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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

《煤炭科学技术》2020年度高影响力论文(2022年评选)

来源:煤炭科学技术

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  • 作者(Author): 苏现波, 宋金星, 郭红玉, 蔺海晓, 刘晓, 韩颖, 张双斌, 李贤忠, 于世耀

    摘要:瓦斯抽采是煤矿瓦斯灾害治理的主要途径。长期以来,广大科技与工程技术人员研制了多种瓦斯抽采技术,为我国煤矿安全生产提供了有力保障。但是对于一些突出严重的低渗煤层仍存在抽采效率低、成本高的问题,迫切需要形成一套系统的、能够实现瓦斯抽采由“抽得出向抽得快、抽得省、抽得纯、抽得净”转化的技术体系。为此,首先系统介绍了煤岩体结构的定量表征、瓦斯运移产出机制和基于煤岩体结构的瓦斯运移产出过程,并以此瓦斯抽采增产理论为基础,从物理、生化和表面改性等方面厘清了瓦斯抽采增产机制,最后结合团队近20年从事瓦斯治理工作的研究成果,系统分析了水力压裂、钻冲压一体化、老孔修复、三堵两注固液两相封孔、下向瓦斯抽采孔自动排水排渣气驱、地面以孔代巷等六项瓦斯抽采技术的增产原理,简要介绍了研制的相关装备、装置和器材以及现场应用效果。指出煤体结构决定了煤层的可改造性,决定了瓦斯的运移产出流态,进而决定了瓦斯抽采增产技术的选择,是瓦斯治理技术体系建立的基础。揭示了瓦斯抽采的多重增产机制:造缝增透、增容增透、气驱增产、气胀致裂增透、微生物降解增产、强氧化剂氧化增产和表面改性增产等,指出水力压裂、钻冲压一体化、地面以孔代巷三项技术是以增透增产为主要途径的水力强化措施;三堵两注固液两相封孔、老孔修复增透、下向孔自动排水排渣三项技术则是以多重增产机制为基础,以延长抽采钻孔使用寿命、提高抽采瓦斯的质和量为途径的增产技术;气驱技术的本质是增加瓦斯压力梯度、实现抽采后期低压煤层瓦斯抽采增产。已经完成的工程试验和推广应用充分显示出这一技术体系的潜在优势,随着这一技术体系进一步的标准化和程序化,将成为煤矿瓦斯高效抽采的一种普适性技术,其推广应用将大幅度降低瓦斯治理成本。
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    煤炭科学技术
    2020年第12期
    1118
    5036
  • 作者(Author): 王步康

    摘要:“采掘失衡”是影响煤炭开采效率的主要原因,通过回顾煤岩截割理论与截割机构的发展历程,归纳了镐型截齿截割机理与截割滚筒研究现状与进展。介绍了地质条件、掘进装备、掘进工艺之间的相互关系,阐述了适应不同地质条件的掘进装备与掘进工艺发展现状,通过对当前悬臂式掘进机、掘锚一体机等煤矿巷道主力掘进装备及其配套工艺的研究,分析了掘进技术装备与工艺在提高巷道掘进效率中产生的作用效果。通过对比国内外掘进装备技术标准,指出标准的缺失落后已成为制约我国煤炭掘进技术与装备发展的重要因素,可通过国际对标,解决掘进技术装备可靠性问题。在总结掘进技术与装备现状的基础上,结合现阶段国家政策、行业发展、市场需求、新技术应用等方面的现状,从巷道掘进基础理论研究、装备智能化与成套化、掘进机器人、现代感知技术等层面,预测了掘进技术与装备未来发展方向与趋势。
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    煤炭科学技术
    2020年第11期
    1001
    1467
  • 作者(Author): 张玉军, 张志巍

    摘要:采动覆岩破坏规律与控制技术是煤矿安全生产、地表防护、地下水资源保护的重要基础。从水体下采煤视角,重点介绍了采动覆岩破坏规律和控制技术的发展现状及最新研究成果。包括采动覆岩破坏结构演化及破坏特征,覆岩破坏类型及形态,覆岩破坏发育规律及预计方法,重点论述了不同开采工艺和特殊地质以及高强度开采条件下的覆岩破坏规律及预计方法;介绍了覆岩破坏实测方法,表明探测手段已由传统的单一技术向着钻探和物探多手段结合,地面和井下相结合,传统手段与微震监测,微电阻率扫描,光纤测试等新技术专业解释相结合等方向发展;从三下采煤角度阐述了覆岩破坏控制技术的进展。研究与实践表明:经过近60年的研究与实践,我国已经形成了较为完整的采动覆岩破坏与控制体系,为煤矿安全、高效、绿色开采提供了可靠的技术保障。最后,提出了采动覆岩破坏规律和控制技术的未来发展趋势。研究认为我国深部矿井、高强度开采、西部特殊地质条件,低损害以及智能化等将成为未来采动覆岩破坏及控制技术研究领域的焦点和发展方向。
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    煤炭科学技术
    2020年第11期
    595
    573
  • 作者(Author): 许家林

    摘要:煤层开采引起的岩层破断运动导致了一系列采动损害与环境问题。绿色开采从广义资源的角度出发,通过控制或利用采动岩层破断运动,从源头减轻采煤对环境的影响,实现对煤层及共伴生资源的共采或保护。该理念得到了业界的广泛认同,绿色开采技术的研究与应用也取得了重要进展。从广义资源概念、基于岩层破断运动规律原则、源头减损及全生命周期理念等方面进一步论述了绿色开采的内涵,提出了全生命周期绿色开采技术框架,包括保水采煤、煤与瓦斯共采、矸石减排、减沉开采与环境修复,对近20年来我国煤矿绿色开采的研究历程进行了回顾。关键层理论是绿色开采技术研究的重要理论基础,其基本学术思想强调将覆岩作为整体进行研究,将采动矿压、水与瓦斯及地表沉陷研究有机统一起来;同时强调抓主要矛盾,即找出覆岩中对岩层运动起控制作用的关键层,避免采用传统研究中对覆岩岩性进行均化处理的方法。综述了在岩层移动与采动裂隙演化规律方面的理论研究成果,主要包括基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法、覆岩卸荷膨胀累积效应与瓦斯卸压抽采“三带”原理,论述了保水采煤、煤与瓦斯共采、充填减沉开采等方面的技术进展、现状及工程应用成效。提出了促进绿色开采技术进一步发展的建议,包括深化采动岩层运动规律研究、确定适合不同矿区特点的绿色开采技术模式、建立煤矿绿色开采的评价指标体系、开展煤矿全生命周期绿色开采设计、绿色开采技术的高效率和低成本化研究等,为我国煤矿绿色开采指明了方向。
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    煤炭科学技术
    2020年第09期
    1735
    1858
  • 作者(Author): 郭文兵, 马志宝, 白二虎

    摘要:我国“三下一上”(建筑物、水体、铁路等线性构筑物下及承压水上)煤炭资源储量大,“三下一上”采煤是我国煤炭资源枯竭型矿井提高资源采出率,延长矿井服务年限及实现可持续发展的有效举措。在分析建筑物下采煤现状的基础上,阐述了源头减沉控损开采技术措施,主要包括充填开采、部分开采,协调开采及弱化建筑物变形环境的覆岩离层注浆技术措施等。结合我国不同地区对水资源保护的要求,将水体下采煤分为地表水下开采和含水层下开采,通过分析煤炭开采引起的覆岩破坏传递过程,提出了基于该过程的覆岩破坏充分采动程度判据及其高度计算方法,揭示了煤层开采覆岩破坏高度形成机制,采用地面钻孔观测及协调开采法成功进行了水体及坝体下等不同地质采矿条件下采煤,并针对西北高强度开采对松散含水层破坏特征进行了大地电磁探测,分析了采动影响下松散含水层破坏特征,揭示了松散含水层破坏机理并验证了大地电磁法用于探测含水层破坏的可行性。结合我国在“三下一上”采煤研究现状及进展,总结了煤层安全开采的预测方法及安全技术措施。研究认为我国煤矿“三下一上”采煤技术将以源头减沉控损开采方法,覆岩破坏控制技术及采空区稳定性评价及其利用研究为主,地下煤炭原位保护开采技术将是未来含水层下开采的发展趋势。
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    煤炭科学技术
    2020年第09期
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  • 作者(Author): 胡炳南, 刘鹏亮, 崔锋

    摘要:煤矿充填开采技术在固体废弃物处置、控制采煤沉陷、提高资源采出率和建设生态矿山等方面发挥着举足轻重的作用。自20世纪初至今,世界矿山充填开采技术已有百年的发展历史。根据资料分析,按照充填材料类型划分,20世纪矿山充填技术经历了废石干式充填、水砂充填、低浓度尾砂胶结充填和膏体充填4个发展阶段,回顾了当时我国充填采煤技术的应用和发展历程以及水砂充填、矸石自溜充填等主要充填工艺。21世纪以来,我国充填采煤技术取得了快速发展,形成了固体、膏体和超高水3种充填材料和应用于综采、连采工作面的2种充填工艺,固体废弃物利用种类、充填效果、机械化程度、整体技术水平大幅提升,对充填材料及其制备输送,工作面充填工艺特点进行了归纳总结,尤其是剖析了综采面充填的特点及生产效率制约因素,提出应从新型装备研发、临时护顶技术、充填空间高效密封措施等方面减少充填各环节时间。最后,结合实践效果,从充填采煤能力、地表下沉系数、充填开采增加成本、资源采出率和技术适用条件方面对固体充填综采、膏体充填综采、超高水充填综采、固体充填连采、膏体充填连采5种充填采煤方式进行了分析,为各矿选择适合自身的充填方式提供了依据。
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    煤炭科学技术
    2020年第09期
    1194
    1658
  • 作者(Author): 孙希奎

    摘要:基于国家绿色工业和循环经济发展的要求,从煤炭工业绿色开采的科学内涵与技术体系出发,阐明了煤炭开采后形成的采空区是造成岩层移动变形、矿区地表沉陷、水土流失、矸石堆排、土地压占等生态环境问题的根源,指明了矿山采空区充填是有效保护矿区生态环境的根本途径。综述了矿山充填发展主要历程及我国煤矿绿色充填开采的主要类型,重点介绍了膏体充填、矸石固体充填、超高水充填及覆岩离层分区隔离注浆充填4种充填开采方法的技术原理、工艺流程及技术特点,并分别介绍了相应的研究现状与应用成果。重点从充填设备特点、充填工序特征、材料来源、膏体输送特性及稳定性、精准控制及标准化建设等9个方面明确了煤矿绿色充填开采当前面临的主要问题与挑战。指出了实现煤矿绿色充填开采需要从大采高充填岩层控制理论研究、生态脆弱区充填技术、智能化充填工艺、充填物料的精准输送及充填政策保障5个方面进行重点研究,从创新开发新型充填材料、关键充填装备的研发、构建智能化充填新工艺、标准化体系建设与政策扶持及研发矸石高效充填处理技术5个方面进行关键突破,并对煤矿绿色充填开采技术的发展与应用前景进行了展望。
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    煤炭科学技术
    2020年第09期
    1336
    1715
  • 作者(Author): 徐振刚

    摘要:发展现代煤化工是国家能源发展战略的重要组成部分,是充分发挥煤炭能源相对资源优势,保障国家能源安全的必要措施,是缓解石油和天然气供需矛盾的现实手段。中国现代煤化工发展始于20世纪末,贯穿“九五”至“十三五”共5个“五年计划”近25年。现代煤化工区别于传统煤化工,包括煤直接液化、煤气化、费托合成、大型煤制甲醇、甲醇制烯烃、甲醇制芳烃、煤制乙二醇、煤制天然气等。回顾了中国现代煤化工近25年的发展历程,分析了各个“五年计划”期间在国家政策引导和宏观调控下开展的科技创新和产业发展工作的时代特征;介绍了中国现代煤化工从实验室研究、工程化开发、工业化示范到产业化发展再到进一步升级完善的历史脉络。概述了中国现代煤化工的发展现状,梳理了近25年现代煤化工快速发展过程中所取得的丰硕成果包括煤化工核心技术、专用催化剂、关键设备等方面实现的重大突破。煤直接液化、煤气化、合成气费托合成、甲醇制烯烃、煤制乙二醇等工艺路线的核心技术与关键设备均已实现重大突破,技术水平总体上已位居世界前列,其中煤直接液化、甲醇制烯烃、煤制乙二醇等已达到世界领先水平。阐述了5个具有特殊意义的典型现代煤化工工业化示范项目,汇总了中国现代煤化工各主要技术方向已建成投运的工业化示范项目及产业规模。最后对近25年的快速发展历程进行了反思,总结了各个不同发展阶段所取得的宝贵经验和值得关注的工作要点。面对煤炭工业转型升级、煤化工行业高质量发展的新机遇,分析了中国现代煤化工仍然存在总体技术水平需进一步升级,主要产品档次需进一步提高,项目经济效益需进一步改善等主要问题与面临的产业核心竞争力需进一步提升的严峻挑战,据此指出了中国现代煤化工未来科技创新的技术方向及工作重点。现代煤化工科技创新的突破口应是煤化工高端差异化新产品的开发,特别是高性能、高附加值类新产品的开发,这也是煤化工行业的本质特征。
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    煤炭科学技术
    2020年第08期
    2408
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