煤炭科学技术杂志

煤炭科学技术杂志2020年第3期

• 智能化煤矿分类、分级评价指标体系

  王国法, 庞义辉, 刘峰, 刘见中, 范京道, 吴群英, 孟祥军, 徐亚军, 任怀伟, 杜毅博, 赵国瑞, 李明忠, 马英, 张金虎,

  针对我国智能化煤矿尚没有统一标准，无法对煤矿智能化建设和发展水平进行科学合理定量评价的问题，开展了智能化煤矿生产技术条件分类与智能化程度分级评价指标体系研究，提出了煤矿智能化程度的定义及量化指标，结合不同区域、不同开采条件智能化煤矿建设实际，制定了智能化煤矿分类、分级评价指标体系与评价方法，开发了智能化煤矿分类、分级评价软件系统。首先以煤矿所在区域、地质条件为基本指标，以矿井开采技术参数、开采效率、安全水平、建设基础为参考要素，建立智能化煤矿分类评价指标体系，将煤矿分类评价条件分为良好、中等、复杂3类；然后，根据煤矿分类评价结果，对不同类别煤矿进行智能化程度的分级评价。基于智能化煤矿开拓、生产、运营等主要流程，将智能化煤矿巨系统细分为信息基础设施、智能地质保障系统、智能综采系统、智能掘进系统、智能主煤流运输系统、智能辅助运输系统、智能综合保障系统、智能安全监控系统、智能分选系统、智能经营管理系统等10个主要智能化系统，提出了智能化煤矿10个主系统及相关子系统智能化程度评价指标体系。针对不同生产技术条件分类的煤矿，采用与之相适应的智能化评价指标体系，就可以对煤矿智能化程度进行定量评价。按照综合评价结果，将智能化煤矿划分为甲、乙、丙和不合格4个等级。以陕北某矿智能化建设工程为例证，进行了矿井生产技术条件分类与智能化程度分级评价分析，验证了评价指标体系与评价方法的科学性与可靠性，评价结果不仅可以反映该矿井的智能化建设水平，也可以为新建智能化煤矿和生产煤矿的智能化建设与升级改造提供依据。

• 露-井联采下煤层倾角对边坡稳定性影响规律研究

  武懋, 才庆祥, 杨轲,

  随着我国煤矿井下支护技术和设备的快速发展，利用井工开采露天煤矿端帮呆滞煤技术也日渐完善，为了研究不同煤层倾角条件下，露-井联采叠加扰动对露天煤矿端帮边坡稳定性的变化规律，依据煤层赋存条件及开采方式将端帮边坡下煤层倾角分为水平、水平、顺倾、逆倾3种类型，采用理论推导分析井工开采对端帮边坡的破坏原理，根据安家岭露天煤矿的岩体力学参数建立数值模型，通过数值模拟方法从端帮边坡的高应力区分布、变形破坏程度和破坏范围3个方面进行研究，得出露天煤矿端帮相同开采工艺、不同煤层倾角条件下边坡稳定性变化规律。结果表明:煤层倾角越大，工作面两侧高应力区影响范围越大，合理控制开切眼位置与边坡面的距离，可避免井采高应力区对边坡稳定性的影响；端帮下煤层倾角越大，井工开采后边坡的破坏范围越大；煤层为顺倾赋存状态时的对边坡的破坏程度大于水平赋存状态，而逆倾赋存状态破坏程度小于水平赋存状态；端帮下煤层顺倾状态不利于边坡稳定，煤层逆倾状态有利于边坡稳定。

• 上覆遗留区段煤柱对下伏煤层开采的扰动影响研究

  李春元, 王泓博, 石瑶玉,

  上覆遗留区段煤柱导致底板应力环境改变，而下伏采场在开采扰动和遗留区段煤柱底板高应力双重作用下极易出现剧烈矿压问题。根据遗留区段煤柱对底板应力的扰动传播规律，研究了下伏煤层开采前后上覆遗留区段煤柱对底板应力的扰动演化机制，计算分析了遗留煤柱区域下伏煤层开采的扰动宽度范围；应用FLAC3D数值软件模拟了上覆遗留区段煤柱影响下下伏煤层开采的扰动破坏特征；现场实测验证分析了遗留区段煤柱对下伏煤层巷道布置及采场来压的影响。结果表明：下伏煤层开采前遗留区段煤柱对下伏煤层的扰动范围与煤柱宽度和层间距呈正相关关系，但层间距对扰动范围的影响更为显著；下伏煤层开采后，在采动及遗留区段煤柱底板高应力叠加作用下，下伏采场推进方向由煤壁向采场前方深部，扰动宽度较下伏煤层开采前呈增加—减小—稳定趋势，并在超前支承压力峰值处宽度达到最大；煤柱宽度20 m时，下伏煤层开采后的最大扰动宽度可由开采前的30 m增加至36 m，增加20%，扰动角由32°增高至45°，增高40.6%，超前支承压力峰值较开采前也增加了14.8 MPa；且现场回采时，遗留煤柱区域下伏采场来压步距均值28.3 m，较采空区下来压步距均值20.5 m增加约38%，动载系数增高约7.1%，应加强遗留煤柱扰动范围内的顶板维护，确保下伏采场安全开采。

• 磁力煤泥重介旋流器分选密度强化作用研究

  樊盼盼, 董连平, 刘翼洲, 骆灿金, 连经利, 陈忠钰, 樊民强,

  为了提高煤泥重介旋流器分选效果，丰富调控手段，以实验室磁力复合煤泥重介旋流器为研究对象，针对现阶段磁力旋流器励磁方式-空心线圈电磁场，以低碳钢为材料进行了附加磁路结构设计，实现了旋流器分选区磁场的靶向引导与强化。采用有限元模拟分析软件ANSYS对设计磁路进行磁场特性仿真分析，得到附加磁路结构可改变分选作用区磁场形态，提高磁场强度的结论，线圈中心最大磁场强度由无磁路时的4 102 A/m提高到大聚磁环作用下的4 930 A/m，内聚磁结构因其特殊的结构设计达到14 418 A/m。基于磁场仿真结果，对比进行了不同磁路磁场特性下纯磁铁矿粉介质分配试验和-3 mm粗煤泥重介质分选试验，得到不同磁场强度下纯磁铁矿粉底流、溢流分配规律及粗煤泥分选规律。试验结果表明，相比于无磁路磁场，外聚磁磁路结构不改变底流、溢流介质分配规律的总体趋势；内聚磁结构对磁场积聚作用强，磁场强度高，溢流悬浮液密度较空心线圈降低，底流悬浮液密度升高，精、尾煤灰分较较空心线圈均有所上升，得到内聚磁结构可强化提高煤泥重介旋流器分选密度的结论。通过对磁力旋流器磁场附加磁路，为磁力旋流器磁场设计提供了一种新方法，为分选效果磁调控方法提供了一种新思路，对优化磁力旋流器磁场特性，充分发掘磁场在煤泥重介旋流器分选工艺的应用潜力、丰富复合力场分选理论具有一定的理论与实践意义。

• 煤层气水平井井型结构分析及钻完井技术优化

  赵凌云, 易同生,

  水平井是实现煤层气高效开发的关键技术，为了优化水平井井型及配套钻井技术，提高煤层气井产量，基于煤层气排水降压采气的基本开发原理，提出了煤层气水平井井型和钻井工艺设计的基本原则，研究了各类煤层气水平井井型的优点和缺点，并针对高效水平井井型提出了配套钻井工艺优化方法。研究结果表明：水平井井型和钻井工艺优化应遵循便于排水降压、增加产气面积、力求井眼稳定和走低成本道路的原则；V型井、Ｌ型井与其他井型比，共用或取消排采直井，大幅降低了成本；从多分支井到单支井实现了套管、筛管完井，实现了水平井井眼支撑和重入，增强了稳定性，实现了增产措施应用；从多分支到单支压裂，保持了较大的产气面积；L型水平井是未来煤层气水平井的主要井型，但由于排采工艺不过关， 常规地面抽采L型水平井不能大规模推广，Ｖ型水平井是目前最为高效、适宜排采的水平井井型，但采动区L型水平井不需要排水降压则是煤矿瓦斯抽采的有效技术，可以大规模推广。钻井工艺由三开变为二开，一开采用φ444.5 mm大钻头，水平井眼直径由139.7 mm增加至339.7 mm，提高了水平井日产气量。通过直斜段固井技术，实现了水平煤层段不固井和筛管、套管完井，为保护和改善水平段储层渗透率奠定了基础，该工艺技术在沁水盆地南部和鄂尔多斯盆地东缘试验获得了较好的效果。

• 矿区大型滑坡体力学机理及地质演化模式研究

  李巧刚, 张树东, 吴斌,

  基于很多煤矿位于山区，常发生山体滑坡灾害，对矿区居民的正常生产生活造成严重影响，因此对滑坡灾害成因的研究对地质灾害的防灾减灾工作具有重要意义，以北京市房山区大安山矿军红路滑坡为例，采用微观电镜扫描（SEM）和TTRⅢ多功能X射线衍射仪对组成滑坡体的岩石微观结构和成分进行了分析测定，并在2 000 kN岩石单三轴实验系统对滑坡体岩石力学性质进行了测试。研究结果表明：滑坡体主要由侏罗系南大岭组变质玄武岩、二叠系石盒子组灰白色含砾石英砂岩构成，这几种岩石中,黏土矿物含量较高，玄武岩为36.1%、砂岩为40.6%、砾岩为18.5%；军红路滑坡是典型的降雨诱发型滑坡，连续多日降雨造成雨水沿后缘裂缝入渗，软化并降低软弱夹层强度，经历了卸荷拉裂、时效变形、局部溃屈和整体高速滑坡4个阶段；组成军红路滑坡的多种岩石的矿物成分中黏土矿物含量较高，水对岩石力学特性影响显著，单轴强度饱水弱化分别达玄武岩54.2%、砂岩为40.0%、砾岩为35.2%，这对于该滑坡在降雨作用下发生及迅速启动有至关重要的作用；结构面是影响岩石力学特性的重要因素，在变形过程中，岩石沿着软弱结构面先发生破坏，降雨又进一步加速了结构面的破坏，是导致军红路滑坡发生的另一个原因。

• 旁孔透射波法检测既有建筑桩长的数值模拟研究

  石婷, 王新宇, 梁耀哲,

  旁孔透射波法已广泛用于桩基长度和缺陷检测中，既有建筑物桩基在受荷环境下工作，旁孔透射波法对既有建筑物桩长检测的适用性研究不多，采用ABAQUS有限元软件进行旁孔透射波法检测既有桩基长度的数值试验，结合理论分析，研究了既有建筑荷载、桩长、旁孔深度、桩孔距等参数对旁孔透射检测响应特征的影响，确定不同条件下桩长检测误差修正方法的适用性。研究结果表明：当桩基处于线弹性工作阶段，上部荷载对旁孔透射波法确定桩长的检测影响可忽略，表明旁孔透射波法对既有建筑物下桩长检测适用性好，但在应用中应注意旁孔深度和桩孔距的影响；校正法在孔深充足时精度较高，误差在10%以内，交点平移法在桩孔距较小时误差较小，不超过11%，拐点法误差受孔深影响较小，精度较高，孔深不足时最大误差为7%，“交点法”误差通常较大，超过10%。

• 深部煤层非充分采动下覆岩裂隙场可视化探测研究

  王玉涛, 刘震,

  覆岩采动裂隙分布规律与导水裂隙带高度的探测是煤矿安全开采研究的热点问题之一，对矿井水害防治与瓦斯治理具有重要作用，为获得深埋煤层在非充分采动下覆岩裂隙场分布特征及导水裂隙带的发育高度，以济宁煤田某矿为试验矿井，采用传统经验公式、钻孔冲洗液漏失量观测及钻孔电视观测3种方法，进行了理论计算、定量探测和定性分析。探测结果表明：缓倾斜煤层平均倾角6°、埋深538～595 m、条带式非充分采动下，导水裂隙带高度66.0 m，为采高的23.6倍；垮落带高度8.45 m，为采高3.02倍；覆岩采动裂隙主要为NEE向斜裂缝形式，发育在垮落带与裂隙带下部，主要发育范围为采空区底板以上约33.55 m，约为采高的12倍，占导水裂隙带高度的50.8%；采动覆岩裂隙在裂隙带表现出明显的分层性，裂隙带上部裂隙发育强度与宽度有限，虽具有水文意义，但对采空区地表残余变形影响较小；裂隙带下部裂隙发育强烈，存在多处离层，对地下水渗流和采空区地表残余变形均存在一定程度影响；对比分析表明，3种方法在精度上存在较大差异，钻孔彩色电视观测效果最优，可精确探测岩体内部裂隙分布及其产状；钻孔冲洗液漏失量观测效果次之，可以获得较为精确的数据；传统经验公式精度最差，仅能确定大致范围。

• 长焰煤低温氧化主要官能团迁移规律研究

  张嬿妮, 刘春辉, 宋佳佳, 王安鹏,

  煤自燃是引起煤矿火灾的主要原因，宏观上表现为煤自燃释放热量不断积聚，最终导致煤体升温引发火灾；微观上表现为煤中的活性官能团不断与氧进行各种氧化反应产生热量，不同煤种微观结构的种类和数量不同导致煤自燃倾向性不同。为研究典型杨伙盘长焰煤的原始波谱图、特征温度点的红外结构参数变化规律和主要官能团的迁移规律，采用原位漫反射傅里叶变换红外光谱测试系统，测量煤氧化过程中官能团的变化，得到了长焰煤原始煤样的波谱图；采用Origin软件对原始波谱进行分峰拟合，得出了各官能团的含量；计算分析了不同特征温度点下的红外结构参数，并与阳泉无烟煤进行了对比分析。结果表明：原始煤样中长焰煤的内表面积比较大，内部结构疏松，脂肪氢含量较多，脂肪链长度较短，芳香缩合度较低，更易发生自燃；随温度升高，各个温度点结构参数I1长焰煤小于无烟煤，结构参数I2长焰煤大于无烟煤，结构参数I3长焰煤为先递减后递增的趋势；长焰煤中羟基、脂肪烃和含氧官能团是较活跃的基团，主要受自身羟基含量、烷基侧链和脂肪烃长链的影响，在煤氧化过程中变化较大，对煤的氧化反应影响较大；芳香烃在长焰煤中的变化较小，相对比较稳定。

• 焦作马厂勘查区煤层气富集规律及主控因素研究

  杨恒, 罗宪, 孙长彦,

  为了查明马厂勘查区煤层气富集规律及主控因素，采用了现场调研、取样和实验室测试的方法，结合煤炭资源勘查阶段的资料，深入总结了该区二1煤层含气性分布特征，系统分析了影响该区煤层含气量的内在和外在因素。结果表明：马厂勘查区实测煤层含气量13.77～27.30 cm3/g，平均20.26 cm3/g，整体呈现出由西到东、由南到北减小的趋势，西南部最高。这种分布首先受4种内在因素控制:①二1煤镜质组含量较高，具有较强的生气能力，有利于煤层气的生成；②二1煤灰分和水分含量较低，煤层吸附能力较强，有利于煤层气的赋存；③二1煤层主要由微孔组成，能够为煤层气吸附提供较大的比表面积，有利于煤层气的赋存；④软煤在构造应力的作用下，煤的分子和晶体结构发生变化，孔隙度和比表面积有所增加，使得其亲甲烷能力有所增强，煤层含气量增高。然后受2种外在因素控制：①随着上覆基岩厚度的增加，封存能力逐渐增强，煤层含气量逐渐增大；②因断层的作用使得北部断块中二1煤层与奥陶系石灰岩直接对接，形成相对导水边界，地下水的径流不可避免地带走一定量的煤层气，引起煤层含气量降低。中部断块中因凤凰岭强径流带的作用，煤层气以水流为载体进行运移，导致煤层含气量降低，但相对高于北部断块；南部断块中二1煤层与二叠系弱透水岩层对接，对煤层气的保存有利，煤层含气量较高，形成马厂勘查区煤层气最有利富集区。

• 超声波激励下煤层气解吸扩散特性的研究

  姜永东, 宋超, 王苏健, 康智鹏, 王鹏, 黄克军,

  为了揭示超声波强化煤层气高效抽采的机理，自主研发了可控超声波激励煤吸附/解吸甲烷试验装置，试验研究了不同功率的超声波激励下煤中甲烷的解吸规律，结果表明：不加超声波和超声波激励下煤中甲烷的解吸动力学规律相同，在煤中的甲烷解吸全过程中，甲烷的初始解吸速度较大，随着时间的缓慢增加，解吸速度逐渐减小，最终趋于0，且解吸规律能很好地遵循扩散模型；超声波作用下煤中甲烷解吸量增大，且超声波功率越大，解吸量增幅增加，解吸量增加26.1%～65.6%；基于传热传质学理论，超声波激励下煤的传质毕欧准数减小，扩散系数增大，表明超声波能促进甲烷解吸、扩散。

• 煤与瓦斯突出煤层群安全高效开采技术体系与展望

  李琰庆, 杨科, 秦汝祥, 余岩,

  为了解决淮南矿区煤与瓦斯突出煤层群条件下复杂煤层赋存、多源瓦斯涌出、重复开采扰动、多头面生产准备等制约安全高效开采难题，通过分析煤与瓦斯共采技术原理，结合不同的煤与瓦斯赋存特点，对常规的开采上、下保护层瓦斯治理模式进行优化，提出重复开采下保护层远程缷压、开采近距离上保护层抽采瓦斯和顺序向上(下)开采依次保护3种煤与瓦斯共采改进模式，形成“采前、采中、采后”、“本煤层、邻近层、采空区”、“井下、井上”立体抽采瓦斯技术，以及无煤柱开采、突出危险保护层消突、岩巷快速施工、钻孔防喷及增透抽采、地面钻井施工、薄煤层开采装备等配套关键技术。统筹掘进、打钻、抽采、开采等安全生产工作，总结出准备区、治理区、开采区“三区”生产组织方式，从时间、空间上部署多煤层多头面多工序合理有序施工。应用结果表明：突出煤层群可以在低瓦斯状态下安全高效开采，能够建成特大型煤与瓦斯突出井工矿井。最后，针对深部开采面临的灾害治理工程量大、周期长、用工多、成本高等问题，给出了地面钻井治理瓦斯与水害技术思路、高瓦斯自燃煤层无煤柱无巷采煤攻关方向和智能矿山建设设想，并指出探索地面钻井治理灾害新技术、推广无煤柱无巷采煤新工法、研发智能化无人开采新装备是未来的创新方向。

• 多组分气体混合物在煤的孔隙中运动特性研究

  王铭明, 于浩, 汪晨, 胡圣明,

  煤的孔隙结构为气体的贮存和运动提供了良好的场所，煤自热过程中释放的气体混合物能在其孔隙中运动，也能受到煤的吸附作用。为了准确评估煤矿内源火灾风险，对瓦斯在煤颗粒孔隙中的运动特性进行了研究。研究了煤自热过程中释放的多组分气体，及其在煤颗粒的孔隙中运行特性。研究结果表明：煤的自热试验中反应器的出口处各种气体浓度可确定煤的自热释放特性，主要释放出气态氧化物（CO和CO2）和热分解气体（烃类及H2）；这些气体的混合物可被用于煤矿内源火灾的风险评估；混合气体在煤中的吸附特性可由吸附柱的出口及入口气体浓度的比值确定。各组分气体在吸附柱的出入口浓度与各种气体分子的物理化学性质有关，临界温度较低的气体不容易在煤的孔隙中被吸附，分子尺寸小的气体比大分子气体更容易被吸附。

• 新疆煤矿区瓦斯抽采利用技术现状及展望

  王刚, 杨曙光, 张寿平, 刘学良,

  新疆煤炭及瓦斯资源丰富，是我国能源战略后备基地和煤炭生产力西移的重要承接区，但煤矿瓦斯抽采利用规模小、技术水平低，与其煤炭开采量极不匹配。通过对国内外煤矿瓦斯抽采、利用技术领域科学研究与工业应用进展的调研分析，根据不同浓度瓦斯的利用技术差异，将瓦斯浓度更科学地精确划分为5级。新疆煤矿区产出瓦斯主要为乏风瓦斯、巷道瓦斯钻孔抽采的特低-低浓度瓦斯，乏风瓦斯的科学利用技术方向为蓄热氧化发电，而钻孔抽采瓦斯因其地域的不同存在瓦斯浓度的差异，库拜、阜康、艾维尔沟等地区的低浓度瓦斯适宜燃气内燃机发电，其他矿区的特低-低浓度瓦斯适宜作为掺混气源与乏风掺混后蓄热氧化发电。对瓦斯抽采利用的瓦斯治理需求与严峻环保形势进行剖析，借鉴国内高阶煤地区成熟的瓦斯治理模式，根据新疆急倾斜、侏罗系中低煤阶地质条件下的瓦斯赋存与产出特点分析，建立了适用于新疆各主要煤矿区的“浅部采煤、深部排水采气，中部采空区卸压影响带抽采煤系气”的立体抽采模式，提出通过三维地质建模手段实现采煤、采气、排水过程的动态管理，优化采煤、采气的合理时序，为新疆煤矿区的瓦斯综合抽采利用提出技术方向、抽采模式等科学建议。

• 大采高工作面片帮机理及控制技术研究

  段伟华,

  针对大采高工作面在来压期间顶板破碎、架间漏矸、煤壁片帮、端部冒顶等一系列安全问题，以三道沟煤矿八盘区85205大采高工作面为研究对象，采用理论分析、实验室试验与现场实测等方法，得到了85205大采高工作面5-2煤层开采时矿压显现规律与煤壁片帮控制关键技术。研究结果表明：当煤层与其上覆岩层间摩擦力大于等于均布荷载时，煤层与其上岩层交界面处为容易发生片帮区域；当煤层与其上覆岩层间摩擦力小于均布荷载时，煤层在采高位置的0.578倍区域处为容易发生片帮区域。根据煤体强度试验数据分析确定了85205大采高工作面煤壁属Ⅲ类不稳定煤壁。通过现场监测可知，工作面回采期间，初次来压步距为75 m，周期来压步距为17.5～25.8 m，平均步距为22.7 m，侧向支承压力的影响范围在14～16 m，区段巷道最大顶底板及两帮移近量均小于警戒值。最后结合工作面情况综合分析，提出设备检修期间防片帮的“六必须”管理技术措施和来压期间提高支架初撑力、打设防护网及动态全方位监测等综合防治方法。

• 大倾角工作面液压支架撤除技术研究

  代卫卫, 陈建荣, 方明阳,

  为了解决大倾角工作面液压支架拆除作业中的调向、运输、机道支护等难题，并寻求更加安全、高效的施工方法，以韩咀煤业32111工作面为背景，从优化传统施工工艺层面进行研究，提出了“柔性网+机械臂+轨道导向运输+绞车接力牵引”的成套回撤新工艺。结果表明：该新工艺确保了回撤期间的顶板稳定，有效治理了支架回撤后采空区侧顶板垮落引发的各类安全隐患，为支架拆除回撤提供了足够的安全空间；使用机械臂出架、降架隔架操作的工艺，在支架出架、转向过程中无需施工多根单体，保证了作业人员安全距离；实现了多变坡、长距离连续整架运输，实现了液压支架在轨道上的导向运输，使支架拆除工效达到了较为理想的4架/d，完成了该工作面大型液压支架的安全高效撤除。该新工艺可为大倾角、地质条件复杂工作面的撤除作业提供借鉴。

• 综放开采含硬夹矸顶煤破碎机理及控制技术研究

  冯宇峰,

  为解决含硬夹矸特厚煤层综放开采顶煤冒放性差、采出率低的问题，运用理论分析、数值模拟、现场实测等方法，建立了夹矸破断的均布载荷薄板力学模型，数值模拟比较分析了不同夹矸层数对顶煤破碎机理及冒放性的影响规律。同时，运用LS-DYNA3D显式动力分析程序模拟了不同装药方式、不同炮孔位置时的爆破作用效果，在此基础上提出了顶煤深孔预裂爆破、双轮间隔放煤等措施。研究结果表明：工作面中部滞后煤壁3～5 m为易拉伸破断区，两端头为易剪切破坏区，夹矸对顶煤冒放性的影响程度与其层数呈正相关，不耦合装药、炮孔位置位于夹矸内部时的爆破效果更好，实施顶煤弱化措施和优化采放工艺后，顶煤放出率提高至85%以上。研究成果对于指导特厚煤层综放开采生产实践、提高顶煤放出率具有指导意义。

• 采场围岩能量演化及释放模拟研究

  师皓宇, 马念杰, 石建军, 李楠, 谈国文,

  岩体应变能是集主应力、弹性模量、泊松比等综合物理量，能够更好地解释采矿过程中的动力现象。为揭示采动过程中采场围岩能量演化和释放规律，基于岩体应变能理论推导了能量演化与释放的计算方法，以平朔井工三矿为工程背景建立数值计算模型，模拟计算不同回采时刻采场围岩能量变化，结果表明：①采场围岩的应变能峰值随着工作面的推进而逐渐前移，煤层能量峰值主要集中于煤壁前方8 m以内，煤层的应变能相对较高，顶底板坚硬岩层中的能量值相对较低；②开挖开切眼后，开切眼上方为能量释放区，开切眼煤壁前后为能量积聚区；在该矿地质条件下，工作面正常回采时，工作面煤壁上方8 m以内为能量主要释放区域，煤壁前方2～8 m为能量主要积聚区; 因此，对于煤壁上方应及时支护，防止其能量的快速释放而引起冒顶；对于具有动力灾害倾向的煤壁前方应采取措施控制应力集中。

• 基于MOPSO-SA混合算法的矿山微震震源定位方法

  郭一楠, 崔 宁, 程健,

  冲击矿压是一种典型的煤矿动力灾害，通过监测煤矿微震来进行冲击矿压的预防预警是一种有效的手段，其中震源位置是微震监测中需要确定的最关键和最基本的参数之一。在微震震源定位过程中，参与定位的通道个数对定位精度具有显著影响。当震动激发的检波探测器个数足够多时，不断增加通道个数并不能有效提高震源的定位精度。基于此，选取合适的震动信号参与定位对提升震源定位精度至关重要。为解决该问题，在设定均勾介质的条件下，基于走时拟合法的震源定位模型，提出一种既考虑定位通道个数、又考虑模型定位精度的微震震源多目标优化定位模型。为求解该模型，结合多目标粒子群优化算法（Multi-Objective Particle Swarm Optimization，MOPSO）和模拟退火算法（Simulated Annealing，SA）的互补优势，提出一种基于多目标粒子群-模拟退火（MOPSO-SA）的矿山微震震源混合定位方法。该方法利用多目标粒子群优化算法的全局探索性能，为实现局部搜索的模拟退火算法提供更优的初始解，同时也有效避免寻优过程陷入局部极值。试验结果表明所提算法能够有效地求解多目标震源定位模型，且具有较高的定位精度。

• 综采过背斜构造临空巷道冲击地压防治技术研究

  苏士杰,

  为了解决葫芦素煤矿21103工作面过B4背斜区域临空巷道冲击地压问题，采用微震、应力监测及现场实测研究了21103工作面过B4背斜期间回风巷围岩变形破坏特点，结果表明：21103回风巷冲击危险高是由采空区、构造及超前支承压力等因素影响，背斜构造区域煤岩体内积聚了大量弹性能，揭露背斜轴部时单个微震事件释放的能量更大，冲击危险性较揭露背斜两翼也更大。背斜两翼应力集中程度为正常巷道段的1.23倍，背斜轴部应力集中程度为正常巷道段的1.47倍。对21103回风巷设计采用由上至下分阶段四级高强卸压方法，对于监测具有冲击危险区域，采取大直径钻孔或爆破解危措施，降低了21103回风巷冲击危险程度，确保21103工作面过B4背斜期间安全回采。

• 闭坑煤矿井下空间资源开发利用评价

  史箫笛, 康小兵, 罗向奎, 马小云, 陈晓岚, 王克峰,

  随着国家能源结构的调整及新能源技术的发展，关闭煤矿的数量日益增长。合理开发利用闭坑煤矿井下空间资源可有效缓解城市土地资源短缺和生态环境压力，采用层次分析法和模糊数学法，以定性分析和定量分析相结合的方式，选取了安全性、封闭性和稳定性3类因素及瓦斯浓度等级、涌水量、地下水腐蚀性、岩体渗透性、断层、岩体质量分级、支护方式和地面沉降8项指标，构建了闭坑煤矿井下空间资源开发利用评价体系。运用该评价体系对2个闭坑煤矿进行了综合评判，评价结果符合实际情况，表明评价体系的客观性、科学性和准确性。

• 适应层厚0.8 m薄煤层的高效开采采煤机研究

  李庆亮,

  针对目前开采0.8 m左右煤层的采煤机装机功率、机面高度、过煤空间以及运行稳定性之间不能兼顾的矛盾，介绍了一种截割部全悬，机身半悬的整机布置方式。并针对开采0.8 m煤层的特殊工况，对采煤机进行了整机布置结构适应性研究、摇臂壳体适应性研究、行走部适应性研究、电控系统适应性研究。研究结果表明：研制的开采0.8 m煤层的薄煤层采煤机，装机功率可达445.5 kW，机面高度≤600 mm，过煤空间≥200 mm，采煤机重心在槽帮上方，运行稳定，摇臂壳体采用CrNiMo系高强度材料，电控系统采用非机载控制和分段遥控控制，对于开采0.8 m左右的煤层具有良好的适应性，可满足中小煤矿0.8 m左右薄煤层工作面年产30万t的需求。

• 薄煤层采煤机鼓形滚筒装煤性能研究

  徐盼盼, 刘送永, 刘洋洋,

  为解决薄煤层采煤机装煤效果差的问题，对鼓形滚筒进行优化设计，提出将累积装煤率作为评价采煤机装煤能力的指标，采用离散元法对传统滚筒与鼓形滚筒进行装煤效果的仿真研究，分析了传统滚筒与鼓形滚筒的装煤效率，最后对2种滚筒装煤效率和块煤率进行试验研究。试验结果表明：随着鼓形滚筒筒毂锥顶半角β的增大，其装煤效率呈现出先增大后减小的趋势，且当筒毂锥顶半角β=10°时，鼓形滚筒的装煤效率最高；与普通形滚筒相比，所优化设计的鼓形滚筒的截割比能耗更小、块煤率更大、装煤效率更高。研究结果可为薄煤层采煤机滚筒的选择和设计提供参考依据。

• 大功率较薄煤层采煤机关键技术研究

  翟雨生, 乐南更, 魏升,

  针对国内对较薄煤层高效开采的迫切需求，而国内外又没有合适采煤机机型的现状，开发了一款MG2X250/1200-WD型大功率较薄煤层采煤机，并重点对采煤机的关键技术难点进行研究。通过采用温度场分析与结构优化相结合的方法，合理布置了摇臂冷却水路等，解决了高功率密度摇臂齿轮传动系统温升过高的问题。通过对摇臂行星机构关键零件行星架的仿真分析与结构优化，使行星架的最大应力降低了20%以上，可靠性大幅提高。应用多体动力学软件ADAMS对行走轮和销齿啮合参数进行仿真分析，进而对齿形进行优化；同时通过严格控制温度、时间和气相碳势等工艺参数，增加了行走轮的渗碳层深度，提高了行走轮接触疲劳强度。通过对导向滑靴受力求解及分析对其进行结构优化，并对7种不同的耐磨材料试样进行了磨损试验，找出最优的耐磨材料。通过上述研究，有效解决了大功率较薄煤层高效开采采煤机的关键技术难点，大幅提高了该型采煤机的整机可靠性。开发的MG2X250/1200-WD型采煤机，在机面高度最低为890 mm的情况下，装机功率达到1 200 kW，为国内外最大，具备较薄煤层高效开采的能力。

• 薄煤层刮板输送机技术现状与改进

  赵卫强,

  针对目前我国中厚煤层资源日渐减少的现状，提出利用机械化开采薄煤层煤炭资源，着重讨论了铸焊薄煤层专用刮板输送机替代常用的轧制刮板输送机实现机械化采煤工作面，通过对整机外形尺寸、结构形式以及使用寿命等方面进行比较，以验证替代方案的可行性。结果表明：在外形尺寸上薄煤层专用铸焊刮板输送机完全能适用于薄煤层工作面；在结构强度上以及使用寿命上，铸焊刮板输送机采用的封底式结构铸造槽帮以及耐磨中底板，结构强度也强于普通轧制刮板输送机开放式焊接结构，铸造槽帮以及耐磨中板使用寿命也远高于轧制槽帮以及低合金中板的使用寿命。研究结论得出专用薄煤铸焊刮板输送机完全可以实现薄煤层机械化开采。

• 薄煤层低矮型铰接式自卸胶轮车关键技术研究

  赵海兴,

  为解决薄煤层开采的辅助运输问题，针对薄煤层巷道掘进高度低于2.0 m的低矮狭小工作环境，提出了物料运输胶轮车设计为额定载荷为5 t，整车高度小于1.6 m、宽度小于1.9 m，以防爆柴油机为动力，前置前驱、前后油气悬挂、双向驾驶操纵的技术方案。前后车架之间采用摆动式铰接架和圆锥滚子轴承，实现前后车体能绕水平轴相对转动，以确保车辆行驶中四轮着地，有效提高了行车可靠性与安全性。阐述了整车总体方案设计、额定载荷的确定、轴荷估算、驱动桥及制动系统设计、运行路面及工况的确定、动力传动系统匹配设计、摆架设计和工作装置设计等关键技术。应用以上技术的胶轮车在神东保德煤矿和中煤平朔安家岭一矿完成了使用验证，试验结果表明：整车技术性能完全满足了生产条件的要求。薄煤层低矮型铰接式自卸胶轮车关键技术、设计思路及方法的研究，可解决薄煤层自卸胶轮车的低矮车身、驱动能力和快速运输等难题，可加速煤矿薄煤层智能开采新装备的推广使用，有效降低工人劳动强度，提高煤炭开发利用效率。

• 神东矿区薄煤层安全高效开采技术研究

  罗文, 杨俊彩,

  为解决神东矿区薄煤层安全高效开采问题，对国内外薄煤层技术装备发展进行了调研，分析了薄煤层开采中面临的巷道断面大、割岩多、掘进效率低、设备适应性差、可靠度低等5大矛盾问题，提出了集薄煤层掘进、切顶成巷、工作面优化布置于一体的巷道布置方案，解决了薄煤层万吨掘进率高、掘进效率低的难题。在分析目前主流的滚筒采煤机、刨煤机采煤技术装备优劣的基础上，提出了采煤装备方案。等高式采煤机机身短、装煤效果好、截割能力大、煤厚适应性好，集滚筒采煤机、刨煤机两者优势于一身，可在巷道内远程控制和检修，破解了薄煤层设备检修难题。通过对波兰矿井的应用实践和神东矿区补连塔矿开采方案的技术经济分析可知，等高式采煤机及配套装备可实现月产12.4万t，年产150万t的高产量，为国内外薄煤层的安全高效开采提供了有益参考。

• 薄煤层智能化无人工作面成套装备与技术

  周开平,

  薄煤层开采存在工作面环境恶劣，劳动强度大，人员无法直立行走，生产效率低，跟机作业难，成套装备性差，自动化程度低，系统协控困难大，易造成生产安全事故等问题，目前薄煤层自动化开采技术主要有刨煤机组和电牵引滚筒采煤机组2种典型方式，刨煤机组自动化开采技术具有结构简单、截深浅、运行速度快等特点，但对煤层条件要求高，过断层适应性差、应用范围窄，硬煤开采困难，电牵引滚筒采煤机组自动化开采技术具有适应性强、适应范围大等特点，但结构尺寸大、截割功率低、经济效益低。为了有效解决薄煤层开采存在的难题，提出一种新的链牵引薄煤层采煤运输支护成套装备与技术，它有别于刨煤机组和摇臂式采煤机组开采技术，主要包括截割部、输送部、支护系统、牵引部、拖缆部、转载破碎部、输送带输送部、移动变电站、乳化液泵站及相应的智能控制系统，通过链牵引系统牵引截割部完成垂直进刀、强力割煤、调高挖底等功能，实现工作面煤炭的快速截割、快速装载、快速输送、及时移架、推移刮板输送机，完成割煤、牵引、运输、移架的联动控制，最终实现薄煤层开采的生产自动化、割煤智能化、管理信息化和工作面无人化。

• 薄煤层开采与成套装备技术的发展趋势

  杨生华, 周永昌, 芮丰, 张世洪,

  为了实现我国薄煤层高效开采，根据煤矿科学开采发展的要求，介绍了薄煤层开采与成套装备技术发展和应用情况；指出滚筒采煤机、自动化刨煤机和连续采煤机以及无人工作面螺旋钻机开采是薄煤层综合机械化开采技术，因此全面发展综采装备、尽快国产化是发展趋势，创新发展是薄煤层开采和装备的发展方向；全面掌握刨煤机开采技术，加快刨煤机装备国产化，实现开采装备智能化；提高薄煤层滚筒采煤机装备的创新速度，实现工作面装备高适应性、高性能和高可靠性以及智能化和无人化；研制薄煤层连续采煤机，完成薄煤层开采装备充分国产化；推广螺旋钻机极薄煤层开采，进一步完善螺旋钻机开采装备。薄煤层开采技术向自动化无人工作面高产高效生产发展，而且薄煤层无煤柱开采是发展趋势。研究和发展高产高效工作面无人化薄煤层开采装备是当前的主要任务，高速高效自动化、智能化、无人化滚筒采煤机开采装备和工作面巷道煤岩掘进装备是重要工作，为煤矿数字化绿色开采、智能开采和可持续发展打下基础。

• 采场围岩变形与破坏监测技术研究进展及展望

  张平松, 许时昂, 郭立全, 吴荣新,

  部煤炭资源开发面临更多复杂、多变、高难的开采地质问题，采场围岩形态结构是矿井安全生产的重要评价指标之一，开展采场围岩变形与破坏测是判别矿井隐蔽致灾地质问题的重要技术保障。在煤炭工业快速发展的近20余年时间里，围岩体形变临测技术取得了长足的进步，基于矿山采场围岩体变形与破坏的影响因素，按照临测形式对临测技术进行了划分，归纳了当前用于矿山采场围岩变形与破坏近测的钻孔近测技术、地球物理临测技术、光纤监测技术及其他测量技术及其特点，结合煤层顶底板、巷道两帮空间监测的工程应用实例，介绍了不同监测技术的主要进展、优缺点以及适用性，讨论了探测技术的革新趋势和未来矿井安全生产中采场围岩变形与破坏监测技术的发展方向。同时，也认识到虽然现有监测技术虽然已取得显著的监测效果，但是仍然不能够满足矿井现代化、智能化生产需要。对于监测技术的进步而言，既需要技术装备的不断优化，更是要跨学科、跨专业科学技术理论的完善与更新。在当前地学大数据、云计算、人工智能新一轮科技创新基础上，今后围岩变形与破坏的监测技术必然向多元化、多参数、智慧化、全程监控的方向发展，监测方式也将不断地向可视化、动态化的监测预警模式过渡，融合监测技术发挥多参数的作用将越来越重要。

• 基于Landsat影像的赤峰市城区扩张时空变化及驱动力分析

  齐广慧, 龚一赫, 张平,

  选取赤峰市区2003、2009、2013和2018年的Landsat TM/OLI遥感影像,利用支持向量机法分类法提取4个年份的中心城区，结合GIS空间分析方法研究城区扩张强度、速度在时间尺度下的变化趋势。结果表明：2003～2018年间，赤峰市中心城区由高速扩张转向低速发展，城镇化率由389%上涨至20.55%。

• 大平煤矿综放开采顶板裂隙带发育规律研究

  连跃东, 朱伟,

  为研究大平煤矿厚煤层综放开采导水裂缝带发育规律，采用地面钻探和实验室试验方式探测了综放工作面导水裂缝带发育高度以及裂隙带顶界面以上隔水岩层的物理力学特性，并将本矿井实测结果与相邻潞安矿区综放裂缝带实测数据进行了对比分析。结果表明，本矿井实测综放导水裂缝带发育高度为顶板以上105.53～112.62 m，裂采比为19.18～19.42，高度基本与采厚成正比，并获得了裂缝带高度计算经验公式。岩石力学试验结果表明，裂缝带顶界面上覆各岩层均有吸水软化现象，软化系数为0.29～0.85，对抑制裂缝发育扩展比较有利。研究成果可以用于指导本矿井河流下采煤和顶板水害防治。

• 三维激光扫描技术在高速公路沉降监测中的应用

  成枢, 朱玉明, 牛英杰, 董加江,

  三维激光扫描技术通过快速高效地获取海量高精度的点云数据，大大减少现场测量时间，提高工作效率。文中采用三维激光扫描技术和水准测量分别对某一路段高速公路进行沉降观测得出，将三维激光扫描技术应用到高速公路沉降监测具有一定的实用价值。

• 基于Creaform3D扫描系统的三维建模研究

  葛兰凤, 孙逸渊, 张卡, 沈婕, 韦玉春,

  激光扫描三维建模方法是三维数字模型构建的一种重要方式。文中针对当下高性能的便携式Creaform3D扫描系统，对其产品特点、工作原理等进行了全面的介绍。结合具体实物的扫描点云数据，论述了基于Creaform3D扫描系统的三维模型构建过程，并对所构建三维模型的效果进行了实验分析。实验结果表明，Creaform3D扫描系统的扫描精度高、完整性强、效率高、约束性小。