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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
类别; 185个
关键词; 190位
专家; 35篇
论文; 19653IP
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多机械臂煤矸石智能分拣机器人关键共性技术研究

作者(Author)：马宏伟, 张烨, 王鹏, 魏小荣, 周文剑

摘要：依据我国煤矿智能绿色发展战略，深入分析了国内外智能拣矸系统的研究现状，指出研发适用于井下的多机械臂煤矸石智能分拣机器人是破解煤矸分拣难题的重要发展方向，凝练了直接影响和制约我国煤矸石智能分拣高质量发展的“煤矸石准确识别、精准跟踪和可靠抓取、多目标任务多机械臂协同分拣”三大关键共性技术难题，并给出了解决思路和方法。针对煤矿井下煤矸石被煤泥严重包裹识别难，提出了“X射线+视觉”煤矸石识别与匹配方法、基于点云数据的煤矸石抓取特征提取方法，实现目标矸石的快速识别和最优抓取特征提取；针对煤矸石形态各异、动态环境抓取难，提出了基于ORB+BEBLID特征的FLANN动态目标高效匹配方法、基于FDSST的动态目标精准跟踪方法、基于三环PID的机械臂同步跟踪轨迹规划方法，实现机械手对高速传输的动态矸石稳定抓取；针对煤矸石随机分布、障碍多、多机械臂任务分配难，提出了改进匈牙利算法的多机械臂动态空间协同分拣方法，确保系统收益的前提下实现多机械臂在动态空间中高效协同工作。现场工业性试验研究结果表明，针对三大关键共性技术所提出的方法能够有效破解煤矸石高效识别和抓取特征提取、机械臂动态目标同步跟踪稳定抓取、多机械臂高效协同分拣等难题，通过构建完整的多机械臂煤矸石智能分拣机器人系统，提高了煤矸石智能分拣系统的可靠性和分拣效率。

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煤炭科学技术

2023年第01期

406

456
煤矿矿井水资源化利用技术创新

作者(Author)：何绪文, 王绍州, 张学伟, 李福勤

摘要：国家对煤矿矿井水资源化利用高度重视，排放标准的不断提高和智慧矿山概念的不断深化，给矿井水处理技术提出了新的挑战。通过对矿井水地面处理技术与井下多级过滤处理技术的分析和比较，在总结了现有技术存在问题的基础上，提出了聚瓷膜超滤高效处理矿井水新技术。新技术相比于传统处理技术的多流程而言，因处理过程无需加药，可省去整个加药系统，故处理过程仅包括高压预处理与常压过滤处理2个主要单元，解决了矿井水传统处理方法必须加混凝剂的难题，可真正做到矿井水处理全过程无人值守，符合智慧矿山的要求。新技术具有流程短、占地小、无需加药、出水水质稳定、可自动运行等特点，同时还可实现模块化、智能化，可适用于不同场景下含高悬浮物矿井水的直接过滤，或作为矿井水苦咸水的预处理单元，其中特别适合用于矿井水的井下处理就地复用。其核心组件聚瓷膜更是具有强度高、通量大、超亲水疏油、耐受悬浮物（SS）质量浓度可达10 000 mg/L等优势。通过实验室试验和矿井水地面处理改造工程案例可知，在进水SS质量浓度为0～10 000 mg/L，聚瓷膜直滤后出水SS均能稳定达到1 mg/L以下，浊度稳定达到1 NTU以下，该技术在煤矿矿井水资源化利用方面有明显优势，可为将来的大规模工程化推广应用提供技术参考。

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煤炭科学技术

2023年第01期

242

283
榆神府矿区地下水水化学特征及形成机理

作者(Author)：范立民, 马万超, 常波峰, 孙魁, 苗彦平, 路波, 田水豹, 杨磊

摘要：煤矿区地下水化学特征及其形成作用对矿区地下水保护和矿井突水水源识别具有重要意义。以陕北榆神府矿区第四系松散层、白垩系洛河组、侏罗系安定组及直罗组地下水为研究对象，综合利用统计分析、Piper三线图、同位素、Gibbs图及离子比例关系等方法分析了地下水水化学特征及形成作用。结果表明：研究区地下水均为弱碱性淡水，其中第四系松散层、白垩系洛河组和侏罗系直罗组风化基岩地下水中，阳离子以Ca2+为主，阴离子以HCO3-为主，侏罗系安定组地下水中阳离子以K++Na+为主，阴离子以HCO3-为主，侏罗系直罗组正常基岩地下水中阳离子以K++Na+为主，阴离子以SO42-为主；各含水层地下水中TDS与主要离子相关性显著；白垩系洛河组与侏罗系直罗组正常基岩地下水中，离子空间分布差异性较大；通过同位素分析和溶滤作用分析，第四系与直罗组风化基岩含水层存在水力联系；研究区地下水主要离子形成受岩石风化控制，主要离子来源于碳酸盐、硅酸盐和硫酸盐矿物的溶解，并受到K+、Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子交替吸附作用的影响。该研究结果可为榆神府矿区地下水资源保护和合理开发与利用等提供一定的借鉴。

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煤炭科学技术

2023年第01期

349

654
煤自燃特征温度与微观结构变化及关联性分析

作者(Author)：张玉涛, 杨杰, 李亚清, 张园勃, 史学强

摘要：煤自燃灾害严重威胁了矿井的安全生产,掌握煤自燃微观基团和特征温度之间的关联性对煤自燃灾害的防治具有积极作用。为确定不同变质程度煤自燃过程中特征温度和煤微观结构的变化及相互联系,利用热重试验和傅里叶红外光谱实验分别测试了 4 种不同变质程度煤样自燃过程中的质量变化特性和微观结构,采用皮尔逊相关系数法确定了 2 者之间的联系。结果表明:随着变质程度的增大,煤中的芳香烃和脂肪烃含量增加,含氧官能团含量减少,3 种类型的基团中含量最高的基团分别为 C=C,—CH3 和—OH。变质程度高的煤失重曲线和特征温度逐渐向高温区移动,且各特征温度间的间距增大。煤自燃特征温度会随着芳香烃含量的增加而增加,随着含氧官能团含量的增加而降低。芳香烃含量越大,煤自燃越难发生,而含氧官能团则恰好相反。皮尔逊相关系数计算结果表明,随着温度的升高,正相关系数最大的官能团分别为 C—H,C—H,C—H,取代苯,C=C 和C=C,负相关最大的官能团分别为 COO—,COO—,C—O—,COO—,—OH 和—OH。整体而言,C—H 与特征温度之间正向相关性最大,而 COO—则与特征温度呈最大的负相关。特征温度的变化与最大官能团的含量呈较为明显的线性关系。基于皮尔逊相关系数的结果,利用与特征温度相关性最大的 C—H 和 COO—官能团的含量建立了煤自燃倾向性多元线性回归模型。

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煤炭科学技术

2023年第04期

310

151
矿井粉煤灰基防灭火技术研究进展

作者(Author)：秦波涛, 蒋文婕, 史全林, 徐镱桢, 邵旭

摘要：煤炭是我国的主体能源，是国家电力供应安全稳定和经济社会发展的重要保障，但煤炭燃烧发电过程会产生大量的粉煤灰固体废弃物，长期堆放会严重污染土壤、水源、大气等生态环境，但粉煤灰也可作为原材料应用于矿井煤自燃灾害的防治。然而，现阶段粉煤灰在矿井防灭火领域的应用存在少量分散利用、技术含量和附加值较低等不足，当前对于粉煤灰的无害化预处理及防灭火利用规模仍无法满足国家“双碳”目标下对固废资源化利用与绿色矿山建设的相关要求。为进一步推动粉煤灰在矿井煤自燃防治领域的高效、高值及规模化利用，实现以粉煤灰为原料的防灭火材料及技术的快速发展，较全面地总结了粉煤灰浆液、粉煤灰凝胶、粉煤灰泡沫等防灭火技术的原理、分类、最新发展及应用效果；从粉煤灰预处理前端、浆液管路运输中端、防灭火利用末端等方面为出发点，凝练了粉煤灰固废物中有害物质和有价组分的分离、高浓度粉煤灰浆液长距离输送时的沉淀堵管、粉煤灰基防灭火材料在采空区的渗流堆积规律等3个亟待解决的关键问题。为提高粉煤灰固废物对矿井煤自燃的防治效果，满足“双碳”目标下国家对绿色矿山及智能化矿井建设的要求，提出粉煤灰固废在防灭火技术领域“长效防火—协同固碳—智能调控”的发展方向，未来重点围绕低成本长效防灭火的粉煤灰固废基材料、矿化封存CO2与防灭火一体化的粉煤灰防灭火技术、智能化粉煤灰防灭火材料制备及应用系统等方面开展研究，有助于推进粉煤灰工业固废在矿井防灭火领域的高价值、规模化再利用，提高矿井煤自燃的防控能力，保障矿井的安全高效开采。

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煤炭科学技术

2023年第01期

269

333
改进YOLOv5s和DeepSORT的井下人员检测及跟踪算法

作者(Author)：邵小强, 李鑫, 杨涛, 杨永德, 刘士博, 原泽文

摘要：矿井移动目标的实时监测及跟踪系统是建设智慧矿山必不可少的内容，井下巡检机器人的出现可以实现对作业人员的实时监测，但是井下光照不均、煤尘干扰等因素的存在导致传统图像检测算法无法准确检测出作业人员。基于此提出一种可部署于井下巡检机器人的改进YOLOv5s和DeepSORT的井下人员检测及跟踪算法。首先利用监控摄像头与巡检机器人所录视频制作数据集，然后使用改进YOLOv5s网络对井下人员进行识别：考虑到井下人员检测及跟踪算法包含复杂的网络结构和庞大的参数体量，限制了检测模型的响应速度，使用改进轻量化网络ShuffleNetV2替代原YOLOv5s主干网络CSP-Darknet53。同时，为减少图像中复杂背景的干扰，提升作业人员的关注度，将Transformer自注意力模块融入改进ShuffleNetV2。其次，为了使多尺度特征能够有效融合且使得推理信息能够有效传输，将Neck 中FPN+PAN结构替换为BiFPN结构。接着利用改进DeepSORT对人员进行编码追踪：考虑到井下环境黑暗，照度低，无纹理性，DeepSORT难以有效提取到人员的外观信息，于是采用更深层卷积替换DeepSORT中小型残差网络来强化DeepSORT的外观信息提取能力。最后通过公开行人数据集及自建井下人员检测及跟踪数据集对本文改进算法进行验证，结果表明：改进的检测模型相比于原YOLOv5s模型平均检测精度提高了5.2%，参数量减少了41%，速度提升了21%；改进YOLOv5s-DeepSORT的井下人员跟踪方法精度达到了89.17%，速度达到了67FPS，可以有效部署于井下巡检机器人实现作业人员的实时检测及跟踪。

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煤炭科学技术

2023年第10期

145

91
“双碳”背景下我国煤炭资源保障能力与勘查方向的思考

作者(Author)：王佟, 刘峰, 赵欣, 邓小利, 袁同兴, 任世华, 孔庆虎, 张建强

摘要：我国以煤为主的能源消费结构短期内不会改变。目前我国煤炭能源仍然处在需求量大、资源高强度开发阶段，有必要认真审视我国煤炭资源勘查工作。通过分析我国煤炭资源分布与保存问题，基本摸清了煤炭资源状况。认为我国煤炭资源相对丰富，但分布主要受东西向、南北向“两横”和“两纵”构造带控制，在“九宫”分布不同区域资源赋存与开发程度不均衡，中东部地区开发强度大，西部资源丰富但勘查开发程度低。同时，对我国主要煤炭矿区典型矿井的煤炭资源采出情况进行了调查与计算，研究了煤炭资源采出率的计算方法，得出目前技术条件下多数矿井的煤炭资源采出率在24.3%～59.8%，直接反映了目前开采技术条件下我国查明煤炭资源、储量的实际采出情况。我国目前查明煤炭资源、储量20 a后大多将被开采和占用，保障能力不足，需要引起全社会对煤炭资源勘查工作的重视，提前谋划合理制定针对性的解决方案。从现在开始勘查工作：一是加强中东部老矿区煤炭储量增储勘查力度；二是加快煤炭勘查开发战略西移，建设煤炭基地“双子座”；三是开展深部和复杂地区的地质条件精细勘查评价，助力煤炭资源、储量的储备能力提升，实现煤炭在保障我国能源安全稳定发展中的压舱石作用。

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煤炭科学技术

2023年第12期

188

84
超临界二氧化碳对煤体增透的作用机理及影响因素分析

作者(Author)：刘佳佳, 聂子硕, 于宝种, 杨迪

摘要：在如今的双碳背景下，超临界二氧化碳压裂技术不仅能增透煤体，还能用于地质封存二氧化碳，因此其在煤炭领域越来越受到重视。然而超临界二氧化碳对煤体增透的作用机理和主要影响因素尚未明晰，故为掌握其作用机理，探究其主要影响因素，进行了数据处理和总结分析。首先，明确了超临界二氧化碳对煤体增透的作用机理主要包含3 个方面：对煤体微观组分的改造作用、对煤基质的溶胀效应以及对煤中瓦斯的驱替作用。其次，阐述了影响超临界二氧化碳增透煤体的主要因素包含作用温度、作用压力、作用时间和煤体含水率，并得到了主要因素与煤体特性之间的关系：煤体孔隙率和渗透率会随着作用温度的升高而降低，随着作用压力、作用时间和煤体含水率的增加而增大，且其与作用压力和短时浸泡时间皆符合正指数函数关系；煤体力学强度会随着作用时间和含水率的增加而逐渐弱化，且抗压强度、弹性模量和抗拉强度与作用时间皆符合负指数函数关系。最后，对超临界二氧化碳增透煤体所存在的问题进行了探讨，指出现今研究忽略了浸泡次数对超临界二氧化碳增透煤体效果的影响，以及缺乏对主控因素和最佳增透条件的分析，可以仿照循环液氮致裂试验来进行超临界二氧化碳循环浸泡次数研究，可通过正交实验法来确定超临界二氧化碳增透煤体的主控因素和最佳增透条件。研究成果对于优化超临界二氧化碳增透技术、封存二氧化碳以及提高煤层气抽采效果具有一定的指导意义。

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煤炭科学技术

2023年第02期

448

340