煤炭科学技术杂志

煤炭科学技术杂志2023年第5期

• 橡胶−粉煤灰基矿井底板裂隙注浆材料性能的试验研究

  张文泉, 朱先祥, 李松, 刘勇, 吴绪南, 陈兵,

  目前针对千米深井高水压、易突水等难题，提出了“疏水降压、注浆加固”矿井防治水技术，这要求注浆材料具有“高强度、强稳定、易流动、低成本”等性能。“高强度”可以通过添加纳米增强材料来达到；“强稳定”可以通过优选易固结、难分散原材料，调整拌和条件来实现；“稳流动”可以通过调整添加原料粒径，增加界面摩擦性来实现；“低成本”可以选用现存亟待处理的大规模工矿固废产物，辅以少量添加剂来实现。针对存在的上述问题，以注浆加固煤层底板为目标，以大规模利用工矿废弃物为方向，通过利用废弃轮胎橡胶颗粒、粉煤灰与黏土为主体材料，辅以少量外加剂，采用正交试验方法，对固废注浆充填材料的基础性能开展试验研究。分析了不同橡胶颗粒掺量与外加剂的影响，得出了其对注浆结石体的流动度、力学性能、矿井水环境下稳定性、抗渗性能与微观结构性能的影响。研究结果表明：当橡胶颗粒掺量为20%、粉煤灰掺量65%、黏土掺量15%，纳米二氧化硅掺量为固体粉料掺量的1%时，注浆浆体的流动度为293 mm，注浆结石体的28 d抗压强度为11.7 MPa，结石体的抗渗压力为0.8 MPa，所得试验结果能够满足现场注浆加固需求，对大规模底板裂隙注浆加固具有科学的参考价值，也对规模化利用固废产物提供了参考。

• 浅埋深厚煤层高强度开采地表沉陷规律研究

  徐飞亚, 郭文兵, 王　晨,

  以西部神东矿区大柳塔煤矿为工程背景，选取典型的浅埋深高强度开采工作面52307工作面为研究对象，设立地表岩移观测站，并结合RTK观测技术与三维激光扫描技术进行实时监测，基于关键层理论和CISPM综合地表沉陷预计模型软件，综合分析在浅埋深高强度开采条件影响下，地表移动变形特征、地表岩移角值参数变化以及地裂缝发育等问题。研究结果表明：在工作面从开切眼向前推进过程中，地表下沉值在开切眼位置较小，之后突然迅速增大，下沉曲线急剧变陡，当达到最大下沉值时，下沉速度开始变缓；地表移动变形主要集中在工作面中部，工作面四周下沉变形较小，地表移动影响范围较小；大柳塔矿区地表岩移角值参数偏大，基岩移动角和边界角分别达到了87.7°和84.1°。开采引起的地裂缝整体呈“C”字型主要分布在工作面中部；随着工作面的不断推进，地裂缝从开切眼位置开始继续向回风巷一侧缓慢延伸、发育并逐渐闭合，最终形成连续包围“漏斗”型形状；地裂缝总是滞后于工作面出现，地裂缝滞后距与工作面推进速度呈线性增大的关系。根据地表沉陷规律及地裂缝发育分析结果得出，在浅埋深厚煤层高强度开采条件下，由于工作面开采强度大、推进速度快、关键层结构单一且赋存层位低，引起顶板活动剧烈、易滑落失稳，从而造成地表下沉盆地四周收敛快、中部破坏严重，地裂缝发育密集。

• 煤巷底板防冲钻孔释能解危原理及参数优化

  陈涛,

  我国西北的华亭与彬长等矿区受水平构造应力影响严重，底板冲击地压显现剧烈。卸压钻孔是我国应用最为广泛的冲击地压防治解危措施，其具有解危效果良好、方便安全等特点，科学合理地制定卸压钻孔参数可有效提高防冲效率，但目前针对底板卸压钻孔的研究还相对匮乏。为此，基于底板破坏的力学模型，研究了底板钻孔的释能解危原理，建立FLAC3D数值模型研究了不同钻孔参数的合理取值范围，并进行现场工业性应用论证。研究结果表明：①卸压钻孔可为底板弹性能缓慢释放提供自由空间，组成的“梯形”结构使煤层底板集中水平应力向深部岩层转移，破坏底板的蓄能条件，有效释放底板中的弹性能。②底板中的水平应力降低程度与钻孔倾角近似呈正相关，实施底板卸压钻孔倾角控制在60°～75°，可以取得较好的底板卸压解危效果；钻孔间距的合理取值范围在1～3 m，对整个底板的冲击地压防控可以起到理想效果；随着钻孔直径的增大，底板中心区域的应力降低程度随之增大，现场实施钻孔直径应在140～200 mm；理想钻孔排距布置应为1.4～1.8 m，并非越小越优。③研究成果应用于彬长矿区某矿，并对煤层底板防冲效能进行验证，其有效控制了底鼓程度和冲击危险强度，验证了底板解危防冲措施的有效性和钻孔参数的合理性。

• 含裂隙煤体能量耗散特征与冲击倾向性研究

  朱志洁, 李瑞琪, 汤国水, 韩军, 王来贵, 吴云龙,

  冲击倾向性是煤岩体能否发生冲击地压的自然属性，裂隙的分布对其有重要影响。为研究煤体原始裂隙对能量耗散特征和冲击倾向性的影响机制，采用PFC2D数值模拟方法，对不同裂隙类型的煤体试件进行了单轴压缩测试。研究表明：①随着裂隙倾角的增大，宏观力学参数抗压强度和弹性模量均表现为先减小后增大的趋势；当裂隙倾角为 30°时，两者都取得最小值。不同裂隙类型宏观力学参数大小关系为：非共面平行双裂隙试件<单裂隙试件<共面断续双裂隙试件。②弹性应变能和总应变能的变化规律与宏观力学参数相似。平行非共面的裂隙试件在裂隙之间形成了能量耗散结构，共面断续双裂隙试件裂隙之间形成了能量集中区，揭示了不同裂隙类型弹性能量大小关系的内在原因。③从煤岩体储存弹性能的能力和破坏后释放弹性能的能力2个角度对冲击倾向性进行分析，提出了弹性能储存率和弹性能释放率2个冲击倾向性指标。④随着裂隙倾角的增大，弹性能储存率和弹性能释放率均表现为先减小后增大的趋势；当裂隙倾角为 30°时，两冲击倾向性指标都取得最小值。不同裂隙类型冲击倾向性大小关系为：非共面平行双裂隙试件<单裂隙试件<共面断续双裂隙试件。裂隙的分布形态对煤体的冲击倾向性具有显著影响，在煤岩体的冲击倾向性评价和冲击地压防治中应考虑裂隙这一因素。

• 千米深井大能量事件多因素耦合分析

  赵丞, 王永, 李志深, 王涛, 王维斌, 盖德成, 于海峰, 王存文, 陈洋, 董春雨, 吴陈贺,

  以山东李楼煤矿为研究背景，采用现场调研、工程对比、现场监测等方法，对李楼煤矿2020年以来发生的大能量事件展开研究，得出如下结论：①系统分析了支承压力分布、工作面“见方”、过断层以及回采速度等4个影响因素与大能量微震事件的关系以及大能量事件的诱发原因。1302（上）工作面采动影响范围约为工作面后方30 m至工作面前方170 m，超前应力峰值约为工作面前方70 m，而侧向微震事件主要分布在沿空巷道附近，整体向采空区一侧偏移；1303工作面微震事件在工作面推进方向的分布范围为工作面后15 m至工作面前200 m，超前应力峰值约为工作面前80 m，1303工作面微震事件在侧向分布形态呈双峰型，向运输巷一侧偏移，受宽煤柱影响，运输巷一侧应力集中程度高于回风巷一侧；工作面“见方”前，微震事件频次和能量逐渐增高，“见方”后趋于平稳；在过断层前，微震事件逐渐升高，过断层期间急剧下降，过断层后逐渐趋于平稳，事件峰值位置距离“见方”前或断层前40 m左右；当1302（上）工作面回采速度为50 m/月，1303工作面回采速度为60 m/月时，频次与能量最大。②通过分析大能量事件的诱发因素及发生位置，可将大能量事件划分为3类：“能量积聚型”大能量事件、“断层活化型”大能量事件及“孤岛结构型”大能量事件，并针对不同类型事件提出具体的防控措施，为周边类似地质因素和开采技术条件的矿井提供参考。

• 动−静载作用下端帮开采支撑煤柱参数设计方法

  姜聚宇, 路烨, 曹兰柱, 付天光, 王东, 王来贵, 蔡明祥, 李磊,

  应用端帮采煤机开采工艺回收端帮压覆滞留煤资源时，支撑煤柱合理宽度的确定是影响其安全、高效推广应用的一个关键性要素，尤其是考虑爆破振动效应对支撑煤柱稳定性的影响。以平朔安太堡露天矿南端帮为工程背景，采用现场测振试验、理论分析、数值计算研究边坡三角载荷和爆破振动作用下端帮开采支撑煤柱稳定性及其参数设计方法。基于极限平衡理论和尖点突变理论，运用Mohr-Coulomb屈服准则，分析了煤柱弹塑性区分布规律；建立了受采高、采宽、上覆岩层载荷应力、煤柱黏聚力与内摩擦角等因素影响下的煤柱极限强度函数表达式；建立了不同安全储备系数条件下煤柱最大允许塑性屈服区宽度及煤柱留设宽度计算式。建立了支撑煤柱三维简谐振动响应模型，研究了单响药量、高程差、爆心水平距等爆破参数对煤柱瞬时最大动应力响应影响规律，揭示了爆破动载效应对支撑煤柱塑性区宽度和稳定性的影响机制，提出了爆破动载作用下支撑煤柱参数设计方法。研究结果表明：爆破振动对支撑煤柱稳定性影响较大，爆破动载作用下煤柱瞬时最大动应力响应与单响药量呈正相关关系、与高程差和水平距离呈负相关关系。随煤柱瞬时最大动应力响应增加，煤柱塑性区宽度呈正比例增大，煤柱安全系数以近似线性规律衰减。确定动−静载下煤柱留设宽度为5 m，经工程实践，验证了其合理性。

• 褐煤断裂特征半圆弯曲试验研究 以内蒙古胜利煤田为例

  陈立超, 王生维, 张典坤,

  褐煤不同方位上断裂力学性质各向异性对储层体积压裂裂缝缝网形成具有重要控制，为探究层面方位对内蒙古胜利煤田褐煤断裂行为特征的影响，利用三点弯曲加载试验对层面角θ分别为90°、60°、45°、30°及divider (切分)5种内蒙古胜利煤田6煤组褐煤半圆弯曲试样静态断裂行为开展研究，结果表明：①层面角θ为90°、60°、45°、30°及divider (切分)情况下，胜利煤田6煤组褐煤Ⅰ型断裂韧度KIC分别为0.045、0.058、0.073、0.084及0.096 MPa·m0.5，整体上切口切分层面型试样断裂韧度高于切口平行层面型试样，且对于切口平行层面型试样而言，随着层面角的减小断裂韧度有递增的趋势，研究区褐煤断裂力学性质具有强烈的各向异性特征；②加载位移−载荷关系显示，层面角θ分别为90°、60°、45°、30°及divider (切分)5种褐煤半圆弯曲试样三点弯加载下其断裂过程均经历孔裂隙缺陷压实阶段、线弹性压缩形变储能阶段、临界断裂破坏阶段以及断后的载荷卸载四大阶段，且全部试样断裂后期载荷迅速卸载表明煤岩断裂形式均为脆性断裂，煤岩具有较高的断裂速率，储层适于开展大规模体积压裂；③层面角θ分别为90°、60°、45°、30°及divider (切分)5种褐煤半圆弯曲试样三点弯加载过程断裂能Γ分别为64.38、80.49、112.50、146.66、及355 J/m2，divider (切分)褐煤试样断裂能远大于切口平行层面型褐煤试样，同等条件下沿切分褐煤层面方向造缝耗能高，压裂裂缝延展规模受限；④试验还发现，三点弯加载下研究区褐煤半圆弯曲试样断裂模式主要有拉张断裂和剪切断裂两种形式，褐煤试样的断裂路径受控于外载方向和煤岩层面方位间的空间关系，当层面角θ在45°～60°时试样断裂裂缝的曲折程度最高，在煤层气储层压裂中最易形成裂缝缝网；⑤基于褐煤断裂力学各向异性，认为内蒙古胜利褐煤储层采取水平井+分段压裂能够极大提升压裂裂缝的复杂程度，而且综合颗粒惯性考虑，井眼方向平行最大水平主应力的水平井压裂携砂顺畅、能够避免裂缝内砂堵，裂缝充填效果更好。上述认识有望对研究区下一步储层体积压裂改造与压裂缝网营造提供一定科学参考。

• 预制裂纹煤体静载黏滑亚失稳及声电信号响应特征

  冯小军, 丁增, 王恩元, 李德行, 张奇明,

  亚失稳阶段是断层黏滑失稳过程中前兆信息最丰富、变化最激烈的阶段。为深入探索煤体黏滑亚失稳阶段显现特征及该过程的声电信号响应规律，开展了不同预制裂纹倾角煤样单轴下的分级加载实验，同步采集了试样的内部破裂源定位和表面位移场，以及声发射和电磁辐射信号，并对煤体亚失稳过程力学行为和声电特征进行了分析。结果表明：①预制裂纹倾角显著影响受载煤样内部应力分布，及亚失稳阶段新生裂纹的拓展分布情况，声发射计数和能量对应力和破坏响应明显，临近黏滑亚失稳时，声发射计数和能量同时出现激增，信号占比接近20%，该响应特征可作为裂纹煤样进入黏滑亚失稳阶段的判断依据；②在进入亚失稳状态后，电磁辐射活动最为剧烈，与应力骤降的发生时间几乎相吻合，主破裂发生前，电磁辐射的能量和幅值急剧增高，且峰值能量随裂纹倾角的增加呈先增后减小，裂纹倾角45°的煤样在亚失稳状态时电磁辐射计数占失稳总过程的比例最大；③亚失稳阶段煤样的破裂轮廓已经基本形成，预制裂纹倾角对煤样亚失稳阶段时长影响显著，倾角45°时亚失稳阶段时长占比最长，倾角为60°时最短。研究成果可为断层亚失稳状态监测方案制定，及断层构造区大型冲击地压演化及致灾机理研究提供理论支撑。

• 液氮冻结和冻融循环作用下煤样力学特性试验研究

  楚亚培, 张东明, 杨瀚, 刘恒, 吴旭阳, 申通, 翟攀攀,

  我国煤储层渗透率普遍较低，如何提高煤储层渗透率是煤层气开发的重点和难点。近年来液氮致裂增渗煤体技术作为一种无水致裂增渗技术受到广泛关注。为揭示液氮冻结和冻融循环对煤体力学特性的影响，采用红外热成像技术对液氮冻结后煤样的温度分布特征进行研究，并对液氮冻结和冻融循环后的煤样进行单轴压缩和声发射测试，对比分析了液氮冻结和冻融循环前后煤样的波速、孔隙率、声发射和能量演化特征，并对液氮冻结煤体损伤作用机理进行了讨论。结果显示：① 经过360 min和12次冻融循环后，煤样的波速分别下降了58.2%和64.7%，波速在最初的冻结和冻融循环阶段中下降并不明显，随着冻结时间和冻融循环次数增加，波速逐渐下降。②随着冻结时间的增加，煤样的温度逐渐下降，液氮冻结180 s后，煤样的表面温度下降至−60 °C以下，由于煤颗粒的热传导系数不同，导致煤样中心处的温度呈波动分布。③液氮冻结和冻融循环后，煤样的弹性模量呈指数函数降低的趋势，而煤样的孔隙率则逐渐增加，液氮冻融后煤样的孔隙率增量大于液氮冻结后煤样的孔隙率增量。④单轴加载过程中煤样的声发射活动分为发展阶段、活跃阶段和剧烈阶段，煤样的最大声发射振铃计数和累积声发射振铃计数随着冻结时间和冻融循环次数的增加而减小。⑤液氮冻结和冻融循环会削弱煤样的储能极限，造成在单轴加载过程中峰值点处的总能量、弹性能和耗散能的减少。

• 液氮冷浸前后煤体的微观结构精细化表征方法研究

  刘淑敏, 李学龙, 王登科,

  随着煤层增透技术的发展，液氮冷浸致裂煤体促进瓦斯抽采的研究取得了广泛关注。为研究液氮冷浸对不同煤质煤体微观结构的改造效果，分别采用电镜扫描仪、压汞仪和低温氮吸附仪对液氮冷浸前后不同煤质煤样（贫煤、肥煤和无烟煤）的微观结构进行了联合表征，对比分析了液氮冷浸对不同煤质煤样孔体积、比表面积分布情况的影响。结果表明：液氮冷浸煤体产生的热应力大于煤的抗拉强度，导致煤的微结构破坏，出现微裂隙萌生或颗粒脱落等现象，显著增加煤的透气性；液氮冷浸后不同煤质煤样的总孔体积和比表面积均增大，肥煤总孔体积增长率最小，其次是无烟煤，贫煤总孔体积增长率最大；液氮冷浸促使煤样内部微孔、小孔、中孔及宏孔/裂隙的孔体积均增大，促使煤样内部大孔贯通形成宏孔/裂隙，导致大孔的孔体积减少；液氮冷浸后各煤样的孔比表面积均集中分布在10 ~ 100 nm，并有明显的峰值特征；液氮冷浸促使贫煤、肥煤和无烟煤煤样的吸附量增大，且处于中高压区(0.4 < p/p0 < 1.0)时吸附量差值最大；液氮冷浸能够有效改造不同煤质煤样的内部孔隙结构，研究结果有利于揭示液氮致裂过程中煤储层宏观及微观孔裂隙的空间扩展与连通规律。

• 中低阶煤官能团对煤润湿性影响试验研究

  严敏, 岳敏, 林海飞, 闫冬洁, 魏嘉宁, 秦雪燕, 张瑾,

  煤层注水可有效抑制煤矿开采过程中瓦斯大量涌出，其抑制效果主要取决于煤层的润湿特性。煤的化学结构是影响煤体润湿性的重要因素之一，为研究中低阶煤体官能团与其润湿性之间关系，对典型中低阶煤样进行煤质特征分析，采用Nicolet iN10 傅里叶变换显微红外光谱仪得到煤样官能团参数。以去离子水在煤表面固−液−气交界处接触角的大小来表征煤体润湿性强弱，采用JC2000D接触角测量仪得到煤样接触角大小；Zeta电位可反映煤样润湿性和煤表面官能团电离程度，以此建立煤样亲水性官能团(羟基官能团、其他含氧官能团)与接触角、Zeta电位的关系。试验结果表明：随着煤变质程度增加，煤样亲水性官能团强度逐渐减小，中阶煤亲水性官能团峰高较低阶煤降低0.13，吸收峰面积减小58.91；亲水性官能团与煤样接触角为负相关关系，即随着亲水性官能团吸收峰强度增大其接触角逐渐减小，从中阶煤艾维尔沟煤样到低阶煤屯堡煤样，接触角减小8.27°；亲水性官能团与煤样Zeta电位呈一阶指数衰减函数关系，其相关系数高达0.95以上，即随着亲水性官能团吸收峰面积增大其Zeta电位绝对值逐渐增大，煤样表面负电性强，煤体亲水性好。其中，羟基官能团对煤润湿性影响较大，自缔合羟基形成的氢键是主要影响煤体润湿的因素；其他含氧官能团中的羧基、醚键等亲水性官能团在分子间作用力下与水分子结合，表现出较强的活力，提高了煤体亲水性。

• 氧气浓度对含硫无烟煤自燃特性的试验研究

  周西华, 姜延航, 白刚, 李东芳, 郝慧颖,

  为研究不同氧气体积分数对含硫煤低温氧化自燃的影响，选取山西石港煤业有限责任公司14号和15号煤层煤样作为试验样品,开展不同氧气体积分数下管式炉程序升温试验。14号和15号煤样的氧气体积分数分别为21.0%和21.0%、12.2%和12.1%、10.2%和10.1%、7.1%和7.2%、5.0%和5.1%、2.9%和2.8%,共6个组别,并联用气相色谱仪分析气体成分。研究了不同氧气体积分数下14号煤样与15号煤样在低温氧化阶段CO气体与特征温度变化规律。通过计算不同氧气体积分数、不同温度时刻的耗氧速率和放热强度,分析了耗氧速率、放热强度与温度之间的对应关系，并对氧气体积分数为21%时14号煤样与15号煤样耗氧速率和放热强度进行拟合。计算出不同氧气体积分数下14号煤样与15号煤样低温氧化表观活化能，分析了氧气体积分数与表观活化能之间的关系，根据煤自燃临界温度及表观活化能变化特性得出了14号煤样与15号煤样的自燃临界氧气体积分数值。结果表明：在试验测试范围内(氧气体积分数2.8%～21.0%,温度30～300 ℃),提高氧气体积分数有助于14号煤样与15号煤样氧化发展,降低氧气体积分数则抑制其发展，14号煤样的自燃倾向性大于15号煤样，14号和15号煤层自燃临界氧气体积分数分别为5.0%和7.2%；氧气体积分数恒定时，CO释放量、耗氧速率及放热强度均随温度升高而增大，符合指数函数变化规律，同一组别的14号煤样各温度点的CO释放量、耗氧速率及放热强度均大于15号煤样，表观活化能和自燃临界温度则小于15号煤样；温度恒定时，随着氧气体积分数的降低，CO释放量、耗氧速率及放热强度减小，表观活化能和自燃临界温度增大；耗氧速率、放热强度随温度变化的拟合曲线及自燃临界氧气体积分数值可为采空区煤自燃特性数值模拟及自燃危险区域划分提供重要参量。

• 矿井复杂风网火灾风烟流应急调控技术及应用

  裴晓东, 郝海清, 王凯, 蒋曙光, 孙勇, 陈佳辉, 吴征艳, 蒋合国, 邵昊,

  针对复杂通风网络井巷火灾预防和应急救援较困难现状，分析了风流场、温度场、烟流浓度场的风流扰动、热量传递、烟流扩散等规律。根据不同火源位置的烟流演化规律，提出一种能够同时满足排烟风量和采场风量需求的火灾风烟流应急联动调控方案。以鄂尔多斯转龙湾煤矿为应用案例，建立了转龙湾煤矿火灾烟流应急联动调控系统。为分析其控风排烟效果，结合实际的井巷和通风参数，基于Ventsim软件构建了其复杂通风网络三维可视化模型。运用VentFire模块对其不同火源位置火灾场景的风烟流蔓延效果进行模拟。分析了采取应急调控方案前后的排烟效果和风量分配情况。结果表明：当不同位置发生火灾时，及时启动应急排烟方案，在满足排烟风量的基础上其他各关键地点的风量仍能保证正常通风时的90%以上，能够满足转龙湾煤矿灾变期间的控灾、救灾需求。

• 遥感方法在宁武煤田煤火识别中的应用

  高玉荣, 隋刚, 张新军, 孔嘉嫄, 张和生,

  煤火燃烧会对周围地区的环境、经济和安全造成严重影响，准确识别煤田自燃引起的火区范围对于监测与治理煤火具有重要意义。相关学者分别通过提取地表热异常或地表形变信息来识别煤火范围，但由于方法及手段单一，而引起煤火发生因素众多，导致试验结果不够准确。为提高煤火识别准确性，通过实际应用研究，利用融合卫星热红外技术与雷达技术的煤火识别方法，应用于山西省宁武煤田的火区识别。首先采用ASTER–TES(Temperature-Emissivity Separation)算法对ASTER夜间热红外数据进行地表温度反演，同时利用SBAS–InSAR(Small Baseline Subset InSAR)技术对Sentinel-1数据进行地表沉降信息反演，然后通过阈值分割法提取研究区域中的高温异常区域和沉降异常区域，进而融合处理，获得疑似煤田火区范围，最后利用测氡的实地勘测方法所确定的煤火范围对试验结果进行对比验证分析。结果显示：研究提出的方法对宁武煤田火区范围的识别准确率高达93.78%，较单一的温度反演方法与沉降异常方法提高43.29%和62.23%，但有部分火区未被识别，原因在于利用地表形变识别火区的阈值难以获取。结果表明:热红外技术与雷达技术协同识别方法能够有效克服单一识别方法的不足，显著提高煤火范围的识别精度，为准确圈定火区的治理范围提供有力参考，今后应深入研究地表形变探测火区的方法特性，从而获得更加全面准确的煤火范围。

• 临兴地区下二叠统太原组页岩气地质特征及勘探潜力

  陶传奇, 王延斌, 倪小明, 韩杰, 刘盛霖,

  为揭示鄂尔多斯盆地东缘临兴地区太原组页岩气地质特征及勘探潜力，以富含有机质泥页岩为研究对象，基于野外钻孔和测井基础地质资料，查明了泥页岩累计厚度和单层最大厚度分布规律；针对泥页岩开展了有机地化、物性特征、X射线衍射和等温吸附等试验测试分析，对页岩气聚集成藏条件及勘探潜力进行了研究。结果表明：临兴地区太原组泥页岩分布稳定，累计厚度为10~50 m，平均为30 m，单层最大厚度为5~25 m。有机质丰度较高，TOC含量介于0.26%~12%，平均为3.81%，有机质类型以II、III型干酪根为主，最高热解峰温介于443~576 ℃，在紫金山岩体附近泥页岩热成熟度明显增大。泥页岩发育纳米级-微米级的孔裂隙，有机质孔多呈圆形、椭圆形和蜂窝状，碎屑矿物溶蚀孔等其它类型孔隙均有发育，矿物颗粒内部、碎屑颗粒边缘和有机质内部的微裂隙较为发育。石英、长石等脆性矿物含量占45%~65%，黏土矿物含量介于28%~62%，多为非膨胀类矿物。泥页岩含气量变化范围大，介于0.08~7.3 m3/t，平均为1.41 m3/t，含气量与TOC呈明显的正相关关系。综合考虑泥页岩厚度、有机质丰度、热演化程度等因素，临兴地区的中北部泥页岩厚度大、TOC含量高，矿物组合有利于储层改造，为页岩气勘探有利区。与四川盆地海相页岩气勘探区相比，临兴地区太原组泥页岩具有埋深浅、含气量偏低的特点，在油气资源勘探开发中宜注意与煤系地层的砂岩气和煤层气的联合勘探开发。

• 地质透明化工作面内多种异常体的槽波解释方法研究

  吴国庆, 马彦龙,

  矿井地质透明化是当前煤矿安全高效开采的新要求，针对复杂地质条件的工作面，槽波探测技术作为常用的物探手段之一，若工作面存在多种地质异常体，其属性无法进行准确的分辨与解释。以山西阳泉某工作面为例，对包含断层、陷落柱、薄煤带、挠曲4种地质异常体的工作面进行了三维波场模拟，分别从数值模型的单炮特征、频谱特征、频散特征进行分析；结合数值模型的纵波振幅与速度、横波振幅与速度、高频槽波振幅与速度以及低频槽波振幅与速度8种类型的CT反演成像，研究了断层、陷落柱、薄煤带、挠曲4种地质异常体在槽波属性上的不同响应特征。结果表明：①断层引起槽波异常的主频及速度与无地质异常的煤层基本一致，横波、高频、低频槽波振幅可以显著识别断层，横波、高频、低频槽波速度可以较显著的识别断层，纵波振幅与纵波速度无法有效识别断层；②陷落柱的单炮特征表现为低阶减弱、高阶增强，横波、高频、低频槽波振幅可以显著识别陷落柱，横波、高频槽波速度可以较显著的识别陷落柱，纵波振幅、纵波速度与低频槽波速度无法有效识别陷落柱；③薄煤带主频基本不变，速度降低，高频槽波振幅与速度、低频槽波振幅与速度可以显著识别薄煤带，纵波速度与横波振幅可以较显著的识别薄煤带，纵波振幅与横波速度无法有效识别薄煤带；④挠曲的频谱中振幅增强，高频槽波振幅与低频槽波振幅可以较显著识别挠曲，其他槽波属性对挠曲的识别均不明显。根据不同地质异常体在单炮、频散、频谱、波场CT成像上的响应特征，实现了槽波异常的地质识别，准确解释了各种地质异常体的形态、位置及大小，为地质透明化工作面的建立奠定了“物质”基础。

• 淮南低−中灰煤典型有害元素的分布、赋存特征及地质成因

  胡广青, 吴盾, 魏超, 刘桂建, 张文永, 孙庆业, 王友德,

  随着我省煤炭资源的不断开发与加工利用，煤中典型有害元素的存在势必对当下煤炭资源的高效、清洁利用产生负面影响。在淮南煤田以往煤中典型有害元素大量数据分析的基础上，以淮南煤田主采煤层（13-1煤、11-2煤、8煤、6煤、4煤和1煤）为研究对象，采用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）、原子荧光光谱（AFS）、逐级化学提取和聚类分析等手段，综合分析了淮南煤田煤中典型有害元素赋存特征及地质成因，研究结果表明：①淮南煤田煤中典型有害元素Cr、Co、Se和Pb为“轻度富集”，Hg元素为“高度富集”，其余元素均处于“正常范围”；②淮南煤田煤中 As元素含量高值区主要位于煤田西部；Hg元素高值区位于煤田东部，其次西部；其余8个元素（Cr、Mn、Co、Ni、Se、Cd、Sb和Pb）含量均在淮南潘集地区（尤其是潘三煤矿附近）较高。经分析，潘集—朱集地区的后期岩浆热液作用可能是导致该地区煤中Cr, Mn, Co, Ni, Se, Cd, Sb, Pb等有害元素相对富集的主要原因；③Hg的赋存状态中含有较多的离子交换态，岩浆热液作用带来的无机组分可能对Hg元素的富集程度影响较小；成岩后期岩浆热液侵入活动对As的影响不明显，煤中As元素含量较低可能与成煤植物中As元素含量较低有关。

• 义马盆地中侏罗世2-3号煤层元素地球化学及沉积环境分析

  高迪, 郭慧玲, 王佳慧,

  为研究华北板块西南缘中侏罗世煤层地球化学特征及其沉积环境，以义马盆地中侏罗世义马组2-3号煤层为研究对象，借助X射线荧光光谱仪、等离子体质谱仪等手段，运用地球化学理论和方法，详细研究了煤中地球化学特征及其所反映的沉积环境。研究结果表明：研究区常量元素含量与中国煤相比，SiO2、P2O5和K2O显著偏高，而Al2O3含量较低；微量元素中Cs富集，Sb、Nb、Ta、Zr、Hf亏损；稀土元素整体为轻微富集，δEu负异常，而δCe正异常，表明采样煤层未受岩浆、热液、海水影响，物源主要是陆源碎屑；Th/U、V/ (V+Ni）、Ce异常、Sr/Cu及气候指数分析表明，采样煤层古泥炭堆积于还原环境，成煤期整体处于半干旱气候。

• 豫西晚二叠世煤中稀土元素地球化学特征及指示意义

  蔺敬妍, 孙明晓, 李鸿豆, 左贵彬, 郭文牧, Maksim G Blokhin, 王志勇, 田泽奇, 肖林,

  随着稀土金属在医疗、新材料等高科技领域的广泛应用，其战略地位不断提升。为了探究豫西晚二叠世煤中稀土元素的富集程度、赋存状态以及沉积环境，以河南西部慧祥矿区二1煤的20个煤分层样品为主要研究对象，运用电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS)、X射线荧光光谱（XRF）的方法对研究区煤分层样品中稀土元素与常量元素进行测试，探讨了研究区煤中稀土元素的含量特征和富集程度；利用相关性分析和特征参数对样品中稀土元素的赋存状态以及沉积环境进行探讨。结果表明：慧祥矿区二1煤中，稀土元素的质量浓度为35.29～133.61 μg/g，平均浓度为79.14 μg/g，略高于世界煤中稀土元素的平均浓度，但明显低于中国煤中稀土元素的平均浓度，稀土元素含量偏低，且以轻稀土富集为主；慧祥矿区二1煤中稀土元素与灰分（Ad）以及SiO2、Al2O3等主要氧化物呈现明显的正相关，表明稀土元素主要赋存于黏土矿物中；研究区样品中Ce元素和Eu元素负异常，(Gd/Gd)N*的轻微正异常，说明研究区主要受陆源的影响，成煤环境为弱酸性的还原环境。

• 高强度采矿活动对地下水影响的数值模拟研究

  吕情绪, 狄军贞, 李果, 林鑫,

  为探究高强度采矿活动对地下水的影响，选取内蒙古神东煤矿区某井田为研究对象，该煤矿为平面上开采面积占比大、空间上开采尺寸大、时间上开采速度快为特点的高强度开采方式。在收集整理相关水文气象、勘测资料的基础上，利用GMS(Groundwater Modeling System)数值模拟软件建立符合研究区水文地质条件的地下水流模型，对研究区未来10年采动影响下的地下水水位及流场进行预测分析，并对地下水水均衡状态进行分析。研究结果表明：高强度采动对直罗组含水层的扰动影响最大，在开采盘区内形成了多个水位降落漏斗，降落漏斗中心水位下降幅度由第1年末的105 m增大到第10年末的351 m，该层地下水整体水位与径流条件均发生改变。高强度采动对志丹群含水层的扰动影响较小，仅在矿井上方局部位置水流场发生改变，10年间，采掘中心处水位由20 m下降至116 m。通过水均衡分析可知，地下水总补给量为357589.74 m3/d，总排泄量为357563.62 m3/d，误差为0.0073%，其中降雨入渗是研究区的主要补给来源，占比51.90%，其次为河流补给，占比45.21%；河流排泄为主要排泄方式，占比达78.24%，其次为潜水蒸发，占比9.82%，矿井排水占比4.52%。志丹群和直罗组含水层补给排泄分别占区域总均衡量的12.0%和5.7%，其中矿井排水量为直罗组含水层的主要排泄方式，占比71.3%。研究结果为保护矿区生产安全与可持续发展提供一定依据。

• 采空区防水密闭墙稳定性监测与抗水压能力研究

  杜明泽, 孔繁龙, 费宇, 王东昊,

  井下采空区储水是西部生态脆弱区保水开采的重要手段之一，防水密闭墙的稳定性关系到采空区储水的安全性。针对采空区防水密闭墙稳定性难以监测、抗水压能力难以预测这一关键问题，以察哈素煤矿井下采空区防水密闭墙为背景，采用理论分析、数值模拟和现场实测等方法，测试了煤层及顶底板力学性能，获得了煤体及顶底板最小抗压强度；考虑密闭墙结构的受力特点，计算推导了不受采动影响情况下防水密闭墙的最大承压能力；建立了防水密闭墙数值模型，分析了超前采动影响和不同水头高度（6、9、12、15 m）下密闭的受力状态、变形及破坏情况；研发了井下采空区防水密闭墙应力、位移监测系统，并基于理论分析，合理布设监测点，且在现场进行了应用。在此基础上，结合理论分析与数值模拟结果，确定了防水密闭墙的最大安全水头高度和警戒水位线的水头高度。结果表明：超前采动对防水密闭墙损伤有一定的影响，且水压作用加大了密闭墙与煤柱接触面间裂隙滑移范围；采终防水密闭墙承受的最大水头高度为12 m，防水密闭墙的警戒水位线的水头高度为9.6 m；防水密闭墙在墙体与煤柱的接触面以及密闭墙体顶底角位置为结构弱面，易发生破坏，应注意加强密闭墙相嵌与煤岩体位置以及密闭墙体顶底角位置处的监测或观测，必要时可采用注浆封堵手段对结构弱面或渗漏部位进行加固处理。研究结果可为类似矿井防水密闭墙的稳定性监测与抗水压能力评估提供理论基础与应用参考。

• 基于改进局部变权理论的底板突水脆弱性评价方法研究

  李哲, 丁湘, 刘守强, 蒲治国,

  为更加科学地解决煤层底板突水预测评价难题，首先系统全面地查阅、比较了以往底板突水危险性评价理论与方法，并深入细致地分析了目前最为先进的基于局部变权理论的底板突水脆弱性评价方法，结果认为该方法在局部状态变权函数的构建、变权区间及调权参数的确定中依据不够充分，存在一定改进的空间；为此，基于现有理论与认识构建出了新型的三区间局部状态变权函数，将常权权重与常权相关系数加入到状态变权函数中，给出了基于主控因素归一值累积频率的变权区间阈值确定新方法，并采用在初步给定经验值的基础上根据评价结果不断调整确定调权参数最终取值的方法；其次，利用新型的三区间变权模型及其参数确定方法对研究区底板奥灰突水脆弱性进行了评价，圈定了相对脆弱区；最后，分析了改进后的变权模型的权重调整规律，并通过灵敏度分析的方法确定了常权相关系数的限定条件，结果表明，加入常权权重与常权相关系数的新型三区间变权模型不仅体现了现有变权模型权重随因素状态值及其组合状态的变化而改变的核心特征，还能够实现权重调整程度与常权权重呈正相关关系，说明本次对变权脆弱性评价模型的改进是科学的、可行的，研究成果对提升底板突水预测评价方法的科学性与实用性具有重要意义。

• 不同煤矸混合物的微波传播特性试验研究

  司垒, 李嘉豪, 邢峰, 魏东, 戴剑博, 王忠宾,

  煤矸识别问题是煤炭行业内长期未能有效解决的技术难题之一。通过分析现有煤矸识别方法的特点及局限性，探讨基于微波探测技术进行煤矸识别的可行性。首先，开展了对不同煤种和矸石的电磁参数测量分析，为后续的样本测试结果分析提供依据。然后，为探讨煤矸尺寸参数对微波传播的影响，开展了不同厚度、不同截面积的煤矸介质样本对不同频段电磁波的传播规律研究。由于煤矸混合物是由煤、矸石和空气组成的多尺度介质，其体积不等、形状各异，且空间分布及混合形式复杂多变，在微波照射区域内的散射效应非常复杂，导致电磁波在不同煤矸混合物中的传播特性具有明显的差异性。最后，为探究煤矸不同介质混合状态流的微波传播特性变化规律，开展了不同微波频段、不同煤矸粒度、不同含矸率工况下的煤矸混合物微波探测试验。结果表明：煤矸介质的电磁参数、厚度和截面积对微波在介质中的传播规律有明显影响；不同的粒度和含矸率对微波在煤矸混合物的传播规律有一定的影响。当频率大于4 GHz的微波照射在煤矸混合物时，粒度的增大会使回波损耗S11、插入损耗S21强度值和时域透射波O21信号幅值逐渐增大。当混合介质中煤和矸石的电磁参数差异较大时，在频率大于3.5 GHz后，粒度的增大使S21强度由−35.3 dB降低至−38.2 dB，O21信号幅值由1.6 mV减小至1.26 mV，且具有一定的时延特性。通过试验分析可以掌握敏感频点下透射波信号强度值、时域透射波信号幅值或透射波信号时延等特征的差异性，为放顶煤开采的煤矸精准识别提供一种新的思路和方法。

• 多滚刀协同破岩过程数值模拟与滚刀布置规律研究

  刘亚迪, 齐文聪, 刘浩飞, 亢一澜, 张茜,

  刀盘是全断面隧道掘进机（Tunneling Boring Machine,简称TBM）实现隧道挖掘功能的关键部件之一。刀盘持续破岩是滚刀群共同作用下的岩石破坏过程。滚刀作为实现刀盘破岩功能直接工具，在刀盘上的布置方式将直接影响滚刀破岩载荷和能耗等破岩性能指标。围绕多滚刀协同破岩模式下滚刀安装参数对破岩载荷和破岩比能耗的影响规律问题，首先分析了TBM掘进时刀盘上滚刀破岩的特点以及相邻滚刀回转破岩过程中产生协同效应的方式。抓住刀盘上多把滚刀绕刀盘中心回转、缓慢侵入岩石的运动特征，建立了包括滚刀位移加载方式、以及适用于模拟掘进中岩石单元损伤失效形式的岩石本构模型和岩石失效分离准则等技术环节的三滚刀回转破岩有限元模型。模拟了多把滚刀螺旋侵入岩石的破岩过程，通过有限元仿真计算分析了刀间距、相邻滚刀安装极角差和切削顺序三个主要刀盘布置参数对破岩载荷、破岩比能耗等破岩性能指标的单因素影响规律，并设计正交试验分析了多因素交互作用下上述参数对破岩总载荷影响规律及显著性。分析结果表明，刀间距和安装极角差对滚刀破岩性能的影响最为显著。其中，刀间距影响相邻切削路径间侧向裂纹的贯通情况，随着刀间距的增大，相邻切削路径间的侧向裂纹贯通逐渐困难，相邻滚刀沿刀盘径向协同破岩的效果也有所减弱；安装极角差影响侧向裂纹与倾斜临空面的贯通情况，随着安装极角差的增大，与倾斜临空面贯通的侧向裂纹变长，相邻滚刀沿刀盘环向协同破岩的效果有所增强。分析了多滚刀协同破岩工况中，滚刀的布置方式与滚刀破岩性能的关系，为刀盘滚刀合理布置提供参考依据。

• 基于无人机遥感的煤矸石山植被分类

  周涛, 胡振琪, 阮梦颖, 刘曙光, 张驭航,

  植被种类的准确分类是实现煤矸石山植被修复效果评价的基础。利用无人机遥感技术获取不同季节的煤矸石山可见光影像，通过色彩空间转换和纹理滤波充分挖掘可见光影像中丰富的色彩、结构及纹理等特征；然后对传统人工特征选取方法做出改进，该方法可快速、简单、高效地筛选特征信息以获取最优分类特征，并将优选结果与RGB影像融合以获得多特征融合影像；最后，利用3种监督分类模型分别对两期RGB影像及多特征融合影像进行分类处理并对结果进行精度评价及植被动态变化分析。结果表明：基于改进的人工特征选取方法可筛选出不同季节煤矸石山影像的最优分类特征，所选特征不仅能有效反映各类地物的差异性，同时可降低特征信息冗余以提高影像分类精度及效率。支持向量机（Support Vector Machine Classification, SVM）分类方法结合多特征融合影像的分类精度最高，总体分类精度最高可达90.60%，相应Kappa系数为0.8780，较同期RGB影像分别提高了9.74%和0.1265；而最大似然（Maximum Likelihood Classification, MLC）和神经网络（Neural Network, NNC）分类方法精度提高较少，总体分类精度较同期RGB影像最多可分别提高6.95%和3.93%，相应Kappa系数分别提高0.0845和0.0541。同时，基于最优分类结果从植被覆盖度和植被配置模式2个角度对常村煤矸石山植被修复效果进行评价，结果表明：该煤矸石山采用了多种不同的植被配置模式，且秋夏两季的植被覆盖度均高于75%，植被修复的整体效果较好。研究可为基于无人机可见光影像的煤矸石山植被信息识别分类提供参考，同时为煤矸石山植被修复的后期管理、维护等提供意见或建议。

• 时间序列下煤矸石充填复垦耕地和林地的土壤碳动态特征

  马腾辉, 李蓉, 王坤, 渠俊峰,

  为明确复垦后土壤质量与土壤碳循环之间的内在机理，揭示时间序列下复垦土壤的碳动态特征规律，研究选取了山东邹城东滩矿区复垦3、6、9、12 a的耕地土壤和复垦3、12 a的林地土壤为研究对象，并以矿区内部未受塌陷影响的正常耕地和林地作为对照。通过实地采样并检测土壤总碳(TC)、总氮(TN)、土壤有机碳(SOC)、土壤微生物量碳(MBC)以及土壤理化性质(pH、AN、AP)，探究时间序列下复垦重构土壤在耕地和林地2种不同利用方式下的土壤碳动态特征，及其与土壤理化性质的相关性关系。研究结果表明：复垦后耕地和林地利用方式下土壤有机碳含量均随复垦时间的增加而逐渐增加，复垦3 a和12 a的耕地和林地相比，耕地各土层深度下土壤有机碳含量均高于相应深度林地土壤；复垦12 a的耕地土壤0~20 cm有机碳含量已与对照无显著差异，复垦12 a的林地土壤40~60 cm能达到对照水平。各复垦年限耕地和林地土壤中总碳含量均高于对照，这与复垦土壤中较高比例的土壤无机碳含量有关。复垦后土壤微生物量碳呈持续增长的趋势，相同复垦年限的耕地和林地土壤相比，耕地土壤微生物量碳含量均显著高于林地，且增速更快；复垦9 a的耕地土壤微生物量碳含量已与对照无显著差异，复垦12 a的耕地土壤微生物量碳含量达到362.59 mg/kg已显著高于对照，复垦12 a的林地土壤微生物量碳含量达到110.94 mg/kg仍显著低于对照。复垦后耕地土壤微生物熵与其土壤微生物量碳含量的变化趋势相似，均呈现逐渐增加的规律。复垦6、9和12 a的耕地土壤微生物熵均显著高于对照；复垦3 a和12 a的林地土壤微生物熵均显著低于对照。复垦土壤SOC与MBC、TN、AN呈极显著正相关(p<0.01)，与微生物熵q(MBC)、AP呈显著正相关(p<0.05)，与pH呈显著负相关(p<0.05)；MBC与TN、AN呈极显著正相关(p<0.01)，与q(MBC)、AP呈显著正相关(p<0.05)，与TC呈显著负相关(p<0.05)。pH与AN、AP均呈极显著负相关关系(p<0.01)，与TN呈显著负相关性(p<0.05)。主要结论为伴随着复垦时间的持续，复垦后2种土地利用方式下土壤有机碳和微生物量碳含量均有不同程度的积累和恢复，而复垦后合理的农业耕作活动更有助于土壤质量的持续改善。

• 吸附法去除矿井水中F−研究进展

  唐佳伟, 张锁, 刘兆峰, 张海琴, 包一翔, 侯福林, 郭强, 曹志国, 李井峰,

  氟离子广泛分布于我国的地表河流与地下水体中，尤其是在西部黄河流域的沿黄矿区，矿井水中普遍存在着氟超标的问题，对当地生态环境和人体健康造成潜在的威胁。我国的氟污染现状多处于低浓度污染水平，常规水处理技术难以有效去除。吸附法凭借其吸附效率高、操作便捷等优点被认为是去除低浓度氟离子的有效方法。综述了目前常用的炭基、矿物类、金属类及金属有机骨架类（MOFs）吸附材料去除氟离子的研究现状，归纳并总结了不同因素对吸附材料的除氟效率和吸附机理的影响。重点分析了吸附法在矿井水处理的应用效果与运行成本，展望了吸附法应用低浓度（<10 mg/L）、大水量的含氟矿井水处理中的发展方向。总体而言，针对吸附法去除氟离子的研究中仍存在较大的改进空间。在吸附机理方面，应从吸附材料特性、氟离子的赋存形态和吸附材料与氟离子之间的相互作用机制等方面继续深入探究。而在吸附法应用方面，应以实际工程需求为导向，开发绿色安全的低成本吸附材料。基于上述研究，提出了吸附法除氟应用矿井水处理的研发方向，在明确当地政策及水质水量的原则下，重点开发以天然/废弃（矿）物和炭基、铝基或其他新型高分子吸附材料为基础的低成本、高效率的环境友好型改性吸附剂。并保证吸附材料在制备加工、投产应用以及循环再生的全生命周期的稳定性、经济性与安全性，从而提高吸附法在实际含氟废水应用的竞争力，提升吸附法的应用潜力。

• 污泥和煤泥的共燃烧行为研究

  王碧茹, 贾里, 王彦霖, 程鹏, 郭晋荣, 张柳, 金燕,

  山西省乃至全国大量煤泥和城市污泥处理面临前所未有的挑战。清洁燃烧技术是污泥-煤泥协同处理的优选方法。为探究污泥-煤泥混燃过程中的相互作用，为清洁高效燃烧利用提供依据，采用热重质谱联用技术（TG-MS），研究了污泥和煤泥单独燃烧和共燃烧过程中的燃烧特性和污染性气体产物（CH4、CO、CO2、NH3、HCN、NO、NO2、H2S、CH3SH、COS、SO2、CS2、SO3）的析出特性，同时采用Coats-Redfern积分法对污泥和煤泥单独燃烧和共燃烧过程进行动力学特性分析，对两者的相互作用机制进行了深入探讨。结果表明：在污泥和煤泥共燃烧过程中，存在很明显的交互作用。污泥和煤泥相互促进，提高了整体的反应性能，其中煤泥掺混20%时燃烧特性最优，表明污泥比例的增加不会对燃料整体的燃烧性能造成影响。污泥和煤泥的质均活化能Em分别为51.170 kJ/mol和78.538 kJ/mol，混燃时污泥可以降低混合样品的质均活化能Em，协同作用使得混合样品的实际质均活化能Em低于计算值。污泥单独燃烧时动力学模型为（D3→D4）；煤泥单独时的燃烧动力学模型为（F1）；混合样品的区间动力学模型为（D3→D1→D3/F1），表明交互作用可以改变燃烧过程中的反应机理。当煤泥掺混20%时对温室气体（319.742%）的抑制效果最好；当煤泥掺混80%时对含硫气体（636.492%）和含氮气体（534.811%）的抑制效果最好；表明相互作用对混合样品的气体生成有较大的抑制作用，其中煤泥掺混20%时对污染性气体排放总量的抑制效果最强（319.740%）。

• 不同镜惰比低阶煤的结构特征及其热解行为

  王小令, 王绍清, 陈昊, 赵云刚, 沙吉顿, 李慷,

  热解是煤液化、气化等洁净煤技术的基础，尤其是对于低阶煤的利用上。为进一步研究低阶煤的热解特征，以一系列不同镜惰比赵家庄（ZJZ）、马蹄罕（MTH）、豆塔（DT）煤（V/I分别为0.1、0.76、1.76）为研究对象，采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）与X射线衍射（XRD）技术分析样品的化学结构；通过热重−质谱（TG-MS）联用技术，检查了样品在30～900 ℃的热解过程及其气体逸出行为。结果表明：不同镜惰比低阶煤中的化学结构含量有较大差异，与富惰质组ZJZ煤相比，富镜质组煤有着相对丰富的脂肪族结构，长脂肪侧链，以及含氧官能团，尤其DT煤中含有丰富的C— O。相应的芳香结构含量随着镜惰比增加而减少。同时，随着煤中镜惰比增加，芳香层片间距d002、横向延展度与纵向堆砌高度之比（La/Lc）增大，芳香层堆砌高度Lc、芳香层尺寸La以及堆砌层数N减小。DT、MTH、ZJZ煤在热解中失重量依次为36.4%、32.2%、28.9%，随着镜惰比降低，最终热解气态产物产率以及最大热解速率相应降低。在热解过程中有H2、H2O、CH4、CO、CO2等小分子物质释放；此外，释放气体含量与显微组分息息相关，富惰质组煤产生的小分子物质量少于镜质组较多的煤。由于镜质组中含有较多的脂肪侧链结构，芳香层之间的缩聚能力较强，热分解过程中容易形成自由基再结合生成气体。

• 添加剂对煤基石墨微观结构的影响

  于昭仪, 谢卫宁, 邱钿, 逯启昌, 姜海迪, 何亚群,

  以太西无烟煤为原料，分别加入不同质量的二氧化硅、二氧化钛、氧化铁为添加剂，采用高温石墨化处理制备煤基石墨。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、激光共焦拉曼光谱仪（RAMAN）、全自动比表面积和孔径分析仪（BET）等手段表征煤基石墨微观结构。研究表明经2800 ℃高温热处理后，所得煤基石墨的石墨化度均超过89%，显著改善了无烟煤无序的微晶结构，实现了煤中sp2杂化碳原子有序化重排；在相同的添加剂混入水平下，以二氧化钛为添加剂的煤基石墨的石墨化程度、堆砌高度相对较高，层间距与理想石墨层间距差异最小，碳材料有序度越高；拉曼光谱显示不同添加剂作用下煤基石墨的有序度差异明显，并同步受添加剂用量影响，各添加剂中TXSC3、TXTC2和TXIC3煤基石墨的有序度最高；扫描电镜下发现在3种添加剂条件下，可分别制备出鳞片状，球形以及2种形貌兼具的煤基石墨；各煤基石墨的比表面积和孔径分布数据显示具有相似的低温氮气吸附−脱附等温线。