煤炭科学技术杂志

煤炭科学技术杂志2024年第4期

• 富水沟谷区浅埋煤层导水裂隙演化特征

  来兴平, 乔浩, 单鹏飞, 吴龙泉, 朱浩宇, 赵浩州, 戴自强,

  富水沟谷区域下浅埋煤层赋存条件特殊，采场上覆岩层导水裂隙发育演化特征复杂。为了揭示沟谷区浅埋煤层在回采扰动作用下覆岩裂隙演化规律，以朱家峁煤矿1305-2工作面过沟谷区回采阶段为工程背景，采用理论分析、物理相似模拟、数值模拟与现场效果验证的方法，建立了覆岩裂隙−渗流场概念模型，开展了覆岩结构发育与微震能量演化研究，分析了覆岩变形与塑性破坏分布特征，提出了针对沟谷区下浅埋煤层导水裂隙防治措施，并应用于现场工程实践。结果表明：开采扰动下裂隙−渗流场模型呈“梯台”结构，并依次划分为初渗区域、稳渗区域、紊渗区域3个区域；将所研究矿井的工况数据代入模型结构，计算出各个渗透区域范围，并根据计算结果对矿井的稳渗区域采取注浆措施。工作面回采至沟谷区段，覆岩裂隙域形态呈现“拱形－梯形－复合梯形”的扩展演化特征，裂隙纵向发育高度达到163 m，并与沟谷区地表贯通。随工作面推进，地表裂隙依次经历“滑移－挤压－撕裂”过程；沟谷区域位移云图呈现出滞后开采“高位梯形”破断形态，在沟底处下沉位移最大，达3.47 m。针对开采导致的裂隙大范围扩展贯通，提出在地面进行采动裂缝注浆处理，在工作面上覆岩层进行注浆封堵，实现过沟谷区开采“井上−井下”联合防治，保证安全开采。该研究结果可为浅埋煤层的过沟谷区开采、采动裂隙防治及富水区“保水采煤”提供新的科学依据。

• 煤矸石井下原位智能分选充填技术研究进展

  梁卫国, 郭凤岐, 于永军, 张泽寒, 闫俊才,

  传统井下煤矸石需运输至地面处理，不仅占用地面国土空间、自燃或雨水淋滤造成大气与环境污染，而且长距离无效运输造成的能源消耗问题已成为制约煤矿低碳发展的关键瓶颈。为实现煤矿矸石不出井，从煤炭生产源头减少碳排放与单位产出能源资源消耗，实现煤炭的绿色低碳智能开采，回顾了煤矸石井下分选充填技术现状及智能化进展，并在此基础上展望煤矸石井下分选充填技术发展趋势，提出了煤矸石井下原位绿色智能分选、充填新方法，详细阐述了煤矸智能分选机及新型充填液压支架的结构及原理，以最大化缩短矸石无效运输距离。为处理采煤工作面矸石，预防煤岩动力灾害，提出了包含少矸化智能开采系统、原位智能分选系统、工作面矿压反演系统、精准科学充填系统四大子系统的煤矿井下采选充智能一体化系统，并探讨了各子系统间的新环逻辑关系，以形成采煤利于分选、分选利于充填、充填利于采煤的良性循环。为处理掘进工作面矸石，提出了包含智能快掘系统、智能分选系统、煤矸分运系统、智能充填系统四大子系统的煤矿井下掘选充智能一体化系统，并对各子系统所负责工作及智能化实现进行了阐述。所提出的新工艺有望实现煤矿矸石不出井，并为煤矸石原位智能分选充填方法及采选充一体化系统的研究提供新思路。

• 生态保护型煤炭开采技术与实践

  李全生, 李淋, 方杰, 郭俊廷, 李军, 徐祝贺, 李晓斌,

  针对生态脆弱区煤炭规模化高效开采造成生态影响范围大、周期长和强度高，缺乏统筹开采全周期源头减损与生态全要素系统技术，导致矿区生态修复成本高、效率低和效果差的问题，提出了生态保护型煤炭开采理念，露天开采损伤传导途径和井工开采损伤传导模型、生态损伤定量分析方法和矿区生态修复决策方法，研发了露天矿节地减损开采、生态型地层重构、分布式水资源集−储−用、基于“生态修复窗口期”协同修复技术；研发了井工开采损伤传导控制、含水层生态功能恢复、装配式楔形地下水库坝体构筑、沉陷区分时分区生态修复技术。建成蒙东矿区生态保护型露天开采示范工程，宝日希勒露天矿示范区植被盖度由开发前30%提高到59%，胜利露天矿示范区植被盖度由开发前5%提高到39%；建成神东井工生态保护型煤炭开采示范工程，植被盖度由开发前不足10%提高到70%。研究成果为生态保护型煤炭开采提供了科技支撑，具有广泛的应用和推广价值。

• 基于顶板结构断裂特征的煤矿结构充填关键位置确定方法

  冯国瑞, 郭伟, 李竹, 戚庭野, 崔家庆, 崔业凯, 张志城, 蔡文浩,

  充填开采是控制岩层移动并降低地表沉降与环境损害的重要途径，而充填材料来源不足和充填成本高昂现成为制约井工煤矿充填开采推广应用的主要瓶颈。探寻重点区域的低充填率靶向充填新方法与配套技术是充填开采的研究热点之一。为解决上述问题，结合煤矿井下结构充填的学术思想，深入研究了顶板岩层断裂特征，明确了顶板岩层破断块体尺寸及铰接形态，识别了破断铰接块体主沉降区域，判定出结构充填的关键位置。结合关键位置确定方法，提出重点控制基本顶最大挠度位置，即板结构潜在张拉断裂位置(塑性铰发育位置)的“工字型”结构充填新方法。结合新阳矿岩层地质参数，借助FLAC3D数值模拟软件，深入分析了工作面采宽和推进方向上顶板岩层内应力、竖直沉降、塑性区分布规律，揭示了不同方案下充填体稳定性演变特征。结果表明：“工字型”充填在节省充填用量的基础上，较垮落式开采减少初采期直接顶沉降量33.47%，与全部充填仅相差2.3%。同时，关键位置充填体能有效应对顶板回转下沉引起的应力集中，保持自身稳定性，实现对顶板的长效支撑。综合分析得到了新阳矿首采工作面初采期“工字型”结构充填最佳充填方案为中部条带长度72 m，宽度7 m，两侧条带长度18 m，宽度6 m，较全部充填可减少充填材料成本33.86万元。该方案形成的密闭空间为1 980 m3，占总采出空间的44%，可用来储能或碳封存，助力实现零碳绿色开采，推动双碳目标的实现。

• 煤与天然气协同开采理论与技术构想

  杨胜利, 张燊, 王旭东, 张凯, 辛德林, 翟瑞昊,

  我国存在大量的煤炭与天然气重叠赋存资源，出于对资源开采效率的要求，大量的煤与天然气重叠资源需要在同一时空内同步开采，传统的煤与天然气开采理论与技术难以满足协同开采出现的技术难题，煤与天然气协同开采的进程受到了严重制约。基于此，结合国内煤与天然气重叠赋存情况对煤与天然气协同开采进行了科学定义，总结了已有可借鉴的煤与天然气开采技术和相关理论。建立了天然气井近场岩体力学理论、天然气近场围岩耦合损伤理论、“围岩–水泥环–套管”耦合损伤理论、煤与天然气协同开采垂直场围岩耦合损伤理论，揭示了煤与天然气协同开采围岩的耦合损伤机理，为煤与天然气技术体系的构建提供了理论基础。提出了“煤与天然气协同开采技术”“煤炭开采通过废弃井技术”和“天然气近场小煤柱留设技术”3项技术以及“协同开采分区规划系统”“透明地质与生产信息动态监测系统”和“煤与天然气协同区安全监测与评价系统”三大系统，为煤与天然气协同开采提供技术支持，提高煤炭与天然气资源的开采效率。在此基础上，构建了煤与天然气协同开采的理论与技术体系，明确了煤与天然气协同开采未来的研究重点，提出了我国煤与天然气资源安全、绿色、高效协同开采的技术路径与研究方向。

• 煤电化基地大宗固废“三化”协同利用基础与技术

  杨科, 何淑欣, 何祥, 初茉, 周伟, 袁宁, 陈登红, 龚鹏, 张元春,

  我国14个大型煤炭基地及89个大宗固体废弃物综合利用示范基地建设，标志着矿区大宗固废利用已被纳入全国战略发展布局。长期以来煤炭资源高强度的开发与利用，造成矿区浅埋煤层资源临近枯竭，煤电化基地大规模固废堆积及地表沉陷，已成为制约矿区绿色低碳、高质量发展的难题。大宗煤基固废协同利用与绿色充填是解放“三下一上”压煤，延长矿井服务年限，实现固废无害化、资源化、规模化“三化”利用的有效途径。基于产煤大省山西省、“华东能源粮仓”安徽两淮基地及宁东能源化工基地的煤基固废种类和产量，详细阐述了以煤矸石、粉煤灰、炉底渣、气化渣和脱硫石膏等为主要材料的煤基固废通过重金属吸附解吸和络合钝化技术实现无害化处置，列举煤基固废分类应用于低热值煤基固废发电、制备建筑材料如水泥、砖瓦等资源化利用途径，对比分析煤基固废采煤沉陷区复垦回填及井下充填规模化利用途径，突出煤基固废井下充填的优越性。基于煤电化基地深部煤炭资源，提出绿色充填开采理论与关键技术，包括深部煤矸石源头减量与采选充协同技术、充填材料高效制备与深部井下输送技术及煤基固废充填材料深部多场耦合机理，探究多源煤基固废从源头、过程到终端的深部充填开采全过程的技术原理与方法，以解决矿区深部井下充填的技术难题。根据宁东基地任家庄煤矿、山西省霍尔辛赫煤矿及淮北矿区地质条件和充填目的，分别提出超前钻孔注充低位充填方案、关键层非典型特征条件下多离层梯级注浆方案和煤基固废协同利用关键技术，综合矿山固废处置与利用、深部煤炭资源开发利用、地表沉陷控制、生态环境保护等优势，形成煤电化基地大宗固废协同利用与绿色开采模式，为煤炭开采高质量化和环境低损伤化提供参考。

• 建筑物下特厚煤层镁渣基全固废连采连充开采技术与实践

  刘浪, 罗屹骁, 朱梦博, 苏臣, 吴涛涛, 王建友, 杭彦龙,

  我国建筑物下压煤量巨大，同时煤矸石、粉煤灰等煤基工业固体废弃物排放量日益增加，严重制约地方经济社会发展。以榆林麻黄梁煤矿为试验矿井，针对其特厚煤层、建筑物下压煤、充填成本高等问题，提出了特厚煤层全固废连采连充开采技术。采用四阶段工序并将特厚煤层分为上、下2部分二次回采压覆煤炭，最大程度控制地面沉降。为降低充填原材料成本，采用化学优化剂对镁渣进行源头改性，抑制镁渣冷却粉化，稳定水化活性，协同粉煤灰、脱硫石膏等煤基固废，研发了改性镁−煤渣基胶凝材料。采用改性镁−煤渣基胶凝材料胶结煤矸石、粉煤灰制备了全固废充填材料。针对麻黄梁煤矿四阶段强、弱充填强度要求，设计不同配比的改性镁渣基充填材料试验，优选配比并应用于井下充填。论述了膏体充填系统与充填接顶方法。麻黄梁煤矿全固废胶结充填工艺试验显示，井下28 d龄期充填体钻芯平均单轴抗压强度超设计强度27%，钻芯浸出毒性满足相关国家标准要求，成功回收了建筑物下压覆煤炭资源，社会经济效益显著。麻黄梁煤矿特厚煤层全固废胶结充填开采实践为国内类似矿井提供了有益借鉴，同时为我国大型煤炭基地的“煤−电−化−冶”固废大规模资源化利用提供了新的思路。

• 煤矸石浆体充填技术应用与展望

  朱磊, 古文哲, 袁超峰, 刘成勇, 潘浩, 宋天奇, 盛奉天,

  为实现煤矸石原位、绿色和规模化处置，煤矸石浆体充填技术作为新兴充填技术近年来得到了快速发展与应用。论文系统回顾和总结了煤矸石浆体充填技术框架提出、浆体充填理论体系形成、工程示范应用及技术迭代创新等不同阶段下浆体充填标志性成果与关键工艺技术，形成了高位注浆、低位灌浆和邻位注浆3种充填方式，建立了煤矸石浆体采空区垮落带流动的“介入理论”和浆体管道输送的“三度一场”理论，成功开展了国内外首套煤矸石井下浆体充填和地面制浆+井下邻位注浆充填示范工程；阐述了煤矸石浆体充填技术体系，围绕煤矸石浆体充填过程中的煤矸石破碎、成品矸石粉料加水制浆、制备浆体泵送和井下目标区域充填等工艺流程，探讨了煤矸石高效分级破碎、浆体精准制备、浆体管道输送和末端充填等关键技术核心问题，分析了破碎设备、筛分设备、计量设备、搅拌设备和泵送设备等关键设备技术原理与应用场景；以张家峁煤矿小空间、多设备、高能力的煤矸石浆体充填需求为工程背景，创新研发设计了煤矸石浆体充填地面制浆、管道输送、井下充填和智能控制等不同系统的布置，年充填矸石量可达55.4万t，形成了煤矸石浆体充填工程示范，实现了矿井矸石零排放和绿色处置，树立了良好的地区示范效应；未来煤矸石浆体充填技术将围绕设备小型轻量化、系统高度集成化、技术迭代创新化等方向进一步研究发展，为构建煤矿绿色开采技术体系、实现国家“双碳”目标提供技术支撑。

• 坚硬覆岩预裂弱化改性效应及导水裂缝带控制机理

  张玉军, 李友伟, 肖杰, 张志巍, 李嘉伟,

  针对深部煤层开采坚硬覆岩条件下导水裂缝带控制问题，充分借鉴坚硬顶板预裂弱化技术，提出预裂弱化坚硬主控覆岩控制导水裂缝带高度的新方法。综合采用实验室试验、理论分析、数值模拟等方法，研究了坚硬主控覆岩预裂弱化改性效应，详细阐述了不同弱化层位对导水裂缝带的控制机理，并进行了实测验证。研究结果表明：预制裂缝可以使坚硬岩石往强度低的方向进行转变，并将完整岩样的劈裂破坏特征转变为以预制裂缝为主控的张拉剪切破坏，坚硬岩石的破坏程度由剧烈趋于缓和；揭示了预制裂缝对坚硬岩体的弱化改性效应，计算得到应力与裂缝耦合的损伤变量，定性的分析了弱化程度与岩性转变的关系，改性后岩体能量存储能力降低，耗散能力增强；数值模拟了不同弱化层位对导水裂缝带的控制效果，综合对比覆岩破坏形态、裂隙数量及破坏高度动态演化规律，发现“马鞍形”破坏形态随着弱化层位的升高而逐渐减弱，覆岩裂隙数量演化基本呈现“缓增−突增”的演化趋势，未弱化以及中、高位弱化覆岩破坏高度动态演化近似呈现“S”形，而中位弱化呈“半抛形”，综合分析得出低位弱化对导水裂缝带的控制效果最好；在分析高、中、低位坚硬岩层破坏特征的基础上，揭示了不同预裂弱化层位控制导水裂缝带发育机理；钻孔实测孟村矿顶板压裂条件下的“两带”发育高度，对比发现预裂弱化条件下裂采比降低，初步验证了顶板预裂弱化对导水裂缝带发育的抑制性。研究成果将为深部矿区耦合灾害防控、水资源及生态保护等领域提供理论和科学依据。

• 井工煤矿甲烷排放精准监测与核算

  解北京, 李晓旭, 张景顺, 栾铮, 李军, 陈伟, 王兹尧, 汤效平,

  甲烷作为全球第二大温室气体，具有增温潜势高、寿命短的特点，主要来源于煤炭、油气生产、农业、畜牧业和废弃物处理等领域。积极稳妥有序控制甲烷排放，兼具减缓全球温升的气候效益、能源资源化利用的经济效益、协同控制污染物的环境效益和减少生产事故的安全效益。甲烷也是煤矿生产排放中最主要的温室气体，目前对煤矿甲烷的排放监测及其在煤矿三维立体空间内的浓度分布研究将成为我国甲烷排放控制行动的重点，对煤矿企业更好顺应国家战略具有重要意义。选取山西某高瓦斯矿井、陕西某低瓦斯矿井进行甲烷排放监测核算，以固定监测、手工监测、无人机监测及矿后活动监测等方式研究我国高低瓦斯矿井甲烷分布，并对其甲烷排放量开展分析。结果表明：①美国Climate TRACE网站公布的山西某高瓦斯矿井、陕西某低瓦斯矿井2022年度甲烷排放量与实测法计算的结果差异较大，其中公布的某低瓦斯矿井年度甲烷排放量为实测法计算结果的10.92倍，自上而下的监测核算方法准确性不足，无法为碳交易提供可靠的数据支持。②矿后活动监测核算发现，采用IPCC缺省值计算的矿后活动甲烷排放量是实测法计算的3～5倍，且不同粒径和暴露时间下煤样反馈的矿后活动排放量差异较大。亟需一套统一精准的测试标准，为未来碳市场交易提供公平准确的数据。

• 煤矿区绿色低碳评价指标构建及应用

  金向阳, 李杨, 于雷, 李要娜, 雷兴海, 王楠, 鄢明慈, 夏雪, 任玉琦,

  煤矿矿区是煤炭生产的重要基地，对当地经济和能源供应具有重要意义。在我国能源开发和环境保护中，矿区规划占据着举足轻重的地位。随着全球能源格局的变化以及我国提出的“碳达峰、碳中和”战略目标，煤矿矿区的规划不再仅仅局限于资源的开采，更要注重生态环境的保护与修复，以及矿区经济的可持续发展。因此，有必要将“双碳”规划的内容纳入到矿区总体规划中，以此来引导煤炭行业的可持续发展，并支持国家的“双碳”战略目标。为了进行矿区“双碳”规划，首先需要对矿区的碳排放现状进行详细评估，从而为“双碳”规划提供科学依据。以煤矿矿区为视角，提出了“三步法”构建评价指标，即综合分析法初选指标、社会网络分析法补充指标和模型法校核指标。该指标体系包含7项一级指标和36项二级指标，引入模糊变量隶属度函数，建立模型对二级评价指标量化计算，采用逐层模糊综合评价法，对矿区绿色低碳度进行评价。以宁夏积家井矿区为案例，应用本研究的评价体系进行实证分析。结果表明，积家井矿区在绿色低碳发展方面尚处于较低水平，但同时也显示出巨大的改善潜力。针对评价结果，提出矿区未来应当注重合理利用土地资源，加强土地复垦，强化生态重建与保护措施，为矿区的绿色低碳转型提供了可行的路径。

• 深部煤层原位保压保瓦斯取心技术装备及初步应用

  高明忠, 宋杰, 崔鹏飞, 李永程, 李聪, 李佳南, 刘贵康, 游镇西, 史晓军,

  深部煤层瓦斯含量精准测定是矿井瓦斯灾害防治和煤层气高效开发利用的基本前提。煤层传统取心技术普遍采用开放式取心，需利用估算方法获得煤层取心过程中的瓦斯损失量，难以保证煤层瓦斯原位参数的准确性和有效性。基于“原位保真取心”学术思想，开发了深部煤层原位保压保瓦斯取心技术，研制了深部煤矿原位保压保瓦斯取心器， 并基于三维数值仿真对取心器外管、保压舱体结构与关键薄弱部件进行了强度校核。同时，依托自主研发的保压取心实验室模拟测试平台，测定并分析了保压控制器的保压能力，通过煤矿现场试验验证了取心器的可靠性。研究结果表明：自主研制的取心器具有保压能力强、保压时间长、防扰动性能稳定等优势；取心器在内部流体压力20 MPa和1000 N \cdot m扭矩作用下等效应力为121.1 MPa，远小于材料屈服强度，满足强度设计要求；取心器在20 MPa荷载作用下等效应力为63.9 MPa，满足强度设计要求；取心器整体在19.4 MPa压力条件内可持续稳定运行，可以满足大部分深部煤矿瓦斯测试需求；现场测试表明保压保瓦斯取心器的保压控制器闭合情况良好，现场取心率达100%。研究成果可为深部煤层瓦斯含量精准测定奠定理论、技术和装备基础，对于煤矿瓦斯灾害防治和煤层气勘探开发具有重要意义。

• 淮南矿区煤层顶板分段压裂水平井抽采技术及效果研究

  陈本良, 袁亮, 薛生, 降文萍, 杨科, 周韬, 李丹丹, 吴静,

  淮南矿区为典型高瓦斯矿区，煤层碎软、渗透率低、瓦斯含量偏高、抽采难度大，为探讨地面煤层气顶板分段压裂水平井在矿区的技术可行性与瓦斯治理效果，在分析矿区主要煤层13-1煤储层特征基础上，采用应力解除法进行了煤层三向地应力测试，结果显示三向应力场类型主要为σh,max >σv >σh,min，具有实施顶板分段压裂水平井技术的充分条件；利用MFrac Suite软件分别模拟了水平段距离煤层1、3、5 m时的压裂缝参数，压裂缝半长最大107.33 m、最小89.47 m，具有理想的压裂效果，说明顶板分段压裂水平井在淮南矿区具有比较好的地质适应性与可行性。以潘一煤矿13-1煤层“L”型顶板分段压裂水平井CBM01井为研究对象，采用井下钻孔检测与数值模拟等手段综合分析了瓦斯治理效果，结果显示CBM01井抽采415 d即显著降低了煤层瓦斯压力与瓦斯含量，距离水平井50、65 m处瓦斯压力由6.4 MPa分别降至2.6、2.7 MPa，降低幅度均超过55 %，水平段两侧各15～20 m范围内瓦斯含量由13.5 m3/t降至最大9.11 m3/t、最小6.92 m3/t，平均7.92 m3/t，约10 m范围均降至8 m3/t以下。最后，采用数值模拟方法预测了CBM01井抽采10 a的产气效果及瓦斯治理效果，气井抽采10 a累计产气约272.08×104 m3，水平段倾向单侧约150 m范围内气含量均降至8 m3/t以下、压力均降至3 MPa以下。综合研究结果表明，煤层顶板分段压裂水平井技术在淮南矿区瓦斯治理方面均具有较大的优势和应用效果。

• 煤层瓦斯含量测定技术及装备研究进展

  孙四清, 杨帆, 郑玉岐, 张庆利,

  瓦斯含量是煤与瓦斯突出危险预测、煤层瓦斯资源量估算、矿井瓦斯治理工程设计的重要参数。围绕如何在大区域准确快速测定煤层瓦斯含量，依托国家科技重大专项、国家自然科学基金和煤炭企业联合基金等项目科技攻关，在取样、测试方面取得了一定进展。主要表现在如下4个方面：①煤层瓦斯含量测定取样经历了孔口接样、岩心管定点取样、压力引射定点取样和密闭取样4个阶段，密闭取样装备保压能力达到11.5 MPa，煤心直径达到38 mm；②针对不同煤层地质条件，发展形成了顺煤层定向长钻孔密闭取样、底板穿层钻孔密闭取样和顶（底）板梳状定向长钻孔密闭取样3种取样技术；③在河南焦作和山西晋城矿区硬煤层中，顺层定向长钻孔取样深度达到516 m，密闭取样法测得煤层瓦斯含量较常规取样法分别平均提高了0.44倍和1.04倍。在安徽淮南矿区碎软煤层中，穿层钻孔密闭取样深度达到209 m，测得煤层瓦斯含量较常规取样法平均提高了0.26倍；在安徽淮北矿区碎软煤层中，顶（底）板梳状钻孔密闭取样深度达到484 m，测得煤层瓦斯含量较常规取样法平均提高了0.19倍，密闭取样法在煤层瓦斯含量测定精度、探测范围上优于常规取样法；④在瓦斯含量测试方面，除了传统解吸法测试，发展了系列煤矿井下瓦斯含量快速测试装备，可实现最快30 min内测得煤层瓦斯含量，一般用于百米孔内的瓦斯含量测试。提出了煤层瓦斯含量测定密闭取样装备需向小型化、轻量化的方向发展，并能实现随钻密闭取样。在测试上，应根据实际情况确定合理的解吸终止限，并将测试装备和密闭取样装备进一步结合，以实现深孔瓦斯含量快速准确测定。密闭取样技术已成为煤层瓦斯含量大区域精准勘查、预测的主要手段，是煤炭安全高效开采的重要技术保障。

• 倾斜煤层群覆岩“三场”非对称特征及靶向抽采机制

  冉启灿, 梁运培, 邹全乐, 张碧川,

  倾斜煤层群“三场”（应力场、位移场和裂隙场）演化规律较为复杂，对卸压瓦斯运移和储集具有重要意义。为了探究倾斜煤层群“三场”演化规律，研究以新疆1930煤矿为对象，开展了倾斜煤层群多重采动相似模拟实验。分析了上覆岩层垮落形态，获得了覆岩应力演化特征，分析了覆岩位移分布和移动方向特征，阐明了采动裂隙分布特征。进而探究了三场演化规律对瓦斯运移的影响，并开展了定向钻孔瓦斯抽采现场试验进行验证。研究结果表明：倾斜煤层群多重采动下，采动裂隙矩形梯台呈现明显的非对称特征。低位侧覆岩应力变化较大，随开采次数增加，卸压效应更为明显，而高位侧覆岩应力变化较小；结合重力−倾角效应，高位侧覆岩更易破坏，垮落次序优先，呈非对称特征。覆岩位移分布呈非对称特征，高位侧位移显著且移动方向变化较大。高位侧裂隙区网格内采动裂隙频数明显高于低位侧；高位侧裂隙区破断裂隙分布更多，且开度较大；采动裂隙呈“高位扩展−低位压缩”的非对称特征。多重采动使得“三场”非对称特征更为显著。此外，覆岩贯通度存在“慢速减小−快速减小”的现象。基于“三场”演化特征和瓦斯运移的关系，揭示了瓦斯抽采靶向优选机制。结合试验结果，构建了基于“三场”演化规律的裂隙带瓦斯抽采靶点区判定流程。现场瓦斯抽采效果良好，保证了工作面安全高效回采。研究结果为倾斜煤层群卸压瓦斯精准抽采提供了理论参考，旨在提高倾斜煤层群瓦斯抽采量，防止上隅角瓦斯超限，实现倾斜煤层群安全高效开采。

• 重复注气压降法煤层渗透率模型与原位测试研究

  李伟, 杨世龙, 周红星, 刘金兆,

  煤层渗透率作为衡量瓦斯渗流与抽采难易程度的重要指标，对其进行准确测定具有重要意义。针对现有方法计算渗透率测试周期长、结果不稳定、模型不完善等问题，研究煤层渗透率的快速准确测定方法及相应的计算模型。基于煤层中气体径向不稳定流控制方程，结合不同压差下气体在煤层中的体积流量方程，建立可利用全区间压降数据测定煤层渗透率的注气压降计算模型。应用COMSOL数值模拟软件的达西渗流模块对模型进行求解，针对现场工程设计中可对压降曲线产生影响的测压气室长度进行单变量处理，根据模拟结果分析钻孔的测压气室长度可设计为2.0 m。根据数值模拟结果进行现场布置，搭建井下重复注气压降试验系统，结合煤层瓦斯赋存条件和巷道条件施工两组穿层钻孔，对2个测点分别注入两次高于煤层瓦斯压力的补偿气体进行渗透率原位测试，测试周期分别约为6 d和17 d，第2轮测试的注气压力高于第1轮。结合理论推导验证了注气压降过程中煤层瓦斯的雷诺数均处于线性达西渗流段，瓦斯在煤层中的渗流符合达西定律，满足计算模型的假设。与传统煤层渗透率计算方法进行了比较，结果表明：本方法和径向流量法的计算结果基本一致，可以满足实际工程需要。重复注气压降法的测试结果稳定可靠，具备快速测定的优点。

• 顶板瓦斯抽采巷布置位置智能预测方法

  郭世斌, 胡国忠, 朱家锌, 许家林, 秦伟, 杨南,

  顶板瓦斯抽采巷因具有大流量和连续抽采的优点，被广泛用于高瓦斯或突出矿井回采工作面瓦斯治理。如何确定合理的顶板巷布置位置，以高效抽采采空区卸压瓦斯，是保障工作面瓦斯治理效果的关键。为此，在深入分析顶板瓦斯抽采巷布置原则及其布置位置影响因素的基础上，提出了一种基于GA–BP神经网络模型的顶板瓦斯抽采巷布置位置智能预测方法；采用灰色关联分析法确定了GA–BP神经网络模型的预测指标，并设计开发了顶板瓦斯抽采巷布置位置智能预测系统。研究结果表明：①工作面的采厚、埋深、覆岩结构、煤层倾角、倾向长度等5个物理指标是顶板瓦斯抽采巷布置位置的主控因素，且其权重值排序由大到小依次为采厚、埋深、覆岩结构、煤层倾角、倾向长度。②随着遗传代数的增加，GA–BP神经网络适应度不断减小，且当遗传代数为60时其适应度变化基本稳定，表明GA–BP神经网络初始权重和偏置效果较好。③在当前训练样本数据集的前提下，基于GA–BP神经网络模型的顶板瓦斯抽采巷布置位置的预测结果与实际工况值的相对误差仅为0.43%～11.27%，在可接受的范围内。该研究可为顶板瓦斯抽采巷精准设计提供一定的参考。

• 小断层影响下的采空区瓦斯运移规律研究

  张学博, 王攀, 王豪,

  在煤矿开采过程中，小断层会导致采空区瓦斯聚集形成瓦斯富集区，对生产安全具有很大威胁，因此有必要研究小断层影响下的采空区瓦斯运移规律。通过UDEC数值模拟采空区上覆岩层破坏过程，从而计算小断层影响下采空区上覆岩层的空隙率，并利用FLUENT软件数值模拟开采过程中考虑小断层影响的采空区瓦斯运移规律。研究表明：①工作面距离小断层20 m远处，小断层从顶部首先出现滑移现象，采空区上覆岩层的位移开始受到断层的影响；工作面到达断层时，由于断层滑移，上盘岩体在断层面滑移产生回转现象，支撑着采空区岩层，覆岩垮落位移量出现大幅度减小，并且岩层垮落出现滞后现象；小断层的影响范围有限，工作面过小断层60 m之后，采空区上覆岩层位移规律逐渐恢复正常。②通过分析含小断层采空区上覆岩层位移特征，得到了采空区上覆岩层位移及其拟合公式，计算得到了三维空隙率分布规律：垮落带范围内，覆岩空隙率在4个隅角位置最大，并且断层靠近进回风巷的位置也出现了空隙率增高；裂隙带范围内，除断层靠近进回风巷的位置空隙率较大，其他位置空隙率相对较低且变化不明显。③获得了小断层影响下的采空区瓦斯运移规律：在工作面距离断层50 m远处，采空区瓦斯运移几乎不受断层的影响；在工作面推进至断层时，瓦斯沿着断层及其附近的高空隙率覆岩产生的优势逃逸通道向采空区深部运移，同时上盘的瓦斯也向深部转移导致大量瓦斯积聚在断层下盘，可能导致瓦斯随漏风流入工作面及回风巷；在工作面过断层50 m时，采空区瓦斯继续向上隅角附近转移；工作面过断层100 m时，采空区上覆岩层瓦斯运移出现回转现象，上隅角和下盘垮落带瓦斯体积分数高。

• 采空区下伏煤层水力压裂试验研究与应用

  陆泳鑫, 胡胜勇, 李国富, 武玺, 路佳旗, 杨育涛, 张村, 苏燕,

  采空区下伏煤层气资源储量丰富，长期未能有效开发。水力压裂技术是一种提高煤层气采收率的有效手段，上覆煤层的开采与重新压实会直接影响采空区下伏煤层水力裂缝的扩展行为。通过大尺寸(300 mm×300 mm×300 mm)真三轴水力压裂试验，分析了不同加卸载应力扰动程度下煤体的力学与声发射响应特征，提出了表征煤体损伤程度的损伤变量T,明晰了损伤与水力裂缝起裂与扩展规律之间的关系。结果表明：采空区下伏煤体垂向应力加载阶段引起的损伤显著大于卸载阶段，垂向加载应力不超过11 MPa时，煤体处于弹性阶段，损伤极少；加载至11～15 MPa，处于屈服阶段，损伤大幅增加；加载至15～18 MPa，处于强化阶段，煤体孔裂隙逐渐被压实。损伤变量T可以有效表征煤体内部损伤程度，Tc为煤体未经过加卸应力扰动时的损伤变量。T = T_\mathrmc时，煤体内部的损伤程度与未经过加卸载应力扰动的煤体损伤程度相当； T>T_\mathrmc 时，煤体呈应力损伤态，T越大，损伤程度越高； T<T_\mathrmc 时，煤体呈应力压实态，T越小，压实程度越高。煤体应力损伤程度与破裂压力呈负相关，高损伤程度使得煤体更容易破裂，井筒近端容易形成主水力裂缝，有利于开展水力压裂。煤体的压实程度与破裂压力呈正相关，高压实程度使得水平应力差对水力裂缝扩展的影响减弱，井筒近端水力裂缝发育，不易形成主水力裂缝，阻碍水力压裂开展。基于研究成果制定了采空区下伏煤层水力压裂施工方案优化原则并在现场应用，优化后的方案水力压裂造缝能力显著提高。

• 水分对CH4和CO2在煤中竞争吸附特性影响研究

  陈立伟, 边乐, 王东杰, 郑浩阁, 赵占川,

  为研究水分对CH4和CO2及混合气体在煤中竞争吸附的影响，通过自主研发的含瓦斯煤多元气体竞争吸附试验系统进行不同含水率煤对CH4和CO2单组分吸附研究，试验结果表明：水分并没有改变CH4和CO2等温吸附曲线的基本规律，在相同条件下，水分也未影响煤对单组分气体吸附能力的排序，始终是煤对CO2的吸附能力大于对CH4的吸附能力。相同条件下，水分对CH4的抑制率大于CO2吸附量抑制率，说明水分对煤吸附弱吸附性气体的抑制程度更大。在进行水对混合气体的竞争吸附影响研究试验，发现：当注入煤体的气体比例保持不变时，在同一吸附平衡压力下，混合气体的吸附总量随着水分含量的升高而降低，并且吸附平衡后的CH4吸附量和CO2吸附量都随着煤体中水分含量的增大而减小；而当含水率不变时，同一注气比例下的气体吸附平衡压力越大，吸附平衡后的CH4吸附量和CO2吸附量越大。游离相中的CO2的体积分数始终低于气源，而CH4体积分数始终高于气源。不同条件下CO2/CH4选择系数的数值均大于1，范围处在4.8～5.4，煤对CO2的吸附亲和能力大于CH4。相同组分混合气体吸附条件下，CO2/CH4选择系数均随着试验煤样含水率变大而降低。该研究进一步完善影响煤对气体吸附的因素的理论分析，以及为工程实践为井下注气促抽瓦斯技术提供理论依据。

• 高位定向长钻孔水力输送对接筛管护孔技术研究

  张金宝,

  保障高位定向长钻孔在工作面回采过程中的稳定抽采是实现“以孔代巷”的前提，而采用筛管完孔是维持钻孔稳定的有效护孔措施。为了实现高位定向长钻孔全孔段筛管护孔的工程应用，开发了钻孔内水力输送分组筛管自主对接完孔工艺技术，配套研制了ø95 mm筛管悬挂装置、ø95 mm玻璃钢筛管、ø100 mm封堵短节、ø140 mm钻头通水堵头以及ø95 mm分组筛管对接装置，并在皖北矿区两个煤矿的不同工作面顶板高位钻孔进行了水力输送分组筛管完孔现场试验。试验结果表明：玻璃钢筛管质量轻推送阻力小，可在倾角17°～26°的钻孔内人工连接长100 mø95 mm玻璃钢分组筛管，分组筛管输送过程中水压为1.0～1.5 MPa，输送到位时水压降为0.5 MPa以下，在泵量200～390 L/min下，分组筛管水力平均输送速度可达150～260 m/min，试验期间分组筛管输送到位时泵压变化明显，前后两组筛管对接可靠，可有效实现到位报信，成功实现ø153 mm高位定向钻孔内ø95 mm筛管的全孔段护孔，2个钻孔的筛管水力输送试验深度分别达到501、522 m，工作面回采120 d累计抽采瓦斯纯量分别为139 945、176 139 m3。钻孔内水力输送对接筛管护孔技术为高位定向长钻孔全孔段大直径筛管护孔提供了可实现的技术解决方案，有助于保障高位定向长钻孔的瓦斯抽采效果，为煤矿井下“以孔代巷”的瓦斯治理模式革新提供技术支撑。

• 卤代烷气体灭火剂促进−抑制瓦斯燃爆特性试验

  王涛, 董哲, 盛禹淮, 南凡, 杨哲, 杨鹏, 孟帆, 罗振敏,

  瓦斯爆炸是严重威胁煤矿安全生产的主要灾害之一，开发高效的瓦斯抑爆技术可有效提升瓦斯爆炸事故防控水平，而其重点在于抑爆材料的作用性能。为系统研究典型卤代烷气体灭火剂对瓦斯爆炸的作用效果，采用试验测试和理论分析相结合的方法，系统研究了七氟丙烷（C3HF7）、六氟丙烷（C3H2F6）和三氟甲烷（CHF3）等典型卤代烷气体对甲烷燃爆特性的影响，分别利用20 L球形爆炸装置和自研本生灯层流火焰传播速度系统测试了卤代烷对甲烷爆炸压力参数和层流燃烧速度的作用效果。得到了爆炸压力峰值、最大升压速率、层流燃烧速度等特征参数变化规律和层流火焰形貌演化特性。结果表明：富氧工况下卤代烷随添加体积分数的增大而对甲烷燃爆过程表现出明显的促进−抑制双重作用。在化学当量条件下，仅C3HF7对甲烷爆炸压力峰值、最大升压速率有先促进后抑制的作用，CHF3和C3H2F6均表现出抑制作用；3种卤代烷气体对甲烷层流燃烧速度均表现出抑制作用。在贫氧工况中，3种卤代烷气体对甲烷的爆炸压力峰值，最大升压速率和层流燃烧速度均表现出抑制作用。整体而言，C3H2F6和C3HF7对甲烷爆炸压力特征参数和层流燃烧速度的抑制效果优于CHF3。理论分析结果显示，富氧工况下卤代烷随掺混体积分数的增大而表现出的促进−抑制双重作用，可归因于其对体系反应过程中热释放特性的提升与其主要含F中间产物对H、O和OH等关键自由基的抑制之间的竞争结果。研究结果为瓦斯爆炸防治相关理论研究和技术开发提供一定的理论依据。

• Z型异质结Ag2S/AgVO3可见光催化转化低浓度瓦斯制甲醇性能研究

  杨娟, 单启月, 戴俊, 张鸽, 丰之翔,

  因缺乏合理有效的利用途径，大量低浓度瓦斯（C_\rmC\rmH_\rm4 < 30%）被直接排放，研究开发低浓度瓦斯高值转化利用方法和技术对保障煤矿安全生产与减缓温室效应具有重要意义，也是实现我国“双碳”战略目标必不可缺少的部分。以低浓度瓦斯为碳源制取液体燃料甲醇被认为是其理想的利用途径之一，以清洁太阳能为驱动力的光催化技术可在室温常压下活化转化甲烷，为低浓度瓦斯低碳利用提供新途径。首先采用水热法制备AgVO3，以硫代乙酰胺为硫源，通过阴离子交换策略在AgVO3表面原位复合Ag2S，构筑出Ag2S/AgVO3异质结，改变硫代乙酰胺的用量可调控Ag2S复合比例。利用XRD、SEM、TEM和紫外可见漫反射光谱等对复合催化剂的微观结构进行表征分析，以体积比为1∶12的甲烷/空气混合物模拟低浓度瓦斯，系统研究了Ag2S复合比例、氧化剂用量、光照强度等对甲烷转化、甲醇产生及其选择性的影响规律，借助瞬态光电流响应谱和电子顺磁共振谱（EPR）探究了Z型异质结构Ag2S/AgVO3对增强模拟瓦斯转化性能的内在机理。研究结果表明：所制AgVO3呈纤维状形貌，其晶相结构为单斜相，原位复合的Ag2S呈纳米颗粒形态，其平均粒径为60 nm，且Ag2S颗粒均匀分布于AgVO3纤维表面。与单一AgVO3和Ag2S相比，复合材料Ag2S/AgVO3具有更强的光吸收性能，AgVO3的带隙能、价带与导带电势分别为2.08 eV、2.21 V和0.13 V，Ag2S的带隙能、价带与导带电势分别为0.91 eV、0.34 V和−0.57 V。与AgVO3相比，复合催化剂Ag2S/AgVO3具有显著增强的瓦斯转化性能，可见光照射1 h最优催化剂20% Ag2S/AgVO3的甲烷转化和甲醇产生量为3.10 mmol/g和2.45 mmol/g，分别为单一AgVO3的1.72倍与2.63倍，且其甲醇选择性高达78.9%；6次循环试验结果表明：Ag2S/AgVO3具有优异的催化稳定性。能带结构分析与EPR测试结果表明：Ag2S/AgVO3异质结遵循Z型电荷迁移机制，这不仅增强了光生电荷的空间分离，同时使其具有较强的氧化/还原能力，显著提升低浓度瓦斯定向转化制取甲醇的催化性能，为低浓度瓦斯低碳高效利用提供新思路。

• 单轴压缩下松软煤体波速演化与裂隙分布特征

  朱传奇, 王磊, 陈礼鹏, 张宇, 王安铖,

  为研究松软煤体超声波传播规律与破坏特征，选用型煤代替原煤，设定3条波速传播路径，运用MTS岩石力学实验机、PCI-II声发射仪开展单轴压缩条件下煤体多路径波速同步监测试验，引入各向异性指数分析波速演化规律；选定3个横、纵向切面，采用CT扫描设备开展破坏特征观测试验，重构破坏后煤体细观几何结构，对比研究二维横纵切面裂隙分布差异性；探讨波速和三维裂隙体积的关系。结果表明：① 随轴向应变的增加，平行、垂直加载方向及煤体平均波速均表现出先平稳后降低再平稳的基本规律，波速各向异性指数具有先平稳后增大再平稳的变化趋势；垂直加载方向波速最先下降，且降幅最大。② 与纵向切面相比，破坏后煤体横向切面裂隙谱峰占比和裂隙分形维数均较大，裂隙密度较高，裂隙形态也较为复杂。③ 随裂隙体积的增大，破坏后煤体平均波速大致呈线性降低，单轴荷载作用下煤体内部裂隙扩展以平行加载方向为主，裂隙竖向线状扩展是造成各方向波速和横纵切面破坏特征差异性的主要原因。④ 与平行加载方向相比，采用垂直加载方向波速求得的损伤变量较大、评价煤体损伤破坏状态也更为可靠。现场采用声波评价煤体破坏状态时，将声波传播路径设置为垂直煤体受载（最大主应力）方向，有利于提高预测失稳事故的合理性。

• 采动影响下底板岩体及巷道破坏时空演化特征分析

  赵庆冲, 涂敏, 付宝杰, 张向阳, 党嘉鑫,

  明确工作面底板采动应力分布规律，实现采动影响下底板岩体及巷道破坏程度的精准把握，能有效防止底板巷道的变形失稳。为此，根据极限平衡理论，构建煤岩体超前采动应力力学模型，获得支承压力扰动阶段和采空区卸压阶段底板岩体的力学分布规律，并基于压剪破坏准则及岩体卸荷损伤机制，得到底板岩体及巷道围岩破坏时空演化特征，进一步采用数值模拟进行可靠性验证。结果表明：采高增大，工作面前方煤体塑性区范围增大，超前支承压力集中系数减小；超前采动支承压力越大，底板岩体内主应力差越小，莫尔应力圆半径小，对底板的影响强度减弱，具体表现为底板岩体压剪破坏深度的减小；卸荷后底板岩体受力状态相同，岩体卸荷起点的增大，卸荷量增加，卸荷张拉破坏加剧，底板岩体塑性区呈“马鞍形”；推进过程中巷道围岩塑性区发生由“椭圆形”−“蝶形”−“竖直椭圆形”时空演化特征，采动支承应力越大，巷道破坏越严重，破坏主要集中在顶板及肩角位置。设计初采高度为3.5 m，通过布设光纤测试系统，得到采动过程中底板岩体及巷道随工作面推进变形与破坏的时空演化规律，测得底板岩体破坏深度最大为16.7 m，巷道围岩破坏深度最大为5.2 m ，巷道围岩体在整个监测期间内保持稳定，没有发生破坏性影响，满足生产安全需求。

• 大倾角煤层伪俯斜工作面平行四边形液压支架结构设计与运动响应

  伍永平, 杜玉乾, 解盘石, 王红伟, 胡博胜, 闫壮壮, 王同, 胡涛,

  液压支架是大倾角煤层伪俯斜工作面“围岩—装备”系统稳定性的核心，现有液压支架结构无法适应伪俯斜开采空间稳定性要求，严重影响了该类条件下工作面安全高效开采。以大倾角煤层伪俯斜开采工作面为研究背景，采用工程类比、结构运动学分析、数值仿真的综合研究方法，分析了大倾角伪俯斜工作面“支架—围岩”稳定性特征，并以ZY7000/22/45型液压支架为基础，发明一种新型平行四边形液压支架，进行了结构合理性设计，分析了关键构件运动学响应特征。研究表明：大倾角伪俯斜综采工作面垮落矸石非均匀填充以及矸石对支架的砸、压、推作用是影响支架稳定性的关键因素，平行四边形顶梁与底座更适应伪俯斜工作面。设计的平行四边形支架顶梁、底座及立柱排布方式为平行四边形，异形掩护梁与后连杆、油缸连杆、底座构成柔性四连杆结构。平行四边形支架立柱为主要承载结构，油缸连杆为主要运动机构，其运动特征影响因素主要为上下柱窝间距和前后连杆与掩护梁铰接位置间距，其中掩护梁与后连杆是支架位姿调控的关键，且支架运动过程中无双扭线产生。研究结果为该类条件工作面支架提供了一种选型，一定程度上保障了该类煤层的安全生产。

• 500 m超长工作面刮板智能输送技术研究

  崔卫秀, 穆润青, 解鸿章, 闫世元,

  在中厚煤层开采领域，超长工作面智能开采是煤炭开采技术的发展趋势，而智能运输是其重要组成部分。在总结现阶段国内400～450 m工作面智能开采中刮板运输系统问题的基础上，探索了500 m超长工作面智能刮板输送系统装机功率与运量合理匹配的方法，提出了解决500 m超长工作面刮板运输技术难题的可行性方案。基于综采三机选型配套技术方案及2 000 kW以上高端传动系统的应用实践，研制了国产2 500 kW大功率变频一体智能传动系统，包括变频一体电机、减速器、限矩器等，关键技术、关键部件均实现了国产化。为解决因传动装置重心位置后移、中部槽槽宽参数不变，不利于端头设备顺利推移的技术难题，研究了中等槽宽配置大功率传动装置的防偏沉技术，建立了机头（尾）推移部多工况推移模型，并对推移部进行了结构优化，解决了因传动装置偏沉造成机头整体失衡、漂溜严重、推移难度加剧的问题。针对刮板链断链后，中部槽内煤量负荷较大时，液压马达难以带动、断链事故处理较为困难的问题，选用了大扭矩数字液压马达并研制了数字马达控制系统，减小了维护刮板链的工作强度。基于刮板运输设备安全运行对链条进行实时变形补偿的需求，提出了500 m运距链条张紧控制策略，开发了运行过程中链条张紧度随负荷梯度智能调节技术，解决了500 m运距链条弹性变形的动态补偿问题，并通过在机尾架盖板上端加装AI高清摄像仪来实现对链条运行状态的实时检测，为工作人员对链条运行状态的实时掌控提供了便利。此外，为了提高伸缩机尾对多种复杂工况的适应性，确保其在使用周期内能够伸缩自如，提出了从结构、材料、制造工艺三方面来提高伸缩机尾的强度和刚度的技术方案，并研制了液压缸防护罩、伸缩机尾滑道自动冲洗系统，进一步提升了伸缩机尾的可靠性。井下现场工业性试验表明：该设备运量与装机功率匹配合理，2 500 kW变频一体智能传动系统占用空间较小、传递扭矩精准，斜推式机头（尾）推移部稳定可靠，数字液压马达处理断链问题方便省力，伸缩机尾按负荷分梯度自动张紧时未出现卡滞，保障了煤炭的安全、高效运输，为500 m超长工作面智能开采提供了技术保障。

• 钢丝绳芯输送带接头强度与预成型芯胶技术研究

  张弘玉, 李军霞, 宋佳辉, 樊文瑞,

  钢丝绳芯输送带是带式输送机的牵引和运载构件，接头破坏是引起钢丝绳芯输送带故障的主要原因。为了提高输送带的接头强度和接头硫化效率，基于现有接头硫化工艺，提出了一种预成型芯胶敷设技术，以ST1 600型钢丝绳芯输送带接头为研究对象，对该技术的应用进行了理论分析和试验研究。首先，建立输送带接头力学模型并进行受力分析，通过ANSYS Workbench软件研究钢丝绳水平、垂直间距不均匀性对接头强度的影响，然后，提出预成型芯胶敷设方法，通过芯胶流固耦合分析对比了填充式芯胶与三角形、梯形和半圆形芯胶凹槽对限制钢丝绳偏移的作用效果。最后，通过接头预成型芯胶硫化试验研究了该技术对输送带胶体粘合强度、接头硫化效率以及接头强度的影响。研究表明：输送带接头处钢丝绳的受力与其纵向位移有关，由于传统接头硫化作业中无法实现钢丝绳的均匀分布从而引起钢丝绳受力不均，影响接头强度，而钢丝绳水平间距相较垂直间距的变化对钢丝绳等效应力的影响尤为显著，更易引起接头钢丝绳的破坏。预成型芯胶敷设技术能够有效减少钢丝绳的偏移量，其中半圆形芯胶凹槽效果最优，水平方向减少70%，垂直方向减少86.9%。在相同硫化条件下，与填充式芯胶相比，三角形、梯形和半圆形芯胶凹槽硫化后的粘合强度分别提升了1.91%、−3.51%、2.48%，半圆形芯胶与钢丝绳结合度最好；采用半圆形芯胶凹槽的预成型芯胶技术敷设钢丝绳可减少70%作业时间，硫化后的输送带接头强度提高5.74%。研究结果可为钢丝绳芯接头硫化工艺的改进提供理论和实践指导。

• 矿山生态环境定量遥感监测与智能分析系统设计与实现

  刘举庆, 李军, 王兴娟, 张成业, 杜梦豪, 冉文艳, 王金阳, 胡靖宇,

  矿山生态环境监测与治理是国家生态文明建设和“双碳”目标下的重中之重，其信息化、智能化建设在新一代信息技术革命的助推下成为数字中国建设的重要一环，也是当下时代发展的必然趋势。然而，现有矿山生态环境监测系统仍然停留在单一专题、要素不全、基础量测、本地管理的初级阶段，无法满足现实环境中对矿山生态环境多要素、长时序、高频次监测与分析的需求。基于此，提出一种B/S架构下的矿山生态环境定量遥感监测与智能分析系统——矿山生态天眼，并详细介绍了其研发需求、技术架构、关键技术及核心功能。系统依托卫星遥感技术及其他监测手段，获取并聚合不同来源、信息丰富的矿山生态大数据，形成矿山分布一张图和数据资源服务；进而基于定量遥感反演矿山生态环境各生态参数，形成一套长时序、多要素的矿山生态监测产品，涵盖人类活动、自然地理条件和“植−土−水−气”各生态要素；在此基础上，系统提供GIS时空分析、统计分析及综合定量评价等工具集，分别实现对矿区土地利用、归一化植被指数（NDVI）等参数伴随采矿活动在空间上的变化监测，对土壤含水量、水体悬浮物浓度等生态要素历史统计值在不同时空位置和区域下的查询与可视化，对顾及多项生态因子的矿山生态环境质量综合定量评价，并最终形成矿山生态扰动与治理监测报告。矿山生态天眼的应用将服务于矿山生态环境全过程变化监测、数据管理、智能分析和决策应用，有望提高矿山生态环境监测与治理的效率和智能化水平，为推动生态文明信息化建设提供参考方案。

• 首套流化床甲醇制丙烯装置工艺优化

  董国亮, 柳宏伟, 温彦博, 杨云斌, 董永忠, 李旭升, 王吉平, 沈有强,

  为了顺利完成首套流化床甲醇制丙烯FMTP工业示范装置投料试车。通过对采用大连化物所甲醇制烯烃DMTO技术、中石化甲醇制烯烃SMTO技术、神华集团甲醇制烯烃SHMTO技术和甲醇制丙烯MTP技术的同类型企业考察和技术交流，经过与FMTP工艺技术对比分析，发现原FMTP装置催化剂回收系统、三器之间催化剂循环管道、洗涤水换热系统、余热回收系统和反应器测量仪表系统在设计方面存在不足。根据同行业装置建设和运行经验，废催化剂回收系统设计改造锁斗回收系统，催化剂循环管线优化改造为提升管加法兰管帽，洗涤水换热器优化改造二甲苯清洗系统，余热回收设备优化改造蒸汽自动吹灰系统，反应器测量仪表优化改造反吹系统。经过上述工艺优化，催化剂回收系统解析气中可燃气含量显著降低，且避免催化剂粘黏结块；三器之间催化剂循环管线优化设计提升管、提升管顶部设计缓冲管加管帽，在装置运行期间三器之间的催化剂流通顺畅，反应器待生催化剂循环量、待生管温度、待生管密度、待生管压力指标接近或达到设计指标；启动二甲苯清洗系统对堵塞的换热器进行化学冲洗，换热器清洗效果明显；自动蒸汽吹灰系统投运后，余热回收系统效率显著提高；反应器仪表反吹风优化为工艺气后避免惰性组分对分离工艺影响。FMTP装置在四次试车过程中上述系统运行平稳，为装置长周期安全稳定运行奠定基础。