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《煤炭科学技术》2023年最受关注论文TOP35

来源：煤炭科学技术

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（注：数据整理于2024-10-23）

行业视野: 煤炭科学技术
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“双碳”目标下赋煤区新能源开发—未来煤矿转型升级新路径

作者(Author)：王双明, 刘浪, 赵玉娇, 张波, 王晶钰, 朱梦博, 王美, 张小艳

摘要：“双碳”目标下我国能源结构正加速转型升级，以太阳能、风能、地热能等为代表的新能源正逐步替代传统煤、油、气等化石能源。推动煤炭和新能源优化组合是实现“双碳”目标提出的新要求，也是未来煤矿绿色低碳转型的重要路径。分析我国赋煤区能源分布特点，发现以煤为主的化石能源分布区域，往往也是太阳能、风能、热能等新能源富集区，适宜于在赋煤区大规模开发新能源。研究结果如下：① 提出了赋煤区全生周期能源开发理念，将赋煤区能源发展历程划分为煤炭、煤炭与新能源优化组合、新能源三个阶段，并搭建了赋煤区新能源开发总体架；② 在太阳能开发方面，基于赋煤区与太阳能资源富集区的重叠关系对赋煤区太阳能理论储量与开发潜力进行评估，提出了分布式/集中式光伏发电、太阳能热利用和太阳能制氢等光化利用耦合的太阳能分级综合利用方案，实现太阳能多元高效转化与利用以及与煤炭资源的协同开采；③ 在地热能开发方面，基于赋煤区与地热能资源富集区的重叠关系对赋煤区地热能开发潜力进行评估，结合矿井地热形成机理、分布规律和矿井采掘情况，构建深部矿产资源与地热资源协同开发系统，形成包含矿井热水型、岩温型、混合型的矿井地热能分级开采与热用户梯级利用的综合应用方案，实现矿井地热化“害”为“利”的战略转移；④ 在风能开发方面，基于赋煤区与风能资源富集区的重叠关系对赋煤区风能开发潜力进行评估，提出赋煤区风力发电、风力提水、风力致热技术的应用途径，构建了井上井下设施电力供应、水循环动力、供暖自足，及并网发电的风能利用框架；⑤ 考虑到目前煤炭地下开采普遍以垮落法管理顶板，垮落空间无法有效用于地下储能，提出“储能库超前规划→功能性储能库构筑→储释能运行管控”的矿井采空区储能技术路径；⑥ 针对赋煤区多能互补综合能源系统（MCIES）复杂多变特征，建立了赋煤区能源生产、供给单元的异质能量流耦合模型，统一了MCIES内部不同能源集线器的数学表达式，提出了赋煤区MCIES能源管理与优化逻辑方法以及运营模式。本论文旨在探讨煤炭和新能源的组合路径，论证赋煤区规模化开发新能源可行性，赋予赋煤区全生命周期能源供给的功能，形成集“矿-风-光-热-储”一体化的煤炭企业能源产业发展新模式。

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煤炭科学技术

2023年第01期

840

629
中国煤炭开采技术及装备50年发展与创新实践——纪念《煤炭科学技术》创刊50周年

作者(Author)：王国法, 杜毅博, 徐亚军, 任怀伟, 张德生, 庞义辉

摘要：回顾《煤炭科学技术》杂志推动和见证中国煤炭开采技术及装备50年发展与创新实践的发展概况，阐述从煤矿机械化到煤矿智能化的创新历程并重点分析采煤机装备技术研发支撑煤炭开发工艺变革，综述煤矿装备智能化迭代发展并提出煤矿装备智能化发展思路。煤炭开采技术历经炮采、普通机械化开采、综合机械化开采、智能化开采4次重大技术变革，实现了煤炭生产力的巨大进步。采煤机装备研发支撑煤炭开发工艺变革，液压支架支护理论、设计方法、支架架型结构和制造技术的创新支撑实现我国液压支架产品由低端到高端的突破；采煤机制造工艺、机型适应性和监控系统等短板技术攻坚取得重大进展，采高0.8～9.0 m全系列采煤机满足我国煤矿高效生产要求，智能化水平不断提升；大运量长运距工作面刮板输送机关键技术不断突破，450 m超长工作面大运量刮板输送机可靠运行，智能变频一体机传动代替传统CST等传动，节能近30%；大运量带式输送机永磁直驱、芳纶带和无基础带式输送机结构等技术创新具有节能、可靠和智能的显著优势；电液控制和无人化智能开采控制技术快速发展，国产化SAC型液压支架电液控制系统、SAM型工作面自动化系统和SAP型智能供液系统广泛应用；“掘锚一体机+锚运破+大跨距转载”掘锚一体机系统、悬臂式掘锚护一体机+临时支护系统和TBM全断面硬岩掘进系统，解决了采掘失衡难题；智能变频节能传动支撑矿山节能，采煤机装备全面国产化创新与智能制造能力快速提升，研发的30多种煤矿机器人在陕煤柠条塔煤矿集群应用，取得良好效果。煤矿智能化技术快速迭代发展，分析了煤矿数据流分类与关联，提出了煤矿智能化总体技术架构与“分级抽取-关联分析-虚实映射”的数据处理基础理论，综述了煤矿智能化系统耦合与迭代开发进展以及煤矿智能化技术标准体系建设进展，提出包括构建以“煤智云”为基础的数据价值生态，推进复杂条件智能开采工艺与装备及煤矿机器人集群研发，建设系统智能与人文智慧融合的煤矿智慧生态的煤矿智能化发展思路，为企业高质量发展指明了技术方向。

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煤炭科学技术

2023年第01期

2152

1061
煤矿安全生产视频AI识别关键技术研究综述

作者(Author)：程德强, 钱建生, 郭星歌, 寇旗旗, 徐飞翔, 顾军, 高亚超, 赵金升

摘要：煤矿安全生产视频分析与识别技术是保障我国煤矿智能化建设和煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。为及时对煤矿井下安全隐患进行实时监测和预警，视频AI（Artificial Intelligence，人工智能）识别关键技术已经成为煤矿安全生产领域的研究热点。阐述了我国煤矿智能化建设过程中安全监测与监控的发展现状，分析了当前矿井视频监控与安全隐患识别预警存在的效率低、响应慢、效果差等问题，结合计算机视觉、边缘计算、大数据处理、云服务、智能终端等先进技术手段、进行了煤矿安全生产视频AI 识别的顶层设计，提出了煤矿“人−机−环”全域视频AI 感知的“云−边−端”协同计算系统架构，构建了视频识别端节点传感器、边缘计算设备、视频识别场景云服务应用体系，明确了智能识别与预警联动控制响应机制，打通了“云−边−端”信息交互感知与联动控制数据链，实现了数据共享联动和预警协同。同时，围绕矿山“人−机−环”全域AI 视觉信息智能感知和全息泛化景象平台的构建，梳理了矿井安全隐患视觉感知及识别预警的技术处理流程，归纳了AI 识别过程中的各类预处理−增强−重建−检测−识别方法的优点和缺点，明确了煤矿安全生产视频AI 识别关键技术发展的主流方向和趋势。其次，结合王家岭煤矿、鲍店煤矿等代表性矿井的应用案例，示范展示了煤矿安全生产过程中实际典型应用场景等方面的最新进展和应用效果。最后，针对煤矿安全生产视频AI 识别关键技术的特点，总结了现有煤矿安全生产视频AI 识别系统存在技术理论薄弱、智能终端规格不一且应用场景混乱、数据兼容性及联动闭环能力较差、数据库安全性较弱、评价机制不统一、应用标准不完善等问题，指明了未来的发展方向是加强对视频AI 识别关键技术及理论的研究，建立健全智能终端硬件规格及适用体系，构建标准统一、机制完善、实时互联、动态预测、协同控制、安全可靠的煤矿信息多维度主动感知新模式和工业互联网应用平台，逐步形成全矿井全息泛化的高精度智能感知场，实现对井下“人−机−环”全域视频信息的精准感知和危险源协同管控。

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煤炭科学技术

2023年第02期

316

640
我国煤矿水害事故特征、致因与防治对策

作者(Author)：曾一凡, 武强, 赵苏启, 苗耀武, 张晔, 梅傲霜, 孟世豪, 刘晓秀

摘要：水害作为煤矿“五大灾害”之一，在威胁煤矿安全生产和职工生命安全方面，已成为仅次于瓦斯事故的第二大“杀手”。2000—2022年，全国煤矿共发生水害事故1205起、死亡5018人，其中较大以上水害事故102起，死亡2039人。为总结事故教训，探寻事故规律，用事故教训推动水害防治工作，从地理区域、年代、季节、水文地质类型、突水水源和煤矿企业所有制等对水害事故特征进行了不同维度的统计和分析。结果表明，在事故特征方面，矿井水文地质类型复杂程度与水害事故发生频率高度一致；华南地区事故起数和伤亡人数位居首位，且全年内水害事故高发期主要集中在3—5月和7—8月；老空水是水害事故的主要充水水源，具有极强的隐蔽性和危害性，并且主要发生在技术探查及管理能力更弱的乡镇所有制煤矿中。在事故致因方面，客观上开采环境复杂，主观上重视不够，即管理不当和违法违规开采，是事故发生的主要原因；点状的陷落柱和线状断层构造等隐蔽导水内边界以及老空水等未按规定探放，是事故发生的主要技术原因。最后，采用文献计量学可视化分析发现，当前煤矿水害方面聚焦的研究主题可以很好地对应“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”的煤矿防治水原则。从破解煤矿水害“风险查不清”“有险断不准”“出险治不了”等困境出发，相应从矿井充水因素和隐蔽致灾地质因素普查、立体充水水文地质条件分析以及分类源头精准防治等三大方面提出相应的对策；并顺应水害防控信息化和智能化发展趋势，提出透明矿山、水害灾变监测预警和应急救援等保障技术措施。

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煤炭科学技术

2023年第07期

458

284
煤矿冲击地压防治体系中的关键问题探讨

作者(Author)：姜福兴, 张翔, 朱斯陶

摘要：针对我国煤矿冲击地压的防治现状，对煤矿冲击地压防治体系中的几个关键问题进行了探讨，得到以下主要结论：从灾害控制的角度界定了冲击地压与矿震及其相互关系，通过主导力源与煤层-围岩结构的分类组合，提出了32类冲击地压和5类矿震的分类，明确了冲击地压以消除灾害为治理目标，而矿震则需要根据致灾程度分级治理；提出并量化了基础应力影响指数、附加应力影响指数、冲击倾向性影响指数和支护强度影响指数4项冲击危险性评价指标，设计了包含应力条件、冲击倾向性条件和支护条件的冲击危险性多参量耦合评价方法；探讨了震动场、应力场和位移场3级冲击危险监测预警机理，提出了单参量特殊预警与多参量常规预警相结合的预警机制，设计了掘进影响区、回采影响区和不受采掘影响区的分区联合监测方法；根据多元评价指标中降低各因素冲击危险性的要求，提出了“低应力”“低扰动”“低倾向”“强支护”的冲击地压防治路线，设计了基于应力和围岩结构分类的局部卸压和解危措施的组合技术；针对矿震诱发井下冲击地压和地面震动损害的动力灾害，将此类灾害的治理等级划分为预防治理、对症治理和源头治理3级，设计了源头减震、分类治灾、卸压抗震的多级防控技术体系。

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煤炭科学技术

2023年第01期

905

993
矿井智能通风理论与技术研究进展

作者(Author)：周福宝, 辛海会, 魏连江, 时国庆, 夏同强

摘要：矿井智能通风是我国矿山智能化建设的安全保障。为实现矿井通风智能化，基于“平战结合”原则提出了井下通风人-机-环综合信息流智能感知与交互控制的理念。并从矿井智能通风理论及架构、矿井智能通风精准监测预警、矿井通风网络实时解算、矿井通风故障诊断与智能决策等4个方面论述了矿井智能通风系统平台架构，通风参数精准监测新型传感器研制与布置策略优化，通风参数信息流处理方法，风网解算方法，矿井气候与通风网络耦合解算，风网解算响应与控风决策，矿井通风故障源和故障原因诊断，智能通风灾变决策关键模型等基础理论与核心技术研究进展；同时提出了全断面风量直测新方法，消除井巷断面风速分布不均导致的点风速测风误差；发展了热湿耦合的风阻自适应调节风网实时解算模型，提高了风网实时解算精度与智能通风日常运行的稳定性；建立了基于全尺寸灾变试验数据的场-区-网耦合数值解算方法，构建了煤与瓦斯突出、火灾与瓦斯爆炸的灾变演化模型，突破了矿井智能通风系统的灾变自主决策与控制的方法瓶颈；结合矿井智能通风实施案例，详细阐述了矿井智能通风在精准测风、通风设施与装备联动控制、智能防火防尘等方面的现场实施与运行过程，指出了矿井智能通风建设存在的问题与发展趋势。

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煤炭科学技术

2023年第01期

586

719
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

1598
“中等收入”与新“双控”背景下煤炭行业转型发展新机遇

作者(Author)：金智新, 曹孟涛, 王宏伟

摘要：党的二十大报告重申，到2035年人均国内生产总值达到中等发达国家水平(简称“中等收入”)，经济规模的快速扩张，势必会拉动能源需求、增加能源消费，给能源供应带来挑战，而“双碳”目标促使能耗“双控”转向碳排放“双控”(简称新“双控”)，将使控碳举措更加精准，低碳转型压力增加。在“中等收入”和新“双控”背景下，如何立足以煤为主的基本国情，统筹保障能源供应和低碳转型，把握煤炭行业发展的新机遇，赋能煤炭行业转型升级和高质量发展，将是一个充满挑战而又无法回避的重大时代课题。通过回顾煤炭工业对于我国国民经济发展的历史性贡献，结合我国资源禀赋特征和现阶段经济社会发展实际，认为煤炭在未来仍将发挥能源保障作用，支持实现“中等收入”目标，并深入分析了煤炭发展过程中存在的安全、生态以及智能化程度低的难题。揭示了“中等收入”与新“双控”背景下煤炭行业面临的新挑战主要为保障能源供应要求提升、低碳转型压力加大，测算了电力耗煤量在不同双碳时期的变化规律：电力耗煤量将在2030年为20亿t，而到2060年降至5.0亿t，降幅达到75%，极大冲击煤炭销量，给煤炭行业发展带来巨大的潜在风险。针对性地提出了不同双碳时期煤炭行业发展的新机遇：目前碳达峰时期，推动保供和低碳协同发展，应把握煤炭与煤电一体化、煤矿与循环经济工业园区一体化、矿区修复与生态协调发展、煤炭反哺教育战略、煤炭机械化开采与智能化开采耦合、瓦斯资源化与能源化利用等机遇，为实现“中等收入”目标提供能源支撑，在保供中实现高质量发展，为绿色低碳转型发展提供基础；在碳达峰–碳中和时期，大力发展煤炭与现代煤化工耦合、煤炭能源与新能源耦合等产业，在高质量发展基础上实现绿色低碳转型的跨越发展，助力碳中和目标的早日实现，以期为我国能源和煤炭相关决策、政策制定提供参考。

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煤炭科学技术

2023年第01期

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371