煤炭科学技术杂志

煤炭科学技术杂志2022年第4期

• 山东能源集团煤炭产业技术创新体系建设

  孟祥军, 李伟,

  山东能源集团有限公司（简称“山能”）是由兖矿集团有限公司、原山东能源有限公司（简称“原山能”）联合重组成立的山东省属大型能源集团，在煤炭安全高效开采、高端装备制造、煤气化、煤液化、煤炭清洁利用、深部建井、海外煤炭开发等方面取得了显著成就，为全国煤炭行业发展起到了引领和示范作用。文章系统总结了山能发展布局及创新体系建设成就，梳理了厚煤层放顶煤、超大采高综采、中厚煤层智能化开采、冲击地压治理、巷道支护技术、矿井热害与煤自燃防治、“三下一上”采煤治理、深井建设、澳大利亚煤炭开发实践、高端装备制造和煤炭清洁利用等15个重点领域所取得的进展，并列举了部分典型成功案例。系统阐述了山能在科技投入、平台建设、产业转型、新型产业、数字化和智能化方面的发展布局，介绍了兖矿集团创新体系建设经验和建设成效以及山能技术创新体系建设方面政策方针；回顾了山能在厚煤层放顶煤开采技术推广和应用方面所做出的巨大贡献，介绍了在综放开采工艺、综放开采装备配套方面的技术创新；针对不同地质生产条件下煤炭安全高效开采问题，研发应用了适于不同埋深、不同煤层赋存条件的3～4、5.5、6.0、6.8、8.2 m大采高和超大采高综采技术与成套装备，完成了5.5、7.0 m大采高、超大采高综放开采技术与装备研制和应用，刷新了我国综放开采高度；阐述了山能冲击地压矿井现状，分析了在冲击地压治理方面的思路和技术，重点探讨了鄂尔多斯、菏泽、新疆三类典型地层条件下的冲击地压治理工程实践；回顾了山能锚网支护的发展与改革历程，总结了大断面沿空巷道、小煤柱沿空巷道、深部复杂巷道布局原理和支护技术研究成果；针对矿井热害与煤自燃灾害治理，介绍了赵楼煤矿井下集中式冷水降温系统和全风量降温系统的原理与应用情况，总结了在煤自燃早期识别技术、采空区封闭控制技术和自燃火灾应急控制技术的研究和应用情况；阐述了采动覆岩破坏规律、开采沉陷规律和防水煤柱合理留设方面的研究成果；总结了河流、村庄建筑物、矿区铁路、高压输电线路、输油管线下压煤开采实践经验；介绍了深井建设过程的地面预注浆、深井冻结施工、井壁砌筑、井筒支护、井壁破裂治理等方面成熟经验；梳理了澳大利亚煤炭开发、收购历程及矿井建设、智能化工作面开发经验与成就；研发了具有自有知识产权的多喷嘴水煤浆气化技术，形成了日处理煤量1 000、1 500、2 000、2 500、3 000、4 000 t和4.0、6.5 MPa不同压力等级的系列炉型；总结了煤间接液化技术方面取得的成果，介绍了在高低温费托合成工艺、固定定流化床费托合成反应器及高效费托合成催化剂方面的研究成果和煤炭提质加工与清洁高效利用实践，重点介绍了煤炭高效提质、粉煤清洁利用、煤系固废资源化等方面的重大进展。通过对山能技术创新体系和创新成果的总结，分析并探讨了其未来科技创新和高质量发展思路，明确了山能“十四五”期间的重点发展方向。

• 悬顶结构巷道冲击地压防控研究

  潘立友, 唐鹏, 周脉来, 李彩荣,

  为解决沿空侧悬顶结构冲击地压的防控问题，针对某矿工作面具体煤岩层条件，提出了基于工程弱结构体的冲击地压防控方法。基于悬顶类巷道冲击地压发生条件，以沿空侧悬顶结构为主要研究对象，进行了顶板断裂分析、参量分析和力学模型建立与分析，最终确定出悬顶结构的悬跨度l是导致存在悬顶结构沿空巷道发生冲击地压主导因素。通过分析主导因素，基于沿空侧巷道围岩的空间结构特点，划定出悬顶结构（区域A）、沿空侧巷道顶板（区域B、C）、沿空侧巷道煤体（区域D）以及巷道近场煤岩体（区域E）5个强结构区域,并提出以区域A爆破弱化为主要防控手段的工程弱结构体冲击地压防控方法；根据区域的结构特点和防控目的，主要针对强结构区域A、C、D、E，制定了悬顶结构弱化、巷道断面恢复和顶板缺陷体与煤层海绵体的耦合3个方面的具体工程弱结构体防控方法。为验证防控技术有效性，以某巷道为对象，现场实施了工程弱结构体展开防控，并于后续采用钻屑法进行了冲击地压防控效果检验。研究结果表明：基于工程弱结构体的耗散机制的研究，通过对悬顶结构弱化、沿空巷道煤体及部分顶板的弱化,实现了冲击地压的有效防控，保障了工作面安全回采；通过现场监测，得出1～3 m处钻屑量最大为2.6 kg/m，4～7 m处最大为2.8 kg/m，7～12 m处最大为5.4 kg/m，均未超过临界标准值，冲击地压危险得以消除。

• 冲击地压载荷下O型棚支架动力响应规律研究

  徐连满, 马柳, 姜笑楠, 路凯旋, 肖永惠, 朱丽媛,

  掌握冲击载荷下O型棚支架的动力响应规律是设计冲击地压巷道O型棚支架支护参数的理论基础。通过现场支护承载力变化规律，获得影响冲击载荷对支护作用的主要影响因素；建立冲击载荷下O型棚支架的动力学方程，获得冲击载荷作用下巷道O型棚支架的动力响应。研究表明：冲击能产生的冲击载荷可造成O型棚支架承载力突增并产生振动；冲击能在煤岩介质中传递时衰减迅速，当冲击源距巷道达到一定值时，冲击载荷对支护的作用力基本可以忽略不计；当冲击能增大到一定值后，冲击载荷对支护的作用力快速增长；O型棚支架刚度对支架动力响应产生较大影响，支架刚度越高，支架振动频率越小，因此合理的支架刚度有利于提高支架的抗冲击性能；随着冲击载荷作用于O型棚支架时间的增加，O型棚支架的弯曲变形逐渐减小。由此可见，冲击源距巷道支架距离、巷道围岩介质属性、O型棚支架刚度、冲击载荷持续作用时间等因素均对O型棚支架动力响应产生较大影响。以此为依据，利用改变壁厚填充增加冲击地压载荷作用时间、增加支护密度提高支护刚度与强度等方式对O型棚支架支护参数进行优化，现场实践表明优化后的O型棚支架可抵抗106J能量的冲击地压，支护破坏情况明显改善，抗冲击性能显著增强。

• 基于复变函数理论的巷道围岩稳定性分析

  王志强, 黄鑫, 武超, 石磊, 苏泽华,

  针对双向不等压直墙半圆拱形巷道围岩塑性区的解析问题，基于Mohr-Coulomb强度准则，通过复变函数中的保角变换的方法将物理平面非圆形弹性区域映射到像平面的单位圆外域进行求解，将确定弹塑性区的交界问题转化为映射函数系数的求解问题。得到巷道围岩应力复变函数解以及巷道围岩塑性区的范围，并通过FLAC3D数值模拟的手段对理论计算的准确性进行验证分析。研究结果表明：通过复变函数理论能够较为准确地得到直墙半圆拱形巷道塑性区范围的理论计算公式，结合公式可以发现影响直墙半圆拱形巷道围岩塑性区发育的影响因素为巷道断面尺寸(包括巷道宽度，直墙高度以及拱高)、垂直应力、侧压系数、黏聚力以及内摩擦角的大小，将理论应用于工程实例计算分析，采用单因素分析的方法对黏聚力和内摩擦角进行数值模拟分析，提取数值模拟试验的数据，对理论计算和数值模拟水平方向塑性区受黏聚力和内摩擦角影响的范围进行对比和分析。可以得出虽然理论计算与数值模拟的结果存在误差，但已能反映直墙半圆拱形巷道围岩塑性区分布情况，通过研究还发现，当黏聚力和内摩擦角比较小时，巷道呈现“X”形破坏，当黏聚力和内摩擦角增大时，巷道呈现类似椭圆形破坏，随着黏聚力和内摩擦角的增大，巷道塑性区范围的减幅减小，并且当水平应力大于垂直应力时，在垂直方向塑性区范围变化幅度较大。

• 回收大巷煤柱工作面过空巷围岩破坏机理和控制技术

  刘炳权, 李正甲, 代双成, 袁小浩, 邢旭东,

  为解决回收大巷煤柱条件下综采工作面过空巷时，易造成压架、工作面中部大面积冒顶和煤壁稳定性的问题，以鄂尔多斯纳林庙二号矿井6-2116综采工作面过8号联巷为工程背景，采用理论分析、FLAC3D数值模拟、现场工程实测相结合的多重手段分析了6-2116综采工作面围岩破坏机理；基于理论分析，确定了充填体强度应大于5.17 MPa，能够保证工作面顺利通过联巷，充填体可以维护空巷围岩的稳定性；通过FLAC3D数值模拟，确定了充填体强度10.5 MPa最为合适；经过现场工业性试验综合对比了煤粉-水泥填充木垛接顶、高水速凝材料填充、锚索+工字钢棚支护等方法对围岩控制的优劣性，最终确定以煤粉-水泥充填木垛接顶的支护方式，这种方法支护效果与高水速凝材料强度基本一致，能够最大限度地节约充填支护的成本，同时也能够减少顶板中部的下沉量，大巷与联巷交叉处煤壁帮部也保持了稳定，能够有效保证综采工作面正常推进。

• 深部软岩巷道围岩支护技术研究

  赵呈星, 李英明, 刘刚, 黄顺杰,

  为有效解决深部软岩巷道围岩控制问题，针对信湖煤矿回风石门埋深大、应力高、围岩强度低的特点，在分析了信湖煤矿回风石门的围岩赋存条件、变形破坏特征以及原有支护方案已难以维持现掘巷道稳定的条件下，通过理论计算得到信湖煤矿回风石门围岩塑性区范围，从而提出了控制巷道围岩的基本理念：采用小承载体控制围岩破碎区的扩大，采用大承载体限制围岩塑性区的发展，2个承载结构共同维持巷道稳定，进而提出采用“混凝土喷射+注浆锚杆/锚索+普通锚杆/锚索”联合支护方案对新掘巷道进行支护，并结合FLAC3D数值模拟及现场工业性试验对“混凝土喷射+注浆锚杆/锚索+普通锚杆/锚索”联合支护方案的合理性及可靠性进行验证。结果表明：信湖煤矿回风石门新掘巷道经“混凝土喷射+注浆锚杆/锚索+普通锚杆/锚索”联合支护方案支护后围岩表面变形趋于平稳，巷道顶板最大下沉量仅为36 mm，两帮移近量为67 mm，支护体与巷道围岩形成了稳定的复合承载结构，联合支护方案能够保持巷道的长期稳定，该联合支护方案可为其他类似深部软岩巷道支护提供一定参考。

• 破碎煤岩巷道注浆加固材料试验与应用

  彭英华, 华攸金, 李希建, 游先中, 翟文杰,

  基于井下断层带煤岩破碎发育、巷道围岩不稳定和煤与瓦斯突出危险性大等难题，为实现巷道过断层破碎带的安全顺利掘进，拟采用水泥-水玻璃(C-S)为注浆材料用于实施注浆固化充填作业。通过对注浆材料进行力学性能检测、倒杯法及黏度测定法等相关试验，探讨了不同水灰比、C-S体积比的浆液试快抗压强度、浆液凝胶时间及黏度特性，研究了不同配比对注浆材料性能的作用规律，结合贵州五轮山煤矿地质条件确定了最优注浆材料配比，最后检验C-S材料的工程适用性。结果表明：应用于该工程最优注浆材料水灰质量比为1∶1，最优C-S浆液体积比为1∶0.5；通过C-S材料注浆加固后，测得工作面区域内最大残余瓦斯含量为2.58 m3/t，瓦斯压力均值为0.15 MPa，K1值为0.19 mL/（g·min1/2），钻削量平均值为1.67 kg/m，工作面煤层瓦斯各项参数值下降较为显著，且均符合防突细则的有关要求；通过注浆固化技术及采用锚杆、锚索网、工字钢棚对巷道进行联合支护，测得巷道煤岩稳定后顶板移近量为115～133 mm，两帮移近量为116～142 mm。结合注浆的涌水治理效果分析，注浆后的涌水治理效果、联合支护效果较好，工作面现场基本未见渗漏水及大块岩石冒落的现象，说明C-S材料的注浆固化取得了较好的效果，可以为类似破碎地层掘进提供有效的技术途径。

• 混凝土支柱与锚杆（索）联合支护系统应用研究

  胡滨, 王志超, 张晓,

  为进一步提高综采工作面末采回撤速度、降低搬家费用，采用理论计算、数值模拟、现场试验相结合的方法对混凝土支柱配合预掘回撤通道锚杆（索）联合支护系统在工作面末采期间的应用进行了研究分析。研究结果表明：双排布置250个直径800 mm混凝土支柱可以替代垛式支架实现对主回撤通道的外部有效支护，但需做好支柱接顶处理工作；当工作面回采至剩余煤柱宽10 m时，回撤通道两侧煤体及混凝土支柱出现明显的垂直应力集中，当工作面与主回撤通道贯通时，4种不同布置方案下支柱最大压应力可达30.45 MPa，最大拉应力可达0.60 MPa，靠近工作面侧支柱受力明显大于远离工作面侧，且靠近工作面侧支柱易出现不同程度的塑性破坏状态，尤其是支柱接顶板、接底板部分段更易出现剪切变形而发生失稳破坏。综合模拟结果、施工工序、施工成本等因素，井下试验选择采用间距1.8 m、排距2 m布置方案，试验结果表明混凝土支柱与锚杆（索）联合支护系统可以有效控制回撤通道顶板下沉，混凝土支柱依靠接顶高密度板的变形让压而保持较好的完整性，充分保证了设备回撤空间，为类似条件下工作面设备回撤提供工程借鉴。

• 预应力全长注浆锚索受力特征及工程应用

  张占涛,

  为研究预应力全长注浆锚索在围岩加固方面相对于端锚锚索的优势，基于中性点理论，分析锚索轴力、剪应力分布特征；建立全长注浆预应力锚索力学模型，推导巷道围岩任一点在弹性、弹塑性及塑性状态下表面位移解析解；研究预应力全长注浆锚索对围岩径向及切向变形的控制作用；以晋城煤业集团有限公司某矿33042巷9号联络巷为工程背景，分析未受采动影响及采动影响下常规锚索及预应力全长注浆锚索支护效果。研究结果表明：靠近巷道表面围岩，围岩变形大于锚索，锚固体表面剪应力指向巷道自由面，在围岩深部，围岩变形小于锚索，锚固体剪应力指向围岩深处，两侧剪应力相反，锚固体轴向拉力沿锚索长度方向呈曲线变化，且在中性点处最大；在未受采动影响下，普通锚索与预应力全长注浆锚索支护巷道变形趋势相同，巷道开挖初期变形剧烈，之后趋于平缓，锚索受力均匀、工作状态平稳，预应力全长注浆锚索相比端锚锚索能够减少顶底板移近量50%；采动影响期间，预应力全长注浆锚索支护下，顶底板移近量和两帮移近量分别比端锚锚索减少21.1%和22.1%，锚索受力普遍增加，且变动不大，未出现锚索破断现象；预应力全长注浆锚索相较于端锚在围岩径向及切向变形控制方面具有明显优势且能够很好地解决复合顶板巷道受剪切作用导致锚索破断的问题。

• 基于胀锁式对穿锚索的沿空掘巷窄煤柱双向加固机理研究

  谷长宛, 王波, 王军, 陆长亮,

  基于胀锁式对穿锚索的沿空掘巷窄煤柱双向加固技术是一种针对沿空掘巷留设煤柱支护的新型技术，为进一步研究胀锁式对穿锚索加固机理及优化支护方案，以济宁三号煤矿123下04工作面沿空掘巷留设煤柱为工程背景，结合室内试验和现场工业试验的相关结论，采用FLAC3D数值计算软件，分析了对锚固单元中煤体内部破裂特征及其演化过程和胀锁式对穿锚索荷载特征、不同加固方式下窄煤柱变形量变化规律及应力分布变化规律和胀锁式对穿锚索受力变化规律。结果表明：胀锁式对穿锚索可以有效控制窄煤柱变形；由锚索预应力产生的压应力区呈对称分布；锚固体内部产生了共轭剪切破坏带，且共轭剪切带与水平面夹角约为45°；锚索轴向荷载具有显著阶段特征；峰前阶段，锚索轴力基本稳定；峰后阶段，锚索轴力显著增大，且杆体中部载荷大于两端；锚索采用间排距在0.8 m×1.0 m～1.5 m×1.0 m的双排布置方式较为合理。研究成果可为完善胀锁式对穿锚索沿空掘巷窄煤柱双向加固理论和进一步推广该技术提供有力支撑。

• 中厚煤层切顶卸压无煤柱自成巷技术关键参数研究

  胡超文, 王俊虎, 何满潮, 王小龙, 王君杰, 张卓,

  现阶段切顶卸压无煤柱自成巷开采技术在薄煤层条件下应用较多，而对于中厚煤层的应用研究较少。为提高煤炭资源采出率，同时为避免以传统充填手段实现沿空留巷导致充填体位置产生应力集中，以切顶短壁梁为理论基础，以西山煤电集团公司杜儿坪煤矿62711工作面为工程背景，分析了切顶卸压无煤柱自成巷开采技术在中厚煤层的工艺流程及关键技术参数。通过理论分析和数值模拟的方法，分别对传统长壁式采煤法及切顶预裂爆破高度为4、6、8 m及切顶角度为5°、10°、15°、20°时巷道围岩应力分布及顶板位移情况进行了分析，结果表明：在合理的预裂爆破切顶高度和切顶角度条件下，不仅可以迫使顶板岩层在工作面回采后及时垮落并充满采空区，还可以有效切断巷道与采空区顶板岩层之间的应力传递路径，使得应力集中区域向实体煤深处转移，改善巷道围岩所处的应力环境，起到切顶卸压的作用。

• 结构性效应对层状岩体力学特性与破坏特征的影响

  张冬冬, 智奥龙, 李震, 张振国, 李鹏, 秦其智,

  煤矿地层广泛分布有层状砂岩、煤、页岩等层状岩体，层状岩体是一种沿着层面力学性质相同、垂直层面力学性质各异的各向异性岩体，基质和层面的不同组合导致层状岩体具有尺寸效应、层理密度和层面倾角效应等结构性效应，将影响层状岩体的强度和破坏特征。针对结构性效应对层状岩体力学性质和破坏特征的影响，开展了基质的尺寸效应、层状岩体的层理密度和层面倾角效应研究，分析了结构性效应对层状岩体应力应变曲线特征、峰值强度、变形特征和破坏特征的影响。结果表明：峰值强度和弹性模量均表现出随试样高宽比增大而减小的尺寸效应；围压对尺寸效应有弱化作用，围压约束条件下，岩体结构性失稳程度减弱，延性特征逐渐显现；层面倾角为90°时层状岩体的峰值强度和弹性模量达到最大值；围压和层面倾角影响层状岩体的脆延转化特性、损伤程度和破坏形式。研究结果可为深井巷道层状围岩力学参数标定和破坏机制分析提供重要的理论依据。

• 岩石PFC2D模型细观参数确定方法研究

  郝保钦, 张昌锁, 王晨龙, 任超,

  目前对标定方法的应用大多围绕单轴压缩试验展开，而仅通过单轴试验建立的数值模型在拉伸强度和强度包络线方面与实际试验吻合度较差。因此基于单轴压缩试验、单轴拉伸试验和三轴压缩试验，采用正交试验设计方法对平行黏结模型细观参数标定方法进行了研究。利用多因素方差分析确定了模型细观参数对宏观力〖JP2〗学指标的影响程度，并建立了宏观力学参数与细观参数之间的关系。在此基础上提出了与岩石弹性模量、泊松比、单轴抗压强度、启裂强度、拉压强度比及摩擦角相匹配的细观参数确定方法。研究结果表明：采用标定方法建立的数值模型的宏观力学参数以及单轴压缩应力-应变曲线与室内试验结果相近，能够很好地反映岩石单轴和三轴条件下的破坏模式，证明了标定方法的可行性。二维颗粒流程序PFC2D对试验极限主应力关系曲线的拟合程度较差，这可能是由于平行黏结模型将形状不规则的矿物颗粒理想化为圆形颗粒，而颗粒形状可能会影响到颗粒间的咬合作用。

• 密集水力冲孔增透抽采瓦斯试验研究

  张福旺, 秦汝祥, 杨应迪,

  高瓦斯含量低透气性突出煤层高效抽采瓦斯是复杂地质条件下工作面瓦斯治理的主要难题。为增加该类煤层透气性，依据瓦斯流量法测试水力冲孔影响半径的结果，利用煤层底板巷布置穿层密集钻孔，对工作面进行水力冲孔强化增透，达到高效预抽煤层瓦斯的目的。研究结果表明：水力冲孔在煤体中形成的孔洞促使钻孔周围煤体持续膨胀变形，约在1.8倍孔洞直径范围内煤体的地应力下降，煤体受压程度降低，煤体透气性增大；水力冲孔加速了煤体瓦斯的解吸，实现了连续18 d，平均单孔瓦斯体积分数大于52.64%的高浓度瓦斯预抽效果；预抽60 d后，煤层瓦斯含量由原始的9.09 m3/t降至4.03 m3/t。可见，采用密集穿层钻孔水力冲孔，提高了煤层预抽瓦斯效果，实现了低透气性突出煤层的消突，保障了工作面的安全生产。

• 基于混沌-广义回归神经网络的矿井涌水量预测

  李建林, 高培强, 王心义, 赵帅鹏,

  针对矿井涌水量预测研究中存在的相关影响因素考虑较少、模型预测精度不高和适用性不强的问题，建立了混沌理论与广义回归神经网络耦合的新的预测模型（Chaos-GRNN模型）。从理论上分析了矿井水文系统产生混沌现象的机理；由混沌理论得到涌水量序列相空间重构后的嵌入维数、时间延迟和最大Lyapunov指数，以此确定GRNN的输入层神经元个数、取值和预测时长；采用交叉验证法获得GRNN的光滑因子，建立Chaos-GRNN模型；对平煤十二矿涌水量（2014年1月至2015年12月）进行模型验证。结果表明：矿井水文系统演化过程的循环迭代是产生混沌的根本原因，其表象特征为演化过程的不可逆性、非平稳性和演化结果的多样性；平煤十二矿涌水量时间序列具有混沌特征，其嵌入维数m=7，即涌水量的影响因素为7个，GRNN输入层神经元个数为7；时间延迟τ为13个月，由此确定了GRNN输入层神经元的取值；最大Lyapunov指数为0.053 0，确定了GRNN预测时长为19个月；Chaos-GRNN模型预测精度达到了94.98%。该预测模型利用混沌理论量化了广义回归神经网络的输入层和预测时长，充分考虑了矿井涌水量的影响因素，提高了预测精度和适用性。

• 基于客观组合权-改进集对分析模型的矿井突水水源识

  苏玮, 姜春露, 查君珍, 郑刘根, 谢华东, 黄文迪, 陈园平,

  矿井水害事故的发生对煤矿的安全开采带来很大的影响，快速准确地识别突水事件中所涉及的水源，是预防和解决矿井水害的关键手段之一。基于客观组合权和集对分析理论，针对矿井突水水源识别问题，以东滩矿4个含水层中的40个水样为识别样本，选取Na++K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-和HCO3-共6项水化学指标作为识别因子，构建了矿井突水的水源识别模型，并利用该模型对10个检验样本进行水源识别。结果表明：客观组合权既避免了主观赋权法的主观随意性的缺点，又弥补了单一客观赋权法带来的片面性较强的不足，能合理地对识别指标进行权重赋值。Ca2+和Mg2+的权重明显高于其他离子，分别为0.28和0.25，二者的权重之和占比达53%，说明这2个指标在突水水源识别中起主要作用。利用客观组合权-改进集对分析模型对10个检验样本进行识别，准确率达到90%，说明该模型在矿井水源识别中具有一定的参考价值。模型出现误判的原因可能是误判水样取样钻孔位于断层附近，断层切割侏罗系红层水含水层与二叠系砂岩水含水层，是具有一定导水能力的天然通道，导致水样与砂岩水含水层存在一定的水力联系并发生了混合。建议在后续工作中应收集和监测各种含水层的水样数据，及时应用新的水样数据对模型进行修正，为提高模型的识别准确率奠定基础。

• 基于组合权-改进灰色关联度理论的矿井突水水源识别

  朱赛君, 姜春露, 毕波, 谢毫, 安士凯,

  基于组合权和改进灰色关联理论，针对潘谢矿区4个含水层中提取的35个学习样本，建立了矿井突水水源识别模型，并利用该模型对7个检验样本进行了水源识别。结果表明：相同含水层的学习样本和检验样本中Na++K+,Ca2+,Mg2+,Cl-,SO2-4和HCO-3等6项化学指标值的含量变化趋势更为接近，符合灰色关联理论。组合权重综合考虑了主客观权重，避免人为因素的干扰，同时考虑了识别指标的实际情况。组合权方法计算的6项识别因子中，Ca2+,Mg2+,HCO-3的权重分别为0.231,0.383,0.203，且3者的权重值相加占总值的81.7%，说明3项指标在矿井突水水源识别中起主要作用。采用建立的组合权-改进灰色关联度模型对7个检验水样进行识别，除1个水样外，其余均与实际结果一致，识别准确率达到86%，表明该模型在矿井水源识别中具有一定的适用性。

• 基于水化学特征的矿区填土地基水害水源分析

  靳玉琪, 龙建辉, 任杰, 倪向龙,

  目前大部分的矿区建设是基于回填丘陵沟壑区整平场地，对于这种人造特殊地质结构，易受到水害侵蚀破坏，且水害水源往往多元且不易确定。以山西某一矿区地基水害为例，通过详细的现场调查与水文钻探，确定研究区填土地基毛细水带与稳定水位位置，初步判断水源。在此基础上取水样28件，其中沉降区目标水样14件，可能水来源水样14件，对采取的水样进行水质全分析测试，采用数理统计、Piper三线图、相关性分析、水质类型对比分析法、层次聚类法、离子比例系数等方法对矿区填土地基下地下水的化学特征、水质类型与化学成因进行综合分析，确定地基填土水害具体来源。结果表明：沉降区目标水样与可能水源水样阳离子都以K++Na+为主，其中沉降区目标水样中，阴离子都以HCO-3为优势阴离子,水质类型为HCO3·Cl-Na·Mg,HCO3-Na与HCO3·SO4·Cl-Na，可能水源水样中除砂岩裂隙水主要阴离子为HCO-3，其余样品以Cl-为优势阴离子，根据综合对比分析，沉降区地下水特征与砂岩裂隙水最接近，其主要来源为砂岩裂隙水补给，其次来自煤矿污水、雨水的入渗。研究结果可为该类型填土地基水害问题判别提供理论方法，并为后续相似填土地基前期处理起到预警作用。

• 煤中稀土元素研究现状及展望

  曹泊, 朱士飞, 秦云虎, 王双美,

  稀土作为战略资源广泛应用于国防工业和高科技领域，我国作为稀土生产和出口大国，传统稀土储量日益减少。因此扩大我国稀土资源储量具有重要的经济价值和战略意义。稀土元素在特定的地质条件下可以在煤中富集，甚至达到工业品位。近年来，煤地质学家对煤中稀土元素开展了大量研究工作，取得了丰硕的研究成果。实测了新疆、鄂尔多斯、青海木里、宁夏鸳鸯湖等地125个样品中稀土元素含量，并结合前人资料对煤中稀土元素分布特征、赋存状态、富集影响因素、燃烧过程中迁移规律以及粉煤灰中稀土元素赋存状态和分离提取方法进行总结，为煤和粉煤灰中稀土元素的资源化利用提供理论依据。我国煤中稀土元素含量远高于美国煤中稀土元素含量，二连盆地-海拉尔盆地和西南川滇桂地区是我国两大煤中稀土元素成矿带。稀土元素在煤中主要以稀土矿物、有机化合物以及离子吸附的形式存在。煤中稀土元素的富集可能是不同时期沉积物源、搬运介质、沉积环境、风化淋滤和岩浆活动相互叠加的结果。煤燃烧过程中，稀土元素作为非挥发性元素在飞灰和底灰中进一步富集。粉煤灰中稀土元素赋存在玻璃体、含稀土矿物和非晶碳中。不同类型和来源的粉煤灰可能适用于不同的物理分选和化学提取方法。我国作为煤炭生产和使用大国，从煤和粉煤灰中提取稀土元素具有天然优势。因此，加强煤及燃烧产物中稀土元素提取实验研究，建立工业化提取稀土元素的实验工厂具有良好的发展前景。

• 库拜煤田中低阶煤中孔-大孔发育控制因素

  秦全灵, 李鑫, 吴斌, 田继军,

  库拜煤田是新疆煤层气勘探的重点目标区之一。中孔、大孔为煤储层主要渗流孔隙，其发育程度是决定煤层气是否具有开发价值的重要因素。为厘清库拜煤田中低阶煤中孔-大孔发育控制因素，采集库拜煤田9口煤层气井取芯样品，开展了45次高压压汞试验、31次煤岩组分分析、32次煤岩成熟度测试以及45块取芯样品煤体结构特征描述，提取了库拜煤田中孔、大孔孔隙体积，并分析了控制其发育的地质因素。结果表明：①镜质组含量与成熟度对中孔、大孔的体积控制作用较弱；②原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤中孔、大孔体积接近，糜棱煤中孔、大孔体积明显高出；③镜质组含量大于70%时，随镜质组含量增大，中孔和大孔结构的复杂程度趋于增大；④煤体结构对中孔结构的复杂程度影响微弱，但与大孔结构的复杂程度呈正相关关系；⑤成熟度对中孔的复杂程度控制作用较明显，对大孔的复杂程度控制作用微弱。研究成果可为库拜煤田高渗煤储层的科学评价提供理论支撑。

• 湖南寒婆坳矿区煤层夹矸的岩石矿物特征及其地质意义

  李焕同, 张卫国, 王楠, 潘彦宁, 陈应涛,

  煤变质程度升高和煤层夹矸中矿物的转化与周围变形环境变化密切相关，利用偏光显微镜、X 射线衍射(XRD)等测试手段，对湖南寒坡坳矿区煤层夹矸的岩石矿物学特征、伊利石结晶度等进行了研究，并探讨了黏土矿物特征直接或间接指示煤变质程度，以及对温度、压力等变化的响应。结果表明：黏土矿物这一层状结构硅酸盐矿物对研究区变形环境变化反应十分敏感，煤层夹矸中红柱石（空晶石）与伊利石、叶蜡石和绿泥石等共生，伊利石结晶度高，结晶度分布于0.140 60°～0.090 90°△2θ，平均晶层厚度(Lc)大于566×10-1 nm；利用伊利石(001)峰面积、半高宽分别与不规则部分γ峰的面积和半高宽的比值，伊利石结晶有序度显示与煤有机结构演化一致的特征；镜质体反射率和拉曼光谱地质温度计揭示煤系石墨形成的变质温度为400～500 ℃或更高，指示研究区煤层遭受低级浅变质作用，煤层夹矸中伊利石为2M1多型，b0分布于8.883 6～9.030 5×10-1 nm，指示煤层及围岩遭受低中压的变形环境，形成的压力条件在250～400 MPa或更高；依据不同变质程度煤的XRD结构参数随形成温度的变化，显示较高的受热条件是有机质演化和夹矸中矿物转变的重要因素，但是相近温度变化区间内煤中有机质结构单元面网间距（d002）持续减小，指示着地质过程强烈的构造应力能明显催化石墨化进程。

• 基于三维激光扫描的矿区建筑物变形监测与采动损害评估

  王磊, 朱尚军, 蒋创, 江克贵, 郭庆彪,

  针对传统测量方法提取矿区地表形变存在获取数据是离散、低密度，不能完整有效地对建筑物损坏等级进行评价等问题。拟提出基于三维激光扫描技术(3DLS)的矿区建筑物形变监测及采动损害评估方法研究。首先介绍了基于三维激光的建筑物变形监测精度设计方法及建筑物采动损害评估方法。其次构建了基于量子粒子群（QPSO）的三维激光标靶球拟合方法，并进行了精度分析。随后对淮南某矿区地表建筑物进行了多时段实时观测，并对矿区开采沉陷盆地建筑物的特征点进行形变信息提取。最后依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设现压煤开采规程》对房屋的损坏等级进行了评价。结果表明：①QPSO算法应用于标靶球拟合具有一定的稳定性且其结果精度较高。②矿区地表建筑物的损坏等级与距开切眼的距离成正比，离开切眼越近，建筑物的损坏等级越高，同时其与工作面的掘进进度有关，随着工作面开采强度的提高，地表建筑物的损坏程度也随之提高。综上，应用三维激光扫描技术监测矿区地表建筑物的采动损害对矿区安全生产及评估有着指导性的意义，研究成果对附近矿区的地质环境灾害评估与防治具有重要的参考价值。

• 基于组合权重的地表下沉系数预测分析

  栾元重, 纪赵磊, 崔诏, 梁耀东,

  地表下沉系数是地表沉陷预计中的重要参数，其取值的精度会对沉陷预计结果产生直接的影响，由于煤矿开采地表下沉系数影响因素众多且因素间存在着不确定性和非线性等复杂关系，从而导致地表下沉系数预测工作极为困难。为解决地表下沉系数难以准确预测的问题并提高预测精度，根据国内35个矿区的实测地表移动观测站数据，构建地表下沉系数预测模型。选取开采厚度、煤层倾角、平均釆深、走向宽深比、倾向宽深比、推进速度、松散层厚度和覆岩平均坚固系数等8个影响因素，采用灰色关联度分析和主成分分析相结合的方法求取地表下沉系数影响因素的组合权重，根据组合权重对地表移动观测站数据中的地表下沉系数影响因素进行排序，获得影响地表下沉系数的主要影响因素，并将主要影响因素作为输入，地表下沉系数作为输入参数，进而提出一种地表下沉系数预测分析的BP神经网络模型。结果表明：松散层厚度、推进速度、平均采深和倾向宽深比的组合权重更大，是地表下沉系数的主要影响因素；由地表下沉系数主要影响因素建立的地表下沉系数BP神经网络预测模型的预测精度高，其绝对误差最小值为3.954%，最大值仅为-6.918%，平均相对误差可以达到7.179%，与实测值极其接近。模型预测精度能够满足基本的工程需要，是地表下沉系数准确预测的一种可行方法。

• 采煤沉陷区建筑地基稳定性分析方法对比研究

  李宇宸, 朱晓峻, 刘辉,

  近年采煤沉陷区土地被广泛用作建设用地，建筑地基的稳定性直接决定沉陷区新建建筑物的可行性，而稳定性分析方法的选取是建筑地基稳定性分析的重要一环。为筛选出适用于采煤沉陷区建筑地基稳定性分析的最优方法，以淮北中湖采煤沉陷区为研究对象，针对沉陷区新建建筑物的地基稳定性分析问题，探讨了影响地基稳定性的主要因素，总结了地基稳定的评价标准，分别使用概率积分法、力学解析法和经验公式法对研究区地基进行了稳定性分析，并综合分析过程中的工作量、准确性、适用条件和模型构建因素对各方法进行了对比分析，指出了采煤沉陷区建筑地基稳定性分析的最适方法。研究表明：经验公式法在实际的地基稳定性分析中工作量小、准确性高、适用性强，模型可调性高，更适用于采煤沉陷区建筑地基稳定性分析的实际工程应用，力学解析法其次，概率积分法再次；概率积分法、力学解析法和经验公式法对研究区的地基稳定性评价结果与工程实际基本一致，研究区地基处于稳定状态；概率积分法实现了研究区未来十年的地表残余变形预计，今后研究区仍处于缓慢移动的状态，最大残余下沉量441 mm，最大残余倾斜1.6 mm/m，最大残余曲率0.02 mm/m2，最大残余水平变形1.5 mm/m，最大残余水平移动110 mm。

• 联合DInSAR的3种下沉时序模型关键点缺失问题研究

  石晓宇, 魏祥平, 杨可明, 王剑, 姚树一,

  针对难以全面研究沉陷区下沉变形的动态过程和单一监测手段可能会错失地表沉降阶段某些关键点的问题，以局部地表单点为切入点，联合InSAR与水准数据分别建立幂指数Knothe时间模型、Logistic模型和Weibull模型，进而研究矿区地表动态沉降规律。通过模拟数据分析了沉陷区地表观测点下沉变形特征以及影响上述3种时间函数曲线拟合的各因素；并以淮北袁二煤矿某采区为试验区，采用合成孔径雷达差分干涉测量(DInSAR)技术获得各水准点InSAR时序形变值；最终联合InSAR和水准监测数据，对比分析基于多源或单一监测方式2种情况下3种模型拟合曲线的不同。试验结果表明：①各时间序列模型地表下沉待估参数的大小对曲线拟合形态有较大影响，保证一定的监测周期，可反演出合适的下沉参数，才能更准确地拟合沉陷区观测点下沉时间序列，均方根误差最大可提高95.56%。②幂指数Knothe时间模型、Logistic模型和Weibull模型随时间序列变化的过程与地表沉陷区观测点物理下沉时序过程相符，均能较好地由地表单点下沉时间序列拟合出沉降曲线；3种模型虽下沉曲线拟合效果差异不大，但下沉速度曲线的拟合有明显差异且拟合精度均有所提高，可见联合InSAR和水准测量的沉降时间序列对矿区地表动态沉降进行拟合有明显优势。③基于多源数据拟合的3种时间函数模型相较于仅基于单一水准数据的可靠性更高，对各模型的下沉曲线形态具有较好的收敛作用。

• 智能综采工作面刮板输送机直线度监测方法研究

  张帆, 李闯, 李昊,

  综采工作面刮板输送机的直线度误差受刮板输送机的轨迹检测误差和液压支架的推移误差的影响，给刮板输送机的状态监测带来了新的挑战。综采工作面刮板输送机直线度实时监测与控制及其获取精确、可靠的位置状态信息对煤矿智能化开采至关重要。为实现综采工作面刮板输送机自动化、智能化、无人化调直并有效地监测刮板输送机的状态，提出了一种基于卡尔曼滤波的刮板输送机位置状态估计方法，结合综采工作面采煤工艺，利用刮板输送机检测轨迹建立刮板输送机调直方法模型，针对传统方法无法实时反映刮板输送机运动状态的难题，以数字孪生技术作为物理世界与数字世界的桥梁，实时精准地反映刮板输送机的位置状态信息，研究综采工作面“三机”的工作特点，利用卡尔曼滤波算法实现对综采工作面刮板输送机直线度的有效监测，并通过改变检测误差与推移误差的正态分布来检验该方法的准确性。试验结果表明，所提出的监测方法能够有效地减小检测误差和推移误差对综采工作面刮板输送机直线度的影响，且在检测误差与推移误差较大时依旧能发挥出色的效果，监测精准率均能提高30%以上，能使综采工作面刮板输送机的直线度误差稳定在一定的范围内，提高刮板输送机直线度的监测精度。

• 基于深度迁移学习的采煤机摇臂部滚动轴承故障诊断方法

  张旭辉, 潘格格, 郭欢欢, 毛清华, 樊红卫, 万翔,

  针对长期正常服役的采掘装备典型故障数据少、有标签数据不足,故障诊断模型训练效果不好等问题,提出一种基于深度迁移学习的采煤机摇臂部传动系统故障智能诊断方法。利用该方法将模拟平台故障数据训练后获取的故障诊断模型参数迁移至采煤机智能故障诊断模型中,从而在不同设备之间进行迁移学习,实现基于小样本数据的采煤机摇臂部智能故障诊断。通过构建预训练的卷积神经网络,将转换为二维时频分布的图像数据集作为预训练模型的输入,并将预训练模型的网络参数迁移至采煤机摇臂传动系统故障诊断模型中,通过保证低层网络不变保留模型的泛化能力,将含有标签的数据集作为采煤机摇臂传动系统智能故障诊断模型的训练数据集对模型进行训练,通过微调高层网络参数进行模型优化和权值更新,得到采煤机摇臂传动系统迁移故障诊断模型,提高了模型的特征提取能力减少了误差。为验证方法有效性,以传动系统滚动轴承为研究对象,采用西储大学轴承数据作为训练集，DDS传动系统平台模拟井下采煤机摇臂部传动系统工况得到滚动轴承监测数据,作为测试集进行试验验证。试验结果表明:滚动轴承平均故障识别精度达到99.59%,与传统的智能故障诊断方法相比,提出的智能故障诊断方法收敛速度快且诊断精度高,能够基于实验室的故障诊断知识,实现高精度设备状态识别与分类。

• 煤矿井下智能压裂泵系统研究

  李然, 孙晓冬, 刘波, 王大龙, 刘昊, 王统诚, 刘明亮, 王超,

  为解决坚硬难垮落顶板治理、瓦斯抽采增透等安全高效开采技术面临的核心装备支撑不足难题，研究了一套煤矿井下智能压裂泵系统。该系统攻克了泄液回收大流量压力控制技术、压裂过程变频压力实时调节技术以及智能控制和监测技术等关键难题。研究阀芯硬密封副技术、可靠性开启技术、瞬态大流量流道和容腔设计及泄液回收技术和压力检测及泄压技术为一体的泄液回收大流量压力控制技术，研制了最大流量1 000 L/min、额定压力40 MPa的大流量泄液回收压力控制阀，实现大流量工况下压力精确控制和泄液回收功能。压裂过程变频压力实时调节技术是以坐封、起裂及压裂过程的压力需求函数，通过控制器、传感器、变频泵站及电控流量阀组成的控制闭环，实现了3～40 MPa大压力范围的压裂压力精确控制。智能控制和监测技术攻克了低压自动坐封、压力自动跟随起裂和压裂自动识别等核心技术难题。在榆林大梁湾煤矿、陕煤集团孟村煤矿和华晋集团沙曲一矿进行了井下超长孔复合压裂关键技术的实施验证，完成了坚硬岩层顶板水力压裂治理的工业性试验，现场试验得出：煤层起裂时间范围在4～15 min，起裂压力范围在15～21 MPa，压裂后维持压力在12～16 MPa，单次注水量范围在1.3～5.5 m3。应用表明，该系统能够满足超长距离坚硬难垮落顶板的弱化及治理对水力压力装备的要求。

• 矿井轮式物料运输机器人设计

  郝明锐,

  为实现煤矿井下物料标准化装载、智能化配送、自动化转运和无人化运输的连续型辅助运输工艺，解决当前煤矿无轨辅助运输存在的系统能耗高、尾气污染严重、自动化和信息化水平落后，难以满足标准化、智能化的现代物流要求等问题，提出了一种矿井轮式物料运输机器人的设计方案，其具备清洁动力、环境感知、定位导航和自动驾驶等功能，可作为煤矿智能辅助运输系统的运载平台。该方案采用模块化设计将运输机器人的行走、装载等基本功能划分为独立的单元模块，根据不同需求进行组合，完成多种作业任务，达到减少车型种类，增加部件通用性的目的，为实现矿井物料运输的标准化和无人化提供装备基础。① 针对煤矿巷道的特殊工况和物料运输需求，提出了该型机器人的技术指标和总体架构，明确了各系统的层级关系和单元组成。② 介绍了作为机器人主要功能载体的行走底盘的结构形式和技术特点，进行了动力系统的匹配设计，并通过建立底盘运动学模型和相应的微分方程，提出了预测机器人行驶状态的描述参数和控制变量。③ 介绍了机器人环境感知、无线通讯和自主定位等系统的设计方案：环境感知系统综合采用RGB-D深度相机和平面激光雷达等多种传感设备，实现机器人在巷道运行时的实时数据采集；无线通讯系统通过在巷道内部署低延迟的WiFi+LoRa+UWB防爆基站，实现机器人运行范围内无线通信网络的全覆盖；自主定位系统综合利用了无线通信定位功能和环境感知定位技术，以实现机器人运行时的精确定位与导航。

• 新型智能变频牵引绞车研制与应用

  王梁, 李杰,

  为解决综采工作面回撤绞车操作困难、定位繁琐、效率低下，拉脱、断绳事故频发等问题，研发设计了一种集变频调速、智能检测、遥控控制、自支撑定位装置为一体的智能变频牵引绞车。经过对综采回撤工作面环境、设备、工况的现场调研，得到了新型智能控制变频牵引绞车外形及性能边界参数。通过总体—部件—总体反复设计与研究，最终确定总体结构设计。并从结构件设计的关键技术与参数研究、减速器的设计参数与传动系统布局以及支撑装置的设计计算等方面，对新型智能变频牵引绞车总体排布中的关键技术与参数进行了研究与阐述。通过对总体功能的研究，确定了液压系统功能及原理，并且结合使用工况和操作要求，确定了智能检测功能与遥控控制方法。通过对3个综采回撤工作面和2个综采安装工作面试验过程的跟踪与记录，对样机使用情况作了全面阐述，并对新型智能变频牵引绞车的优点和存在的不足进行了分析与总结。从样机使用情况看，所研制的绞车总体结构合理、可靠，液压系统功能及智能检测与控制功能等完全满足使用要求，能够有效避免现有绞车使用中存在的一些安全隐患。

• 煤矿井下遥控式全断面钻进钻机研制

  张刚, 宋海涛,

  针对薄煤层瓦斯抽采钻孔施工综合效率低的问题，分析发现薄煤层巷道普遍低矮，现有分体钻机虽能满足施工需求且尺寸小，但机械化水平低及搬迁不便，而履带钻机难以水平低位开孔，在低矮巷道进行顺层、穿层钻孔施工及钻机运输、调角空间受限，因此选择合适的施工方法及提高钻进装备适应性是解决这一难题的关键。本文研制的全断面钻进钻机，其设计有双立柱变幅稳固机构，将调角动作按顺序分解，采用全断面钻进方式施工，解决了履带钻机施工时的空间受限问题；设计的液力制动锁紧装置，利用钻机液压系统提供高压油，将钻进装置与钻机液力固接，解决了全断面施工稳定性差的问题；采用遥控技术控制钻机，解决了全断面施工时视线遮挡的问题；针对全断面施工时钻机的特定姿态，设计的直角导轨及衬板，选用新型合金材料及特殊的热处理工艺，提高了全断面钻机施工的可靠性。经现场工业性试验验证，该全断面钻机对薄煤层巷道适应性强，全断面施工性能稳定，综合效率高，促进了薄煤层煤矿井下全断面钻进钻机的技术进步，为煤矿井下瓦斯抽采的安全性、高效性提供有力保障。

• 基于熵权法-云模型保水开采生态环境评价研究

  王佳奇, 卢明银, 王庆雄, 王旭锋, 李贤功, 翟文睿,

  随着煤矿绿色开采技术的成熟应用，我国矿区的生态环境得到了明显改善，特别是西部生态脆弱矿区的生态环境实现了正向演替。因此为了量化衡量矿区生态环境的改善效果，反映绿色开采技术对矿区生态环境恢复的作用，基于绿色开采中的保水开采技术，提出了一套以保水开采技术为基础的矿区生态环境评价指标体系。在该评价体系中，采用较为客观的熵权法来对各个指标进行赋权以减少指标赋权时的专家主观性，并且为了兼顾评价信息的随机性与模糊性，采用能够描述信息随机性与模糊性的云模型理论作为建模基础，构建了一套以熵权法和云模型为基础的保水开采生态环境评价模型。该模型能够量化给出保水开采技术对矿区生态环境的改善效果，达到对以保水开采技术为主的矿区生态环境评价的目的。另外，通过实地调研选择神东矿区的哈拉沟煤矿为例，借助本评价模型对哈拉沟矿区生态环境进行评价并对本评价模型的合理性进行验证。结果表明：哈拉沟矿区的生态环境水平位于评语级“优”与评语级“良”之间，总体处于一个较好水平，和哈拉沟矿区生态环境状况相一致，从而验证了本评价模型的合理性；但通过评价云图也可看出评价结果偏向“良”的评语级，也反映了哈拉沟煤矿的生态环境状况还有提升空间，并结合分析结果给出了矿区后期应注意塌陷面积和塌陷深度等方面的改善建议。研究表明：本评价模型能够客观地对保水开采技术实施后的矿区生态环境水平进行量化评价，并能够给出矿区生态环境改善的建议，以达到科学利用保水开采技术，实现矿区生态环境良性发展的目的。

• 排土场植被覆盖度及地形变化对流域水土流失的影响

  邓彪, 陈航, 李恒, 雷少刚,

  煤矿区排土场的水土流失现象十分严重，盲目地进行植被重建会消耗大量资源，合理的植被覆盖度有助于指导矿区植被重建工作。基于水力侵蚀预测模型GeoWEPP，在野外调查结合遥感技术获取实测数据的基础上，以矿群为研究尺度探究了研究区排土场植被覆盖度变化对流域水土流失的影响规律并得出排土场植被覆盖度最佳范围。分析了锡林浩特矿群所在流域水土流失量增加的主要原因，在此基础上进一步模拟了地形格局变化下流域水土流失量的变化，研究了流域地形和地表植被覆盖类型变化对流域水土流失情况的影响效果；以10%的植被覆盖度为间隔、10%～90%覆盖度为区间，以50 a为模拟时长，分区域模拟分析矿群所在流域水土流失，并通过非线性均值变点法分析了生态效益最大化时的排土场植被覆盖度最佳范围。结果表明：① 地形变化是研究区水土流失量增加的主要原因，地形变化对水土流失量增加的影响远高于排土场植被重建的缓解效果；② 排土场边坡是发生水土流失的主要源点，仅仅进行排土场的植被重建难以较好地缓解水土流失状况，应该在地貌重塑的基础上重建排土场植被，以达到研究区生态环境优化的效益最大化；③ 水土流失归一化值随植被覆盖度的升高呈幂函数分布，经均值变点法计算得出锡林浩特矿群排土场的植被覆盖度最佳范围为40%～50%。

• 神南矿区采煤沉陷裂缝对土壤表层含水量的影响

  琚成远, 浮耀坤, 陈超, 冯泽伟, 白铭波, 胡振琪,

  为探究西部风沙区采煤沉陷裂缝对土壤表层含水量（0～20 cm）的影响，以神南柠条塔煤矿某工作面为研究区，使用时域反射仪（TDR）对动态裂缝以及不同宽度的地裂缝进行了土壤的水分含量监测，结果表明：①在动态裂缝整个发育周期内，裂缝周边表层含水量呈现处一个先快速下降后缓慢上升的趋势，且相对出塌陷侧的含水量损失量小于相对出露侧；且裂缝相对塌陷侧含水量及含水量恢复速度稍大于相对露出侧；在裂缝相对出露侧的土壤含水量受影响范围在85 cm内，影响周期为13 d；在裂缝相对塌陷侧的土壤含水量受影响范围在55 cm内，影响周期为12 d；在土壤自修复的作用下，土壤的含水量都可以得到基本的恢复；② 对超充分采动区内不同裂缝宽度条件下 (2、5、9、13、17、24、32、35、38 mm) 的土壤含水量进行对比分析，发现在宽2、5 mm的裂缝对土壤含水量无显著影响，9 mm及以上的裂缝中，当裂缝宽度相同时，距离裂缝位置越远，土壤含水量越高；在距离裂缝相等时，裂缝宽度越大，土壤含水量越低。

• 内源草酸青霉菌HM-M1对平庄褐煤的生物转化研究

  成建国, 马力通, 赵文渊, 刘云颖, 邹云鹏,

  褐煤作为一种低阶煤越来越引起人们重视，微生物转化褐煤制备高值化学品是利用褐煤的新技术手段，分离筛选可高效溶解转化褐煤的微生物是该技术的关键。从内蒙古东部平庄矿区褐煤中分离到一株具有较好溶解转化褐煤能力的内源真菌命名为HM-M1，经基因鉴定为草酸青霉菌（Penicillium oxalicum）。该菌株具有对褐煤环境适应性强和溶解转化效率高的优点，在液体培养基中28 ℃下溶煤处理20 d，对预处理褐煤溶解率达50.3%。同时对煤样进行了元素分析和工业分析，并利用SEM、FTIR对微生物溶解转化前后褐煤的结构进行分析。试验结果表明该菌株可在以褐煤为唯一营养源的条件下生长，并可将褐煤进一步溶解转化为黑色液体。经过硝酸氧化处理后褐煤中含氧量增加，同时硝酸处理可将褐煤中部分固定碳通过氧化断键转变为挥发份，进一步提高褐煤的微生物溶解转化率；SEM分析结果表明经草酸青霉菌HM-M1溶解转化后褐煤残渣呈腐蚀形状，褐煤结构变得疏松多孔，有较多的褐煤成分被溶解转化为液体流出。FTIR分析结果表明草酸青霉菌HM-M1主要对褐煤中含O和N基团如羰基、羧基、酰胺基、醚键等部位进行断键降解；对褐煤溶解转化液态产物进行GC-MS分析，得到10种浓度较高的溶解转化产物，包括苯甲酸、邻苯二甲酸酯类、苯并呋喃、萘类、菲类等，这些化合物均为应用价值较高的精细化工原料和医药合成中间体。本研究首次从褐煤中分离草酸青霉菌，并应用于褐煤的溶解转化制备高值化学品。