煤炭科学技术杂志

煤炭科学技术杂志2023年第8期

• 深井软岩无机有机复合注浆加固材料研发与应用

  管学茂, 李雪峰, 张海波, 杨政鹏, 李海艳, 狄红丰, 张莉,

  千米深井软岩大巷围岩大变形、裂隙闭合和渗透性差等问题突出，要求注浆材料可注性好、凝结速度快、早期强度高，黏结性能强。为此，设计采用“组分优化 + 超细化 + 纳米增强 + 有机改性”协同制备无机注浆材料新方法，研发出硫铝酸钙、石膏、石灰三元胶凝体系最佳质量比为50∶40∶10的无机注浆材料。超细化后结石体4 h抗压强度提高163.0%，初步实现早强快凝；开发了具有纳米晶核诱导结晶和锂离子促溶协同作用的纳米锂铝类水滑石增强材料，使超细注浆材料2 h强度提高183.7%；合成了煤岩界面具有定向耦合效应的有机调节剂，通过与浆液和煤界面的键合作用形成桥梁，显著提高了浆液结石体与煤岩界面黏结。协同制备的无机有机复合注浆加固材料粒径小（D95<10 μm），凝结快（<8 min），早期强度高（2 h强度11.5 MPa），黏结性能强（砂岩黏结强度3.12 MPa）。研究开发出了具有“高早强、高可注、高黏结”性能的深井软岩无机有机复合注浆加固材料。现场应用试验采用高压注浆方式，浆液可注入煤样大裂隙和微裂隙，连通孤立裂隙实现高压劈裂，松散煤体得到压实。煤壁表面裂隙漏浆和锚杆孔漏浆可以实现自封闭。微观观测表明高压注浆下浆液可以增加裂隙开度，注入更加微细的裂隙。最后，提出未来注浆材料的发展方向。

• 神东矿区采动裂隙岩体自修复特征研究

  李全生, 鞠金峰, 许家林, 曹志国, 张凯, 王晨煜, 郭俊廷,

  针对采动裂隙岩体在煤层采后长期演变过程中易发生降渗自修复的客观现象，以神东补连塔煤矿12401工作面和大柳塔煤矿52306工作面为典型试验区，开展覆岩不同区域裂隙岩体自修复规律的工程探测与理论研究，揭示了采后覆岩导水裂隙长期自修复过程的演变规律。结果表明，两矿试验面采动覆岩分别在采后15 a和7.3 a均获得了较好的自修复效果，在原先导水裂隙带范围出现导水的区域已明显减少，垮落带虽仍导水，但高度也已有所降低。通过将覆岩由原先导水变为隔水的自修复区段垂向长度占导水裂隙带高度的比值作为自修复率进行统计，得到12401试验面在开采边界附近及倾向中部覆岩中的自修复率已分别达到59.5%和53.5%，52306试验面在对应区域自修复率分别为25.8%和47.5%；因12401试验面采后年限更长、煤层埋深更大，其裂隙岩体自修复效果明显偏好。受覆岩纵向不同层位岩层赋存差异、横向不同区域初始垮裂程度的影响，自修复区域的分布常易呈现离散非连续性，其中间隔的未修复区一般对应于关键层或厚硬岩层位置，且采后年限越短、距开采边界越近，这种离散性越显著。采动裂隙岩体的自修复实际是多因素综合影响下的降渗演变过程，对于神东矿区开采条件，在煤层采后1.5～2 a时间内，是以应力压实作用引起的残余沉降为主导影响自修复进程，这在采区中部覆岩中体现相对显著；而后则一直以采动地下水与裂隙岩体或采空区CO2等气体发生的水–岩或水–气–岩相互作用为主导影响自修复进程，即相关作用过程产生的衍生物对裂隙的充填封堵效果以及裂隙面受冲蚀后粗糙度降低程度直接影响裂隙自修复效果或程度。因此，采后覆岩中是否长期存在水体渗流决定了裂隙岩体实现自修复的难易程度；神东多数矿井覆岩导水裂隙一般直接沟通第四系松散层或地表，且近年雨水充沛，这为采动覆岩中水–岩或水–气–岩相互作用产生及促进裂隙自修复提供了优越条件。

• 采动覆岩离层注浆地表沉陷“四区”控制模型及应用

  韩磊, 杨科, 王天君, 于祥, 裴春敏, 许起, 何祥,

  覆岩离层注浆技术已被证实是一种能够满足矿井无损开采与固废减排的新方法。为了有效控制采动引起的地面构筑物沉降，以关键层理论为基础对离层注浆开采全过程进行稳态分析。首次提出了采动覆岩离层注浆地表沉陷“四区”控制模型，分别为常规区、过渡区、注浆区和控制区，并推导出“四区”范围的计算公式。以3501工作面控制地面焦化厂沉降为工程背景，结合相似模拟与现场实测的沉陷观测数据对提出的“四区”模型进行验证，结果表明：相似模拟离层注浆地表沉陷曲线呈不规则的“V”字形，工作面地表下沉量先快速增大，到达最大下沉点后，地表下沉量先快速减小，随后减小速率逐渐变缓，沉陷曲线表现出明显的“四区”分布，最大下沉量为1 589 mm，出现在常规区与过渡区的接触边界，过渡区与注浆区接触边界下沉量为497.94 mm，控制区内基本无下沉；基于概率积分法预测的注浆条件下采动引起的地表下沉量、水平变形、倾斜和曲率与现场实测结果相符，但明显小于未注浆条件下的预测值，确定了注浆条件下地表变形满足构筑物 Ⅰ 级损坏等级的要求；结合矿井的实际工程地质及实际观测数据，得到常规区范围为261.19 m，过渡区范围为246.09 m，注浆区范围为655.25 m，控制区范围为199.53 m。提出的“四区”控制模型为研究离层注浆开采沉陷问题提供了基础理论依据。

• 采动覆岩微震分区演化特征的数值模拟研究

  袁国涛, 张明伟, 王杰, 卫俊, 杨坤,

  为了探究采动覆岩的破裂分区特征与微震演化规律，以某矿井工程地质条件为背景，根据矩张量与颗粒流理论构建了微震模拟方法，实现了对回采工作面覆岩微震演化特征的模拟研究。研究表明：采动覆岩的微震事件矩震级集中在–2.7～–1，微震破裂强度符合常见的正态分布性质，微震发生频次与微震矩震级的关系也满足经典的矩震级–频度关系式；微震事件在采场横向上表现出明显的区域分布特征，采空区左右煤壁中的微震事件先于采空区顶板发生，微震事件围绕采掘空间向两侧发展，且存在一定的超前性与滞后性；当工作面开采一定距离后，采空区上覆岩层的垂向应力表现出“双峰值”特征，微震事件迅速向上延伸，并在上覆软弱岩层内集聚、发育，使得微震事件在竖向上同样表现出明显的分层分布特征；根据采场的应力、位移以及微震分布特征，可以将上覆岩层划分为“横四区”与“竖三带”，各个破裂区域的微震事件破裂类型占比各不相同，煤壁支撑区与离层区分别为剪切型与拉伸型微震事件的主要占比区域。此外，对研究区域建立了微震监测系统，现场监测与数值模拟结果基本吻合，表明构建的微震模拟方法适用性较好，可以从细观层面再现采动覆岩的微震演化过程，研究结果为揭示采动裂隙演化机理提供一定的理论基础。

• 近水平复合煤层露天矿非工作帮高位煤层回采方案研究

  曹博, 李青怡, 汪帅, 赵波, 吕明家, 刘光伟,

  在我国近水平复合煤层露天煤矿开采建设过程中，边帮压煤问题普遍存在，但通常只针对下部煤层回采问题进行研究。基于如何进行非工作帮高位煤层回采的问题，利用初步形成的内排土场为作业平台，考虑边帮边坡稳定性对回采模式的影响，提出了在边坡稳定的前提下沿边帮依次形成“敞口”、“斜坡道”并分阶段回采的模式。结合露天矿实际生产中需满足一定边坡角以确保边帮整体稳定的要求，以经济效益最优为判断准则，将分阶段回采模式分为回收阶段间煤柱和保留阶段间煤柱两种回采方式，并通过定量分析分别给出2者经济可行性的理论判据，随之讨论了2种回采方式所取得的净收益值与煤层厚度的关系。研究表明：不同回采方式的净收益值与煤层厚度大小正相关，因此可借助分析煤层厚度与净收益值的关系来选择较优回采方式，具体应用过程中回采方式的经济合理性需结合现场实际进行验算。以某露天矿为工程实例：①确定回收阶段间煤柱回采方式更经济，其净收益为6 385.320万元，非工作帮残煤回采剥采比为0.758；②可通过降低煤柱高度、增大采场和排土场所对应帮坡角的方式对保留阶段间煤柱回采方式进行改进以提高经济效益。成果可应用于类似露天矿，通过减少煤炭资源浪费，提升矿山企业整体经济效益的同时保证矿山安全、绿色、高效开采。

• 热冲击花岗岩力学响应及损伤特征显微CT试验研究

  王嘉敏, 王守光, 李向上, 卜墨华, 栾兆龙, 张鹏,

  在深部地热资源开发过程中，通常利用低温流体的冲击作用诱导高温岩石热破裂来提高储层的渗透特性。为了揭示热冲击作用下岩石的损伤破裂机理，对高温加热后的花岗岩(20 ℃、150 ℃、300 ℃、450 ℃、600 ℃和750 ℃)进行了自然冷却和水冷却处理，并对处理后的花岗岩开展了波速测试、单轴压缩试验和CT扫描试验，探讨了热冲击作用对花岗岩纵波波速、抗压强度、弹性模量等力学参数以及细观结构损伤的影响。研究结果表明：①随着热处理温度升高，花岗岩的纵波波速、抗压强度与弹性模量逐渐减小，峰值应变逐渐增加，且相比于自然冷却，水冷却作用后岩石的波速与力学性质劣化更显著。②通过CT扫描试验，获得了不同加热温度与热处理方式作用下花岗岩的孔裂隙结构空间分布特征，可以直观反映岩石细观结构的热损伤程度。当热处理温度小于等于450 ℃时，花岗岩扫描切片中的热致裂纹数量较少，裂隙连通性较差；超过450 ℃后，花岗岩内部微裂纹快速发育和扩展，并逐渐有形成裂隙网络的趋势，且水冷却对花岗岩的细观损伤致裂效果更明显。③基于三角网格离散技术，结合椭球模型重构算法和裂隙张量计算理论，对热冲击后花岗岩的三维裂隙场进行定量表征，并建立了裂隙组构张量与峰值强度的关系，进一步揭示了热冲击花岗岩细观结构对其力学性质的影响机理。

• 碳纤维布层数对煤圆柱力学特性影响的细观研究

  李庆文, 曾杏钢, 张向东, 禹萌萌, 刘艺伟, 曹行,

  为探究碳纤维布(CFRP) 层数对煤圆柱力学特性的影响。利用三维的FLAC-PFC耦合方法，建立CFRP被动约束煤圆柱的连续−非连续耦合模型，基于已有0～2层CFRP被动约束煤圆柱试验数据验证了细观模型的有效性，并在此基础上开展3～7层CFRP布对煤圆柱力学特性及能量演化的影响研究。结果表明：煤圆柱的屈服点与峰值点随CFRP层数增加而渐进重合，呈现毫无征兆的屈服即破坏状态；随着CFRP层数增加，煤圆柱峰值强度增幅呈现先增大后减小，得到了表征不同层数下CFRP约束煤样峰值强度增幅演化规律的函数，峰值应变增幅呈现先增加后减小，而后再增加又减小的规律；弹性应变能恒定时，煤圆柱轴向应变与CFRP层数无相关性，但其峰值应变与极限应变均随CFRP层数增加而增大；峰值点耗散能转化率随CFRP层数增加呈现先增大而后减小规律，建立了表征不同层数下CFRP约束煤圆柱耗散能转化率演化规律的函数；从应力−应变曲线延性特征、峰值强度增幅、峰值应变增幅、耗散能转化率及总能量增幅等5方面综合考虑，兼顾经济成本与缠绕水平原则，确定3层为CFRP约束煤圆柱的最优缠绕层数。

• 拉剪作用下椭圆孔洞砂岩力学及破坏特征模拟研究

  王海洋, 李金浜, 郑仕跃, 周宴民, 蒋文伟,

  受地质环境和工程扰动的影响，椭圆孔洞缺陷广泛赋存在工程岩体中，开挖卸荷会使部分岩体产生回弹拉应力，在孔洞缺陷的影响下形成拉剪应力区，诱导岩体的拉剪破坏，导致工程岩体的稳定性大幅度降低。为研究椭圆孔洞岩体在拉剪作用下的力学特性和变形破坏规律，基于室内岩石力学试验结果，采用颗粒流程序建立数值模型，对不同孔洞倾角α、长短轴之比k下的孔洞岩体进行了拉剪数值试验，并结合应力张量揭示了裂纹演化的细观机理。结果表明：当k不变时，随着α的增加，剪切强度在低法向拉应力下(1～3 MPa)近似呈“W”型变化规律，在α为120°或150°取得最小值，在α为90°取得最大值；剪切强度在高法向拉应力下(4～6 MPa)呈先增大后减小的变化趋势，分别在α为0°和90°时取得最小值和最大值。当α不变时，对于α为非90°的孔洞岩体，剪切强度随k的增大呈非线性下降。孔洞的应力集中程度对法向拉应力的敏感性随α的增大而先减小后增大，α为0°时，敏感性最高，α为90°时，敏感性最低，α为120°和150°时的敏感性高于α为30°和60°时的敏感性，孔洞岩体的强度相较于完整岩体有明显的劣化且劣化程度与法向拉应力呈正相关。裂纹起裂应力水平随法向拉应力的增大而增大，起裂角随法向拉应力的增大而减小。孔洞岩体在拉剪作用下的破坏形式为反翼裂纹贯通导致的拉伸破坏，拉剪作用下岩体内部拉应力和压应力耦合形成最大受拉区，最大受拉区靠近剪切加载面一侧的边界为裂纹的扩展路径，裂纹由孔洞处的塑性屈服而起裂，裂纹起裂后，颗粒接触断裂造成应力的释放与重分布，裂纹再次沿重分布后的最大主应力方向扩展，宏观上表现为裂纹的非线性扩展模式。

• 基于CT数字岩心深度学习的煤裂隙分布识别研究

  冯雪健, 沈永星, 周动, 王金鑫, 王梦露,

  为了实现煤裂隙多尺度分布特征的高精度，高效率识别，开展基于CT数字岩心深度学习的煤裂隙多尺度分布特性识别方法研究。利用工业CT扫描系统收集大量煤原始CT数字岩心信息阵列，将CT数字岩心信息阵列低损转换成二维灰度图像，再分割成不同尺度的正方形图像并将其图像亮度增强为不同级别作为训练样本，然后通过Matlab平台实现了用于含CT裂隙图像识别的AlexNet,ResNet-18,GoogLeNet,Inception-V3四种模型的构建与模型参数的优化。研究在不同数量训练样本下不同模型训练的识别准确率与验证准确率；研究在相同训练样本下不同模型对于不同尺度和亮度图像的准确率、计算效率和训练时间，获得适用于计算含裂隙的二维CT图像的分形维数的最优模型，再按照盒计维数的统计方法，计算每张裂隙图像的分形分布特性，并与传统二值化方法和人眼识别方法相对比，验证了基于CT数字岩心深度学习的煤裂隙多尺度分布特性识别方法的适用性，结果表明：① ResNet-18模型在图片样本为亮度4，尺度为3.5～21 mm时是适用于计算含裂隙的二维CT图像的分形维数的最优模型，该模型计算二维CT裂隙图像的分形维数精度高，且训练时间短。②基于CT数字岩心深度学习的煤裂隙多尺度识别方法与传统二值化方法相比，识别连通性裂隙的速度快、精度高、不易受煤中杂质的影响。

• 倾斜厚煤层卸压瓦斯靶向区辨识及抽采关键技术

  李树刚, 刘李东, 赵鹏翔, 林海飞, 卓日升,

  为了研究倾斜厚煤层卸压瓦斯靶向区演化规律的煤层倾角效应，运用物理相似模拟试验及理论分析相结合的研究方法，开展不同煤层倾角条件下采动覆岩卸压瓦斯靶向区裂隙演化规律的研究，得到了靶向区破断裂隙宽度、离层裂隙面积占比以及裂隙分形维数随煤层倾角变化的演化规律，进而建立了靶向区演化煤层倾角效应模型。结果表明：破断裂隙宽度呈现采空区两侧边界区域大于中部，低层位大于高层位的分布特征，同时破断裂隙宽度受铰接梁影响较强，随着煤层倾角的增大(0°<15°<30°)，在第1层铰接梁所在层位上部邻近区域破断裂隙宽度相比下部邻近区域大幅度减小，仅有下部邻近区域的52.8%，64.3%以及71.1%；瓦斯运移优势通道带内离层裂隙面积占比呈现底部最大，顶部次之，中部最小的分布规律；上覆岩层裂隙分形维数整体呈现先减小后增大的现象；基于第1层铰接梁与裂隙分形维数极小值点所在层位两侧裂隙演化规律差异明显，将瓦斯运移优势通道带按空间层位上的高低依次划分为低层位靶向区、中层位靶向区和高层位靶向区。最后，基于采动裂隙椭抛带理论，在工作面侧瓦斯运移优势通道带基础上，建立了考虑煤层倾角因素的倾斜厚煤层卸压瓦斯靶向区空间形态数学方程，形成了靶向区卸压瓦斯抽采方法选择依据，为优化倾斜厚煤层工作面卸压瓦斯抽采布置参数提供参考依据。

• 高地应力条件煤与瓦斯突出冲击力演化规律研究

  唐巨鹏, 任凌冉, 潘一山, 张昕, 余泓浩,

  随着开采深度和强度增加，煤与瓦斯突出动力灾害频发，冲击力致灾机制成为目前研究的主要方向。为进一步揭示高地应力条件煤与瓦斯突出冲击力演化规律及破坏机制，采用自主研发的煤与瓦斯突出全过程模拟巷道系统，引入冲击力和声发射监测技术，以45%CO2和55%N2混合气体压力模拟煤层瓦斯压力，以轴压模拟上覆岩层应力作用，围压模拟围岩应力作用，以平煤十一矿突出煤层为研究对象，考虑埋深为600、800、1 000、1 200、1 400和1 600 m的地应力条件，进行了煤与瓦斯突出模拟试验，分析了煤−瓦斯两相流运移过程、煤粉分布及冲击力演化特征，得到了瓦斯压力、临界瓦斯压力、试验有效应力、声发射信号与冲击力之间的影响关系规律，从煤与瓦斯突出能量转化角度分析了瓦斯内能向冲击动能，即瓦斯压力向冲击力转化特征。研究结果表明：①突出孕育阶段受力情况及破坏程度影响突出发生后冲击力在巷道内传播特性，随模拟埋深增加，冲击力演化特征愈发复杂，具有明显脉冲特征，且随脉冲特征出现冲击力升高。②脉冲特征划分为高频阶段和低频阶段，高频阶段煤−瓦斯两相流速度快、强度高、突出危险性强；低频阶段危险性随突出发展进程逐渐减弱。③突出两相流动能主要由瓦斯内能提供，部分瓦斯压力转化成冲击力，冲击力强弱主要由瓦斯压力决定，在高地应力作用下，深部煤体相对浅部更易发生煤与瓦斯突出。④突出开始时，声发射振铃计数峰值点早于冲击力峰值点，声发射信号更早监测到突出危险性，但冲击力更能具象反映煤体破裂情况，声发射振铃计数出现陡增时，伴随脉冲特征出现，但脉冲特征出现不一定对应声发射振铃计数陡增。

• 煤与瓦斯突出两相流运移规律研究进展

  张超林, 蒲静轩, 宋世豪, 严吉立, 陆杰,

  煤与瓦斯突出是煤矿中一种极其复杂的动力现象，主要表现为瓦斯窒息和煤粉冲击、掩埋，严重威胁煤矿的安全生产。揭示煤与瓦斯突出两相流运移规律及其主控因素，对于厘清突出发生致灾机理、指导现场防灾避灾具有重要意义。近年来，相关学者开展了大量的煤与瓦斯突出两相流试验和理论研究，并取得了丰硕的研究成果，本文就两相流模拟试验装置及国内外学者在突出两相流领域取得的研究成果2个方面进行总结与分析。首先，系统回顾了现有的煤与瓦斯突出两相流物理模拟试验装置，对比分析了不同试验装置的关键参数及功能优势；在此基础上，深入总结了突出煤粉流的运移速度、运移形态和堆积分布特征，以及突出冲击波的形成原因、传播速度和衰减规律；最后，重点梳理了巷道结构、瓦斯压力、煤粉粒径、地应力和气体组分等因素对突出两相流的影响和控制作用。分析认为，现阶段煤与瓦斯突出两相流研究呈现出突出过程可视化、巷道结构复杂化、数据采集多元化、影响因素全面化、研究手段多样化等特点，基本掌握了突出两相流的发生机理及传播致灾规律，但在相似体系（相似准则和相似材料）的建立和完善、两相流与通风系统共存互扰机制、两相流多因素耦合致灾机理、两相流“致灾−防控一体化”研究等方面仍需进一步深入探索。

• 基于Fick定律的柱状煤瓦斯扩散系数变化规律及模型构建

  秦玉金, 安丰华, 苏伟伟, 贾宏福, 陈向军,

  瓦斯扩散能力直接影响瓦斯资源开采、突出危险性、瓦斯涌出及含量测定。为了研究煤中瓦斯扩散系数受应力、瓦斯压力、温度等因素的作用规律，在稳定浓度差条件下对柱状煤进行了扩散系数测定，避免了通过解吸曲线反推扩散系数带来的模型依赖性问题。研究结果表明：无论是吸附性气体甲烷还是非吸附性气体氦气，扩散系数与有效应力近似为负线性关系，但相较于渗透率受影响较小；甲烷扩散系数随进气压力（浓度梯度）增大呈幂函数衰减规律，与温度关系满足阿伦尼乌斯公式。对比分析了稳态法实测扩散系数与经典模型和时变扩散系数模型所得扩散系数，发现所得扩散系数的量级相同，大小可相差数倍，且扩散系数随甲烷压力增大变化趋势不同。基于扩散系数受压力（浓度梯度）和温度影响规律，建立了变扩散系数扩散模型，并利用柱状煤实测的扩散系数对粒煤在恒温和变温条件下解吸数据进行了预测。对预测结果进行解吸试验验证，表明该模型无论是在恒温还是变温条件下都能很好反映煤基质中瓦斯扩散过程。

• 不同孔隙压力和围压下煤岩渗透及力学特性试验研究

  付佳乐, 李波波, 高政, 吴学海, 王忠晖, 许江,

  随着煤矿开采深度不断增大，煤岩力学性质响应和瓦斯运移机制变得异常复杂。为探究工程上先抽后采一体化作业下煤岩损伤演化规律和瓦斯渗流机制，以重庆松藻煤矿K2煤层型煤试样为研究对象，利用含瓦斯煤热−流−固耦合三轴伺服渗流装置，对同一试件先后进行了降孔隙压力渗流试验和三轴压缩−渗流试验。根据弹塑性理论，推导表征煤岩全应力应变关系的统计损伤本构模型，进一步构建考虑损伤作用下煤岩渗透率模型。研究结果表明：在降孔隙压力渗流试验中，恒定外应力条件下的煤岩渗透率随孔隙压力降低呈现出先平缓上升后急剧上升趋势。在此过程中，煤岩渗透率变化受有效应力和瓦斯解吸相互竞争影响；在三轴压缩−渗流试验过程中，不同围压下煤岩变形阶段特征基本相似，随着围压增大，煤岩力学性质得到强化。煤岩渗透率曲线随轴向应变增大呈负指数函数变化；损伤变量曲线和塑性应变曲线随轴向应变增大均呈现先缓慢升高后急剧升高趋势，损伤演化过程与煤岩变形破坏各阶段全应力应变曲线相对应；通过与试验数据对比验证所建损伤本构模型和渗透率模型的合理性，表明模型能够较为准确地反映煤岩变形阶段特征及瓦斯渗流规律。

• 不同煤化程度煤尘水分复吸特性及平衡预测模型研究

  王飞, 闫晶晶, 李雨成, 刘红威, 高亚斌, 李子文,

  水分复吸是一种有效评价煤尘润湿性大小的方法，但不同类型煤尘的亲水性强弱存在差异。为了探究不同煤化程度煤尘水分复吸特性，通过自行设计水分复吸试验系统，对比分析不同煤尘在不同环境温度和相对湿度条件下水分复吸率变化规律，明确煤尘特性对水分复吸特性的影响，从而确立不同煤化程度煤尘水分复吸平衡预测模型。研究结果表明：随着环境温度升高，煤样水分复吸率先增大后减小，达到复吸平衡的时间在逐渐缩短；在相同温度条件下，相对湿度增加会提高煤尘水分复吸能力，水分复吸平衡时间与相对湿度成正比；煤化程度越高，其水分复吸能力越强。随着煤尘接触角增大，水分复吸率与接触角成线性反比关系，煤尘的润湿性与水分复吸能力成正相关线性关系；含氧官能团占比增加，水分复吸率整体上呈线性增加的趋势；煤尘比表面积增大会抑制水分复吸过程，而孔径增加会促进吸附水的储存，总孔体积增大会为复吸水提供更多的空间，因此可以根据煤尘特性参数有效预测不同煤化程度煤尘的水分复吸率及润湿性大小。通过对比分析各预测模型的拟合结果，发现Henderson模型是所有预测模型中拟合度最高的，最适合不同煤化程度煤尘水分复吸平衡的精准预测模型。研究将有助于不同煤尘吸湿性大小的定性分析，为煤尘润湿降尘技术研究提供借鉴。

• 煤储层压力变化规律模拟研究

  宗鹏, 侯伟, 许浩, 吴仕贵, 赵天天,

  准确量化储层压力的实时变化是预测储层孔渗变化特征、控制采气效果的关键因素。为了进一步探究保德地区煤储层压力动态变化特征及其对煤层气井产能的影响，在考虑正负效应的影响下，基于生产动态资料，建立了煤储层压力实时模拟检测技术，定量刻画了保德地区饱和煤层气藏和欠饱和煤层气藏煤储层压力动态变化规律。通过对比不同压降条件下的产能，为生产提供预测依据和理论指导。在煤层气井开发过程中，饱和煤层气藏平均储层压力呈线性下降，以单井平均日产气量为选定标准，压降速率分为快速降落型(大于0.096 MPa/m)、适稳降落型(0.063～0.096 MPa/m)和缓慢降落型(小于0.063 MPa/m)，适稳降落型(4648 m3/d)压降制度煤层气井产能明显好于快速降落型(2531 m3/d)和缓慢降落型(2968 m3/d)，快速降落型煤层气井产能最低。欠饱和煤层气藏在开发初期单相水流阶段，平均储层压力急速下降，初期压降速率分为快速降落型（大于0.38 MPa/m）、适稳降落型（0.228～0.38 MPa/m）和缓慢降落型（小于0.228 MPa/m），快速降落型（526 m3/d）压降制度煤层气井产能明显低于适稳降落型（1021 m3/d）和缓慢降落型（1054 m3/d）；随着储层压力降到临界解吸压力后，为气、水两相流阶段，储层压力呈线性缓慢下降。建议保德地区饱和煤层气藏初期压降速率维持在0.063～0.096 MPa/m，欠饱和煤层气藏初期压降速率不超过0.38 MPa/m。

• 淮北煤田朱庄煤矿煤中微量元素地球化学特征

  李祥, 李伍,

  随着工业发展和产业革新，以稀有元素为主体的关键金属矿产需求量与日俱增。更多的专家认为煤系矿产资源具有获取关键金属矿产的潜在可能，此类资源也因此受到了国内外的高度关注。我国淮北煤田煤炭资源丰富，为研究其煤中微量元素地球化学特征，并判断稀有金属工业潜力，选取朱庄矿5煤、8煤、10煤作为研究对象，采用工业分析、XRF和ICP-MS等测试手段对样品进行了煤质分析和主微量元素含量测试。结果表明：与世界煤相比，朱庄矿煤中大部分微量元素富集程度较高，如Li、Cr、Co等属于高度富集。与5煤和8煤相比，10煤中微量元素的富集程度较低，其中V、Mn、Rb、Cs的含量属于正常范围。通过w(Al2O3)/w(TiO2)比值、元素地球化学特征，分析得出研究区沉积源区为长英质岩，从山西组到下石盒子组古盐度由海相向咸水相转变，古气候为温暖潮湿的还原环境。另外，稀土元素表现为轻中稀土富集型，且Eu、Y正异常和Ce负异常都显示出朱庄矿沉积环境受到了海水和岩浆热液的影响。因此，朱庄矿煤中微量元素异常富集可能是受到了沉积环境、海水和热液的共同影响。另外，研究区稀土元素较为富集，其总含量接近甚至高于工业品位，经REY展望系数（Coutl）和多种沉积物矿产比较，认为研究区样品中5煤和8煤稀土元素有希望作为REY原料，10煤则效果较差。

• 邯郸煤田岩浆侵蚀区9号煤中黄铁矿赋存特征及成因机制

  王志勇, 田泽奇, 郭旭, 姚建国, 肖林, 刘帮军, 郭文牧,

  以邯郸煤田受岩浆侵入作用明显的云驾岭煤矿9号煤为研究对象，综合运用光学显微镜观察、带能谱的电子探针（EPMA-EDS）、X射线衍射仪（XRD）、X射线荧光分光仪（XRF）等多种分析测试方法，分析了9号煤中全硫、形态硫的含量以及煤中的矿物富集特征，研究了9号煤中全硫及黄铁矿的赋存状态，探讨了9号煤中硫的来源，以及不同形态黄铁矿的成因机制。研究结果表明，邯郸煤田云驾岭煤矿9号煤为高硫煤，硫元素含量在0.61%～7.12%，其中硫化物硫（含量1.18%～4.90%）为煤中全硫的主要形态，有机硫（含量0.56%～2.16%）次之，硫酸盐硫（含量0.01%～0.06%）含量甚微。云驾岭煤矿9号煤沉积于海陆相过渡环境，海水入侵为9号煤层提供了丰富硫源，燕山期岩浆岩侵入体引入的气液物质使云驾岭9号煤中全硫含量升高，特别是上部煤分层的全硫含量较整个煤层明显升高。云驾岭煤矿9号煤中黄铁矿微观赋存形态主要包括块状黄铁矿、浸染状黄铁矿和裂隙充填黄铁矿，具有多阶段演化的特点。块状黄铁矿主要形成于早期成岩阶段，燕山期岩浆岩侵入体带来的高温及其气液物质改造了煤中黄铁矿的形态特征，使煤中黄铁矿发生活化并重新结晶为块状部分。黄铁矿受高温影响部分无机硫扩散至周边煤体中并以有机硫的形式固存，提高了上部煤分层的有机硫含量。

• 煤岩体突水通道中骨料沉积运移规律研究

  苏培莉, 文嘉豪, 谷拴成, 刘锋, 李冲,

  先行灌注骨料后注浆可有效控制煤岩体突水。骨料在煤岩体突水通道中沉积运移规律的研究是确定骨料粒径、骨料灌注量以及骨料灌注孔间距的重要前提，但目前在该方面的理论和试验研究甚少，实际施工主要依赖经验，带有较大的盲目性。鉴于此，基于浆体管道输送理论和泥沙运动力学，结合牛顿第二定律，将骨料从灌注孔进入突水通道的全运移过程划分为：自由落体，类平抛以及滑移3个运动阶段，并分别对其进行受力分析，建立由单颗骨料到骨料颗粒群的沉积运移扩散模型，得出表征骨料颗粒群在水平方向上的沉积运移规律；自行设计煤岩体突水通道骨料沉积运移可视化的模型试验平台，借助该平台开展在不同动水流速、骨料粒径、灌注高度等多因素影响下的骨料沉积运移模型试验，分析骨料在突水通道内的沉积运移规律，得到在不同试验方案下骨料沉积运移区的总长度。试验结果表明：骨料实际运移过程与理论3个运动阶段的假设吻合，骨料沉积运移距离的试验值与理论计算值平均误差为7.34%；在控制投注高度与动水条件一致的前提下，相较细骨料（粒径≤5 mm）而言，理论公式对于粗骨料（粒径>5 mm）更具适用性；在工程中解决煤岩体突水问题时，若骨料粒径>5 mm，利用本文理论公式可计算得到骨料颗粒群在水平方向上的运移距离，从而确定骨料灌注孔的间距，降低实际施工过程中的盲目性。

• 彬长矿区典型顶板水害矿井洛河组砂岩微观孔隙特征研究

  冯龙飞, 王双明, 王海, 李超峰, 张跃宏,

  黄陇煤田开采面临巨厚洛河组砂岩顶板水害的威胁。针对彬长矿区高家堡煤矿洛河组砂岩骨架的微观孔隙特征展开实验室研究，综合运用XRD衍射，铸体薄片、扫描电镜研究了砂岩骨架颗粒的孔隙类型，采用覆压孔渗探究其不同压力下的孔隙率和渗透率变化特征，联合高压压汞和核磁共振手段表征了砂岩岩心的孔喉半径大小，结合X射线三维CT扫描对砂岩内部大于9 μm的孔隙进行精细定量化表征，结果表明：① 中粒砂岩骨架颗粒大，孔隙类型主要以剩余粒间孔为主，少量粒间溶孔，而细粒砂岩骨架颗粒小，颗粒间多由黏土矿物填充，为次生溶蚀粒间孔，少量粒内溶孔，孔隙发育较小；②中粒砂岩中的大孔孔喉半径介于0.61～4.94 μm，累积分布频率达到48%，而细粒砂岩中的大孔孔喉半径介于0.188～0.683 μm，累积分布频率达到47%，说明中粒砂岩的孔喉半径较大，更有利于地下水存储和运移；③ CT显示中粒砂岩平均面孔隙率为7.081%，细粒砂岩平均面孔隙率为2.032%，中粒砂岩内高度发育的大孔(等效孔隙直径>180 μm)和微孔贡献了较高的面孔隙率，结合较大的孔喉半径，宏观表现较高的渗透性，两者的微观孔隙特征与现场对应含水层的富水层评价相一致。研究成果可为洛河组砂岩顶板水害防治提供基础参考。

• 基于激光雷达的煤矿井底车场地图融合构建方法研究

  薛光辉, 李瑞雪, 张钲昊, 刘爽, 魏金波,

  煤矿智能化是煤炭行业高质量发展的技术支撑，关键岗位的机器人替代是实现煤炭少人化、无人化的高效开采的发展趋势。即时定位与地图构建（Simultaneous Localization and Mapping，SLAM）是煤矿机器人自主移动与导航的关键技术之一。煤矿井下为典型非结构化环境，空间狭长局促，结构复杂多变，照明情况不均匀，对煤矿井下SLAM提出了严峻挑战。总结了煤矿井下地图构建研究现状，针对LeGO-LOAM算法的回环检测仍存在的不足，利用SegMatch算法改进LeGO-LOAM的回环检测模块，且使用ICP算法进行全局图优化，提出了一种融合LeGO-LOAM和SegMatch的改进算法，阐述了该算法的原理和实现步骤；开展了煤矿井下模拟场景试验，对比分析改进前后SLAM算法的建图效果以及精度，试验结果表明改进算法构建的地图回环效果更好，估计轨迹更平滑、精确；结合导航需求研究了二维占据栅格地图的构建方法，试验验证了该方法所构建的栅格地图精度，结果表明有效滤除动态障碍物等离群噪点后的栅格地图具有0.01 m的建图精度，且所需存储空间较点云地图降低了3个数量级。研究成果有助于煤矿井下非结构环境下SLAM和煤矿机器人实时定位和自主移动。

• 灾后煤矿物联网无人机辅助节能数据采集方法

  赵清, 杨维, 张立亚, 胡青松,

  煤矿物联网在煤矿生产监测控制和灾害预测预警中具有重要意义。然而，煤矿物联网在数据传输过程中很容易受到煤矿事故的影响，事故往往会导致部分物联网节点损毁，残存的物联网节点受限于较低的数量和能量约束，难以完成对事故巷道中大量监测数据的采集和传输任务。为了保证灾后煤矿物联网可靠、节能的数据通信，构建了一种无人机(UAV, Unmanned Aerial Vehicle)辅助的分簇式煤矿物联网通信系统架构。在此架构基础上，提出了一种基于分簇和A*搜索的UAV辅助数据采集方法。首先，利用物联网节点的能耗和UAV的路径长度构造目标函数，通过分别绘制节点到簇中心的距离方差、UAV数据采集的路径长度和不同K值之间的关系图来确定最优分簇数K。然后，采用K均值算法将所有物联网节点划分为K个簇。接着，通过综合考虑物联网节点的数据采集能耗和UAV的数据采集能耗，将UAV的路径规划问题建立为一个最小化煤矿物联网数据采集系统整体能耗的优化问题，并提出了一种改进的A*搜索UAV数据采集路径规划算法。在该算法中，利用指针网络将UAV的起始点和所有分簇的信息输入到A*网络中，A*网络输出的一组簇头和簇头访问顺序即为UAV的飞行路径。仿真结果表明，与平面式UAV数据采集方法相比，所提方法显著降低了UAV的能耗；与两种分簇式UAV数据采集方法相比，所提方法有效降低了物联网节点的平均能耗和总能耗。因此，所提UAV辅助的数据采集方法改善了灾后煤矿物联网系统的能耗问题，延长了网络生存期，对于提高灾后煤矿物联网数据采集系统的可靠性起到了重要作用。

• 两柱掩护式液压支架初撑过程的机构演化机理

  胡相捧, 刘新华,

  针对两柱掩护式液压支架初撑过程的机构演化机理不明问题，建立了两柱掩护式液压支架的平面运动学模型，得到了两柱掩护式液压支架发生机构演化的必要条件，提出了平衡千斤顶与立柱的主动协同控制策略。理论分析和试验研究表明：两柱掩护式液压支架初撑过程是否发生机构演化取决于顶梁的接顶姿态和平衡千斤顶状态；顶梁以仰头姿态接触顶板，顶梁由摇杆演化为“摇杆+滑块”，且平衡千斤顶为刚性件时，底座由机架演化为摇杆；平衡千斤顶为刚性件时，随立柱伸长，顶梁的运动形式为沿顶板向煤壁方向的滑移和向顶板方向的旋转，底座的运动形式为绕底座前端向煤壁方向的旋转，顶梁和底座的运动轨迹均呈二次函数变化，且顶梁仰头角度越大，顶梁前端滑移量和底座后端抬起量越大；平衡千斤顶为浮动件时，随立柱伸长，顶梁的运动形式为沿顶板的滑移和向顶板方向的旋转，底座不发生运动，平衡千斤顶长度呈二次函数变化，而顶梁的运动轨迹呈三次函数变化，且滑移量很小，还可能出现往复运动。所提出的平衡千斤顶与立柱的主动协同控制策略，能够有效避免平衡千斤顶的吸进空气和支架机构演化问题。研究结果合理解释了平顶山矿区出现的采煤机与支架顶梁的干涉现象，为研究立柱和平衡千斤顶的主动协同控制提供了新思路。

• 基于AHP-模糊模型的液压支架试验台中梁销轴节点优化研究

  王洁, 赵显昆, 姜彪, 张建卓, 郭昊,

  大吨位液压支架试验台加载试验中梁销轴节点端部孔壁区域峰值载荷过大，为改善销轴变形导致应力作用范围非连续性的状况，基于赫兹接触理论建立试验台销轴节点变形后峰值接触应力的数学理论模型，利用ANSYS软件对销轴节点模型仿真分析并与理论模型进行比对。结果表明：模拟结果与理论数据具有良好的一致性。结合实际工程现场应用，确定了降低销轴节点孔壁接触区域应力峰值的5个主要指标，即：轴孔缝隙、轴套管厚度、节点板厚、倒角长度、倒角角度，运用Minitab软件对3个评价指标：应力、切应力和应变建立主效应云图；根据模糊数学理论建立3个评价指标的隶属度函数，利用层次分析法（AHP）确定评价指标的权重向量，结合模糊综合评价和最大隶属度原则得到5个主要指标的最优解参数组合，并对该参数组合进行模拟。结果表明：优化后的销轴节点立柱峰值应力降比58.77%，耳板节点峰值应力降比12%。最优解参数组合在50 MN液压支架试验台的设计研发中得到了现场应用，验证了该优化参数的合理性，有效提升液压支架试验台加载试验时中梁销轴的使用寿命。进而证明：通过对销轴节点增设斜坡倒角，设置合理的初始间隙以及板材厚度，能够很大程度上减少销轴节点峰值载荷，并改善应力作用范围长度，为重型设备插拔定位销轴组件设计的实际工程应用提供了参考。

• 固体充填液压支架机构干涉临界表征与自主解调方法

  宗庭成, 张强, 时培涛, 王云搏, 李凤铭, 常天骄,

  在采充工序自驱执行过程中，能否实现机构干涉的自主解调，是固体充填液压支架能否实现智能化的基础。利用理论分析方法，以ZC5160/30/50型固体充填液压支架为例，从充填支架机构的几何及运动约束关系出发，建立了正交位姿控制指标：夯实铰点顶梁平距和夯实铰点顶梁垂距，实现了任意工况下支架后顶梁的位姿表征；分析了充填支架底卸式输送机在各工况因素作用下的运动特征，建立了正交位姿控制指标：底卸式输送机顶梁垂距和输送机顶梁平距，实现了任意工况下底卸式输送机的位姿表征；基于后顶梁和底卸式输送机的位姿控制指标进一步得出充填物料卸料过程中在煤层底板的落点位置表征指标：卸料中心距，实现了任意工况下充填物料的落点位置表征；分析了采充工序执行过程中各工序阶段机构动作与位姿调整的衔接关系和易干涉位置，基于正交位姿控制指标，利用投影法建立了任意工况下落料与典型碰撞位置的干涉临界控制方程；以夯实机构转角和夯实油缸行程表征典型工况下的干涉临界曲线，提出采用“干涉区、易干涉区、非干涉区”的三区分布特征表征干涉临界程度，并给出各干涉状态的解调路经；基于干涉临界控制方程、干涉三区分布特征和充填工序过程中机构动作与位姿调整的衔接关系，提出了干涉状态自主识别方法：利用角度传感器及行程传感器获取夯实机构的实时转角和行程，代入各易干涉位置的干涉临界方程得到处于该位置干涉临界状态的夯实机构转角或行程的理论值和干涉临界曲线，判断实际值在干涉临界曲线三区分布图上的位置即可实现干涉位置及状态的自主判别，根据干涉三区分布曲线图即可实现自主解调；基于干涉位置及干涉状态自主识别方法设计了干涉自主判别和解调算法。研究结果为充填液压支架机构位姿表征提供了新的参考指标，为机构干涉的智能避障和解调提供了基础判据，为固体智能充填的采充工序自驱执行提供了算法基础。

• 液压支架浓缩液用咪唑啉缓蚀剂的合成与性能研究

  沈栋, 孟征,

  为了有效缓解液压支架的滤芯和立柱锈蚀现象，以二甲苯为溶剂和携水剂，采用酰化−环化反应在癸二酸、L-谷氨酸的基础上引入了五元氮杂环咪唑啉基团，采用氯乙酸钠为季铵盐化试剂增强水溶性，合成了2种缓蚀性能优良的液压支架浓缩液用癸二酸双环咪唑啉季铵盐GM-1和L-谷氨酸双环咪唑啉季铵盐LM-1缓蚀剂，通过红外光谱对其进行了结构确认，通过腐蚀失重、水接触角、电化学、量子化学方法研究了2种添加剂在质量浓度为330 mg/L的NaCl腐蚀介质中对HT300灰口铸铁的缓蚀性能，探讨了2种添加剂分子在HT300灰口铸铁表面的吸附作用方式和缓蚀机理。研究结果表明：2种添加剂均对质量浓度为330 mg/L的NaCl腐蚀介质中浸泡的HT300灰口铸铁的缓蚀性能良好，当加入质量分数为0.5%的添加剂时，GM-1和LM-1的缓蚀率分别达到了95.89%和85.79%，电化学表明2种添加剂均为阳极型缓蚀剂，抑制了电荷在石墨电极和灰口铸铁之间的转移，添加剂在铸铁表面的吸附方式满足Langmuir单分子层吸附，吉布斯自由能分别为−35.361 kJ/mol和−31.093 kJ/mol，表明是自发的物理吸附和化学吸附过程，且以化学吸附为主。当分别加入质量分数为0.5%的添加剂时，GM-1和LM-1浸泡后的HT300灰口铸铁表面水接触角分别达到了86.24°和82.34°，表明添加剂分子在HT300灰口铸铁表面形成了疏水性薄膜，隔绝了Cl−的侵蚀。量子化学表明2种添加剂通过配位键和反馈键形成吸附膜，GM相较于LM更容易给出电子金属的空3d轨道形成了配位键，吸附需要的能垒更小，因此更容易在HT300灰口铸铁表面发生吸附。

• 煤基石墨烯量子点的制备与理化性质研究进展

  穆瑞峰, 王绍清, 赵云刚, 王小令, 沙吉顿, 李慷,

  石墨烯量子点（GQDs）显著的量子限域效应和边缘效应已经引起人们极大的研究兴趣。它不仅展现出稳定的光致发光现象，而且具有良好的溶解性和化学惰性等诸多优点，使其广泛应用于生物成像、光催化剂和传感器等领域。受限于传统制备方法原料昂贵和操作繁琐等原因，GQDs的工业发展受到严重阻碍。煤及其衍生物不仅具有价格低廉和储量丰富等优点，而且其内部固有的无序结构和小晶域显示出比石墨、石墨烯、氧化石墨烯和富勒烯等碳材料制备GQDs更大的优势，可以简单地通过物理、化学或电化学方法剥离煤及其衍生物内部的芳香环簇来制备GQDs。本文首先总结了煤基石墨烯量子点（C-GQDs）的“自上而下”合成方法及其优缺点。然后对C-GQDs的结构形态、化学成分、荧光性质及其影响因素进行分析。进而阐述C-GQDs在传感器、生物成像和能源领域等的应用进展。最后从制备方法、碳源选择和研究方向等方面对C-GQDs的未来发展进行探讨，提出以下几点试验方案：①H2O2为氧化剂，热变煤为碳源的试验；②超高有机硫煤为碳源，除硫酸和硝酸氧化法外的其他试验；③煤显微组分为碳源的试验。此外，通过试验得出的基础数据和计算机模拟技术相结合，解决当前研究存在的荧光颜色单一和量子产率较低等问题。从而达到煤炭资源清洁利用和GQDs绿色发展的目的。

• 中煤阶煤结构演化的Raman光谱表征

  邵燕, 陈小珍, 李晔熙, 左家琦, 崔曦, 蒋恒宇, 李美芬,

  发生在中煤阶阶段的第二次煤化作用跃变导致煤的许多物理化学性质出现了转折性变化，而聚集态结构变化可能是导致这种转折性变化的根本原因。为详尽研究中煤阶煤结构演化特征及其与第二次煤化作用跃变的关系，选取了6个跨越第二次煤化作用跃变的中煤阶煤样（Ro,max=1.10%～1.63%），应用拉曼光谱法（Raman）对其进行结构表征，并利用分峰拟合软件分别对其一级模和二级模光谱曲线进行分峰拟合，在此基础上计算了相关结构参数。结果表明：Raman结构参数随Ro,max的演化不是线性的，反映煤结构演化的复杂性，据Raman结构参数的演化特征，可以将Ro,max=1.10%～1.63%阶段的煤化作用分为3个阶段，转折点分别位于Ro,max=1.30%和Ro,max=1.50%附近，正好与前人发现的第2次和第3次煤化作用跃变发生的位置相当，说明Raman结构参数可以反映煤化作用跃变的发生，同时也表明Raman光谱是一种研究煤结构的有效手段。第1阶段为Ro,max=1.10%～1.30%，以长链脂肪族结构裂解生成液相物质为主，同时断裂后的较短链的脂肪烃及芳环上的脂肪族取代基会形成脂肪环结构，煤结构的支链化程度增加，阻碍了芳香体系之间的定向排列，芳香体系排列有序度达到最差，表现为WG最小（G峰位置），FG/D最大（F为两峰半高宽比），AD/AG最小（A为峰面积），AS/A1增加，A(2G)R/A2大幅减小；第2阶段为Ro,max=1.30%～1.50%，上一阶段形成的脂肪环发生芳香化作用，导致芳香C—H结构含量增加，无定形碳含量达到最少，芳香化程度及芳香结构有序度均增加，表现为A(GR+VL+VR)/AD、A(GR+VL+VR)/AG和FG/D大幅减小，AD/AG增加，WG及d(G-D)快速增加；第3阶段为Ro,max=1.50%～1.63%，一方面，第二阶段形成的芳香环之间发生缩聚反应，导致A(2G)R/A2减小，另一方面，芳香环体系间的各种桥键继续断裂，导致一些小尺寸芳香结构的生成，表现为A(2G)R/A2减小，WG小幅减小，A(GR+VL+VR)/AD和A(GR+VL+VR)/AG增加。这些结果是深入理解煤化作用跃变机制及煤化作用机制的基础。

• 改善准东煤锅炉受热面沾污的燃烧优化试验研究

  马达夫, 张守玉, 何翔, 赵旭, 吕为智, 吴玉新,

  2021年国内大部分煤价暴涨，影响到部分地区的电力供应，而新疆准东煤价格稳定且处于低水平，因此安全、稳定地大比例燃烧准东煤的研究非常重要。但是，燃烧准东煤的锅炉会由于准东煤煤质特性及烟气温度过高而产生受热面沾污的现象。以某燃用95%准东煤的660 MW容量四角切圆锅炉为研究对象，研究掌握一次风速、运行氧量、空气分级策略以及煤粉细度对锅炉燃烧温度和NOx排放的影响与控制规律，并在静态和动态工况下实施了针对受热面沾污的控制函数改进。最后，利用受热面沾污监测方法证明了改进对受热面沾污的影响。结果表明，660 MW工况下运行氧量对烟气温度影响最明显，运行氧量由2.0%提升至3.5%时，烟气温度下降99 ℃；运行氧量及主燃区局部平均化学当量比降低可导致NOx明显降低，煤粉细度的变化对NOx的影响不明显；投入改进后的控制函数后，升负荷过程中烟气温升速率从6.18 ℃/min下降至4.26 ℃/min，660 MW工况下最高烟气温度从1 104 ℃下降至1 023 ℃，屏式过热器、低温过热器和低温再热器吸热比例分别上升了0.6%、1.6%和0.9%，表明沾污情况得到了明显改善。330 MW负荷工况下，提高最上层磨煤机的煤粉细度R90至4.9%左右，可有效降低高温再热器底部附近烟气温度，减少可燃物及飞灰沉积，抑制沾污的形成。

• 外排土场宏观尺度的区域微气象因子影响特征

  马力, 徐甜新, 毕银丽, 彭苏萍, 薛飞, 李天翔, 刘晨东, 韩流,

  为了研究露天煤矿外排土场对周围微气象因子的影响关系，进而为矿区生态修复提供基础，以矿区周围气流运动及水分分布为影响因子，进一步探索外排土场尺度及形态的生态效应。以红沙泉露天煤矿为例，运用Fluent流体模拟软件，采用大涡模拟和组分传输模型，分别建立不同高度与角度的外排土场模型进行模拟。通过红沙泉露天煤矿所处地区气象站点，得到该地区2020年逐月温度与露点数据，从而得出该地区逐月凝结高度。分析不同条件下得到的气流速度云图，水分质量分数云图，获得不同外排土场尺寸对周围气流运动及水分分布的影响规律，并与该地区凝结高度进行对比。数值模拟结果表明：随着外排土场高度增加，气流爬坡速度缓慢增加，爬升最大高度也随之增长，迎风坡以及外排土场顶部的水分质量分数均增大，背风坡形成越来越明显的卡门涡街现象，涡流数量增加且影响范围变大，涡流区域内气流速度、水分质量分数均增加并达到最大值，外排土场角度增大对气流最大爬升高度影响较大，对周围微气象因子影响不大。在极限高度360 m条件下，当外排土场角度达到26°临界值时，会使气流最大爬升高度达到该地区夏季凝结高度；或在外排土场极限角度22°条件下，当外排土场高度达到380 m临界值时，会使气流最大爬升高度达到该地区夏季凝结高度，从而对矿区周围降水产生促进作用。