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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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专家; 35篇
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特厚煤层开采坚硬顶板覆岩结构及其演化特征分析

作者(Author)：于斌, 匡铁军, 杨敬轩, 朱卫兵

摘要：特厚煤层开采形成了大空间采场，坚硬顶板断裂扰动波及范围广，工作面来压具有强矿压特征，尤其当煤层顶板“见方”开采期间，采场矿压作用更加强烈。据此，采用现场实测和物理三维相似模拟方法，探讨了特厚煤层开采覆岩扰动高度及坚硬顶板断裂特征。首先基于现场实测研究分析了覆岩破断失稳规律，实测结果表明，特厚煤层开采过程中，煤层顶板存在超前断裂现象。伴随工作面的推进，顶板初始运动主要是围绕断裂线近区基点旋转下沉，滞后工作面一定距离；地表岩移观测结果表明，特厚煤层顶板分层构成顶板群组并产生组合运动，具有层位运动特点，且伴随工作面推进，层位顶板运动存在阶跃现象。基于地表裂缝形态及钻孔多点岩移观测反演，揭示了特厚煤层开采过程中的顶板断裂及运动特征，认为特厚煤层开采覆岩扰动高度大，坚硬顶板断裂具有转向特征，伴随煤层开采推进，由低位顶板层位的横向“O-X”断裂逐渐向高位硬岩的纵向“O-X”断裂转向；特厚煤层坚硬顶板开始发生断裂转向的临界位置即所谓的煤层开采“见方”区，合理解释了工作面开采的“见方”来压现象；高位顶板纵向断裂尺寸大，扰动影响范围广，是诱发采场强矿压的主要因素，确定了特厚煤层采后覆岩“低-中-高”层位结构的合理性，为大空间采场大小周期及强矿压显现的准确解释提供了依据。

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煤炭科学技术

2023年第01期

526

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黄土高原矿区生态修复固碳机制与增汇潜力及调控

作者(Author)：陈浮, 朱燕峰, 马静, 董文雪, 尤云楠, 杨永均

摘要：黄土高原矿区生态环境脆弱，科学认识黄土高原矿区生态修复固碳增汇机制、潜力对碳中和愿景目标至关重要。为此，需探究黄土高原矿区生态修复中碳汇形成的关键过程，修复的适应性和恢复力及增汇潜力，揭示矿区复垦土壤碳库稳定性机制，最终阐明矿区生态修复中固碳增汇的关键技术。结果表明：(1)黄土高原矿区生态修复碳汇形成的关键过程包含植物光合碳分配、土壤碳固持、微生物固碳和土壤呼吸等；(2)黄土高原矿区生态修复适应性总体呈东南高、西北低，适应性较差区主要分布于陕北与内蒙古和宁夏中部与内蒙古交界处。典型矿区生态恢复力指数为混交林（43.2%～100.0%）>阔叶林（49.2%～83.2%）>针叶林（47.9%～76.5%）>草地（39.1%～70.7%）>灌木草地（43.0%～69.0%）。修复年垦与土壤碳汇潜力呈正相关关系，修复10～15年时最高，混交林生态恢复耗时最长，但固碳潜力最大；(3)复垦土壤碳库稳定性机制与凋落物分解、黏土矿物交互作用、团聚体物理保护和微生物调控有关；(4)地貌重构-土壤重建-先锋植物/微生物-外源材料相耦合修复技术是黄土高原矿区生态修复固碳增汇的最优路径，有利于碳汇的长期稳定和提升。

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煤炭科学技术

2023年第01期

369

335
特厚煤层综放开采邻空动压巷道围岩变形机理及卸压控制

作者(Author)：高玉兵, 王琦, 杨军, 丁维波, 付强, 徐晓鼎

摘要：受工作面采动叠加影响，特厚煤层综放开采邻空动压巷道极易发生冲击地压、巷道大变形等强矿压显现现象，是采掘过程中的重点防控区域。以榆神矿区曹家滩矿井特厚煤层综放开采为工程背景，分析了邻空动压巷道强矿压显现机理，研究了邻空巷道围岩倾向和走向支承压力分布力学机制，提出于邻空巷道进行定向张拉爆破切顶卸压巷道围岩控制，并运用数值模拟及现场试验等方法对该技术的作用效果进行了综合研究。结果表明，特厚煤层综放开采条件下，工作面开采大空间采空区长悬臂结构断裂后形成台阶岩梁块体长度较大，其滑落失稳或关键层失稳均会引发强动压，该动压作用在煤柱上并进一步传递至超前区邻空巷道围岩是造成底鼓大变形的主要原因。于邻空巷道内进行定向切顶卸压后，可减弱本工作面后方采空区顶板与煤柱间的承压，邻空巷道围岩应力向远离巷道方向转移，应力峰值降低，应力范围减小。现场开展了不同切顶方式下的现场工程试验，基于定向张拉爆破的深孔切顶卸压技术可有效减小特厚煤层工作面端头区邻空动压巷道的围岩压力，定向切顶后邻空动压巷道超前支架平均荷载降低11%，巷旁煤柱体应力峰值降低10%，巷内底鼓严重段平均变形减小65%，有效提高了巷道稳定性，为特厚煤层综放开采邻空动压巷道强矿压大变形控制提供了一种有效手段。

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煤炭科学技术

2023年第02期

1098

550
基于同态滤波方法的煤矿井下图像增强技术研究

作者(Author)：龚云, 颉昕宇

摘要：视觉同位定位与地图构建技术在井下搜救工作中运用广泛，而机器人采集图像质量的好坏直接决定构图的质量，目前受煤矿井下粉尘和光源的条件影响，收到的图像信息存在的灰度偏暗和对比度低的问题，所以井下图像的增强效果有待提高。针对这一问题，提出一种在HSV空间下结合加权分布自适应伽马校正(Adaptive Gamma Correction with Weighting Distribution, AGCWD)的同态滤波方法。首先对经典同态滤波算法中存在高亮区和阴影区的过增强问题，用AGCWD算法对HSV空间下V分量的像素概率密度进行自适应的伽马校正，非线性地映射出新的概率分布，提高同态滤波对高光区和阴影区的适用性；再使用单参数同态滤波进行处理，以缓解多参数导致的参数过难选择问题；为了保留图像的细节，对单参数同态滤波后的结果进行对比度受限的自适应直方图均衡化(Contrast Limited Histogram Equalization, CLAHE)处理；最后进行HSV逆变换得到RGB空间下的图像，完成图像的增强。结果表明，改进的同态滤波算法相较于CLAHE算法，均值、标准差、峰值信噪比(PSNR)和信息熵分别提高了65.29%、21.58%、17.03%、5.18%，相较于经典同态滤波算法分别提高了52.07%、40.73%、36.23%、8.96%。试验数据表明改进的同态滤波算法能够在增强图像的亮度和对比度、保留图像细节信息的同时还在一定程度上抑制了经典同态滤波对明暗差距大的像片的过增强现象。

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煤炭科学技术

2023年第03期

126

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高位巨厚覆岩运移规律及矿震触发机制研究

作者(Author)：白贤栖, 曹安业, 杨耀, 王常彬, 刘耀琪, 赵迎春, 郭文豪, 顾颖诗, 吴震

摘要：矿震是由矿山开采引起的非天然地震活动，鄂尔多斯矿区侏罗纪煤层上方常见白垩系巨厚层状砂岩组，巨厚砂岩组破断、滑移容易诱发巨厚覆岩型矿震，研究揭示高位巨厚覆岩的内部活动演化规律与动力响应特征是巨厚覆岩型矿震灾害防控的基础。笔者基于符拉索夫厚板理论，结合地面探测孔、地表沉降以及微震监测技术，研究了鄂尔多斯某矿综放开采巨厚覆岩结构演化规律及覆岩内部活动特征，揭示了高位覆岩运动诱发矿震机制。结果表明，综放实体煤回采阶段，采空区面积较小，低位顶板垮落较为迅速，顶板破断角64°～72°，高位巨厚覆岩结构无明显裂隙产生，地表下沉量较小；邻空回采阶段，顶板破断高度向巨厚覆岩层扩展，巨厚覆岩层产生裂隙，巨厚覆岩下顶板破裂角有所增加，并且地表沉降量快速增加呈台阶式下沉。白垩系巨厚砂岩层厚较大、强度较高，推导得出邻空回采阶段工作面推进约324.3 m时，巨厚覆岩结构具备发生初次破断的条件，开始出现强矿震事件；并且其周期破断步距为83.7 m。巨厚覆岩结构破断触发矿震机制为：随采空区面积增加，顶板破裂高度逐渐扩展至高位巨厚砂岩层，该巨厚砂岩层发生竖“O-X”型初次破断、滑移以及周期性破断易诱发强矿震事件。研究结论对高位巨厚覆岩型矿震灾害的预防与治理具有指导作用。

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煤炭科学技术

2023年第03期

182

96
碳中和目标下矿区土地复垦与生态修复的机遇与挑战

作者(Author)：胡振琪, 理源源, 李根生, 韩佳政, 刘曙光

摘要：绿色发展和2060年实现碳中和已成为我国的国家发展战略，矿区土地复垦与生态修复是煤炭工业绿色发展的必由之路。分析矿区土地复垦与生态修复的属性，发现其除了具有恢复绿色和生态功能外，还具有双重增汇作用，不仅抑制了受损土地产生碳排放，而且因植被和生态的恢复增加了碳汇，因此，矿区生态修复是绿色增汇技术，符合国家发展战略，将迎来全新的发展机遇。碳中和政策对矿区生态修复的激励主要体现在引导科学修复、立定先行标准、开展科技攻关、落实企业主体责任、建立工程示范、加强财政支持和建立市场机制7大方面。碳中和导向下的矿区生态修复将迎来5大技术挑战：(1)科学测算评估矿区生态修复带来的增汇效果，重点从监测目标、测算参数、参数获取和测算方法 4个方面进行研究；(2)将碳中和理念融入矿区生态修复规划设计、探索增汇的规划布局、修复措施以及优选增汇修复方案，发挥矿区生态修复规划设计对增汇的龙头作用；(3)地形重塑设计既要考虑原有的水土保持措施带来的植被恢复增汇效果，也要增加碳汇功能的专项设计和对比分析；(4)科学分析和评估不同土壤重构技术的增汇效应，推广增汇型土壤重构技术，同步开展增汇型重构材料及土壤剖面研究；(5)研发兼顾生态效益和增汇效果的植物种群选择和植被恢复技术。

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煤炭科学技术

2023年第01期

330

373
TBM在煤矿巷道掘进中的技术应用和研究进展

作者(Author)：刘泉声, 黄兴, 潘玉丛, 刘滨, 邓鹏海

摘要：TBM工法经济技术优势显著，正成为煤矿巷道快速掘进的一种新方法。但由于煤矿特殊的施工环境和复杂地质条件，TBM在煤矿巷道掘进中面临以下技术挑战：(1)煤矿特殊施工环境下TBM装备和矿井系统适应性设计难；(2)煤系软硬复合地层破岩机理不清，高效破岩控制难度大；(3)软弱地层挤压变形卡机灾害风险大，灾害预测和安全控制难度大；(4)掘进空间狭小和粉尘水雾干扰严重，TBM掘进过程监测难度大，难以进行掘进参数决策控制和灾害预警。对此，针对TBM装备适应性设计技术，深部复合地层TBM高效破岩理论，挤压变形卡机灾害预测控制方法，掘进过程智能化决策控制技术等开展了系统研究，在TBM安全高效掘进技术方面取得了以下研究进展：(1)论述了针对煤矿特殊施工环境的TBM装备和施工工艺适应性设计技术；(2)开展了TBM滚刀贯入和线性切割试验，揭示了复合地层地应力水平、岩石强度及岩性变化、掘进控制模式、滚刀安装半径等对TBM破岩效率和破岩模式的影响机理，提出了深部复合地层TBM掘进性能评价预测方法和岩体可掘性评价方法；(3)揭示了深部煤系软弱地层TBM掘进挤压大变形卡机灾害孕育发生机理，发展了挤压变形卡机灾害孕育演化及控制过程模拟预测的FDEM（有限元-离散元耦合）方法，提出了挤压变形卡机监测预警方法，形成了TBM掘进挤压大变形卡机“大变径扩挖、掘进参数优化和分步联合支护”综合防控技术体系；(4)提出了TBM掘进过程岩-机作用信息（刀盘刀具-掘进工作面作用、围岩-护盾作用信息）实时感知技术，初步提出了TBM掘进参数自适应智能决策方法。上述研究进展将推动TBM在煤矿巷道建设中的应用和安全高效掘进技术进步。

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煤炭科学技术

2023年第01期

626

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国能神东煤炭集团创新驱动发展现状及经验

作者(Author)：罗文

摘要：国能神东煤炭集团有限责任公司（以下简称“神东公司”）是国家能源集团的骨干煤炭生产企业，在煤炭安全高效开采、国产高端装备制造、智能化矿井建设、安全管理模式创新与绿色低碳创新等方面取得了显著成就，引领了全国煤炭企业的科技创新，在综采采高、矿井人均工效、矿井长周期安全管理与亿吨矿区管控中心建设等方面创造了多个世界第一。系统介绍了神东公司在科技管理、创新平台、协同创新、人才队伍、知识产权、标准体系与科技成果等方面的进展，总结了神东公司创新驱动体系及螺旋加速上升的科技创新通道。在采掘技术创新与实践方面，梳理了一次采全高综采采高从 6.3 m 逐步提高到 8.8 m 的技术突破，介绍了浅埋坚硬特厚煤层上分层综采下分层综放的采煤工艺，梳理了薄煤层等高开采关键装备、技术及面临的技术问题，分析了短壁机械化全部垮落法的技术适应性及无煤柱开采方法的技术实践；介绍了快速智能掘进成套系统及掘锚一体化关键技术，提高了掘进效率，解决了“采掘失衡”的矛盾。在国产高端装备研发与应用方面，介绍了神东公司在世界首个 8.8 m 超大采高综采工作面装备配套方面取得的突破性成果，分析了国内首套纯水液压支架面临的技术难点与创新途径，解析了6000m可伸缩单点驱动带式输送机在整机降阻、张紧控制与智能变频驱动等技术方面的突破，总结了研发世界首套双百吨重载搬运车突破技术障碍的经验，列举了把新能源矿用电动车应用到井下所实现的技术创新。在智能化矿井建设方面，针对采煤工作面智能化面临智能割煤、跟机拉架方面的问题，总结了神东公司在采煤工作面智能化建设过程中实现的技术革新；梳理了智能化选煤厂“从无到有”的拓荒之旅；研究了我国首个国产煤矿井下操作系统——矿鸿的关键技术核心与推广应用价值；解析了我国首个亿吨矿区数字化集中管控平台建设使用的集成技术，介绍了 13 种井下智能机器人创新与实践。在安全管理技术与实践方面，创建了“135”工作法安全风险管控管理体系，实现了千万吨矿井超长的安全生产周期；搭建了神东公司矿压控制体系与矿压动态高效预警智能云平台，形成了神东矿区特有的矿压控制技术体系；介绍了水、火和瓦斯灾害防治技术体系，保障了神东公司安全管理体系的建设。在绿色生态建设方面，介绍了神东公司在煤炭绿色发展和技术创新中的成就，阐述了在开展生态矿井、绿色矿山与清洁煤炭方面的技术实践，在贯彻黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略方面，介绍了神东先行示范区。通过对神东公司科技创新体系和创新成果的总结，探讨了煤矿未来科技发展思路，明确了其在科技创新体系与重大科技攻关方面的发展方向。

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煤炭科学技术

2023年第02期

2102

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