煤炭科学技术杂志

煤炭科学技术杂志2019年第2期

• 西部煤炭绿色开发地质保障技术研究现状与发展趋势

  王双明, 段中会, 马丽, 张育平,

  西部地区是我国绿色煤炭资源的主要分布区域和国家大型煤炭生产基地聚集区，也是我国生态环境脆弱区。在煤炭作为我国主体能源短期内难以改变的情况下，安全绿色开采、清洁高效利用西部煤炭资源已成为保障国家能源安全的重大需求。从煤系矿产资源协同勘查、生态脆弱区采煤保水及生态环境保护、矿井地质灾害精细预测预报、“互联网+煤炭地质”和煤炭清洁利用5方面分析了西部煤炭绿色开发地质保障技术的研究现状，展望了未来西部煤炭绿色开发地质保障技术发展的3大方向：提高绿色煤炭资源的勘查精度、创建采煤保水技术体系，提升煤炭清洁利用地质保障程度。

• 应力条件对受载煤体声发射活动特征的影响研究

  杨慧明,

  为研究外部应力条件对受载煤体的声发射活动特征的影响作用，采用岩石力学试验系统和声发射仪，开展了单轴、不同围压三轴、卸围压三类应力条件下的煤样破坏试验，对比分析了煤体在不同应力条件下的破坏特征及声发射活动特征。试验结果表明：煤体的声发射活动宏观上与煤体的破坏阶段相对应，应力条件对煤的破坏特征及声发射活动特征具有重要影响作用。在增围压作用下，煤体的弹性模量、强度增加，主破裂面与轴向加载方向的角度逐渐增大，主破裂机制由张拉破坏向剪切破坏转变；在卸围压作用下，煤的主破裂机制由剪切破坏向张拉破坏转变。在围压应力增加条件下，在弹性变形阶段，煤体的声发射事件显著减少；在屈服变形阶段，声发射事件的能量逐步降低，并且能量的分布形态从相对“聚集”向相对“分散”的转变；在峰后变形阶段，煤体呈现渐进损伤的延性破坏特征，声发射活动持续逐步降低。在三轴卸载围压应力条件下，在煤体屈服阶段，声发射事件率与能量都随着应力的快速跌落而迅速增加，声发射活动趋于活跃，煤体的破坏方式最为剧烈。

• 含水率对泥质粉砂岩损伤劣化规律影响研究

  张二锋, 杨更社, 唐丽云, 杨琪, 谢卓吾,

  为研究分析在高地应力条件下，含水率对泥质粉砂岩损伤劣化和变形破坏规律的影响，据此在15、25和35 MPa的高围压下，通过对干燥、二种自然含水、自然饱水和强制饱水5种不同含水状态的泥质粉砂岩进行三轴压缩试验，研究岩石受到水岩作用对岩石强度、变形特性及其损伤、破坏的影响。研究结果表明：随着含水率的增大泥质粉砂岩的强度、变形特性和破坏模式等损伤劣化规律明显；基于Weibull分布，利用峰值强度和弹性模量，结合含水率与岩石损伤本构模型参数之间的关系，从而建立了可以反映多条试验曲线的统计损伤本构模型。所建立的统计损伤本构模型与试验曲线大致相吻合，可以较好地反映高应力下条件下水岩作用下岩石的水化损伤破坏。

• 冻结井壁解冻过程中突水溃砂机理及防治技术

  王海, 王晓东, 曹祖宝, 许刚刚, 杨栋,

  为了解决富水砂层冻结井壁解冻过程中突水溃砂灾害问题，通过理论分析、室内试验和现场测试，研究富水砂层冻结壁解冻过程中突水溃砂形成机理，低温环境下浆液的凝结特性和强度变化特征，注浆驱水、固砂技术和方法。研究结果表明：解冻过程中渗水通道为施工冷缝和混凝土收缩裂缝，涌水量随着解冻范围的扩大而增大，缝隙亦随之扩大，最终导致突水溃砂灾害；袖阀管注浆可有效充填井筒周围裂缝、驱水、固砂，添加水泥质量5%的工业盐可显著缩短水泥浆凝结时间，并且抗压、抗折强度增长明显。注浆后，井筒涌水量由400 m3/h下降到70 m3/h，达到封堵通道、减少物源、降低水头的目的。

• 塔山煤矿综采工作面切顶留巷技术

  王炯, 刘雨兴, 马新根, 蒋骞骞, 张正俊,

  为解决塔山煤矿三采区采掘接替紧张的问题，采用切顶卸压沿空留巷无煤柱开采技术在该采区进行切顶留巷试验研究。首先，系统介绍了切顶留巷技术原理、工艺流程及切顶留巷关键技术；其次，结合该煤矿工程地质条件，采用理论分析计算、数值软件模拟和现场爆破试验等方法,得出顶板预裂切缝高度为7.5 m、切缝角度为15°、恒阻锚索长度为9 m等关键参数，单孔最优装药结构为4+3+3+2，孔间距500 mm。留巷稳定后，顶板最大下沉量为188 mm，底鼓最大值为100 mm，两帮收缩最大值为164 mm，监测结果表明切顶卸压条件下，留巷效果满足生产需求。

• 基于相似材料试验特厚煤层分层开采对断层影响研究

  孙学阳, 刘亮东, 李成, 苗霖田,

  为了研究某矿特厚煤层分层开采对断层的影响，根据煤层实际情况，采用相似材料模拟试验的方法，研究了特厚煤层分层开采下断层的发育规律。结果表明：F18和F16受开采影响大，破坏严重，F1断层距离煤层较远，相对受扰动较轻；因工作面推进方向和断层倾斜方向一致，致使各断层上方的移动变形大于下方的移动变形，使得F1上盘含水层的水容易通过采动裂隙导入工作面；断层F18与工作面侧岩层交汇面的移动数值最大，开采拟3工作面时被采动裂隙贯通地表；重复采动57002工作面时，导水断裂带将会导通地表。

• 大倾角坚硬顶板冒落撞击摩擦试验研究

  李冬, 常聚才, 史文豹, 傅菊根, 黄文尧,

  针对大倾角坚硬顶板垮落时岩块撞击摩擦产生火花点燃采空区遗煤和瓦斯的突出问题，通过理论计算和实验室试验的方法，分析了工作面坚硬顶板岩石的化学成分和能量转化情况，得出了中煤新集二矿岩石撞击摩擦产生火花的原因。试验结果表明：含有黄铁矿的石英砂岩能够增加引燃采空区遗煤和瓦斯的概率；在8 kN和12 kN压力下分别摩擦60次，光面摩擦和粗糙面摩擦升温均为1.0～2.1 ℃，且岩石表面升温与摩擦时间（次数）成一次线性关系，与岩石表面粗糙程度成正相关关系；在不同高度（0.9、1.0、1.5 m）下进行撞击试验，岩石表面升温与碰撞时岩块所具有的能量以及碰撞次数成正相关的关系。根据上述影响因素给出深孔预裂爆破、顶板走向钻孔及上隅角埋管综合抽采等预防措施，可有效实现采空区防火、防爆。

• 急倾斜煤层综放工作面冲击危险性评价研究

  曹民远, 孙雪亮, 杨磊, 刘永红,

  为了提高急倾斜煤层综放工作面冲击地压危险性评价指标的准确性和增强评价方法的适用性，采用数值模拟及理论计算的方法，得到了综采工作面过煤柱区域的应力分布，分析了采掘工作面应力扰动叠加的影响，提出了近直立煤层动态权重评价法的计算体系，介绍了近直立煤层冲击危险性评价指标和评价指标分级过程，并将动态权重评价法应用于+495 m水平综放工作面冲击危险性评价中。研究结果表明：碱沟煤矿急倾斜综放工作面冲击地压的主要影响因素是煤柱和采掘工作面应力扰动叠加；+495 m水平综放工作面冲击危险等级为Ⅱ级，具有弱冲击危险性，并划分了沿工作面走向830~1 000 m、370~530 m、上分层终采线前后50 m范围3个冲击危险区域，现场验证了动态权重法能有效实现急倾斜煤层冲击地压危险性评价。

• 采场覆岩空间破裂与采动应力场分布关联性研究

  韩刚, 李旭东, 曲晓成, 朱磊, 刘立新,

  针对上覆多层坚硬砂岩组破断时释放的动载荷耦合集中静载荷区弹性应变能易诱发冲击地压显现的问题，采用现场监测、统计分析的方法，探索了覆岩空间破裂与采动应力场关联性对冲击地压显现的影响，对覆岩空间破裂分布特征及采动应力场分布特征进行了监测分析，依据研究结果对临空巷道超前支护方式进行了优化与实践验证。研究表明：纳林河二号矿井31102工作面覆岩破裂剧烈区位于3-1煤层顶板上方30.3 m，厚度为14.85 m的细粒砂岩层内，并超前工作面30～40 m;超前支承压力影响距离至工作面前方254~280 m，峰值点距工作面小于66 m。覆岩破裂剧烈区与采动应力场峰值区(两区)相距较近，易诱发冲击地压灾害，在超前工作面0~40 m两区下方的临空巷道采用垛式液压支架超前支护顶板，可有效防治冲击地压。

• 煤储层固井胶结强度性能及改善方法研究

  王力, 郑飞, 孙晗森, 马洪涛, 王德桂, 王成文,

  为了解决煤岩表面亲水润湿性差导致的煤层段固井质量差的难题，优选了不同类型的表面活性剂和硅烷偶联剂作为煤体表面润湿改性剂，试验研究了对煤体表面的润湿改性对界面胶结强度等改善效果，并测试评价了对水泥浆流变性能、凝结时间、抗压强度等影响规律。研究结果表明：表面活性剂、硅烷偶联剂均可有效改善煤体表面亲水润湿性；但硅烷偶联剂却不会提高煤层界面胶结强度，其原因是硅烷偶联剂水解产生Si-OH基团吸附在水泥颗粒表面形成包裹层，阻止水泥与水进一步接触，对水泥有较强的缓凝副作用，不利于煤层界面胶结；含醚、硫酸根的阴表面活性剂对水泥没有缓凝副作用，与水泥浆相容性好，能够显著提高煤层界面胶结强度达1.71 MPa，其最优浓度为0.3%。

• 超临界CO2压裂下煤岩体裂缝扩展规律试验研究

  王磊, 梁卫国,

  为了掌握超临界CO2(简称SC-CO2)压裂煤岩体的起裂及裂缝扩展规律，采用TCHSFM-I型大尺寸真三轴压裂渗流模拟装置进行试验，同时采集压裂孔内压力和表面裂缝数据并结合理论分析。结果表明：超临界CO2压裂煤岩的压力时间曲线可分为4个阶段：空腔充填阶段、孔隙增压阶段、相变增压阶段和破坏失稳阶段；其中煤和砂质泥岩起裂压力分别为12.32 、19.63 MPa；煤Biot系数0.91、脆性系数16.95％、弹性模量3.48 GPa，产生平行层理的水平裂缝；砂质泥岩Biot系数0.69、脆性系数47.53％、弹性模量10.52 GPa，产生垂直层理的贯通性复杂裂缝。可见SC-CO2压裂下煤岩裂缝起裂扩展集中于破坏失稳阶段，起裂压力较小且为水力压裂的65%～70％,煤相比于砂质泥岩，由于其层理等弱面发育、Biot系数大、弹性模量低、脆性系数小，未产生贯通性的复杂裂缝。

• 面向矿井用风点的通风网络安全分区方法研究

  闫振国, 常心坦, 范京道, 王延平,

  针对煤矿通风系统日趋庞大、各区域之间的影响关系错综复杂的现状，为了掌握各区域间的通风安全逻辑和灾害蔓延耦合关系，提出了一种通风网络安全分区的划分方法。根据通风系统具有的区域性、模块化特征，但各区域间边界模糊不清的问题，定义了包括进风区、回风区、用风区、用风上游区、用风下游区和旁路区在内的6种安全分区，建立了基于广度优先搜索的煤矿通风网络结构分析算法，再结合风流关系矩阵和通风安全逻辑实现了安全分区的划分。该方法能够将黄陵二号矿通风系统划分为功能、关系明确的6种安全分区，验证了划分方法的正确性和有效性。

• 超大直径钻孔采空区瓦斯抽采技术研究

  高宏, 杨宏伟,

  为了降低U型通风采煤工作面上隅角瓦斯浓度，弥补高抽巷层位布置不合理造成的抽采量的不足，节省前期采用Y型通风进行沿空留巷的施工成本，提出了超大直径钻孔（550 mm）采空区瓦斯抽采技术。基于理论分析和现场分析试验，发现超大直径钻孔间距定为15 m或者20 m时抽采效果较为理想。现场应用实践表明：大直径钻孔抽采采空区瓦斯与普通采空区埋管抽采相比，抽采纯量提高了54.9%，抽采瓦斯体积分数提高了1.33倍。和沿空留巷“偏Y型通风”治理瓦斯相比，可使得回风流中的平均瓦斯体积分数降低12.7%，大幅节省了人员的投入。U型通风采煤工作面上隅角的瓦斯浓度得到有效控制，有效取代了上隅角埋管和沿空留巷，大幅提高了煤矿的生产效益。

• 深部高瓦斯矿井大采高工作面立体抽采瓦斯技术

  雷照源, 郭超奇, 黄兴利, 高海东, 李川, 高小虎,

  为了有效提高瓦斯抽采效率，以黄陵二号煤矿瓦斯(油层气)抽采为研究对象，采用现场调查、数值计算和现场监测等方法，综合分析深部高瓦斯矿井瓦斯(油层气)涌入路径，实施了综合立体抽采技术。工作面存有的4个砂岩储气层，均受采动影响，其分别处于上覆岩层的弯曲下沉带、垮落带和裂隙带之间，以及底部扰动范围，为采空区和工作面涌出瓦斯源。依据上覆岩层结构和采动影响程度，将抽采区分为采空区、采动区、未采煤层区，建立动态综合立体抽采技术。研究结果表明：工作面综合抽采技术实现了空间全覆盖的瓦斯抽采，各位置抽采量增加、瓦斯浓度降低。围岩及采空区瓦斯体积分数降低了40%、68%、41%。综合抽采技术提高了矿井的瓦斯抽采率，为矿井开采瓦斯治理提供了有力支撑。

• 液态CO2相变致裂影响有效抽采半径试验研究

  马小敏,

  为掌握液态CO2相变致裂对有效抽采半径的影响规律，在确定有效抽采半径评价指标的基础上，采用分组试验方法对CO2相变致裂前后的有效抽采半径进行了测定，得出了液态CO2相变致裂对有效抽采半径的影响参数。研究结果表明：采用液态CO2相变致裂技术对煤层进行爆破致裂后，瓦斯运移速率提高，使煤层瓦斯压力加速下降，在相同的抽采时间下，CO2致裂后煤层的有效抽采半径较未致裂的煤层扩大约1 m。使得在相同有效抽采半径1、2、3 m，CO2致裂后的煤层所需预抽时间较未致裂的煤层分别缩短了15、29、47 d，瓦斯抽采效率平均提高43%。CO2致裂前期对瓦斯抽采效率的提高作用明显，随着抽采时间的延长，致裂增透作用不断减弱直至消失，即CO2相变致裂对提高煤层透气性存在一个极限影响范围。

• 液态CO2相变致裂技术在金佳煤矿的应用

  韦善阳, 孙威, 苗青, 施凯, 罗兵,

  为更好地在低渗透、高瓦斯、强突出煤层中应用CO2致裂技术，在金佳煤矿11224运输巷与212石门进行CO2相变致裂的防突预抽现场试验，通过比较煤层致裂后的瓦斯压力与含量变化，确定CO2致裂技术在顺层孔与穿层孔中的差异，研究结果表明：一次液态CO2相变致裂时间为2.0～2.5 h，且需要多次注入液态CO2致裂才能提高瓦斯抽采效果；采用液态CO2致裂技术可在原来基础上减少煤层瓦斯含量6%～12%，减少煤层瓦斯压力9%～12%，并且运用在穿层孔的效果要优于顺层孔，但是穿层孔的规律不如顺层孔稳定；液态CO2致裂技术的致裂半径为6 m，为提高致裂效果可采用叠加致裂的布孔方式，增大钻孔群的抽采效果。该对比研究结果为液态CO2相变致裂技术运用在煤矿瓦斯突出与防治领域提供了有效依据。

• 氮气闷压对高阶煤渗透率影响的试验研究

  庞锋, 张劲, 周劲辉, 宋紫玥, 曲靖宇, 任洪达, 王涛,

  为了探讨煤层气注氮过程中的闷压压力和时间对七元高阶煤层渗透率的影响规律，采用试验模拟注氮改造煤层过程的闷压阶段的研究方法，设计并组装了相关室内试验装置和设备，再现了氮气闷压过程中闷压压力和闷压时间的变化对七元高阶煤样的影响，获得了不同闷压压力和闷压时间条件下七元高阶煤样渗透率的变化。试验结果表明：在注氮改造煤层过程的闷压阶段，闷压压力越大，煤样渗透率增幅越大；闷压时间存在一个最佳值：〖JP+1〗闷压初期煤样渗透率增幅随着闷压时间增长而增大，在闷压48～72 h后，煤样渗透率增幅会存在一个急剧下降的过程。因此，提高注氮闷压压力对提高高阶煤层渗透率有着积极的影响，闷压时间对提高高阶煤层渗透率的影响则存在一个最佳值。

• 黔北构造煤与原生结构煤解吸初期特征研究

  陈刘瑜, 李希建, 毕娟, 刘钰,

  为揭示贵州构造煤与原生结构煤解吸初期特性，以黔北兴隆矿构造煤与原生结构煤进行不同温压条件下的吸附/解吸试验，绘制累积瓦斯解吸量与时间的关系图；对比分析温压特性对构造煤和原生结构煤解吸初期的影响。结果表明：构造煤与原生结构煤累积瓦斯解吸量随时间单调递增；同时段内，温度越高瓦斯解吸总量越大，解吸前60 s的解吸量及解吸速率越大，压力越高，解吸速率越大，其增量随时间呈衰减态势，解吸量和解吸压力呈正相关；构造煤的瓦斯解吸初速度、0～60 s的解吸量和60 s以后的解吸速率衰减程度均大于原生结构煤；60～1 800 s内原生结构煤解吸量大于构造煤；1 800～7 200 s内原生结构煤解吸速率及解吸总量大于构造煤，解吸速率衰减程度比构造煤慢；随着解吸温度和瓦斯压力增大，原生结构煤超过构造煤的解吸量随之增大。

• 基于模糊结构元多分支水平井瓦斯抽采多因素群评价

  李进朋, 张勋, 黎凤岐, 黄戈, 凡永鹏,

  为了对多分支水平井瓦斯抽采方案进行综合准确评价，解决以往评价标准单一和各评价因素不相容的问题，建立基于模糊结构元的多分支水平井瓦斯抽采多因素群评价模型。摆脱非此即彼的精确性，应用模糊数学的方法，构建多分支水平井的模糊产能计算公式。选取熵权法与判断矩阵法组合赋权，将专家多年累计的经验与客观数据联系起来，采用模糊评价模型对沙曲矿多分支水平井瓦斯抽采方案进行综合评价。结果表明：多分支水平井的模糊产能计算公式使得计算结果与实际检测结果更加吻合。基于模糊结构元的多因素群评价模型能有效准确排列出不同多分支水平井瓦斯抽采方案的优劣次序，为工程方案的选择提供有力指导。

• 构造煤煤层气分压合排产气效果及影响因素分析

  汪万红,

  针对平顶山矿区构造煤发育、瓦斯危害严重的现状，为探讨分压合排技术在平顶山矿区瓦斯地面抽采中的适用性，通过分析平顶山矿区首山一矿四2、二1煤层分压合排的产气效果和影响因素，探讨了四2、二1煤层分压合排产气效果不佳的原因。结果表明：首山一矿四2、二1煤层的储层压力及压力梯度、渗透率、煤层顶底板岩石特征和水文地质条件差别不大，对分压合排的效果影响不大；而较大的煤层间距、二1煤层相对较小的临界解吸压力和四2煤层松软的煤体结构，严重影响了分压合排的效果，造成产气效果不佳。因此，在现有技术条件下不适合对首山一矿四2、二1煤层采用分压合排技术。

• 基于分形维数的大型带式输送机动态特性研究

  周广林, 韩忠惠, 张继通,

  为定量研究带式输送机启动制动过程中的动态特性，利用基于分形维数的评价方法，分析输送带黏弹性模型特性，建立离散有限元模型与仿真模型，并设计了带式输送机系统正弦速度控制曲线，研究在启动制动时，机头部、机尾部纵向动张力变化特性，应用分形理论分析在不同启动时间下，机头部张力维数与输送机系统稳定性的关系，内置张紧装置与外置张紧装置动态特性。结果表明：分形维数适用于评价带式输送机动态特性，分形维数越大，系统越不稳定，故障率越高，启动时，机头部张力维数大于机尾部，机头部更易发生故障，内置张紧装置载荷维数更大，故障率更高；启动时间为35～40 s时，机头部张力维数较小，带式输送机稳定性较高。

• 煤矿带式输送机火灾光纤传感检测技术研究

  程永新,

  为监测煤矿长距离带式输送机长时间连续运行所造成的火灾隐患，提出一种基于后向拉曼散射及光时域反射原理的光纤温度传感方法,对带式输送机沿线进行火情监测与预警。理论分析该方法在带式输送机沿线的温度检测原理及沿线的定位原理，并融合使用累加平均以及小波降噪的数据处理方法，有效地改善了所采集信号的信噪比以及温度测量的实时性。结果表明：此光纤传感检测方法实现了沿线10 km范围内温度的分布式监测，温度响应时间小于3 s，定位精度不大于2 m，且可测温度最高可达190 ℃。因此，合理铺设光纤并使用光纤传感测量系统可以及时有效地提供煤矿带式输送机沿线的火情，为煤矿生产安全提供保障。

• 基于方波电压注入的刮板机重载启动控制策略研究

  张建公,

  针对煤矿刮板机传统启动方法启动速度慢、启动转矩控制不精确与启动耗能大等问题，研究了一种基于无滤波器载波信号分离的高频方波电压注入法的刮板机启动方法，通过引入永磁电动机转子位置与转速的观测器，能够实现启动转矩的精确控制，实现快速与平稳启动; 无滤波器载波信号分离策略可以避免传统方法信号分离过程中滤波器的使用，从而提高了系统的动态性能。仿真结果表明: 基于高频电压注入的刮板机重载启动方法与传统的I/F启动方式相比，启动时间减少约52.3%，启动电流减小约75.0%，有效改善了刮板机启动性能。

• 全工况下无极绳连续牵引车安全载人速度试验研究

  史志远,

  针对无极绳连续牵引车安全载人速度难于科学界定的问题，在1∶1全工况综合模拟试验场地上，开展了大量实际运人试验，探究了与人身安全密切相关的因素随运行速度的变化规律。研究结果表明：在水平直线、水平转弯（RH=9 m）、垂直转弯（RV=15 m）工况条件下，噪声、纵向振幅、横向振幅随运行速度表现出了不同的规律，且不同工况的安全速度阈值不同；在试验坡度分别为12°、15°、25°工况条件下，制动距离、张紧装置偏移量、紧急制动回弹距离随运行速度呈现出不同的变化规律，且不同工况的临界速度变化较大；通过试验研究与理论分析，获得了无极绳连续牵引车安全合理的载人速度及运行坡度。

• 纯电动防爆车辆续驶里程影响因素研究

  任志勇,

  针对续驶里程严重制约纯电动防爆车辆推广应用的现状，研究了整车参数、防爆动力电池、防爆驱动电动机控制系统以及传动型式等因素对续驶里程的影响，提出能够使纯电动防爆车辆在当前防爆动力电池比能量较低的情况下，最大限度地提升续驶里程的措施和方法。基于VehSpy3平台搭建了纯电动防爆车辆续驶里程测试系统，按照等速行驶工况和王家岭辅助运输大巷工况，完成了某型号纯电动防爆车辆优化前后各影响因素及续驶里程的测试分析。研究结果表明：优化后的各影响因素均得到不同程度的改善，等速行驶工况增加约10 km，矿井多工况续驶里程增加7.1 km。通过采取以上措施，可有效提升纯电动防爆车辆续驶里程，为纯电动防爆车辆的开发研制和普及推广提供了理论基础。

• 矿用纯电动防爆车辆续驶里程提升技术研究

  郝明锐,

  为解决纯电动防爆车辆在煤矿井下实际运用时续驶里程不足的问题，通过分析纯电动防爆车辆的系统构型，研究了限制其续驶里程的主要影响因子。从降低车辆整备质量和提高系统工作效率2个方面，分别介绍了防爆圆筒薄壁蓄电池箱技术、空气弹簧悬架技术、新型多功能驱动桥技术及节能液压制动技术的特点及使用效果。上述技术在车辆设计中的实际应用使纯电动防爆车辆成本降低约9万元的同时，实现其续驶里程平均提升15%，有效推动了纯电动车型在煤矿生产中的推广应用，顺应了绿色矿山的发展趋势。

• 基于Adaboost的改进BP神经网络地表沉陷预测

  潘红宇, 赵云红, 张卫东, 白芸, 韩亚伟,

  BP神经网络可以解决地表沉陷等非线性关系问题，为了更精确地进行地表沉陷变形预测，引入Adaboost算法对BP神经网络进行改进，并运用Matlab R2014a建立基于Adaboost的BP神经网络地表沉陷预测模型。首先通过BP神经网络进行训练、测试，经过多次迭代，将每个BP神经网络作为一个弱预测器加权组合，形成强预测器，并首次对青岛地铁3号线保河区间隧道进行地表下沉值预测。预测结果表明：Adaboost的BP神经网络预测下沉值的平均绝对误差为0.585 3 mm，平均相对误差为5.82%，与BP神经网络预测相比，绝对误差降低了2.594 7 mm，相对误差降低了27.46%，由此表明Adaboost的BP神经网络适用于地表沉陷预测，且预测精度更高。

• 有机质页岩孔隙分形模型的适用性研究

  戴方尧, 胡海燕, 张爱华,

  为了深入研究分形理论模型计算不同尺度孔隙分形维数的适用性，以焦页1井龙马溪组页岩与慈页1井牛蹄塘组页岩的钻井岩心样品为研究对象，采用CO2和N2等温吸附试验，获得了2组页岩微孔与介孔的吸附数据，并分别结合微孔分形模型和FHH分形模型计算了微孔与介孔的分形维数，讨论了2种模型的有效性。研究结果表明：微孔分形模型适用于计算CO2吸附数据，可有效表征页岩微孔的分形维数；而选FHH分形模型适用于计算N2吸附的高压段数据，可有效表征页岩介孔的分形维数。微孔与介孔可具有不同的分形结构，页岩孔隙结构的评价应综合考虑两类孔隙的分形维数。

• 河南省二1煤层稀土元素赋存特征研究

  赵明坤, 王海泉, 许军, 张义函,

  为了解河南省二1煤层及其顶底板中稀土元素含量及分布特征，评价煤系稀土元素资源潜力，对河南省11个煤田主要生产矿井进行刻槽取样，取得全层样品244个，采用ICP-MS 法对样品中的稀土元素含量进行分析测试。研究结果表明：全省二1煤层中稀土元素含量的平均值为119.75 mg/kg，其顶板平均含量为333.80 mg/kg，底板为328.49 mg/kg；各煤田煤中稀土元素含量差别较大，荥巩煤田最高为261.80 mg/kg，永夏煤田最低为78.74 mg/kg，相差的3.3倍；其含量变化受沉积环境控制，具有西高东低、南北波动特点；陕渑煤田和荥巩煤田部分二1煤层稀土元素有综合回收利用的价值。

• 沁水盆地北部中高煤阶煤结构的FTIR特征研究

  刘琬玥, 刘钦甫, 刘霖松, 刘迪,

  为了研究中高煤阶煤中官能团的变化特征，以采自沁水盆地北部不同变质程度的10个煤样为研究对象，采用傅里叶变换红外光谱仪对样品进行了红外光谱(FTIR)分析。通过对FTIR曲线分峰拟合，可以获得煤中脂肪结构、含氧官能团和芳香结构的相对含量。研究结果表明：中高煤阶煤中，脂肪结构含量较低；芳香结构中，只有一个邻近氢原子的芳香环含量最高，芳香结构被替代的程度高；含氧官能团中，醚氧逐渐成为含量较高的含氧官能团,表明以醚氧形式存在的氧原子稳定性强。通过对煤样的最大镜质体反射率Rmax进行测试，探讨样品红外结构参数与Rmax的相关性，发现随Rmax(1.1%～2.7%)的增大，芳香度增大，芳香结构的缩聚程度增加，反应生烃潜力的‘A’因子降低，表明在此阶段煤化作用的结果是芳香烃类物质增多。

• 不同粒度半焦的低温干燥特性研究

  赵世永, 高少鹏, 吕淑湛,

  为了降低半焦的运输成本以及提高半焦的燃烧效率，通过扫描电镜、N2吸附、X射线光电子能谱分析对神木半焦进行表面结构性质研究，并通过鼓风热力干燥的方式对不同粒度的半焦进行干燥脱水试验研究。结果表明：半焦的孔隙发达，但其含氧官能团较原煤有明显减少，其水分大多以物理吸附的方式存在于孔隙中，鼓风干燥可使水分充分蒸发；干燥温度越高，同一种粒度半焦的水分损失速率越快，干燥时间越短；当干燥温度小于200 ℃时，水分损失的快慢依次为焦粉>小粒>中粒；当干燥温度为250 ℃时，水分损失的快慢依次为焦粉>中粒>小粒；当温度大于300 ℃时，3种粒度的半焦水分损失率相接近，干燥总时间为50 min。因此，干燥温度宜采用200～250 ℃，干燥后的半焦会有1.0%～1.6%的水分吸湿，全水分控制在2.0%左右。

• 采煤塌陷区周边土壤典型重金属元素调查与评价

  王德高, 李江涛, 梁文勖,

  为了查清毛集试验区采煤塌陷区周边农田土壤重金属元素Cu、Zn、Ni、Cd、Cr和Pb含量与污染水平，选择新集一矿3处（A、B、C处）典型采煤塌陷区周边土壤为研究对象，通过系统采集23个土壤样品，利用火焰原子吸收分光光度法测定6种元素含量，并采用单项污染指数法和综合污染指数法开展重金属污染评价。结果表明：基于元素含量的空间分布规律，得出Cu与Zn、Pb与Cd、Ni与Cr具有相似污染源；土壤重金属二级超标率测定结果表明Cu、Pb、Ni、Cr未超标，而Cd和Zn普遍超标；元素的单项污染指数结果表明Ni含量达到警戒线，Zn达到轻度污染，而Cd达到重度污染；A、B、C处周边农田土壤的综合污染指数高低顺序为A>C>B。研究结果为毛集试验区内开展农用地重金属污染防控与修复提供了技术参考。

• 煤中伴生金属元素对煤低温氧化特性的影响

  马冬娟, 唐一博,

  为分析Na、Mg、Al、K、Ca、Mn、Zn七种金属元素对烟煤自燃特性的影响，选用含7种代表性的金属离子的氯盐与硫酸盐，每100 g许疃烟煤添加1 g无机盐；通过耗氧分析、差示扫描量热法（DSC）和阻化率测定对比各金属元素对煤低温氧化的阻化效果；计算氧化动力学参数，并结合自由基反应理论，分析了7种金属元素对煤自燃作用机制。研究结果表明，Mg、Zn、Ca、Al、K、Na等元素阻化率在9.5%～57.9%，在60～180 ℃的低温氧化活化能最大增加29.6%，上述金属无机盐与煤分子结合生成稳定的络合物，增强了煤中活性结构的稳定性，也可捕捉煤中羟基自由基等活性分子，抑制煤的氧化。Mn元素因多价态之间转换所造成的电子传递对煤自燃有一定的促进效果。

• 极坐标下圆形孔硐蝶形塑性区分布特征与扩展规律

  冯吉成, 石建军, 许海涛, 赵希栋, 马海燕, 肖建,

  针对埋深大、采掘工程和构造区附近的巷道或硐室围岩会形成蝶形塑性区的问题，采用理论计算和计算机编程的方法从极坐标下圆形孔洞围岩塑性区形成和发展的角度出发，阐述了圆形孔洞围岩塑性区形成的力学机制，分析了圆形孔洞围岩塑性区不同的几何形态和范围，重点研究了蝶形塑性区形成、发展及边界扩张的空间演化规律，并探讨了影响蝶形塑性区分布的关键因素和各因素之间的变化特征对蝶形塑性区的影响程度和工程危害。研究发现：孔洞围岩形成蝶形塑性区后，当埋深、孔半径，内摩擦角和黏聚力参数不变时，随着侧压系数从0.4减小至0.3，蝶形塑性区边界从1.43 m增加至3.22 m，随着侧压系数继续的微小变化从0.3减小至0.2，蝶形塑性区边界从3.22 m呈对角线成倍发展扩张至12.27 m，蝶叶扩张至无限大后消失，其中蝶叶扩展影响因素按程度从大到小依次划分为侧压系数、埋深、孔半径，内摩擦角和黏聚力。研究成果为矿山、水利水电、隧道、油气勘探等深部工程稳定性分析及其控制提供了理论依据。

• 基于模糊集对分析法的底板突水危险性评价研究

  陈雪锋, 苗永春, 陈文涛,

  为了对底板突水等级进行科学合理的评价，建立基于模糊集对分析法的底板突水危险性评价模型。首先，从地质构造、水文地质条件、底板隔水层条件、开采条件4个方面选取断裂密度、褶皱、断层导水性等13个指标构建底板突水危险性评价指标体系；其次，按照现有常用底板突水等级分类，将底板突水危险性分为4个等级；再次，通过各指标实际数值与1级标准比照求出各指标模糊联系度，并采取信息熵确定各指标权重，从而求出样本模糊联系度；最后，利用最大隶属度原则进行评价判断。该模型应用于肥城矿区5个地段，应用结果表明：基于模糊集对分析法的底板突水危险性评价模型能够与基于未确知测度理论的底板突水评价结果以及实际情况均能完全一致，能够应用于底板突水危险性评价中。

• 煤矿井下碎软煤层空气复合定向钻进技术与装备

  方俊, 刘飞, 李泉新, 褚志伟,

  针对碎软煤层瓦斯高效抽采与治理已成为制约煤矿安全高效生产的关键技术瓶颈问题，在分析碎软煤层顺层钻孔钻进关键技术难题的基础上，提出采用空气复合定向钻进技术与装备进行碎软煤层钻孔施工的技术方案，介绍了其技术原理与技术优势，开发了复合定向钻进技术、顺煤层长距离成孔技术和复合强排渣技术，选配了矿用空压机和孔口除尘器，研制了空气螺杆马达、空气流量与压力监控系统、配套钻具等钻进装备。在贵州省青龙煤矿开展了现场试验，在普氏系数为0.37的碎软突出煤层中，完成5个定向钻孔和2个定向主分支孔施工，最大孔深385 m，总进尺3 014 m，最大单孔瓦斯抽采纯量超过1 500 m3/d，取得了碎软煤层定向钻孔成孔深度和瓦斯抽采效果的重大突破。空气复合定向钻进技术与装备可在工作面圈闭之前对碎软煤层瓦斯进行超前区域递进式抽采治理，掩护巷道掘进和工作面回采，具有钻孔施工周期短、成本低、瓦斯抽采效果好等显著优势，可对革新井下碎软煤层瓦斯治理模式、助力煤矿企业降本增效提供技术参考。