煤炭科学技术杂志

煤炭科学技术杂志2019年第3期

• 德国工业4.0与中国煤机装备智能制造的发展

  王国法, 杜毅博,

  综述了工业革命发展背景和世界主要国家智能制造发展战略，指出以信息物理融合系统为核心的技术创新推动了全球制造产业变革。随着人口红利消失，知识红利凸显，制造业转型升级成为大势所趋。阐述了智能制造内涵、特征、智能制造关键技术与其核心内容。智能制造的基本属性是实现对于信息的深度自感知，实现精准控制的自执行，并在此基础上实现智能优化自决策。智能制造以数据为核心，以实现万物互联为特征，其关键技术包括人工智能技术、工业机器人技术、大数据技术、云计算技术、物联网技术以及整体的信息化系统。论文还对德国工业4.0、布局与发展现状进行介绍，指出德国工业4.0的战略举措是将传统工业与信息化进行深度融合，将不同行业进行跨界合作，将创新科技与产业相结合，实现经济产业红海与蓝海的对接。之后分析了我国煤机装备智能制造的发展现状，介绍了智能焊接、柔性数字化车间等我国煤机装备智能制造关键技术的重要进展。在分析我国煤机装备制造业特点的基础上，指出了发展煤机智能制造的关键任务包括：产品与数据的标准化模块化；建设智能制造系统和工艺创新；建设智能制造信息化系统和基础网络活动；推进管理精益化及服务产业化；打造智能制造人才培养体系。最后提出了我国煤机装备制造业企业转型升级实现数字化，网络化智能化，发展智能制造的策略和路径。

• 煤矿防治水智能化技术与装备研究现状及展望

  靳德武, 乔伟, 李鹏, 樊娟,

  为了解决煤矿充水条件的精准探测、有效预测、动态监测和水害的可靠治理问题，人工智能和信息化技术在我国煤矿水害防治技术和装备中获得广泛应用并取得重要进展。依据智能感知、智能判断和智能执行等智能化技术三要素，将煤矿防治水智能化定义为水害致灾因素的有效筛选、自动识别和精准控制的过程。从5个方面系统地总结了煤矿防治水智能化技术现状：即探测装备的智能化芯片及数据处理智能算法、含水层富水性分区的信息融合法及煤层底板突水预测的统计学习法、基于智能化传感器及智能算法的矿井水情（害）实时监测预警系统、水害治理工程的信息化设计及智能控制注浆系统、紧急避灾最优路径搜索及突水水源快速识别。结果表明：水害探测装备及解释方法的智能化提高了装备的抗干扰能力，实现了探测参数的快速准确计算；煤层底板突水预测的统计学习法使突水预测精度由82%提高到91%；网络并行电法监测仪在五沟煤矿提前2 d成功预报了工作面底板突水；智能化注浆系统形成了高度定制化的制浆-注浆数字化解决方案，实现全自动造浆30 m3/h；避灾抢险智能化为矿井灾害情景下的井下人员合理疏散和应急救援提供了辅助决策支持平台。随着智慧矿山、透明矿井技术的不断发展与完善，多源时空智能化探（监）测、玻璃水文地质、水害监测大数据挖掘、井下救援机器人等将会成为热点研究方向，并最终形成煤矿防治水智能化技术体系。

• 矿井电法在煤层采动破坏和水害监测中的应用进展

  鲁晶津, 王冰纯, 颜羽,

  煤层采动破坏容易引起突水事故，严重威胁了矿井的安全生产。煤矿突水事故防治集中于回采前的隐患探查，对回采过程中发育的导水通道尚缺乏行之有效的探查手段。因此，从煤矿顶、底板突水机理分析出发，对比了煤矿井下采用的多参数传感器监测、微震监测以及电法监测等监测方法，其中电法监测因其对煤岩电阻率变化较敏感，在煤层采动破坏和水害监测中得到了广泛应用。矿井电法监测最初主要被用于煤层顶、底板破坏监测，随着矿井电法监测设备的成功研制，相关学者对采动破坏过程的电场响应特征展开了深入研究，矿井电法监测逐渐向水害监测发展，并在井下现场应用中发展出了不同的观测方法。矿井电法监测数据的处理解释目前一般采用视电阻率断面图或电阻率反演成像，因受数据采集中各种干扰因素的影响成像分辨率较低。广泛应用于近地表探测的时移电阻率成像法，通过改进数据采集方式、对数据进行预处理、优化反演方法以及在反演过程中选择合适的正则化约束方法等手段，大幅提高了监测数据的成像分辨率，该方法可同样适用于煤矿井下电法监测数据的处理解释。早期的矿用电法仪器主要用于工作面水害隐患的静态探测，近年来真正意义上的矿用电法监测设备已经研制成功并进入推广应用阶段。随着新版《煤矿防治水细则》的施行，矿井电法监测迎来了新的发展机遇。然而煤矿井下施工环境复杂、观测空间有限，矿井电法用于煤层采动破坏和水害监测时尚面临着电磁干扰、一致性校正、成像方法、多解性及水害预警等问题有待解决。针对上述问题，需要进一步提高监测设备的抗干扰能力，改进数据预处理方法，采用时移电阻率成像提高解释精度，同时加强导水通道发育过程电场响应特征及电性变化与水害风险定性关系的研究，最终达到对矿井水害进行监测预警的目的。

• 智慧矿山标准发展现状及路径分析

  谭章禄, 马营营, 郝旭光, 张越,

  针对矿山信息化建设存在信息孤岛，无法真正实现数据融合、业务融合以及全面的智慧决策分析问题，提出完善智慧矿山建设标准体系是有效解决手段。在明确智慧矿山标准内涵、特征和意义的基础上，从公开发布标准和学术论文2个方面研究了智慧矿山标准的发展现状，得出智慧矿山标准面临三大挑战：边界及范围不易确定、缺乏标准化组织和人员、标准扩散与推行存在阻力；参考已发布的智慧矿山相关标准，综合利用结构化方法和面向对象方法，构建了智慧矿山标准体系，并详细对比现有标准与标准体系的差距，给出对比明细表，并明确了现有标准的完善方向和策略；最后结合智慧矿山发展现状和标准体系建设情况，分析了我国智慧矿山标准的发展路径。

• 智慧煤矿主体架构设计与系统平台建设关键技术

  庞义辉, 王国法, 任怀伟,

  针对煤矿建设过程中存在的信息孤岛、子系统割裂等问题，提出了以"自主感知与控制-信息传输系统一操作平台-井下系统平台-生产经营管控平台"为主线的智慧煤矿建设主体架构，通过底层的自主感知系统对井下的"人-机-环-管"信息进行全面感知，并对感知信息的数据格式、通信协议、存储方式等进行统一，构建了井下多源异构大数据共享平台，实现了井下各子系统之间的数据统一管理与信息共享。利用统一操作平台对井下生产系统、安全保障系统、综合保障系统进行统一管理，解决了信息孤岛、子系统割裂等问题。井下系统平台不仅为上层的生产经营管理平台提供数据支撑，而且为底层机械设备的智能操控提供决策依据，实现了井下信息感知、分析、决策、控制的智能化操控。将智慧煤矿智能生产系统细分为地质及矿井采掘运通信息动态管理平台、井下精准定位导航通信管理操作平台、智能化少人采掘系统综合管理平台，详细阐述了智能综采子系统间的组织架构与实现路径。按照井下危险源的种类对智慧煤矿智能安全保障系统进行了分类，搭建了智能安全保障系统的主体架构，分析了井下危险行为、危险区域识别系统的技术路径。基于井下采掘工程需求分析，对智慧煤矿智能综合保障系统进行了分类，构建了智能综合保障系统的主体架构，详细论述了井下设备在线诊断与远程运维系统的实施过程。从基础理论、信息感知、数据处理、高效传输、精准控制5个方面，对未来需要突破的智慧煤矿建设关键技术进行了展望。

• 虚拟现实技术在煤矿领域的研究现状及展望

  谢嘉成, 王学文, 李祥, 杨兆建,

  针对国内外煤矿领域虚拟现实研究大多是局部或单向性研究，整合各阶段、各领域、各环节进行综合性研究且获重大突破的极其缺乏的实际情况，在概述国内外虚拟现实技术在煤矿虚拟场景仿真、虚拟现实监测监控、虚拟规划方法和“VR+AR”技术融合设计等应用领域的研究现状基础上，剖析了其在应用中存在的困难和问题，明确提出了虚拟现实技术应整合多技术手段进行融合设计，并实施“四步走”战略，即首先解决在技术培训、数据可视化分析、虚拟规划等方面的问题；其次是解决整个生产过程中的虚拟监测监控问题；再其次是利用以上成果加上创新突破实现矿山智能装备虚拟设计，特别是突出虚拟设计和多环节的融合交互关联，把智能操控平台高度集成到整个生产操控中，最终真正实现高智能、自关联、绿色化，高效率无人值守的目的。

• 煤矿智能综采工作面安全高效开采适应性评价

  于健浩, 祝凌甫, 徐刚,

  为研究煤层赋存情况、地质构造特征、开采技术条件等因素对智能综采工作面的影响程度，掌握不同条件下智能综采工作面安全高效开采的适应程度，对神东煤炭集团多家矿井智能综采工作面开展实地调研，通过现场技术咨询及分析工作面地质条件、开采技术条件、装备水平及智能综采过程中存在的问题，确定煤层稳定性、工作面倾斜长度、断层影响程度是影响智能综采适应性的主控因素。由此归纳出煤矿智能综采适应性评价指标体系，基于模糊综合评价法，通过对评价指标进行量化，采用AHP法确定因素权重，建立了智能综采适应性评价模型，实现了对智能综采工作面开采效能和安全性的智能评价，可为工作面采前地理信息系统提供静态决策支持。

• 智能矿山大数据关键技术与发展研究

  崔亚仲, 白明亮, 李波,

  针对我国煤矿开采过程中数据生产量大但无法将这些数据进行有效的利用，无法为煤炭开采提供可靠的数据信息支撑等问题，研究分析了大数据技术在煤炭生产工业中的应用。介绍了智能矿山大数据的基本概念、特征及价值体现，概述了国内外智能矿山大数据研究与应用现状，分析了智能矿山大数据技术发展的驱动因素和存在的阻碍；通过分析智能矿山中的数据来源、数据集成以及数据分析应用，总结了智能矿山大数据的关键技术，如数据获取技术、数据集成与融合技术、大数据分析与挖掘、大数据的数据解析应用技术等；通过分析神东智能矿山的大数据平台架构、大数据平台的物理架构以及总体架构建设中的应用案例，提出智能矿山大数据应从矿山安全管理、生产执行、经营管理等领域进行应用研究；最后给出了我国在智能矿山建设过程中的建议。

• 煤炭工业监控大数据平台建设与数据处理应用技术

  张元刚, 刘坤, 杨林1, 王磊,

  为保障煤矿的安全高效生产，及时准确地预测可能发生的故障及灾害，通过分析兖矿集团煤矿大数据的现状及存在的问题，探讨了在大数据时代下，煤炭工业监控大数据平台的建设和使用方法。依托互联网、云计算和大数据技术，采集、整理和存储海量数据。通过数据挖掘技术和视频分析技术来探索发掘现场生产规律，从而提高煤矿应对潜在灾害和发现安全隐患的能力。以煤矿带式输送机工况监控系统大数据和视频监控系统大数据分析为例，分别使用流形空间的非平衡处理技术和分水岭等视觉技术对数据进行处理。试验结果表明：流形空间的过采样技术可以提高AUC指标20%左右，且基于机器视觉的煤流检测也能达到较好的效果。同时，探讨了大数据与煤炭工业监控系统的结合，并提出了报警数据融合应用的具体解决方法。

• 煤矿无轨胶轮车智能调度管理技术研究与应用

  刘宏杰, 张慧, 张喜麟, 韩雷,

  针对煤矿无轨胶轮车辅助运输系统在提升矿井生产效率的同时，给煤矿带来的无轨胶轮车无序运行、高能耗及环境污染、运输安全等问题，提出了采用多系统融合技术将煤矿井下无轨胶轮车运行相关有效数据充分筛选，研究采用高精度定位技术实现车辆30 cm高精度定位，通过交通信号、视频图像、位置信息等关联数据采集分析处理和车辆运行流程全数字化管控，实现井下无轨胶轮车日常运行网上及移动端申请、车辆运行无人化自动调配、车辆数据统计分析、人员乘用及物料运输车辆全面数字化、智能化管控。结果表明：通过无轨胶轮车辅助运输系统的全数字化管控的研究及应用，大幅提升了煤矿井下无轨胶轮车辅助运输效能，提高统一指挥调度和信息共享水平，实现煤矿无轨胶轮车调度管理的智能化。

• 智慧矿山职业健康安全监管信息系统研究

  刘海滨, 李春贺,

  为了解决煤炭企业在职业健康安全管理中存在的问题，提出了物联网视角下的智慧矿山职业健康安全监管信息系统研究。以智慧矿山为基础，借助物联网、大数据、云计算等技术，结合职业健康安全管理体系，介绍了系统建设的主要内容；设计了由展示层、业务逻辑层、中间件层以及数据层构成的系统总体架构；设计了系统网络拓扑结构；采用Hbase数据库，解决非结构化存储问题；以J2EE为开发平台、SpringMVC为开发架构，借助Java语言开发了包括智能管理、职业健康体系管理以及基础支持在内的职业健康安全监管信息系统。结果表明:通过系统实施能够完成对职业健康安全的全方位管理，涵盖对危害因素的辨识、评估与管控，对危害因素的自动化、智能化的实时监控，以及对职业健康安全管理工作进行综合性智慧分析、智慧控制。能够最大限度地降低对煤矿职业健康安全具有危害的因素所造成的影响，保证煤矿生产工作处于安全监管的良好环境。

• 基于单孔声波法测试巷道围岩松动圈试验研究

  杨艳国, 范楠,

  为确定合理的锚杆支护参数并提高巷道围岩稳定性，利用声波测试松动圈的原理，结合山西金庄煤业5203煤巷的工程地质条件，依据围岩松动圈形成机理合理布置测试地点，采用单孔声波法对该矿围岩松动圈范围进行现场测试并进行锚杆支护参数设计，经FLAC3D数值模拟和现场工业性试验验证。该支护设计是可行的。研究结果表明：5203煤巷的松动圈范围为1.5～2.1 m，数值模拟结果中支护方案2相比方案1两帮最大位移减少了9.5%，顶板最大位移由46.2 mm减至45.6 mm；现场实用效果良好，两帮位移为30.3 mm，顶板位移为46.5 mm，现场实测与数值模拟结果基本吻合，证实单孔声波测试法能够快捷、准确测试巷道围岩松动圈范围，具有较好的工程实用性和优越性。

• 不同煤层地质条件下智能化无人综采技术

  范京道, 徐建军, 张玉良, 张科学, 李川,

  为进一步提升煤矿智能化开采技术装备水平，引领行业智能化开采技术科学发展，实现煤炭行业在新时代下的升级转型，结合陕煤集团黄陵矿业公司智能化无人开采成功实践经验，重点研究了复杂地质条件下薄煤层、中厚煤层和厚煤层智能化开采实践技术，得到了中厚及较薄煤层智能化无人综采的关键技术是液压支架全工作面跟机自动化与远程人工干预技术、采煤机全工作面记忆截割与远程人工干预技术、综采自动化集中控制技术、工作面视频监控技术、智能化集成供液控制技术和超前支护自动控制技术；厚煤层智能化无人综采的关键技术是大采高工作面防片帮智能控制技术、大采高工作面底软智能控制技术、大采高工作面高清晰视频监控技术和大采高工作面环境安全保障技术；得出了煤矿智能化无人开采支撑体系建设分为科技创新、信息化标准、安全保障技术、企业精细化管理和员工素质提升工程五大体系；提出了通过提高整体技术创新性与适应性和提高装备的可靠性与适应性方面的攻关研究，是不断推动煤炭智能化无人开采技术向智能开采高级阶段迈进的努力途径。最后，分析了目前国内外智能化无人开采技术应用现状及推广制约因素，并结合人工智能及新一代工业革命发展方向对煤炭智能开采技术进行了展望。

• 厚煤层大断面巷道支护技术研究

  赵科, 张剑,

  为了研究厚顶煤大断面巷道掘进过程中的巷道围岩破坏情况及合理支护方式，采用数值模拟和井下试验方法分析了不同巷道宽度下巷道围岩的变形破坏情况及不同支护方式对巷道围岩稳定性的影响，研究结果表明:巷道宽度变化对厚煤层顶板稳定性影响较大，巷道宽度由4 m增加到6 m时，顶板沉降量增加了55 mm，最大变形出现在厚煤层顶板中部，采取高预应力锚杆索支护方式并适当提高顶板支护密度，可以对浅部围岩施加更大压应力，进而更好的控制顶板沉降，井下工程实践表明：合理的锚杆索预紧力及支护参数可保持巷道围岩结构稳定性，矿压监测数据显示，两帮变形最大均未超过40 mm，顶板最大离层值未超过100 mm，锚杆、锚索受力始终保持稳定，支护效果良好。

• 8.5 m大采高工作面矿压显现规律相似模拟研究

  肖江, 吴建军, 邵亚武, 杨浩,

  为了确定特厚煤层覆岩的矿压规律和支架工作阻力变化，根据煤层所处地质条件，基于相似三定理，在实验室采用平面相似模拟的方法，研究了浅埋特厚煤层大采高综采条件下的工作面上覆岩层破断、来压步距和支架阻力及周期来压规律。结果表明：当正常割煤时，直接顶初次垮落步距为23 m，基本顶初次垮落步距为38 m，周期垮落步距为17 m；当工作面矿压显现强烈时，支架最大工作阻力为24 000 kN左右，覆岩垮落会形成宽度12~20 m岩柱；支架最大阻力出现在关键层失稳时，最大来压出现在第4、5次周期来压期间，同时工作面的停滞导致支架阻力明显增加。研究为特厚煤层工作面支护工艺技术水平的提高提供了指导。

• 坚硬顶板工作面高静载型冲击地压防治研究

  张传玖, 杜涛涛, 李红平, 贾兵兵,

  为研究坚硬顶板综放工作面冲击地压的主控因素和防治技术，采用微震监测系统和冲击地压应力监测系统通过分源监测分析，研究了工作面冲击地压发生的主控因素，并针对主控因素开展了防冲击地压实践。结果表明：冲击地压主控因素为高静载、强矿震和低支护强度。实体煤侧静载为30.16~84.48 MPa、煤柱静载为27.84~41.04 MPa，易达到发生冲击地压临界载荷；顶板破断前后，常引起高能事件的发生，以动载的形式作用，加剧煤体的应力集中；多因素使得发生冲击显现的巷道变形区域的支护强度比较低。开展了现场控制实践，煤体卸压分阶段多轮动态卸压，对顶板进行深孔预裂爆破，采用锚索梁加强支护，措施实施后大能量矿震发生时，提高了巷道抵抗冲击能力，降低了矿震诱发巷道变形的频次和强度。

• 高德煤矿花岗岩蠕变损伤模型研究

  吕洪淼, 刘文博,

  为了研究高德煤矿围岩的蠕变特性以及加载过程中的损伤演化性质，对花岗岩试样进行了分级加载蠕变试验，基于Burgers模型引入改进的Kachanov损伤模型，建立了能描述加速蠕变阶段的蠕变损伤模型，通过数值模拟计算对考虑和不考虑损伤的巷道控制点的变形量进行对比，探讨损伤模型在实际工程中的运用。研究结果表明：由径向蠕变确定的岩石长期强度小于轴向长期强度，且径向蠕变较轴向蠕变更加敏感；当应力水平达到径向长期强度时，开始出现扩容现象，当应力水平达到轴向长期强度时，体积应变开始由正值变为负值。结合轴径向蠕变试验曲线，对蠕变损伤模型参数进行辨识，决定系数达到了0.97以上，模型曲线与试验曲线吻合度高，验证了所建立蠕变损伤模型的合理性；建立的蠕变模型考虑损伤比不考虑损伤的位移大许多，考虑损伤最大变形比不考虑损伤最大变形增大约0.055 27 mm，验证了蠕变损伤模型可以更好地反映巷道围岩的劣化效应，对于巷道的后期支护与安全具有重大指导意义。

• 保德煤矿综放工作面旋转开采关键技术研究

  王惠风, 陈殿赋, 师泽敏,

  针对边界三角煤及不规则块段造成三角煤丢失、资源浪费的难题，以保德煤矿81308综放工作面为工程背景，基于三角煤实心旋转开采技术理论，结合地质条件及工作面现状，研究了三角煤开采回风巷布置、端头设备搭接、回采工艺及顶板控制关键技术。研究结果表明：①采用分段折线式方法设计回风平巷旋转段，减少了工作面长度的变化；②前部刮板输送机提前加装输送机槽并将端头支架与装载机向副帮偏移5°，解决了前、后部刮板输送机与转载机搭接的难题；③采取机尾割三角煤斜切进刀的单向割煤工艺，实现了工作面连续推进；④采取机头支架不放煤工艺和配备单体支柱，保证了旋转中心附近的顶板稳定性。通过综放工作面旋转开采关键技术的应用，成功回采了边界三角煤。

• 水力冲孔压裂卸压增透抽采瓦斯技术研究

  刘东, 刘文,

  为了提升煤层瓦斯抽采效率，减少矿井瓦斯抽采工程量和抽采时间，讨论了水力冲压卸压增透机制，详细阐述了水力冲压卸压增透技术的工程实施模式，并将该技术应用于贵州新田煤矿煤巷条带瓦斯治理工作中，监测技术实施前后钻孔瓦斯抽采参数，数据分析结果表明：水力冲孔孔洞最大半径在0.23～0.72 m，水力压裂时的煤层破裂压力在13～26 MPa，冲孔后的平均瓦斯抽采体积分数提高了35%左右、瓦斯抽采纯量提高了1.1～5.0倍，冲压一体化作业后，钻场抽采浓度相较于冲孔后提高了0.8倍以上，钻场抽采纯量再次提高了3～5倍，卸压增透效果较为显著。工程试验结果证明水力冲压卸压增透技术能够实现煤层卸压增透，大幅提升煤层瓦斯抽采效率，对矿井安全高效生产有着重要的工程意义。

• 大采高采场瓦斯治理模型分析及通风系统优化研究

  徐玉胜, 李春元, 张勇, 李杨, 乔伟,

  为解决大采高采场多巷通风系统采空区通风的安全隐患及U型通风系统的瓦斯超限问题，基于大采高采场通风系统及瓦斯抽采现状建立了其瓦斯治理模型，应用采空区瓦斯运移的抽采-渗流模型及数值模拟分析了不同通风系统下大采高采场的瓦斯运移特征，实测优化了U型通风系统下定向钻孔及穿透钻孔的布置参数，并进行了抽采验证。结果表明：大直径抽采钻孔的导向作用系统改变了大采高采场及采空区流场，并使其采空区下部形成低瓦斯区域；U型通风系统下，顶板中高位裂隙带内153 mm大直径定向钻孔与间距5 m的250 mm大直径穿透钻孔结合，大幅提高了瓦斯抽采流量，避免了瓦斯超限。

• 特厚煤层综放工作面地面钻孔抽采治理瓦斯技术

  李杰,

  针对山西某矿特厚煤层放顶煤小煤柱工作面瓦斯与煤自燃的双重灾害，通过对工作面灾害及治理方法的分析，提出了通过改变地面钻孔施工工艺，同时抽采裂隙带、冒落带瓦斯的治理方法，利用微地震技术对工作面破裂带进行划分，确定了地面钻孔最佳抽采位置。结果表明：地面钻孔最佳抽采距离约等于2 个工作面周期来压步距，且地面钻孔抽采范围具有不均衡性，滞后作用距离是超前作用距离的3.3倍;验证了区分高、低压抽采系统的重要性，在治理效果基本相同的条件下，以DN300地面钻孔为例，施工速度是岩巷掘进的8倍，施工成本是其1/26，优势明显。

• 风速对近距离煤层采空区漏风及煤自燃影响研究

  黎经雷, 牛会永, 鲁义, 李石林, 赵蕾, 聂琦苗,

  为研究进风巷风速变化条件下近距离煤层采空区漏风强度及煤自燃规律，基于采空区“横三区”、“竖三带”理论，以某矿综采工作面为原型建立了U型通风近距离煤层采空区三维模型，运用Fluent软件对进风巷不同风速下采空区的流场状态进行模拟计算，根据模拟结果对采空区自燃三带进行划分；利用面积计算软件和Origin数值分析软件,分析计算得到进风巷不同风速条件下的采空区氧化带面积变化曲线，并推导出不同风速下采空区高度所对应的煤自燃氧化带面积的计算公式。研究结果表明：采空区漏风区域主要集中在至工作面进风端起水平距离0～23 m，采空区漏风过程中，上覆采空区煤自燃危险性大于下伏采空区煤自燃危险性；当进风巷风速一定时，采空区氧化带面积与其高度成正比，当采空区高度一定时，在风速为3 m/s条件下，采空区氧化带面积达到最大值；不同风速情况下，采空区氧化带面积与其对应高度成正比；在实际应用时，应结合采空区具体情况合理控制进风巷风速，加强采空区内气体的实时监测及煤自燃预测技术手段，提高矿井开采作业安全性。

• 沁水盆地煤储层孔隙分形特征及其对瓦斯吸附的影响

  张少锋, 李雅阁, 秦兴林,

  为研究煤孔隙分形特征及其对瓦斯吸附特性的影响，针对沁水盆地8个煤样开展了低温液氮吸附试验，采用FHH分形理论探讨了煤表面孔隙分形特征，测试了各煤样的瓦斯吸附常数a、b值，并分析了孔隙分形维数对煤体瓦斯吸附的影响。研究结果表明，煤表面孔隙在不同压力段具有不同的分形特征，D1和D2分别代表煤表面微孔、中孔及大孔的分形特征。随变质程度的升高，D1与R0呈现出良好的线性正相关关系，而D2随R0的增加则呈现出先快后慢的抛物线变化。煤体瓦斯吸附特性与煤表面孔隙分形特征密切相关，分形维数D1、D2数值越大，a值越大，煤体瓦斯吸附能力也就越强；分形特征对吸附常数b值的影响较小。

• 半煤岩工作面保护层开采的卸压机理及回采设备选型

  谢小平, 刘洪洋, 梁敏富,

  基于保护层开采是解决低透气性高瓦斯突出煤层群卸压防突有效办法的现状，针对煤层群中不具备常规保护层（煤层厚度≥0.8 m）开采条件的问题，及实现下部被保护煤层卸压增透的难题，提出了极薄、薄煤层半煤岩保护层开采技术的解决思路。通过理论分析了半煤岩工作面采高与下部煤层卸压的关系，并基于沙曲煤矿地质条件，采用数值模拟分析得出：被保护煤层膨胀变形率随着保护层开采厚度的增加大致呈线性增长。据此在沙曲煤矿22201工作面进行现场工业性试验，试验结果表明：在观测7个月时间内工作面共推进了602.6 m，平均每天推进3.05 m，共计出煤约181 020 t。从现场生产实际可知，工作面及回采巷道内配置的设备满足生产需要，半煤岩工作面基本可实现安全高效开采。

• 煤层气超短半径水平井筛管完井技术研究

  杨刚, 鲜保安, 毕延森, 孟尚志, 马腾飞,

  为解决煤层气超短半径水平井煤层坍塌、煤粉产出造成的频繁修井等问题，维持超短半径水平井连续稳产生产，探讨超短半径水平井筛管完井工艺进行可行性，重点研究不同材料管柱的屈服弯曲半径，采用Wellplan软件进行超短曲率半径条件下管柱可通过性分析，优化设计管柱组合。基于煤粉颗粒分布、运移速度、过流面积等因素进行高密度聚乙烯（HDPE）筛管参数设计，采用有限元分析法进行筛管屈服强度分析。设计高密度聚乙烯（HDPE）筛管专用送入工具及下入工艺研究，进行案例设计分析，探讨工艺可行性。结果表明：直径116 mm尺寸井眼在曲率半径不小于12 m的情况下可下入直径40 mm高密度聚乙烯（HDPE）筛管完井，筛管本体不发生塑性变形，筛孔附近出现部分塑性变形，塑性变形的体积占筛管实体体积的14.58%，为井筒流体通过提供稳定通道。筛孔可阻挡较大的煤粉颗粒进入井筒造成卡泵，T型割缝具备一定清洁功能，减少煤粉颗粒卡塞割缝。研究结果推进煤层气超短半径水平井工艺技术发展。

• 煤田三分量地震勘探观测系统设计方法研究

  赵帝, 杜文凤, 勾精为, 何登科,

  以炸药为震源、联合接收纵波和转换波是目前最为流行的一种三分量地震勘探观测方式。由于纵波和转换波在波的传播路径、最佳接收窗口以及反射点位置与界面深度关系等方面有所不同，因此，设计一种同时兼顾接收纵波和转换波的观测系统有一定难度。针对转换波传播路径不对称的特点，参考纵波观测系统综合平面图示方法，提出了转换波观测系统综合平面图示方法。利用转换波综合平面图示法，可以将转换波激发点和接收点的相对位置关系和转换波勘探所观测到的地段直观地表达出来。为了实现纵波和转换波在不同的最佳接收窗口、不同的面元大小条件下，覆盖次数均能达到均匀，提出了一种兼顾接收纵波和转换波的观测系统设计方法，即在设计时，首先要保证转换波满足在最佳接收窗口的前提下，共转换点面元内覆盖次数均匀，然后对纵波偏移距进行适当编辑，使纵波在满足最佳接收窗口的条件下，共反射点面元内实现均匀覆盖次数。利用这种纵波和转换波的观测系统设计方法，不仅可以解决纵波和转换波覆盖次数的均匀性问题，而且可以使纵波和转换波数据均处于最佳的接收窗口之内，取得一举两得的效果。

• 东胜矿区浅埋煤层综采条件下岩移参数规律研究

  陈凯,

  为了研究东胜矿区地表移动参数与地质采矿条件之间的关系及其特点，基于已获得的东胜矿区内12个工作面地表移动规律研究基础上，利用Matlab与SPSS的回归分析方法，研究了东胜矿区煤层开采引起的地表移动变形角值参数和概率积分法地表移动变形的计算参数与地质采矿条件之间的关系，建立了东胜矿区地表移动参数与相关地质采矿条件的关系式。研究结果表明：边界角、移动角、裂缝角与基岩厚度和采厚的比值相关性较大；下沉系数与采厚和基岩厚度相关性较好；水平移动系数与松散层厚度和基岩厚度相关性较好；主要影响角正切与采厚和基岩厚度相关性较好；而拐点偏移系数与地质采矿条件无显著关系，但存在变化范围为0.04～0.37，对东胜矿区煤层开采地表移动参数可以进行预计。

• 铜川矿区韩古庄-演池勘探区含煤岩系中镓分布特征

  张永强, 薛海军, 常宇飞, 侯丁根,

  为了评价韩古庄-演池煤田勘探区含煤岩系中镓的资源潜力，统计了该勘探区的煤田地质资料与试验结果数据，对该勘探区石炭-二叠纪含煤岩系中镓的分布特征、影响因素及地质成因进行了分析。结果表明：该勘探区煤层、顶底板及夹矸中的镓富集明显，下部煤层及顶底板、夹矸中镓含量的加权平均值均超过了镓的边界品位，镓含量在垂向上随着煤层层位的降低而递增，且同一煤层底板中镓的含量较顶板和煤中高，平面上东部较西北部高。太原组底部的铝土质泥岩为镓的主要物质来源，石炭-二叠纪期间的成煤环境决定了镓的富集，构造运动为镓的富集创造了有利的沉积环境条件。

• 柿庄南区块煤层气储层有利区综合评价研究

  郭广山,

  为克服煤层气有利区评价参数缺失不全、主控参数权重难确定等问题，通过灰色关联方法优选煤层气有利区评价主控因素，借助判断矩阵量化评价权重，为煤层气有利区快速评价提供客观可靠的快速评价方法。充分利用参数井和生产井的钻井数据、压裂数据及生产数据等动静态参数对柿庄南区块主力煤储层特征进行精细评价，构建多层次模糊数学评价模型，预测了有利储层的分布，划分出三级开发地质单元。研究结果表明：区块煤储层以Ⅰ类和Ⅱ类储层为主，Ⅰ类储层主要集中在中部地区，沿NNE向呈条带状分布，Ⅲ类储层则分布于北部和南部地区，其他地区为Ⅱ类区。此外，通过生产动态进行结果验证，评价结果与产气效果具有很好的吻合性；划分出23个三级开发地质单元，认为C-I1、C-I2、C-I3和C-I4为煤层气提产有利区。

• 神东矿区煤炭开采对含水层破坏模式研究

  马剑飞, 李向全,

  为了能够更快速、更有效地制定和实施煤炭开采区的含水层保护方案，在充分了解神东矿区区域含水层结构特点及与煤层的空间分布关系的基础上，总结提出了6种煤层与含水层空间关系组合模式，并对含水层破坏的模式进行归纳。结果表明：采煤引起的含水层破坏主要为顶板含水层剥离和导水裂隙带发育至含水层2种类型，可以归纳为破坏顶板中-强富水性孔隙含水层模式、破坏顶板中-强富水性砂岩孔隙裂隙含水层模式、破坏顶板风化裂隙含水层模式、破坏顶板向斜型蓄水构造模式、破坏烧变岩含水层模式等5种模式。通过空间关系组合模式可以对应破坏模式，从而可以更快速地判断水文地质条件，掌握含水层破坏特征，有利于矿区水资源保护和煤矿安全生产。

• 气流式雾化喷嘴在甲醇制丙烯反应器内的应用研究

  姚敏, 庄壮, 金政伟, 匡建平, 梁健, 苏毅,

  为了实现双通道气流式雾化喷嘴在工业化MTP多段激冷固定床内的应用，将其配置于固定床进料分布器组中，在直径12 m反应器第四级床层开展工业适应性研究，分析了不同运行周期内侧线反应物料、反应器床层出入口温度、不同位置处床层温度等变化规律。结果表明：诱导期内，液相物料进料量达1 297 kg/h，气相物料进料量为10 070 m3/h，对应床层入口温度和出口温度分别为460 ℃和485 ℃；稳定期内，液相物料进料量降至1 069 kg/h，气相物料进料量增至10 811 m3/h，对应床层入口温度和出口温度分别为459 ℃和490 ℃；失活期内，气相物料进料量略微降低，达10 006 m3/h，而液相物料进料量增至1 302 kg/h，此时床层入口和出口温度依次为466 ℃和490 ℃，双通道气流式雾化喷嘴较鲁奇公司的喷嘴更易调控反应器床层温度。

• 天津南部煤层富氧-海水地下气化模拟试验研究

  王志刚, 付小锦, 曹健, 江胜国,

  为了获取天津南部地区煤层地下气化最佳工艺参数，利用O2-CO2-海（清）水作为气化剂开展了煤炭地下气化模拟试验，研究了不同富氧浓度（40%～纯氧）气化参数的函数变化规律以及海水的催化作用，并根据质量守恒定律对最佳富氧浓度下煤炭地下气化模拟试验数据进行矫正，推算出现场生产出口煤气的参数。试验结果表明：天津南部地区煤层利用海水进行地下气化的最佳富氧浓度为80%，煤气组分H2体积分数为31.38%、CO为34.4%、CH4为5.03%、热值为9.6 MJ/Nm3；富氧浓度低于80%时，生产煤气中有效组分含量及热值与富氧浓度呈正相关；富氧浓度大于80%时，随着富氧浓度增加，有效组分含量及热值均呈缓慢下降趋势；海水气化有助于提高煤气热值和有效组分的含量，与清水气化相比分别提高18.62%和6.88%。

• 煤热解提高焦油产率及品质关键技术与研究进展

  张旭, 王利斌, 裴贤丰, 王岩, 周琦,

  针对低阶煤热解工艺普遍存在的焦油产率低、焦油中重质组分（沸点高于360 ℃的组分）含量高等关键技术问题，从煤热解机理及焦油产生过程出发，探讨了影响焦油产率和品质的主要因素，提出通过原煤预处理强化挥发分的组成和结构的控制、设计结构创新的热解反应器调控煤颗粒的热解和挥发分的二次反应过程、协同控制热解条件、控制油气中粉尘含量等提高焦油产率和品质的方法。期望新型的热解技术可处理较宽粒度范围的煤，降低挥发分在高温区的停留时间、抑制焦油二次反应，提高轻质焦油含量，并降低焦油中粉尘含量，构建热解条件和焦油组成之间的协同调控，实现煤热解油品品质强化。

• 基于强度折减法的露天矿压煤区复合边坡稳定性研究

  王东, 姜聚宇, 韩新平, 赵立春, 曹兰柱,

  为实现露天矿煤炭开采效益的最大化，基于强度折减理论，采用FLAC3D有限差分软件建立三维模型，研究了压煤区弱层暴露长度与深部开挖坡角对复合边坡失稳模式与稳定性变化规律影响，确定了复合边坡最优边坡空间形态。结果表明：复合边坡失稳模式与稳定性主要受边弱层暴露长度与深部开挖坡角控制，复合边坡的稳定性在深部开挖坡角大于25 °时，随弱层暴露长度的增加呈现明显先减小后趋近水平发展趋势；在弱层暴露长度大于200 m时，随深部开挖坡角的增加而明显减少；应用横采内排压帮开采方式空间效应，优化后边坡形态可提高复合边坡角至16 °，深部开挖坡角25 °，最大限度采出煤炭612.1万t。

• 特厚煤层综放开采矿压显现规律的采厚效应研究

  樊克松, 申宝宏,

  针对特厚煤层综放工作面矿压显现规律强烈，且对于矿压显现与煤层采厚间关系的认识不足的问题。以芦子沟煤矿3106特厚煤层综放工作面为背景展开研究，首先对采厚为17 m和30 m两种特厚煤层条件下矿山压力进行了现场实测，研究结果表明：2种条件下矿压显现规律具有一定的相似性。通过室内物理相似模拟试验建立了2种采厚条件下大空间采场覆岩结构力学模型，并分析了其对矿压显现的作用机制，指出采厚30 m时覆岩呈“下位直接顶悬臂梁-上位直接顶简支梁-基本顶铰接岩梁”的结构特征，使得直接顶和基本顶回转变形对支架作用力不增反减，导致矿压显现规律并没有随煤层厚度增加而变得强烈。

• 不同尺寸冲击倾向性煤样声发射ｂ值特征研究

  蒋军军, 邓志刚, 欧阳振华, 张宁博, 王寅, 张广辉,

  利用岩石力学试验机和AMSY-6发射信号采集系统对不同尺寸强冲击倾向性煤样进行了单轴压缩的声发射测试，借助地震学中的G-R关系探讨了其变形破坏过程中的声发射振幅随时间的动态演化规律。试验结果表明：采用累计频次和微分频次所计算的b值均能得到相似的规律，对于数据量小时可优先采用累计频次，数据量较大时可优先采用微分频次；声发射b值可以表征煤岩体失稳破坏过程，整体可将b值变化划分为3个阶段：初始波动下降阶段、非稳定过渡阶段、直线下降阶段，可归结为“递减-波动-下降”模式，3个阶段分别与应力应变曲线的各阶段相对应；不同尺寸煤岩声发射变化趋势不同，随着试件尺寸的增大，b值前期变化趋于不稳定，进入塑性阶段后表现出较高的一致性，失稳破坏前兆特征的尺寸效应并不明显；声发射b值在煤岩失稳破坏前均降至最低点，b值下降的突变点位于(0.80~0.85)σc范围内，因此可以把塑性阶段b值的持续下降阶段作为煤岩失稳破坏的一个前兆特征。