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“2021年煤炭科技发展前沿”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。

行业视野: 其他
类别; 144个
关键词; 134位
专家; 31篇
论文; 18545IP
点击量; 35639次
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深部煤炭资源智能化开采技术现状与发展方向

作者(Author)：李伟

摘要：深部煤炭资源开采采场地应力高、采动影响强烈，冲击地压灾害时有发生。智能化开采是深地资源开采的重要手段，深部资源安全绿色、智能高效开采技术与装备亟需研发，以加快开展千米深井智能开采实践。根据兖矿集团多年来煤矿开采的技术经验，在分析智能化开采技术现状的基础上，围绕煤炭资源深部开采灾害防治和探-掘-采等关键生产环节，分别对矿井地质探测与建模、深井灾害防治技术、智能化掘进与开采技术现状及存在的问题进行了阐述，展望了深部煤炭资源智能化开采趋势，提出了各项技术相对应的具体研究内容及预期研究目标。目前三维地质建模技术可基本辅助规划井下安全生产，但仍处于起步阶段，探测精度不够，缺乏实时处理功能，实现地层精准模型构建有待高精度探测技术与数据处理方法展开研究；矿震观测系统的引进及发展有助于冲击地压防治，但仍需在关键层运动特征监测及灾害治理手段方面深入研究，同时须进一步提升矿井热害防治智能化水平；智能化采掘技术在基础理论、装备研制等方面取得长足进步的同时，应该向复杂地质条件下煤层及装备协同控制方面投入更多研究。

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煤炭科学技术

2021年第01期

753

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煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值研究进展

作者(Author)：程远平, 周红星

摘要：煤与瓦斯突出预测是突出煤层2个“四位一体”综合防突措施的关键环节，对确定突出预测敏感指标及其临界值具有重要意义。以往突出预测敏感指标及临界值的确定，包括地应力指标和瓦斯指标，是通过现场反复测试、试验确定的；而现今的突出防治管理模式不支持这种方法，故只能采取实验室试验研究，主要是针对瓦斯相关指标的研究，结合部分现场验证来确定。选取大隆矿12煤、芦岭8煤、祁南3煤、朱仙庄10煤、童亭7煤和新景3煤等6个煤样，煤种涉及中等变质程度的气肥煤到高等变质程度的无烟煤，试验研究了各煤样瓦斯压力P与瓦斯含量W，瓦斯压力P与钻屑瓦斯解吸指标K1和Δh2，以及钻屑瓦斯解吸指标K1与Δh2之间的关系规律。结果表明：突出预测的瓦斯指标之间具有单值对应关系，但各煤样的这种对应关系是变化的，国家相关标准给出的突出预测指标建议临界值之间并不对应，也不能完全反映煤层的实际突出危险性与突出严重程度，不同变质程度煤层很难存在统一的临界值；应用煤层瓦斯相关指标之间的对应关系，结合突出煤层的实际，如始突深度、突出动力现象、钻孔动力现象等，可间接确定突出预测敏感指标的临界值。同时，未来精细化的突出防治对突出预测敏感指标有更高的要求，进一步研究的方向应包含反映地应力状况、小构造影响下煤层赋存、预测煤层潜在突出强度的指标，以及适应突出灾害差异性的新突出预测方法及措施效果检验方法。

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煤炭科学技术

2021年第01期

611

1142
我国煤矿岩石与CO2突出机制探讨

作者(Author)：霍中刚, 薛文涛, 舒龙勇

摘要：由于煤矿岩石与CO2突出危害严重，但发生频度较煤与瓦斯突出低，导致多年来对岩石与CO2突出机制研究一直不够系统深入。为解决这一问题，在前人研究成果的基础上，分析了我国发生岩石与CO2突出矿区含煤地层的CO2成因，总结了岩石与CO2突出规律和特征，建立了岩石与CO2突出物理模型，剖析了岩石与CO3突出过程、力学环境和能量条件。结果表明：参与突出的CO2均为无机成因型，与岩浆岩活动和煤田自燃热解有关；岩石与CO2突出是地应力、承压气体、突出岩体力学性质等因素综合作用的结果，由于参与突出的气体富集受气源控制，岩石与CO2突出危险区域呈点状或条带状分布；基于煤与瓦斯突出关键结构体致灾理论建立的岩石与CO2突出关键结构体模型与突出现场环境吻合，突出砂岩命名为结构1，对突出砂岩起支撑包裹作用的岩体分别命名为结构2、结构3和结构4；岩石与CO2突出过程经历了准备、启动、发展、终止4个阶段，突出准备阶段包括形成关键结构体直到突出激发完成，突出启动阶段是一个瞬态过程，突出启动与结构1的能量大小有关，只有当结构1积蓄的能量大于突出所需能量，即能量判据Ce≥1时才能成功启动；利用关键结构模型和能量判据能够揭示典型岩石与CO2突出事故的启动机制，为岩石与CO2突出防治提供了依据。

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煤炭科学技术

2021年第01期

269

619
低阶煤微波辅助热提质研究进展

作者(Author)：刘淑琴, 脱凯用

摘要：微波热处理技术具有快速均匀、选择性加热和操作灵活、安全环保的优势，为实现低阶煤的清洁高效利用提供了新途径。从低阶煤的微波辅助干燥提质和热解提质出发，综述了低阶煤对微波的介电响应特性，梳理了影响低阶煤微波干燥提质过程的因素，阐述了微波干燥提质对低阶煤品质和理化性质的作用规律，不同工艺条件对低阶煤微波热解提质的影响以及引入吸波剂和催化剂对强化低阶煤微波热解提质的作用特性。结果表明：低阶煤中的水分和矿物含量是影响其介电损耗能力的主要因素，内在水分对微波的快速响应有利于实现微波对低阶煤的快速干燥提质。微波加热干燥有效提升了低阶煤固定碳含量和燃烧热值，内在水分被优先加热发生快速迁移可促进孔隙结构形成进而增强了其可磨性，极性含氧官能团在微波诱导下易发生分解有助于抑制低阶煤的自燃倾向。相比常规热解，微波辅助低阶煤热解提质表现出加热速率快、热解效率高、焦油轻质组分丰富以及合成气产量高的优势。微波功率、辐射时间、热解终温和反应气氛是影响低阶煤微波热解提质的主要因素，基于目标导向的热解工艺参数优化是实现低阶煤高效分级分质利用的核心。利用吸波剂和催化剂充分强化低阶煤微波热解提质，有利于提高微波能利用率、加深煤热解程度、定向调控产物分布以及改善热解产物品质。此外，微波辅助低阶煤和生物质、油页岩和废塑料等富氢物质进行共热解，能够增强焦油向轻质化的转变以及提升有效气体收率，是实现低阶煤清洁高效梯级利用的重要发展方向。

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煤炭科学技术

2021年第01期

346

691
焦化废水深度处理新技术及其相互耦合特征研究

作者(Author)：何绪文, 员润, 吴姁, 夏瑜, 何灿

摘要：焦化废水具有水量大、难降解、水质复杂和处理成本高等特点，且随着“两山论”、“零排放”和GB 16171—2012《炼焦化学工业污染物排放标准》等新理念、新标准的提出，传统深度处理技术已难以使焦化废水处理达标；为了使焦化废水稳定达标排放，探讨了以非均相臭氧催化氧化技术、磁混凝技术和聚瓷膜分离技术为核心的单元深度处理新技术及其分别耦合深度处理新技术；分析了新型臭氧催化剂和新型臭氧反应设备、新型重介质、新型膜材料和新型膜结构分别作为非均相臭氧催化氧化技术、磁混凝技术和聚瓷膜分离技术的重要特征；介绍了3种单元新型深度处理技术及其分别耦合技术的应用现状，并指出耦合新型处理技术可以使焦化废水处理后稳定达到废水排放标准或废水回用标准，总结了不同技术的绿色环保、处理成本低、矿化程度高、处理效果好、短流程和运行稳定等技术优势。根据单元深度处理新技术及其分别耦合新技术的特点，形成了完善和成熟的集成技术工艺包，这将是今后焦化废水深度处理新技术发展的新趋势。

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煤炭科学技术

2021年第01期

400

658
煤矿岩巷爆破掘进炮孔密度优化研究

作者(Author)：杨仁树, 王越, 林志博

摘要：岩巷掘进工作面的炮孔密度很大程度上影响了凿岩工作量和爆破效果, 为了实现岩巷的快速掘进，需要对岩巷爆破的掏槽结构和其他爆破参数进行优化，在保证爆破循环进尺和巷道周边成型质量的基础上减少全断面炮孔数目，降低炮孔密度。根据在岩巷爆破掘进现场收集的资料，建立岩巷掘进爆破参数数据库，其中包含施工时间、矿区位置、掏槽方式、岩石普氏系数、掘进断面面积、全断面炮孔数目、炮孔深度、炸药单耗和炮孔利用率9个特征维度。通过对关键参数维度下的炮孔数目与断面面积进行线性拟合，得出关键参数在不同区间的炮孔密度变化规律，研究表明：大部分工程的炮孔密度约为5个/m2；炮孔密度与各参数具有一定相关性。其中，中深孔爆破的炮孔密度拟合值大于浅孔爆破；炸药单耗增大时，炮孔密度明显降低；炮孔利用率增大时，炮孔密度出现增大趋势；硬岩巷道的炮孔密度显著大于软岩；斜孔掏槽形式下的炮孔密度大于直孔掏槽的炮孔密度。炮孔密度较大是由于受到岩石破碎机理影响与爆破技术的限制，从而提出改进爆破技术，即采用二阶二段掏槽技术和周边孔切缝药包定向断裂控制技术。通过现场试验，发现同时采用二阶二段掏槽和周边孔切缝药包定向断裂控制技术既能够大幅降低炮孔密度，由5个/m2降到4个/m2，还可以保证爆破效果。研究对提高我国煤矿岩巷的快速掘进水平具有参考价值。

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煤炭科学技术

2021年第01期

486

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工作面开采强度对RUSLE坡度坡长因子的影响规律

作者(Author)：杨俊哲, 雷少刚

摘要：水土流失加剧是西部煤矿区面临的主要生态环境问题之一，煤炭井工开采导致地表不同程度下沉变形，改变了坡度坡长因子，破坏了原有的地表水文过程，从而改变了矿区的水土流失状况。因此，掌握工作面开采强度对水土流失的影响规律，对科学设计开采强度、防控水土流失具有重要指导意义。坡度坡长因子是经典土壤流失方程中的关键变量，其对水土流失具有重要影响。针对工作面开采强度与修正的通用土壤流失方程（Revised universal soil loss equation, RUSLE）坡度坡长因子相关性关系问题，结合工作面现场地表下沉移动监测数据、开采沉陷概率积分法以及修正土壤流失方程，推导了坡度坡长因子计算方法，研究了地下开采强度与修正土壤流失方程中坡度坡长因子变化之间的关系，为平衡开采强度与矿区水土流失防治提供了理论依据。研究结果表明：① 基于概率积分法预测得到的坡度坡长因子剥离了采前自然起伏地形的影响，其结果能够更为直观地表现出开采强度与坡度坡长因子变化的相关性，得到的研究结论普适性更强；②坡度坡长因子与工作面采高呈正相关关系(r=0.7571,p=0.0487)，与深厚比呈显著负相关关系（r=-0.9522，p=0.0009），且二者相关度均较高；③在达到充分采动后，日开采体积、采宽的变化对坡度坡长因子的变化不产生显著影响。

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煤炭科学技术

2021年第01期

337

580
弱胶结软岩煤巷锚杆索-围岩变形协同控制方法研究

作者(Author)：谭云亮, 于凤海, 马成甫, 张广山, 赵伟

摘要：针对西部弱胶结软岩煤巷顶板支护易失效问题，在探究弱胶结泥岩物性组分及破坏力学特征基础上，分析弱胶结软岩巷道围岩破坏特征，揭示弱胶结软岩巷道顶板破坏失稳机理，提出弱胶结软岩高预紧力下锚杆-围岩变形协同机理，开发相应支护设计方法，并进行应用实践。结果表明：①弱胶结软岩黏土矿物含量高，微裂隙发育造成其强度小、黏聚力小、胶结性差、易碎胀，在低围压条件下就产生剪切滑移破坏，提高其等效黏聚力和围岩应力水平是提升其抗变形能力的最有效途径；②弱胶结泥岩特性、高水平应力及低锚杆（锚索）预紧力等因素综合作用下，弱胶结软岩顶板易发生整体性下沉，内部破裂严重，破裂范围最大达4.0 m，尤其是煤岩界面破裂剪胀使部分锚杆-锚索破断失效，加剧顶板破裂下沉；③锚杆支护作用体现在提高锚杆加固范围内岩层等效黏聚力，锚索支护则强调对其支护范围内岩层提供较强的支护应力，两者工作阻力越高支护效果越好；④高预紧力下锚杆与锚索联合支护时，锚杆、锚索变形与顶板变形下沉协同、相适应，且要最大程度发挥锚杆-锚索支护效能。现场应用表明，按照高预紧力锚杆-围岩形变协同支护后，弱胶结软岩巷道顶板控制效果好，达到设计预期，该方法为弱胶结软岩巷道支护提供参考。

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煤炭科学技术

2021年第01期

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