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主办单位:煤炭科学研究总院出版传媒集团、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

“煤炭科技发展前沿”特刊

来源:《煤炭科学技术》2021年第1期

本特刊共有论文30篇,来源于《煤炭科学技术》2021年第1期,是系统了解煤炭科技发展前沿的学习宝库。

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  • 作者(Author): 《煤炭科学技术》

  • 作者(Author): 王国法

    摘要:  煤炭作为我国一次能源中最经济、可靠的资源,长期以来为社会发展和国家能源安全稳定供应提供了有力保障。“十三五”期间,在“四个革命、一个合作”能源安全新战略的指引下,煤炭行业全力做好煤炭工业高质量发展这篇大文章,取得一系列重大成果。煤炭科技创新能力和装备水平显著提高,引领了世界煤炭智能化开采发展方向;煤矿安全水平持续提升,2019年全国煤矿平均百万吨死亡率为0.083,比2015年下降47.8%;新型煤化工、煤炭分级分质利用、燃煤发电超低排放等一批煤炭清洁高效转化利用技术达到国际领先水平;“绿水青山就是金山银山”理念深入人心,矿区生态环境治理取得新进展,有力促进了矿区资源开发与生态环境协调发展。  科技期刊是科技事业不可分割的有机组成部分,煤炭科技期刊的发展一直与煤炭产业高质量发展同呼吸、共命运。作为煤炭系统的代表性品牌刊物,创刊48年来,《煤炭科学技术》见证和记录了我国煤炭行业各个历史阶段的发展历程。面对突如其来的新冠疫情,期刊逆势而上,始终将科技期刊的发展融入到国家科技创新的大环境中,聚焦行业需求,把握时代脉搏,在组约优质稿源、推广科技成果,搭建学术交流平台,弘扬科学家精神,端正学术评价导向,营造良好的科研氛围等方面积极作为,2020年取得了振奋人心的新成绩。期刊学术影响力排名稳居学科第2位,首次荣获“中国精品科技期刊”称号,首次有1篇论文入选“第五届中国科协优秀科技论文”,入选中国地学领域和煤炭领域高质量科技期刊分级目录T1类,成功被世界知名数据库《文摘与引文数据库》(Scopus)收录,期刊未来发展前景可期。  驻足回眸,展望未来。在建设科技强国的道路上,科技期刊应牢记自己的使命和担当。2021年是“十四五”发展规划开局之年,也是两个“百年目标”交汇与转换之年,站在新的历史起点,能源和环境依然是当今人类面临的2大问题。在煤炭工业迈入高质量发展的关键之年,亟需一流科技期刊的支撑和助力。世界一流煤炭科技期刊的建设既是煤炭工业发展的需要,更是中国经济高质量发展的需要。习近平总书记“把论文写在祖国大地上”和“建设世界一流科技期刊”的召唤,以及煤矿智能化时代的全面开启,都为煤炭科技期刊的高质量发展注入了强劲动力。让我们以更足的勇气,齐心协力,发奋图强,以优异的成绩向中国共产党百年华诞献礼。  期刊的点滴进步离不开各级领导的亲切关怀,离不开期刊编委会、青年专家学术委员会全体委员和审稿专家的辛勤劳动,更离不开作者、读者的鼎力支持,值此辞旧迎新之际,衷心感谢大家对《煤炭科学技术》的关心、支持和帮助!祝各位新年快乐、牛年吉祥、阖家幸福!
  • 作者(Author): 王国法, 徐亚军, 张金虎, 张坤, 马英, 陈洪月

    摘要:智能化开采是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。经过多年发展,我国智能化开采形成了薄煤层和中厚煤层智能化无人操作,大采高煤层人-机-环智能耦合高效综采,综放工作面智能化操控与人工干预辅助放煤,复杂条件智能化+机械化4种智能化开采模式。为了解决工作面综机装备智能决策难题,研发了工作面智能协同控制系统,实现采煤机自适应割煤与自主感知防碰撞,基于煤流量智能感知的采煤机、液压支架、刮板输送机等综采装备的协同联动,工作面综采装备与端头和超前支架的联动控制。上述研究成果在陕北侏罗纪1.1m 硬煤薄煤层、金鸡滩煤矿8m 超大采高综采、金鸡滩煤矿9 m 以上硬煤特厚煤层综放开采进行应用,效果显著,实现了陕北侏罗纪1.1m 硬煤薄煤层高效智能化无人开采,8m 超大采高工作面人-机-环智能耦合高效综采,9m 以硬煤上特厚煤层超大采高智能化综放开采。
  • 作者(Author): 顾大钊, 李庭, 李井峰, 郭强, 蒋斌斌, 卞伟, 包一翔

    摘要:系统梳理了我国煤矿矿井水的处理技术现状,对高悬浮物矿井水、高矿化度矿井水和含特殊组分矿井水的常用处理技术进行了对比分析。近年来高矿化度和含特殊组分矿井水逐年增多,相关水质标准大幅提高,给煤矿矿井水处理提出了更高的要求。为了适应新形势,煤矿矿井水处理技术应通过科技创新,实现矿井水大规模低成本处理,支撑矿井水高效利用,一是要大力发展井下处理技术,利用井下空间和岩体自然净化优势大幅降低矿井水处理成本,并实现矿井水大规模调配与利用;二是要因地制宜利用西部矿区丰富的太阳能、地热等新能源以及火电厂余热等,驱动低温多效蒸发、膜蒸馏等处理技术,可大幅降低处理能耗;三是要通过对相关标准体系的完善,促进矿井水处理实现“ 分级处理、分质利用”。
  • 作者(Author): 王双明, 侯恩科, 谢晓深, 杨帆, 刘英, 肖绪才, 石增武, 黄永安, 杨征, 谢永利

    摘要:随着陕北侏罗系煤田持续开发,中深部煤层开采已成为当前和今后的重点,但目前对中深部煤层开采引发的地表生态环境损害尚不明确,且缺乏相应的生态环境修复提升途径研究。以榆神矿区为研究区,以中深部煤层开采典型矿井为研究对象,采用现场调查、理论分析等方法研究了中深部煤层对地表生态环境的影响。研究表明:①中深部煤层开采诱发的地表裂缝发育程度整体较弱,对地表的损害较小,面内裂缝会随着回采以“C”字型向前扩展,且具有“先开后合” 的单峰活动特征,边界裂缝具有“只开不合”的单趋向活动特征;第四系沙土层中地表裂缝发育深度小于2.5 m,单位长度的深度差异在5~142cm/ m;② 地表裂缝是影响地表生态环境的主要途径,裂缝不但会增加近地表水资源的下渗量,也会改变土壤水分的分布,减小20cm 以浅表土层的水分含量,增加40~60cm 深度区间的土壤水分,同时增加浅部表土层的有机质,使浅部土层由中性变为弱碱性,局部宽大裂缝会造成植被根系断裂、枯萎死亡,而短小裂缝则会增加禾本科植物(羊草)的丰富度;③ 提出了采前“一评两预”、采中“一追一减”、采后“三定一提”的生态环境修复提升体系架构,阐述了其内涵、内容和技术途径;在生态环境修复提升体系的指导下,给出了以自然修复为主的榆神矿区中深部煤层开采地表生态环境修复途径;结合榆神矿区中部生态环境现状,提出了“湿地建造”、“生态农业建设” 以及“观赏园林建设”的生态环境提升途径。研究成果对中深部煤层采动影响区生态修复提升具有参考价值。
  • 作者(Author): 刘志强, 宋朝阳, 程守业, 洪文浩, 荆国业, 李新华, 王来所, 赵钧羡

    摘要:反井钻机钻井技术是煤矿、金属矿山、水力水电、隧道等地下工程中井孔钻凿的根本性变革技术。介绍了近40a来我国反井钻机钻井技术与装备的发展历程、反井钻机钻井理论与技术以及反井钻进工艺与应用的发展与现状;梳理了反井钻机钻井领域获批科研项目,以及围绕反井钻机钻井发表的论文和专利、出版的论著与标准;进一步介绍了反井钻机钻井围岩预加固和支护等稳定性控制技术,反井钻井机械破岩机理与破岩技术,反井钻机钻架稳定控制技术与动力驱动控制技术,反井钻机导孔钻具、导孔钻进排渣技术、导孔钻进偏斜控制技术以及导孔钻进风险分析与防控技术;反井钻机扩孔钻进钻头滚刀布置形制、扩孔排渣技术、扩孔钻进偏斜控制技术以及扩孔钻进风险分析与防控技术;反井钻机钻井降温除尘技术;给出了反井钻机在矿下溜矸孔、深大斜井、立井井筒延伸、双风井井筒和一次钻成大直径风井等工程中的应用,以及富水冲积层、冻结地层、注浆加固地层和瓦斯地层中反井钻井的应用。经过40a的研究与实践表明,我国在反井钻机钻井领域已经形成以机械破岩理论和钻进技术为基础的反井钻机钻井成套技术与装备体系,为地下工程中井筒的安全、高效、绿色钻进提供技术保障,为我国无人化、机械化和自动化全断面钻井技术与装备的进步做出了重大贡献。
  • 作者(Author): 秦波涛, 仲晓星, 王德明, 辛海会, 史全林

    摘要:煤炭是我国的主体能源,但煤炭开采面临着有煤自燃灾害的严重威胁。煤自燃不仅烧毁大量煤炭资源,还易引发瓦斯燃烧、爆炸等重特大事故,造成巨大的经济损失和重大的人员伤亡。为了进一步提高煤矿企业对煤自燃灾害的防控能力,推动我国煤炭资源的安全高效开采,分析了煤自燃理论的研究现状,总结了煤自燃监测预警的主要方法和技术,对比分析了煤矿常规的防灭火技术,介绍了煤自燃防治技术的最新发展及应用效果,并提出了煤自燃过程特性及防治技术的未来发展和研究方向。较详细地阐述了煤自燃过程机理及特性理论基础,主要包括煤自燃的低温氧化过程机制、煤自燃分段过程特性及特殊条件下的煤自燃特性;较全面地总结了包括标志气体方法、测温法、示踪气体法等多种煤自燃监测预警技术的原理以及各类技术的优缺点。在上述煤自燃理论和监测预警基础之上,针对常规注浆、注惰气等技术对煤自燃防控效果有限、难以满足矿井安全高效开采的问题,研发了三相[JP]阻化泡沫技术、凝胶泡沫覆盖隔氧技术、无机固化泡沫堵漏控风技术、稠化砂浆等防灭火技术,同时提出借助液氮(液态二氧化碳)的相变吸热对煤自燃高温火区快速灭火降温。此外,为了满足煤矿智能化、精准化开采对矿井火灾防治的新要求,在矿井火灾监测指标信息化与预警智能化、火源辨识与防治技术控制精准化、防灭火材料绿色化等方面提出了下一步的研究展望。
  • 作者(Author): 解强, 张香兰, 梁鼎成, 曹俊雅, 刘金昌

    摘要:依托丰富的煤炭资源,我国成为世界上最大的煤基活性炭生产国。简要回顾了我国煤基活性炭工业的起源和发展历程,介绍了煤基活性炭的制备方法、生产工艺及应用现状,分析影响活性炭合理应用的因素,着重讨论了活性炭定向制备的概念、原理、方法及应用,提出了我国活性炭工业发展面临的重要问题和亟待研究的课题。结果表明:活性炭具有发达的孔隙结构,依据其对气、液相中微量成分选择性吸附的能力,在国防、医药、食品、化工行业得到广泛应用,近年来在能源、环境领域发现极大的应用前景;物理活化法是煤基活性炭制备的基本方法,原煤破碎活性炭、柱状活性炭及压块活性炭工艺是目前煤基活性炭的主要工业生产工艺,尤其是压块活性炭工艺,由于产能大、产品质量高且稳定并适于配煤、添加剂调孔,已成为新建、扩建活性炭企业的首选;孔结构、表面化学、形状、机械强度、流体力学性能等是影响活性炭应用的主要因素,“活性炭定向制备”即以用途对活性炭组成、结构和性能的要求为导向,制备具有适宜组成、孔结构、应用性能的活性炭产品,按照煤基活性炭定向制备涉及的指标及相互关系、影响因素、调控方法及难度,以孔结构调节为中心开发煤基活性炭定向制备技术成为主要策略;孔结构调控是在保证活性炭孔隙充分发育的前提下根据应用需求调节活性炭不同尺寸孔在总孔容中的比例,筛选原料煤、配煤、添加剂、优化工艺参数等措施,可以在不同程度上控制炭化过程,使炭化向生成各向同性、非石墨化、反应活性高、初生孔隙发达炭化物的方向发展,为活化阶段活化剂-炭基质间反应速度的调变打下基础,易于孔结构调控;煤基活性炭定向制备技术已应用于低灰高比表面积活性炭、磁性活性炭及兼有双电层电容和法拉第电容的高容量电极炭的研制,此外,在单种活性炭难以满足应用途径对活性炭提出的综合性能指标要求的情况下,配炭或是一种有效的解决途径。活性炭孔结构的精准量化调控、中孔活性炭的制备、配炭等研究尚待进一步深入;活性炭应用研究,利用西部高碱煤中内源性碱(土)金属调控煤基活性炭孔结构,开发洁净活性炭生产工艺,是煤基活性炭定向制备面临的新课题。

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