《煤炭科学技术》“煤炭行业卓越工程师”专题

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《煤炭科学技术》“煤炭行业卓越工程师”专题

来源：煤炭科学技术

专题来自于《煤炭科学技术》2024年09期，共19篇研究成果。

行业视野: 洁净煤技术
类别; 96个
关键词; 121位
专家; 19篇
论文; 252IP
点击量; 72次
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基于局部矿井刚度理论的煤柱冲击机理及防治

作者(Author)：高富强, 卢志国, 彭相愿, 娄金福, 曹舒雯, 王晓卿, 陆闯, 杨磊

摘要：冲击地压频发严重威胁煤炭资源安全高效回收，冲击地压机理研究是预测预警和灾害防治的基础。针对某矿井应力环境稳定且未受到动载影响的条件下发生的冲击事件，引入局部矿井刚度(LMS)概念，并以该矿井冲击事件高发区域为工程背景，综合运用数值分析和现场实测等方法，分析复杂采掘布置条件下大空间尺度采掘作业过程中煤柱力学响应规律，并考察该过程中局部矿井刚度演化。指出采掘作业导致局部矿井刚度降低，煤层及其顶底板系统中能量快速积累，超过煤柱破坏所需能量，在失稳瞬间迅速释放造成煤柱冲击破坏，并对比分析随工作面推进局部矿井刚度演化与现场地音及微震实测数据。基于煤柱冲击破坏机理，结合该矿生产实际，采用大直径钻孔弱化煤体，降低冲击危险性，并以实测微震数据验证防冲效果。研究表明：①煤柱变形、载荷及弹性能量积累随采掘作业整体呈增长趋势，但LMS呈降低趋势，采出空间尺寸及其与研究区域间距离是主要影响因素，LMS对工作面回采响应程度显著大于巷道掘进，工作面回采对LMS降低显著影响范围是巷道掘进的3.67倍，单位推进距离下LMS降幅是巷道掘进的6.41倍。②随工作面推进LMS演化与现场地音及微震数据的良好对应关系，表明煤层回采导致LMS降低直接影响煤柱破坏方式，煤层及其顶底板系统中能量随LMS降低而快速积累，在煤柱承载能力降低时迅速释放，致使煤柱发生冲击破坏。③采用大直径钻孔弱化煤体后，微震能量及频次均显著降低，表明大直径钻孔破坏该区域煤体，降低煤柱峰后刚度，冲击危险性降低。

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煤炭科学技术

2024年第09期

5

3
煤层防冲卸压钻孔动载响应规律及其极限性

作者(Author)：潘俊锋, 马宏源, 贺海鸿, 闫耀东, 马小辉, 马文涛

摘要：冲击危险性巷道围岩遭受外界动载荷扰动，常导致冲击地压发生。为了探索煤层大直径预卸压钻孔在动载扰动条件下的防冲卸压作用，综合采用理论分析、实验室试验以及数值模拟等方法，开展煤层防冲卸压钻孔动载响应规律及其极限性研究。结果表明：大直径钻孔卸压区内的煤体形成弱结构，增大了衰减动载的能力，降低了冲击发生的可能性。低动载扰动下，孔洞裂隙扩展，声发射累计事件随着扰动周期增加呈上升趋势；较高动载扰动下，钻孔煤样损伤破裂程度加剧，声发射事件以高能量为主。随着动载能级和扰动周期增加，应力集中区、弹性高能区与钻孔之间的距离缩短，影响范围增大，围岩运动趋势增强，弹性能集聚程度增加；在低动载能级扰动下，钻孔发挥耗能卸压防冲的作用，能够维护围岩的稳定性，在高能级动载扰动驱动下，大直径钻孔防冲失效，钻孔孔壁易发生动力失稳破坏，造成围岩失稳。总体上大直径卸压钻孔存在弱化结构，能够耗能减冲，降低动载扰动程度，但在高能、高频动载扰动下，卸压钻孔围岩运动趋势增强，破裂响应程度剧烈，防冲效能存在极限性。

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煤炭科学技术

2024年第09期

8

2
煤炭开采等地下工程问题的数字岩石力学解决方案

作者(Author)：李海涛, 齐庆新, 杜伟升, 张海宽, 杨冠宇, 王守光, 石晓闪, 李春元, 崔春阳, 郑伟钰, 郑建伟, 何团, 朱维

摘要：煤炭开采等地下工程的可观测性极为有限，导致很多复杂的工程问题难以获得可靠的事前分析依据，尤其在面临深部作业和高强度开采所带来的全新工程环境时，现有理论体系和技术方案的适用性面临着严峻的挑战。基于数字化时代的技术发展特点，提出了融合数据规律、力学逻辑和工程经验的数字岩石力学解决方案；充分利用工程数据中包含着真实工程规律的客观特点，建立了理论成果、工程经验与数据规律挖掘进行底层融合的具体模式；借助煤岩物理力学参数无损推断场景，验证了上述技术路径的可行性，实现了兼具可靠性和可解释性的数据挖掘利用。进一步构建了以煤岩物性、矿井结构和空间应力为基本要素的数字岩石力学理论体系，提出了以“工程素描—物理嵌入—业务融合—决策生成”为步骤的数字岩石力学地下工程通用作业模式，并通过在复杂工程现场的应用检验了数字岩石力学解决方案的可靠性，为煤炭开采等地下工程的数字化转型、智能化升级提供了切实可行的实现路径。

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煤炭科学技术

2024年第09期

12

2
平顶山矿区多煤层卸压立体抽采模式与工程示范

作者(Author)：李延河, 倪小明, 贾晋生

摘要：平顶山矿区多煤层发育、含气层段多，仅靠井下进行瓦斯治理工程量大、难度高。为了开辟平顶山矿区瓦斯抽采新模式，达到“采一层抽多层”的目的，采用气测录井与含气量测试相结合的方法精准判识了煤系主要含气层段和含气量；采用体积法评价了东部5对矿井采动区和采空区的煤系气资源量。基于“O”形圈理论和“防−抗−让”思想，分别优化设计了采动井、采空井的井位、层位和井身结构，构建了采动区、采空区多煤层卸压立体抽采模式并进行了工程示范。结果表明：① 二1煤层顶板200 m范围内存在四煤组、三煤组、二1煤层顶板60 m范围内的砂岩/泥质砂岩互层段等3处主要含气段。平顶山矿区东部5对矿井的采动区和采空区资源量分别为26.36×108 m3和20.00×108 m3。②采动井最佳井位为0.17～0.28倍采长，且靠近回风巷条带区域；走向上，采动井的间距一般为80～100 m。创建了“大口径、避开岩体变形强烈区、P110梯型扣套管”的采动直井稳孔技术体系和“下行水平轨迹+提高套管强度”的采动L型水平井稳产技术体系，保证了产气通道的畅通性。采空井一般布置在距离回风巷30～50 m的区域，完钻位置一般为二1煤层顶板40～60 m的范围；筛管布置在四煤段顶板至裂隙带底部。③建立了“地面采动直井/定向井−采动L型水平井−采空井”联作的卸压立体抽采模式，实现了多气源立体抽采。截至2024年4月30日，累计抽采纯量达5258.8万m3，总利用量达到3735.4万m3，率先在河南省实现了煤系气产业化开发，示范和引领带动作用显著。

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煤炭科学技术

2024年第09期

7

1
地质构造隐蔽致灾因素透明化勘查技术—以新疆屯宝煤矿为例

作者(Author)：王海军, 郑三龙, 王相业, 董敏涛, 吴艳, 马良, 杨伟, 朱玉英

摘要：煤矿隐蔽致灾因素是制约矿井安全、高效、绿色、智能化开采的关键地质因素，透明地质是实现煤矿隐蔽致灾因素探测的重要技术手段，其中地质构造透明化勘查是重中之重。为建立适用于不同地质条件或煤矿区的地质构造隐蔽致灾因素透明化勘查技术体系，首先在对构造隐蔽致灾因素分析的基础上，提出了区域构造分析入手，地面、井下联合调查的构造隐蔽致灾因素快速排查技术体系，高效圈定矿井地质构造异常发育区、分析其分布规律；基于以往地面地质勘查钻孔资料和三维地震勘探数据初步分析全井田煤层厚度、断裂构造以及顶底板构造起伏形态；采用槽波勘探、定向钻探、超前物探、随采随掘地震、巷道快速写实等综合技术手段，对采掘工作面的地质构造逐级透明化；采用理论分析、工程类比、数值模拟、相似材料模拟、现场工程验证等方法，对地质构造类型、属性特征与煤层厚度、煤岩体结构、瓦斯涌出量、瓦斯压力、顶板矿压的相关性进行分析，研究在开采条件下采掘工作面过断裂构造不同区内的瓦斯参数、顶板/矿压灾害的响应规律，通过特征参数阈值选取实现工作面构造隐蔽致灾因素的监测和预警；利用数字化技术实现对不同地质构造及其灾害属性的数字化表达，通过建模软件实现对构造隐蔽致灾因素的三维透明化显示；构建了区域构造地质研究、隐蔽致灾因素精细勘查、致灾威胁性科学评价、地质构造透明化4个层级的地质构造隐蔽致灾因素逐级透明化勘查技术体系，并在屯宝煤矿进行了工程实践。研究结果表明：屯宝煤矿地质构造类型复杂，不仅发育有地堑式、地垒式、雁列式、挠曲等断裂构造样式，同时发育有小型冲刷带、断层及其破碎带等；复杂地质构造是诱发矿井瓦斯突出、顶板灾害、应力集中以及矿井冲击地压显现等矿井灾害的关键性地质因素，断层对巷道应力集中的影响范围为10～15 m，对工作面的影响范围为20～30 m；工作面内存在瓦斯富集区，瓦斯含量与瓦斯涌出量的分布具有明显分带性，且分带性受断层的控制；煤层瓦斯的含量、瓦斯涌出量随着工作面与断层的距离变化呈现对数相关性，在距离断层25 m处出现明显增加，在大于25 m区域变化不大，在小于25 m区域随着距离的减小呈指数型增大。工作面初次来压位置前后20 m、工作面见方前后30 m为中等冲击危险区域，采空区煤柱影响区、终采线前后50 m、落差大于4 m的断层前后30 m等区域为弱冲击危险区域；冲击地压、顶板和瓦斯等多种矿井灾害的隐蔽致灾因素叠合区域为灾害防治的重点区域。研究成果实现了构造复杂区域地质构造隐蔽致灾因素与矿井灾害透明化的无缝衔接，为煤矿区传统的地质勘查向数字化、智能化的发展提供了可行的技术路径。

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煤炭科学技术

2024年第09期

45

4
我国煤矿智能化综采开采技术装备应用现状与发展思考

作者(Author)：袁智, 蒋庆友, 庞振忠

摘要：煤矿智能化技术是煤炭工业实现高质量发展的核心技术支撑，而煤矿智能开采技术与煤机装备是煤矿智能化建设的关键。在详细分析我国煤矿智能化建设初级阶段现状和煤矿智能化技术装备发展制约因素的基础上，剖析了采煤机自适应规划截割控制、刮板输送设备智能化综合控制、液压支架电液控制、透明工作面地质保障、工作面直线度监控、工作面人员精确定−位及主动防护、工作面AI识别监测等煤矿智能化开采技术的优势和不足，分析结果表明：煤矿智能化建设需求为高端煤机装备产业发展和产业升级带来了前所未有的机遇，现代信息技术与高端煤机装备的深度融合将革新我国煤炭的智能化生产方式，但各种技术瓶颈依旧制约着其高质量发展，距离煤矿实现“少人化、无人化”开采仍存在较大差距。煤矿智能化建设作为一项“人、机、环、管”协同的系统工程，笔者提出了由打破传统的“单兵作战”理念向秉承“有机智能协同”建设理念来破解当前技术瓶颈的建议，例如：加强高端煤机装备向新−数−智转变攻关、完善地−边−端三级垂直安全管控技术、规划感知引导装置由叠加扩充向有机融合转变、建立设备全生命周期数字化管理系统、引导单机智能向群组协同智能转变等建议，以此推动我国煤矿智能化开采煤机装备技术的高质量发展。

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煤炭科学技术

2024年第09期

40

11
超高与超长工作面高效综采关键技术及装备发展现状与展望

作者(Author)：李明忠, 赵文革, 闫汝瑜, 王家臣, 雷亚军, 杨征, 韩会军, 张金虎, 冯彦军, 张德生, 黄志增

摘要：煤炭作为我国经济发展的重要能源支撑，未来一段时间内，其在能源消费中仍将保持主导地位，随着相关技术装备的不断发展，我国部分矿井已实现单井单面产量突破千万吨，煤炭资源安全高效开发是我国未来科技发展的重要方向。依托国家重点研发计划项目“煤矿超高与超长工作面高效综采关键技术及装备”，以超高与超长工作面高效开采为核心，介绍了国内外超高与超长高效综采工作面的岩层控制理论、技术与综采装备发展现状，围绕“超大开采空间全覆岩三维动态破断规律与超高煤壁失稳破坏机理”“超大开采空间强矿压覆岩结构改造及其应力调控机理”“多重动载作用下超高与超长综采装备群动态响应及高效智能协同作业机制”三大科学问题，开展“超大开采空间全覆岩破断运移机理及围岩协同控制理论”、“超大开采空间强矿压区域压裂卸压技术与装备”“超高与超长工作面智能开采成套装备”“超高与超长工作面装备群智能协同控制技术与装备”“超高与超长工作面高效综采工程示范”5项技术攻关。实践表明，我国部分超高与超长采煤工作面已形成成套技术及装备体系，为我国地质条件较为简单的厚煤层及中厚煤层矿区煤炭资源的安全、高效、绿色开采提供了可靠保障。指出了我国超高与超长高效综采工作面理论技术与装备及其控制的发展方向。

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煤炭科学技术

2024年第09期

16

8
基于矿山工业互联网的选煤厂智能管控体系设计与关键技术

作者(Author)：申斌学

摘要：为实现选煤全流程自动化、数字化与智能化，构建基于矿山工业互联网的选煤厂智能管控体系，搭建了选煤厂智能管控平台并开展生产应用实践。基于选煤厂实时透视化智能管控总体设计目标，建立了包括边缘层、数据中心、矿山工业互联网平台及业务应用等内容的选煤厂智能管控平台体系，设计了数据中心、业务应用等主要模块，研究了选煤大数据治理、BIM驱动数字孪生、精细化智能分选控制等平台建设相关的关键技术，其中选煤大数据治理技术为充分发挥选煤行业的数据价值提供技术支撑，BIM驱动数字孪生技术实现选煤过程的全链条透视化智能化管理，精细化分选控制实现了产品煤质量的实时在线保障，最终建成具有管理体系标准化、业务流程一体化、数据融合协同化的智能管控、快速决策与分析的选煤厂智能管控平台。平台基于矿山工业互联网技术打通生产管理、安全监测、生产控制与辅助决策等系统，对生产过程进行实时透视化监控、调度和控制，实现生产计划的执行、资源的优化配置，并通过下峪口选煤厂进行智能化管控实践，验证了其在选煤全流程智能感知、辅助决策与精准控制等方面的成效，在提高精煤产品质量和精煤回收率的同时，降低了生产成本、人力成本，减少了停机事故。

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2024年第09期

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