《煤炭科学技术》“覆岩沉陷”研究领域 | 热文精选

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《煤炭科学技术》“覆岩沉陷”研究领域 | 热文精选

来源：煤炭科学技术

为了协助读者了解塌陷地治理、岩层控制等研究领域内的研究热点和前沿问题，促进学术交流与合作，编辑部根据论文在中国知网的下载、引用等指标，整理了10篇《煤炭科学技术》2022年至今刊出的“覆岩沉陷”研究领域最受关注论文，以飨读者。以刊期排序。

行业视野: 煤炭科学技术
类别; 55个
关键词; 52位
专家; 10篇
论文; 4141IP
点击量; 12149次
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煤矿采场岩层运动与控制研究进展——纪念钱鸣高院士“砌体梁”理论40年

作者(Author)：王家臣, 许家林, 杨胜利, 王兆会

摘要：自1982年钱鸣高院士提出的“砌体梁”理论得到国际公认以来，煤矿采场矿山压力研究实现从定性假说到定量理论的跨越式发展。40年来，我国的采场岩层运动与控制研究已形成较系统的理论与技术体系，服务于煤炭安全、高效、绿色开采。以“砌体梁”理论学术思想为主线，综述了我国煤矿采场岩层运动与控制研究进展，并提出了今后需要发展的研究方向。“砌体梁”理论采用“梁”“薄板”模型分析基本顶破断规律，揭示了顶板断裂线位于采场煤壁前方；煤壁和矸石支撑下基本顶破断岩块回转挤压，咬合形成“砌体梁”结构；发现了“砌体梁”结构的滑落（S）失稳和回转变形（R）失稳模式，建立了S-R失稳的力学条件，提出了基于“砌体梁”结构平衡的顶板压力计算方法，首次实现了支架-围岩关系的定量分析。“砌体梁”结构采场矿山压力力学模型突破了传统定性假说，为保障煤矿的安全和高产高效作出了历史性贡献。“砌体梁”理论指导煤矿采场顶板控制取得系列进展，如支架-围岩三耦合关系、顶板动载荷模型、支架阻力确定的二元准则、中厚板模型、大空间采场远-近场模型等。在“砌体梁”理论的基础上，钱鸣高院士于20世纪90年代中期提出了关键层理论，建立了下至采场、上至地表全覆岩运动过程的力学联系，实现了采场矿压、岩层移动和地表沉陷研究的统一。“砌体梁”理论与关键层理论指导了我国煤矿采场矿山压力与岩层控制研究，在采场矿压控制、覆岩裂隙分布、采动应力分布、岩层移动与开采沉陷等方面取得重要成果，为煤炭绿色开采与科学采矿奠定了基础。岩层运动与控制理论的进一步发展需集中到岩层运动统一场理论，基于采动岩层控制的灾害防治与减损技术，复杂条件岩层运动规律，岩层运动可视化技术和智能岩层控制技术等方面。

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煤炭科学技术

2023年第01期

779

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高潜水位采煤沉陷区积水时空演化特征研究——以安徽省矿区为例

作者(Author)：孙　茹, 朱晓峻, 张鹏飞, 梁　明, 张　鑫, 宁正源, 彭雪妮, 刘　辉, 杨晓玉, 黄文山, 颜　宇, 段长征

摘要：随着煤炭资源大面积、高强度开采，高潜水位矿区积水问题尤为突出，对周围生态环境产生了严重影响。为了给采煤沉陷积水区生态环境修复提供科学依据，开展了高潜水位采煤沉陷区积水的时空演化特征研究和影响因素分析。以整个安徽省矿区为研究区域，基于Landsat TM/OLI遥感数据，采用归一化水体指数法（NDWI）和目视解译法对1995—2020年（共计22期）和2020年12个月份（12期）沉陷区积水区域进行提取，获取了近25年安徽省采煤沉陷区积水空间信息，并结合水文和降雨资料分析和讨论了沉陷区积水时空演化的影响因素。结果表明：①近25年来，安徽省采煤沉陷区积水面积的增长呈“缓慢—快速—稳定”3阶段分布特征。研究期内平均积水面积增长了约6倍，从18.95 km2增长到118.09 km2，年均增长3.97 km2。②从时间尺度上沉陷区积水演化分为3阶段：第1阶段（1995—2005年），由于积水初步形成还未稳定，增长速度较为缓慢，年均增长率为4.65%；第2阶段（2005—2013年），基于安徽省煤炭开采量进入快速增长期，积水面积也增长迅速，年均增长率为6.64%；第3阶段（2013—2020年）增长率开始不断减小，积水面积逐渐趋于稳定，年均增长率为3.42%。空间尺度上，安徽省沉陷区积水主要集中在淮南市和淮北市，约占全部积水面积的70%。③安徽省采煤沉陷区积水演化长时间尺度的主要影响因素是煤炭开采量，短时间尺度的主要影响因素则是大气降雨。④利用Logistic回归曲线建立了安徽省采煤沉陷区积水面积预测模型，预测得到在未来一段时间安徽省采煤沉陷积水面积将仍处于低速增长阶段，到2030年，枯水期积水区面积约达到130 km2。获取了高精度的沉陷区积水信息，分析了其时空演化规律及影响因素，可以给高潜水位采煤沉陷区积水的治理以及沉陷区的生态修复提供科学依据。

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煤炭科学技术

2022年第12期

199

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矿山开采损害InSAR / UAV融合监测关键技术及应用

作者(Author)：周大伟, 安士凯, 吴侃, 胡振琪, 刁鑫鹏

摘要：煤炭开采引起的地质环境损害问题已成为关注和研究的焦点；尤其西部矿区以大规模、高强度开采主，引起的岩层及地表移动也呈现出变形速度快、损害程度深、波及范围广的特点，对其进行快速、准确、全面地监测是矿区生态环境保护、绿色矿山建设的关键。传统的地表移动观测方法和单一测量技术均难以满足需求；无人机（UAV）摄影测量与合成孔径雷达干涉（InSAR）优势互补，二者融合在地质环境损害监测方面具有优势，提出了融合UAV/InSAR监测矿山开采损害的关键理论、技术和方法。重点论述了UAV/InSAR融合新型多尺度观测站建立模式和二者协同观测方法；探讨了UAV/InSAR跨尺度异质遥感数据融合策略；提出了基于UAV/InSAR特征级融合的地表沉陷变形及关键环境因素精确提取的思路和方法；并以内蒙古王家塔煤矿为例进行了应用研究，首先采用UAV摄影测量和InSAR技术建立了工作面尺度“点-线-面”结合新模式观测站，同时获得研究区域的UAV光学影像、InSAR影像和主断面关键点水准数据；利用UAV/InSAR的特征级融合方法提取了矿区沉陷盆地，并利用UAV沉陷盆地和融合沉陷盆地分别进行求参。研究结果表明：UAV监测的最大下沉值为2 487 mm，中误差为81 mm，UAV测量误差对于沉陷盆地边界影响较大，导致无法精确获取盆地边界区域；InSAR监测的最大下沉为110 mm，远小于实际，InSAR受时空失相干影响，无法准确获取大变形区域沉降；通过InSAR/UAV特征级融合，得到了整体和边界区域精度更高融合下沉盆。在求参方面，单独UAV数据求取的下沉系数与水准结果的相对误差为1.4%，主要影响角正切偏差较大，约20%，主要为UAV下沉盆地边界误差较大所致。与单独UAV求参相比，融合下沉盆地数据求出的参数更准确，主要影响角正切的相对误差仅为5%，融合数据很好解决了单一UAV反演tan β误差偏大的问题。该工程案例表明了UAV/InSAR融合技术在西部矿区地表沉陷变形监测中具有显著的优势，可为西部煤矿开采地表损害监测提供技术支撑。

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煤炭科学技术

2022年第10期

249

455
关闭矿井次生沉陷研究现状及展望

作者(Author)：邓喀中, 郑美楠, 张宏贞, 范洪冬, 谭志祥

摘要：我国关闭矿井数量多范围广，矿井关闭后，停止排水，地下水位上升，受地下水影响，覆岩及地表将再次沉陷，危及关闭矿井上方和周边建构筑物、交通电力通讯等基础设施安全及建设场地稳定性，研究关闭矿井覆岩与地表次生沉陷机理、规律、预测方法具有重要的理论和实用价值。在收集国内外相关文献基础上，结合徐州东西部矿区关闭矿井地面次生沉陷监测实践，系统回顾和分析了关闭矿井地面次生沉陷监测方法、形成机理、时空分布规律及预测方法研究现状和存在的问题。首先，对比研究了常规地面变形监测方法和航天航空测量方法的优缺点，重点总结了合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术应用于关闭矿井地表沉陷监测中的优势及存在的问题；其次，基于国内外大量实测资料，分析总结了关闭矿井覆岩及地表次生沉陷形成机理及时空演化规律，得到了覆岩及地表下沉的主要诱因为采动破裂岩体、覆岩结构及煤（岩）柱在地下水作用下的变形或失稳；覆岩与地表上升的主要诱因为：随着地下水位升高，作用在采动破裂岩体、第四系松散层内的孔隙压力增大，有效应力减小，使其产生弹性恢复变形，膨胀岩体遇水膨胀也可能导致覆岩及地表上升；关闭矿井次生沉陷在时间上可分为5个阶段：①初期稳定阶段；②下沉阶段；③中间稳定阶段；④上升阶段；⑤最终稳定阶段。并分析了不同开采方法、多煤层开采对关闭矿井地表沉陷时空分布规律的影响。在此基础上，基于采动破裂岩体本构关系，分下沉和上升2阶段，分别给出了长壁垮落法、充填开采和柱式开采地表沉陷预测模型。最后指出，关闭矿井覆岩及地表沉陷机理、规律是非常复杂的物理力学过程，涉及地质采矿环境、采动破裂岩体及覆岩结构、本构关系、变形特征、水岩耦合作用、地下水动力效应、膨胀岩体膨胀变形等复杂因素，因此，还需进一步深入研究。

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煤炭科学技术

2022年第05期

546

689
采煤沉陷区损害防治对策与技术发展方向

作者(Author)：胡炳南, 郭文砚

摘要：煤矿采动损害防治与沉陷区治理是我国煤矿区亟待解决的技术难题。客观评价了煤炭开采社会贡献和存在的采动负面效应；较全面地梳理总结了采煤沉陷区治理国家部委政策鼓励、资金支持和技术研发方面取得的进展；归纳了我国东北平原资源枯竭矿区、西部生态脆弱区、中东部平原高潜水位区和西南山区、丘陵岩溶区4种不同区域类型采煤沉陷区采动沉陷损害特征和存量、增量变化情况；提出存量科学治理和增量预防控制的采煤沉陷区防治重点；基于岩层移动控制关口前移、煤矿区采动沉陷预防与损害治理并重理念，提出实现绿色开采采动沉陷损害防治的采前优化设计、采中损害控制和采后科学治理三原则对策；针对采煤沉陷区存量与增量特征，提出东北、西部、中东部与西南采煤沉陷区存量治理关键技术和采煤沉陷区建筑复垦关键技术、增量控制关键技术共6方面治理关键技术发展方向；针对采煤沉陷区综合治理中的不足，提出开展全国范围采煤沉陷区现状调查评估和制定综合治理中长期专项规划，完善采煤沉陷区综合治理利用标准体系，构建新时期采煤沉陷区“源头防治-过程控制-综合利用-全程监测”一体化治理新模式，加大采煤沉陷区综合治理政策和资金支持力度等沉陷区综合治理建议，为我国煤矿采动沉陷损害防治和沉陷区治理技术提供参考。

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煤炭科学技术

2022年第05期

314

568
新近系含水层下厚煤层综放安全绿色开采及水资源清洁利用

作者(Author)：郭文兵, 白二虎, 张璞, 侯建军, 张要展, 李萌

摘要：煤炭开采在支撑国民经济和社会高质量发展的同时，也对矿区安全、生态环境造成严重影响。为加快推进绿色矿山建设进程，基于安全绿色开采与可持续发展理念，对新近系含水层下采煤的安全性进行了区域划分，提出了将顶板水转化为矿井水的井上、井下联合贯通疏放水及利用技术，解决了松散含水层水害威胁问题，实现了安全高效开采。分析了综放开采地表响应特征，阐明了地表动态演化规律，得到了地表动态移动变形参数；通过对沉陷区破坏程度进行区域划分，以工程复垦与生态复垦相结合的原则，对开采沉陷区实施了土地复垦措施；结合水资源与清洁能源综合利用理念，以全寿命周期理论为基础，建立了矿井供热方式的全寿命周期成本模型，分析研究了合理的矿井热源供应方式。结果表明：疏干排水解放了5.99 Mt的水体下压煤资源，且为覆岩含水层水资源的清洁利用提供了丰富的矿井水余热资源，以不同供热方式的全寿命周期成本进行分析，确定了余热利用是矿井热源供应的最佳方式，具有运行成本少、高效节能、绿色环保等特点，实现了清洁能源的高效利用；同时，以地表移动变形角量参数指导沉陷区土地复垦不仅提高了土地生产力，而且有效改善了矿区生态环境，加快了绿色矿山建设进程。

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煤炭科学技术

2022年第05期

339

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煤矿开采地表沉陷UAV－摄影测量监测技术研究

作者(Author)：高银贵, 周大伟, 安士凯, 王玲, 张德民, 詹绍奇

摘要：西部矿区开采地表沉陷大多呈变形速度快、损害程度深、波及范围广的特点，常规观测站已无法适应其高强度开采地表损害监测任务。如何快速、准确、全面地监测煤矿高强度大规模开采引起的地表沉陷与环境损害是矿山企业面临解决的一个关键问题。采用无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）摄影测量技术对西部〖JP+1〗高强度开采的矿区进行地表沉陷监测，给出了基本思路和方法，并以内蒙古鄂尔多斯某煤矿为例进行了应用研究，通过与水准对比评定了UAV摄影测量建立的数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）和沉陷盆地的精度。研究结果表明：UAV摄影测量技术获取的DEM精度为228 mm，沉陷盆地精度为81 mm，沉陷盆地精度为比DEM高程精度提高了64.5%；反演得到的下沉系数与水准求参结果相比，相对误差为1.4%；UAV摄影测量技术可以快速获得地表丰富的遥感影像数据，并可求出“面状”全盆地沉陷数据和可靠的沉陷参数，为矿区生态环境监测以及后续的生态修复和土地复垦提供支撑，研究成果可以为多数西部煤矿开采地表损害监测提供有效手段。

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煤炭科学技术

2022年第05期

298

493
山东能源集团煤炭产业技术创新体系建设

作者(Author)：孟祥军, 李伟

摘要：山东能源集团有限公司（简称“山能”）是由兖矿集团有限公司、原山东能源有限公司（简称“原山能”）联合重组成立的山东省属大型能源集团，在煤炭安全高效开采、高端装备制造、煤气化、煤液化、煤炭清洁利用、深部建井、海外煤炭开发等方面取得了显著成就，为全国煤炭行业发展起到了引领和示范作用。文章系统总结了山能发展布局及创新体系建设成就，梳理了厚煤层放顶煤、超大采高综采、中厚煤层智能化开采、冲击地压治理、巷道支护技术、矿井热害与煤自燃防治、“三下一上”采煤治理、深井建设、澳大利亚煤炭开发实践、高端装备制造和煤炭清洁利用等15个重点领域所取得的进展，并列举了部分典型成功案例。系统阐述了山能在科技投入、平台建设、产业转型、新型产业、数字化和智能化方面的发展布局，介绍了兖矿集团创新体系建设经验和建设成效以及山能技术创新体系建设方面政策方针；回顾了山能在厚煤层放顶煤开采技术推广和应用方面所做出的巨大贡献，介绍了在综放开采工艺、综放开采装备配套方面的技术创新；针对不同地质生产条件下煤炭安全高效开采问题，研发应用了适于不同埋深、不同煤层赋存条件的3～4、5.5、6.0、6.8、8.2 m大采高和超大采高综采技术与成套装备，完成了5.5、7.0 m大采高、超大采高综放开采技术与装备研制和应用，刷新了我国综放开采高度；阐述了山能冲击地压矿井现状，分析了在冲击地压治理方面的思路和技术，重点探讨了鄂尔多斯、菏泽、新疆三类典型地层条件下的冲击地压治理工程实践；回顾了山能锚网支护的发展与改革历程，总结了大断面沿空巷道、小煤柱沿空巷道、深部复杂巷道布局原理和支护技术研究成果；针对矿井热害与煤自燃灾害治理，介绍了赵楼煤矿井下集中式冷水降温系统和全风量降温系统的原理与应用情况，总结了在煤自燃早期识别技术、采空区封闭控制技术和自燃火灾应急控制技术的研究和应用情况；阐述了采动覆岩破坏规律、开采沉陷规律和防水煤柱合理留设方面的研究成果；总结了河流、村庄建筑物、矿区铁路、高压输电线路、输油管线下压煤开采实践经验；介绍了深井建设过程的地面预注浆、深井冻结施工、井壁砌筑、井筒支护、井壁破裂治理等方面成熟经验；梳理了澳大利亚煤炭开发、收购历程及矿井建设、智能化工作面开发经验与成就；研发了具有自有知识产权的多喷嘴水煤浆气化技术，形成了日处理煤量1 000、1 500、2 000、2 500、3 000、4 000 t和4.0、6.5 MPa不同压力等级的系列炉型；总结了煤间接液化技术方面取得的成果，介绍了在高低温费托合成工艺、固定定流化床费托合成反应器及高效费托合成催化剂方面的研究成果和煤炭提质加工与清洁高效利用实践，重点介绍了煤炭高效提质、粉煤清洁利用、煤系固废资源化等方面的重大进展。通过对山能技术创新体系和创新成果的总结，分析并探讨了其未来科技创新和高质量发展思路，明确了山能“十四五”期间的重点发展方向。

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煤炭科学技术

2022年第04期

789

5593