《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; 5995IP
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催化剂对煤热解焦油品质的调控及其表面积炭行为的分析

作者(Author)：鲍卫仁, 王倩, 李挺, 田茜, 王旎晨, 闫伦靖, 王美君, 常丽萍

摘要：以催化剂为核心和焦油提质为目的的低阶煤热解技术是保障国家能源安全和实现“双碳”目标的煤炭清洁高效转化技术。鉴于煤焦油品质调控和催化剂表面积炭行为的复杂性，阐述了金属、金属氧化物、天然矿物质、分子筛和炭基催化剂对煤和热解挥发物的催化作用及其对热解产物分布和组成的影响，并对比分析了各类催化剂的优缺点。探讨不同催化剂物理化学性质的区别及其与催化性能之间的关系，结合煤及热解挥发物中C-C、C-H、C=C、-OH、C=O、C-O和-COOH等化学键的断键行为，揭示了不同催化剂的作用机制。在此基础上，针对催化过程中存在的焦油产率低及提质效果差的问题，提出了利用金属尤其是过渡金属改性催化剂活化热解体系中的内部小分子氢供体和外部固体/气体氢供体对重质组分裂解碎片原位供氢的方法，实现焦油产率的提高及焦油品质的改善。同时，针对催化剂易积炭失活问题，分析了积炭的物理化学性质和组成以及积炭形成的原因。从催化剂设计及热解反应体系出发，分析了多种有效抑制积炭的途径，如多级孔与金属活性位点的组合效应、双金属改性调控Br?nsted和Lewis酸性位点的比例、酸碱双功能催化剂的开发以及引入H2O、CH4、C2H6和CH3OH等富氢小分子调控挥发物组成等，以期为低阶煤催化热解技术的发展提供理论基础。

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深部采矿岩石力学进展

作者(Author)：何满潮, 武毅艺, 高玉兵, 陶志刚

摘要：随着煤炭开采日益向深部发展，深部采矿引发的围岩大变形破坏和强冲击动力灾害日益严峻。在深部高地应力、高地温、高渗透压、强采动、强流变及多场耦合的复杂地质力学环境下，深部采场的应力场特征、煤岩体破碎性质、岩层移动及能量的积聚释放规律等均发生了显著变化。针对深部采矿中的岩石力学问题，论述了笔者及团队在深部采煤方法、深部巷道破坏机理与围岩控制、深井热害与地热利用三大方向取得的进展，主要包括：① 提出了平衡开采理论和实现平衡开采的110/N00工法，进行了千米深井现场工程应用；② 构建了深部“非均压建井”模式，研发了实现深井稳定提升的SAP系统，形成了可大幅简化井巷工程量和提高矿井采出率的建井方法；③ 研发了多套适用于研究深部岩体在水、高温、高压、结构效应及多场耦合作用下发生宏观破坏的实验系统和可进行微观层面演算的超算系统，揭示了深部软岩大变形破坏机理及多尺度力学特性；④ 研制了深部岩体冲击型和应变型岩爆实验系统，阐述了深部岩体冲击能量沿开挖临空面瞬间释放的非线性动力学行为；⑤ 提出了深部巷道开挖补偿支护理论，进一步发展了具有高恒阻、高延伸率、强吸能和耐冲击超常力学特性的NPR支护材料和技术；⑥ 研发了模拟深部高温、高湿和高压环境下的岩体热力学实验系统，提出了热害治理和热能资源化利用方法，建立了深部热害治理与热能综合利用系统（HEMS）。相关研究成果已在深部开采领域得以应用，可为深部采矿面临的复杂岩石力学问题提供借鉴。

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矿井提升机天轮智能润滑系统设计及控制策略研究

作者(Author)：寇子明, 李腾宇, 吴娟

摘要：天轮是提升系统中的重要组成部分，一旦其出现故障，不仅会影响煤矿的生产效率，而且会引发安全风险。润滑不良是导致天轮故障的主要原因之一。针对目前煤矿现场普遍的人工润滑方式导致效率低下、难以保证润滑的均匀性和及时性等问题，本文设计了新型天轮轴承智能润滑系统，并实现其的现场应用。首先，从天轮结构出发，考虑天轮轴端滚动轴承和游动轮滑动轴承的不同运行方式，提出了采用自动润滑和人工辅助相结合的方式对天轮轴承进行润滑，通过对润滑系统的实时监测实现单泵多点不同用脂量智能配送功能，同时提供废脂回收功能避免废油对轴承的损伤。接着，研究了基于润滑状态异常识别的智能控制策略，根据对润滑状态的判断结果调整系统的润滑周期和润滑量。随后，考虑到润滑状态识别准确率对系统运行结果的影响，构建了基于局部保留投影算法（Locality Preserving Projections，LPP）与支持向量数据描述（support vector data description， SVDD）相结合的润滑状态智能识别模型。针对特征降维方法中近邻点数量会严重影响降维效果的问题，提出以样本集的高低维特征集的信息熵差为目标函数，采用粒子群优化算法对LPP算法参数进行优化。采用现场实测数据对该模型进行验证，结果表明所提方法可以有效的识别天轮轴承异常状态，现场工况下识别准确率可以达到82%。最后，在某煤矿进行了天轮轴承智能润滑系统的现场应用研究，以单泵对4个天轮进行润滑，结果表明润滑系统可以实时获取自身的运行参数并实现远程控制，保证润滑效果的持续性和均匀性，满足现场的实际需求。

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煤矿防冲钻孔机器人全自主钻进系统关键技术

作者(Author)：王忠宾, 司垒, 魏东, 戴剑博, 顾进恒, 邹筱瑜, 张聪, 闫海峰, 谭超

摘要：针对高地应力矿井钻孔卸压作业智能化程度低的技术难题，总结分析了国内外钻孔卸压技术和装备的研究现状，指出研发高性能、高可靠、高效率的防冲钻孔机器人全自主钻进系统是破解冲击地压防治难题的重要发展方向。为此，凝练了影响钻进系统性能的“孔位精准识别、钻具姿态精确感知、无线电磁随钻智能检测、钻具运行状态智能识别和钻进系统精确控制”五大关键技术，并给出了解决思路和方法。针对在复杂恶劣环境下卸压孔的精确识别问题，设计了融合图像尺寸调节和多阶段训练模式的卸压孔图像样本扩充SinGAN模型，引入多层特征融合优化的Faster-RCNN，构建了基于改进SqueezeNet轻量级网络架构的孔位识别模型，以实现卸压孔位的准确快速识别；针对钻具姿态精确感知问题，提出了基于改进梯度下降法算法优化无迹卡尔曼滤波的惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）初始对准方法，设计了多个IMU的空间阵列布局方式，研究了基于BP神经网络的钻具姿态误差补偿方法，旨在提高钻具姿态的解算精度，实现精准钻孔卸压；针对复杂地质环境下钻进工况的精确检测问题，搭建了煤矿井下随钻测量无线电磁传输系统架构，探讨了微弱电磁波信号自适应调制和随钻高速双向电磁传输技术原理，研究了孔底地质参数、几何参数和工程参数的测量原理和实现过程；针对钻进系统运行状态识别问题，构建了钻进信号时域、频域、时频域的多域特征和深度网络高级特征提取架构，提出了钻进系统关键零部件健康状态评估和故障诊断技术，构建了基于改进蝙蝠优化长短期记忆网络的卡钻风险因子预测模型，实现对卸压钻具卡钻状态的准确预测；针对钻进系统的精确控制问题，分析了钻进系统的液压系统工作原理，构建了考虑煤岩性状的钻进系统精确控制方案，探讨了基于转矩和位置的钻进系统最优控制参数求解原理，旨在实现钻进回转系统和给进系统的智能协同控制和并行作业。防冲钻孔机器人全自主钻进系统及其关键技术研究，对于创新研发高性能、高效率、高可靠、高智能的煤矿防冲钻孔机器人，确保煤矿安全、高效、绿色生产具有十分重要的意义。

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煤矿防冲钻孔机器人全自主钻进系统关键技术

作者(Author)：王忠宾, 司垒, 魏东, 戴剑博, 顾进恒, 邹筱瑜, 张聪, 闫海峰, 谭超

摘要：针对高地应力矿井钻孔卸压作业智能化程度低的技术难题，总结分析了国内外钻孔卸压技术和装备的研究现状，指出研发高性能、高可靠、高效率的防冲钻孔机器人全自主钻进系统是破解冲击地压防治难题的重要发展方向。为此，凝练了影响钻进系统性能的“孔位精准识别、钻具姿态精确感知、无线电磁随钻智能检测、钻具运行状态智能识别和钻进系统精确控制”五大关键技术，并给出了解决思路和方法。针对在复杂恶劣环境下卸压孔的精确识别问题，设计了融合图像尺寸调节和多阶段训练模式的卸压孔图像样本扩充SinGAN模型，引入多层特征融合优化的Faster-RCNN，构建了基于改进SqueezeNet轻量级网络架构的孔位识别模型，以实现卸压孔位的准确快速识别；针对钻具姿态精确感知问题，提出了基于改进梯度下降法算法优化无迹卡尔曼滤波的惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）初始对准方法，设计了多个IMU的空间阵列布局方式，研究了基于BP神经网络的钻具姿态误差补偿方法，旨在提高钻具姿态的解算精度，实现精准钻孔卸压；针对复杂地质环境下钻进工况的精确检测问题，搭建了煤矿井下随钻测量无线电磁传输系统架构，探讨了微弱电磁波信号自适应调制和随钻高速双向电磁传输技术原理，研究了孔底地质参数、几何参数和工程参数的测量原理和实现过程；针对钻进系统运行状态识别问题，构建了钻进信号时域、频域、时频域的多域特征和深度网络高级特征提取架构，提出了钻进系统关键零部件健康状态评估和故障诊断技术，构建了基于改进蝙蝠优化长短期记忆网络的卡钻风险因子预测模型，实现对卸压钻具卡钻状态的准确预测；针对钻进系统的精确控制问题，分析了钻进系统的液压系统工作原理，构建了考虑煤岩性状的钻进系统精确控制方案，探讨了基于转矩和位置的钻进系统最优控制参数求解原理，旨在实现钻进回转系统和给进系统的智能协同控制和并行作业。防冲钻孔机器人全自主钻进系统及其关键技术研究，对于创新研发高性能、高效率、高可靠、高智能的煤矿防冲钻孔机器人，确保煤矿安全、高效、绿色生产具有十分重要的意义。

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新型能源体系发展背景下煤炭清洁高效转化的挑战及途径

摘要：新型能源体系发展背景下煤炭清洁高效转化的挑战及途径作者：谢克昌1,2,3单位：1.太原理工大学省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室；2.怀柔实验室山西研究院；3.中国科学院

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新型能源体系发展背景下煤炭清洁高效转化的挑战及途径

作者(Author)：谢克昌

摘要：当今世界地缘政治风险加剧、气候环境问题凸显，能源转型变革加快。在此背景下，构建更加适应形势变化的能源体系对提高我国能源供应系统的可持续性及安全稳定性意义重大。目前我国化石能源仍然占据主体地位。油气资源存在能源安全问题及新能源技术水平有待提升，中国短期内对煤炭能源仍将保持较高依赖性。因此，推进煤炭清洁高效转化对于新型能源体系的构建具有重要意义。本文首先对新型能源体系的具体内涵与构建方向展开了讨论，并在此基础上，对新时代中国煤化工产业的发展现状以及面临的机遇与挑战进行了阐述，以期为煤炭的清洁高效转化技术的进步及煤化工产业的未来发展提供建议。新时代要求赋予新型能源体系更多的内涵。因此从战略上看，未来能源体系应具备“安全高效、清洁低碳、多元协同、智能普惠”多个特征，这也对煤炭产业的清洁高效发展提出了更高的要求。我国的煤炭清洁高效转化已经取得显著进步，但多个关键技术仍亟待突破。结合煤炭产业转型发展与“双碳”目标关系的系统性认识，在新型能源体系建设的需求下，推进煤炭清洁高效转化对于社会经济发展、助力“双碳”目标实现具有重要意义，其关键在于加强该领域相关学科专业的基础研究和煤炭清洁高效转化技术的创新开发。

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煤层采动巨厚松散层全断面监测及内部变形特征

作者(Author)：张平松, 许时昂, 傅先杰, 吴荣新

摘要：开采沉陷是煤炭资源井工开发利用所面临的主要环境地质问题，尤其对于我国东部高潜水位矿区而言，巨厚松散层的移动变形控制与采动减损评价备受关注。为了研究巨厚松散层内部移动机制，明确其对地表移动变形影响，以淮南新集矿区某井田为研究区，通过采用分布式光纤与并行电法联合测试技术，构建超过600m深度全断面钻孔监测系统，探究巨厚松散层变形特征和内部移动规律。全断面监测系统能够获取煤层采动区域巨厚松散层内部应变、位移信息及监测钻孔周围电阻率变化情况，量化地层监测断面松散层内部移动变形时空关系和渗流场变化数据，分析松散层内地层变形特征与发育形态。研究结果表明：多参量联合测试技术的应用，显著提高了对巨厚松散层移动变形的监测效率和变形定位的准确性，获得了工作面回采位置与松散层内部变形时空演变关系。并根据松散层变形特征，将采动影响过程划分为超前影响期、弱采动影响期、强采动影响期、采后沉稳期四个阶段，揭示了超前影响变形表现“台阶状”形态与采动影响期的“反向3字型”移动特征，同时分析了“反向3字型”移动模式的构成条件、影响因素。基于全断面监测数据，提出巨厚松散层变形多场可测信息量化评价方法，阐明了巨厚松散层在煤层开采过程中存在分层应力积累与释放的规律。研究内容为巨厚松散层内部移动变形的精细化监测分析提供重要的技术支持。全断面监测技术的应用，也可为采动损害过程监测与评价、矿山生态源头减损与减沉、沉陷区土地规划与复垦以及松散层内注浆改造等提供参考。

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