《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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煤与煤系战略性金属矿产协同勘查理论与技术框架探讨

作者(Author)：曹代勇, 魏迎春, 李新, 张昀, 徐来鑫, 位金昊, 董博

摘要：煤与煤系战略性金属矿产协同勘查模型的建立，是实现煤系战略性金属元素向金属矿产转变的前提条件，煤与煤系战略性金属矿产协同勘查基础理论与关键技术研究，则是建立协同勘查模型的核心任务。从煤系战略性金属元素的基本特点分析入手，论证了实施煤与煤系战略性金属矿产协同勘查的必要性；通过对协同勘查概念演变历史的梳理，阐明了煤炭综合勘查与协同勘查的关系，认为协同勘查是综合勘查的继承和发展，强调两种或多种矿产综合勘查过程中的协调有序和科学组织，其核心是协同组织勘查工程、协同实施关键技术。在论述煤与煤系战略性金属矿产协同勘查原则的基础上，初步提出煤与煤系战略性金属矿产协同勘查理论与技术方法体系框架，作为建立煤与煤系战略性金属矿产协同勘查模型的基础。煤与煤系战略性金属矿产协同勘查应以煤系战略性金属元素富集成矿机制、组合类型与赋存规律研究为前提条件，以煤地质学、矿床学、地球化学、地球物理学、勘查工程学等多学科理论为基础，以精准钻探、精细物探和精细化探等关键技术构成的协同勘查技术体系为支撑，以固体矿产勘查规范等标准为工作依据，遵循固体矿产资源勘查和综合勘查及单矿种勘查的一般性原则，以及研究先行、技术有效、精细勘查、动态调整、分区施策、协调同步等原则，协同组织勘查工程、协同实施关键技术，实现煤与煤系战略性金属矿产协同勘查的最佳技术效益和最佳经济效益的平衡，在完成煤炭地质勘查任务的基础上，查明共伴生战略性金属矿产的地质特征和开发地质条件，获得相应的资源量或元素分布特征，为煤系矿产资源综合开发利用提供地质依据。煤与煤系战略性金属矿产协同勘查值得关注并深入研究的核心问题包括：协同勘查对象的确定，勘查技术的选择和协同实施，勘查工程的协同部署，资源量的科学估算。

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采动力学与岩层控制关键理论及工程应用

作者(Author)：宋振骐, 文志杰, 蒋宇静, 蒋金泉, 石永奎

摘要：研究岩体采动力学响应和岩层控制技术对促进煤炭安全高效开采，保障能源稳定供给具有重要意义，是实现煤炭资源科学开采的理论基础。矿山岩体灾害（围岩变形、冲击地压等）频发，其形成-演化-发生全过程与采动力演化分布、岩层运动、开采扰动和能量演化密切相关。基于实用矿山压力控制理论，提出并阐述了采场岩层控制进展与控制准则，建立了定量分析的力学模型和设计方法，发展了针对性的岩体灾害控制技术，并创新研制了配套试验研究装备。采动力学与岩层控制理论将岩层控制分为采场岩层控制和巷道围岩控制；提出控制或利用采动岩层运动改变致灾条件，给出“给定变形”和“限定变形”准则；调控“3S”因素准则（围岩应力环境、围岩结构属性、围岩支护结构）改变围岩自稳能力。以岩体灾害控制为目标，提出了以“应力主控”为核心的释能主控技术；建立了岩体灾害控制大小原理和弱面判据（安全系数K、冲击危险性系数U）；研发了采场矿压机械模拟试验系统、采动力试验系统和蠕变及动力扰动冲击加载试验系统，实现了实验室尺度还原采动力作用下岩体变形-破裂-运动过程，为研究采动力作用下岩体力学响应提供了试验装备；分别从采场岩层控制、地质软岩控制、工程软岩巷道控制及冲击地压控制四个方向进行了工程案例研究，相关研究成果在工程应用中得到了验证。

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煤矿矿井水水质形成及演化的水动力场-水化学场-微生物场耦合作用与数值模拟

作者(Author)：孙亚军, 熊小锋, 陈歌, 徐智敏, 张莉, 赵先鸣, Dmytro Rudakov

摘要：煤矿矿井水的水质形成与演化过程机理复杂，受水动力场、水化学场和微生物场等多场作用影响显著。深入研究并揭示煤矿矿井水水质形成机理与演化趋势、阐明采空区封闭后矿井水的多场耦合作用机制是矿井水污染防控与修复的理论基础。本文以鄂尔多斯盆地某煤矿采空区为水文地质原型，在前期研究的基础上，进一步建立了煤矿采空区积水水位回升、蓄满后水动力-水化学-微生物场(HCB)多场耦合室内相似模拟和数值模型。采空区水动力场研究结果表明基质-裂隙双孔隙模型能有效模拟采空区水位回升过程，模拟误差为9.9%，其模拟精度远高于理论预测和单孔隙模型。水化学场模拟结果与试验较为吻合，SO42-、HCO3-和pH模拟相对误差分别为3.0%、21.0%和6.2%，模拟结果较为可靠。不同时段模拟结果显示采空区蓄水过程中水岩反应和微生物作用不明显；而蓄满后水动力几乎停滞，但水化学场和微生物场较为活跃，2#煤和3#煤层中黄铁矿的氧化反应使得SO42-浓度提升约24.6%；后期采空区水环境演化为弱酸性、厌氧还原条件，微生物降解作用凸显，将SO42-浓度从高峰值降低了6.1%。研究结果表明：采空区封闭后矿井水具有一定的“自净”能力。通过调整微生物代谢速率常数，可将提高SO42-降解比例提高到61.6%。实际工程场景中可通过补充碳源、人工建立密闭厌氧环境等强化手段实现这一目标。本文将多场耦合室内试验和数值模拟技术拓展到煤矿采空区积水水质形成与演化规律研究，研究结论可为煤矿区矿井水污染防治提供理论指导。

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深部巨厚承压含水层采动疏水诱冲机理研究

作者(Author)：窦林名, 周坤友, 曹安业, 侯涛, 巩思园, 阚吉亮, 马小涛

摘要：陕蒙地区覆岩普遍赋存较厚承压含水砂岩层，工作面涌水量大、承压含水层水位显著下降，巨厚覆岩承压含水层下冲击地压和高能矿震监测表明覆岩承压水的采动疏放具有一定的诱冲效应。为揭示覆岩承压含水层采动疏水诱冲机理，开展了流固耦合数值模拟，分析了不同孔隙水压岩体力学行为及巨厚覆岩承压含水层采动疏水条件下围岩应力-能量场演化特征，揭示了覆岩承压含水砂岩层采动疏水对围岩应力场作用机制；并考虑巨厚覆岩对围岩动静载应力作用效应，提出了覆岩承压含水层采动疏水诱冲机理。研究结果表明：覆岩巨厚承压含水砂岩层下动力显现均发生在覆岩承压水位快速下降期间，覆岩承压水的采动疏放对围岩产生应力扰动；采动疏水条件下覆岩承压含水岩层孔隙水压降低，岩层强度和承载能力增大，覆岩载荷向采场两侧转移，导致围岩应力升高、能量进一步积聚，其对围岩应力场-能量场作用程度与采场尺度和疏放程度正相关，与煤层-承压含水层距离、承压含水层岩层厚度及强度负相关；巨厚覆岩承压含水层下顶板大尺度悬臂-铰接结构导致采场围岩高静载及强动载，在覆岩承压含水层采动疏水对围岩应力场作用下，煤岩体中叠加应力超过其临界载荷且释放的总能量超过其破坏所消耗能量，诱发冲击地压，其中高静载是冲击地压发生的应力基础，矿震动载和覆岩承压含水层采动疏水导致的应力扰动是重要诱因。针对覆岩承压含水层采动疏水及巨厚承压含水层覆岩结构对冲击风险的影响特征，提出了巨厚承压水含水层注浆堵水和优化盘区尺寸的防冲措施，通过地面注浆和降低采场尺寸能够降低覆岩承压含水层采动疏水对围岩应力场的作用效应、避免巨厚覆岩形成大尺度悬臂-铰接结构，从而降低巨厚承压含水层下冲击地压风险。

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钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法研究

作者(Author)：程久龙, 姜成麟, 李垚

摘要：利用掘进巷道超前探水钻孔进行钻孔瞬变电磁法探测钻孔孔壁外围远距离含水体，避免了常规测井方法仅能探测钻孔孔壁岩层的“一孔之见”。目前钻孔瞬变电磁法受全空间效应的影响，接收到的单分量响应不能判别异常体方位；多分量响应可以近似判断异常体的大致方位，但难以通过成像等直观有效的方法对其进行精确定位。基于钻孔瞬变电磁法和方位电磁波测井相关理论，提出了钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法，采用方位线圈作为探测装置，减小线圈互感，增强钻孔瞬变电磁法的探测效果。同时，通过改变线圈旋转角，对钻孔孔壁进行360°扫描，形成钻孔径向全方位探测，旨在对钻孔孔壁外围岩体中的低阻体进行精确定位。首先推导方位线圈的互感解析表达式，探讨方位角对方位线圈互感的影响，通过数值计算确定最佳方位角取值。分别建立均匀介质和含低阻异常体的钻孔全空间三维地质-地球物理模型进行瞬变电磁场数值模拟，分析方位线圈的瞬变电磁法扫描探测多分量响应特征，总结方位线圈扫描探测瞬变电磁响应规律，确定了钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法，即通过钻孔轴向和径向的瞬变电磁响应特征判别钻孔孔壁外围岩体中低阻异常体的位置。最后建立含两个低阻体的地质-地球物理模型，采用最佳方位角的方位线圈进行数值实验，验证了该方法能有效地判别低阻异常体的方位。研究表明：钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测结果可以较好地反映钻孔径向外围岩体中低阻异常体引起的瞬变电磁场异常，全空间视电阻率成像结果分辨率较高。依据钻孔轴向和径向的瞬变电磁响应特征，钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法对钻孔孔壁外围岩体中的低阻异常体具有较高的分辨率及定位精度。研究结果可以为钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法的实际应用提供理论依据。

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金刚石串珠绳锯切割煤层卸压增透效应研究

作者(Author)：李树清, 吕晨辉, 黄飞, 钱运来, 黄向韬, 赵天哲, 汤铸, 杨凤玲, 王晨

摘要：为探讨金刚石串珠绳锯割缝对缝槽周围煤层的卸压增透效应，首先建立基于缝槽顶板受力的两端固支梁力学模型，分析顶板梁的受力特征及缝槽顶板下沉接触底板(简称触底)特性，然后采用自行设计的物理相似模拟试验平台开展相似模拟试验，分析不同工艺参数绳锯割缝后缝槽上下方煤岩层应力、位移变化规律，基于FLAC3D数值模拟和开发的煤层瓦斯渗透率计算程序，分析随割煤工作面推进缝槽周围煤岩体的应力和渗透率分布特征和周期演化规律。研究表明：绳锯割缝使缝槽周围应力重新分布，缝槽顶板随着割缝工作面的推进经过顶板悬露、顶板触底，连续缓沉三种演化形态；顶板未触底时，缝槽上下方形成“U”型卸压区，最大挠度在顶板中心位置，也是最先触底部位，顶板触底之后，缝槽中间位置出现应力恢复，减弱绳锯割缝的卸压增透效果；串珠绳锯的直径越大，顶板发生触底的极限跨度越大，缝槽触底越晚，卸压效果越好；相同割缝直径增加第二条割缝，两缝槽卸压区连成一起，卸压效果相互促进，减弱两缝作用下的应力恢复现象，增大了卸压范围；缝槽推进距离足够长时，由于顶板触底，缝槽两边的卸压增透效果更好，割缝卸压的影响范围从左到右划分为应力集中区、卸压区、应力恢复区、卸压区、应力集中区，对应的卸压区和应力恢复区都有较好的增透效果。研究结果可为绳锯割缝卸压增透提供理论指导。

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采空区碳封存条件下CO2-水界面特性及溶解传质规律研究

作者(Author)：李树刚, 张静非, 林海飞, 包若羽, 丁洋, 白杨, 周雨璇, 朱冰

摘要：采空区CO2封存作为解决煤炭行业碳排放难题的重要负碳技术储备，在采空区废弃资源二次利用、CO2封存等方面具有广泛的应用前景。本研究利用原位界面张力测定仪开展了不同温压、地层水矿化度及阳离子溶液类型对CO2-地层水系统的界面张力(IFT)影响规律实验，明晰了CO2注入含水碎胀煤岩体中的气液界面扩散效应，并将基于统计缔合理论结合兰纳-琼斯势能模型的状态方程(SAFT-LJ状态方程)与密度梯度理论(DGT)结合预测了IFT理论值；利用自主研发的地质封存地化反应模拟实验平台对相同条件下的CO2溶解性进行了探究实验，得到了采空区储层环境下CO2溶解度变化特征，采用D-S模型计算了对应CO2溶解度理论值。实验结果表明：环境温度一定时，采空区储层压力与IFT值呈线性负相关关系，储层温度升高，IFT值相应增加，但变化幅度较小；温压条件一定时，矿化度与IFT值存在正相关性，且在本实验范围内，低压、高温、高矿化度会促使IFT值升高；CO2-盐溶液之间的IFT值呈现出随着阳离子价态升高而增大的现象(K+＜Na+＜Ca2+＜Mg2+)；采空区储层压力与CO2溶解度呈正相关关系，当温度为25℃、纯水条件下，压力由0.5MPa增至2.5MPa，对应CO2溶解度由0.1627 mol/kg升至0.7141 mol/kg；CO2溶解度随着温度与矿化度的升高而降低；相同浓度下，一价阳离子溶液(NaCl、KCl)比二价阳离子溶液(CaCl2、MgCl2)可溶解更多的CO2。注入采空区中的游离相CO2克服界面张力通过扩散溶解传质作用打破了采空区地层的地球化学平衡，通过明确环境温压条件、采空区水环境对IFT值及CO2溶解度的影响规律，阐明CO2-地层水气液界面效应及溶解传质机理，以期为采空区CO2封存安全性及封存量评估提供理论基础。

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黄河流域煤炭-煤电-煤化工场地特征精准智能识别方法及应用

作者(Author)：董霁红, 王立兵, 冯晓彤, 王蕾, 刘峰, 翟文, Thomas Kienberger

摘要：黄河流域是“能源流域”，兼具生态环境治理和经济社会发展的重任，涉煤产业场地类型、数量及特征的精准智能识别是流域能源资源-低碳发展-生态保护的关键基础问题。研究融合多源数据与深度学习算法，从流域-基地-场地尺度对黄河流域十三个大型煤电基地的煤基场地特征精准解析，获得煤电基地高精度、高质量的本底信息，提出一种实时实景智能识别涉煤产业空间特征的新方法。(1)筛选Google image、GF-6影像、Sentinel-2影像等多源数据，采集十三个大型煤电基地煤基场地样本，构建煤炭场地(露天)、煤炭场地(井工)、煤电场地、煤化工场地四类数据集，涵盖21种样本类型。按照每种样本六面体设定6×10个样本，共计1260个场地样本，分析得出最适样本数量-最高识别效率-最优识别模型的置信区间为80%-86%。(2)建立了煤基场地类型量化模型(Coal-Based Site Classification Quantitative Model， CSCQM)和煤基场地范围特征模型(Coal-Based Site Range Characteristic Model， CSRCM)。模型平均精准度为0.83。明析了黄河流域涉煤产业场地本底信息，提出Google image底图叠加场地智能识别模型解算结果的高精度场地智能识别方法。(3)解析了流域神东煤炭-煤电产业集聚区精准本底数据，依据遥感生态指数(Remote Sensing Based Ecological Index，RSEI)分析，煤基场地分布2 km核心区地表生态质量受煤炭、煤电产业影响明显，5km缓冲区则影响不明显，而8 km控制区基本不受煤炭、煤电产业影响，从而给出了“动态修复”与分区域、分阶段重点治理等低碳路径。(4)解析了流域宁东煤炭-煤电-煤化工产业集聚区精准本底数据，2022年煤炭场地17.81 km2、占比34.1%，煤化工场地22.3 km2、占比42.6%，煤电场地12.2 km2、占比23.3%，煤化工场地＞煤炭场地＞煤电场地。进而采用PSR(Pressure-State-Response)模型得到风险管控综合得分53.93分，较2003年提高了27.2%。划分生态维护区、生产监测预警区、损毁修复重建区、其他调控区的分区管控模式。研究为涉煤产业煤基场地潜在污染控制、场地治理及区域生态修复提供技术方法与实践支撑。

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