煤炭科学技术杂志

煤炭科学技术杂志2022年第9期

• 煤层群开采遗留煤柱效应及跨掘巷道围岩控制研究

  金珠鹏, 杨增强, 刘国栋, 李丰硕,

  针对采区边界遗留煤柱下侧跨掘巷道存在特殊破坏段问题，以灵新煤矿沿空侧051606回风平巷为背景，采用现场调研、理论分析、数值模拟及工业性试验的综合分析方法，通过研究巷道特殊破坏段现场矿压显现情况，基于半平面体理论建立的遗留煤柱效应影响力学模型以及跨掘巷道和回采期间精细化数值模拟，确定了巷道特殊破坏段的修复支护设计方案。研究结果表明：遗留煤柱效应影响下跨掘巷道围岩在遗留煤柱中轴线正下方主要受垂直应力影响，此处垂直应力大小为13.0～15.0 MPa，而在遗留煤柱两侧边缘位置下方主要受剪切应力集中影响，此处剪切应力大小为-6.5～-5.0 MPa和5.0～7.0 MPa；051606回风平巷跨掘期间顶板位置处最大垂直应力为14.4 MPa，底板位置处最大垂直应力为13.6 MPa，顶板位置处最大剪切应力为6.5 MPa，底板位置处最大剪切应力为5.3 MPa，且最大垂直应力位于遗留煤柱中轴线正下方，最大剪切应力位于遗留煤柱两侧边缘位置下方；051606工作面回采期间对于巷道特殊破坏段围岩的扰动影响分为无应力影响段（距遗留煤柱边缘大于16 m）,超前应力影响段（距遗留煤柱边缘0～16 m）和叠加应力影响段（距遗留煤柱中轴线0～17.5 m）3个阶段，且受回采扰动影响护巷煤柱和顶板靠近护巷煤柱侧偏应力集中程度较高，煤岩体更易变形发生非对称性破坏；巷道特殊破坏段采用非对称锚索桁架支护系统修复后，后续051606工作面回采期间矿压监测到顶底板收敛量为143 mm，两帮收敛量为109 mm，较巷道原始断面尺寸收敛率分别为4.3%和2.2%，整体控制在5%以内，能够很好地满足行人、通风等需求。

• 基于锚杆拉拔试验优化锚固承载特性研究

  陶文斌, 吴平平, 陈铁林, 谢长岭, 赵华宏, 唐 彬, 李翻翻,

  为提高深部软岩巷道锚杆支护承载能力，有效控制巷道围岩变形，采用锚杆拉拔正交试验对锚固承载特性影响因素进行研究，分析不同影响因素作用效果，并以试验结果为依据针对性提出高预应力全长锚固支护技术，研发了预应力全长锚固锚杆，通过理论计算对预应力全长锚固围岩承载能力加以分析，并以潘三煤矿17102(3)工作面回风巷道为工程背景，采用数值模拟和现场试验方式与传统加长锚固支护、全长锚固支护进行对比验证。研究表明：锚杆拉拔失效首先发生在锚固体与试块黏结界面，锚杆拉拔锚固失效经历了弹性—塑性—破坏的动态阶段，不同锚固因素产生锚固效果不同，在拉拔失效发展过程中的体现也有所区别。其中试块强度和锚杆预应力对锚杆极限拉拔力影响程度显著，并且极限拉拔力的大小与试件强度和预应力值呈正相关。根据试验结果提出高预应力全长锚固锚杆支护技术，研发的预应力全长锚固锚杆采用全长锚固提高岩体强度的同时分段施加预应力，与传统加长锚固支护、全长锚固支护相对比，高预应力全长锚固支护技术实现了锚杆在全长锚固的基础上使得预应力向围岩内传递，从而增大围岩压应力区范围，形成更有效的锚固围岩承载结构。工程实践表明，预应力全长锚固支护技术可有效控制深部破碎软岩巷道围岩大变形，实现深部巷道围岩的稳定性控制。

• “三软”煤层工作面煤壁片帮防治试验研究

  吴学明, 雷照源, 文 杰,

  破碎煤岩加固技术是预防“三软”煤层片帮的有效手段。以“三软”煤层工作面安全开采为背景，通过理论分析，力学试验、三维FLAC计算，现场检测等多元方法，研究了工作面片帮机理、破碎煤岩加固室内力学实验与工作面煤壁加固数值模拟及工作面煤壁加固效果评价，确定了改性煤岩加固力学强度及围岩演化规律，并开展了现场注浆加固及注浆参数试验。综合研究表明：煤壁片帮与支承压力、基本顶运动、采高、煤岩裂隙、煤质等因素密切相关，且越靠近顶板的煤壁更容易片帮，进而得出煤壁的最大挠度ωx和最大转角φmax；30%的加固材料加固后的煤岩强度分别比原煤岩分别增加了6.4 倍和6.6倍，脆性特征明显；注浆间距等距条件下，最佳注浆压力为10 MPa，注浆后，支承压力应力峰值距煤壁的距离缩短了40%，煤壁前方塑性区降低了 33.33%；对注浆加固试验结果在片帮严重区域进行应用实施，将30%的加固材料通过 10 MPa（气动注浆）压力下注入煤岩后，浆液在煤壁内形成“注浆材料-煤层”组合体，煤壁由松软、破碎变为整体平整状态，浆液最低扩散半径达到了4 m，煤壁平均片帮量保持在0.3 m以内，支架满足初撑力要求，煤壁变形量得到有效控制，稳定性显著增强。

• 全支撑应力场下采场顶板损伤特征及释能估算

  任智敏, 吕梦蛟, 王永安, 王孝义, 王神虎, 张广太,

  针对顶板突发性损伤释能诱发冲击地压的现象，以忻州窑矿11号煤层8518下工作面地质开采条件为工程背景，基于弹性理论建立涵盖煤壁支撑和支架支撑的采煤工作面顶板力学模型，对采场顶板损伤分布特征及释能估算进行研究，得到顶板损伤判据、损伤高度计算式以及释能引起的冲击压力表达式。结果表明：①采场顶板支撑状态可分为煤壁支撑区、支架支撑区和无支撑区。顶板应力呈非连续分布，在各区交界和顶板跨中出现集中，是顶板在支架前、后端及采空区出现拉、剪损伤的力学原因。②顶板损伤在煤壁支撑区、支架支撑区及无支撑区分别呈直角扇形、直角梯形和非对称直墙拱形，其范围受顶板悬露长度控制，悬露长度每增加10 m，损伤面积约扩大8.0%。支撑强度仅对支撑区损伤产生影响，支撑强度每增加1 MPa，支撑区损伤面积约缩小2.2 m2。③无支撑区损伤是顶板的主要损伤区，其损伤高度影响着损伤范围的大小。损伤高度主要受顶板悬露长度、顶板厚度和顶板内摩擦角控制，其与悬露长度和厚度呈线性增大关系，与内摩擦角呈线性减少关系。④顶板变形能密度高的分布区与顶板损伤区重合，顶板损伤面积每增加1倍，损伤释能增大1倍、释能引起的冲击压力增大2.8倍。研究成果为矿山围岩冲击振动响应及其稳定性分析提供可量化的力源值。

• 基于时变原理的煤岩系统动力响应分析

  李忠华, 宋 哲,

  煤矿冲击地压是煤岩系统产生失稳引发的岩石动力灾害，为进一步探寻冲击地压的产生机理，针对冲击地压的动力时变特性，从动力系统的角度出发，结合时变力学原理分别对煤岩试件-试验机系统、顶板煤柱系统、巷道围岩系统进行了参数辨识。得到了外部扰动时变、内部参数时变和外载时变3种不同时变类型影响下的系统参数变化规律，建立了煤岩时变系统的动力方程，证明了煤岩系统失稳引发冲击地压是一个时变问题。进一步分析了不同煤岩系统的时变特点，得到时变系统满足叠加性、均匀性、能控性、能观性的判别方法，并基于李雅普诺夫稳定性理论分析了煤岩时变系统稳定性，应用冻结系数法结合工程背景对稳定和非稳定煤岩时变系统的受扰状态进行了分析。结果表明：对于稳定的时变系统施加简谐扰动，系统的位移及速度响应呈现衰减振动的趋势，最后达到渐进稳定的状态；稳定煤岩系统由于内部参数时变可由稳定系统演变为非稳定煤岩系统，在简谐扰动下系统响应不断放大直至系统失稳引发冲击。进一步分析了煤岩系统的边界时变问题，得到了边界时变下巷道围岩弹性区、塑性区、破裂区3个子系统的系统稳定度时变规律，将时变力学原理应用于冲击地压领域，提出了煤岩系统失稳引发冲击地压的简单判据。

• 基于微震监测的覆岩裂隙演化规律相似模拟试验研究

  肖 鹏, 韩 凯, 双海清, 吴铭川, 高 振,

  为研究“三软”煤层覆岩裂隙演化规律，采用物理模拟试验，结合微震监测仪器、压力传感器，研究回采工作面微震事件的分布特征及其与底板压力变化规律之间的关系，分析了覆岩裂隙演化特征。研究表明：模型回采期间总共发生9次周期来压，来压步距有明显的一大一小规律，第6次来压之后空洞闭合，断裂带不再向上发育，此后断裂带随着回采只发生横向的变化；开采过程中覆岩裂隙演化是一个复杂的能量释放过程，在回采初期至第4次周期来压期间微震事件频次和能量都在增加并在第4次来压之后到达峰值，而在第6次来压之后空洞闭合，纵向破断裂隙基本停止向上发展，此后微震事件频次和能量都在减小；底板压力的变化规律和微震事件能量频次的变化规律基本一致，但是压力数据变化的分区更加明显且具有滞后性，微震事件波动范围大于压力的波动范围；裂隙密度的变化与微震事件能量频次的变化都存在一个先增大后减小的过程，但是2种变化在增大过程中的协同变化现象要大于减小过程中的这一现象。由模拟结果和现场钻孔窥视监测确定出了上覆岩层的瓦斯富集区域，根据这一研究成果布置高位钻孔抽采瓦斯后，工作面采动断裂带、上隅角高瓦斯浓度区域的瓦斯富集得到了较好的控制，保证了工作面的安全高效生产。

• 特细砂煤矸石混凝土力学性能试验研究

  张战波, 刘 辉, 侯世林, 陈 菲,

  为实现煤矸石的高效利用，制作可直接用于矿井巷道地面的煤矸石混凝土，以煤矸石取代天然粗骨料的取代率、水灰比大小、外加剂掺量为影响因素，通过三因素三水平正交设计的方法对C20、C30、C40三种强度煤矸石混凝土的力学性能进行试验研究，探索各因素对煤矸石混凝土立方体试验试件的力学性能影响机制。结果表明：煤矸石取代率对混凝土立方体抗压强度的影响最大，对于C20、C30、C40三种强度等级的煤矸石混凝土，取代率为80%的28 d混凝土立方体抗压强度分别为取代率为0时的64.1%、63.4%、62.2%，而取代率为100%的28 d混凝土立方体抗压强度分别为取代率为0时的53.0%、56.8%、61.5%，与天然骨料混凝土相比，煤矸石骨料混凝土力学性能较弱，总体上强度偏低；对7、28 d两种龄期，取代率分别为80%和100%的煤矸石混凝土的立方体抗压强度和轴心抗压强度进行回归分析，得到的结果与现行国家规范中对普通混凝土的要求相近，表明取代率为80%和100%的煤矸石混凝土轴心抗压强度能够满足要求；由于煤矸石骨料自身力学性能较差，导致煤矸石混凝土劈裂强度不能达到规范要求，弹性模量明显低于普通混凝土，泊松比试验值离散性较大，变化规律不明显。基于试验结果，确定陕北矿业公司柠条塔煤矿巷道地坪C20级强度煤矸石混凝土最佳配比为：煤矸石取代率为100%、水胶比为0.45、不掺加减水剂，即水泥、水、黄砂、煤矸石质量比为1∶0.45∶1.31∶2.67。

• 煤损伤演化过程中的红外辐射响应特征研究

  杜园园, 孙 海, 马立强, 韩 杰, 付 煜, 李佳琦, 王 伟,

  为揭示煤样损伤破坏机制，为煤岩动力灾害红外辐射遥感监测预警提供理论基础与技术支持，采用红外热成像技术和应变监测技术联合观测煤样单轴加载过程，分析了煤样损伤演化各个阶段其表面平均红外辐射温度（AIRT）和红外热像的响应特征，并尝试揭示煤样损伤演化过程中的红外辐射响应机制。研究结果表明:煤样的红外辐射响应特征与其破坏形式有关，剪切破坏煤样AIRT总体呈上升趋势，张拉破坏煤样AIRT总体呈下降趋势。将煤样损伤演化全过程划分为压密阶段、弹性阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹非稳定扩展阶段和破坏阶段，发现AIRT在裂纹非稳定扩展阶段变化幅度最小（剪切破坏煤样平均增幅0.03 ℃；张拉破坏煤样平均降幅0.02 ℃），在破坏阶段变化幅度最大。张剪煤样破坏失稳前，其红外热像图中2种趋势相反的热效应（升温热效应和降温热效应）相互抵消，导致AIRT曲线出现“沉寂期”，这种现象可作为煤样破坏失稳的红外辐射前兆。煤样损伤演化不同阶段，红外辐射信息红外辐射响应机制不同：弹性阶段，煤样红外辐射信息变化是由热弹效应主导；裂纹稳定扩展阶段和裂纹非稳定扩展阶段，剪切破坏煤样红外辐射信息变化由摩擦热效应和裂纹扩展热效应主导、张拉破坏煤样红外辐射信息变化由张性变形产生的吸热效应主导。

• 基于Python语言的钻井井壁突变失稳机理分析

  刘吉敏, 刘元飞, 付晓畅,

  钻井井壁结构竖向失稳是一种渐变至突变的力学问题，如何将传统的力学模型与现代的数学方法相结合，达到对井壁结构失稳机制的定量研究，是钻井井壁结构竖向稳定性研究亟需解决的问题。钻井井壁悬浮下沉至井底时，井壁结构积累了一定量的弹性势能，此时的稳定平衡状态是动态的，井壁有可能发生倾斜、滑移，甚至失稳，需要加强监控和有效防治。基于突变理论原理和井壁悬浮下沉力学模型，建立钻井井壁竖向失稳的总势能函数和尖点突变模型。由突变模型的平衡曲面和分歧点方程，给出了井壁突变失稳的定量判定条件。结果表明：控制变量m,n的取值直接决定井壁的稳定平衡状态。当Δ>0时，控制变量（m,n）落在分歧点集外部，系统位于平衡曲面的上叶和下叶，井壁结构处于稳定平衡状态。当Δ<0时，控制变量（m,n）落在分歧点集内部，系统位于平衡曲面的中叶，井壁结构处于不稳定平衡状态。当Δ=0时，控制变量（m,n）落在分歧点集的边界上，井壁结构处于临界稳定平衡状态。进一步地由稳定平衡临界条件，建立了井壁满水和非满水竖向失稳临界深度计算公式。同时，为推广突变模型分析方法的工程应用，利用Python语言，确立了井壁稳定性分析和判定的流程，为监测预报和井型参数优化提供了理论依据。结合工程实例，计算后发现满水和非满水状态下建立的突变理论临界深度值较能量法临界深度值分别相差0.396%和7.15%。因此，基于突变理论的井壁结构稳定性研究方法可以有效地阐释井壁结构竖向失稳。

• 煤层水锁效应的消除及其对甲烷解吸特性的影响

  刘 军, 杨 通, 王立国, 陈向军,

  为研究气润湿反转剂对缓解煤层水锁效应，提高煤层瓦斯解吸速度，采用气润湿反转技术改变煤体的润湿性、降低煤体表面自由能，进而提高瓦斯抽采效率。以0,0.2%,0.5%,0.8%,1%和1.5%的质量分数对2种气润湿反转剂进行稀释，制备出不同浓度的气润湿反转剂溶液，并将其对煤样进行处理。首先利用接触角测量仪对煤样进行接触角和表面张力的测定，验证两种表面活性剂的基本特征。然后，在不同吸附平衡压力条件下，对干燥/含水煤样的解吸量和解吸速率进行测定，对比气润湿反转剂处理前后的效果差异；同时利用解吸公式进行解吸量的拟合，得到极限解吸量和拟合度大小。研究结果表明：随着表面活性剂浓度的增加，煤样表面接触角逐渐增加、溶液表面张力逐渐减小。在气润湿反转剂浓度达到0.5%时，实现了煤体表面润湿性的由亲水性向疏水性的转变，且具有较低的表面张力。在2种表面活性剂中，均具有疏水和低表面张力的特点，符合气润湿反转剂的基本特征；在干燥和含水煤样中，经过气润湿反转剂处理后，1 h内的解吸量和解吸速率均有所提高，其中FC117效果更佳；通过解吸公式对解吸量进行拟合，得到的极限解吸量与1 h内所测定的解吸量变化规律一致，且拟合效果较好，拟合度基本是在0.98以上。通过对气润湿反转剂处理前后煤样解吸特征的评价，为气润湿反转技术消除煤层“水锁效应”、提高煤层解吸特征，增加瓦斯抽采效果提供了一定的理论基础和科学指导。

• 温度冲击作用对无烟煤甲烷吸附-解吸特性影响的试验研究

  阎俞佐, 康健婷, 郑亚炜, 晏嘉欣, 张连昆,

  无烟煤具有甲烷吸附性强解吸率低的特点，为了提高无烟煤中煤层气的抽采效率，选用温度冲击作为改性方法。采用SN-GDCJ-150高低温冲击试验箱对无烟煤样进行了温度冲击改性试验，试验方案为4因素4水平组成的16组正交试验方案。所选取的4因素4水平为高温温度50、100、150、200 ℃；低温温度-10、-30、-50、-70 ℃；作用时间10、30、50、70 min；循环次数1、3、5、7次。将正交试验方案中各试验方案的高温温度和低温温度的温差与试验所用的高低温冲击试验箱的温度转化时间（10 s）相除，得出各试验方案所对应的升降温速率，以便进一步分析温度冲击改性试验中升降温速率（温差）、高低温作用时间、循环次数对无烟煤甲烷吸附-解吸特性的影响规律，并从表面特性和孔隙结构方面研究其机理。研究结果表明：温度冲击改性样与无烟煤原样相比，在不同水平的升降温速率、作用时间和循环次数作用下，无烟煤对甲烷的最大吸附量均减小，Langmuir压力均增大，最大解吸量和扩散系数均增大，且影响效果的顺序为：升降温速率>作用时间>循环次数。温度冲击改性样与无烟煤原样相比，在表面特性方面，煤-水接触角减小，表面能增大，极性含氧官能团(—OH)数量增多，甲基(—CH3)和亚甲基(—CH2)数量减小；在孔隙结构方面，孔隙发育明显，微孔数量减少，平均孔径和孔容增大，比表面积减小。

• 不同升温速率下烟煤的低温氧化放热特性研究

  张嬿妮, 王安鹏, 侯云超, 舒 盼, 杨晶晶, 李乐乐,

  煤自燃是威胁开采、储存和利用过程的重要因素之一，而煤在低温阶段的氧化放热反应也是导致煤自燃的主要因素。为了研究烟煤在低温条件下的放热特性，选取3种不同变质程度的烟煤进行研究，煤样分别为曹家滩(CJT)的长焰煤、大佛寺(DFS)的不黏煤和东滩(DT)的气煤。采用微量热仪(C80)实时监测煤样在30～300 ℃温度区间内升温过程中的热流变化，从而探究不同烟煤低温氧化过程的热流变化规律以及放热情况，得到低温氧化过程的分段热流特征以及相应的数学模型。为了进一步研究升温速率对烟煤放热特性的影响，试验分别设置在0.2、0.4和0.6 ℃/min的不同升温速率下进行，通过热流模型和热量公式建立判定自燃倾向性的指数γ，从而分析不同升温速率对烟煤低温氧化过程放热特性和煤自燃倾向性的影响规律。结果表明：烟煤低温氧化分为了吸热、缓慢放热、加速放热和快速放热4个阶段，随着升温速率的升高，特征温度点有着向后推移的趋势，放热量呈现减小的趋势，3个放热阶段的放热量占比没有明显变化，约为1%、30%、70%。并且发现升温速率越低，活化能值越小，煤自燃倾向性指数γ值变大。通过研究烟煤的放热特性和不同升温速率对烟煤放热特性的影响，能够对烟煤氧化放热情况有着更清晰的认识，从而针对性的研究防灭火材料，对煤自燃的预防和治理作出相应的贡献。

• 大采高工作面截割可吸入煤尘监测与降尘方法改进

  庞杰文, 郝永江, 梁 磊, 谢建林, 李 媛,

  为掌握大采高工作面截割可吸入煤尘的产尘特征，并改进工作面降尘措施，以山西临汾某矿6 m大采高工作面为例，分别在采煤机前后滚筒附近布置煤尘监测点，采用SidePak AM520i 型个体暴露粉尘仪测量顺风情况下和逆风情况下大采高工作面PM10,PM5,PM2.5的粉尘质量浓度，同时采用JZYW—200B界面张力仪和JY-PHb接触角测定仪分别对不同浓度的矿用尘克(C&C)系列除尘剂进行了表面张力测试和湿润性测试，选取了合理浓度的除尘剂作为工作面降尘用水，降低了大采高工作面截割可吸入煤尘的浓度。研究结果表明：采煤机上风侧滚筒处PM10粉尘质量浓度平均为561～577 mg/m3，PM5粉尘质量浓度平均为489～495 mg/m3，PM2.5粉尘质量浓度平均为231～242 mg/m3，下风侧滚筒处PM10粉尘质量浓度平均为609～614 mg/m3，PM5粉尘质量浓度平均为508～522 mg/m3，PM2.5粉尘质量浓度平均为245～256 mg/m3；无论顺风还是逆风，下风侧滚筒处的PM10,PM5粉尘质量浓度波动范围较大，而PM2.5粉尘质量浓度波动范围较小，下风侧滚筒处的PM10,PM5,PM2.5粉尘质量浓度大于上风侧滚筒处的；顺风时上风侧滚筒处的PM10,PM5,PM2.5粉尘质量浓度低于逆风时的，逆风时下风侧滚筒处的PM10,PM5,PM2.5粉尘质量浓度大于顺风时的；浓度为0.1%时矿用尘克(C&C)系列除尘剂溶液表面张力为33.2 mN/m，接触角为34.27°，相比矿井水，其表面张力降低了43.82%，接触角减小了53.86%，具有良好的湿润性，在工作面进风巷安装表面活性剂添加装置，将其作为工作面降尘用水，工作面截割煤尘可吸入煤尘的降尘效率可达48.37%～53.91%，呼吸性粉尘的降尘效率可达39.57%～45.11%。

• 低效煤层气井多次压裂增效开发技术研究

  姚红生, 杨 松, 刘 晓, 申 建, 张占龙,

  延川南煤层气田经过6年多开发实践，认识到储层改造体积小导致的缝控储量规模不足是煤层气井低产主因之一。气田呈现出低效井井数占比高、贡献产量小的生产特征。为改善气田开发形势，急需开展低效井增效开发技术攻关。理论研究表明，水平应力差异系数(K)越小，水力压裂越易形成复杂缝网；压裂施工产生的诱导应力能够改变储层应力状态，降低K值；多次压裂施工能够多次诱导储层主应力重定向，有助于低渗煤层形成复杂缝网系统。以鄂尔多斯盆地东南缘延川南煤层气田稳产期短、剩余储量丰富的低产气井为研究对象，开展以梯次提高排量、逐渐增大前置液量、组合加入支撑剂为主要特征的多次压裂增效开发技术现场试验。应用后，监测的裂缝缝长是单次施工产生的缝长3倍以上，裂缝形态由单一裂缝转向复杂缝网，有效扩大储层改造体积；通过多次组合加砂实现缝网有效支撑，在深部煤储层建立高效导流通道。复产后，试验井气液平均日产出量分别提高5倍、7倍，评估最终可采储量增加5倍左右，提高煤层气单井产量和最终采收率，实现低效煤层气井高效治理，增产效果显著。在随后推广应用的22口煤层气井中，实现单日平均产量和最终累计产量的双突破，证实多次压裂增效开发技术能够提高深部煤储层的缝网复杂程度并实现有效支撑、高效导流，是剩余储量丰富的低产老井行之有效的治理举措。

• 川南宜宾地区煤层气资源潜力及有利区优选

  喻廷旭, 金 涛, 罗 勇, 尹中山, 朱韩友, 田明才,

  川南宜宾地区上二叠统煤层气勘探近年来在局部取得突破，优选出该区煤层气有利区从而推进煤层气大规模商业开发任务紧迫，基于煤田钻孔煤层厚度和瓦斯含量等数据，结合页岩气、煤层气勘查的岩心、测井、试井、现场解吸和分析测试等资料，对该区煤层气地质条件、煤层气资源潜力进行了综合评价，并选用煤层埋深、顶底板岩性、厚度、含气量、煤层集中度、煤体结构等地质参数，利用加权求和法进行煤层气有利区优选，结果表明：该区煤层总厚度3.61～10.02 m，平均6.05 m，受沉积环境影响，西部宣威组煤层垂向分布较为集中，东部龙潭组煤层垂向分布较为分散，宣威组C7,C8煤层较集中，为该区煤层气开发主力煤层；煤储层宏观煤岩类型以光亮-半亮型为主，储集空间类型多样，主要发育有胞腔孔、气孔、粒间孔等，煤层镜煤条带中割理发育，孔隙-裂隙系统结构配置合理；煤层现场解吸含气量1.03～18.11 m3/t，平均10.53 m3/t；区内上二叠统煤层气资源量3 465.22×108 m3，资源丰度1.87×108 m3/km2，该区煤层气地质条件与沐爱地区相近，且异常高压储层发育，构造简单，煤层气成藏条件更为优越，区内白胶-底洞、腾达-仙峰地区煤层埋深适中、厚度较厚、含气量高、煤层集中度好、构造简单，以原生-碎裂结构为主，为下一步煤层气勘探重点区域。

• 沁水盆地霍州矿区石炭-二叠纪煤中微量元素地球化学特征及沉积环境分析

  车青松, 黄文辉, 久 博, 郝睿林, 孙启隆, 雷 涵,

  利用工业分析及光学显微镜对沁水盆地石炭-二叠系煤中水分、灰分、挥发分、全硫以及显微组分进行测定，运用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析了沁水盆地霍州矿区石炭-二叠系煤中微量元素包括稀土元素的含量、分布特征和地球化学特征。利用元素地球化学参数探究了研究区的煤系地层的沉积环境，古盐度，氧化还原环境和古气候。结果表明：沁水盆地中南部煤的灰分产率、水分含量、挥发分以及含硫量分别为11.19%、1.02%、14.02%及1.27%，为低中灰-中硫煤，镜质体反射率为1.14%，为低变质程度烟煤。与中国煤相比，煤中微量元素含量整体处于亏损状态，仅有Cu（Cc=1.39）、Sr（Cc=1.35）和Zr（Cc=1.04）轻微富集(Cc为浓集系数），太原组煤中微量元素含量略大于山西组煤中微量元素。稀土元素分布范围2.44～164.11 μg/g，平均为73.28 μg/g，小于中国煤，略高于世界煤，煤中稀土元素Yb（Cc=2.81）轻微富集，Y（Cc=7.19）富集，其余都相对亏损。稀土元素配分模式呈右倾“V”字型，为轻稀土富集型，存在Eu负异常，Ce微弱负异常，说明稀土元素的物源来自陆源碎屑，海水并没有造成Ce的亏损。w(Sr)/w(Ba)、w(V)/w(V+Ni)和w(Sr)/w(Cu)平均值分别为6.50、0.74和7.57，表明了沁水盆地霍州矿区石炭-二叠系整体属于海相沉积环境，水体环境呈现缺氧环境，石炭-二叠系成煤环境处于温湿气候。山西组CaO/(MgO×Al2O3)平均值为0.055，明显低于太原组平均值1.55，表明从太原组到山西组气温有所降低。

• 鲁西南张湾井田３煤层煤质特征及成煤环境分析

  罗文强, 马祥县, 唐璐璐, 罗一凡, 仵康林, 张尚坤, 杨 斌, 梁吉坡,

  为了解张湾井田3煤层的基本特征和探讨其成煤环境，运用光学显微镜及显微光度计和煤质分析等技术方法，对采自张湾井田3煤层的114件煤样开展了煤的煤岩学分析、工业分析和元素分析。煤的煤岩组分结果表明，煤岩类型主要为半亮型煤，煤层以有机组分为主(总含量大于85.40%)，且均以镜质组为主，次为惰质组，另有少量半镜质组和壳质组；无机组分为黏土类矿物，次为氧化物、少量硫化物和碳酸盐类矿物。煤的最大反射率在0.77%～1.21%。工业分析结果表明：张湾井田3上煤层具有特低全水分(SLM)(0.45%～4.91%)、低灰分(LA)(5.35%～16.52%)、中等-中高挥发分(MV-MHV)(27.62%～36.96%)、低-中等固定碳(LFC-MFC)(44.96%～63.31%)、低硫(LS)(0.19%～0.92%)、低磷-中磷(P-2-P-3)(0.006%～0.076%)、中强-特强黏结(ZQNM-TQNM)(48～100)和高发热量(HQ)(22.25～32.49 MJ/kg)特征；3下煤层具有特低全水分(SLM)(0.55%～2.32%)、低灰分(LA)(5.21%～12.76%)、中等-中高挥发分(MV—MHV)(27.45%～36.95%)、低-中等固定碳(LFC-MFC)(52.74%～63.68%)、低硫(LS)(0.25%～0.84%)、特低磷-低磷(P-1-P-2)(0.004%～0.024%)、强-特强黏结(QNM-TQNM)(76～98)和高发热量(HQ)(25.21～32.05 MJ/kg)特征。张湾井田3煤层煤类主要以1/3焦煤和焦煤为主，另有少量肥煤；煤的工业利用方向为炼焦用煤和动力用煤。张湾3煤层的镜惰比(V/I)值介于1.6～2.7，说明其成煤环境为以潮湿覆水环境起到主导作用；3上煤层的灰成分指数0.12～0.54，3下煤层的灰成分指数0.09～0.41，表明3煤层属受海水影响的沼泽环境； 3煤层硫分均小于1%，表明其成煤环境为海水影响较弱的三角洲成煤环境，3煤层有机硫占全硫比为40.22%～66.20%，表明3煤层应为形成于陆相山前平原的低硫煤； 3煤层所有样品V/(V+Ni)值处在0.215～1.0，V/Cr值为1.06～3.2，Ni/Co值0.57～2.77，均显示还原性较强的沉积环境。张湾井田3煤层沉积环境为淡水还原环境，间或受到海水的影响，为三角洲平原亚相沉积。

• 石嘴山地区煤中微量元素特征及成煤环境对比

  郝睿林, 黄文辉, 久 博,

  为清晰认识石嘴山地区侏罗系煤与石炭-二叠系煤的微量元素和成煤环境特征，并对煤中微量元素特征差异提出解释。取区内汝箕沟侏罗系煤及石炭井石炭-二叠系煤为样品，借助工业分析、显微组分观察、低温灰化及中子活化等方法分析，利用浓集系数、数理统计方法分析微量元素的富集特征和共生关系，使用地球化学参数综合研究成煤环境差异，并指出其对微量元素特征的影响。结果显示：侏罗系煤和石炭-二叠系煤在微量元素特征上存在较大差异。侏罗系煤中无元素富集，多数元素亏损，石炭-二叠系煤中Se、Zr、Hf、W、Th等元素轻富集。根据共生关系，微量元素可分为与煤中水分、碱金属元素高度相关和与陆源碎屑高度相关的2组。侏罗系煤和石炭-二叠系煤整体处于氧化-氧化还原环境中，但侏罗系煤的成煤环境更加高温干燥，古盐度、碱性和沼泽封闭性更强。成煤环境向高温干燥的转变使得沼泽封闭性增强，导致在石炭-二叠系煤中为轻富集的Se、Zr、Hf、W、Th等元素在侏罗系煤中变为正常-亏损，其他陆源碎屑相关元素含量降低；氧化性加剧了两时代煤中U元素的迁移；碱性环境可能对Se元素在煤中的富集过程具有一定影响，还促进了Ba、Co、As、Ni、Cr等元素在侏罗系煤中沉积。同时成煤环境还对煤质及矿物特征具有一定影响。

• 矿井智能一体化管控平台设计及应用

  张晓霞, 陈思宇, 苏上海, 王海力,

  随着煤矿智能化建设进程的推进，制约行业发展的一些问题也逐渐凸显，例如“信息孤岛”现象尚未彻底解决，大量基础条件较差的矿井仍未打通子系统之间的数据流通壁垒，先进矿井的数据平台也主要停留在数据集成阶段，尚未实现数据的跨系统融合，无法实现业务协同；煤矿企业管理信息化水平相对于其他先进行业有较大差距，横向和纵向的管理模式仍较为落后，大多仍停留在传统的非信息化或半信息化模式，缺乏一体化、协同化的管理体系；共享平台缺失，重复开发了众多功能相对单一的同质化软件，无法实现优质软件的复用和技术积累的共享；设备通信接口不统一、数据协议标准不一致，系统集成难度大，协同控制水平低等问题。因此，建设矿井一体化管控平台，融合井上、井下各自动化子系统数据，实现统一监控、统一调度和统一决策已经成为了煤矿行业的迫切需求。参照国家及行业相关标准，明确了矿井一体化管控平台的内涵，并对照智能化煤矿的三级评价体系，结合智能化建设目标，分别梳理了初级、中级、高级矿井一体化管控平台的建设要求。并据此完成了矿井一体化管控平台的总体架构设计，确定了各个部分的功能划分和技术实现方式。随后具体阐述了矿井一体化管控平台应用的统一EIP协议、大数据融合平台、容器化平台、数据交换共享以及主数据管理等关键技术。最后介绍了系统平台在实际应用中的部署架构和协同方式，通过试运行系统验证了矿井智能一体化管控平台的数据融合能力和综合管控能力，该平台可以有效支撑煤矿的生产、安全、管理需求，加强纵向联动和横向协同，推进矿井的安全、高效、精细化运营，实现降本增效。

• 基于有向线段误匹配剔除的煤矿巷道复杂场景图像拼接方法

  程 健, 闫鹏鹏, 郁华森, 史梦阳, 肖洪飞,

  为解决煤矿巷道复杂场景图像特征点误匹配较多和图像拼接过程中易出现的投影失真问题，提出了一种基于有向线段误匹配剔除的煤矿巷道图像拼接方法。首先，使用SIFT（Scale Invariant Feature Transform）算法进行图像特征提取与匹配，得到粗匹配点对；然后构造相邻图像粗匹配点对有向线段模型，利用线段的方向和长度属性对误匹配点对进行一次剔除；接下来建立各自图像之内的特征点有向线段模型及其方向标签，再对相邻图像对应有向线段进行方向匹配，并通过概率统计模型对误匹配点对进行二次剔除，得到最终的精匹配点对；最后，建立图像网格模型，利用AANAP（Adaptive As-Natural-As-Possible）算法对齐拼接图像，并使用加权平均法融合图像，完成图像拼接。在煤矿巷道图像和4组公共数据集上进行特征匹配和图像拼接试验，该算法较RANSAC（RANdom SAmple Consensus）算法实时性更好，匹配点精度更高；并且对应的煤矿巷道图像拼接的配准精度更高，得到的全景拼接图观感自然度更好。试验结果表明，该算法对于煤矿巷道复杂场景具有较高拼接精度和较好的拼接效果，同时具有较好的鲁棒性和有效性。

• 大采高综采工作面设备智能控制系统研究

  冯银辉, 崔 耀, 王旭峰, 秦泽宇, 王志强, 毛自新,

  随着智能综采设备技术的不断发展，单机设备的智能化程度不断提高，也面临着大采高设备间不能有效互联互通，严重影响协同效率的新问题，而在8 m以上大采高智能化集控技术上，目前仍是空白，没有可借鉴的成功经验。为保证大采高综采工作面生产过程高产、高效、连续有序进行，研发了大采高综采工作面设备智能控制系统。该系统以Ethernet/IP实时工业以太网总线协议为基础，根据大采高综采设备的运行和通讯特点，构建了统一、高效的综采设备通讯协议标准，建立了统一的服务器、存储及数据接口标准，统一了单轨吊集中控制室、移变列车集中控制室和地面智能专家决策平台3个控制平台，实现整个工作面设备的监控与数据交互的功能，同时降低了平台操作的学习难度。采用两层控制模式，主从冗余控制方案，保证数据的稳定性和一致性，提高了系统整体的控制效率；根据综采设备工作和生产环境的特点，构建了综采设备联动控制模型，实现了采煤机联动控制、“三机”联动控制、支架、泵站联动控制，提高设备间协同效率；系统的集中控制与协同控制功能，可以实现大采高综采设备一键启停、协同作业；智能分析专家决策系统存储并分析工作面设备历史数据规律，同时引入专家经验规则，专家诊断知识库，构建了闭环决策，指导工作面生产。

• 输送带输煤采样技术研究现状及发展趋势

  张 佳, 尹君驰, 王 宏, 李川江, 马 博, 肖 萍,

  作为煤炭质量检测的第一环节，煤炭采样技术在实际生产运用中有着十分重要的作用。基于我国煤炭产业升级和采样技术深度发展，从不同领域用煤企业实际需求出发，介绍了目前我国煤炭采样方式主要有人工采样和机械采样方式，机械采样根据应用场合又分为汽车煤采样、火车煤采样、溜管输煤采样和输送带输煤采样；综述了目前我国煤炭采样技术采用的采样标准，综述了输送带输煤采样技术在国内外的应用现状及发展历程；归纳了输送带输煤采样装置按采样位置不同分为输送带端部采样装置和输送带中部采样装置，分析了输送带端部采样装置和输送带中部采样装置的几种常见类型，并系统介绍了采样装置不同类型的结构、工作原理以及存在的主要问题；通过对目前输送带输煤采样技术及装备的现状分析，总结了目前我国输送带输煤采样技术存在的4个主要问题：①〖BP(〗=1\*GB3〖BP)〗大多数采样作业未严格按照采样标准进行；②〖BP(〗=2\*GB3〖BP)〗采样技术的基础研究还不够深入，采样设备的关键结构还存在一定缺陷；③〖BP(〗=3\*GB3〖BP)〗采样设备智能化、自动化程度低；④〖BP(〗=4\*GB3〖BP)〗采样设备管理人员专业素质不高。因考虑将智能化控制及检测技术与采样技术深度融合，不断完善采样标准、提高采样设备自动化、智能化程度以及提高输送带输煤采样机械适应能力，是未来我国输送带输送采样技术的发展方向。

• 截齿破岩力学特性与碎片分离数值模拟研究

  万丽荣, 高冠顺, 逯振国, 王志文, 马玉华,

  为研究截齿破岩过程中的截割力，裂纹生成和碎片分离过程，进一步提高巷岩掘进效率，采用SolidWorks软件建立了截齿截割岩石三维模型，并运用动力学仿真软件ANSYS/LS-DYNA建立了不同截割角、不同切削厚度下基于侵彻失效和压缩损伤的截齿破岩三维有限元模型，采用Holmquist-Johnson-Cook(HJC) 本构模型来模拟岩石材料，并通过添加非反射边界条件以模拟岩块的无限大。对截割速度为3 m/s，切削厚度为10、15、20 mm，截割角分别为35°、40°、45°、50°、55°和60°参数下的截割力大小、截割力波动规律、裂纹扩展、碎片分离进行了研究，分析了岩块大小和截割力之间的关系。结果表明：采用ANSYS/LS-DYNA（3D），利用侵彻失效和压缩损伤相结合的方法，对于模拟截齿破岩过程中的裂纹扩展和碎片分离能够获得良好的效果；截齿以不同截割角及切削厚度截割岩石，获得的最大峰值截割力及截割力均值均不相同，裂纹的生成、扩展及碎片的大小也不相同；随着截割角的增大，破碎产生的块岩数先增大后减小，截齿截割力均值先减小后增大，其中截割角为50°时，块岩数目最多，截割力均值最小，截割过程中截割力波动最小，为提高破岩效率，减小截齿的磨损进而提高截齿寿命，截割角取50°为宜；随着切削厚度的增加，块岩数也增加。研究结果为提高破岩效率和截齿寿命及截割角和切削厚度的选择提供了理论依据。

• 煤仓清理机器人研发与应用

  王 峥, 商守海, 高利强, 孙 磊, 卢建宁, 薛道荣, 张国峰, 鲁杰为, 黄 智, 何正勇, 刘建平, 袁广忠, 张海福, 丁 红, 朱宴南, 陈 闯, 齐连军, 褚立庆, 赵 强, 于永昌, 董陆军, 张 雷,

  储煤筒仓在我国应用广泛、现存量巨大，储煤筒仓的粘壁、蓬煤、堵塞现象，长期以来一直给煤矿、电厂等企业带来困扰。储煤筒仓内部呈圆柱体，底部有多个方锥形落料口，落料口通常为一米见方远小于煤仓内径，原煤自上而下靠自重下落，这种结构形式决定了锥形落料口附近原煤流速变缓、受挤压、易粘壁蓬堵，再遇上煤料颗粒细、含水量高、存煤时间长等情况，粘壁更易发生，粘壁使煤料流动通道更为狭窄、流速更慢，进而逐渐发展为堵塞，这种情况很难完全避免；在冬季气温很低的地区，含水量较高的煤料还会形成冻粘壁，进而逐渐发展为冻堵，更加难以疏通。目前煤矿解决粘壁蓬堵是靠人工巡检发现蓬堵、定期人工清理粘壁、人工疏通堵塞，人员须钻入煤仓中手动清理，环境恶劣劳动强度大、耗时长效果差，且存在极大的安全隐患，每年都有因人工煤仓清堵而导致的人身伤亡事故；而且对于放小炮也无效的冻堵只能等待来年回暖，使煤仓使用率降低，给煤矿及电厂的正常生产带来影响。为解决上述问题，运用特种工业机器人技术和控制算法，针对储煤筒仓研发了一套煤仓全方位智能清理机器人系统，在不改变储煤筒仓现有结构的情况下，在每个落煤口内部安装一套以液压为动力、可往复移动、捶打破煤的机器人执行单元，由机器人集群控制软件操控，根据每个落煤口布置的堵煤监测传感器及其他传感器的信号，实现自动监测判断蓬堵情况，自动选择最优的清理措施、操控相关机器人协调动作，使落煤口迅速恢复畅通。整个系统全自动无人值守运行，可迅速有效解决储煤筒仓中的蓬煤、粘壁、冻煤等落煤不畅和阻塞的情况，以成体系的技术化手段安全有效地替代人工高危工作，避免了因人工清堵而导致伤亡的可能，解决了长期困扰煤矿、电厂的痛点，提高储煤系统运行安全性。详细说明了煤仓清理机器人的运行机理、安装布局、样机试验测试、煤矿企业应用效果等情况，证明了煤仓清理机器人是解决煤仓粘壁、蓬煤、冻煤等落煤不畅和煤仓阻塞情况的有效手段。

• 矸石聚合物充填材料承载特性试验研究

  郑丽辉, 周跃进, 张雷鸣, 毛东桂, 马永东,

  为有效控制煤炭开采引起的地质灾害及矸石带来的环境污染问题，以矸石为基材，研发新型矸石聚合物充填材料。基于聚合物的性能分析选取了3种聚合物，采用PFC数值模拟软件分析了不同粒径颗粒矸石充填体模型数值压实试验过程中应力应变曲线关系及力链、裂纹演化。采用自制承载压缩装置对不同矸石聚合物充填材料进行了瞬时及蠕变压缩特性实验，分析了不同聚合物及不同聚合物掺量对材料承载性能的影响，得到了矸石聚合物充填材料在承载过程中的瞬时与蠕变压缩变形规律。研究结果表明，平均级配的矸石承载压缩率最小，数值模拟结果表明：最大粒径为40 mm的平均级配矸石充填体抗变形能力最好；不同聚合物的种类及掺量对充填体压实效应影响较大，承载有益效果丁苯乳液&gt;丙烯酸酯&gt;氯丁胶乳；矸石聚合物充填材料蠕变性能主要表现为衰减蠕变压缩阶段与稳定蠕变压缩阶段，未出现明显的加速蠕变压缩阶段。丁苯乳液聚合物掺量为0.096 kg时，矸石聚合物充填体的蠕变性能最优。当应力大于10 MPa时，随着加载应力的增加，其瞬时变形和蠕变变形的改变量所占其相应变形的比值则越来越小，矸石聚合物充填材料的蠕变性能较为稳定。该充填材料适用于大多数我国东部400 m以下、地压大于10 MPa的采空区。

• 粉煤灰基防渗注浆材料配比优选及其性能试验研究

  苗贺朝, 王 海, 王晓东, 王 皓, 许刚刚,

  防渗注浆是工程实践中用来解决复杂地质条件下突泥涌水问题的一项重要手段，其注浆封堵效果很大程度上取决于目标含水层基本情况、导水通道发育特征、注浆材料及注浆工艺的选取。粉煤灰作为大宗工业固体废弃物，具有特殊的物理和化学性能，将粉煤灰进行资源化利用，不仅可以减少环境污染、还可以提高粉煤灰经济效益。为了掌握粉煤灰基防渗注浆材料的工程性能，采用正交试验方法对粉煤灰-硅酸盐水泥混合胶凝材料进行了基础性能测试。通过极差与方差分析方法研究了水固比、水泥粉煤灰固相比、激发剂及温度4个因素对浆液的流动度、密度、结石率、析水率、初凝时间及终凝时间6项指标的影响规律。试验结果表明：水固比对浆液6项性能指标均有较大影响；固相比主要影响浆液流动度及凝结时间；掺入适量外加剂可以加快浆液凝结速率；升高温度有利于缩短浆液凝结时间、增大结石率和减小析水率。采用综合平衡分析法得到浆液优选方案：水固比为0.8∶1.0、固相比为30∶70，激发剂掺量为2%，温度尽量控制在15 ℃以上。将该优选方案在国内某露天煤矿地下帷幕截水综合技术研究与示范工程进行了初步应用，结果表明：浆液固结后形成连续完整的帷幕，从根本上切断了矿区地下水渗流补给通道，降低了矿坑水输排工作压力，保障了煤矿运行安全，节约了工程成本。

• 煤炭地下气化污染物富集和迁移规律——以王村矿煤矿为例

  王皓正, 梁 杰, 臧志飞, 陈世琳, 赵 泽, 赵 歌,

  为了解煤炭地下气过程中污染物的富集和迁移规律，作为评估地下气化方法对生态环境造成影响的依据之一，对王村煤矿贫瘦煤地下气化进行了模型试验，搭建了气化模型试验台，模拟实际地下气化过程。对于污染物析出规律的研究，利用重铬酸盐法、纳氏试剂分光光度法、直接分光光度法测定了不同氧气浓度下COD、氨氮、挥发酚的浓度，结果表明，当氧气体积分数大于60%时，污染物析出随着氧气体积分数的增加而明显降低，在80%富氧浓度时，气化区特征污染物挥发酚质量浓度为105 mg/L、氨氮质量浓度为2.09×103 mg/L、COD质量浓度为1.11×104 mg/L；对于污染物迁移规律的研究，首先利用RTR-1000高温高压综合岩石测试系统测定了不同温度下水在底板岩层的渗透系数，结果表明,常温状态下水在底板岩层渗透系数为4.416 9×10-8 cm/s，100 ℃条件下渗透系数为5.023 8×10-7 cm/s；常温至500 ℃条件下气体在底板岩层渗透系数在1.373×10-9～1.059×10-8 cm/s。之后将之前得到的实验数据及地质、煤质参数作为边界条件和参数，利用Visual Modflow 4.1对污染物迁移进行了模拟，模拟计算年限为50 a，结果表明污染物迁移主要发生在气化结束10 a内，污染物迁移最大面积为3 515.73 m2，水平面横向最大迁移距离为10.3 m，纵向扩散距离为5.4 m，垂直方向上污染物向底板的最大渗透深度为1.37 m。

• 土壤微生物及酶活性对露天矿不同土壤重构方式的响应特征

  王 凡, 曹银贵, 王玲玲, 闫 石, 张振佳, 白中科,

  煤炭资源开发满足了社会经济发展的需要，但同时也带来了地表土壤的挖损所造成的表层土壤稀缺的问题。利用采矿固废重构土壤是草原露天矿区土地复垦的重要措施，使其达到可供植被恢复的状态，复垦后的土地与未被破坏的土壤相比，土壤微生物的群落结构特征发生了变化，导致复垦后的土地质量受到影响。土壤细菌群落结构特征和变化规律能够反映矿区复垦土壤微生物群落多样性和生态功能,以及土地复垦水平和质量。目前学界研究重点主要集中于复垦土壤的理化性质，针对土壤重构对微生物及酶活性影响的相关研究较为缺乏。本研究通过采集土壤与植被样品，采用单因素方差分析法，对内蒙古自治区锡林浩特市胜利煤矿的不同土壤重构方式下各复垦田块土壤微生物和酶活性进行了分析，结果表明：在3种重构方式下的复垦田块中，不同重构方式下均表现为土壤微生物的数量比例细菌占99.00%以上，放线菌占比约0.70%，真菌数量比例最少，约为0.10%。不同重构方式下田块之间的微生物数量的差异表现为：岩土煤矸石粉煤灰混合田块（SGA）的细菌和真菌数量均高于其他2种重构方式的田块，岩土田块（S）中的放线菌数量高于其他2种重构方式的田块。岩土田块（S）与岩土煤矸石混合田块（SG）中相同种类酶的含量差异较小，但与岩土煤矸石粉煤灰混合田块（SGA）中蔗糖酶含量与前2种复垦方式差异较小，脲酶含量较前2种复垦方式低10.00%、磷酸酶含量较前2种复垦方式高10.00%。相同构造方式下田块内的微生物与酶活性表现为随着植被等级的增高而降低。总体上来看，3种重构方式下的田块内，当植被等级不同时，微生物数量和酶活性存在差异性，这可能是由于位于表层0～20 cm的矸石所具有的良好保水性能和粉煤灰较强的吸水性给土壤微生物提供了水分充裕的生存环境，利用采矿固废解决东部草原矿区土地复垦表土稀缺的问题可能是较理想的土壤重构模式。

• 化学淋洗法对石煤矿山放射性-重金属复合污染土壤的修复效果研究

  杨周白露, 张 望, 吴闻东, 马志飞, 李海辉, 张麟熹,

  石煤中含有较高含量的天然放射性核素，它的开发与利用会对环境造成放射性污染以及伴生的重金属污染等，近年来石煤的开发与利用对环境产生的放射性污染以及重金属污染等问题越发受到公众关注，江西作为全国石煤储量最为丰富的省份之一，石煤矿山大多为露天开采，废弃矿山长期受雨水淋溶、地表径流等对周边土壤环境造成了严重损害，为了对石煤矿区周边放射性及重金属复合污染土壤进行修复技术研究，采用振荡淋洗方法进行室内小试试验，根据江西省某石煤矿区现场采集的土壤检测结果显示，主要污染物指标为放射性核素铀以及重金属锌和镉；依据前人研究，针对其特有的放射性及重金属复合污染特征，选用盐酸、柠檬酸、草酸、EDTA、三氯化铁为淋洗剂，通过控制淋洗浓度、混合淋洗等因素来确定较优的淋洗条件。结果表明：各淋洗剂对复合污染土壤的去污效果综合最佳是草酸、盐酸以及三氯化铁；而不同浓度梯度下淋洗率最好的分别是1 mol/L的草酸和1 mol/L的盐酸溶液，组合淋洗剂对比单一淋洗剂的淋洗效果均有一定程度的提升，1 mol/L的草酸溶液与1 mol/L的盐酸溶液组合的淋洗剂对U、Cd、Zn的淋洗率均达到最高，分别是99.2%、97.8%和43.7%。该研究成果可用于现场淋洗修复复合污染土壤的小试，同时仍需考虑淋洗修复后土壤的潜在环境风险问题。

• 阳-阴离子表面活性剂协同非极性油对低阶煤浮选的影响

  谢炙轩, 张 雷, 郭建英, 栗 褒, 杨志超, 张素红, 刘生玉,

  为提高低阶煤中有机质与无机质之间润湿性差异，从而提高低阶煤浮选效率，采用阳离子表面活性剂十二烷基三甲基溴化铵（DTAB）、阴离子表面活性剂十二烷基醇聚氧乙烯醚硫酸钠（AES）和非极性捕收剂煤油进行复配得到复配捕收剂。通过测定复配体系的表面化学性能并计算协同作用参数研究表面活性剂的吸附和聚集特性；采用浮选实验研究不同配比的复配捕收剂对浮选效果的影响，以及通过浮选动力学实验研究单一使用煤油捕收剂与使用复配捕收剂的浮选速率和浮选选择性；采用Zeta电位测定实验，润湿热测定实验以及接触角测定实验研究复配捕收剂提升低阶煤泥可浮性机理。实验结果表明：DTAB与AES复配体系在降低表面张力效率和能力方面具有协同作用。与单一使用煤油作为捕收剂相比，使用复配捕收剂浮选精煤产率由18.64%提升至69.86%，浮选完善度由7.79%提升至18.00%，精煤灰分增加2.89%。复配捕收剂相较于煤油可以明显提升低阶煤的浮选速度，浮选速率常数由0.010 0提升至0.034 5，选择性也有所增加。复配捕收剂（煤油+ DTAB+AES）中药剂不同配比对有机质疏水性改善程度从大到小排序为n(DTAB)∶n(AES)=1∶1、0∶1、1∶0；对有机质与无机质之间润湿性差异的扩大效果从大到小排序为n(DTAB)∶n(AES)=1∶1、1∶0、0∶1。复配捕收剂中DTAB+和AES-缔合后形成离子对，其含有的乙氧基（—CH2—CH2—O—）能与含氧官能团产生氢键，牢固的吸附在低阶煤表面；缔合后形成的离子对和少量游离的DTAB+离子吸附后会将表面活性剂的疏水链暴露出来，从而掩盖低阶煤表面的极性位点；非极性煤油不仅可以吸附在低阶煤表面本身的疏水位点，还吸附在药剂掩盖极性位点后暴露出的非极性位点，从而促进了煤油在有机质表面的铺展，大幅提升浮选效果。