煤炭科学技术杂志

煤炭科学技术杂志2020年第1期

• 煤矿智能化标准体系框架与建设思路

  王国法, 杜毅博,

  煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。建立健全煤矿智能化标准体系，强化基础性、关键共性标准的制修订是智能化煤矿建设基础和指南。针对煤矿智能化标准建设仍处于初级阶段，缺乏统筹规划顶层设计，造成交叉规定，规范不明确及重复建设等问题，构建煤矿智能化标准体系框架，提出煤矿智能化标准体系建设路径，为智能化煤矿标准体系完善及技术发展提供参考。首先对煤矿智能化标准体系建设现状及其立项与发展情况进行分析，并通过对比工业互联网标准体系，明确煤矿智能化标准体系建设需求和重点任务；在深入研究煤矿智能化技术架构的基础上构建煤矿智能化标准体系总体框架，包括总体类标准、设计规划类标准、基础设施与平台类标准、煤矿智能化系统类标准、智能装备与传感器类标准、评价及管理类标准、安全与保障类标准7个部分，并分析各类标准研究方向；基于煤矿智能化标准体系框架对其中重点领域研究和标准制定任务进行分析阐述，提出详细的智能化标准建设方案；最终对煤矿智能化标准体系建设的思路和关键任务进行分析，明确建设目标和方向，提升煤矿智能化标准的整体支撑作用，促进煤炭产业发展。

• 基于循环神经网络的煤矿工作面瓦斯浓度预测模型研究

  李树刚, 马莉, 潘少波, 石新莉,

  瓦斯灾害制约着煤矿安全生产的发展水平，瓦斯治理是高瓦斯煤矿开采工程中的重要环节，有效预测出下一时间段瓦斯浓度并做出合理的安全防护措施，可为煤矿瓦斯治理决策提供一定的参考依据。利用循环神经网络适合处理连续时间序列样本的特性，构建了一种基于循环神经网络的煤矿工作面瓦斯浓度预测模型。该模型以宽泛策略为原则初步确定预测模型网络结构参数，选取数据量更大、时间跨度更长的瓦斯浓度时间序列为训练样本。首先采用邻近均值法和插值法处理训练样本中的异常值和缺失值，同时采用最大最小值标准化法对数据进行归一化处理，其次以均方误差和运行时间为评价指标，采用自适应矩估计优化器优化模型权重，选取修正线性为激活函数，隐藏层中加入丢弃层，通过不断调节步长、网络层数等参数，最终得到最优的循环神经网络瓦斯预测模型。研究结果表明：相比于反向传播神经网络预测模型和双向循环神经网络预测模型，基于循环神经网络的煤矿工作面瓦斯浓度预测模型的训练误差降低至0.003，预测结果误差降低至0.006，具有更高的预测准确度；同时，预测误差波动范围在0.001～0.024，具有更好的稳定性和鲁棒性。基于循环神经网络的工作面瓦斯浓度预测模型具有更高的准确度、稳定性和鲁棒性，可有效预测出下一时间段瓦斯浓度的变化趋势，从而提前做出合理的防护措施，为煤矿安全生产提供一定的参考意见。

• 基于基本顶断裂位置的综放沿空掘巷煤帮支护技术

  孟祥军,

  针对深部综放开采大断面沿空掘巷不易支护的难题，采用理论分析及现场实践的方法，研究了深部综放开采大断面沿空掘巷煤帮的破坏特点，揭示了帮部长锚索结合锚网联合支护的作用原理，提出了根据钻进煤粉量的变化来判断基本顶断裂线位置及确定深部沿空巷道巷帮锚索支护长度的方法，并在东滩矿1306工作面验证了该方法的有效性。研究表明：深部综放开采大断面沿空掘巷具有水平变形大，两帮鼓出大，特别是实体煤帮鼓出严重的特点；帮部长锚索结合锚网联合支护能够在浅部通过锚杆群和金属网形成点面结合的支护体系形成挤压加固墙，从而抵抗塑性区煤体对其侧向压力，起到加固巷道的作用；基于钻进煤粉量、围岩压力和顶板的断裂之间的联系，提出了深部综放开采大断面沿空掘巷实体煤帮的控制对策和深部沿空巷道实体煤侧巷帮锚索支护长度的确定方法；以东滩矿1306轨道巷为例进行了实体煤帮的钻孔煤粉测试，并基于测试结果进行了实体煤帮加固设计；现场工程实践表明加固后实体煤帮的水平变形明显减小，证实了该加固方法的有效性。

• 采煤机平滑靴平动固-热-力耦合特性分析

  毛君, 陈洪岩, 马英, 李玉珠, 陈洪月,

  针对采煤机滑靴在推进过程中，平滑靴与刮板输送机中部槽间瞬态温度高导致接触面磨损甚至失效的问题，构建了煤粉界面层影响下动摩擦因数的平滑靴固-热-力耦合数学模型，再以试验获取的滑靴载荷作为输入，利用Comsol Multiphysics分别对干煤粉和含水煤粉界面影响下，采煤机前、后平滑靴与刮板输送机中部槽间的固-热-力耦合特性进行分析，结果表明：接触面间温度与滑靴受力、煤粉的状态有关，干煤粉界面下前后平滑靴的最高温度为460.04 K和433.73 K，最高温度位置在作用关节中心；含水煤粉界面下前后平滑靴的最高温度为438.31 K和418.62 K，最高温度位置同样位于作用关节中心。

• 煤炭地下气化理论与技术研究进展

  刘淑琴, 梅霞, 郭巍, 戚川, 曹頔,

  煤炭地下气化作为一种煤炭原位化学采煤方法，被列为国家《能源技术革命创新行动计划(2016—2030年)》之煤炭无害化开采技术创新战略方向。从理论研究和技术开发2个方面，综述了煤炭地下气化技术的发展进程。系统阐述了煤层燃空区扩展规律及影响因素、热开采条件下煤层覆岩运移规律相关理论研究进展。以工艺路线为主线，概述了煤炭地下气化技术的发展历程，介绍了工艺路线特点、气化井连通方式、气化炉构型、气化炉运行模式以及典型工程案例。现代煤炭地下气化工艺路线是在可控后退注入点（CRIP）气化工艺基础上，集成现代钻井技术、先进的石油装备及井下测量技术而形成，其气化炉主要由长距离定向钻井构成，通过地面远程可控多介质集成注入装备及探测装备，实现煤层火区的精准控制，以及气化参数的实时调控。该工艺用于深部煤层原位开发具有显著优势，需在对示范项目综合评估的基础上，有序推进深部煤炭地下气化产业化进程。

• 焦化废水深度处理现状及技术进展

  何绪文, 张斯宇, 何灿,

  焦化废水是一种典型的高浓度难降解有机废水，具有污染物成分复杂、污染物浓度高、可生化性较差、毒性大、色度高、水质波动大等特点。由于焦化废水COD浓度高，且含有酚、酯、氰、吲哚、吡啶、长链烷烃等大量难降解有机污染物，传统的“预处理+生化处理”组合工艺无法满足新的焦化废水排放标准GB 16171—2012《炼焦化学工业污染物排放标准》，因此亟待寻求稳定、经济及资源化的深度处理工艺，以满足提标排放。基于此，综合了近几年国内外关于焦化废水水质特性、排放标准、单元处理技术等方面的研究成果；总结了目前焦化废水深度处理技术，如移动床生物膜反应器（MBBR）、曝气生物滤池（BAF）、混凝法、高级氧化技术及膜分离技术的应用现状；指出仅靠单一生物化学或物理化学处理技术很难满足达标排放或废水回用要求；提出采用“氧化预处理+MBBR+（磁）混凝”、“（磁）混凝/过滤+臭氧催化氧化”以及“（磁）混凝+高级氧化+双膜处理”3种高效经济的焦化废水深度处理新型组合工艺，并成功应用于实际工程。根据焦化废水水质条件，因地制宜地选择或开发具有处理效果好、技术先进、操作简便等优势的组合工艺是今后焦化废水深度处理技术的发展趋势。

• 燃煤烟气微藻固碳减排技术现状与展望

  夏奡, 叶文帆, 富经纬, 黄云, 朱贤青, 付乾, 廖强, 朱恂,

  燃煤电厂排放的烟气中含有CO2、SOx、NOx、重金属等污染物，显著影响了大气环境。传统的电厂烟气处理技术包括烟尘控制、烟气脱硫和脱硝等，存在工艺设备复杂、能耗高、处理成本高及二次污染重等问题，制约其应用。相比于传统燃煤电厂烟气减排技术，微藻固碳减排技术具有工艺设备简单、操作方便和绿色环保等优势。通过微藻固碳减排技术处理烟气时，微藻细胞可以通过光合作用固定烟气中的CO2，同时吸收NOx和SOx作为生长所需的氮源及硫源，并能够吸收烟气中的汞、硒、砷、镉、铅等重金属离子，获得的微藻生物质可进一步转化制取生物柴油、乙醇、甲烷等生物燃料及高附加值产品，具有广阔的发展前景。本文深入分析CO2、NOx、SOx等典型燃煤烟气污染物在微藻培养体系中的溶解、传输与转化机理及路径，系统探讨烟气污染物的微藻减排机理及其对微藻生长的影响规律。并根据烟气成分、光生物反应器结构形式、气液传质特性等对微藻生长、固碳减排的影响规律，综述了藻种筛选、光生物反应器、曝气方式等方面的研究进展及存在的问题，探讨了强化微藻生长及烟气污染物脱除的原理和方法，提出了基于燃煤电厂余热、余压综合利用的微藻烟气固碳减排及生物质采收集成系统，为燃煤电厂烟气的绿色减排技术的研究及应用提供指导。

• 煤制油化工建设项目技术经济指标与参数研究

  步学朋, 俞珠峰, 王强, 韩一杰, 陶怡, 罗腾, 田华, 张军,

  在大量调研讨论基础上，首次构建了包括煤直接液化、煤间接液化、煤制烯烃（MTO）、煤制甲醇4种工艺路线的较为完整的煤制油化工建设项目技术经济指标体系。通过实际调研国家能源集团内外企业相关煤制油化工项目运行数据与在建和规划的新建项目设计数据、大量对标分析和专家论证研究，确定了煤制油化工建设项目技术经济指标参数的合理取值。提出了可供决策参考的决策指标与参数，构建了用于投资建设项目评估的建设指标与参数，参数取值充分考虑了国家政策、规范与相关标准对项目建设规模、能效、环保、安全等方面的要求，同时体现了煤制油化工项目建设、生产管理等方面的经验和先进理念。研究成果可为煤制油化工新建和改扩建项目的前期研究、决策及项目建设、项目评估提供支撑依据，也可为国内其他相关企业煤制油化工投资建设项目提供参考。

• 采动影响下深埋软岩巷道变形特征与控制因素分析

  余伟健, 李可, 张靖, 韩森, 廖泽, 张宗堂,

  针对深埋软岩巷道虽布置在回采破坏范围之外，在回采反复扰动之下仍发生大变形的现象，采用现场调研、巷道围岩应力场分析和数值模拟试验等方法进行研究。在前人研究的基础上，建立了巷道开挖应力场和煤层回采应力场的耦合应力计算模型，代入相关数据后，发现邻近的C5煤层采空后引起的应力升高或降低幅度均在15%以下，认为单纯的应力改变一般不会造成支护整体失效或巷道大变形，反复扰动后围岩力学强度降低，致使其由弹塑性变形过渡到松动变形是关键原因。采用FLAC3D软件模拟了煤系倒转的情况及附近岩层中的巷道前期围岩变形可控、后期在回采反复扰动下应力分布特征与不均衡变形的过程。分析了持续性底鼓的原因及喷层、锚杆与锚索失效的原因。根据分析，提出了巷道的一次支护最佳状态和二次支护最佳时机，认为开挖后应优先喷浆允许巷道在弹塑性范围内充分变形以释放围岩应力后再进行强力支护，以达到一次支护最佳状态；认为二次支护的最佳时机是上区段采空之后下区段回采之前；认为施工工序和喷层厚度小导致喷层刚度与围岩协调作用不足是其失效的关键因素；认为需进行底板支护，以形成完整的支护结构，避免应力从底板释放是控制底鼓的关键因素；认为支护时机、锚杆长度和安装质量是锚杆与锚索失效的关键因素。

• 高瓦斯综采工作面定向钻孔代替尾巷抽采瓦斯技术

  林海飞, 杨二豪, 夏保庆, 李树刚, 赵鹏翔, 孔祥国, 秦雷,

  针对高瓦斯综采工作面U型通风条件下上隅角瓦斯超限问题，分析了定向钻孔代替尾巷抽采卸压瓦斯的必要性及可行性，阐述了卸压瓦斯抽采原理；利用物理相似模拟及理论分析，分析了采动覆岩裂隙演化规律，确定了定向钻孔参数，并进行现场工程应用。结果表明：随着工作面推进，试验工作面采动覆岩形成不规则冒落带、规则冒落带、裂隙带、弯曲下沉带，其中规则冒落带高度为17.9 m（采高的4.48倍），裂隙带高度为60.36 m（采高的15.09倍）；定向钻孔与回风巷平距为8～20 m，与煤层顶板垂距平均18.5 m；利用定向钻机施工钻孔偏移量较小，定位准确，瓦斯抽采纯量平均6.37 m3/min，占瓦斯涌出量的8.59%，实现了定向钻孔代替尾巷治理瓦斯效果，保证了工作面安全回采。

• 厚600 m以上冲积层冻结壁厚度设计方法研究

  李功洲, 陈道翀, 高伟,

  冻结法凿井是井筒穿过厚600 m及以上冲积层的主要凿井方法，冻结壁厚度设计计算方法是深厚冲积层冻结法凿井必须要攻克的难题之一。且深厚冲积层冻结壁厚度计算公式中涉及的相关参数难以确定，无法在工程中设计应用。结合赵固二矿西风井厚704.6 m冲积层冻结法凿井工程实践，提出厚600 ～1 000 m冲积层冻结壁设计时可采用经典的多姆克计算公式、维亚洛夫—扎列茨基有限段高塑性计算公式分别计算砂性土层、黏性土层冻结壁厚度，并提出计算公式中掘进段高、冻土抗压强度等关键参数取值方法。提出厚600 m以上冲积层冻结法凿井深部采用爆破掘进时，应将爆破掘进段高作为计算段高代入维亚洛夫—扎列茨基有限段高塑性计算公式，从而计算得到正确的黏性土层冻结壁厚度。针对深部不同层位地层冻土抗压强度试验值具有很大离散性的特点，提出冻结壁设计要从安全性、先进性、经济合理性的角度综合考量，系统分析冻土、非冻土抗压强度试验特点和深厚冲积层冻结段掘进工艺特点，冻土计算强度选取应区分均值与低值，均值用来计算各层位一般状态下的冻结壁厚度，低值用来核算层位最不利情况下的冻结壁厚度。提出合理发挥掘砌段高调控对冻结壁稳定性的影响作用，确定深厚冲积层黏性土层控制层位冻土计算强度取值和冻结壁设计厚度。设计方法在工程实践得到验证，取得安全优质、经济合理、快速施工的效果，科学指导了施工。

• 深厚冲积层破损井筒修复过程中的控制冻结技术

  荣传新, 尹建辉, 王彬, 程桦, 陆卫国, 姚直书, 林键,

  为了解决板集煤矿副井破损井筒修复过程中面临的突水问题，针对该井筒实际的破损情况以及所处地层的含水层分布规律，考虑到冻结壁在形成过程中将产生土体冻胀，从而对既有井筒产生较大的冻胀压力，为减少其对既有井筒的破坏作用，提出采用双圈孔控制冻结的方式对破损井筒的周边进行封水处理，即外圈孔采用全深(673 m)冻结，内圈孔只对破损、突水严重的380 m以深的地层进行局部冻结。为了实现对各个层位冻结壁厚度的有效控制以避免冻胀对既有井壁结构安全产生威胁，在冻结初期，根据冻结孔实际成孔情况和各个层位土体的热物理特性参数，以及冻结过程中测温孔实测数据，通过数值计算对各个层位的冻结壁的发展情况进行预测，并基于预测结果对部分冻结孔的冷量进行了控制。为了防止施工热扰动对冻结壁的稳定性造成不利影响，在井筒清理以及套壁施工过程中，根据温度场发展情况及时调整冷量供给。由现场实测数据可知，深度380 m以浅控制冻结地层的整体温度较深度380 m以深地层的温度高5 ℃左右，在整个修复施工过程中没有出现突水现象且冻结壁温度保持稳定。由此可见，控制冻结技术可有效限制土体冻胀，且冻结壁厚度较为均匀，封水性能较好，达到了预期的施工效果，该项施工技术可为今后类似工程的开展提供重要参考。

• 超长综采工作面撤架期间煤自燃预测及防控技术研究

  文虎, 王文, 陶维国, 程小蛟, 姜希印, 程邦楷,

  为治理济宁二号井9303超长综采工作面撤架周期长、采空区遗煤量大、存在漏风等问题导致的采空区煤自燃，基于数学建模、程序升温试验、现场原位监测相结合的方式，研究了适合超长工作面撤架期间煤自燃预测与防控一体的综合防治技术。根据已有的对推采期间上隅角CO预测研究与现场条件推演停采撤架期间上隅角CO浓度数学模型；通过程序升温-色谱分析试验获得采空区遗煤氧化升温过程中CO与C2H4的生成规律；依据煤自燃危险区域判定理论对采空区自燃“三带”分布进行现场观测，通过上隅角CO浓度预测数学模型、采空区束管监测数据以及工作面参数计算得到上隅角CO预测浓度，判断采空区遗煤自然发火危险性；最后结合预测结果、工作面发火特点以及煤自燃防治工作经验，提出封堵减漏、惰化降温等防控措施。结果表明：遗煤氧化升温的临界温度为60～80 ℃、干裂温度为110～130 ℃、采空区遗煤氧化升温标志气体随温度变化呈类指数增长；常温、临界温度、干裂温度三个特征温度对应的上隅角CO体积分数预测范围分别为：≤36.30×10-6、（410.02～1758.05）×10-6、（12264.33～38197.95)×10-6；通过上隅角CO浓度预测与现场监测值对比分析，成功预测了停采撤架期间采空区煤自燃程度，所提出的针对性防控措施成功消除了煤自燃隐患，保证了撤架工作的顺利进行。

• 回风散热采掘工作面降温系统

  魏京胜, 岳丰田, 杜晓丽, 高涛, 孙猛,

  为了提高回风散热矿井采掘工作面局部降温系统的能效以及提供系统优化依据，根据能量系统分析理论建立了局部降温系统的火用分析模型，给出了火用分析理论计算方法。通过分析表明：该降温系统能效比约为3.08，回风散热局部降温系统能效高；降温系统总火用损失约占总输入火用的85.41%，有效利用的冷量火用约占总输入火用量的14.59%，损失系数分布合理；虽然采用冷却水系统和冷冻水系统增加了系统?损失，但提高了系统火用效率；在设计时应根据火用损失分析，采取有效措施降低火用损失，提高系统能效。

• 矿井防尘供水管网相似试验模型构建与测点优化

  彭亚, 蒋仲安,

  依据水力相似理论，提出了构建与矿井防尘供水管网等效的相似试验模型的理论方法，基于流体力学基本方程和量纲分析法，结合重力相似准则和压力相似准则，推导出矿井防尘供水管网与其相似模型主要物理指标之间的关系，运用EPANET水力模拟软件求解最大防尘用水量下管网原型与模型水力工况并进行误差分析。结果表明，管网原型与变态相似模型对应管段的流量、流速和压差相似比尺的平均相对误差分别为0.20%、0.46%和-4.20%，验证了相似试验模型构建的合理性和可行性。同时，为进一步实现对相似物理模型水力工况的有效监测，基于信息理论和相关系数构建测点优化数学模型，并结合日防尘用水需求的动态水力模拟，对压力监测点进行优化布置。

• 碟盘刀具轴向振动破碎煤岩载荷模拟与粉碎量研究

  刘春生, 袁昊, 李德根,

  为提高煤岩的破碎效果，利用ABAQUS有限元软件分析一种碟盘刀具破碎煤岩的载荷特性，在切削厚度为14～30 mm的工况下分别进行碟盘刀具轴向振动与径向切削和径向单作用破碎煤岩的仿真试验，采用数值统计和分形比例系数的方法分析碟盘刀具破碎煤岩的载荷谱。结果表明：在碟盘刀具楔面角度为45°时、切削厚度14～30 mm的范围，无轴向振动的碟盘刀具破碎煤岩的径向载荷峰极大值与峰均值比有轴向振动情况下的大6.2%、8.4%，从数值模拟应力云图可看出，施加轴向振动的碟盘刀具破碎煤岩时其楔面对煤岩的应力影响范围更广，计算径向载荷谱的分形比例系数可知，无轴向振动的分形比例系数比有轴向振动条件下的大20.5%～67.5%，说明有轴向振动下更有利于煤岩的大块崩落。该研究可为碟盘刀具的深入研究及工程实际应用提供参考。

• 煤矿井下2 570 m顺煤层超深定向孔高效成孔关键技术

  石智军, 许超, 李泉新, 陈殿赋, 郝世俊, 姚克,

  针对现有定向钻进技术装备不能满足超长工作面瓦斯大区域治理对井下顺煤层定向钻孔深度要求的问题，提出利用泥浆脉冲无线随钻测量系统替代有线随钻测量系统进行钻进参数测量，避免了有线随钻测量系统信号传输受通缆钻杆影响的问题；基于近水平钻孔回转钻进的“岩屑楔”理论，通过优化螺杆钻具结构及调整钻进工艺参数实现复合钻进状态下钻孔增、降、稳倾角调节，进一步提高了复合钻进进尺比例，使钻进系统压力明显降低。结合保德煤矿生产需要施工完成主孔深度2 570 m、孔径120 mm的顺煤层超长定向钻孔，钻孔平均日进尺达到200 m以上，通过对该超深孔施工关键装备适应性分析可知：钻进装备稳定可靠，无线随钻测量系统信号在超深钻孔中传输稳定，复合钻进倾角控制效果良好，系统压力参数下降明显，说明该套技术装备能满足煤矿井下2 500 m顺煤层超深定向钻孔的施工要求。研究成果可为顺煤层超深定向钻孔施工和超长工作面瓦斯超前治理提供重要借鉴。

• 我国采煤沉陷领域研究现状可视化分析与展望

  赵艳玲, 李素萃, 肖武,

  为厘清采煤沉陷相关研究时间与主要科研力量及平台的分布、知识网络的研究热点、研究前沿及发展趋势，以CNKI收录的1992—2018年的1 371篇采煤沉陷相关研究文献为研究对象，利用文献计量法从年度发文趋势、研究机构和作者合作分析、发文期刊、关键词共现分析和突现词检测等方面进行可视化分析、绘制知识图谱及展望的相关研究。研究结果表明：①国内采煤沉陷领域发文数量经历了平稳起步探索-加速发展-稳定发展。②研究机构力量以高校、实验室及科研院为主，高校力量以中国矿业大学、中国矿业大学（北京）与安徽理工大学为主导；形成了“高校-企业-研究院”的较紧密的科研合作圈；筛选了该领域国内影响力较大的期刊。③利用关键词共现分析确定了“采煤沉陷区、复垦和综合治理”等研究热点，形成了采煤塌陷地、景观过程和综合治理等14个聚类。④利用关键词共现分析结果的突现检测分析将该领域研究前沿分成3个阶段，即1992—2008年的研究起步与平稳发展阶段、2009—2013年的平稳运行发展深化阶段，以及2014—2018年的酝酿和深化前期研究内容的稳定发展阶段。基于此，确定了采煤沉陷区综合治理与生态修复政策的制定与精准落实，全国采煤沉陷区基本情况的摸底调查，综合治理与生态修复的关键技术体系及综合治理与生态修复的规划编制、机制和标准等研究内容将成为今后的研究重点。

• 基于相位补偿的矿井超宽带雷达压缩感知成像算法

  郭继坤, 赵清, 陈司晗,

  基于UWB信号的井下探测成像系统中，根据Nyquist采样定理，提高发射信号的带宽以获取高分辨率，将导致大量的采样数据产生，过大的采样率将会在成像系统的硬件实现上带来很大困难。另一方面，在实际成像过程中，成像数据的完整性决定了最后成像结果的准确性，但由于存在不可避免的误差和噪声影响，以及塌方体阻碍下目标的隐蔽性，这些因素都将使得成像目标的回波数据无法满足成像要求。因此，在对目标回波进行成像处理之前，必须对回波数据进行处理，通过相关算法使回波数据满足理想的成像模型，最后聚焦方位向回波信息得到目标成像结果。为了提高穿透塌方体遮蔽目标成像的分辨率，并解决超宽带信号穿透塌方体成像得到方位向回波数据不足的问题，通过对传统的压缩感知成像算法进行分析介绍，结合井下具体成像环境，提出一种基于相位误差估计的CS成像算法对回波数据进行补偿。该算法的核心思想就是通过对回波数据计算得到相位误差，首先对回波信号的稀疏性进行验证，并构建目标信号的测量矩阵，利用CS成像算法对回波数据重构的同时对数据进行补偿，通过反复迭代误差估计，逐渐提高回波数据量和成像的质量。最后通过不同场景的仿真试验，验证所提算法在回波数据补偿问题上的有效性。

• 空间约束下的巷道修复机反铲工作装置优化设计

  王腾, 刘传杰, 张彦禄,

  针对煤矿井下巷道修复机在有限巷道高度下的卸料高度要求，确定了反铲工作装置的三节臂结构形式。基于Denavit-Hatenberg 齐次变换矩阵建立了工作装置的运动学模型，推导了铲斗齿尖在坐标系中的位置表达式，建立了反铲工作装置的空间约束关系。以提高整机挖掘力为目标，以巷道修复机工作空间限制为约束条件，采用遗传算法对工作装置进行优化设计。优化结果表明，与经验参数相比较，反铲工作装置的挖掘力提高9.4%；动臂缩短8.9%，中间臂增加47.9%，斗杆缩短18.7%，工作装置总长缩短3.6%，节约了成本；空间约束对设计变量及挖掘力的影响显著。

• 煤岩超临界CO2吸附机理及表征模型研究进展

  韩思杰, 桑树勋,

  深部不可采煤层的CO2地质封存作为CCS技术的重要方向，有望成为温室气体减排与煤层气高效开发的可行性手段。近年来随着我国CO2-ECBM工程探索逐渐向深部煤层进军，超临界CO2与煤岩的相互作用受到越来越多的关注。煤层的CO2地质封存能力主要取决于煤岩的吸附能力，煤岩超临界CO2吸附作用的研究成为CO2-ECBM的重点研究领域之一。本文梳理了大量煤岩超临界CO2吸附实验结果与模型，指出超临界CO2密度变化是过剩吸附曲线异常的原因，论述了水分、显微煤岩组分、煤阶、温度与孔隙尺寸对超临界CO2吸附能力的影响机理；总结了煤中超临界CO2吸附速率在不同压力、温度、粒径及煤阶中的变化规律；在前人关于不同孔径孔隙中的不同吸附行为研究的基础上，凝练了煤中超临界CO2的孔隙选择效应模式，认为超临界CO2的非凝聚性与高密度特征是形成煤岩多尺度孔隙中不同吸附行为的原因；分析指出了今后煤岩超临界CO2吸附作用研究可能的发展方向。本文旨在评述煤岩的超临界CO2吸附的相关研究进展，为深化认识煤岩超临界CO2吸附机理与表征模型提供基础和启示。

• 厚松散层薄基岩坚硬顶板工作面覆岩破坏电法监测

  吴荣新, 吴茂林, 曹建富, 张平松,

  掌握导水裂缝带发育高度对于厚松散层薄基岩煤矿工作面安全开采具有重要的意义。在煤层采动影响前，在工作面巷道向煤层工作面顶板施工1个仰孔，布置孔中电极电缆，形成钻孔电法监测系统。在巷道中连接并行电法仪器和钻孔电缆,数据采集方式称为AM法。随采煤工作面位置逐渐接近并进入钻孔控制范围，监测电极电流值和视电阻率值发生变化。结果表明：对潘北煤矿厚松散层薄基岩坚硬顶板工作面电法监测显示，弯曲下沉带电极电流值和视电阻率值较为稳定，受采动影响程度较小；导水裂缝带内，电极电流值明显下降，视电阻率值明显升高；顶板高度0～40 m采动超前影响范围可达410 m左右；工作面坚硬顶板砂岩地层为控制覆岩破坏的关键层，采空区上方坚硬顶板岩层垮落滞后工作面9～16 m；工作面导水裂缝带高度为37 m，导水裂缝带未发育到基岩面，风化砂质泥岩裂隙在采动应力作用下存在闭合现象。

• 煤矿岩巷掘进爆破掏槽孔超深问题探讨

  杨仁树, 张召冉, 安晨, 郑昌达, 丁晨曦, 肖成龙,

  掏槽技术是影响煤矿岩巷钻爆法掘进效率的关键，为了探讨掏槽孔超深深度（掏槽孔与非掏槽孔深度之差）与炮孔利用率之间的关系，采用文献检索法和现场试验开展相关研究，以近40年岩巷爆破掘进实际案例为对象，从时间、岩性、断面大小、炮孔深度、掏槽形式等5个维度对我国煤矿岩巷掘进施工相关文献进行了统计分析研究。研究结果表明：自20世纪80年代以来，岩巷爆破设计的掏槽孔超深深度均设定约为200 mm，炮孔利用率维持在90%左右，5个维度中岩性对炮孔利用率的影响最为显著，并就掏槽孔超深深度为200 、300 、400 和500 mm时进行了现场爆破试验，炮孔利用率较超深深度为200 mm时的89%分别提高到93%、97%和97%，最大提高了8%，试验条件下掏槽孔超深深度的最优为400 mm；掏槽孔超深深度与炮孔利用率具有较强的相关关系，适当加大掏槽孔超深深度能显著提高炮孔利用率，而不同施工条件下掏槽孔超深深度的确定有待研究。

• 断顶爆破防治冲击矿压技术体系及效果评价研究

  窦林名, 阚吉亮, 李许伟, 齐燕军, 白金正, 刘明洪,

  断顶爆破在坚硬顶板条件下的冲击矿压灾害防治中应用广泛。基于动静载叠加原理，理论分析了断顶爆破防治冲击矿压的作用机制，在对冲击危险预评估和冲击危险动态演化特点分析的基础上，揭示了冲击危险具有分时、分区和分级的“三分”特征，建立了分时、分区、分级断顶爆破防治冲击矿压技术体系，应用于坚硬顶板型冲击矿压防治工程实践，并通过采取理论计算、钻屑监测和微震监测手段进行断顶爆破效果评价。结果表明：爆破后形成的裂隙区贯通为连续的弱面是控制冲击矿压最重要的区域，断顶爆破能够减弱由于顶板瞬间破断或垮落释放的动载强度，降低上覆悬顶施加在煤体内的静载强度并促使煤体峰值应力向工作面前方转移，达到降低冲击矿压危险的目的；依据揭示的冲击危险分时、分区、分级的“三分”特征，建立了“开切眼倾向断顶爆破、临空煤柱侧走向断顶爆破、工作面内超前预裂爆破和及时解危断顶爆破”的分时分区分级断顶爆破防治冲击矿压技术体系，相应进行了断顶效果评价，其中开切眼倾向断顶爆破后工作面初次来压和周期来压阶段顶板聚集的能量分别降低72%和76%；临空煤柱侧断顶爆破后煤柱内钻屑值下降0.55 kg/m；工作面内预裂爆破区域在回采期间出现微震总能量、单日最大能量均明显降低，微震频次显著增加的整体规律，验证了分时分区分级断顶爆破技术体系对防治冲击矿压的有效性。

• 水力冲孔孔洞周围煤体地应力和瓦斯时空演化规律

  王恩元, 汪皓, 刘晓斐, 沈荣喜, 张超林,

  水力冲孔作为煤层卸压增透的强化措施，被大量应用于松软低透高突煤层。针对目前水力冲孔周围煤体多场分布演化规律不清、水力冲孔卸压半径等参数难以确定的问题，以河南梁北矿二1突出煤层为工程背景，利用自主研制的应力监测系统，结合现场瓦斯流量测试，开展了对水力冲孔实施区域地应力场和渗流场的同步监测，获得了冲孔孔洞周围煤体地应力场和瓦斯场的时空分布及演化规律。结果表明：①水力冲孔后孔洞周围煤体应力场存在动态演化过程，卸压区和应力集中区逐渐向外迁移，直到3天后才基本趋于稳定；②应力趋于稳定后，距冲孔中心4 m内为应力卸压区，4～5 m为应力过渡区，超过5 m为应力集中区，卸压区半径是冲孔孔洞等效半径的10倍多；③距冲孔中心4 m以内区域裂隙场发育，渗透率和抽采孔瓦斯流量增加，但周围应力集中区的渗透率和钻孔瓦斯流量变得更低。研究结果为准确确定水力冲孔及瓦斯抽采参数、有效卸压增透和强化瓦斯抽采效果提供理论和实践依据。

• 不同层间压差条件下叠置含气系统的定产合采试验研究

  许江, 李奇贤, 彭守建, 韩恩德,

  为了研究滇东—黔西地区的多层叠置含气系统煤层气合采的产气特征，以4层合采方式为研究背景，利用大型多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统展开3组不同层间压差条件下的定产煤层气合采物理模拟试验，研究了4个煤层在煤层气合采过程中的储层压力、瞬时产量、产能贡献率等参数动态演化规律。研究结果表明：在合采过程中，1号煤层的储层压力在11.5 min上升至1.1 MPa，出现明显的压力上升，这是由于煤层之间的储层压力差过大会形成层间干扰现象，使低气压煤层的储层压力上升，但该现象主要发生在合采初期，并随着合采时间的延长而减弱；在11.25 L/min的定产生产条件下，1—4号煤层的初始瞬时产量分别为-23.4、-1.6、9.3、18.3 L/min，因此当单层产气能力高于定产值时，高气压煤层的部分产气量通过井筒汇入低气压煤层，形成倒灌现象，且层间压差越大，倒灌的气量越大；在0.2、0.3和0.5 MPa的3种层间压差条件下，1号煤层在第10 min的产气贡献率分别为-3.2%、-10.4%、-16.9%，所以在合采初期，层间压差越大，对低气压煤层的产气的抑制作用越大；在稳产期内，不同储层压力的煤层产气呈现为一种“动态平衡”的产气特征，即当相对高气压煤层的产气能力不足时，相对低气压煤层的产气能力开始增加，从而维持稳定产气。

• 基于永磁涡流传动的长距离带式输送机启动特性研究

  郭永存, 何家锐, 李成林,

  针对矿用带式输送机启动过程易出现打滑、淤带和断带等问题，基于永磁涡流传动技术，将双盘式磁力耦合器作为带式输送机的驱动装置，建立双盘式磁力耦合器动态数学模型，运用AMEsim软件搭建带式输送机系统仿真模型，设置启动时间分别为60、80和100 s，采用Harrison控制曲线启动时，研究带式输送机满载启动时机头、机尾部输送带的速度特性和张力特性，张紧装置位移特性以及双盘式磁力耦合器调速气隙特性，仿真结果表明：当启动时间为60 s时，带式输送机输送带速度波动大，动张力明显，尾部输送带最大张力达到29 kN，启动过程不平稳；双盘式磁力耦合器调速时，气隙变化与带式输送机启动速度变化趋势相反，启动过程气隙从22 mm减小到4 mm；当启动时间为80 s和100 s时，带式输送机启动过程相对平稳，速度和张紧装置位移波动小，尾部输送带张力波动幅度分别为5 kN和3 kN；带式输送机启动过程存在最佳启动时间，继续延长时间，对带式输送机启动特性影响越来越小，80 s可作为合理启动时间。

• 8.8 m超大采高工作面矿压显现规律实测及机理分析

  杨俊哲, 刘前进,

  针对浅埋深超大采高工作面矿压显现强烈的问题，基于支架压力现场监测，对上湾煤矿8.8 m超大采高工作面矿压显现规律进行了研究。结果表明：8.8 m超大采高工作面基本顶初次来压步距为45 m左右，周期来压步距平均为13.5 m，动载系数平均为1.6；超大采高工作面周期来压具有来压步距短、来压持续时间长、来压区域性明显、动载矿压强烈等特点。根据工作面上覆顶板结构分析认为，工作面开采强度大、顶板活动剧烈，关键层结构单一、赋存层位低、易滑落失稳、上覆顶板整体性破断，是造成浅埋深超大采高工作面矿压显现强烈的主要原因。

• 深部开采底板厚隔水层突水危险性评价方法研究

  尹尚先, 徐维, 尹慧超, 曹敏,

  突水系数对于深部开采底板厚隔水层突水危险性评价并不完全适用，为了解决深部带压开采底板厚隔水层突水危险性评价问题，据矿井条件建立底板突水主控指标体系，利用区间灰色最优聚类理论，借助GIS强大的空间信息管理和分析功能完成模型的建立、计算以及结果展示；结合层次分析法AHP依据主控因素对突水危险性贡献程度确定其权重系数，采用K-Means聚类算法根据数据分布特征和专家知识及经验划分不同危险性类别所对应区间值，解决了主控因素的复杂性和不确定性问题；按照隶属度的概念改进了经典白化权函数，定义了每个类别的白化权函数不只是与相邻的上、下两个区间存在着关系，而与每个区间的标准值均有关，利用白化权函数将离散的灰数映射到区间灰数上，解决了主控因素物理意义、量纲、量级巨大差异所导致的结果失真问题。以各主控因素在危险性等级下隶属度均为1的确定性判断作为系统特征行为序列，计算评价对象与每个危险性类别的邓氏灰色关联度，形成关联度矩阵。再通过以评价对象与各危险性类别的差异程度为权的加权广义距离描述评价对象与h类别的接近程度，最终建立最优模型。研究结果表明：以邢东矿为例，根据勘探资料和历次突水调查结论，选取了6个主控因素，用AHP确定了权重系数，用K-Means聚类算法确定了安全、较安全、较危险和危险4个等级区间值；再使用灰色最优聚类理论得到了底板突水危险性评价分区图；最终，得到了各危险性等级的分布情况和面积大小等数据，运算结果显示历次突水事故发生的位置都位于危险区域。对比突水系数法的评价结果，由于采用信息量更大，用隶属度关系减弱了临界值的绝对控制作用，使结果更加系统全面，同时克服了基于薄板理论的突水系数法只适用于底板隔水层厚度小于50 m 的局限，是深部带压开采底板厚隔水层突水危险性评价有效方法。

• 泰安市土地利用类型与地表温度的关系研究

  齐广慧, 唐凯, 赵传华,

  文中以泰安市为研究区域,选取2018年5月Landsat 8 OLI/TIRS影像为数据源,采用最大似然分类法得到泰安市土地利用分类图,同时采用单窗算法反演地表温度得到地表温度图,从小尺度城市内部分析土地利用类型与地表温度之间的相互关系。得出土地利用类型与地表温度关系,可表示为:居民地及工矿用地>裸地>耕地>林地及草地>水体。居民地及工矿用地对地表温度的升高贡献最大,而水体和林地对地表降温有明显效果,能有效缓解热岛效应等城市气候问题,并为泰安市城市规划和未来建设提出合理建议。

• 供水管线综合监管“一张图”平台的设计与实现

  张喜麟, 陈建宇, 侯立,

  为了解决同煤集团供水管网智能化管理面临的问题,文中提出了供水管网"一张图"平台的设计思路,对"一张图"平台涉及的数据标准规范、供水管线及业务数据协同更新、地图服务发布与共享应用等关键问题进行了分析与研究,形成了适用于同煤集团当前供水管线业务管理的"一张图"解决方案,开发了供水管线综合监管系统,应用效果显著。

• 黄土丘陵区高压输电线塔下压煤安全开采

  周磊刘明,

  晋西黄土丘陵地区地形复杂,冲沟发育,黄土层地表受煤炭开采影响后地表移动变形剧烈,地表移动变形十分复杂,容易引发地裂缝、崩塌、滑坡等地质灾害。为确保地面高压输电线塔安全使用,通过对黄土丘陵区地表采动变形及损坏特征及地表高压输电线塔抗采动变形能力分析,文中提出了高压输电线塔保护性开采方案,并对高压线塔采取安全保护措施,实践表明采后未影响高压线塔的安全使用。

• GYROMAT3000陀螺经纬仪仪器常数的温度漂移测定

  郭迎钢, 李宗春, 张冠宇, 宋建鹏,

  以某台GYROMAT3000陀螺经纬仪为实验对象,在步入式高低温实验室内设计并开展了仪器常数温度漂移测定实验。实验结果的方差分析表明,该台仪器的仪器常数的温漂对定向结果无显著影响。根据实测结果,利用三次样条函数拟合了仪器常数温漂曲线,并给出了不同温度下仪器常数的取值建议。