煤炭科学技术杂志

煤炭科学技术杂志2024年第1期

• 冲击地压煤层如何实现安全高效智能开采

  王国法, 潘一山, 赵善坤, 庞义辉, 何勇华, 魏文艳,

  冲击地压煤层如何实现安全高效智能开采是一项重大的产业技术难题，系统分析了我国冲击地压矿井分布特征、开采现状及冲击地压发展趋势，深入剖析了冲击地压矿井面临的主要开采难题。从区域地应力监测反演、矿井开拓布局优化、煤柱尺寸优化、井上下联合卸压、置换充填开采、高层位离层注浆等方面，全面阐述了冲击地压矿井全生命周期防控技术发展现状。针对巷道冲击地压防治难题，研发了冲击地压巷道全巷协同智能自适应抗冲击支护技术与装备，利用吸能防冲液压支架实现了正常状态对巷道围岩进行强支护、冲击过程迅速让位吸能的效果，结合支架智能运移装置、支架监测预警系统及全巷协同自适应抗冲击支护智能设计方法，构建了冲击地压巷道智能化吸能支护防控体系。分析了采煤工作面智能开采系统防冲原理，提出通过对围岩采动应力、覆岩断裂结构等进行监测分析，基于三维地质模型、大数据算法等对冲击地压发生位置、概率进行预测预警，并通过智能开采系统对液压支架的支护姿态与支护力、采煤机割煤速度等进行智能联动控制，实现采煤工作面智能开采与冲击地压智能防治。从采场应力与覆岩结构智能监测、冲击地压灾害数据库构建、冲击地压灾害分类预测预警等方面，分析了冲击地压智能防控技术的研发重点，提出了煤矿冲击地压监测预警系统组成及总体架构。从顶层设计、关键技术、智能精准解危与效果评价等方面提出了我国煤矿冲击地压煤层实现安全高效智能开采的技术路径与研发方向。

• 不同气氛下富油煤受热裂隙演化及热解动力学参数变化

  王双明, 孙强, 胡鑫, 葛振龙, 耿济世, 薛圣泽, 师庆民,

  富油煤的清洁高效开发有助于保障我国的能源安全。选择柠条塔矿富油煤，开展了N2和欠氧气氛条件下的加热试验，利用体视显微镜获取不同温度处理后富油煤的表观形貌，在氩气气氛中，对富油煤在0～600 ℃下热重（TG）、微商热重（DTG）、差示扫描量热（DSC）进行测试，基于激光闪射法监测富油煤热导率变化，并分析了不同升温速率下活化能、频率因子等热解动力学参数的变化规律，探讨富油煤热处理后裂隙演化和热解动力学参数变化。研究结果表明：随着加热温度的升高，富油煤表面裂隙数目明显增多，逐渐贯通，且镜煤裂隙发育程度更高。相比N2气氛，同温度下欠氧气氛中煤样裂隙率更高。质量损失率变化趋势与裂隙率相似，由于欠氧环境中煤样发生氧化反应，导致其增速更快。N2气氛中富油煤质量损失率与裂隙率迅速提升的温度点明显滞后于欠氧气氛。室温至350 ℃范围内，由于热膨胀影响，富油煤热导率随着温度升高有所增加。根据热重分析，富油煤随温度变化可分为室温至300 ℃、300～500 ℃和500～600 ℃ 3个阶段，在阶段Ⅰ和Ⅱ分别由于吸附水析出和有机质的分解吸热，频率因子和活化能逐渐增大；在阶段Ⅲ由于无机矿物的分解放热，频率因子和活化能降低。研究结果有助于理解富油煤高温开发过程中的结构演化机制和传热机理。

• 我国大倾角煤层开采技术变革与展望

  伍永平, 郎丁, 贠东风, 解盘石, 王红伟, 高喜才, 罗生虎, 曾佑富, 吕文玉, 张艳丽, 胡博胜, 皇甫靖宇, 周邦远, 黄国春, 王丽, 李俊明, 刘斌,

  大倾角煤层是我国煤炭资源的主要赋存样式之一。在地域分布上呈现出广泛性与区域性，据不完全统计，全国25个省、自治区、直辖市均涉及该类煤层开采，在中西部地区储量丰富、产量大、生产集中程度高。在赋存条件上呈现出多样性与复杂性，不同区域成煤时期不一，构造控煤过程迥异，形成了多样且复杂的开采条件，催生了不同的开采技术要求。大倾角煤层开采的技术难度大。煤层倾角导致采场围岩运动破坏呈现非对称性显现特征，支护系统稳定性控制与“三机”配套与协同、采准巷道布置与支护、工作面“人−机”环境安全保障等工作的难度显著加剧，严重制约了矿井安全高效开采。大倾角煤层开采的区域经济需求强，该类煤层赋存与生产较集中的区域多见以煤炭工业为主的资源型城市，经济结构相对单一，煤炭资源安全高效开发利用对区域能源保供、民生保障、经济保稳具有兜底作用。长期以来，大倾角煤层开采技术变革聚焦于解决“难”与“需”的矛盾，在采煤方法与工艺、岩层控制理论与技术、成套装备研制与应用3个方面不断完善、创新、发展，实现了由非机械化向机械化开采的转变，安全产效水平大幅提升，人员劳动强度大幅下降，作业环境显著改善。20世纪90年代中期，川煤集团绿水洞煤矿首次成功实现了大倾角中厚煤层长壁综采，冲破了大倾角煤层机械化开采技术“禁区”。在此示范作用下，大倾角厚煤层长壁综放开采、大采高综采、薄煤层伪俯斜长壁综采三项首创性工程实践先后取得成功。这一过程中创新了工作面非线性限位布置与调斜方式，确立了“支架−围岩”系统稳定性多维交互控制模式，研发了工作面成套装备，取得良好收效，综合机械化开采技术适用范围进一步拓宽。与此同时，大倾角煤层开采仍存在许多亟待突破的关键科学问题与技术瓶颈，导致自动化、智能化水平提升与近水平/缓倾斜煤层相较仍存在较大差距。需进一步强化倾斜层状煤系地层煤岩体采动力学行为研究，揭示其对采场围岩灾变的控制机制，并实现量化表征；需进一步阐明岩体承载结构−采场装备群组系统间的多维动态作用过程与规律，完善装备与围岩多维动态多目标协同控制理论与技术基础，实现技术转化应用。在科学问题取得突破的基础上进行采煤方法、回采工艺、岩层控制、成套装备的系统性技术创新与研发，破解大倾角煤层开采安全−产效双提升的制约技术瓶颈，使大倾角煤层综合机械化开采倾角上限在有可靠技术保障的前提下向上延伸（扩展），为实现自动化、智能化开采奠定基础。

• 深地煤炭资源安全高效智能化开采关键技术与实践

  李伟, 孙希奎,

  深地煤炭资源地质赋存复杂，智能化开采是深地资源安全、高效、绿色发展的必由之路。智能化开采成套技术与装备能否适应千米深井复杂地质环境、控制围岩稳定并驱动装备跟随煤层自动推进是影响煤炭安全高效开采、减少作业人员、降低劳动强度的关键。山东能源集团聚焦千米深井智能化开采围岩控制理论，提出了以强度耦合、刚度耦合和稳定性耦合为核心的支架−围岩智能耦合关系，并形成与之相适应的智能耦合控制逻辑；为突破超大采高智能综采开采工艺及超高煤壁围岩控制技术瓶颈，提出了超大采高液压支架工作阻力“双因素控制法”，发明了三滚筒采煤机及其配套开采方法，研制了与超大采高智能综采相匹配的液压支架及配套系统；针对超大采高综放开采智能化放煤理论与围岩控制难题，提出超大采高综放支架−围岩耦合协调采放空间控制方法，创新了超大采高综放“马鞍形”开采工艺，研制了7 m超大采高智能综放开采液压支架及配套系统；研发了无反复支撑、快速循环自移的单元式超前支架，解决了回采巷道超前支护距离长、支护技术与装备适应性差的问题；开发了基于惯导和精准地质模型的智能采煤控制系统，解决了深部矿井工作面设备智能控制及困扰连续生产的难题；搭建了千米深井智能化开采综合管控平台，实现了千米深井重大灾害多源异构数据融合与管控。上述核心技术在山东能源集团赵楼煤矿7302工作面、东滩煤矿3308工作面等多个工作面进行了智能化开采示范建设，取得了良好的应用效果，所获成果整体推动了我国深地煤炭资源安全高效智能化开采水平，可以为类似矿井智能化工作面建设提供理论与技术借鉴。

• 煤矿矿井建设技术与装备70余年创新发展及推广实践

  刘志强, 宋朝阳, 程守业, 荆国业, 高伟, 李生生,

  比较全面地总结了新中国成立70余年来，我国煤矿矿井建设技术从引进吸收、自主发展到再创新的历程，以及在基础研究、工艺创新、技术突破、装备研制和成果转化方面取得的重要成果，涉及钻爆法、冻结法、注浆法、钻井法、沉井法等凿井技术以及煤矿岩巷掘进技术。目前，以钻爆破岩为主的凿井配套装备机械化、自动化水平显著提高，煤矿千米级深井短段掘砌综合凿井技术趋于成熟，竖井凿井最大深度达到1 341.6 m。冻结法、注浆法等凿井地质保障技术水平显著提升，逐步代替了帷幕法、板桩法和降水法等凿井技术，竖井最大冻结深度达990 m，斜井最大冻结段斜长达681 m，采用工作面注浆建成煤矿最长斜井为5 875 m，竖井地面预注浆加固深度达1 355 m。机械破岩井巷掘进技术取得突破性进展，反井钻机最大钻井直径达6 m，最大钻井深度达562 m；竖井钻机钻井法实现了最大钻井直径10.8 m，最大钻井深度660 m，且应用范围逐步扩大；竖井掘进机钻井法实现了零的突破，为煤矿竖井智能化凿井奠定了基础；煤矿岩巷机掘法作业线已经形成，岩巷全断面掘进机平均成巷速度超400 m/月。综上，70余年来我国煤矿矿井建设技术与装备创新发展，显著提升了煤矿井巷掘进作业环境、施工效率和安全水平，实现了井巷掘进工作面无人化、自动化、全机械化作业，解决了我国煤炭开发各阶段井巷建设的难题，保障了煤矿基础建设及开采接续建设。同时，从煤矿矿井建设发展起来的技术装备和取得的成功经验，在水力发电、市政轨道交通、山岭交通隧道、引水隧道等地下工程领域得到了推广实践，为国家重点工程建设和国民经济发展做出了贡献。

• 急倾斜特厚煤层冲击地压防治探索与总结

  窦林名, 王永忠, 卢方舟, 贺虎, 何江, 张强,

  急倾斜特厚煤层开采顶板破断运动复杂，应力和能量演化规律特殊，在深部“三高一扰动”影响下，冲击地压防治不容乐观。基于某矿2016年冲击地压事故后急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压防治经验，从急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压发生机理、瓦斯突出与冲击地压综合防治和冲击地压管理详细介绍了该矿7年来急倾斜特厚煤层冲击地压防治经验。冲击地压发生机理方面，建立了顶板岩层倾斜悬臂梁模型，揭示了顶、底板覆岩结构破断失稳演化过程，划分了夹持煤体受力状态分区，提出了急倾斜特厚煤层冲击“夹持理论”。瓦斯突出与冲击地压综合防治方面，基于冲击地压灾害控制解危技术的强度弱化减冲理论，结合原有防突措施体系，提出了既能防冲且对防突有利的解危措施，形成了某矿瓦斯/CO2突出−冲击地压“双防”技术体系，建立了适用于某矿急倾斜特厚煤层水平分段开采的冲击地压防治体系，以钻屑量和瓦斯吸解值验证了瓦斯突出防治的强度保障，同时以加强实施卸压措施工作面的微震事件分布及各能级总频次和能量对比，论证说明了卸压方案防治效果的有效性。冲击地压管理方面，形成了预测评价、监测预警、治理预防、效果检验、安全防护和教育培训“六位一体”综合防治架构，基于《煤矿安全规程》和《防治煤矿冲击地压细则》等各项规定，制定了Q/YJMD—FC 0104—2022《窑街煤电集团有限公司煤矿冲击地压防治 第四部分：冲击地压防治技术规范》。

• 陕西煤矿冲击地压发生规律与分类防治

  潘俊锋, 刘少虹, 马文涛, 夏永学, 王书文, 冯美华,

  随着煤炭资源开采区域不断向西部以及深部转移，西部地区冲击地压矿井数量呈井喷式增长。陕西省作为煤炭大省，煤炭开发供应规模稳居全国前列，但冲击地压灾害尤为突出，为了有效遏制本地区煤矿冲击地压频繁发生势头，并为类似条件矿区冲击地压防治提供借鉴，通过分析陕西煤矿10年来的24座矿井、85起冲击地压案例，基本厘清了冲击地压发生规律，并开展了基于主控因素的分类防治研究。研究结果表明：陕西省煤矿冲击地压具有灾害矿井集中、灾害程度严重、多灾害叠加影响显著、防治难度大等特点；冲击地压监测技术、防治技术与地方法规建设历程几乎同步，达到了起步晚，起点高，示范效应强的结果；基于冲击地压主控因素，将陕西省冲击地压划分为3大类，分别为：坚硬顶板主导型、地质构造主导型和宽煤柱主导型，并针对主控因素提出弱化坚硬顶板、转移煤柱高集中应力、释放构造应力的防治方法。通过10年来的工程实践，不断优化矿井开采设计，探索煤层厚硬顶板千米顺层钻孔区域压裂新技术，加大防冲卸压技术的落实，冲击地压显现逐年减少，成果显著。

• 底板动压巷道压裂弱结构体应力转移控制技术

  陈绍杰, 刘江伟, 李亚康, 吕华,

  为了满足煤矿安全生产的需要，许多巷道都会布置在煤层底板中，如部分运输大巷、排水巷道、瓦斯抽采巷道等。采动应力容易造成底板巷道围岩应力升高，加剧底板巷道围岩变形，造成支护永久失效、顶板下沉、巷道底鼓、两帮收敛等破坏。针对此，提出了在应力传递路径上实施水力压裂，在指定的区域制造出一定空间形态的水压裂缝网，形成压裂弱结构体，实现区域范围内的应力转移，从而降低巷道区域范围内的应力，控制巷道的围岩稳定性的控制技术，并通过理论分析及现场工程验证等方式，揭示了底板动压巷道压裂弱结构体应力转移的力学机制，建立了相应的力学模型，对压裂弱结构体的合理位置、范围等影响因素进行了求解。得出：①压裂弱结构体使局部应力场发生明显变化，出现应力升高区和应力降低区，应力降低区主要分布在弱结构体与采动应力连线的方向上，主要集中在一个拱形的范围内；由于膨胀效应，在与应力来源垂直的方向上产生应力集中，出现应力升高区。②最大主应力变化幅度与压裂弱结构体的长轴长L、短轴长H、到巷道的距离P、与巷道连线的水平夹角β、压裂层的强度C及内摩擦角α、压裂的损伤变量D等有关。其中到巷道的距离P对卸压效果影响最大，损伤变量D对卸压效果影响最小。③采用提出的计算方法设计了淮北矿业集团袁店一矿的103运输集中巷的卸压方案，工程应用结果表明，底板动压巷道变形速率明显减缓，验证了底板强动压巷道压裂弱结构体应力转移模型的合理性。

• 巷帮煤体整体滑脱型冲击地压锚杆防冲支护原理及工程实践

  韩军, 李广汉, 郭宝龙, 马双文, CAOChen,

  冲击地压是目前严重影响煤炭安全有效开采的灾害之一，研究锚杆防冲支护原理和技术对防治巷道冲击地压灾害具有重要意义和价值。通过对巷帮煤体整体冲入型冲击地压发生的地质条件以及破坏特征进行总结分析，认为坚硬顶板与坚硬煤层是此类型冲击地压的重要地质特征，而巷帮煤体整体滑脱是其主要冲击破坏特征。在此基础上，以巷帮滑脱煤体为研究对象，建立了顶板−巷道−底板复合结构体力学模型，建立了巷帮煤体发生水平滑移的极限平衡方程，并对各个参数进行分析。结果表明：由于顶板反弹使巷帮煤体竖直方向压力降低，巷帮煤体被构造应力推入巷道发生冲击地压。基于该发生机制模型，认为目前的锚杆支护设计体系在防治巷帮煤体冲入型冲击地压存在不足，并基于其发生和破坏特征，建立了针对巷帮煤体整体滑脱型冲击地压的锚杆防冲支护设计原则，即将顶和底帮锚杆锚固端分别穿层打入稳定的顶底板内，并使用长锚索取代中部帮锚杆，提供锚杆支护的防冲作用。基于新建立的锚杆防冲支护设计方法，以大屯矿区孔庄煤矿7305工作面防冲支护为工程背景，在宽煤柱段巷帮锚杆支护采取了防冲设计，帮顶、底部锚杆及补强锚索均锚固于顶底板内部，能够有效吸收煤体滑动动能，提高安全性。

• 区段煤柱变形光纤光栅监测应用研究

  柴敬, 王佳琪, 杨健锋, 高登彦, 高奎英, 陈建华, 刘泽宇, 杨磊,

  针对近距离煤层下伏工作面过上覆遗留煤柱时，发生动静载叠加诱发强矿压显现，导致区段煤柱发生变形失稳造成人员伤亡和设备破坏。为探索基于光纤光栅实时监测区段煤柱变形发育特征，分析进、出遗留煤柱阶段矿压显现机理，将FBG、光栅应力计的光测方法相结合，结合现场实测的区段煤柱变形应力应变水平参量变化规律，研究煤柱应变空间分布规律及回采过程中工作面前方煤柱内部应变时域响应特征，验证光测方法在煤体应变水平观测的可行性。结果表明：工作面回采经过上覆遗留煤柱期间，区段煤柱顶板受集中应力影响，上部岩层块体破断并发生回转导致煤柱载荷增加，随着工作面推进覆岩断裂进一步向上传递，关键层断裂回转发生导致工作面来压，最终导致区段煤柱变形失稳。根据现场光栅应变增量幅度判断煤柱内局部变形的剧烈程度，在集中应力作用下，区段煤柱变形时发生最大应变为650×10−6，上覆岩层集中应力造成煤柱应变水平峰值位置为煤柱宽度11.5 m，沿煤柱宽度方向应变表现出先增加后减小然后趋于稳定的趋势，内部应变随采动过程中影响范围在5 m左右。综合研究工作面回采经过上覆遗留煤柱时应变对区段煤柱发生变形失稳的特点和规律，以及应变水平变化和煤柱物理力学性质，得到煤柱破坏的前兆特征，在外力作用下达到变形峰值前对煤柱提前进行卸压和防护的安全处理。

• 双碳战略中煤气共采技术发展路径的思考

  李树刚, 张静非, 林海飞, 丁洋, 白杨, 周雨璇, 朱冰, 戴政,

  自提出“双碳”目标以来，我国生态文明建设已进入以降碳为重点战略方向的关键时期。煤炭作为兜底能源的地位短期内不会改变，能耗“双控”向碳排放总量和强度“双控”转变的核心即为CH4−CO2协同减排。在精准分析碳达峰、碳中和阶段煤矿CH4−CO2双重碳减排面临挑战的基础上，明确了双碳战略中煤气共采技术发展需结合现状需求−技术攻关−政策驱动的核心原则，制定了双碳战略中煤气共采技术的发展路径，论述了其中的关键技术问题。碳达峰阶段，CH4减排以排放源管控为基础视角，核心为瓦斯抽采−利用全周期碳减排关键技术，包含瓦斯富集区靶向精准抽采技术、低渗煤层增透及注气驱替增流抽采技术、关闭矿井瓦斯逃逸通道封堵减碳技术、瓦斯富集−提浓−利用一体化技术，目的是大幅提升高浓度瓦斯抽采−利用效率，减少低浓度及通风瓦斯碳排放；CO2减排以“CCUS+生态碳汇”全域负碳排放技术为核心，包含煤层CO2封存、工业固废采空区充填协同CO2地质封存、煤矿碳封存区域土壤−地表−大气异常监测及生态碳汇技术，进一步吸纳烟道气或纯CO2排放。碳中和阶段核心任务是实现CH4−CO2（近）零碳排放，CO2减排应当由技术攻关示范工程转变为规模化应用阶段，并建立全生命周期煤矿CH4−CO2排放智能监测及动态管控技术体系，实现监测管控技术手段与碳排放环节深度匹配、碳排放监测管控云平台与煤矿全局监控系统深度对接。最后对未来煤气共采体系绿色低碳发展提出了自身见解与思考：①继续深化“高效精准抽采+全浓度梯级利用”煤矿CH4零排放技术模式；②持续攻关“CO2工程封存+生态碳汇”CO2零排放技术体系；③积极探索煤矿“零碳智慧园区”综合解决方案，形成激励和倒逼并重的煤矿碳减排政策支持体系。

• 矿井火灾智能监测预警技术近20年研究进展及展望

  邓军, 李鑫, 王凯, 王伟峰, 闫军, 汤宗情, 康付如, 任帅京,

  为加强矿井火灾智能监测预警系统建设，提出了矿井火灾智能监测预警技术研究思路，从矿井火灾智能感知技术及装备、预测技术及模型、智能预警系统及平台3方面综述了矿井火灾智能监测预警技术研究进展。首先，总结了内外因火灾信息监测技术及装备，归纳了基于图像视频识别的识别流程，阐述了多源信息融合在火灾监测过程中的应用情况。其次，介绍了矿井火灾的预测技术及模型，包括支持向量机、人工神经网络、随机森林算法等机器学习算法。然后，阐述了矿井火灾预警系统及平台：在总结矿井煤自燃和外因火灾分级预警技术的基础上，介绍了矿井火灾预警系统平台的感知层、网络层、服务融合层以及应用层方面的进展内容；归纳了预警系统各层的内涵及应用框架；搭建了矿井火灾智能监测预警系统。最后，展望了我国矿井火灾智能监测预警技术的未来发展趋势，具体包括：在矿井火灾信息智能感知技术方面，提出加强传感技术及装备研发；在矿井火灾智能预测技术方面，提出加强隐蔽火源的位置探寻方法研究，构建火灾灾害透明化模型；在矿井火灾智能预警系统建设方面，提出将大数据融入智能判识，查明矿井火灾风险源及隐蔽火源位置的预报，实现特殊条件下煤自燃的预警。在矿井火灾智能判识与防控技术联动方面，提出利用大型语言模型在智能判识的基础上实现对矿井火灾的自适应防控。

• 矿井智能通风与关键技术研究

  张浪, 刘彦青,

  为使智能通风系统建设更加有序、可控，提出了矿井智能通风流程环节，将矿井智能通风流程按照生产环节划分为6个板块，即感知监测、分析诊断、智能决策、方案审批、远程集控联控、执行反馈，共包含24个具体环节，建立了各个环节输入输出要素和环节之间的功能逻辑关系。按照“矿井通风系统整体规划+采掘用风区域重点细化”思路，提出了矿井全系统智能通风应用场景实现方案和采煤工作面与掘进工作面2个细化的智能通风应用场景实现方案，将矿井智能通风各个具体环节融入具体的应用场景中。为实现智能通风应用场景，基于逻辑分层思想优化了矿井智能通风系统整体架构，规划了由硬件驱动层、功能模块层、计算处理层、数据存储层、数据采集层构成的矿井智能通风管控平台。针对通风感知监测、分析诊断、智能决策、远程集控联控4个矿井智能通风关键板块中涉及的风量风速监测感知、通风阻力在线监测、全风网风量风压解算、灾源判识和灾变定位、矿井动态需风量计算、通风系统故障诊断、风量按需调控方案决策、应急控风方案决策、无人化远程控风、无人化应急控风10个关键环节，总结分析了目前各个关键环节关键技术现状，提出了各个关键环节关键技术实现路径，通过关键技术迭代升级，最终实现矿井通风系统全生命周期内时刻处于稳定可靠、安全可控、高效节能、应急降灾的运行状态。

• 碎软低渗煤储层强化与煤层气地面开发技术进展

  桑树勋, 皇凡生, 单衍胜, 周效志, 刘世奇, 韩思杰, 郑司建, 刘统, 王梓良, 王峰斌,

  我国碎软低渗煤储层分布广泛，然而由于其煤体松软、破碎、渗透性差，常规的直井/水平井煤储层直接压裂技术应用于碎软低渗煤储层强化及其煤层气地面开发的效果并不理想，碎软低渗煤储层煤层气的高效开发是制约我国煤层气产业大规模发展以及煤矿瓦斯高效治理的重要技术瓶颈。在系统分析我国碎软低渗煤储层特征及煤层气地面开发中存在的问题基础上，以水平井为基础井型，围绕间接压裂、应力释放和先固结后压裂3种不同的技术方向，梳理了目前碎软低渗煤储层强化与煤层气地面开发技术进展。归纳评述了以顶板间接压裂、夹矸层间接压裂以及硬煤分层间接压裂为内涵的间接压裂煤层气开发技术，以水力喷射造穴、气体动力造穴、扩孔+水力喷射+流体加卸载诱导失稳造穴、水力割缝为不同应力释放方式的应力释放煤层气开发技术，以及先微生物诱导碳酸钙固结碎软煤储层再进行水力压裂的先固结后压裂煤层气开发技术。间接压裂技术的工程实践探索已有较多积累，在地质条件适宜地区对碎软低渗煤储层强化取得了较好效果，而以应力释放为代表的碎软低渗煤储层强化新技术探索已取得重大进展，并进入工程试验和验证阶段。水平井应力释放技术针对碎软低渗煤储层特性和新的开发原理，其对储层改造潜力更大、煤层气开发效果会更好。基于水平井应力释放技术，围绕扩大应力释放范围、提高煤层气开发效果以及实现煤与煤层气共采3个方面，对碎软低渗煤储层强化及煤层气地面开发技术的发展趋势进行了展望，以期为改善我国碎软低渗煤储层增产改造效果以及提高煤层气单井产量提供参考。

• 倾斜碎软煤层群煤层气协调开发关键技术 以艾维尔沟矿区为例

  梁运培, 朱拴成, 陈亮, 赵坤, 孙东玲, 陈建杰, 张碧川,

  为了明确与倾斜碎软煤层开采条件相适配的煤与煤层气协调开发关键技术，基于倾斜碎软煤层群瓦斯难抽采与煤层群非对称采动特征，形成了与之匹配的非对称卸压时空协同“三孔四区五量”煤与煤层气协调开发模式，明确了非对称采动下煤与煤层气协调开发策略，阐明了井上下联合煤与煤层气协调开发时空协同机制。针对倾斜碎软突出首采煤层消突困难的问题，优化了倾斜碎软煤层下向长钻孔施工工艺，研制了钻头电磁波无线随钻测量系统，实现了更高精度的钻孔轨迹防偏。针对非对称采动区地面井防护缺乏针对性的难题，阐明了非对称采动覆岩卸压破坏时空演化特征，获得了非对称采动下覆岩采动裂隙演化特征，确定了倾斜煤层地面井井位安全位置，研发了能够兼顾地面井稳定性和抽采效率双因素的采动区地面三开套管结构。应用结果表明：时空协同的“三孔四区五量”模式能够实现煤层气高效抽采，保障倾斜煤层群的抽掘采接替平衡；倾斜煤层下向钻孔递进式抽采方式拓展了递进式抽采的应用范围，破解了倾斜煤层煤层气抽采过程中的时间不协调问题；优化后的采动地面井维稳结构能够适应非对称采动作用，实现了采动区地面井煤层气高效抽采。上述成果在新疆焦煤集团艾维尔沟矿区得到推广应用，初步形成符合艾维尔沟矿区主要高瓦斯矿区倾斜煤层特点的煤层气抽采关键技术和典型模式。

• 基于上覆岩层应力场和裂缝场演化的采动井套管破断特征及防控对策

  李延河, 倪小明, 王保玉, 谭学斌,

  准确确定出煤矿采动井套管破断特征并提出相应的防控对策，能为井筒长期稳定提供重要保障。以平顶山矿区的二1煤层及上覆岩层为研究对象，采用理论计算与数值模拟软件模拟方法，确定出上覆岩层离层段应力和位移分布规律，分析了上覆岩层高度、距工作面水平距离与应力、位移的相关性，拟合出上覆岩层高度、距工作面水平距离与应力、位移的关系式；根据研究区采动井的实际开发经验，确定出最佳布井区域下的套管主要破断类型，结合常用套管力学参数，得出“两场”演化下的套管破断位置及长度等特征；对常用的采动井局部防护技术进行总结，并提出对应的防控对策。结果表明：工作面推进过程中，上覆岩层应力呈现出“波动−线性降低”的变化规律，位移呈现出“几乎未发生变化−类双曲线型”的变化规律。最佳布井区域下的采动井套管主要以拉伸缩径和剪切破断为主，选择施加套管加强件对采动井套管进行加固。研究区地面采动井三开段采用N80套管时，需在煤层上部46 m亚关键层处、54 m软硬互层处分别加设抗拉伸套管加强件和抗剪切加强件；采用P110套管时，需在煤层上部46 m亚关键层处加设抗拉伸加强件。建议研究区地面采动井三开段均采用P110套管，增加采动井的井筒稳定性。该研究成果为平顶山矿区及相似条件下采动井预防套管破断提供了理论指导。

• 超声振动在矿山煤岩致裂中的研究进展与展望

  王旭锋, 牛志军, 张磊, 李翔宇, 王纪尧, 常泽超, 陈旭阳,

  为了推动超声振动致裂煤岩体技术的发展，提高矿山煤层气增产及硬岩掘进的效率，回顾了超声波技术的发展历程，综述了超声振动在致裂煤岩体方面的应用现状与研究进展，明确了超声振动在煤岩致裂领域存在的关键阻碍性技术难题及发展趋势。① 总结了传统技术在矿山煤层气增产和硬岩掘进领域存在的技术问题，介绍了超声波技术的独特优势及应用领域，阐述了超声波发生器和超声波换能器的发展阶段及相应性能；② 归结了超声振动煤层气促解増渗装置及流程，分析了超声振动煤层气促解增产现状，阐明了超声空化效应、机械振动效应、热效应作用下煤层气降压、加速、位能及动能增加进而促进其解吸増渗的机制；③ 归纳了超声振动破岩装置及流程，阐述了超声振动破碎硬岩的进展，揭示了超声振动产生的机械振动效应与热效应作用下疲劳损伤、微裂纹亚临界扩展、矿物颗粒不均匀热膨胀或矿物相变、岩石物理力学特性劣化导致硬岩破碎的内在机理；④ 针对超声波发生器、换能器及超声振动在矿山致裂煤岩体中的局限度，对未来超声振动致裂煤岩体在现场高效应用的研究重点提出了4点建议：高性能防爆型超声波发生器和换能器的研发，超声振动促解増渗机理的深入分析及管线技术框架设计，多功能及多场耦合室内超声振动致裂煤岩体设备研制与试验，井下抗干扰超声振动设备的研发应用。

• 新疆北部早、中侏罗世富油煤分布规律及控制因素

  宁树正, 张莉, 徐小涛, 张建强, 邹卓,

  新疆北部富油煤资源丰富，约占全国富油煤资源的一半左右，富油煤资源的合理开发利用，是我国煤制油气用煤资源的重要补充。以往对本区煤炭资源的研究忽视了其油气资源属性，对其富油煤质特征和成因规律认识不清。在系统整理新疆北部6个赋煤带富油煤地质资料的基础上，补充采样测试数据137组，分析早、中侏罗世富油煤的煤岩煤质特征和分布规律，进一步探讨了富油煤形成的控制因素。通过对焦油产率的研究发现，新疆北部地区东北部、西部、中部部分地区焦油产率相对较高，东北部地区八道湾组高油煤呈不连续带状分布。按照煤的焦油产率由高到低依次为巴里坤–三塘湖赋煤带、准南赋煤带、伊犁赋煤带、准北赋煤带、吐哈赋煤带和准东赋煤带。新疆北部地区早、中侏罗世富油煤的形成主要受到成煤沉积环境、煤化程度和煤的显微组分等主要控制因素的影响。覆水还原环境为富油煤的富集提供了良好的条件，富油煤主要形成于相对覆水还原的泥炭沼泽环境，还原性越强，越利于富油煤生成和富集。煤的焦油产率随着镜惰比(V/I)的增加呈现升高的趋势，并且与挥发分和镜质组呈现正相关关系。镜质组最大反射率在生油高峰之前与焦油产率之间存在正相关性，随着煤化程度的升高，煤的焦油产率逐渐增加。煤的显微组分中含量相对较高的镜质组对焦油产率具有明显的正向促进作用，其中，富氢镜质组为富油煤的发育提供了良好物质基础。

• 生态脆弱煤矿区水体中微生物群落特征及矿井充水指示

  范立民, 李涛, 高颖, 白如鸿, 孙强,

  我国生态脆弱矿区水资源整体匮乏，但局部地区矿井涌水却异常巨大。对生态脆弱矿区异常矿井充水水源识别，对矿区生态环境保护意义重大。研究以涌水量超过1 000 m3/h的榆树湾煤矿为背景，在分析矿井涌水量特征的基础上，采集了研究区主要含水层和矿井涌水点的30个水样，开展了水样高通量微生物测序研究。对测序结果采用Alpha多样性分析、Beta多样性分析及微生物构成差异分析，系统研究了矿井水体中微生物群落特征，分析了矿井充水来源。研究结果表明：高通量测试结果通过了Coverage指数检验，验证了其用于矿井充水识别的可行性。但人类活动密切接触的水样显示出微生物更加丰富，需要在取样中有效规避。榆树湾煤矿浅表松散含水层中微生物丰富度和多样性都较高，以新鞘脂菌属（Novosphingobium）、梭杆菌属（Fusobacterium）和硫属（Sulfuricum）等微生物丰度最高；直罗组为代表的基岩含水层微生物丰富度较低，但微生物多样性较高，以丛毛单胞菌属（Comamonas）、蛲虫属（Vermiphilaceae）和巴氏杆菌（Paeniglutamicibacter）等微生物丰度最高。所有水样中最为优势的门类为变形菌门，占比达到35.5%～89.7%。Alpha多样性、PCoA和NSDM分析揭示了榆树湾矿井充水水源主要来自松散含水层和直罗组含水层。但Beta多样性分析发现，随着直罗组静储量的释放，松散层中离石组黄土充水比例进一步增大。综合分析显示，榆树湾煤矿目前为基岩含水层快速释水+离石组含水层持续释水模式的充水模式，矿井涌水统计分析结果验证了这一结论。研究为相似化学成分含水层充水识别，提供了新的方法。

• 岩溶凹陷式露天矿山大流量涌水治理技术

  李海燕, 夏茂哲, 张锟, 张波, 孙怀凤, 赵国东, 韩俊飞, 刘功杰, 贺恩磊,

  我国岩溶地质分布广泛，岩溶突涌水已成为石灰石矿山安全生产的巨大灾害与挑战。以广西某岩溶凹陷式露天矿山大流量涌水为研究对象，针对该矿山地质条件复杂、集中涌水量大、流速高等特点，利用岩溶发育特征、资料分析与地球物理探查等方法初步圈定矿山径流带区域；进一步通过钻探、跨孔CT和示踪联通试验等精准查找到矿山Y01特大涌水点岩溶管道的具体位置，在此基础上研究并实施了矿山涌水治理技术与工艺。研究表明：①针对复杂岩溶凹陷式露天矿山大流量、高流速的涌水特征，提出并实施了“非连续帷幕截流+关键通道探查与封堵+止浆垫控流降速”的岩溶矿山涌水综合治理体系。依据岩溶发育的不均匀性，提出了非连续帷幕封堵裂隙型涌水区域的思想；对大流量岩溶管道型集中涌水设计采用止浆垫控流装置，通过控流能有效降低关键过水通道内水流速度，为注浆材料的有效留存沉积和工程的成功封堵提供了重要条件。 ②关键孔联合注浆工艺是岩溶管道型涌水成功封堵的保证，关键孔是指直接揭露岩溶涌水管道或与涌水管道联通性极强并对注浆堵水起主要作用的钻孔。针对矿山Y01岩溶管道型特大涌水精准查找到2个关键孔，均在矿坑南部：一个是距涌水点直线距离约50 m的近距离钻孔（以下简称“近孔”），另一个是距涌水点直线距离约150 m的远距离钻孔（以下简称“远孔”）。现场采用近孔、远孔2个关键孔联合注浆工艺：近孔以粗骨料和自主研发的可控凝结新型材料进行注浆，远孔仅注水泥浆液；近孔粗骨料和新型材料既能降低管道内的水流速度为远孔浆液起到更好的留存沉积作用，又能作为封堵材料起到增强的功能，远孔因其离涌水点距离长、辐射范围广、浆液扩散充分而能确保封堵长度和效果。近孔、远孔协同配合同步注浆是封堵管道型大流量涌水的有效组合工艺。③涌水口止浆垫控流降速装置的合理有效调控，配合关键孔联合注浆工艺的同步实施，进一步确保了注浆浆液的有效快速留存和沉积，是岩溶地区封堵管道型大流量涌水的创新性技术和方法。项目实施后，彻底封堵矿坑内集中涌水量达7.12万m3/d的Y01特大涌水点，实现总减水量8.43万m3/d（含非连续帷幕注浆封堵），保证了矿山的正常安全开采，大幅降低了抽排水费用，同时保护了周边环境和地下水资源，具有显著的经济效益和社会效益。研究成果可为我国矿山涌水灾害治理提供理论价值和经验借鉴。

• 软弱围岩掘锚一体化快速掘进关键技术与工程实践

  王虹, 李发泉, 张小峰,

  软弱围岩掘锚一体化快速掘进关键技术与装备是煤矿安全高效开采以及智能化建设的迫切需求。以具备膨胀性、节理化等软岩特征的煤矿回采巷道工程为背景，梳理了国内外掘锚一体机快速掘进技术发展现状，剖析了软弱围岩条件下掘锚一体机快速掘进面临3个方面的难题，包括全宽截割对围岩的扰动控制，软弱围岩及时高效永久支护，软弱围岩快速掘进煤帮临时支护。提出了软弱围岩掘锚一体化快速掘进的5项关键技术，包括：①低扰动截割技术。主要包括椭型全宽截割滚筒、截齿排布优化、截割动力学优化等。②减小空顶空帮距的及时支护技术。该技术是在掘锚一体化技术基础上，研制了集双圆柱导向、多连杆升降、支护油缸撑顶撑底、随动挡矸帘防护于一体的多钻机整体滑移平台，将掘锚一体机作业空顶距由2.5 m降至1 m，作业空帮距由3.5 m降至1 m。③软弱围岩多维度协同支护技术。综合考虑锚杆锚索支护参数间的时空协同效应和支护体与围岩的协同效应，掘进工作面采用低密度强力锚杆支护控制顶板，后部同步实施增强永久支护。④钻锚一体化技术。主要包括锚杆结构和力学特性、锚固剂材料及泵注技术等。⑤煤帮喷涂临时支护技术。主要包括快反应高延伸率喷涂材料、高比例精度喷涂泵送、不规则煤壁表面自适应轨迹控制、矿用防爆高精度机械臂、喷涂材料配套补给等。基于以上内容，研制了可控作业空顶距掘锚一体机，并进行了井下试验。试验表明，该装备有效缩短了作业空顶距和空帮距，实现了作业空顶距“可控”，适应于软弱围岩巷道快速掘进，掘进效率提高了1倍。

• 改进的ORB-FLANN煤矸石图像高效匹配方法

  马宏伟, 周文剑, 王鹏, 张烨, 赵英杰, 王赛赛, 李烺,

  针对煤矸石分拣机器人分拣煤矸石时，带式输送机输送带打滑、跑偏以及带速波动造成的目标煤矸石位姿变化，从而导致抓取失败或空抓漏抓等问题，提出了一种改进的ORB-FLANN (Oriented FAST and Rotated BRIEF-Fast Library for Approximate Nearest Neighbors)煤矸石识别图像与分拣图像高效匹配方法。提出改进ORB的特征点检测方法对煤矸石识别图像与分拣图像进行特征点检测，实现快速检测图像特征点；提出改进FLANN匹配算法对图像特征点进行匹配，实现煤矸石识别图像与分拣图像高效匹配。针对传统ORB方法对煤矸石图像特征检测时间长、重复率低问题，提出了改进ORB特征检测方法，提高了图像特征点检测速度和重复率；针对传统FLANN匹配方法对煤矸石图像匹配精确率低问题，提出了融合PROSAC算法的改进FLANN匹配方法，剔除错误特征匹配点对，提高了图像匹配的精确率。在自主研发的双机械臂桁架式煤矸石分拣机器人试验平台上应用文中方法、SURF特征匹配方法、HU不变矩匹配方法、SIFT特征匹配方法和ORB特征匹配方法分别进行了不同带速、尺度、旋转角度条件下的煤矸石匹配试验，结果表明：本方法的匹配率为98.2%，匹配时间为141 ms，具有匹配率高、实时性好以及鲁棒性强等特点，能够满足煤矸石识别图像与分拣图像高效精准匹配的要求。

• 基于Transformer和自适应特征融合的矿井低照度图像亮度提升和细节增强方法

  田子建, 吴佳奇, 张文琪, 陈伟, 周涛, 杨伟, 王帅,

  高质量矿井影像为矿山安全生产提供保障，也有利于提高后续图像分析技术的性能。矿井影像受低照度环境的影响，易出现亮度低，照度不均，颜色失真，细节信息丢失严重等问题。针对上述问题，提出一种基于Transformer和自适应特征融合的矿井低照度图像亮度提升和细节增强方法。基于生成对抗思想搭建生成对抗式主体模型框架,使用目标图像域而非单一参考图像驱动判别器监督生成器的训练，实现对低照度图像的充分增强；基于特征表示学习理论搭建特征编码器，将图像解耦为亮度分量和反射分量，避免图像增强过程中亮度与颜色特征相互影响从而导致颜色失真问题；设计CEM-Transformer Encoder通过捕获全局上下文关系和提取局部区域特征，能够充分提升整体图像亮度并消除局部区域照度不均；在反射分量增强过程中，使用结合CEM-Cross-Transformer Encoder的跳跃连接将低级特征与深层网络处特征进行自适应融合，能够有效避免细节特征丢失，并在编码网络中添加ECA-Net，提高浅层网络的特征提取效率。制作矿井低照度图像数据集为矿井低照度图像增强任务提供数据资源。试验显示，在矿井低照度图像数据集和公共数据集中，与5种先进的低照度图像增强算法相比，该算法增强图像的质量指标PSNR、SSIM、VIF平均提高了16.564%，10.998%，16.226%和14.438%，10.888%，14.948%，证明该算法能够有效提升整体图像亮度，消除照度不均，避免颜色失真和细节丢失，实现矿井低照度图像增强。

• 基于单激光束信息的掘锚装备视觉定位方法研究

  张旭辉, 陈鑫, 杨文娟, 雷孟宇, 田琛辉, 杨骏豪,

  煤矿井下掘锚装备智能化是改善行业采掘失衡问题的关键，而掘锚装备的精确定位是实现其智能化的前提。与其他传统定位方法相比，基于视觉的位姿测量方法以其无接触、无累计误差的优势在煤矿井下得到了初步的应用。针对目前煤矿井下掘进工作面掘锚装备视觉定位方法存在的合作标靶结构复杂、标定繁琐的问题，结合掘进工作面原有激光指向仪特征，提出一种基于单激光束信息的掘锚装备视觉定位方法。该方法通过分析激光指向仪光斑及光束图像特征，提出了一种基于二维反正切函数拟合的激光光斑中心提取方法和基于Hough直线检测的激光束中心线提取方法，构建了基于点线特征的双目视觉位姿解算模型，得出了掘锚装备在巷道中的实时位姿。最后，为了验证提出的特征提取方法和视觉定位方法的可行性和准确性，在实验室模拟掘进工作面工况环境搭建平台进行了试验。结果表明：基于矿用激光指向仪信息的掘锚装备视觉定位方法具有较高的位姿测量精度。在50 m的测试范围内，机身位置在巷道坐标系下沿X轴、Y轴和Z轴的平均测量误差分别为25.44、58.64、31.08 mm，其最大误差分别为55.16、127.39、63.57 mm；机身姿态在巷道坐标系下的俯仰角、偏航角和横滚角的平均测量误差分别为0.22°、0.22°、0.41°，其最大误差分别为0.29°、0.37°、0.58°。满足煤矿井下巷道施工的定位精度要求。

• 北方防沙带大型露天煤矿区生态保护与修复技术

  李全生, 李淋, 方杰, 周伟, 雷少刚, 包玉英, 崔明,

  北方防沙带是我国防治沙化和荒漠化的关键地带，是“三北”工程的核心区，区内土壤贫瘠、风速大、干旱缺水、植被稀少、生态恢复力低，而大型露天煤矿开采与生态保护矛盾突出，直接影响区域生态安全和国家能源保供，迫切需要开展大型露天矿区生态保护修复研究。针对北方防沙带大型露天煤矿区开采引起的土地破坏、扬尘起沙、水位下降、土壤沙化、植被退化等问题。以北方防沙带面积和露天煤炭产量占比均最大的内蒙古的大型露天煤矿区为研究区，秉承“减损开采－立体保水－造土活土－系统修复－集成监管”的研究思路，揭示大型露天矿岩土损伤−生态退化传导机理、生态减损开采机制、重建生态自维持机制，研发生态保护型减损开采、生态化设计、水资源保护与综合利用、抗侵蚀地貌重塑、排土场活土层精细重构、土壤改良与提质增容、菌−藻-草联合修复、生态系统退化监管等关键技术，形成适合北方防沙带露天煤矿区生态保护与修复技术体系，建成大型露天矿区生态保护修复集成示范区。创建低成本、高效率、可持续、可复制的大型露天矿区生态保护修复模式，为保障我国北方防沙带大型露天矿区科学开采与生态安全提供支撑，实现煤炭开发能源保供与生态保护相协调、“开发金山银山，再造绿水青山”的目标。

• 露天煤矿排土场边坡植被恢复群落稳定性研究

  陆兆华, 张琳,

  为了揭示露天煤矿排土场边坡植被恢复群落稳定性的动态特征和变化模式，以内蒙古北电胜利露天煤矿4个排土场为研究对象，选取Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数、Pielou均匀度指数和Simpson优势度指数、植被盖度、植被高度、地上和地下生物量8个指标，构建了基于群落结构稳定性与群落功能稳定性的排土场边坡植被恢复群落稳定性评价体系，采用综合评价法对处于人工植被恢复中的内排土场和恢复年限分别为4 a、5 a、8 a的沿帮排土场、南排土场和北排土场的南、北方向边坡植被恢复群落稳定性进行综合评估，并对群落稳定性因子与土壤含水量、有机质、全氮、全磷、全钾等环境因子间关系进行分析，探究影响排土场边坡群落稳定性的影响因素。结果表明：①随着恢复年限的增加，边坡植被群落稳定性整体呈稳步上升趋势，但与草原站背景值相比，其综合评价指数处于较不稳定或不稳定状态。②随着恢复年限的增加，排土场边坡群落稳定性由结构稳定性主导转向功能稳定性主导。恢复初期受人工影响，物种多样性提高，结构稳定性较高，随着时间的推移，结构稳定性波动下降，功能稳定性上升，其中地下生物量增长迅速，生物量向地下转移，进而形成矿区特有的植物群落结构稳定与功能稳定转变特征。③从坡向来看，随着恢复年限的增加，边坡群落稳定性逐渐由南坡优于北坡转变为北坡优于南坡。④南坡的结构稳定性与环境因子的相关性较高，而北坡的功能稳定性与环境因子相关性较高，表明不同坡向的群落采用了不同的响应策略以适应环境的变化，丰富的有机质和全氮含量对排土场边坡群落功能性稳定性会产生积极影响。

• 采煤沉陷区复垦对土壤细菌群落组装及固碳功能的影响 以东滩矿区为例

  陈浮, 宋晓君, 董文雪, 朱燕峰, 尤云楠, 马静,

  复垦能有效提升矿区生态服务功能，但复垦土壤功能重建的微生物学机制尚不清晰。厘清复垦如何影响土壤细菌群落特征、组装机制及固碳功能，对重塑矿区生态自维持能力至关重要。为此，结合零模型分析，采用MiSeq高通量测序及qPCR芯片技术，探索东滩矿区9 a、12 a、15 a和18 a等4个复垦年限土壤细菌群落组装过程及固碳功能变化。结果表明：①复垦和复垦时间对土壤理化和酶活性影响显著，复垦土壤pH、铵态氮（AN）、过氧化氢酶（CAT）及磷酸酶（PO）随复垦时间增长呈显著增加（P<0.05），有机碳（SOC）、有效磷（AP）、硝态氮（NN）及脲酶（UE）、β-葡萄糖苷酶（BG）、蛋白酶（PRO）则相反（P<0.05）；②随机性过程主导了复垦土壤细菌群落的组装过程，且扩散限制的贡献最大；③有机碳、硝态氮、铵态氮、有效磷、β-葡萄糖苷酶及过氧化氢酶与碳循环功能基因丰度有显著性相关，复垦改善土壤理化从而增强固碳功能；④结构方程模型显示，复垦年限增加直接影响土壤理化性质，进而间接影响土壤微生物群落的组装过程，这可能是导致碳循环功能基因丰度变化的主要原因。研究结果为矿区复垦土壤生产力改善和固碳功能提升提供理论依据。

• 高潜水位矿区土地利用和碳储量时空变化规律与预测

  徐良骥, 贺震东, 刘潇鹏, 张坤, 吴满毅,

  高潜水位矿区采矿活动及城镇化发展会导致土地利用类型明显变化，进而影响矿区的固碳能力。采用潘谢矿区2002—2021年5期土地利用数据，利用FLUS (Future Land Use Simulation)模型，选取了采矿、社会经济和气候环境等方面数据作为驱动因子，分别预测了自然发展和生态保护两种情景下2028年土地利用变化，再结合InVEST (Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs)模型，计算了潘谢矿区2002—2021年的历史碳储量以及2028年不同情景下的未来碳储量，并对潘谢矿区碳储量的时空变化特征进行了分析。结果表明：① 2002—2021年潘谢矿区土地利用变化表现为耕地不断减少，湿地和建筑用地持续增加，其中耕地减少了147.93 km2，湿地和建筑用地分别增加了71.01 km2和75.76 km2。在此期间，潘谢矿区碳储量减少了1.62×105 t，减少幅度为3.83%，其中在2018—2021年碳储量下降最快。②预测结果显示，2028年2种情景下研究区内土地利用变化均为湿地和建筑用地持续增加，耕地不断减少。但相较于自然发展情景，生态保护情景下矿区内耕地受到保护，面积有所增加，湿地和建筑用地的增长减缓。与2021年相比，自然发展情景下的碳储量减少了0.74×105 t，生态保护情景下的碳储量减少了0.53×105 t。研究结果表明，受采煤沉陷和城镇发展影响，沉陷湿地和建筑用地扩张导致耕地减少是碳储量下降的主要原因，采取生态保护措施能够在一定程度上减缓碳储量的下降。

• 新疆东部煤中水溶态元素组合模式研究

  白向飞, 丁华, 何金, 张昀朋, 袁东营,

  新疆高碱煤中水溶态钠、氯、硫酸根离子等含量较高，严重影响了新疆煤的清洁高效利用，高碱煤中水溶态元素的组合模式及其对煤质的影响已成为科学认识和评价新疆煤需要解决的一个基本问题。研究采集了新疆东部地区大井、西黑山、三塘湖、淖毛湖和沙尔湖等矿区的煤层煤样和商品煤样，以及不同矿区地表土壤、煤层上覆岩层、煤层顶板和夹矸样品，包括部分矿区地表盐岩样品，利用溶滤试验，测定了各相关样品中水溶态离子的含量；综合各矿井煤灰成分分析、水溶态离子占比、水溶态离子比值参数与Piper三线图等方法，分析了不同矿区煤中水溶态元素的组合特征差异；通过比较煤层、含煤地层中其他岩层及地表土壤中各种水溶态离子含量的变化，初步探讨了煤中水溶态元素的可能成因及其影响因素。结果表明：新疆东部不同矿区煤中水溶态元素含量和组合模式都存在比较显著的差异，其含量差异可以达3倍左右，组合模式方面，既有Cl-Na型和Cl·HCO3-Na型，也有SO4-Na·Ca型和SO4·HCO3-Na型等其他类型组合分布。各种水溶态离子比值参数显示，煤中水溶态离子之间发生过离子交换作用。新疆高碱煤的形成是一个目前仍在发展中的现代地质作用过程，地表盐岩和土壤中水溶态离子随地下水下渗逐步进入煤层而导致高碱煤形成的可能性极大，且过程比较复杂。受离子交换作用和沉淀作用等因素影响，煤中碱金属、碱土金属和氯、硫等元素的相互结合形态、赋存状态变得更加复杂，但水溶态仍是主要形式。

• 煤矸石资源化利用现状与进展

  竹涛, 武新娟, 邢成, 鞠秋歌, 苏思源,

  在实现“碳达峰与碳中和”目标的背景下，煤炭作为国家能源安全的基石，其绿色开发对我国经济建设和社会发展起到了至关重要的作用。然而，在煤矿开采及分选加工过程中，煤矸石作为煤炭主要伴生副产物，已成为我国急需处理的大宗固废之首。然而，目前煤矸石的综合利用率仍处于较低水平，尚未形成较为规范可行的研究体系。因此，针对煤矿开采与煤矸石堆积所造成的水、大气与土壤环境污染问题，通过煤矸石在生产能源、有价金属回收、建筑材料生产与其他方向的资源化利用的相关研究进展，结合煤矸石在防止重金属污染、土壤修复、防止水土流失等方面的应用，最后提出了煤矸石资源化利用未来的发展方向，根据整体进行规划与资源整合，不仅有大量用于常规目的的煤矸石资源化利用方向，同时还有用于生产高附加值产品的特殊用途，通过两者相结合，实现煤矸石的综合化和资源化利用，为其“减量化、资源化、循环化”发展提供借鉴。总之，煤矸石资源化利用是我国煤炭产业转型升级的重要方向，也是实现绿色可持续发展的必由之路。只有通过不懈的努力和持续的创新，才能更好地解决煤矸石堆积问题，推动煤矸石资源化利用向更加高效、环保、可持续的方向发展，为我国经济社会可持续发展做出更大的贡献。