煤炭科学技术杂志

煤炭科学技术杂志2022年第5期

• 生物强化麦饭石处理矿山废水中 Ｆｅ２＋ 、 Ｍｎ２＋试验研究

  郭旭颖, 姜国亮, 胡志勇, 狄军贞, 董艳荣, 里 莹,

  针对酸性矿山废水处理难、处理费用高等问题，以辽宁（1号麦饭石）、山东（2号麦饭石）和黑龙江（3号麦饭石）3个不同产地的麦饭石为原材料，分别协同硫酸盐还原菌(Sulfate-Reducing Bacteria，SRB)处理酸性矿山废水(Acid Mine Drainage，AMD)，利用单因素试验考察不同产地麦饭石对SRB活性的影响以及生物麦饭石修复AMD的效果，并通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对麦饭石进行表征，阐明不同地区生物麦饭石对AMD中污染物的去除机理。结果表明：① 在不同产地麦饭石对SRB活性影响的单因素实验发现3种不同产地麦饭石均延长了SRB的对数生长期，使培养液的pH由初始的6.86分别增加到8.36、8.33和8.24，均高于对照组的0.698。对SRB活性的影响由大到小为：2号麦饭石＞1号麦饭石＞3号麦饭石。② 在生物麦饭石处理AMD的单因素试验中，2号麦饭石麦饭石对AMD的处理效果最好，处理后pH值提高到7.43，Eh降低到-192 mV，OD600最大值为0.586，SO2-4、Fe2+和Mn2+的最高去除率分别为93.89%、94.45%和80.44%。③ 3种麦饭石均为片层状结构，表面有沟壑且漏出内部孔隙；其中2号麦饭石较其余2种麦饭石具有更多的孔隙和更大的比表面积，同时SRB可被负载到麦饭石表面，麦饭石中高岭土峰等部分原有峰发生改变，并出现了新的FeS峰、MnS峰和Mn(OH)2峰。

• 关闭矿山地下空间资源定量评估与再利用途径

  吉 莉, 刘 峰, 尚建选, 董霁红, 黄艳利,

  随着煤炭资源的长期开发，越来越多的煤矿面临关闭/废弃或已关闭。这些矿井历经长期开采，形成大量地下空间，传统的封井措施会造成巨大的地下空间资源浪费。在国内外关闭矿山数量增加与绿色发展时代背景之下，采用数学模型定量评估与管理关闭矿山地下空间资源，提出矿区资源再利用途径，不仅是能源环境领域的重要议题，而且也是社会关注的热点，还是矿山企业解决发展困境的迫切需求。主要研究内容包括：① 划分了关闭矿山地下空间资源类型，提出了不同类型巷道空间计算方法、工作面采空区空间计算方法和井下残留煤炭资源的估算方法。② 分析了国内外关闭矿山地下转型利用模式，构建基于生态效益、经济效益、社会效益的矿山转型综合效益评估指标体系，采用层次分析法评估关闭矿山地下空间不同转型方案的综合效益。在此基础上，通过比较分析得出关闭矿山地下空间资源最优转型利用路径。③ 以渭河流域某矿为例，估算得到某矿地下空间为1.18×105 m3，残余资源量为5 600万t，地下转型方式按照效益由大到小依次为地下矿山博物馆、地下度假村和地下物资储备库。综合关闭矿山地上/下空间资源，根据资源特点与层次结构模型，确定该矿区最优转型利用方案为“地上矿山公园+地下矿山博物馆”。主要给出了关闭矿山地下空间资源划分标准，提出了关闭矿山资源定量评估方法，为关闭矿山企业提供转型脱困和可持续发展的新思路，为我国关闭/废弃矿山转型利用提供理论参考和实践范例，并对我国贯彻落实“双碳”战略目标具有重要意义。

• 蒙东典型大型露天矿生态储存指标体系及过程分析——以宝矿、 敏矿、 胜利矿为例

  赵玉国, 吉 莉, 董霁红, 房阿曼, 曹志国, 张 峰,

  为研究草原矿区不同开采时期的生态状况，选取自然条件及开采现状较为相似的、具有不同开采年份的3个大型露天矿宝日希勒露天矿（20 a）、伊敏露天矿（36 a）、胜利一号露天矿（45 a），在初步划定各矿区生态敏感区的基础上，基于生态服务价值分析，结合生态储存状态、过程、能力、格局及条件指标，综合评价对比各矿区的生态储存效应。研究结果表明：① 宝矿、敏矿、胜利矿矿区生态服务价值变化幅度分别为-4 212.19、1 915.68、-2 491.49元/a；生态储存状态指标显示，宝矿、敏矿、胜利矿的矿区生态系统单位面积生态服务价值分别以83.68、75.38、48.01元/(hm2·a)的速度发生退化。② 三个矿生态储存转化率均为负值，生态系统呈现高服务功能向低服务功能转换的过程，生态储存过程均呈现消极转化趋势；宝矿、敏矿、胜利矿生态储存能力值分别为-410、-310、-240元/(hm2·a)，其中胜利矿具有相对较好的生态储存能力；三个矿的生态储存格局值较为接近，宝矿、敏矿、胜利矿生态储存条件值分别为0.37%、0.69%、0.62%。③ 生态储存效应综合指数显示，敏矿综合指数相对较高为4.37，宝矿次之、胜利矿相对较低为1.65，表明土地利用对区域生态储存影响伊敏矿最小，胜利矿最大。研究结果有利于及时采取应对措施以减缓矿区生态效应的累积趋势，促进煤炭开采与草原生态的协调发展。

• 煤矿带式输送机巡检机器人关键技术研究

  方崇全,

  针对带式输送机巡检机器人在煤矿井下的环境适应性、自主快速安全充电、基于音视频分析的带式输送机异常工况智能识别等关键技术问题，阐述了煤矿带式输送机巡检机器人系统总体设计；设计了一种模块化、两节车厢挂载式巡检机器人本体及吊挂单轨式、滚轮与链轮链条混合驱动的巡检机器人行走机构，可适应煤矿井下输送带运输复杂环境；提出了煤矿井下电—机—电能量转换充电方法，设计了基于鼓形齿的充电自动对接机构，可实现巡检机器人在煤矿井下自主快速安全充电，满足井下远距离巡检需求；提出了基于托辊运转的声压1/3倍频程谱及声品质尖锐度特征指标的托辊故障识别方法，针对井下多粉尘、浓雾气、低照度场景下视频质量差导致视频识别难的问题，提出了自适应图像增强算法框架，增强图像质量，在此基础上，基于目标轮廓先验知识，构建深度神经网络模型，实现煤矿井下人员、煤流、带面异物、带面损伤等特征不显著目标的视频智能识别，提高带式输送机巡检机器人智能化水平。对带式输送机巡检机器人样机及带式输送机异常工况音视频样本进行了验证测试，结果表明：巡检机器人最小转弯半径1 m，在负重220 kg、巡检速度0.4 m/s的情况下，可在角度为20°的坡道上平稳运行；在充电站端的电动机额定功率2.2 kW情况下，机器人本体端的发电机能稳定输出功率800 W；基于音视频分析的带式输送机异常工况智能识别方法具有应用可行性。煤矿带式输送机巡检机器人关键技术的突破，将加速带式输送机巡检机器人的推广应用，有力促进智能化矿井建设。

• 煤矿水泵房巡检机器人路径规划与跟踪算法的研究

  金书奎, 寇子明, 吴 娟,

  目前煤矿水泵房排水设备的巡检工作仍需要人工完成，存在工人巡检懈怠，巡检不及时，巡检不到位，巡检结果数字化不便等问题。结合里程计定位技术、轮式移动机器人导航和避障技术，以ROS机器人开发平台为基础，研究了一种适用于井下水泵房环境的巡检机器人全局路径规划与跟踪算法，可实现巡检机器人在无人为干预，无磁轨、线缆或GPS辅助的情况下按照设定的路径自主移动完成水泵房设备的巡检工作。首先根据水泵房的平面图建立二维栅格地图，通过PRM路径规划算法在建好的二维栅格地图中规划一条经过所有检测点和行进点的无障碍路径，接着通过Pure Pursuit路径跟踪算法计算巡检机器人沿该路径行走需要的实时线速度和角速度，将其发送给巡检机器人运动控制器，然后控制器根据雷达数据实时监测机器人10 cm范围内障碍物情况，决定巡检机器人是否采用当前的线速度和角速度沿规划路径行走，最后在机器人到达检测点后对排水设备进行拍照和运行数据的采集。通过对巡检机器人的模拟实验结果分析得出：巡检机器人能够避开路径上的障碍物，准确到达巡检点，机器人实际位置平均误差为4 cm，姿态角度平均误差为 0.095 rad ，满足机器人巡检工作的要求。

• 煤矿安全监测监控体系中边缘计算模式研究

  屈世甲, 武福生, 贺耀宜,

  针对煤矿现有监测监控体系下井下融合度不高，现场灾害分析和联动处理能力缺乏，无法满足监测监控深度融合需要的问题。对标智慧矿山建设中安全保障方面对监测监控体系的要求，论述了建立深度融合监测监控体系的必要性。分析了边缘计算技术在煤矿监测监控体系中的适用性，提出了建立基于云、边、端三级的煤矿监测监控体系架构，增加“端”侧传感信息的采集和第一级安全分析预警并实现区域联动功能。提出了煤矿监测监控体系中设置两级边缘节点的模式，分析指出边缘网关是当前更为关注的边缘计算节点。结合EdgeX Foundry平台架构对智能边缘网关的硬件平台和软件平台设计提出了构想，设计了煤矿安全监控系统边缘网关的整体架构。以煤矿工作面外因火灾为例，分析了现有监测监控体系和基于边缘计算监测监控体系下对火灾信息采集、分析预警和灾变处置的不同流程，将原有的火灾9步处理流程优化为4步处理流程，分析认为基于边缘计算的监测监控体系在系统井下深度融合、区域安全融合分析和处置方面相比较现有监测监控体系都有一定的优势。

• 智慧矿山工业互联网技术架构探讨

  张建中, 郭 军,

  针对智慧矿山建设过程中存在的信息孤岛、数据质量和网络信息安全等问题，分析了智慧矿山建设技术架构现状，对比了智慧矿山建设与煤炭工业互联网关系，采用以ISO/IEC/IEEE42010系统与软件工程标准为主要方法论，提出了智慧矿山工业互联网架构体系，包括设备层、边缘层、企业层和产业层的“网络、标识、平台、安全”四大系统建设，提出了智慧矿山工业互联网平台技术5层架构，分析了各层构建的主要内容和相互关系，包括:①现场层，提供工业设备与业务管理数据来源与流程优化场景；②边缘层，构建基于OPC UA与TSN融合的边缘云计算架构，实现感知、互联与计算的边缘侧应用闭环；③IaaS层，构建基于边云协同的存储与计算架构，实现网络、存储、CPU等资源虚拟化与池化；④工业PaaS平台层，包括通用资源部署与管理、矿山大数据引擎、矿山机理与大数据建模分析、矿山数字孪生信息模型建模引擎和基于微服务框架及组件开发环境；⑤工业SaaS应用层，调用和封装工业PaaS平台上的开发工具、矿山机理模型、数据驱动模型等服务开发智慧矿山业务运行与矿山智能化应用APP。并探讨了基于智慧矿山工业互联网操作系统PaaS平台构建“智慧矿山大脑”赋能智慧矿山建设，主要有矿山资源勘察、数字化协同设计、矿井施工管理、综合自动化集成、智能开采、快速掘进、地测管理、故障诊断、智能物流、智能通风、精准感知、重大危险源辨识与控制等赋能应用场景，最后进行了总结和展望。

• 煤层底板富水承压溶洞突水力学模型构建及突水判据研究

  李 博, 刘子捷,

  西南地区是我国南方重要的煤炭生产基地，由于喀斯特地貌分布广泛，岩溶发育强烈，该地区主采的二叠系煤层底板茅口组灰岩中常见充水性溶洞，煤矿开采过程中一旦遇到隐伏富水承压溶洞，在采动和承压水双重作用下，极易导致煤层底板隔水岩体失稳破坏产生突水灾害，对煤矿的安全开采造成严重威胁。为研究煤层底板富水承压溶洞突水灾害发生时的地质控制因素及隔水岩体失稳破坏的力学行为，有效保障煤矿安全开采，基于西南岩溶地区溶洞的形态特点、隔水岩体的受力特征，将溶洞顶板简化为圆形断面，将溶洞与煤层之间的隔水岩体简化为由无数积分薄圆板构成的圆锥台体，建立了煤层底板富水承压溶洞突水力学模型。运用突变理论中的尖点突变模型对力学模型进行解析，结合弹性力学理论，得出了系统变形失稳的标准势函数表达式，进而研究了系统的临界稳定状态，推导了煤层底板富水承压溶洞突水的力学判据。研究表明：隔水岩体失稳破坏进而引发富水承压溶洞突水的地质因素主要由隔水岩体的厚度、弹性模量、泊松比及溶洞的尺寸和水压等控制，且当隔水岩体厚度、弹性模量和泊松比越小，溶洞尺寸和水压越大时，越容易发生突水灾害。研究成果可以为煤层底板溶洞突水现象的解释和防治提供科学依据。

• 地质雷达和高密度电法联合探测底板含水性的应用

  董江鑫, 王 飞,

  矿井底板富水是影响煤矿安全生产的重大隐患,为准确探查底板的含水性,指导煤矿防治水工作。采用对地质体识别精准的地质雷达和对水反应灵敏的高密度电法进行探测具有探测精度高、解释准确高效的特点。首先分析了地质雷达和高密度电法的基本原理,然后基于地质雷达正演理论,建立了完整地层、溶孔溶洞、裂缝裂隙正演模型,分析各自模型的雷达图像特征;基于高密度电法正演理论,建立了完整地层、高阻、低阻正演模型,在分析各自模型正演响应特征的基础上进一步给出反演结果。数值模拟结果表明地质雷达可根据图像特征来识别地质体,高密度电法可根据高阻、低阻响应特征来判定含水性。最后,在贺西矿四采区东翼底抽巷2号钻场处底板进行实际探测,准确探测了底板下方30 m范围内存在两处含水异常,一处为含水裂隙裂缝发育带,另一处为一富水带。经钻探实际验证,探测所显示的含水异常体与实际对应较好,结果表明了矿井地质雷达和高密度电法联合探测可以准确有效地探测底板含水性。

• 煤矿双层采空区CSAMT响应规律

  白 剑, 余传涛, 杨 勇, 王慧明, 杨晓成, 张 洁,

  我国不仅是主要的产煤国，同时也是受水害影响最为严重的国家之一，随着煤矿开采深度、开采强度、开采速度、开采规模的增加和扩大，以及新煤田的大面积开发，煤矿水灾害威胁愈来愈严重，对煤矿采空区的分布进行精准地球物理探测是减少煤矿水害的主要途径，CSAMT法是煤矿多层采空积水区探测的重要电磁勘探方法。为研究阳煤集团某煤矿双层采空区的电磁响应规律，基于有限元法对不同类型双层采空区的CSAMT响应进行模拟。结果显示：① 存在双层异常体时2个异常体电性同为高阻或低阻时，异常体的层间隔影响异常体的纵向分辨率，间隔较小时难以区分双层异常边界，当2个异常体间隔大于50 m时，可以区分为2个异常体的响应，异常体层间隔越大，响应越明显；② 双层采空异常体中上层为高阻、下层为低阻异常时，2层异常体间隔达到10 m时就能够区分2层异常响应，层间隔越大，分辨能力较好；③ 双层采空异常体上层为低阻，下层为高阻时，只有当2层异常体间隔达到50 m以上时，才能够区分2层异常体引起的异常，说明上层低阻体对下层异常体存在屏蔽作用；④ 最后根据正演模拟结果，选取与模型电性类似的试验区进行试验，试验结果与正演模拟响应规律基本吻合，说明正演模拟结果较为可靠。上述多层异常体的CSAMT响应规律可为不同电性条件下的双层采空区电磁法勘探的方法选择提供依据。

• 陕北矿区地下水资源地面瞬变电磁法探查实践

  吴群英, 胡雄武, 王宏科,

  黄河流域中上游煤炭资源的大规模开发已造成生态环境的持续恶化，掌握煤炭开采对地下水环境的影响规律有助于实现煤炭资源开发与生态环境保护协调发展，采用瞬变电磁方法探测地下水的赋存特征是其中的一项重点研究内容。以陕北煤矿区直罗组和延安组2个目标含水地层的地下水资源为研究对象，基于钻孔地质剖面和视电阻率测井曲线，构建了研究区主采煤层上覆地层的正常和异常地电模型。通过地面瞬变电磁一维正演模拟，获得了不同地电模型条件下的感应电压和全程视电阻率曲线，分析了各模型对应的瞬变电磁场响应数据之间的差异性，其结果表明目标含水层在不同富水条件下具有不同的瞬变电磁场响应特征，0.000 1～0.010 0 s是瞬变电磁场对不同目标含水层进行分辨的有效观测时间，从理论上确定了利用瞬变电磁法进行目标含水层富水性探测的可行性。现场探测试验进一步给出了适用于研究区的瞬变电磁观测参数，获得了目标含水层的电性参数分布特征，基于统计学原理确定直罗组和延安组含水层的电性异常判别阈值分别为34 Ω·m和48 Ω·m。以此为依据，揭示了直罗组和延安组地层的地下水赋存特征，总体上判定前者裂隙相对发育，具有较强富水性，后者岩层相对完整，具有弱富水性。最后，针对煤炭开采对地下水环境的影响规律研究，指出了后续瞬变电磁探测工作重点以及相关影响因素。

• 二连盆地群低煤阶煤储层裂隙地质建模与精细描述

  刘建华, 王生维, 粟冬梅,

  以二连盆地群霍林河盆地低煤阶煤储层为研究对象，通过在露天煤矿选取典型剖面进行实例解剖，辅以光学显微镜、CT扫描等室内测试分析的研究方法，精细描述研究区煤储层裂隙系统发育特征，构建目标煤储层垂向上空间裂隙发育模型，为后续工程开发提供参考。研究结果表明：霍林河盆地煤储层大裂隙系统及微裂隙均表现出良好定向性，外生节理倾角多近乎直立，内生裂隙及微裂隙多垂直于层面发育。显微裂隙主要为原生张性裂隙，未见具有构造特征的剪性裂隙。外生节理发育的程度与方向、内生裂隙形态特征受构造影响明显，但微裂隙发育程度主要受煤岩组分影响，受构造影响不明显。大裂隙系统少见充填，微裂隙充填度较大，在40%～50%，储层连通性整体较好。煤CT三维重建成像表明无机矿物充填空隙和未被充填空隙都具有分层分布特征，整体孔裂隙发育，Ⅳ煤组无机矿物充填较ⅢA煤少。

• 淮北煤田宿州矿区山西组泥质岩地球化学特征及地质意义

  吴灿灿, 曹 静, 赵景宇,

  为研究淮北煤田宿州矿区山西组泥质岩地球化学特征及地质意义，通过X射线荧光光谱仪和电感耦合等离子质谱仪等分析测试手段，对研究区山西组泥质岩主微量元素进行了测试并进行分析。结果表明，研究区泥质岩中SiO2、Al2O3质量分数较高，均值分别为62.67%、21.36%。山西组泥质岩中Sc、V、Cr、Ni、Zr、Th等元素相对后太古宙澳大利亚页岩富集，Ba、Ta、Rb、Sr、Nb等元素亏损。泥质岩中稀土元素富集，质量分数为242.4×10-6 ～302.9 ×10-6，LREE /HREE为8.87～10.01，轻重稀土分异程度大，δEu为0.44～0.72，具有明显的负异常，δCe为0.96～1.14，显示为无异常；稀土元素配分曲线整体模式呈右倾型，相似于后太古宙澳大利亚页岩元素曲线，反映研究区泥质岩主要来源于上地壳。研究区泥质岩m(Al2O3)/m(TiO2)为22.77～29.47，m(Cr)/m(Zr)为0.22～0.40，结合样品在Th/Sc-Zr/Sc、TiO2-Ni、La/Th-Hf、La/Yb-REE等图解中的投影区域，表明研究区泥质岩物质组分主要来源于上地壳中的长英质岩石，具体为阴山古陆前寒武纪花岗岩。Th-Sc-Zr/10和La-Th-Sc构造环境判别图暗示研究区泥质岩源区为大陆岛弧构造环境。研究区泥质岩m(Sr)/m(Ba)为0.41～0.54，反映微咸水沉积环境；m(Sr)/m(Cu)为3.96～4.89，表明了温暖潮湿的气候条件，m(V)/m（V+Ni）为0.71～0.82，m(Ni)/m(Co)为1.94～3.55，m(Cu)/m(Zn)为0.34～0.71，暗示了沉积水体为厌氧环境、强还原环境，这些地球化学特征表明淮北煤田宿州矿区山西组地层形成于河控三角洲环境，气候条件为温暖湿润，水体为半咸水-咸水。

• 复合催化剂改性矿用酚醛树脂低热值及发泡性能研究

  胡相明, 祝富盛, 凌 青, 王其宝, 卢文欣, 余明高, 王 鹏, 王 伟,

  传统酚醛树脂在煤矿充填堵漏过程中会释放大量反应热，易造成充填煤层区域温度的升高，从而引起煤炭自燃的问题。针对这一技术问题，对合成酚醛树脂的关键组分“碱性催化剂”进行改良，制备出“碱性催化剂A”，对比分析了催化剂A和其他碱性催化剂对树脂黏度、固含量、泡沫固化温度、发泡倍率和微观孔径结构的影响，并探究了由催化剂A合成的改性酚醛树脂(N-PF)的固化放热机理。研究结果表明：N-PF树脂具有较高的发泡倍率，良好的黏度和较低的固化温度。微观孔径数据显示，碱性催化剂A的应用提高了N-PF树脂泡沫体的孔隙尺寸，且泡沫粉化率低于PF泡沫，具有更加优异的力学性能；傅里叶变换红外吸收光谱(FT-IR)和核磁共振碳谱(13C-NMR)数据显示，N-PF的羟甲基指数低于PF，有利于酚醛树脂在固化过程中总放热量的降低；差示扫描量热(DSC)分析和理论计算证明N-PF在固化过程中的热量释放较PF更为平缓，避免了热量的快速积聚。同时发现，与PF相比N-PF在相同固化体系下的固化体温度与发泡体周围环境温度均大幅降低，固化体温度由125 ℃降低至65 ℃降幅可达46%，发泡体周围环境温度由41.8 ℃下降至32.9 ℃降幅达21%。

• 基于瓦斯实时监测的炮掘工作面爆破自动识别与突出危险性预测

  彭玉杰, 宋大钊, 李振雷, 何学秋, 王洪磊, 邱黎明,

  为实现应用炮掘工作面炮后瓦斯实时监测数据进行突出危险性动态预测的目标，提出了一种应用一阶差分、卷积运算和MATLAB中的findpeaks函数，自动识别瓦斯体积分数监测曲线中爆破事件的方法，应用提出的自动识别方法，对某炮掘工作面的爆破事件进行了自动识别与提取，并对识别结果进行了评价；基于爆破识别与提取的结果，分析了炮后瓦斯体积分数变化特征，计算了炮后瓦斯体积分数增长速率、峰值和衰减速率3个指标与K1值的相关性，据此建立了炮掘工作面突出危险性预测模型，并将模型应用于另一炮掘工作面，对工作面前方的突出危险性进行预测。研究结果表明：提出的自动识别方法实现了对爆破时刻、爆破时的瓦斯体积分数、炮后瓦斯体积分数峰值及其时刻的自动识别与提取，识别爆破事件的召回率平均为84.13%、精准率平均为77.21%，提取出的炮后瓦斯体积分数峰值和爆破时刻的平均绝对误差分别为0.018 9%和2.323 7 min；炮后瓦斯体积分数增长速率、峰值、衰减速率都与K1值强相关，相关系数分别为0.85、0.92、0.79；应用建立的突出危险性预测模型，成功地预测出了25次喷孔事件和1次小型压出事件，预报效能为60.48%。研究结果可作为现有突出预测方法的补充，辅助钻屑瓦斯解吸指标K1值进行突出危险性预测，并可为炮掘工作面瓦斯异常识别及突出危险性预测提供指导。

• 松软煤层瓦斯抽采钻孔 “同心环” 加固密封技术研究与应用

  包若羽,

  松软煤层瓦斯抽采钻孔易失稳、密封难的问题直接影响着松软煤层瓦斯高效抽采，在松软煤层施工钻孔成孔退钻后孔内塌孔导致无法及时密封，除此之外孔口煤体破碎区也形成大量漏气通道致使密封失效，由此对矿井生产带来安全隐患且造成了时间和经济上的浪费。从理论分析钻孔密封段受力情况入手，在利用黏弹性力学模型求解孔口破碎区煤体受力的基础上，结合影响松软煤层孔口塌孔外界条件理论研究松软煤层钻孔孔口易塌孔原因并提出合理解决办法，据此提出“同心环”加固密封技术，并从物理模型、技术原理与流程等方面进行详细阐述，最后在山西某矿区N2106松软煤层工作面开展现场应用试验。结果表明：松软煤层孔口破碎区在时间效应下易进入快速变形阶段，由于其吸附性强、易膨胀性等特点加之打钻偏移后钻杆对孔口的剧烈扰动，最终致使孔口退钻后易变形坍塌；采用“同心环”加固密封的试验钻孔均未出现退钻后塌孔的问题，瓦斯浓度在前30天均保持在30%以上，抽采第30天时钻孔最大瓦斯纯流量达到0.053 m3/min，与传统密封钻孔比较后发现“同心环”加固密封钻孔密封技术密封效果优于传统密封技术。

• 煤、 页岩和砂岩孔隙结构差异性及对甲烷吸附的影响研究

  李全中, 胡海洋, 吉小峰,

  查明煤、页岩和砂岩孔隙结构差异性，对煤层气、页岩气和致密砂岩气的开发具有重要意义。采集煤、页岩和砂岩样品，利用压汞法、低温氮气吸附法、低温二氧化碳吸附法测试样品的孔隙结构，根据各测试方法的特点，提出了利用低温二氧化碳吸附法、低温氮气吸附法、和压汞法分别测试表征微孔（＜2 nm）、介孔（2～50 nm）和大孔（＞50 nm）的全孔径段表征方法，并进行了不同样品的甲烷等温吸附试验，分析孔隙结构对甲烷吸附的影响。试验结果表明：① 所测样品中，煤中主要发育狭缝形孔隙，页岩和砂岩中主要发育墨水瓶形孔。② 煤、页岩和砂岩孔隙结构具有较大的差异性，煤微孔发育程度远远大于页岩和砂岩。煤中微孔为煤提供了大部分的孔容和比表面积，其中微孔孔容占总孔容的60%以上，微孔比表面积占总比表面积的95%以上；页岩和砂岩的孔容主要有介孔提供，介孔孔容占到总孔容的65%以上，比表面积由微孔提供，微孔比表面积占到总比表面积的61%以上。③ 不同样品对甲烷吸附能力顺序依次为煤＞页岩＞砂岩，对甲烷的吸附主要受控于孔比表面积，微孔为煤对甲烷的吸附提供了更多的空间和吸附点位，所以煤对甲烷吸附能力远远大于页岩和砂岩，最大吸附量与纳米孔隙比表面积大小具有强烈的正相关性。

• 压裂液腐蚀效应下煤体力学损伤规律及增透效果研究

  王 宁, 李树刚,

  为了提高低渗透煤层增透效果，〖JP2〗提出采用表面活性剂协同酸液的腐蚀煤体技术改进煤层传统水力压裂技术，利用腐蚀性压裂液增强压裂液在煤体中的破坏效果，揭示腐蚀煤体力学变化特性，并将基于压裂液腐蚀的煤体增透技术在煤矿现场进行工业化应用，考察煤层增透及瓦斯抽采效果。研究结果表明：经过压裂液腐蚀的煤样破坏过程分为4个阶段：裂隙闭合阶段、弹性变形阶段、裂隙稳定扩展阶段及裂纹加速扩展阶段，腐蚀压裂液深入煤岩内部的孔洞和裂隙中，与其中的黏土矿物和无机盐矿物等杂质矿物反应，造成煤岩孔洞和裂隙的破坏，导致煤样内部出现了不贯通裂隙，在经过腐蚀处理后，煤样破坏过程中进入裂隙稳定扩展阶段所受的应力变小，煤样强度降低，经过十二烷基磺酸钠(SDS)协同腐蚀处理后煤样强度最低，煤样产生裂隙所受的应力值最低，表明SDS对腐蚀效果破坏煤体结构具有积极作用。通过工业性试验可得，同普通水力压裂孔对比，酸化腐蚀压裂孔维持在高浓度、高流量的时间长，衰减得慢。压裂影响区域导向孔瓦斯抽采体积分数最高达到76%；与平均瓦斯浓度相比，水力压裂钻孔瓦斯抽采体积分数提高了8%，钻孔间距从6 m扩大到11 m，节约〖JP〗了煤矿瓦斯治理成本。

• 含水煤体纵波波速变化规律试验研究———以古汉山烟煤与赵固无烟煤为例

  李东会, 梁雁侠, 张 凯, 王晨曦,

  煤层由于地下水、水力增透技术等因素导致煤体内部含水程度不同，不同含水程度对煤层力学特性和瓦斯在煤层中流动有着较大的影响，从而会造成瓦斯抽采的困难。为解决含水瓦斯抽采困难的难题，在实验室内采用古汉山烟煤与赵固无烟煤进行不同含水饱和度煤样声波测试，结合Wood理论假设的Gassmann方程与Kuster-Toksoz理论方程作规律分析研究。结果表明：无论是古汉山烟煤还是赵固无烟煤含水饱和度以60％为分界线。平行层理含水饱和度在60％之前与Wood理论假设的Gassmann方程符合，60％之后符合Kuster-Toksoz理论方程。而垂直层理孔、裂隙较发育，含水饱和度60％之前与Wood理论假设的Gassmann方程不符合，因此，自建的修正公式计算不同含水饱和度波速，与实际波速基本吻合。而含水饱和度60％之后符合Kuster-Toksoz理论方程。为明确不同含水饱和度下煤体波速变化规律提供室内试验依据，从而也可为声波资料应用于煤层含水饱和度评估与预测提供理论基础。

• 基于ＳＰＨ的椭圆双极线性聚能药包控制爆破数值模拟研究

  吴 波, 韦 汉, 徐世祥, 许 杰, 黄宗辉,

  为了优化椭圆双极线性聚能药包爆破参数，基于光滑粒子流体动力学方法（SPH），研究了聚能装药聚能射流的形成并与已有试验及模拟做对比，验证所实现SPH方法的有效性，再基于SPH和相同参数及本构方程研究椭圆双极线性聚能药包爆破射流形成机理，分析外壳和药型罩对椭圆双极线性聚能药包爆破聚能射流的影响。结果表明：椭圆双极线性聚能药包通过压垮药型罩形成聚能射流，聚能射流形成的同时爆生气体不断撞击外壳向非聚能方向运动，变形到达一定程度之后外壳与药型罩连接部位断开，外壳与药型罩连接部位断开后溢出的爆生气体速度大于射流头部速度；外壳对椭圆双极线性聚能药包射流头部速度有一定影响，随着外壳厚度不断增大，射流头部速度也在增大，且不同外壳厚度的聚能药包射流头部速度随时间变化趋势趋于一致，外壳越厚越利于稳定爆轰，从而利于射流的形成，射流速度越大；当外壳厚度一定时，药型罩厚度不断减小，爆生气体用于压垮药型罩做的功越少，转换为聚能射流动能越多，聚能射流头部速度越大；当无药型罩时，无法形成明显射流，表明药型罩对聚能射流的形成起决定作用；药型罩和外壳的共同作用下使得聚能射流的效果更佳。数值分析结果对优化椭圆双极线性聚能药包爆破具有一定的指导意义。

• 加筋土挡墙拐角处顶层格栅拉应力影响因素分析

  任俊姣, 龙建辉, 孙自强, 张吉宁,

  以工程实例为背景，利用数值分析软件FLAC3D，在墙面内夹角为90°的单级直立式加筋土挡墙基础上，通过改变筋材间距、加筋长度、辅筋方式，建立加筋土挡墙三维数值分析模型。将3种影响因素下的不规则加筋土挡墙顶层土工格栅外缘、拐角平分线拉应力特征进行对比。结果表明：拐角部位土工格栅的最大拉应力分布呈现“X”形，与直线部位土工格栅拉应力平行墙面的分布规律有明显区别，且变形量较直线部位更大；土工格栅拉应力随着距拐角距离(0～15 m)的增大出现先增后减趋势，且在6 m处最大，15 m后变化较小，即实际工程中可在距拐角6 m左右提高挡土墙设计的稳定性；筋材间距、辅筋方式对土工格栅的变形都有明显的影响，加筋长度影响较小；当筋材间距等于0.3 m时，随着距墙面距离的增大，拐角部位与直线部位的土工格栅拉应力的差异减小，即拐角部位的变形程度减弱，挡墙的稳定性提高；小于筋材间距0.3 m时加筋效果不明显，故筋材间距0.3 m为最佳。筋材长度8～10 m时对减小拐角处土工格栅变形效果较好；整体增设辅筋时，墙高中下部拐角部位不再是土工格栅拉力最大处，拐角两侧沿墙面延伸大于拐角部位；相较于整体增设辅筋，一半辅筋对挡墙拐角处土工格栅变形的控制效果较弱，但可以起到很好的控制作用，也能节约材料，具体运用中根据实际情况拟定方案；实际中可选择改变筋材间距大小或增设辅筋的方式来控制土工格栅的变形，同时辅筋与主筋的间距大小对加筋效果的影响很小。

• 考虑空隙影响的岩石统计损伤模型研究

  李越梅, 吕洪淼, 刘文博, 晏祥智,

  为得到岩石在不同围压作用下变形特性以及岩石空隙对变形损伤的影响，采用TAW-2000岩石试验系统对砂岩进行室内三轴压缩试验；构建考虑岩石空隙损伤的三轴压缩统计损伤模型，以及提出确定分布参数和空隙损伤影响系数的方法，通过模型曲线和试验曲线对比，验证建立损伤模型的正确性与合理性。结果表明：该模型对传统破坏模型引入空隙损伤影响系数可以较好地描述损伤演化，并能反映出三轴压缩试验曲线的软化特性。该模型对传统破坏模型引入空隙损伤影响系数可以较好地描述损伤演化，并能反映出三轴压缩试验曲线的软化特性。岩石在同一围压作用下的损伤变量的变化规律都是呈现出先增大后趋于稳定的趋势，这是由于岩石在荷载作用下内部原生裂隙会进一步发展、扩散，直至贯通为宏观裂缝，导致岩石发生变形破坏，后续试验岩石试样沿着破裂面滑移，最终使得岩石的损伤程度逐渐加剧。由拟合结果可知，建立的统计损伤模型可较好地反应岩石的变形特性，也可较为真实反映巷道围岩的变形情况，对实际工程中巷道围岩-支护体的设计具有指导意义，但是实际工程中围岩所受的三向应力大小各不相同，鉴于试验条件约束无法实现，故需要在以后研究中对岩石做真三轴试验，才能更好地反映实际地层开挖后围岩的受力、变形情况。

• 考虑弹性模量退化的砂岩非定常蠕变模型

  杨 逾, 孙博一, 孙艺丹, 李 珉, 晏祥智,

  针对传统西原模型不能描述岩石加速蠕变特性的问题，根据辽宁阜新海棠山隧道出现的围岩流变现象，通过现场取样，采用MTS-812.02岩石试验加载系统对砂岩进行不同围压和不同应力水平下的三轴蠕变试验，分析其蠕变特性。在传统西原模型的基础上，考虑了岩石进入加速蠕变阶段的判别条件，串联一个加速蠕变触发的元件，通过损伤定义流变参数的非定常性，建立了一个以屈服强度和长期强度为判别条件新型非定常蠕变模型，并将一维推广至三维；结合砂岩蠕变试验结果，对砂岩流变试验全过程曲线进行模型参数拟合，结果表明：建立的新型砂岩非定常蠕变模型与试验结果具有较高的拟合度，该模型克服了传统西原模型难以描述加速蠕变阶段的缺陷，不仅能够反映出砂岩瞬时应变、稳定蠕变和亚稳定蠕变阶段的流变特性，还能很好地描述了砂岩加速蠕变阶段的流变特性。最后，通过对砂岩流变参数的反演，得到了砂岩的损伤演化方程，结合现场围岩应变监测数据对模型参数进行拟合，很好地反映了流变参数损伤劣化规律。研究成果为研究岩体流变的非线性问题和确保工程安全提供了新思路。

• 仰斜综放开采顶煤运移规律及合理放煤参数研究

  王圣志, 袁 永, 朱 成, 袁超峰, 钟慧伟,

  为研究不同倾角的煤层在放煤过程中顶煤的运移规律和确定合理的放煤参数，采用PFC2D颗粒流软件模拟济宁二号煤矿10301工作面不同倾角下的顶煤运移规律，并结合现场实测确定合理的放煤参数，得到了采放比、放煤步距、仰采角度对顶煤放出率的影响规律。结果表明：仰采角度越大，顶煤从初始位置运移到放煤口的位移距离越长；仰采角度越大，顶煤运移轨迹形成 “倒勺子”形状就越明显，放煤过程中顶煤越容易向采空区运移，顶煤放出率越低；随着支架倾角的增加，顶煤在运移过程中与支架相互作用形成的“力链拱”、成拱效应越明显；济宁二号煤矿10301工作面的最佳采高确定为3.5 m，最佳放煤步距为0.8 m，最佳采放比为1:3，确定最佳放煤含矸率为7%；现场实测与模拟结果相近，验证数值模拟的可行性。

• 充填与垮落协同开采覆岩层间滑移破坏规律研究

  郭宇鸣, 刘恒凤, 殷 伟, 朱存利, 董超伟, 夏康祺,

  充填与垮落协同开采技术发挥了综采“高产高效”与充采“绿色环保”的双重技术优势，目前对协同开采覆岩移动变形的研究已取得了一定的成果，但忽略了岩层层间的滑移效应对覆岩移动的影响。基于充填与垮落协同开采技术原理与工艺，根据协同开采覆岩结构特征，建立协同开采覆岩复合岩梁滑移力学模型，解出双层复合岩梁挠度、滑移、剪力和弯矩的理论解，分析复合弹性地基系数k对四者的影响规律，并通过物理相似模拟试验得出不同充实率条件下覆岩层间滑移规律；研究认为，采用充填与垮落协同开采方法时，受到同一工作面中同时布置充填段和垮落段的影响，双层复合岩梁四者理论解较垮落法的单一开采均发生突变，四者统计数值随复合弹性地基系数k的变化规律具有一致性，均可划分为快速降低区、缓慢降低区和平稳区，并计算得出滑移效应影响下的充填段临界充实率为93.75%；将理论计算与物理模拟结果进行对比分析，知充填段与垮落段覆岩均向协同工作面中央位置移动，验证了滑移模型的合理性。

• 基于四阶段应力－应变模型的深部巷道围岩弹塑性分析

  韩 征, 李龙清,

  为分析巷道破裂区范围，基于统一强度准则和非关联流动法则，考虑中间主应力及扩容系数的影响，建立了深部巷道围岩弹性区-塑性区-软化区-破裂区四阶段应力-应变模型，并求得围岩应力、应变及变形的封闭解。结合工程案例，分析了不同强度参数、应力-应变模型、剪胀角、残余黏聚力等对围岩状态变化的影响。研究结果表明：强度参数对围岩应力、应变及峰后破坏范围均具有重要影响。随着强度参数的不断增加，围岩环向应力峰值及峰后破坏范围均不同程度增大，应力曲线左移；扩容系数与强度参数和剪胀角均成正相关关系；随着残余黏聚力的不断增加，围岩峰后破坏范围及表面位移均呈现出非线性减小特征，其减小速率不断降低；与其他应力-应变模型相比，围岩峰后破坏区位移呈现出EBM>EPBM>ESM>本文模型>EPM的变化特征。此外，随着峰后破坏区剪胀角的不断增加，其围岩表面位移也不同程度增加：破裂区剪胀角对其影响最为显著，软化区剪胀角次之，塑性区剪胀角影响最小。这些分析结果可为围岩稳定性分析及支护参数设计提供重要理论依据。

• 煤矿巷道顶板锚索受力特征与分区锚固机理

  李永亮, 杨仁树, 温明睿, 路绍杰, 李文凯, 黄 强,

  锚索是煤矿巷道围岩控制的主要支护材料，随着开采深度增加，巷道围岩应力环境恶化，顶板锚索破断问题较为突出，极易引发冒顶事故，严重影响生产安全。为解决煤矿巷道顶板锚索破断率高，层状顶板难以实现稳定控制等难题，综合采用数值模拟、理论分析和现场试验等方法，研究了巷道顶板不同区域锚索的真实受力特征和长短锚索对顶板的支护效应，分析了不同区域锚索对顶板的锚固机理。研究结果表明：布置在顶板不同区域的锚索受力具有显著的差异性，锚索在下位顶板岩层中受力较为复杂，同时承受拉伸荷载和剪切荷载，越靠近顶板中部其受到的轴向拉力越大，而越靠近巷帮其受到的横向剪切荷载越显著；提高锚索的预紧力有利于实现顶板的稳定控制，使锚索受力趋于均匀，减小有害受力；锚索的长度增加有利于扩大顶板的支护范围，但短锚索对其锚固范围内围岩的支护刚度优于长锚索；巷道顶板在横向可分为三区，即一个中心区和两个肩角区，长锚索优先布置在中心区，主控顶板的挠曲离层，短锚索布置在肩角区，主控顶板的层间剪切错动；巷道顶板在竖向可分为三层，即非稳定层、亚稳定层和稳定层；基于顶板锚索分区锚固机理，提出了以长短锚索为主导的多层次支护技术，并在现场取得了良好的工程应用效果。

• 黄玉川煤矿沉陷区公路快速修复与治理实践

  王崇平, 高 超, 刘 贵,

  公路建设提高了矿区及周边地市的出行速度与出行质量，对于受采煤沉陷影响的公路治理，常采用封路且标准化路面重建、局部封路标准化修复、快凝材料快速修复、预制板机械吊装快速修复等方法进行道路的重建或修复；该类工艺存在或因修复路段过长而增加建设费用，或因无法适应地表剧烈移动变形、或无法避免工作面二次采动影响、或造价高、或封闭且重建道路周期长等特点，不适用于煤矿采煤沉陷区。为解决路面移动变形大、范围广、多次扰动的采煤沉陷损坏问题，以黄玉川煤矿西青线公路为背景，首先对工作面开采后地表移动变形进行计算分析，基于路面与地表的移动变形数值差异，结合当地路面移动变形损害阈值、路面抗采动能力等，建立了西青线路面移动变形与地表移动变形的关系方程；其次依据路面损坏分区判别准则对西青线路面损坏进行了分区；然后开展了各分区的路面快速维修技术工艺研究与实践。研究及工程应用表明：结合地表与路面的移动变形关系方程，将路面损坏分为一般裂缝区与非连续型裂缝区；轻微变形裂缝区域路面采用灌封处理，剧烈变形非连续型裂缝区域采用六角形混凝土砖及其附属工艺进行路面快速修复处理，地表移动变形稳定后再进行标准沥青路面的重铺。

• 煤矿开采地表沉陷UAV－摄影测量监测技术研究

  高银贵, 周大伟, 安士凯, 王 玲, 张德民, 詹绍奇,

  西部矿区开采地表沉陷大多呈变形速度快、损害程度深、波及范围广的特点，常规观测站已无法适应其高强度开采地表损害监测任务。如何快速、准确、全面地监测煤矿高强度大规模开采引起的地表沉陷与环境损害是矿山企业面临解决的一个关键问题。采用无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）摄影测量技术对西部〖JP+1〗高强度开采的矿区进行地表沉陷监测，给出了基本思路和方法，并以内蒙古鄂尔多斯某煤矿为例进行了应用研究，通过与水准对比评定了UAV摄影测量建立的数字高程模型（Digital Elevation Model,DEM）和沉陷盆地的精度。研究结果表明：UAV摄影测量技术获取的DEM精度为228 mm，沉陷盆地精度为81 mm，沉陷盆地精度为比DEM高程精度提高了64.5%；反演得到的下沉系数与水准求参结果相比，相对误差为1.4%；UAV摄影测量技术可以快速获得地表丰富的遥感影像数据，并可求出“面状”全盆地沉陷数据和可靠的沉陷参数，为矿区生态环境监测以及后续的生态修复和土地复垦提供支撑，研究成果可以为多数西部煤矿开采地表损害监测提供有效手段。

• 巨厚含水松散层下开采地表移动变形规律研究

  刘 辉, 左建宇, 苏丽娟, 程 桦, 朱晓峻, 张鹏飞, 王保国,

  巨厚含水松散层复杂地质采矿条件下开采地表移动变形规律存在一定的特殊性。为了研究巨厚含水松散层下开采地表移动变形规律，明确巨厚含水松散层对地表移动变形影响，以菏泽矿区为研究区域，在分析某矿1308工作面地表移动变形实测数据的基础上，采用FLAC3D数值模拟软件，流固耦合计算模拟了巨厚含水松散层下开采地表移动变形，分别制定了动态固结沉降方案、无含水层方案、含水层位置方案，量化计算了巨厚含水松散层渗流固结沉降量占比，总结了巨厚含水松散层渗流固结沉降动态规律，对比分析了有无含水层情况下煤层开采地表移动变形差异，研究了松散层内含水层位置对地表移动变形的影响。研究结果表明：某矿巨厚含水松散层采矿条件下受采动引起的渗流固结沉降占地表总下沉量的8.5%；随工作面推进，开挖变形和渗流固结沉降增量的变化可划分为同步增长期、动态变化期、同步减缓期3个阶段。巨厚松散层内含水层受采动影响产生的疏水渗流固结现象会导致地表移动变形增大、地表移动影响范围扩大，但最大曲率和最大水平变形的减小说明下沉盆地的整体形状更为平缓。地表变形参数与巨厚松散层内含水层位置之间存在相关性，通过相关性分析，建立了地表移动变形参数与松散层内含水层位置之间的关系模型。

• 我国厚及特厚煤层高强度开采导水裂缝带发育高度区域分布规律

  张玉军, 申晨辉, 张志巍, 李友伟,

  收集了国内厚及特厚煤层综放和大采高综采条件下导水裂缝带高度实测数据，共计179组，其中坚硬覆岩51组，中硬覆岩100组，软弱覆岩28组。在此基础上按照我国14大煤炭基地分布分别列出了不同覆岩类型条件下的导水裂缝带高度和裂采比的范围,绘制了我国煤矿导水裂缝带高度分布图，以此数据为基础回归了导水裂缝带高度（简称“裂高”）预计公式，并重点分析了3个典型矿区导水裂缝带高度分布特征和主要影响因素,以及实测导水裂缝带高度数据之间存在较大差异性的原因，取得以下研究成果:从全国区域来看，实测平均裂采比随着岩性由软弱、中硬到坚硬依次递增，坚硬覆岩的平均裂高分别是中硬覆岩和软弱覆岩的1.52倍和2.29倍，中硬覆岩平均裂高是软弱覆岩的1.5倍；不同覆岩岩性的导水裂缝带高度都随着采厚的增加而增加，且坚硬覆岩条件下增加的速率明显要高于中硬和软弱覆岩；裂采比则随着采厚的增加而降低，且减小速率随着采厚达到一定厚度有趋于稳定的趋势。黄陇基地永陇-彬长矿区属于中硬覆岩类型，导水裂缝带高度和裂采比明显高于我国东部矿区，工作面长度大于170 m时导水裂缝带发育高度受工作面长度影响较大，其高度及裂采比随着工作面长度增加，呈增高增大趋势。蒙东（东北）基地扎赉诺尔矿区属于极软弱类覆岩，针对该类型覆岩条件，依据导水裂缝带发育高度长期实践数据，最小裂采比仅为5，采厚达到16 m时仅为全国软弱覆岩平均裂采比的68%，并提出采用趋势分析方法来预计极软弱覆岩条件下的导水裂缝带发育高度。神东基地浅埋矿区具有埋深浅、基岩薄、土层厚、高强度开采的特点，实测获得的导水裂缝带高度差异性极大，裂采比集中在19～28，最大达到35，明显高于全国尤其是东部矿区中硬覆岩条件的裂采比；但是部分矿井由于厚层红土层赋存对导水裂缝带发育具有明显抑制作用，实测裂采比7.16～7.78，较类似软弱顶板条件下开采裂采比仍降低了15%～53%。由实测数据回归得到的导水裂缝带预计公式具有较好的适用性，可为全国不同覆岩类型条件下厚及特厚煤层高强度开采导水裂缝带高度计算提供依据。

• 新近系含水层下厚煤层综放安全绿色开采及水资源清洁利用

  郭文兵, 白二虎, 张 璞, 侯建军, 张要展, 李 萌,

  煤炭开采在支撑国民经济和社会高质量发展的同时，也对矿区安全、生态环境造成严重影响。为加快推进绿色矿山建设进程，基于安全绿色开采与可持续发展理念，对新近系含水层下采煤的安全性进行了区域划分，提出了将顶板水转化为矿井水的井上、井下联合贯通疏放水及利用技术，解决了松散含水层水害威胁问题，实现了安全高效开采。分析了综放开采地表响应特征，阐明了地表动态演化规律，得到了地表动态移动变形参数；通过对沉陷区破坏程度进行区域划分，以工程复垦与生态复垦相结合的原则，对开采沉陷区实施了土地复垦措施；结合水资源与清洁能源综合利用理念，以全寿命周期理论为基础，建立了矿井供热方式的全寿命周期成本模型，分析研究了合理的矿井热源供应方式。结果表明：疏干排水解放了5.99 Mt的水体下压煤资源，且为覆岩含水层水资源的清洁利用提供了丰富的矿井水余热资源，以不同供热方式的全寿命周期成本进行分析，确定了余热利用是矿井热源供应的最佳方式，具有运行成本少、高效节能、绿色环保等特点，实现了清洁能源的高效利用；同时，以地表移动变形角量参数指导沉陷区土地复垦不仅提高了土地生产力，而且有效改善了矿区生态环境，加快了绿色矿山建设进程。

• 采煤沉陷区损害防治对策与技术发展方向

  胡炳南, 郭文砚,

  煤矿采动损害防治与沉陷区治理是我国煤矿区亟待解决的技术难题。客观评价了煤炭开采社会贡献和存在的采动负面效应；较全面地梳理总结了采煤沉陷区治理国家部委政策鼓励、资金支持和技术研发方面取得的进展；归纳了我国东北平原资源枯竭矿区、西部生态脆弱区、中东部平原高潜水位区和西南山区、丘陵岩溶区4种不同区域类型采煤沉陷区采动沉陷损害特征和存量、增量变化情况；提出存量科学治理和增量预防控制的采煤沉陷区防治重点；基于岩层移动控制关口前移、煤矿区采动沉陷预防与损害治理并重理念，提出实现绿色开采采动沉陷损害防治的采前优化设计、采中损害控制和采后科学治理三原则对策；针对采煤沉陷区存量与增量特征，提出东北、西部、中东部与西南采煤沉陷区存量治理关键技术和采煤沉陷区建筑复垦关键技术、增量控制关键技术共6方面治理关键技术发展方向；针对采煤沉陷区综合治理中的不足，提出开展全国范围采煤沉陷区现状调查评估和制定综合治理中长期专项规划，完善采煤沉陷区综合治理利用标准体系，构建新时期采煤沉陷区“源头防治-过程控制-综合利用-全程监测”一体化治理新模式，加大采煤沉陷区综合治理政策和资金支持力度等沉陷区综合治理建议，为我国煤矿采动沉陷损害防治和沉陷区治理技术提供参考。

• 关闭矿井次生沉陷研究现状及展望

  邓喀中, 郑美楠, 张宏贞, 范洪冬, 谭志祥,

  我国关闭矿井数量多范围广，矿井关闭后，停止排水，地下水位上升，受地下水影响，覆岩及地表将再次沉陷，危及关闭矿井上方和周边建构筑物、交通电力通讯等基础设施安全及建设场地稳定性，研究关闭矿井覆岩与地表次生沉陷机理、规律、预测方法具有重要的理论和实用价值。在收集国内外相关文献基础上，结合徐州东西部矿区关闭矿井地面次生沉陷监测实践，系统回顾和分析了关闭矿井地面次生沉陷监测方法、形成机理、时空分布规律及预测方法研究现状和存在的问题。首先，对比研究了常规地面变形监测方法和航天航空测量方法的优缺点，重点总结了合成孔径雷达干涉测量（InSAR）技术应用于关闭矿井地表沉陷监测中的优势及存在的问题；其次，基于国内外大量实测资料，分析总结了关闭矿井覆岩及地表次生沉陷形成机理及时空演化规律，得到了覆岩及地表下沉的主要诱因为采动破裂岩体、覆岩结构及煤（岩）柱在地下水作用下的变形或失稳；覆岩与地表上升的主要诱因为：随着地下水位升高，作用在采动破裂岩体、第四系松散层内的孔隙压力增大，有效应力减小，使其产生弹性恢复变形，膨胀岩体遇水膨胀也可能导致覆岩及地表上升；关闭矿井次生沉陷在时间上可分为5个阶段：①初期稳定阶段；②下沉阶段；③中间稳定阶段；④上升阶段；⑤最终稳定阶段。并分析了不同开采方法、多煤层开采对关闭矿井地表沉陷时空分布规律的影响。在此基础上，基于采动破裂岩体本构关系，分下沉和上升2阶段，分别给出了长壁垮落法、充填开采和柱式开采地表沉陷预测模型。最后指出，关闭矿井覆岩及地表沉陷机理、规律是非常复杂的物理力学过程，涉及地质采矿环境、采动破裂岩体及覆岩结构、本构关系、变形特征、水岩耦合作用、地下水动力效应、膨胀岩体膨胀变形等复杂因素，因此，还需进一步深入研究。

• 黄土沟谷区浅埋煤层开采覆岩破坏与地表损伤特征研究

  王双明, 魏江波, 宋世杰, 侯恩科, 孙 涛,

  黄土沟谷区浅埋煤层开采地表非连续性的开裂损害，不仅引发了许多生态环境问题，也加大了生态修复难度，严重威胁着矿区生态安全。浅埋煤层开采地表非连续变形是特殊地质条件下覆岩破坏移动的结果，为更加系统地研究覆岩破坏对地表非连续性损害的影响规律，以陕北安山井田125203工作面为地质原型，采用离散元数值模拟与物理相似材料模拟相结合的方法，模拟分析了覆岩及地表破坏、岩块尺寸分布及力链演化等特征，揭示了覆岩力链演化对块体分布和地裂缝发育的影〖JP2〗响规律，阐明了覆岩破坏块体对地表非连续损害的控制效应。研究结果表明：黄土沟壑缓坡地带浅埋煤层开采覆岩垂向变形与水平移动受地形影响较大；覆岩破坏形成双分层块体结构，分层界面距煤层底板11.0 m，下分层块体平均长度小于5.0 m，上分层大于5.0 m，覆岩块体平均长度随岩层至煤层底板距离的增大呈幂指数增长特征，地表块体平均长度由坡底至坡顶逐渐增大；下分层垮落压实的岩块结构和应力集中的力链结构，影响着上分层块体和力链的分布及地裂缝的发育，地裂缝平均间距与上分层应力集中点平均间距基本一致，主沟段顺坡、沟底和逆坡地裂缝平均间距分别约为下分层应力集中点平均间距的1.10倍、0.75倍和1.95倍，分别约为下分层岩块平均长度的2.93倍、2.00倍和5.18倍；“砌体梁”位移模型可以很好地描述下分层底部岩块的下沉移动过程和特征，进而反映覆岩块体的双分层结构特征和地表的损害效应。该研究结果可为黄土沟谷区浅埋煤层开采条件下沉陷控制与修复提供新的科学依据。

• 视频直击 《煤炭科学技术》 “沉陷控制与塌陷地修复”专题重磅上线！

  《煤炭科学技术》,

  “沉陷控制与塌陷地修复” 专题客座主编致读者 | 陈绍杰教授煤炭资源是我国基础能源，是国家能源安全的“压舱石”，有力地支撑了国民经济和社会高质量发展。但也应看到，传统矿业开发模式带来了环境污染、生态损害、地层塌陷等诸多问题。严重影响地表安全、生态环境、经济发展、社会和谐。　　《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》明确要求“推动绿色发展”“实施采煤沉陷区综合治理”;习近平总书记强调:“我们既要金山银山，也要绿水青山”“采煤沉陷区的治理要本着科学态度和精神，做好整合利用”。近年来，我国在沉陷控制与塌陷地修复方面取得了长足发展，同时，开采深度持续增大、地质采矿条件愈加复杂等因素导致开采沉陷与塌陷特征趋于多样性、复杂性，采煤沉陷控制与塌陷地修复方面存在相关基础理论薄弱，核心关键技术瓶颈尚未取得突破等问题。因此，应厘清发展思路，创新发展模式。加强产学研用的协同创新，持续深入开展采煤沉陷控制与塌陷地修复理论及技术短板攻关，完善我国采煤沉陷控制与塌陷地修复理论与技术体系。　　为推进我国沉陷控制与塌陷地修复进程，进一步发挥《煤炭科学技术》的学术交流平台和桥梁纽带作用，编辑部于2022 年第5期策划出版“沉陷控制与塌陷地修复”专题。共收到20余个单位的50余篇稿件，最终刊登8篇具有代表性的论文，集中报道我国在关闭矿井次生沉陷、采煤沉陷区损害防治、含水松散层下开采地表移动变形、导水裂缝带发育高度统计预测、开采地表沉陷摄影监测、沟谷区浅埋煤层开采覆岩与地表损伤、煤矿沉陷区公路快速修复、沉陷地治理与地热利用绿色开采技术等方面的最新科技成果。　　衷心感谢各位专家学者为专题撰稿!感谢评审专家对专题稿件的悉心评审!特别感谢山东科技大学、西安科技大学、中国矿业大学、河南理工大学、安徽大学、临沂大学、煤炭科学研究总院有限公司、中煤科工开采研究院有限公司、鄂尔多斯市华兴能源有限责任公司、国能亿利能源有限责任公司等单位给予专题组织过程中的大力支持!