《煤炭科学技术》高影响力学术论文 | 2023年

为繁荣煤炭科技，活跃学术气氛，发现优秀人才，鼓励广大煤炭科技工作者把代表性学术成果发表在祖国大地上，本刊根据《<煤炭科学技术>年度高影响力论文评选办法》，秉承独立、公正、客观的原则，遵循科学、专业的方法和合理、规范的程序，采用定量评价与定性评价相结合的方式，从《煤炭科学技术》2021、2022年发表的760篇论文中，根据论文在中国知网的数据表现，结合微信公众号投票结果，经期刊编委会终评，最终确定40篇论文入选《煤炭科学技术》2023年度高影响力学术论文。获奖论文将由编辑部颁发荣誉证书。

行业视野: 煤炭科学技术
类别; 187个
关键词; 209位
专家; 40篇
论文; 34033IP
点击量; 74348次
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长壁综采工作面无人自主开采发展路径与挑战

作者(Author)：王世博, 葛世荣, 王世佳, 李争, 万志军

摘要：智能化无人开采是实现煤矿安全高效开采的技术途径。根据无人控制系统发展的一般规律，分析了综采工作面控制系统发展历程包括远程遥控、自动控制和自主控制3个阶段。综采工作面自主控制需要解决综采工作面环境实时感知、综采“三机”协同控制、高精度煤层地理信息系统、开采工艺智能决策与无人综采工作面评估试验方法5个方面的问题。总结了综采工作面控制系统的3个目标任务：可靠割煤与装煤、保持工作面几何关系、围岩可靠支护；凝练了综采工作面控制系统的8项关键技术：液压支架电液控制技术、综采装备协同控制技术、工作面通信技术、工作面可视化技术、采煤机定位技术、采煤机自动调高技术、工作面自动调直技术、工作面围岩支护控制技术，并分析了综采工作面控制系统关键技术与其目标任务之间的逻辑关系。通过分析综采工作面控制系统关键技术的功能需求和综采工作面自主控制的研究问题，提出了综采工作面由自动控制迈向自主控制首要解决的问题，即工作面煤层地理信息系统精细化、采煤机截割规划策略、工作面围岩智能支护策略以及综采工作面控制系统适用性评估检验方法。

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煤炭科学技术

2022年第02期

507

1723
煤型战略关键微量元素的地球化学特征及资源化利用

作者(Author)：秦身钧, 徐飞, 崔莉, 王金喜, 李神勇, 赵泽森, 肖林, 郭彦霞, 赵存良

摘要：稀有、稀散、稀土和稀贵等战略性关键元素是用于国民经济和军事国防中的重要原料，发挥着不可替代的作用。随着传统矿床的逐渐枯竭和开采难度加大，煤炭和煤灰中伴生关键元素资源的综合勘探开发和利用越来越受到重视，有望成为一种兼具可循环利用和环境保护双重价值的新型理想替代资源。将煤型战略关键微量元素的地球化学特征及资源化利用作为一个整体，系统阐述了锂、镓、锗、稀土和贵金属等代表性“四稀”战略关键元素含量测定和赋存状态的常用分析方法，在中国煤中的分布富集、赋存状态与地球化学机理，分析了它们从煤到煤灰中的迁移转化和化学形态特征，并对重要关键元素提取过程中的活化浸出、尤其是富集提纯方法进行了总结，最后提出了一些该领域中存在的问题和今后研究应关注的方向，以期为煤及煤灰作为战略关键元素潜在资源进行开发利用的相关理论和技术研究提供科学参考。

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煤炭科学技术

2022年第03期

595

2188
智慧矿山工业互联网技术架构探讨

作者(Author)：张建中, 郭军

摘要：针对智慧矿山建设过程中存在的信息孤岛、数据质量和网络信息安全等问题，分析了智慧矿山建设技术架构现状，对比了智慧矿山建设与煤炭工业互联网关系，采用以ISO/IEC/IEEE42010系统与软件工程标准为主要方法论，提出了智慧矿山工业互联网架构体系，包括设备层、边缘层、企业层和产业层的“网络、标识、平台、安全”四大系统建设，提出了智慧矿山工业互联网平台技术5层架构，分析了各层构建的主要内容和相互关系，包括:①现场层，提供工业设备与业务管理数据来源与流程优化场景；②边缘层，构建基于OPC UA与TSN融合的边缘云计算架构，实现感知、互联与计算的边缘侧应用闭环；③IaaS层，构建基于边云协同的存储与计算架构，实现网络、存储、CPU等资源虚拟化与池化；④工业PaaS平台层，包括通用资源部署与管理、矿山大数据引擎、矿山机理与大数据建模分析、矿山数字孪生信息模型建模引擎和基于微服务框架及组件开发环境；⑤工业SaaS应用层，调用和封装工业PaaS平台上的开发工具、矿山机理模型、数据驱动模型等服务开发智慧矿山业务运行与矿山智能化应用APP。并探讨了基于智慧矿山工业互联网操作系统PaaS平台构建“智慧矿山大脑”赋能智慧矿山建设，主要有矿山资源勘察、数字化协同设计、矿井施工管理、综合自动化集成、智能开采、快速掘进、地测管理、故障诊断、智能物流、智能通风、精准感知、重大危险源辨识与控制等赋能应用场景，最后进行了总结和展望。

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煤炭科学技术

2022年第05期

232

3635
煤矿巷道围岩卸压技术及应用

作者(Author)：康红普, 姜鹏飞, 冯彦军, 赵凯凯

摘要：煤矿巷道围岩控制方法主要分为支护加固法和卸压法，卸压法是高应力、强采动巷道围岩控制的有效手段。目前，我国煤矿已形成包括巷道布置法、巷道围岩近场卸压法及远场卸压法在内的巷道围岩卸压技术体系。介绍了巷道卸压法分类及卸压机理、影响因素和适用条件。巷道布置法的实质是将巷道布置在采空区下方、上方、边缘及采空区内等应力降低区，是首选的、有效的卸压法。巷道围岩近场卸压主要包括切缝、钻孔、爆破及掘卸压巷等方法，卸压机理是在浅部围岩形成一定的变形空间，减小围岩向巷道空间的位移，并将浅部围岩高应力转移到深部。巷道围岩远场卸压法主要有深孔爆破、水力压裂法，通过切断或弱化巷道上方的顶板，减小回采工作面采动对巷道稳定性的影响。近年来，水力压裂技术得到广泛应用，成为回采工作面坚硬顶板弱化、强采动巷道围岩卸压的有效措施。在实例分析中，介绍了区域水力压裂和局部水力压裂卸压技术的应用情况，包括地质与生产条件、压裂设计及卸压效果。最后，分析了巷道卸压法存在的问题，对今后的技术发展进行了展望。

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煤炭科学技术

2022年第06期

1539

3345
高水材料充填沿空留巷应力控制与围岩强化机理及应用

作者(Author)：柏建彪, 张自政, 王襄禹, 徐营, 闫帅, 徐军

摘要：高水材料被广泛应用于不同条件下的薄及中厚煤层沿空留巷、部分条件较好的厚煤层沿空留巷，形成了丰富的高水材料充填沿空留巷围岩控制实践。基于高水材料充填沿空留巷理论研究和现场实践，以应力控制与围岩强化为主线，分析了充填留巷围岩在巷道掘进、工作面超前采动影响、留巷围岩调整稳定和邻近工作面复用4个阶段的应力与变形特征，提出了“基本顶二次破断”的覆岩顶板运动特征。以青龙同昌煤矿15102工作面沿空留巷为背景，数值模拟研究了留巷过程中围岩应力和塑性区分布特征，揭示了充填留巷覆岩基本顶的旋转下沉是留巷巷道所受外力的主要来源；在此基础上，提出了充填留巷围岩控制的关键区域，根据高水材料固结体的较强塑性变形特性，提出了高水材料充填沿空留巷围岩分时分区强化机理，确定了合理的高水材料充填体支护阻力计算式、留巷顶板离层计算式和实体煤帮的支护强度计算式，给出了高水材料充填沿空留巷围岩控制关键参数设计方法，关键参数包括充填体支护阻力（充填体宽度和强度）、顶板支护强度（巷内支护和临时支护）、实体煤帮支护强度。介绍了山西高平青龙同昌煤业15号煤层和赵庄煤业9号煤层高水充填沿空留巷围岩控制2个应用实例，留巷围岩变形控制效果良好。最后，提出了高水充填沿空留巷围岩控制技术的发展方向。

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煤炭科学技术

2022年第06期

619

2023
复杂条件下巷道围岩控制技术研究进展

作者(Author)：李桂臣, 杨森, 孙元田, 许嘉徽, 李菁华

摘要：煤炭资源开采正不断向深部迈进，面临的复杂地质条件问题也日益突出。深部资源开采、地下空间开挖等深部岩石工程活动迅速增加，而这些工程活动的开展和巷道的稳定性密切相关。重点总结了复杂条件下煤矿巷道围岩控制领域的相关成果，梳理了当下巷道围岩控制面临的主要复杂条件，划分了工程地质条件和开采技术条件2类巷道复杂条件。阐明了各类复杂条件下巷道围岩的变形破坏特征，指出了围岩应力、围岩性质和支护结构是巷道围岩控制的3类基本对象，明确了围岩应力环境恶化、围岩性质劣化和支护体性能弱化3种失稳形式，在此基础上揭示了不同地质环境与采掘时空关系下回采巷道的失稳机制。分析了现阶段困难巷道围岩控制基本机理：改善围岩应力环境、改良围岩性质与强化围岩承载结构；详述了基于卸压、改性、支护与协同控制的围岩控制技术在不同复杂条件巷道的阶段性理论研究与技术应用现状。同时，分析了泥质采动巷道渗流失稳与围岩控制的典型工程案例，揭示了该类复杂困难条件的巷道围岩失稳机理，提出了疏水泄压、泥岩置换、分级注浆、高强度封层支护结构与底板结构等多种方法协同作用的高强度综合修复与控制技术体系。最后，基于上述4方面研究，结合工程实践，展望了未来复杂条件下巷道围岩控制技术的发展趋势。

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煤炭科学技术

2022年第06期

678

2513
数字孪生驱动的掘进机器人决策控制系统研究

作者(Author)：张旭辉, 吕欣媛, 王甜, 黄本鑫, 郑西利

摘要：针对掘进设备远程控制中存在的设备决策能力低，掘进效率不高，安全隐患大等问题，提出了一种数字孪生驱动的掘进机器人决策控制方法。通过分析对比当前数字孪生技术在煤矿领域的研究情况，设计了数字孪生驱动的掘进机器人决策控制系统体系框架，包含物理空间、虚拟空间、孪生数据、规划层、控制层、执行层6个模块，以实现虚拟样机自主规划决策，远程控制物理样机同步运动的目的。首先，结合虚拟现实技术研究了非结构化环境下的局部避障策略，建立掘进机器人运动控制模型与传感观测模型，利用激光雷达将巷道中的障碍物在虚拟环境中进行重建，采用Ray-Col方法进行机器人与障碍物之间的碰撞检测，为机器人的路径规划决策奠定基础；其次，结合深度强化学习技术研究了基于虚拟智能体的全局路径规划方法，提出了基于改进PPO算法的Muti-PPO算法，通过奖惩机制建立掘进机器人虚拟智能体，并在Unity3D平台中进行训练，训练结果表明Muti-PPO算法相比于PPO算法、SAC算法，平均奖励值分别提升了13.82％与11.31％；标准差分别下降了17.85％与16.81％；最高奖励值分别提升0.14％与0.43％，其性能在3种算法中达到最优；最后，搭建决策控制平台，将虚拟空间中产生的决策指令发送至物理样机的末端执行器，通过物理样机传感器数据驱动虚拟样机同步变化。根据系统的规划决策、双向映射与远程控制功能，设计路径规划试验与虚实同动试验对其进行验证。路径规划试验结果表明，在3种不同复杂程度的工况下，虚拟智能体路径规划结果与目标点的误差在1.2 cm以内，且能够将控制信息传输至物理空间中，远程控制机器人运动；虚实同动试验结果表明，在掘进机器人运行过程中，虚拟样机与物理样机保持同步运动，两者在巷道中的位姿均保持一致。该方法实现了“数据驱动、双向映射、碰撞检测、自主决策、人机协作”的无人化决策控制新模式，为掘进设备的智能化提供了新的思路。

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煤炭科学技术

2022年第07期

474

1232
带式输送机智能化关键技术现状与展望

作者(Author)：王海军, 王洪磊

摘要：带式输送机是煤炭主运输系统的关键装备，带式输送机的智能化是矿井煤炭安全高效运输的重要保障，对于提升煤矿安全水平、保障煤炭稳定供应具有重要意义。在新技术革命的推动下，带式输送机智能化领域处于加速发展阶段，信息系统平台、智能控制、测量感知等智能化关键技术不断取得进展，呈现多点突破、全面发展的态势，但相关技术在煤矿企业多为试验性应用，未得到普遍推广。综述了近年来带式输送机智能化关键技术的发展情况，分析了工程应用中存在的问题，指出了带式输送机智能化关键技术的发展趋势。首先，概括介绍带式输送机智能化的发展历程，重点阐述不同承载方式的带式输送机的技术特点及对智能化发展的技术要求；然后，以托辊式带式输送机为对象，分别介绍带式输送机节能运行技术、煤流量感知技术、健康状态监测技术和安全保障技术等智能化关键技术的研究现状，梳理了计算机视觉、大数据分析、智能控制与决策等技术在工程中的应用情况，对存在的问题及未来发展趋势进行讨论；最后，结合对国内外相关技术研究成果的分析，从智能化监测与控制研究的角度出发，指出了带式输送机变频节能控制、非接触式煤流智能感知、基于多源信息融合的透明输送和虚拟现实等智能化关键技术的研究方向。

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煤炭科学技术

2022年第12期

689

1010

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