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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

2023封面文章((煤炭科学技术))

来源:煤炭科学技术

《煤炭科学技术》1973年创刊,月刊,是由国家矿山安全监察局主管、煤炭科学研究总院主办的综合性科技类期刊,是美国《工程索引》Ei Compendex数据库收录期刊、Scopus数据库收录期刊、开放存取期刊目录(DOAJ)数据库收录期刊、中国科学引文数据库(CSCD)核心库收录期刊、中国精品科技期刊、中文核心期刊、中国科技核心期刊、RCCSE中国核心学术期刊(A)、中国地学领域高质量科技期刊T1类、中国煤炭领域高质量科技期刊T1类。

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  • 作者(Author): 王书文, 智宝岩, 杜涛涛, 杨光宇, 陆闯, 夏永学

    摘要:具有厚硬顶板的矿井在采掘期间将面临矿震、矿压显现强烈的风险,易导致矿井发生动力灾害事故。为对此类风险隐患进行预控和防范,需要对矿井的厚硬顶板进行预控处理。采用现场调研、工程类比、理论分析、实验室试验和数值模拟的方法,对矿井岩层赋存特征、潜在矿震风险、厚硬顶板可压裂性和地面压裂预控矿震风险机理进行研究。理论分析得到具有厚硬顶板的矿井不仅存在单一工作面低位、高位厚硬顶板初次破断诱发矿震风险,也存在随矿井开采空间增大加剧高位厚硬顶板诱发矿震的风险性;蒙陕地区类似条件工程案例类比表明,具有厚硬顶板赋存条件、开采条件的矿井,自第2个工作面开采始具有发生较高的矿震风险的可能;通过厚硬顶板可压裂性试验研究得到岩石脆性系数为59%~143%,平均脆性矿物含量约68%,综合表明所研究矿井的厚硬顶板可压裂特性较好;模拟对比分析得到在厚硬顶板预裂后,工作面超前支承压力集中程度和超前影响距离均明显降低。基于厚硬顶板的研究结果,提出了矿井地面压裂区域卸压矿震风险预控技术,即通过地面实施“L”型钻孔至厚硬顶板进行压裂,以降低厚硬顶板完整性和致密性。工程应用表明,在实施地面压裂区段中,井下压裂区域微震事件的最高频次降低了52.2%,微震事件的最大能量释放降低了56%,由此说明厚硬顶板的地面压裂预控技术成功降低了矿震风险,保障了工作面的安全顺利回采。
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    煤炭科学技术
    2023年第11期
    231
    65
  • 作者(Author): 赵同彬, 刘淑敏, 马洪岭, 梅东升, 魏振鑫, 梅城玮

    摘要:压缩空气储能具有建设成本低、设备占地面积小、储能周期长以及环保等优点,探索地下空间压缩空气储能技术发展是实现我国“双碳”目标的创新途径之一,地下空间储能库可分为盐穴、含水层、枯竭油气田、废弃煤矿及岩洞储能库。随着国内废弃煤矿数量逐年增多,直接将资源枯竭的煤矿关闭不仅造成巨大的地下空间资源浪费,还极有可能诱发一系列的安全、环境等问题,利用废弃煤矿地下空间作为压缩空气储能电站储能库具有很好的应用前景。基于此,系统梳理了我国废弃煤矿地下空间资源利用情况,阐述了废弃煤矿地下储能库建设、地下储能库密封性和稳定性的研究现状,着重介绍了废弃煤矿地下空间压缩空气储能的研究进展与存在问题。分析表明:①废弃煤矿有大量可利用空间,总结了废弃煤矿地下空间的8种再利用模式:农林用地、建设用地、场地绿化、水域利用、水热联用、湿地公园、矿山公园、空间再利用;②我国废弃煤矿压缩空气储能的研究起步晚,基础理论研究薄弱,关键技术不成熟,且煤矿地质条件复杂,相关应用基础研究不足,尚未实现商业化、规模化推广应用;③总结提出了应对废弃煤矿压缩空气储能的三项关键技术,即废弃煤矿储能库建设选址评估方法、废弃煤矿储能库密封性关键技术、废弃煤矿储能库稳定性与安全评价;建立了废弃煤矿压缩空气储能库建设选址流程图。
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    煤炭科学技术
    2023年第10期
    172
    55
  • 作者(Author): 程健, 李昊, 马昆, 刘斌, 孙大智, 马永壮, 殷罡, 王广福, 李和平

    摘要:煤矿井下特别是采掘工作面空间狭窄、装备众多、工艺条件及环境复杂、隐蔽致灾隐患多,因此实现智能化无人操作一直是煤炭行业内的普遍需求。建立有效的面向煤矿井下应用的视觉计算理论是实现煤矿智能化无人开采的重要一环。矿井视觉计算的主要任务是针对矿井这一特定应用领域,研究煤矿井下环境的感知、描述、识别和理解模型与框架,以使智能装备具有通过图像或视频感知煤矿井下三维环境信息,增强煤矿井下环境感知能力。为了有效推进该理论与实践的结合发展,使其更好地服务于煤矿智能化建设,首先围绕煤矿井下视觉计算的基本概念,分析计算机视觉与矿井视觉计算的异同,总结提出煤矿井下视觉计算的组成架构体系。然后,详细介绍煤矿井下视觉计算所涉及的视觉感知与增强、特征提取与特征描述、语义学习与视觉理解、三维视觉与空间重建、感算一体与边缘智能等关键技术,并从矿井视频智能识别、预警与机器人定位、导航等方面简要介绍视觉计算在煤矿井下的典型应用案例。最后给出煤矿井下视觉计算的发展趋势和展望,重点总结分析了目前矿井视觉计算在煤矿井下应用中存在的关键技术难题和矿井增强现实/混合现实、平行智能采矿2种重要的发展方向。随着煤矿井下视觉计算理论的不断突破和完善,矿井视觉计算在煤矿智能化发展中必将发挥越来越重要的作用。
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    煤炭科学技术
    2023年第09期
    156
    122
  • 作者(Author): 管学茂, 李雪峰, 张海波, 杨政鹏, 李海艳, 狄红丰, 张莉

    摘要:千米深井软岩大巷围岩大变形、裂隙闭合和渗透性差等问题突出,要求注浆材料可注性好、凝结速度快、早期强度高,黏结性能强。为此,设计采用“组分优化 + 超细化 + 纳米增强 + 有机改性”协同制备无机注浆材料新方法。研发出硫铝酸钙、石膏、石灰三元胶凝体系最佳质量比例为50∶40∶10的无机注浆材料。超细化后结石体4 h抗压强度提高163.0%,初步实现早强快凝;开发了具有纳米晶核诱导结晶和锂离子促溶协同作用的纳米锂铝类水滑石增强材料,使超细注浆材料2 h强度提高183.7%;合成了煤岩界面具有定向耦合效应的有机调节剂,通过与浆液和煤界面的键合作用形成桥梁,显著提高了浆液结石体与煤岩界面黏结。协同制备的无机有机复合注浆加固材料粒径小(D95
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    煤炭科学技术
    2023年第08期
    230
    117
  • 作者(Author): 池小楼, 杨科, 付强, 张寨男

    摘要:针对大倾角厚煤层走向长壁分层开采再生顶板稳定性控制工程难题,结合淮南潘北煤矿1212(3)厚煤层分层工作面地质与工程条件,综合运用矸石侧限压缩试验、三维成像钻孔探测试验以及物理模拟与数值模拟等研究方法,分析了含水率、压缩率和粒径级配等因素对矸石压缩特性的作用机理及其对再生顶板稳定性影响程度的关联特征,获得了再生顶板结构特征与应力状态,揭示了再生顶板采动力学行为,制定了再生顶板稳定性控制措施,评价了再生顶板稳定性控制效果。研究结果表明:采空区泥岩与砂质泥岩黏土矿物含量高,利于矸石二次胶结;矸石受载压缩过程中的接触状态与应力状态不断调整,表现为再生顶板结构垂向上,下部与上部矸石压缩胶结程度均高于中部,倾向上,中上部矸石压缩胶结程度最小,再生顶板更易破坏;矸石粒径级配是影响再生顶板抗剪强度的主要因素,随矸石粒径增大,再生顶板表现出沿剪切线滑移到矸石颗粒错动鼓出的延性破坏,即再生顶板倾向下部采动破断剧烈程度较中上部缓和,中上部是再生顶板稳定性控制的重点防控区;主应力偏转驱动下分层采场空间不同区域再生顶板破断,提出再生顶板冒顶和煤壁片帮注浆与架棚加固方案,通过监测煤壁片帮深度与支架压力,再生顶板稳定性控制效果良好。
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    煤炭科学技术
    2023年第06期
    425
    168
  • 作者(Author): 司垒, 李嘉豪, 邢峰, 魏东, 戴剑博, 王忠宾

    摘要:煤矸识别问题是煤炭行业内长期未能有效解决的技术难题之一。通过分析现有煤矸识别方法的特点及局限性,探讨基于微波探测技术进行煤矸识别的可行性。首先,开展了对不同煤种和矸石的电磁参数测量分析,为后续的样本测试结果分析提供依据。然后,为探讨煤矸尺寸参数对微波传播的影响,开展了不同厚度、不同截面积的煤矸介质样本对不同频段电磁波的传播规律研究。由于煤矸混合物是由煤、矸石和空气组成的多尺度介质,其体积不等、形状各异,且空间分布及混合形式复杂多变,在微波照射区域内的散射效应非常复杂,导致电磁波在不同煤矸混合物中的传播特性具有明显的差异性。最后,为探究煤矸不同介质混合状态流的微波传播特性变化规律,开展了不同微波频段、不同煤矸粒度、不同含矸率工况下的煤矸混合物微波探测试验。结果表明:煤矸介质的电磁参数、厚度和截面积对微波在介质中的传播规律有明显影响;不同的粒度和含矸率对微波在煤矸混合物的传播规律有一定的影响。当频率大于4 GHz的微波照射在煤矸混合物时,粒度的增大会使回波损耗S11、插入损耗S21强度值和时域透射波O21信号幅值逐渐增大。当混合介质中煤和矸石的电磁参数差异较大时,在频率大于3.5 GHz后,粒度的增大使S21强度由−35.3 dB降低至−38.2 dB,O21信号幅值由1.6 mV减小至1.26 mV,且具有一定的时延特性。通过试验分析可以掌握敏感频点下透射波信号强度值、时域透射波信号幅值或透射波信号时延等特征的差异性,为放顶煤开采的煤矸精准识别提供一种新的思路和方法。
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    煤炭科学技术
    2023年第05期
    248
    100
  • 作者(Author): 丁自伟, 高成登, 王耀声, 李亮, 唐青豹, 贾金兑, 李小菲, 王少懿

    摘要:表征单元体(REV)作为量化多孔介质材料尺度效应的一种基本方法,是构建煤体宏-细观跨尺度结构模型的有效手段。为提高煤体细观结构REV结果的准确性,基于煤样细观尺度下孔裂隙结构特征研究,提出了煤样细观结构定量表征方法,以煤样试件不同位置与不同破裂方向的423个尺度下的孔裂隙二值图像为依据,分别从孔裂隙分布密度、几何形状、方位定向3个角度分析了煤样细观结构的几何特性。在考虑煤体非均质性与各向异性的采样方法基础上,分析了REV尺寸的空间效应与方向效应,最后,利用变异系数法确定了合理的煤样细观REV尺寸。采用图像处理、统计学与变异系数判别相结合的方法对低阶长焰煤细观结构的定量表征与REV确定方法展开相关研究。研究结果表明:(1)针对灰度不均、边界模糊、对比度低的煤样SEM图像提出了一种孔裂隙结构准确识别与定量分析的方法;(2)确定了反映煤样各向异性的细观结构定量表征指标,包含孔隙率、整体形状因子、分形维数与定向分布系数;(3)与平行层理相比,垂直层理方向微裂隙更为发育,孔隙率为平行层理的2倍,大孔径孔隙贡献率为85%,具有较强的空间充填能力,孔裂隙整体形态规则性较差,但边缘形态光滑性较好,定向分布更趋于简单;(4)基于变异系数可接受值10%确定了煤体细观结构表征单元尺寸为200μm×200μm。
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    煤炭科学技术
    2023年第03期
    226
    93
  • 作者(Author): 《煤炭科学技术》

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    煤炭科学技术
    2023年第02期
    281
    491

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