤炭科学技术

2021年第08期

187

389
煤矿动力灾害广义“三因素”机理探讨

作者(Author)：李海涛, 齐庆新, 赵善坤, 李宏艳, 舒龙勇, 陈理强

摘要：目前煤矿动力灾害的机理类研究多基于单一要素开展，由此获得的结论具有相对独立性，进而使得动力灾害研究呈现出复杂化的趋势。为回归其弹性能大量积聚和剧烈释放的本质，增强相关研究的关联性，以弹性能积聚为线索，通过常识推理提出了煤矿动力灾害形成的基本逻辑，包括：持续的能量补给；保证能量形式为弹性能的介质属性；能够使弹性能积聚至致灾量级且可以失效的制约机制，并指出，“能量源”包括稳定和偶发2种形式，前者来自开采卸荷后的等效加载作用，后者来自动载扰动；“介质属性”狭义上指物质种类，但对于冲击倾向性、渗透性等受限于细观结构的属性同样纳入本概念中；制约机制则是弹性能积聚至致灾量级并产生剧烈释放的关键，以结构面和块体组合为具体形式，是实现人为干预防灾的切入点。并将其分别概括为“力源因素”、“物性因素”和“结构因素”，其中，物性因素是一切行为的基础，力源因素与结构因素具有密切的互馈作用，据此提出了广义“三因素”机理，给出了其潜在应用场景及未来研究方向。

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煤炭科学技术

2021年第06期

826

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深部开采卸压瓦斯精准抽采体系构建及实践

作者(Author)：李树刚, 杨二豪, 林海飞, 赵鹏翔

摘要：为推进瓦斯治理水平高质量发展，以国内外研究进展为基础，建立了煤层瓦斯含量测定、瓦斯涌出量预测、瓦斯储运区辨识圈定、抽采方法确定、抽采参数设计、抽采工程施工、计量监测评价及调控的采动卸压瓦斯抽采全环节，从“精确度”“准确度”“精细度”对卸压瓦斯“精准抽采”内涵进行了阐释。以深部开采卸压瓦斯抽采关键问题为核心，主要内容为基石，重点技术为依托，手段与方法为途径，工程实践为验证，构建了多层级精准抽采体系框架。通过总结现有瓦斯涌出量预测的常用方法，得出瓦斯涌出量预测的一般箱体模型；以理论推导、试验模拟和现场反演3个方面研究为基础，提出了卸压瓦斯高效抽采区域精准辨识方法和流程；根据不同设计依据建立了卸压瓦斯精准抽采工程精准施工设计流程；以抽采数据动态感知、抽采效果评价及管网优化、抽采系统决策与调节为主要研究内容，提出了卸压瓦斯抽采精准调控的3个研究课题和研究思路；探讨了卸压瓦斯精准抽采云平台的架构，并应用卸压瓦斯精准抽采体系在山西典型高瓦斯突出矿井进行了现场工程实践。该研究完善了深部矿井卸压瓦斯治理的整体框架，为后续研究及现场应用提供了借鉴。

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煤炭科学技术

2021年第05期

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992

2864
特厚煤层分层开采下伏煤层应力分布及破坏特征研究

作者(Author)：高建良, 蔡行行, 卢方超, 王文元

摘要：对于特厚煤层分层开采，掌握煤层开采后下伏煤层应力分布及破坏特征能够为精准判定采空区瓦斯富集区提供一定理论依据。因此，为厘清倾斜特厚煤层下伏煤层应力及塑性破坏区的分布特征，开展了不同煤层倾角工作面回采的数值模拟计算。首先基于采空区压实理论，获得了采空区垮落岩体的应力-应变关系，进而通过迭代反演确定了充填体的岩体力学参数。在此基础上，通过数值模拟计算及分析，得到了煤层倾角变化对下伏煤层应力分布及破坏特征的影响规律。结果表明：在采空区底板范围内，随着煤层倾角增大，采空区应力恢复“O”形圈不再以采空区中部走向线对称分布，而向倾向下部偏移。沿倾向，在采空区的上下两端，侧向应力集中系数均随煤层倾角增大而减小，但倾向上端侧向应力集中系数始终小于倾向下端侧向应力集中系数。沿走向，在工作面底板，超前支承应力集中系数随着煤层倾角增大而增大。最后，通过分析下伏煤层塑性破坏区的分布可知，工作面以及倾向上下端底板煤体内的塑性破坏深度均随着煤层倾角增大而增大，但倾向上端底板破坏深度始终小于倾向下端底板破坏深度；采空区底板最大塑性破坏深度所在位置逐渐远离采空区中部，向倾向下端偏移。

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煤炭科学技术

2021年第05期

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701

1367
煤矿瓦斯智能抽采关键技术研究进展及展望

作者(Author)：赵旭生, 马国龙

摘要：为了推动智能瓦斯抽采技术发展，提高煤矿安全保障能力，从瓦斯抽采全过程少人化或无人化角度，阐述了智能瓦斯抽采的精准感知、自决策、自执行、自适应、自学习等5个方面特征,提出了包含功能和技术2个维度的智能瓦斯抽采体系结构，功能维度上涵盖瓦斯抽采所有环节，技术维度上包含单机智能、机组智能和集成智能3个层次，体现了智能瓦斯抽采技术的发展迭代过程；设计了智能瓦斯抽采总体架构，由感知控制层、传输层、数据层、应用层等4个层面和信息标准、信息安全等2个体系构成；最后，从动态透明瓦斯地质、抽采钻孔智能设计、打钻-增透-封孔机器人、抽采系统智能调控与诊断、抽采达标自动评判等5个方面对智能瓦斯抽采关键支撑技术进行了探讨，分析了关键技术向精准、高效、智能方向发展的趋势，提出了抽采钻孔差异化智能设计和抽采达标多层递进动态评判等解决策略，并给出了谢桥煤矿“三人五台一组”自动钻机集中控制协同作业、霍尔辛赫煤矿抽采管网自动调控、新元煤矿抽采达标在线评判等典型应用案例，为煤矿智能瓦斯抽采技术研究和建设实践提供了有益参考。

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煤炭科学技术

2021年第05期

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