《煤炭学报》创刊60周年“卓越科学家”特刊

2024 年，《煤炭学报》将迎来创刊 60 周年华诞，六十载沧桑砥砺,一甲子春华秋实，学报在各级领导的关怀下，在历届编委以及广大作者、读者的关爱和支持下，历经几代编、审人员的辛勤耕耘，期刊质量逐年提高，现已成为我国煤炭行业的权威学术期刊，得到了煤炭科技工作者的普遍赞誉，并且在激烈的期刊竞争中取得了较好的成绩：荣获了“首届国家期刊奖”、第五届中国出版政府奖、全国“百强报刊”等多项国家级期刊奖项，以及“百种中国杰出学术期刊”、“中国最具国际影响力学术期刊”等期刊出版行业大奖 20 余项，并于 2019 年成功入选“中国科技期刊卓越行动计划”；目前被 Ei、Scopus、CSCD 等国内外 20 多种重要数据库收录，核心总被引频次、核心影响因子、综合评价总分等期刊主要引证指标多年稳居能源科学综合类学科第 1 位。

《煤炭学报》始终以“登一流文章，办一流期刊”为指导思想，坚持办刊宗旨，突出刊物特色，力求为读者呈现最精彩的期刊。为纪念《煤炭学报》创刊 60 周年，全面汇聚、深入报道煤炭领域 60 年来取得的学术成就和最新科研成果，浓厚行业学术氛围，推动煤炭工业高质量发展，经《煤炭学报》编委会研究决定，拟于 2024 年第 1、2 期特别组织策划“《煤炭学报》创刊 60 周年——‘卓越科学家’特刊”（正刊）。

行业视野: 煤炭学报
类别; 177个
关键词; 223位
专家; 37篇
论文; 4222IP
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煤炭工业数字智能绿色三化协同模式与新质生产力建设路径研究

作者(Author)：刘峰, 郭林峰, 张建明, 王蕾

摘要：煤炭工业是支撑我国经济社会高速发展和保障国家能源安全的压舱石与稳定器，承担着能源保供与支撑新能源稳定发展的时代使命，煤炭工业的高质量发展既是落实我国能源安全新战略与产业体系变革的关键，也是推进能源产业可持续发展与促进国家高质量发展的基础。当前我国煤炭工业高质量发展已取得阶段成效，能源保供成绩显著，产业结构不断优化，科技创新能力显著提高，绿色开发与清洁高效利用持续推进。但当前煤炭工业仍面临诸多挑战，发展水平与中国式现代化的国家需求差距较大，可持续发展受多重因素制约，数字技术与煤炭开发利用尚未深度融合，智能化建设仍处于示范培育阶段，绿色化发展不平衡且矛盾突出，煤炭工业的转型升级仍然任重道远。结合当前煤炭工业发展现状与挑战，提出了数字化、智能化、绿色化（三化）协同的发展模式，明确了煤炭新质生产力的核心内涵，构建了三化协同发展煤炭新质生产力的总体架构，阐述了通过数字化变革生产要素创新配置、智能化引领关键技术跨越突破、绿色化主导传统产业深度转型三大要素催生煤炭新质生产力的技术路径，提出了六大技术体系：通过研发全产业链数据高效采集与深度治理技术体系，打通煤炭产-运-储-销-用全流程的数据壁垒；通过研发构建煤炭行业知识图谱与智能决策管控技术体系，深度挖掘煤炭产业上下游各业务场景的关联关系与价值，为煤炭生产利用全流程的自主决策与智能控制奠定基础；开展煤炭资源智能-绿色-高效开发技术体系、煤炭产业安全协同保障技术体系、矿区生态智能监测-预警-修复技术体系、煤炭柔性开发与清洁低碳利用技术体系研究，实现煤炭开发利用全产业链、全流程的三化协同发展，培育形成煤炭新质生产力，为煤炭工业的整体形象带来根本性变革提升。

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煤矿矿区普适性拓展型固体改性充填采煤技术与装备

作者(Author)：刘建功, 赵家巍, 刘扬, 杨军辉, 史艳楠, 王毅颖, 陈锋

摘要：从我国煤炭行业绿色发展趋势和要求出发，分析了煤炭企业对不同充填开采方式选择的考量因素，以及影响充填开采技术推广的制约因素，针对不同矿区地域分布特征和充填需求差异性，划分了煤矿充填开采“保护生态环境优先、保护地面建筑优先、处理煤矸固废优先、提高经济效益优先”4类优先原则，提出了“以充填开采作为煤矿保护生态环境的调节工具，建设全过程全息立体生态矿山”的生态开采目标。依据充填开采顶板限定变形力学模型，阐述了影响充填开采目标岩层下沉量的构成因素，构建了生态环境保护、地面建筑保护、矸石固废处置3种充填工程模式下的工作面支护强度计算及覆岩变形控制方程。介绍了我国煤矿普适性充填采煤技术发展现状及发展方向，涵盖散状原矸固体充填、类贫混凝改性充填、矸石混凝土充填、薄煤层充填、区域性保护充填、巷道充填、选充留协同等适应各类煤矿需求的充填采煤技术，详细描述了不同充填技术的材料制备、运输、充填工艺特点及适应性充填装备。为实现煤矿充填智能化，建立了全面的数据感知系统，通过空间规划及充填效果判定来实现从单元到整体充填工作面的智能化过程，结合传感器网络和人工智能算法，实时监测和控制煤矿固体充填过程，提高充填质量和充填效率。煤矿充填开采在我国绿色矿山建设的远景规划中将扮演更加重要的角色，加强基于主动充填的煤矿生产全过程生态矿山建设、普适性充填技术工艺体系构建、新型固体充填材料研制、智能化充填开采研发等4个方向的科技攻关，我国煤矿充填开采会有极为广阔的发展前景。

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急倾斜深埋巨厚煤层掘巷冲击地压前兆特征及其灾害防治

作者(Author)：来兴平, 贾冲, 胥海东, 崔峰, 刘旭东, 王昊, 陆长亮, 张随林, 何仕凤

摘要：随着冲击地压矿井逐渐向深开采，其巷道掘进伴随的冲击显现愈发强烈。针对巷道掘进过程中的冲击地压有效防治问题，以乌东煤矿急倾斜煤层矿井为例，运用微震监测对巷道掘进的冲击地压时空前兆特征加以分析。结合巷道掘进的应力与能量变化数值模拟分析，揭示巷道掘进的冲击地压发生机理，提出急倾斜巨厚煤层巷道冲击地压防治策略，并完成现场工程实践验证。研究结果表明：急倾斜巨厚煤层巷道掘进的冲击地压发生前第2～5天出现微震总能量极低值，或存在至少4天的能量潜伏期；冲击地压发生前5天普遍存在3天以上的最大能量占比高频波动期。冲击地压发生前存在明显缺震现象，发生位置集中分布在距离掘进工作面较近的微震能量极小值区间范围内，或位于微震能量极值区间附近的微震频次极小值区间范围内，且冲击地压事件位于冲击变形能指数较高区域。急倾斜巨厚煤层水平分段综放开采的坚硬覆岩结构不易破断，使得巷道掘进存在上水平采空区两侧“双翼型”应力集中，掘进面前方与巷道底部受顶底板岩层相互挤压的应力集中分布且能量积聚显著，随着巷道掘进深度增加其应力集中与能量积聚进一步增强，容易诱发冲击地压等动力灾害。综合分析形成急倾斜巨厚煤层巷道掘进的工作面爆破卸压、巷道钻孔卸压与补强支护、复杂区域架蓬的冲击地压防治策略。结合冲击地压时空前兆异常为及时加强卸压力度提供时机。通过工作面与巷道卸压使得掘进期间未发生单日累计1×105J以上微震能量，在对支护优化调整与复杂区域重点防护后，巷道掘进日均微震能量降至2.2×103J，其1×103J以上微震事件占比下降且巷道断面整体平整。研究结果为急倾斜巨厚煤层巷道安全掘进提供了科学依据。

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高频低能冲击扰动下锚固结构渐进失效实验研究

作者(Author)：张农, 王朋, 阚甲广, 许兴亮, 谢正正, 魏群

摘要：高频低能冲击扰动对巷道围岩及锚固结构造成持续疲劳损伤，是深部巷道趋向失稳的重要诱因，合理构建抗冲击动载巷道锚固支护体系及避免锚固结构失效已经成为深部煤炭开采面临的重要课题之一。采用理论分析、实验室实验、数值模拟等方法，研究了冲击载荷下锚固结构内部应力传递转化机制，阐明了锚固结构累积损伤与渐进失效机理，提出了冲击动载巷道控制准则。结果表明：压缩应力、拉伸应力与压拉快速转换形成的震荡效应是造成锚固结构损伤的三大要素；压缩、拉伸作用下介质抗压强度与不协调变形是导致锚固界面破坏的关键因素，锚固结构在内部法向驱动力作用下损伤累积，切线模量为负或单次动载冲击变形量持续逆势上扬时锚固结构失效，压缩、拉伸、震荡叠加影响下锚固结构预紧力损失及内部损伤存在明显的累积突变效应，内部裂隙以张拉裂隙为主，整体破坏从震荡效应向拉伸效应再向压缩破坏效应逐渐演化。通过提高围岩/锚固剂协调变形能力，增加锚固长度调动大范围岩体承载、保护锚固界面，保持锚固结构承载区抗剪阻滑强度大于动载冲击时内部法向驱动力，同时削弱震荡效应可有效降低锚固结构累积损伤程度。最后提出了降能—高阻—让压的冲击动载巷道控制技术准则，包括远场卸压、近场强支、破碎围岩改性、预紧力维持和让压结构，可为类似条件巷道维控提供指导。

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62

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鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气高效开发理论技术体系的建立与应用

作者(Author)：徐凤银

摘要：针对深部煤储层埋藏深、渗透率低、应力环境复杂等开发难题,总结大宁-吉县区块近5 年勘探开发取得成果,明确了资源富集条件、有效改造体积、水平段长、良好储盖组合条件是气井高产关键因素。在“人造气藏”开发理论指导下,建立了地质-工程一体化背景下的深部煤层气高效开发技术体系:①基于储层资源条件、构造保存条件和工程改造条件3 大类11 项指标,建立深部煤层气地质工程开发甜点评价标准;②基于微幅构造刻画、多尺度裂缝预测、三维地质模型构建等技术,形成“地质+工程”全要素定量化、可视化表征的煤储层精细评价技术;③按照“地质小尺度、三维地震微尺度、轨迹走靶体、少调快钻”导向思路,形成以钻前轨迹精优设计、精准入靶及靶后微调为核心的三阶段地质工程一体化导向技术;④按照实现资源动用和采收率最大化为目标,形成“地应力场、天然裂缝场、人工裂缝场、井型与方位、井网井距”五位一体井网优化设计技术;⑤依据深部煤层气赋存特征、渗流机理和气井生产特征,形成以产量不稳定分析法为主,经验产量递减法、数值模拟法和经验类比等多方法结合的气井产能评价及EUR 预测技术;⑥遵循“四位一体”精准选段和“井间交错+段内差异化”设计原则,形成以构建人造气藏为目标的大规模体积压裂技术;⑦根据气井气水变化特征,形成全生命周期不同生产阶段排采优化控制技术;⑧结合当前AI 技术进展与深部煤层气开发规律、集输等特征,探索了地质、工程、地面等多专业一体化协同环境下集输和数智化技术。在这一成果指导下,已投产29 口水平井生产初期产量5×104~16×104m3/d,平均10.2×104m3/d,区块日产气量突破300 万方,对加快鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气规模上产具有重要指导意义,也为同类资源高效开发建立了参考标准。

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煤炭学报

2024年第01期

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ML-QSPR方法预测煤基液体的燃料性能

作者(Author)：李文英, 王香玲, 范欢欢, 范鸿霞, 冯杰

摘要：煤基液体混合物如煤焦油、煤直接液化油的分子结构描述和性质预测是开发煤基液体产品高值化工艺和技术的重要基础。由于煤基液体主要由C、H、O、N、S元素构成数量庞杂、芳环结构各异的混合物，因此，本研究使用Python中的RDKit工具包，利用简化分子线性输入规范(SMILES，Simplified Molecular Input Line Entry System)语言构建煤基液体中物质分子描述符，描述符包含样品元素信息、环数与环结构信息、原子数及分子量信息等共计115个分子描述符。对比人工信息提取方法，将所构建的分子描述符能够体现煤基液体分子结构碎片、分子量及原子个数信息等作为机器学习的特征输入变量，用于建立预测煤基液体的燃料性能的分子机器学习-定量结构性质关系方法(ML-QSPR)，实现对燃料低位热值(LHV)、液体密度(ρ)、闪点(FP)、十六烷值(CN)四个关键燃料性能参数的快速预测。模型验证分析表明LHV、ρ、FP模型的R2分别为0.996、0.988、0.987；CN预测中加入混合物数据进行预测，R2=0.959。与已公开报道的预测LHV、ρ、FP、CN性质方法对比，本文提出ML-QSPR方法在预测4个关键燃料性能参数准确度方面有提升、在获取结果速度方面有显著优势。利用ML-QSPR模型预测得到的煤基液体制特种燃料性能参数数据库中的信息，分析增加不同族组分物质的碳原子数量时这4个燃料性能参数的演变趋势，发现LHV、ρ、FP、CN四个燃料性能参数均受碳数(n)影响显著。由于LHV主要由n决定，不同族组分物质的LHV差距小；而不同族组分物质的ρ、FP和CN性质差距明显。此外，本研究训练好的模型可用于预测新的分子，为新型燃料设计提供参考；ML-QSPR方法作为迁移学习模型可在今后用于煤基液体其他场景相关理化性质的分析。

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超声空化-流体剪切协同强化油团聚分选煤气化细渣

作者(Author)：周安宁, 陈恒, 韩瑞, 张宁宁, 郭凯强

摘要：煤气化细渣（CGFS）具有较高的利用价值，但残炭回收率低极大地制约了其资源化利用。油团聚分选法在CGFS分选过程中具有明显优势，但炭灰共生结构严重限制了油团聚分选效率。为突破油团聚法分离富集残炭技术的瓶颈问题，考察了超声时间、超声功率、流体剪切时间及其交互作用对油团聚分选效果的影响，并结合BET、粒度分布、FT-IR、XPS以及SEM-EDS等分析手段，揭示了超声空化-流体剪切（UC-FS）协同预处理对油团聚分选效果的强化机理。结果表明：当超声功率为270 W、超声处理时间29 min，流体剪切时间23 min时，能分选得到灰分为9.55%的精矿，灰分为91.51%的尾矿，可燃体回收率可提高至90.54%。超声空化作用使原本致密的炭灰结构逐渐松散，与流体剪切的冲刷作用协同促进CGFS的孔隙结构的发展，使炭灰颗粒解离度增加，从而降低了精矿灰分。UC-FS协同预处理能够有效增加残炭表面C-C、C=C以及C-H等疏水基团的比例，使其接触角由110.34°增加到121.16°，扩大了炭和灰颗粒表面疏水性差异，提高了油团聚分选的效果。UC-FS协同预处理使炭灰颗粒高效分离的强化作用主要归因于超声空化气泡与细粒微球耦合产生的微磨料效应。研究可为实现CGFS分质资源化利用提供理论基础和技术指导。

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低碳化现代煤基能源技术体系及开发战略

作者(Author)：葛世荣, 樊静丽, 刘淑琴, 宋梅, 鲜玉娇, 王兵, 腾腾

摘要：煤炭为人类社会工业化进程做出重要贡献，为保障我国能源安全和经济平稳发展发挥了关键支撑作用。从19世纪中期开始，煤炭、煤油、煤气、煤电共生的煤基燃料逐步进入规模化使用时代。但是，传统的煤炭利用产生高碳排放，成为能源转型的重大难题。面向生态文明社会发展，煤炭清洁高效利用迫在眉睫，现代煤基能源技术创新势在必行。本文首次提出现代煤基能源技术体系定义及内涵，将其定义为基于煤炭原料的创新转化而生产具有低碳属性的煤基气、煤基油、煤基氢和煤基电等能源产品，并在矿区原位消纳二氧化碳，形成具有碳中和能力的清洁低碳能源生产系统，其技术内涵包括煤基气、煤基油、煤基氢、煤基电和矿区动态碳中和，共有5个技术模块、19个技术单元和64项关键技术。现代煤基能源技术体系在未来新型能源体系中将发挥“一主体三支撑一突破”的重要作用，即煤基电在我国电力保障中的“以煤稳电”主体作用，煤制油在我国油品安全的“以煤增油”支撑作用，煤基气对我国燃气安全的“以煤补气”支撑作用，煤基氢气对我国氢能发展的“以煤助氢”支撑作用，实现煤基能源动态碳中和技术的“以煤固碳”重大突破。当非化石能源与低碳化煤基能源之比保持在2.5～3.0区间，煤基能源及油气能源与风光水核能源可实现合理融合，组成具有强互补性、高可靠性、低碳排放的新质能源系统。本文研究预测，基于现代煤基能源技术实现重大突破和实际应用，2060年我国低碳化煤基能源产量可达10.2～14.6亿吨标准煤，相当于全国能源需求量的18%～24%，二氧化碳排放量控制在5亿t以下，与目前基于“去煤化”的能源转型规划路径相比，煤炭在我国能源体系中的占比从10%提高到20%以上，二氧化碳排放量降低了50%。届时，现代煤基能源体系对我国能源安全保供和二氧化碳减排具有重大技术创新意义，助力我国走向能源自主独立强国。

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