《煤炭科学技术》2022年“安全科学与工程”栏目最受关注论文TOP20

2022年,《煤炭科学技术》“安全科学与工程”栏目共刊登论文60篇,涵盖矿井瓦斯、矿井防灭火、矿井水害、矿井通风、矿尘、矿井安全监测等领域。为了协助读者了解矿山安全领域内的研究热点和前沿问题,促进学术交流与合作,我们根据论文的下载、引用等指标,整理了《煤炭科学技术》2022年“安全科学与工程”栏目最受关注论文。（数据来源于中国知网,统计时间为2023-10-18）。

行业视野: 安全
类别; 100个
关键词; 98位
专家; 20篇
论文; 6006IP
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基于“云−边−端”协同的煤矿火灾智能化防控体系建设

作者(Author)：陈晓晶

摘要：针对智能矿山火灾防控子系统建设过程中数据采集及执行层不全面、边缘计算功能未体现、综合防控平台建设标准不明确等问题，对照国家及地方煤矿智能化建设标准中火灾防控相关条款，提出了基于“云-边-端”协同的架构体系。增设光纤测温、MEMS 温度传感器、巡检机器人等火灾数据感知装置及灌浆、注氮、自动洒水、巷道快速封闭装置等火灾执行控制装置，形成数据感知与执行控制层，负责感知火灾数据信息以及执行云计算中心或边缘侧下发的控制命令；增加边缘计算装置，形成边缘计算层，实现对现场防灭火装置的联动控制；以“智能矿山基础信息平台”为中台底座，建立智能矿山火灾防控业务应用，形成平台防控层，融合专家知识库，对火灾防控关键指标进行专业分析。形成云平台层智能分析、边缘层就近分析控制、感知执行层数据采集及执行的综合防控体系，且辩证分析了“云−边−端”火灾防控体系三层之间的对立统一关系。探讨了无线低功耗火灾传感器、巡检机器人、火灾危险区域监测点部署优化、边缘侧配套物理装置、边缘侧火灾预警算法、决策边缘计算算法、边缘节点部署策略、综合防控平台、火灾数据治理、火灾预警及决策模型等关键装置及技术。

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煤炭科学技术

2022年第12期

271

370
声发射信号研究进展及其在煤温感知领域应用前景

作者(Author)：郭军, 王凯旋, 蔡国斌, 金彦, 刘荫

摘要：声发射信号已广泛应用于冲击地压、煤与瓦斯突出及顶板大面积来压等动力灾害预测预报、地应力测试、岩体稳定性评价等领域。借鉴声发射技术成熟的监测原理和有效的测试手段，也可快速检测煤岩体中温度等特征参数，并有望应用于矿井煤自燃灾害精准探测领域。通过文献调研，分析、归纳和阐述了声发射信号在非均介质、多孔介质以及煤岩体内传播时的畸变特征和传播衰减影响规律的研究进展及其应用，其主要是通过数值模拟、数学建模、特征变量控制试验，并结合声波传播理论进而研究非均介质、多孔介质及煤岩体内声发射信号传播特性和响应参数，并将研究结果应用于损伤检测、仓储粮食温度监测、矿山动力灾害预测预报等领域。重点梳理了声发射信号在不同煤岩体内的传播特性及影响因素，主要包括：不同瓦斯含量、含水率和压力载荷下的煤岩体。研究并总结了声发射信号的处理与分析方法，受制于矿井下煤自燃隐患发生时会加热煤岩体及周围环境空气，产生“燃烧音”的同时也会伴有一定的环境噪音，为推进声发射信号处理与分析技术进一步完善和系统化，将声发射信号特征参数处理分析与小波分析、声波滤除算法等理论有机结合，提出了构建声发射信号特征参数分析与提取算法技术思路来处理声信号。声发射信号在煤岩体内传播过程中，受煤岩体物理性质、煤种、瓦斯含量、含水率等多因素影响，尤其是在松散煤体内传播过程中，还会受到煤自燃形成的非均匀温度场、煤体块度、煤自燃气体组分浓度、松散煤体空隙特征等因素影响。结合声学和煤自燃理论，展望了声发射信号在煤体温度监测和煤自燃灾害预警领域的应用前景，其途径包括针对煤岩体内声发射信号的传播衰减特征开展试验模拟与数值仿真，以及理论分析与建模，以进行温度反演与非均温度场重建，为解决采空区等隐蔽空间火源精准探测难题提供新的思路。

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煤炭科学技术

2022年第11期

203

299
复合阻化剂抑制煤自燃过程的阶段阻化特性

作者(Author)：姜峰, 孙雯倩, 李珍宝, 梁瑞, 李雷, 梁秋悦

摘要：为解决单一阻化剂阻化效果弱、作用时间短的缺陷，基于2种物质不同阶段的阻化特性，选用碳酸氢钠作为物理阻化成分，高效抗氧化剂茶多酚作为化学阻化成分，开展复配阻化剂优选的实验研究。采用TG-DSC和FTIR实验，结合氧化动力学分析方法及分峰拟合技术，分析了复合阻化剂对煤氧化过程特性参数和微观基团的影响，从宏观和微观层面验证了复合阻化剂对煤自燃抑制的高效阻化效果，揭示其微观阻化机理。结果表明：阻化煤样的6个特征温度较原煤提高，质量损失减少，低温氧化过程煤体吸热量增加，高温阶段煤体放热量减少，可燃指数及综合燃烧指数均明显降低，阻化煤样在氧化过程4个阶段的表〖JP2〗观活化能均得到提高，分析得到复合阻化剂的优选质量配比(碳酸氢钠∶〖JP〗茶多酚=3∶1)。通过定量分析原煤及阻化煤样的活性官能团在氧化过程中的变化规律，得出复合阻化剂的添加减少了煤中的活性基团(羟基、甲基以及亚甲基)以及煤氧复合反应中间产物(羧基、羰基)的含量，稳定的官能团醚键的含量增加。在煤低温氧化过程中，碳酸氢钠热分解生成CO2，通过表面CO2-O2竞争吸附效应，物理惰化抑制煤自燃；煤在高温氧化过程中，茶多酚内部羟基消耗煤体表面活泼基团并生成醚键，通过中断化学反应进程起到抑制煤自燃的作用。

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煤炭科学技术

2022年第10期

148

289
冲煤率对煤层卸压增透及瓦斯抽采的影响规律研究

作者(Author)：任培良, 刘彦伟, 韩红凯, 王迪, 左伟芹, 李运强, 史灿

摘要：合理确定水力冲孔冲煤率，是保障水力冲孔措施取得良好卸压增透效果的关键，对指导不同煤层瓦斯赋存条件下，煤层瓦斯在规定预抽期内实现抽采达标具有重要意义。根据孟津煤矿的煤层瓦斯地质条件，运用数值模拟和现场试验的手段，研究了冲煤率对煤层卸压增透及瓦斯抽采效果的影响规律。结果表明：水力冲孔技术能够有效提高钻孔周围煤体的卸压范围，且随着冲煤率的增大，钻孔间煤体所处的应力状态，由邻近钻孔煤体处于卸压区、中部煤体处于增压区，逐渐过渡至两钻孔间所有煤体均处于卸压区。水力冲孔冲煤率越高，钻孔间煤体的卸压程度越大，引起煤体渗透率呈数量级的增大，邻近钻孔煤体的渗透率增大了上千倍，从而造成了抽采后煤层瓦斯含量的降低幅度越大，煤层瓦斯的预抽效果越好。应根据煤层的瓦斯赋存条件，选择合理水力冲孔冲煤率的煤层瓦斯预抽方案，对于厚煤区和瓦斯富集区，应加大水力冲孔冲煤率。采用预抽—水力冲孔—2次抽采的工序，可降低冲孔前钻孔周围煤体的瓦斯含量和瓦斯压力，使得水力冲孔期间钻孔发生喷孔的次数及强度显著降低，利于防治水力冲孔时发生喷孔及瓦斯的异常涌出。预抽时间越长，煤层的残余瓦斯含量越低，但随着抽采时长的增大，煤层残余瓦斯含量的降低速率有减缓趋势。基于上述研究成果，成功指导了孟津煤矿12050工作面不同煤层瓦斯赋存条件下，煤巷条带煤层瓦斯的安全高效预抽。

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煤炭科学技术

2022年第10期

157

289
不同升温速率下烟煤的低温氧化放热特性研究

作者(Author)：张嬿妮, 王安鹏, 侯云超, 舒盼, 杨晶晶, 李乐乐

摘要：煤自燃是威胁开采、储存和利用过程的重要因素之一，而煤在低温阶段的氧化放热反应也是导致煤自燃的主要因素。为了研究烟煤在低温条件下的放热特性，选取3种不同变质程度的烟煤进行研究，煤样分别为曹家滩(CJT)的长焰煤、大佛寺(DFS)的不黏煤和东滩(DT)的气煤。采用微量热仪(C80)实时监测煤样在30～300 ℃温度区间内升温过程中的热流变化，从而探究不同烟煤低温氧化过程的热流变化规律以及放热情况，得到低温氧化过程的分段热流特征以及相应的数学模型。为了进一步研究升温速率对烟煤放热特性的影响，试验分别设置在0.2、0.4和0.6 ℃/min的不同升温速率下进行，通过热流模型和热量公式建立判定自燃倾向性的指数γ，从而分析不同升温速率对烟煤低温氧化过程放热特性和煤自燃倾向性的影响规律。结果表明：烟煤低温氧化分为了吸热、缓慢放热、加速放热和快速放热4个阶段，随着升温速率的升高，特征温度点有着向后推移的趋势，放热量呈现减小的趋势，3个放热阶段的放热量占比没有明显变化，约为1%、30%、70%。并且发现升温速率越低，活化能值越小，煤自燃倾向性指数γ值变大。通过研究烟煤的放热特性和不同升温速率对烟煤放热特性的影响，能够对烟煤氧化放热情况有着更清晰的认识，从而针对性的研究防灭火材料，对煤自燃的预防和治理作出相应的贡献。

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煤炭科学技术

2022年第09期

150

480
密集水力冲孔增透抽采瓦斯试验研究

作者(Author)：张福旺, 秦汝祥, 杨应迪

摘要：高瓦斯含量低透气性突出煤层高效抽采瓦斯是复杂地质条件下工作面瓦斯治理的主要难题。为增加该类煤层透气性，依据瓦斯流量法测试水力冲孔影响半径的结果，利用煤层底板巷布置穿层密集钻孔，对工作面进行水力冲孔强化增透，达到高效预抽煤层瓦斯的目的。研究结果表明：水力冲孔在煤体中形成的孔洞促使钻孔周围煤体持续膨胀变形，约在1.8倍孔洞直径范围内煤体的地应力下降，煤体受压程度降低，煤体透气性增大；水力冲孔加速了煤体瓦斯的解吸，实现了连续18 d，平均单孔瓦斯体积分数大于52.64%的高浓度瓦斯预抽效果；预抽60 d后，煤层瓦斯含量由原始的9.09 m3/t降至4.03 m3/t。可见，采用密集穿层钻孔水力冲孔，提高了煤层预抽瓦斯效果，实现了低透气性突出煤层的消突，保障了工作面的安全生产。

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煤炭科学技术

2022年第04期

203

324
基于混沌-广义回归神经网络的矿井涌水量预测

作者(Author)：李建林, 高培强, 王心义, 赵帅鹏

摘要：针对矿井涌水量预测研究中存在的相关影响因素考虑较少、模型预测精度不高和适用性不强的问题，建立了混沌理论与广义回归神经网络耦合的新的预测模型（Chaos-GRNN模型）。从理论上分析了矿井水文系统产生混沌现象的机理；由混沌理论得到涌水量序列相空间重构后的嵌入维数、时间延迟和最大Lyapunov指数，以此确定GRNN的输入层神经元个数、取值和预测时长；采用交叉验证法获得GRNN的光滑因子，建立Chaos-GRNN模型；对平煤十二矿涌水量（2014年1月至2015年12月）进行模型验证。结果表明：矿井水文系统演化过程的循环迭代是产生混沌的根本原因，其表象特征为演化过程的不可逆性、非平稳性和演化结果的多样性；平煤十二矿涌水量时间序列具有混沌特征，其嵌入维数m=7，即涌水量的影响因素为7个，GRNN输入层神经元个数为7；时间延迟τ为13个月，由此确定了GRNN输入层神经元的取值；最大Lyapunov指数为0.053 0，确定了GRNN预测时长为19个月；Chaos-GRNN模型预测精度达到了94.98%。该预测模型利用混沌理论量化了广义回归神经网络的输入层和预测时长，充分考虑了矿井涌水量的影响因素，提高了预测精度和适用性。

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煤炭科学技术

2022年第04期

152

314
基于组合权-改进灰色关联度理论的矿井突水水源识别

作者(Author)：朱赛君, 姜春露, 毕波, 谢毫, 安士凯

摘要：基于组合权和改进灰色关联理论，针对潘谢矿区4个含水层中提取的35个学习样本，建立了矿井突水水源识别模型，并利用该模型对7个检验样本进行了水源识别。结果表明：相同含水层的学习样本和检验样本中Na++K+,Ca2+,Mg2+,Cl-,SO2-4和HCO-3等6项化学指标值的含量变化趋势更为接近，符合灰色关联理论。组合权重综合考虑了主客观权重，避免人为因素的干扰，同时考虑了识别指标的实际情况。组合权方法计算的6项识别因子中，Ca2+,Mg2+,HCO-3的权重分别为0.231,0.383,0.203，且3者的权重值相加占总值的81.7%，说明3项指标在矿井突水水源识别中起主要作用。采用建立的组合权-改进灰色关联度模型对7个检验水样进行识别，除1个水样外，其余均与实际结果一致，识别准确率达到86%，表明该模型在矿井水源识别中具有一定的适用性。

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煤炭科学技术

2022年第04期

179

327