煤炭科学技术杂志

煤炭科学技术杂志2019年第1期

• 智慧煤矿与智能化开采技术的发展方向

  王国法, 杜毅博,

  指出发展智慧煤矿是我国煤炭工业发展的必由之路，我国煤炭以井工开采为主，在薄煤层、大采高、超大采高、特厚煤层综放智能化开采方面取得重要进展。提出智慧煤矿应基于一套标准体系、构建一张全面感知网络、建设一条高速数据传输通道、形成一个大数据应用中心、开发一个业务云服务平台，面向不同业务部门实现按需服务，构建八大智慧系统，并对智慧煤矿智能系统设计建设的基本结构和原则进行分析。提出了智慧煤矿当前五大重点研发方向：①精准地质信息系统及随掘随采探测技术与装备；②智慧煤矿物联网技术与装备；③巷道智能化快速掘进技术与装备；④智能化无人开采关键技术与装备；⑤煤矿机器人技术及产品研发，对各研发方向所涉及的关键核心技术问题进行了具体分析，并提出了研发的技术路线与关键装备。指出智慧煤矿与智能化开采是一个巨系统，应遵循系统工程理论和采矿规律，开发智慧煤矿巨系统综合管理开发式操作平台，智慧煤矿巨系统操作平台核心应包括：①基于Ethernet/IP的生产过程控制数据交换标准化；②基于Web Service的信息系统跨平台交互；③煤矿大数据采集分析处理平台；④开放式多系统管理软件及操作平台。并根据智慧煤矿巨系统业务逻辑，提出建设“1+8智能操作平台”，实现各生产环节多信息融合和智能化协同生产。最后提出了智慧煤矿建设的总目标和阶段性实现目标及发展路径。

• 刮板输送机用阀控型液力偶合器技术现状和发展趋势

  王虹, 申国建, 王腾,

  基于液力传动原理的阀控型液力偶合器可有效解决刮板输送机软启动、过载保护和负载均衡的问题，同时具有结构简单、性能可靠、设备投资和维护成本较低的优点，是当前刮板输送机上应用最为广泛的软启动装置之一。为全面了解刮板输送机用阀控型液力偶合器当前的技术现状并预测其未来的发展趋势，从目前常用的主机结构、液压供水控制系统、叶轮的材料和加工工艺、腔型研究等方面对其进行阐述和总结，分析比较国内外目前主要的设计制造手段和产品性能，分析发现阀控液力偶合器的国产化已取得很大进步，但关键元部件的研发能力需要进一步提高，同时提出智能调速、状态监测等是阀控型液力偶合器的未来发展方向。

• 闭坑矿井竖井井筒开发再利用科学探索

  刘志强, 宋朝阳,

  由于矿山竖井井筒作为长期服役的混凝土砌筑的工程结构，闭坑后依然可作为特殊地下空间实现开发再利用，因此定义了矿井竖井井筒全生命周期的概念，提出了利用闭坑竖井井筒建设竖井井筒蓄能电站、建设深井提升变革基础研究试验场、建设大科学实验室以及建设再生能源蓄积库的构想，并给出了闭坑竖井井筒再利用安全评价的主控影响因素。最后指出了闭坑矿井井筒开发再利用的探索方向，对实现矿井竖井开发利用、新能源高效储能及环境保护三者的协同发展，以及提高闭坑矿井资源精准开发利用的国家战略具有重要的经济和战略意义。

• 我国土地复垦与生态修复30年：回顾、反思与展望

  胡振琪,

  在《土地复垦规定》颁布实施30周年之际，回顾了土地复垦与生态重建的相关政策法规文件、理论和技术成果、科研成果以及人才培养情况：重点阐述了对土地复垦有里程碑作用的法规，介绍了3个独特技术原理的研究进展，对监测诊断、采煤沉陷地治理、煤矸石山生态修复、露天矿复垦等方面的技术进行了述评，并从科技获奖、学术论文和研究生培养等方面给予了定量分析。从最基本的名词概念和发展历史阶段划分等基本问题的反思入手，重点对“谁破坏、谁复垦”的基本原则、复垦责任、复垦资金、复垦监管机制等土地复垦的政策与监管进行了反思，并分别对露天矿、沉陷地、煤矸石山等损毁土地复垦技术进行了反思。最后，对我国土地复垦与生态重建进行展望，认为未来研究的重点是：监测诊断技术、边采边复技术、高质量耕地复垦技术、系统的生态修复技术、关闭矿山的生态修复技术和生态修复监管技术。

• 我国采煤沉陷区治理实践与对策分析

  李树志,

  采煤沉陷区治理利用是煤矿区生态文明建设和解决土地资源紧张的重要措施，笔者在介绍采煤沉陷区治理研究新进展、工程实践与政策法规现状的基础上，对目前存在的法律体系不完善、组织机构不健全、治理资金难落实、有效治理技术缺乏等一系列突出问题进行了较为深入的剖析。针对上述问题，从政府主导、综合治理、规划引领、理清责任、制度保证等方面总结分析了采煤沉陷区治理中应遵循的基本原则，重点提出了城市周边采煤沉陷区、积水采煤沉陷区、远离城市采煤沉陷区、西部干旱半干旱采煤沉陷区治理以及煤炭低损害开采、资源枯竭矿山地上地下空间转型利用开发的关键技术与预期成果，同时，详细论述了健全完善采煤沉陷区治理相关政策。最后对国内采煤沉陷区治理方面取得的成果予以总结和肯定，并展望了采煤沉陷区治理领域的发展方向和研究重点，为推动采煤沉陷区治理利用及其相关领域科学研究提供了思路。

• 煤岩损伤研究的CT扫描技术发展现状及展望

  文虎, 樊世星, 马砺, 郭军, 程小蛟, 童校长,

  CT扫描技术因其无损伤、高分辨率、数字化等优点被广泛应用于煤岩损伤研究领域，为促进煤岩损伤理论研究的深入，从CT扫描技术着眼，基于前期文献调研，总结归纳了煤岩损伤领域该技术及装备的发展历程，回顾了利用CT扫描试验进行煤岩损伤表征的研究进展，主要包括：煤岩损伤程度的CT图像和CT数表征，损伤变量的CT数定义，以及满足工程实践的煤岩损伤本构方程的构建。在此基础上，分析了当前技术条件下利用CT扫描技术进行煤岩损伤研究所遇到的问题，指出提高CT图像时空分辨率、改进图像处理软件、开发新型图像重构算法、研发与CT系统相适应的复杂应力加载系统，将会对煤岩损伤研究的发展起到更大的作用。

• 采场空间结构模型及相关动力灾害控制研究

  文志杰, 景所林, 宋振骐, 蒋宇静, 汤建泉, 赵仁乐, 肖庆华, 张同俊, 王洪涛, 赵洪宝, 孙国权, 张桐桐, 孔超,

  基于社会对煤炭行业安全生产的重视，煤矿灾害事故控制研究显得愈发重要，尤其现阶段煤矿灾害事故多发，安全形式愈发严峻。为了有效控制预防煤矿动力灾害事故，提出了采场空间结构模型；探讨了采场空间结构模型中应力分布和结构发育的力学特征，以及采动时上覆岩层的运动变化规律和矿压显现特征；以采场空间结构模型和采动应力孕育力学特征为基础，提出了采场顶板、巷道顶板控制、冲击地压、顶板水害，以及地表沉陷等煤矿灾害事故致灾条件及其控制措施，构建了相关采场灾害控制结构力学模型。建立的采场空间模型解释了"裂断拱"和"应力拱"结构演化规律以及采动应力与覆岩空间结构演化的相关性；指出了导水裂隙带高度与"裂断拱"高度范围基本一致，是顶板水害治理依据；建立了基于"应力拱"拱外岩梁下沉预测地表沉陷的方法；提出了对直接顶采取"给定载荷"控制方式，对基本顶采取"给定变形"和"限定变形"控制方式的支护方案；预测了冲击地压可能发生位置并提出了控制措施；提出了透水判据和不发生透水事故的合理工作面长度和开切眼位置的计算方法；建立了以开采工作面长度和覆岩裂断步距相关性为核心的采动沉陷模型，从力学的角度解释并计算分析了地表沉陷范围。实践证明，正确建立决策模型是实现煤矿灾害事故控制的基础，模型的建设有效实现了煤矿灾害事故控制从定性到定量的发展，可为煤矿灾害事故的有效预测和科学控制提供指导。

• 煤矿冲击地压灾害防控技术研究现状及展望

  李宏艳, 莫云龙, 孙中学, 李磊,

  基于我国煤矿冲击地压矿井的最新数据，从冲击地压致灾机理、监测预警和防治技术3个方面归纳了我国煤矿安全生产领域冲击地压灾害防控领域研究现状。综述了冲击地压发生机理、致灾机理，并从煤岩介质属性、环境应力以及赋存结构3个方面探讨了冲击地压的防控机理的研究现状。冲击地压监测预警平台及设备较多，阐述了在现场应用较为广泛的自震式微震监测系统、应力在线监测系统、“震动场-应力场”联合监测预警系统、“全频广域”震动监测系统、电磁辐射监测仪、电荷监测系统等6种系统的应用现状。当前我国已经初步形成了浅部冲击地压灾害防控技术体系，并阐述了主动支护防控冲击地压技术与装备的发展现状。最后对我国冲击地压防控研究提出了以下认识：灾变破坏的多尺度效应以及多尺度转变机制是揭示冲击地压发生机理新的突破口；从煤岩属性、环境应力以及煤岩结构控制3个方面着手，结合高效率、智能化防控装备是防控技术发展的必由之路，煤岩动力灾害的一体化防控是深部开采的必然要求。

• 基于负煤柱巷道布置的煤矿冲击地压防治技术研究

  王志强, 乔建永, 武超, 宋梓瑜, 沈聪, 尹清华, 赵景礼,

  为了解决华丰煤矿冲击地压频发、破坏严重的安全生产难题,采用理论分析、相似模拟、数值模拟等综合研究方法,分析了华丰煤矿冲击地压发生的影响因素，在此基础上，提出了“负煤柱”理念，作为一种有效的防冲开采技术，对负煤柱巷道布置防治冲击地压机理进行了分析研究，并提出了负煤柱开采保护层的防冲新方法。研究结果表明：巨厚砾岩层、煤层埋深是华丰煤矿冲击地压的动力能量来源；在高应力作用下，回采工作面会形成煤柱型冲击地压，而煤层倾角32°是造成工作面上平巷冲击地压频发的原因；负煤柱巷道布置开采突破了巷道承载与埋深相关的常识性束缚,负煤柱开采保护层的新方法实现了被保护层充分、连续卸压;生产实践中，结合负煤柱巷道布置开采的矿山压力显现特征，工作面巷道变形得到有效控制，工作面推进速度显著提高，实现了冲击地压的“有震无害”及冲击地压工作面的安全开采。

• 软弱厚煤层沿顶掘进并沿底回采技术研究

  张盛, 赵文峰, 王小良, 王猛, 吴自强, 赵龙刚,

  为解决软弱厚煤层进行沿底掘进并沿底回采时，巷道支护困难，返修工作量大等难题，提出一种利用坚硬顶板的保护进行沿顶掘进，之后再通过增加巷道高度进行沿底回采的开采新技术。结合云盖山二矿23302工作面的地质条件，采用“锚网索+木垛+单体柱抬棚”的联合支护方式，对沿顶掘进后用于沿底回采的超高巷道进行支护，同时建立了沿底掘进并沿底回采与沿顶掘进并沿底回采2种开采方式所造成的煤量损失模型。结果表明：在一次回采7 m煤厚的前提下，2种开采方式所造成的煤量损失基本相同，但采用沿顶掘进并沿底回采技术能够提高工作面布置效率，大幅减少巷道变形，降低支护成本，对同类型开采条件的矿井具有重要的参考价值。

• 松散煤岩组合体不均匀破坏试验研究

  余伟健, 吴根水, 刘泽, 鲁义, 黄钟, 刘芳芳,

  为了研究薄煤层开采下松散煤岩体巷道不均匀破坏问题，以松散煤岩体回采巷道为工程背景，对松散煤岩体组合试件进行了一系列单轴试验研究。试验结果表明：松散煤岩组合体试件的平均单轴抗压强度介于全岩试件与全煤试件强度之间（2.19~3.37 MPa）。不同加载速率试验条件下，松散煤岩组合体与全煤试件的试验结果与一般完整硬岩有较大区别，试样平均单轴抗压强度和平均残余强度没有增加，反而随加载速率增加而减小（1 MPa左右）。松散煤岩组合体试件存在着一个加载速率的临界值效应，力学特性呈现出先减小后增加的规律。组合体试件松散煤体和岩体环向应变最大值发生在单轴应力加载至峰值强度附近。从煤、岩环向应变等值线分布云图来看，岩体在受载全过程环向应变较为平稳，而煤体应变波动敏感较大，煤体部位环向应变幅度范围明显大于岩体部位的环向应变值。可见，松散煤岩组合体试件整体变形呈非线性，二者不均匀破坏明显。

• 高预紧力锚杆破断及其控制的宏观力学机制研究

  刘金海, 孙浩, 张治高, 毛怀昆, 徐波, 高林生,

  针对高预紧力锚杆易破断问题，采用现场调研、理论分析方法，分析了破断锚杆断口与杆体形态和井下高预紧力锚杆受载类型及受力状态，研究了锚杆预紧力与预紧力矩的关系，建立了侧向扭转载荷、轴向拉伸载荷和横向剪切载荷复合作用下的锚杆受力模型，揭示了预紧力矩对锚杆横截面切应力及周边主应力的影响，结合第三强度理论分析了多种类型载荷复合作用下高预紧力锚杆破断的力学机制，并提出了控制高预紧力锚杆破断的力学机制与对策。研究结果表明：井下服役中的锚杆既可能承受较大的单一类型载荷，也可能承受多种类型载荷的复合作用；锚杆预紧力与预紧力矩呈正比，与螺母-托盘之间的摩擦系数呈反比；扭转、拉伸、弯曲复合作用下锚杆横截面周边最大主应力与预紧力矩呈正相关；承受扭转、拉伸、弯曲复合作用是高预紧力锚杆破断的主要原因，其中高预紧力矩影响着锚杆横截面周边主应力状态，并促使受力状态满足强度条件；从减少锚杆延伸量、避免岩层错动影响和降低预紧力矩等方面采取相应措施有助于控制高预紧力锚杆破断。

• 急倾斜煤层铣采机机械化采煤方法

  杨胜利, 李昂, 李良晖,

  针对倾角大于70°、煤层厚度3～5 m的急倾斜煤层难以实现机械化开采的难题，通过应用铣采机，配合柔性掩护支架，提出了走向长壁伪俯斜柔性掩护支架后退式铣采机械化采煤法。在弘利煤矿80°急倾斜煤层布置沿走向推进的伪俯斜长壁工作面，上巷回风，下巷运输；履带式铣采机由截割部、推运部等7个大部件组成，可以对急倾斜煤层机械铣挖；在工作面铺设搪瓷溜槽，铣挖破碎的煤体在重力作用下从搪瓷溜槽向下运输；设计的柔性支架成组布置在伪俯斜工作面，随着煤体的采出逐渐向下移动，形成稳定的回采空间。这种新型急倾斜煤层机械化开采方法的提出与应用，实现了该类煤层条件下落煤方式的机械化，有效提高了工作面效率，改善了工作面环境，为类似煤层的机械化开采提供了新思路。

• 复杂地层井筒冻结壁异常状况监测技术研究现状与展望

  张基伟, 刘志强, 单仁亮, 周华群, 郑新赟,

  为了实现对复杂地层条件下井筒整体冻结壁异常状况的早期预报、过程监测、效果评价，综述了测温孔观测、水文孔观测、冻结器内纵向测温、地质雷达技术、超声波监测技术等监测技术在技术原理、检测方法、应用现状等方面的进展。以新疆塔什店煤矿副井冻结工程为典型案例，分析出目前井筒冻结壁异常状况监测技术在应用过程中存在的主要问题包括：测温孔受限于布置位置，无法准确反映远距离冻结壁局部温度异常情况；水文孔在事故井筒冻结工程当中无法布置；纵向测温法具有停冻准备时间长，测试人员多，冻结壁开窗距离推算结果偏差较大等缺点。针对此，对纵向测温监测技术、超声波监测技术、冻结壁异常状况监测体系等方面的研究方向进行了展望，提出了复杂地层条件下井筒冻结壁异常状况监测体系构思。

• 中国煤层气井产出水地球化学研究进展

  杨兆彪, 吴丛丛, 朱杰平, 李洋阳, 秦宗浩,

  针对煤层气井产出水地球化学研究对判识排采水来源、揭示其地质意义的重要作用，系统总结了煤层气产出水在常规离子、微量元素和氢氧同位素方面的化学特征及其地球化学响应作用，并探讨了现今产出水研究中存在的问题和未来发展趋势。研究表明：世界各地煤层气产出水具有相似的离子特征，不同排采阶段特征不同。随排采进行，特征微量元素含量呈先上升后下降的趋势。产出水氢、氧同位素组成多分布在区域大气降水线附近，属大气降水来源,具有明显的D漂移特征。Na+、K+、HCO-3、CO2-3、Cl-、微量元素浓度较高和氢氧同位素偏重暗示封闭型水文环境，有利于煤层气富集保存。建立了多种反映煤层气富集高产的综合地化指标和产出水来源判识模板。最后指出，煤层气井产出水来源准确判识、煤层气高产的地球化学预测模型建立、排采过程中气水联动关系深入探讨和压裂液影响的定量表述和消除等方面值得更多关注。

• 滇东老厂矿区多煤层条件下地应力特征及其影响研究

  吴财芳, 王肖, 刘小磊, 周贺,

  基于滇东老厂矿区发育有多煤层，并具有高地应力特征，且对煤层气的勘探开发具有重要影响，为探究地应力对煤层气开采的影响，通过分析该矿区水力压裂试井数据，探讨了地应力对储层压力、渗透率及超压现象的影响。研究结果表明：老厂矿区煤储层压力中大部分来自于地应力，煤层气属于压力主导型应力气；同时，高地应力对煤层流体能量的贡献相对较大，对维持深部煤层的压力状态起到了重要作用，但也给煤储层改造带来较大困难；各煤层压力系数、地应力梯度在层域上呈现波动性变化，且部分煤层普遍超压；随着最小主应力的增大，煤层渗透率逐渐降低，压力系数逐渐升高；各煤层最小主应力梯度同样表现出波动性，表明各煤层地应力特征有较大差异，这与压力系数所表现出的波动性具有一致性，验证了地应力是老厂矿区多层叠置独立含气系统形成的主要控制因素之一。

• 岩浆岩床下伏煤层采空区煤自燃致灾机制与防治对策

  王亮, 杨良伟, 王瑞雪, 高杰, 孙毅民,

  针对淮北矿区杨柳煤矿岩浆岩床下伏高瓦斯煤层易自燃的现状，通过试验测试、数值模拟等方法对其采空区煤自燃致灾机制进行研究。结果表明：岩浆侵入的热变质作用使煤层的变质程度增加，在一定程度上降低了煤层自燃倾向性；开采期间，岩床起到关键层作用，导致岩床下伏煤岩体离层裂隙发育，采空区压实程度降低，孔隙率和渗透率明显增大；较大的孔隙率和渗透率使采空区漏风增大，氧化带范围扩大。在此基础上，构建了适合该地质条件下的综合防灭火技术方案，有效防治了杨柳煤矿采空区遗煤自燃。

• 低温冻结石门揭煤煤体未冻水含量变化特征

  翟成, 董若蔚,

  为探究煤在低温冻结石门揭煤过程中煤体未冻水含量的变化，采用低场核磁共振技术对褐煤、烟煤和无烟煤共3种类型的饱和试样进行测试，同时结合T2谱图从微观角度分析了冻融过程中未冻水在煤孔隙内的赋存分布情况和变化特征。试验结果表明：3种煤样在冻融过程中，其未冻水含量随温度变化呈现出相似的特征：在冻结过程中，可划分为3个阶段，波动段、急剧下降段和稳定段；在融化过程中，可划分为2个阶段，稳定增加段和急剧增加段，并且有明显的滞后现象；在冻结时，大孔隙内的水先开始相变成冰，然后是中孔，最后微、小孔内的水才开始明显下降；在融化时，微、小孔内的冰先开始融化；在同样的冻结温度区间内，烟煤和无烟煤中未冻水含量的降低程度要小于褐煤。

• 钻孔注水-注液氮冷裂煤的数学模型

  张春会, 徐刚, 于永江, 李和万, 王锡朝, 王来贵,

  为确定贫水煤层钻孔注水-注液氮增透煤层技术方法的设计技术参数，建立了钻孔注水润湿数学模型，提出了注水时间和润湿半径的计算公式；基于热力学理论，建立了钻孔煤注液氮冷冻润湿数学模型，给出了注液氮冷冻煤层的温度场演化解析解，给出了煤层注液氮冷裂半径计算公式。利用建立的模型分析了影响煤层工作面钻孔注水-注液氮技术方法效果的因素和规律，结果表明：注水压力8 MPa、储层压力1.1 MPa下，注水8.7 h，注水润湿半径可达1.2 m；液氮冷冻时间增加，冷裂半径增大，但增长速率减小；液氮冷冻240 h后，再增加冷冻时间，冷裂半径基本不变；液氮冷冻180 h，冷冻半径为1.2 m，说明煤层注水可提高液氮冷裂效果，有且于防治冲击地压和煤与瓦斯突出灾害。

• 煤矿坑道回转钻进动力学研究现状与展望

  张幼振, 徐信芯, 阚志涛,

  针对煤矿坑道钻探安全高效发展的技术需求，阐述了煤矿坑道回转钻进动力学技术系统组成及工作特征。从钻机系统动力学、钻柱动力学和钻头破岩动力学等3个方面评述了相关技术领域的主要研究成果。结合煤矿井下坑道钻探特点，分析了当前煤矿坑道回转钻进动力学研究现状及存在问题，探讨了煤矿坑道回转钻进动力学研究的发展方向，并指出煤矿坑道钻进系统多领域建模仿真和钻进系统半物理仿真试验等未来研究的发展途径。为进一步提高煤矿井下钻探技术与装备设计水平，实现煤矿安全高效智能钻探提供借鉴和思考。

• 基于光纤光栅的刮板机直线度感知关键技术研究

  方新秋, 宁耀圣, 李爽, 梁敏富, 吴刚, 谷超,

  为了解决煤炭智能化开采进程中刮板输送机直线度感知手段缺失的关键技术问题，在研究光纤光栅曲率传感原理的基础上，设计并研发了光纤光栅三维曲率传感器。然后基于光纤光栅三维曲率传感器传感获得的正交方向上的离散点曲率信息，采用拟合递推的方法进行了三维算法推导，实现了刮板输送机三维弯曲形态拟合感知与重建。并通过搭建刮板输送机三维弯曲测试试验平台，分别对刮板输送机三维直线状态及三维弯曲状态下感知形态与实际形态的测量效果进行了验证。试验结果表明：在刮板输送机三维弯曲形态布置情况下，实测曲线与感知曲线基本一致，各坐标轴方向误差不大于±15 mm，能够满足智能工作面对直线度的检测精度要求。

• 双端驱动刮板输送机机电耦合模型及动力学仿真分析

  张强, 王禹, 王海舰, 刘志恒,

  根据双端驱动刮板输送机机电系统的复杂特性，为分析和推导出刮板输送机机电系统之间的耦合关系及数学模型，通过MATLAB/Simulink模块建立双端驱动刮板输送机的机电耦合仿真模型，针对不同工况下双端驱动刮板输送机机电系统的动力学问题进行仿真分析，得到刮板输送机在空载启动、平稳运行、载荷突增以及卡链工况下的刮板链速度、电磁转矩的特性曲线。结果表明，不同载荷工况下的刮板链速度和电磁转矩差异显著，试验测试结果与仿真结果基本一致，为研究双端驱动刮板输送机不同工况及载荷下的电磁转矩、速度变化提供重要的理论和数值依据。

• 坚硬顶板型冲击地压发生机理及监测预警研究

  谭云亮, 张明, 徐强, 郭伟耀, 于凤海, 顾士坦,

  针对坚硬顶板条件下冲击地压发生频率高、强度大、破坏范围广等问题，以华丰煤矿1411工作面为工程背景，采用理论分析研究了坚硬顶板型冲击地压发生机理，分析了坚硬顶板型工作面的声发射及应力前兆信息特点，最后进行了现场实践。研究结果表明：坚硬顶板型冲击地压以能量及应力判据为主，冲击地压前兆信息主要有2个特点，即能量增大和应力突变；坚硬顶板悬空长度大，导致煤体内部集中应力持续升高，若积聚的大量弹性能不能有效安全释放，可能会导致冲击地压的发生；采用声发射和应力监测手段可及时得到坚硬顶板工作面回采过程中煤体应力及能量动态发展情况，从而对冲击危险进行预警。结合现场条件，设计采用大直径钻孔和深孔断顶爆破进行卸压解危，卸压前后最大钻粉量由4 kg/m降为3 kg/m、应力集中系数由2.03降低为1.72，且支承压力峰值向深部转移，煤体应力集中得到明显释放，卸压效果较好。

• 基于保水采煤的煤炭开采带与泉带错位规划问题

  范立民, 孙魁,

  榆神府矿区2017年原煤产量达到4.00亿 t，是我国西部最重要的煤炭产区，矿区地下水资源相对贫乏，具有供水和生态双重价值的含水层为第四系萨拉乌苏组含水层和侏罗系烧变岩含水层，含水层位于煤层之上，矿区中东部、东南部煤层埋藏浅，煤炭开采对含水层扰动强烈，并造成了部分含（隔）水层结构损伤，隔水层的隔水性丧失，含水层地下水渗漏，造成地下水位下降，部分泉干涸。调查发现，目前的煤炭开采主要集中于泉密集分布的窟野河、秃尾河沿岸的北东向条带内，这一条带既是泉带，也是煤炭开采带，二者的重叠，无疑加剧了煤炭开采对泉的扰动。为了保护泉及生态环境，通过煤炭对地下水的影响机理分析，提出煤炭开采带西移东进的建议，认为西部煤炭资源埋藏深度大，煤层开采形成的导水裂隙带无法导通至第四系萨拉乌苏组含水层，东部第四系含水层富水性弱-极弱，属无水开采区。错位规划后，煤炭开采带内煤层埋藏深度适中区，普遍推广保水采煤技术；浅埋、极浅埋煤层区，推广地下水库技术，并加大水资源生态利用；对于不能推广保水采煤技术和水资源综合利用的矿井，可采取有偿异地置换的模式，根本上解决泉带破坏问题。为统筹布局泉带与煤炭经济带的错位布设，建议加大榆神矿区三、四期规划区的地下水监测密度，进一步完善区内地下水监测网。

• 浅埋近距离房式采空区下应力场分析及动压机理研究

  霍丙杰, 范张磊, 谢伟, 段志华, 路洋波, 荆雪冬,

  针对因房式采空区煤柱留设情况复杂，煤柱底板应力传递相互叠加，周期来压异常，霍洛湾煤矿3-1煤层过上覆2-2煤层房式采空区强矿压及动压现象的问题，应用理论分析、数值计算、相似材料模拟等方法，建立了2-2煤层房式采空区复合煤柱底板传递规律模型，探讨了出煤柱时顶板覆岩结构，揭示了煤柱影响条件下3-1工作面“高应力-煤柱-覆岩运动”联合作用动压机理。研究结果表明：2-2煤层房式采空区大煤柱下的水平与垂直应力较高，达9.7~15.3 MPa；垂直应力影响深度为42~58 m，水平应力影响深度为10~23 m，剪应力波及范围25~50 m；当3-1煤层工作面在20 m或50 m宽煤柱下开采时，超前支承应力较大，应力集中系数高达4.44~5.00；3-1煤层工作面出大煤柱时的动压现象是由上下煤层应力叠加、煤柱上方倒梯形岩柱失稳与顶板垮裂运动联合作用的结果，可指导霍洛湾矿3-1煤层安全开采。

• 周边眼聚能爆破参数数值模拟研究

  杨建辉, 胡东荣, 朱晨鸿, 祝江鸿,

  为了研究聚能管壁厚和切缝宽度对聚能爆破效果的影响，采用数值模拟软件ANSYS /LS-DYNA建立了单孔爆破几何模型，获得了爆破时应力变化过程，分析了聚能管壁厚、切缝宽度及其与炸药耦合情况对岩石应力状态的影响；建立了双孔爆破几何模型，对比分析了有无聚能管情况下的应力状态。研究结果表明：采用带有切缝的聚能管，炸药起爆后能够优先从切缝处产生聚能射流，增强了周边眼连线上应力场的叠加作用，爆破应力为无聚能管爆破时的1.4倍；非耦合装药条件下，聚能管最优切缝宽度为4 mm；耦合装药时破岩效率高于不耦合装药，最优壁厚为3 mm。

• 无巷旁充填支护沿空留巷顶板断裂位置研究

  殷帅峰, 石建军, 冯吉成, 刘锦荣,

  针对葛泉矿1528工作面无巷旁充填沿空留巷顶板控制难题，通过建立煤层界面应力力学模型和留巷煤体塑性区演化数值模型对基本顶断裂位置进行了力学解析和数值计算，结合基本顶断裂位置影响因素关键性分析，提出了无巷旁充填沿空留巷强力切顶支架围岩控制技术。研究结果表明：距留巷煤壁2.4 m位置基本顶开始塑性破坏，且剪应力达到最大值，数值模拟结果与基于煤体弹塑性交汇位置计算得到的基本顶断裂位置基本吻合；基本顶断裂位置关键影响因素为煤层厚度、开采深度、煤层界面力学性质及应力集中系数；沿空留巷采空一侧由π型钢梁和单体液压支柱构成的强力切顶支架改变了基本顶的切落位置，卸压作用显著，保障了无巷旁充填沿空留巷的安全稳定，为地质生产条件相似矿井提供给了技术借鉴。

• 巷道层状顶板三向承载梁承载能力弱化机理研究

  周波, 袁亮, 薛生,

  为了研究影响煤巷安全和稳定性的层状顶板结构承载能力衰减问题，采用理论推导、数字试验和相似模拟方法，建立了巷道层状顶板三向承载梁结构的物理和力学模型，依据Drucker-Prager强度准则提出了巷道层状顶板三向承载梁结构的弹塑性分析方法，基于三向承载梁结构的承载机理和极限平衡理论，以淮南张集矿17246工作面轨道巷顶板为分析对象，通过Matlab等数值计算软件，推导出了特定工程地质条件下三向承载梁结构峰后软化阶段和残余承载阶段的极限承载应力及其影响规律。结果表明：巷道层状顶板呈现层状分布、相互作用、分区承载的三维长板结构；基于应力通过岩层逐层传递特性，可求解出岩层当中任意岩层上的作用应力；巷道顶板三向承载梁结构的压剪破坏判断值f0表示该点仍处于弹性承载状态；煤巷顶板在峰后残余阶段依然具有一定的承载能力，计算得到试验巷道层状顶板的极限承载应力约为5.1 MPa，残余承载应力约为2.9 MPa；煤巷开挖后顶板经历弹性承载、弹塑性承载、塑性承载，当顶板处于峰后残余承载时，顶板结构受到外界应力扰动可能发生大变形灾害；随着围压的增加，岩体的峰值抗压强度、残余抗压强度均呈增加趋势。该研究结果揭示了顶板结构承载能力弱化的本质。

• 综采工作面上隅角瓦斯流动活跃区形成机理研究

  李树刚, 乌日宁, 赵鹏翔, 肖鹏, 杜轩宏,

  为解决综采工作面回采期间上隅角瓦斯超限问题，以山西某高瓦斯矿井主采工作面为原型，基于物理相似模拟试验，采用分形理论从细观角度证实了瓦斯流动活跃区的存在性，通过构建瓦斯流动活跃区的空间模型和力学模型，研究了工作面上隅角瓦斯流动活跃区的形成机理，并结合FLUENT数值模拟软件，对上隅角埋管抽采瓦斯的布置参数进行了优化。结果表明：通过对比局部瓦斯优势通道裂隙网络与整体覆岩裂隙网络的分形特征，认为局部裂隙网络发育更为丰富，进而证实了瓦斯流动活跃区的存在；推导出了瓦斯流动活跃区关键岩块的二次失稳形式及判据，认为关键岩块不会发生二次失稳，保证了关键岩块的存在，从而保证了瓦斯流动活跃区不会消失，为上隅角埋管抽采活跃区瓦斯提供了可稳定参考的位置基础；通过对埋管深度为5、15、25 m时采空区及工作面的瓦斯浓度分布进行数值模拟，认为埋管深度为15 m时的抽排效果最佳。

• 基于程序升温的不同粒径煤氧化活化能试验研究

  邓军, 张宇轩, 赵婧昱, 宋佳佳, 张嬿妮,

  为了研究粒径对煤氧化反应活化能的影响，利用煤自燃程序升温试验装置，研究了不同粒径煤样在低温氧化阶段的耗氧速率以及气体产物与温度对应关系，分析了气体产物与耗氧速率随温度的变化规律，得到不同粒径煤样的临界温度点，并使用该温度点将低温氧化阶段划分为2个阶段，并对不同阶段开展了动力学分析。建立了耗氧速率与煤体温度之间的阿伦尼乌斯公式并对其进行对数处理得到活化能方程,分析该方程的线性回归直线斜率并计算出煤样低温氧化表观活化能。研究结果表明：粒径对表观活化能的影响较大，且基本遵循粒径越大，活化能越大的规律。粒径为5~7 mm的煤样在临界温度前的活化能是最大的，证明相较于其他粒径，该粒径的煤样在低温阶段不易自燃。通过混样活化能的对比可以看出，2-2中煤层比3-1煤层自燃倾向性低。

• 贵州西部超压煤层临界解吸压力的确定及应用

  胡海洋, 陈捷,

  为了降低超压煤层在解吸前排采过程中的伤害，需确定煤层气井超压煤层的临界解吸压力，便于进行精细化排采控制，通过探讨了煤层超压的识别方法及对排采控制的影响，针对贵州松河区块多煤层超压煤层气井的地质参数、生产数据，建立该区块的超压煤层的临界解吸压力的数学模型。结果表明：超压煤储层含有较多的游离气，导致超压煤层的临界解吸压力与兰氏方程的计算值差距较大；超压储层能量高，排采过程中压力波动，发生贾敏效应的可能性较高；根据建立的数学模型计算临界解吸压力，应用于超压煤层气井的排采控制，见套压前的返排率达到37.1%，有效避免了排采控制不合理造成的煤层伤害。通过研究超压煤层的临界解吸压力，为该类煤层解吸前的精细化排采控制提供指导。

• 基于水力割缝与二氧化碳致裂的煤层增透技术研究

  邹永洺,

  针对单一煤层增透技术手段的局限性，提出了2种气液两相综合作用煤层增透技术，含二氧化碳致裂增透技术和水力割缝增透技术。气液两相综合增透技术原理和工艺进行了研究，确定了水力割缝工艺的低压钻进、高压割缝工艺以及二氧化碳致裂工艺，设计了气液两相综合增透效果考察现场试验方案。现场试验结果表明：采用气液两相综合增透后，瓦斯抽采平均混合量达到12.80 m3/min，是增透之前平均混合量的9.41倍，瓦斯抽采平均纯量达到9.53 m3/min，是增透之前平均瓦斯纯量的14.44倍；且气液两相综合增透后的瓦斯抽采效果均远高于采用单一增透技术的瓦斯抽采效果，气液两相综合作用增透技术为煤层增透提供了一种新的技术手段。

• 高瓦斯突出煤层综采工作面注水降尘技术应用研究

  张小涛,

  为了解决高瓦斯突出煤层综采工作面生产期间粉尘污染严重的问题，利用工作面回风巷现有的瓦斯抽采孔开展了煤层注水减尘实践。根据试验测量和统计分析，对注水过程中钻孔的注水量、注水流量和注水压力随注水时间变化情况进行了分析研究、并对注水前后煤体水分增量及注水降尘后的降尘效果进行了考察。研究表明：高瓦斯突出煤层综采面在实施瓦斯抽采后，利用瓦斯抽采钻孔进行动静压结合注水减尘，工艺可操作性强，可大幅减少煤层注水钻孔的施工量；注水后工作面煤体的水分增量达到了1%以上，司机位置原始总粉尘浓度由1 335.5 mg/m3降至681.1 mg/m3，呼吸性粉尘由358.6 mg/m3降至167.1 mg/m3，降尘效率分别为49.0%和53.4%；采煤机下风侧15 m处总粉尘浓度由原始的1 108.9 mg/m3降至526.8 mg/m3，呼吸性粉尘浓度从303.9 mg/m3降至145.8 mg/m3，降尘效率分别为52.5%和52.0%。

• 回采工作面递进式煤厚动态预测试验研究

  程建远, 朱梦博, 崔伟雄, 王云宏,

  针对煤矿井下回采工作面的已知煤厚点主要分布在回风巷、运输巷与开切眼构成的“U”型巷道上，煤厚数据点分布疏密不均，除了克里格空间估值技术外，常用的钻孔煤层厚度插值方法难以适应的问题，基于煤厚变化的准确预测对煤矿回采工作面高效开采的重要性，采用克里格空间估值技术，以“U”型巷道实际控制的煤厚“静态数据”为基础，构建煤厚预测的初始模型，开展第一阶段的煤厚预测；在回采工作面递进式推采过程中，不断融入回采新揭露的煤厚“动态数据”，建立煤厚预测的优化模型，对未采区段开展递进式煤厚预测。选取某矿完成回采的S1工作面，以其“U”巷道控制的306个煤厚点作为已知数据，以回采揭露的204个煤厚点为验证点，每50 m作为一个推采阶段，将S1工作面分为29个推采阶段，进行递进式煤厚预测的精度测试与误差分析。结果表明：①〖BP(〗=1\*GB3〖BP)〗仅采用3条“U”型巷道已知煤厚点的静态数据建立预测模型，预测误差绝对值小于0.10、0.50、1.00 m的煤厚点数量，分别占25.98%、74.50%和90.73%；②〖BP(〗=2\*GB3〖BP)〗综合利用3条U型巷道与工作面递进式回采揭露的煤厚信息，构建煤厚动态预测模型，预测误差绝对值小于0.10、0.50、1.00 m的煤厚点数量，分别达到48.01%、85.51%和94.86%。可见，回采工作面递进式煤厚动态预测方法，可以显著提高煤厚预测的精度。

• 西山煤田古交矿区煤层气分布模式及开发效果评价

  夏鹏, 曾凡桂, 宋晓夏,

  为揭示古交矿区煤层气分布规律及其主控因素，综合野外地质勘查、煤矿采掘地质、煤层气井相关资料及煤心测试数据等资料，讨论了构造演化、构造形态、断裂分布、埋深、煤体结构、煤层厚度、直接顶板性质等因素对煤层气分布的影响。结果表明:构造条件和埋深是控制矿区内煤层气分布规律的主因，并据此将矿区划分为平缓单斜浅埋、平缓单斜深埋、陡峭单斜和复杂褶皱4种煤层气分布模式，平缓单斜浅埋区和平缓单斜深埋区为煤层气富集有利区。平缓单斜浅埋模式下，埋深小、渗透性好是煤层气井高产的有利条件；平缓单斜深埋模式下，埋深小、含气量高有利于煤层气井高产。

• 准噶尔盆地南缘沉积控制下含煤层气系统构成研究

  张奥博, 汤达祯, 唐淑玲, 陶树, 许浩,

  为了研究沉积环境演变对准噶尔盆地南缘西山窑组含煤层气系统的控制，运用钻井、测录井、露头等资料并辅以扫描电镜、图像粒度等精细分析方法，对煤层气系统进行了划分，并对其沉积演化过程进行了研究。研究结果表明：研究区可识别出5种沉积微相的砂体，隔水阻气能力呈“分流河道 暂无内容