煤炭科学技术杂志

煤炭科学技术杂志2024年第9期

• 冻结立井井筒机械化掘进现状及发展趋势

  陈湘生, 王恒, 宋朝阳, 陈汉青, 陈曦, 丁航, 王磊,

  针对我国“富煤贫油少气”的能源赋存结构及煤炭未来一段时间将长期占据能源消耗主导地位的特点，回顾了我国煤炭井工开采领域冻结立井井筒机械化掘进发展历程。钻爆法凿井作为我国立井井筒施工的主要工法，炸药的应用大幅提高了冻结井筒的掘进效率，配套的伞钻打孔、抓岩机装岩、大型井架及设备提升、大模板砌壁等大型机械化设备的应用，大幅提高了井筒成井速度；竖井钻机、反井钻机及竖井掘进机作为特殊地层条件下立井井筒特殊凿井方式，也有各自应用范围。面对我国西部富水弱胶结地层特点及智慧矿山发展趋势，采用冻结+钻爆法施工难以满足千米级弱胶结岩层立井井筒智能化无人化的建设需求，而采用冻结+竖井掘进机钻井是未来超深立井井筒技术发展方向之一。结合国外冻结+竖井掘进机凿井工程案例，针对我国西部富水弱胶结岩层立井井筒建设，提出了冻结+竖井掘进机凿井在冻结壁厚度和强度设计理论、双层钢筋混凝土井壁永久支护、低温环境下竖井掘进机掘进破岩形式以及分级上排渣方式等冻−掘−支−运协同作业方面提出了合理化建议；明确了井壁结构与弱胶结围岩相互作用机理，优化双层井壁结构方法，构建竖井掘进机掘−支−运同步作业模式等，提升井筒建设综合效率，提高信息化水平，推动立井井筒向机械化、绿色化和智能化发展。

• 浅埋多煤层群协调绿色开采关键技术研发与实践

  吴群英, 胡俭, 刘凯, 李杨, 谢晓深, 张德生,

  西部矿区多煤层赋存条件导致了“采面布局矛盾、覆岩结构多变、地表运移叠加”的突出性、普遍性问题，探索适应多煤层高强度开采的协调绿色开采技术成为西部矿区多煤层安全、高效开采的关键。针对浅埋厚煤层群高强度开采面临的主要技术难题，从多煤层开采时空布局、工作面岩层稳定性控制、重复扰动下的地表沉陷等方面，系统地阐述了浅埋多煤层群协调绿色开采的几项关键技术。研究结果如下：①揭示了西部多煤层高强度开采层间相互作用机理，构建了多煤层重复开采扰动定量判据与评价方法，创新提出了以层间最小扰动为目标的“薄、中、厚”煤层交错分布协调开采技术；②提出了多煤层工作面岩层稳定控制技术，建立了全覆岩结构破断模型，揭示了全覆岩结构破断条件下的支架与围岩相互作用规律，在此基础上针对多煤层开采工作面支护在不同的位置需要采用不同支护策略的需求，研发了工作面支架抗冲双伸缩立柱和超前巷道支护状态监测系统，实现工作面多区域安全高效稳定支护；③通过揭示浅埋多煤层斜交叠置开采下地表动态移动特征和地表裂缝发育规律，给出地表下沉系数的确定方法，研发了塌陷区裂缝“土壤重构–原位充填–微地形改造”组合的治理关键技术，有效防治黄土沟壑区的采煤地表塌陷。上述核心技术在张家峁、柠条塔、红柳林等20余个大型煤矿成功应用，为我国西部矿区高质量、可持续开发提供了技术支撑。

• 浅埋强富水区下绿色高效保水开采技术

  罗文, 王庆雄,

  西部地区煤层资源丰富，开采强度大，传统开采方式容易导致含水层水资源流失，产生严重的缺水问题，因此，研究浅埋强富水区的保水开采技术，通过控制岩层移动保持含水层的稳定性，研发低成本、广适用的保水开采技术和材料，形成浅埋强富水区煤层的绿色高效保水开采体系，实现煤炭开采与水资源保护的双重目标，对保障水资源安全、维护生态平衡和促进经济发展具有重要意义。本文首先分析了保水开采现状与难题，从技术先进性和安全性等方面对现有技术进行了对比，从材料、设备和工艺等方面进行了深入研究，总结并分析了不同技术的适用条件。接着以锦界煤矿为例，依据保水采煤方案和导水裂隙带实测高度，对井田进行区域划分，提出“分区分类治理”的原则，并创新性地提出了采前第四系松散含水层底部隔水层再造技术，形成了有效隔离，实现了煤炭开采与水资源保护的协调发展，保护了自然地貌和地表植被。同时，针对现有综采架后膏体充填不高效，且支架无法做到充填非充 填灵活转换的问题，设计提出了一种新型充填非充填两用支架，既可作为同一工作面分段 充填、非充填支架两种模式交替使用，又可进行后部支架拆解，安装掩护梁侧护板，满足 普通支架使用需求，提高了设备使用效率。最后对采后导水裂隙带裂隙顶部注浆修复改造技术和注浆效果评价进行了总结，以锦界煤矿的应用为例进行了说明，对鄂尔多斯盆地类似条件煤层开采具有广泛指导意义，为煤炭行业的绿色开采提供了重要支持。

• 千万吨级综放工作面智能化放煤理论及关键技术

  于斌, 邰阳, 徐刚, 李勇, 李东印, 王世博, 匡铁军, 孟二存,

  针对综采放顶煤工作面在智能放煤理论、智能感知与识别关键技术、智能放煤综合决策技术和远程放顶煤智能控制技术方面存在的问题，依托“十三五”国家重点研发计划—— 千万吨级特厚煤层智能化综放开采关键技术及示范，开展了千万吨级综放工作面智能化放煤理论及关键技术研究，取得如下成果：①开展了顶板顶煤组合体压缩试验、煤岩组合体破碎块度分布试验和不同顶板−顶煤条件下综放开采放煤相似模拟试验，阐明了顶板顶煤的破碎−运移的相互作用过程；开发了采空区三维激光空间探测技术，证明了群组放煤过程中顶煤“面接触块体成拱现象；开展以采放协调、高回收率、低含矸率为约束条件的特厚煤层多口群组智能放煤数值模拟，确定了群组放煤口数量；综上，为智能放煤工艺优化提供了可靠理论基础。②对工作面煤矸地质信息及物性特征、顶煤放落过程全周期感知要素进行探索研究，形成了包含“顶煤厚度在线探测−煤矸精准识别−煤流动态测量”的综合感知技术体系，为智能化放煤决策技术提供了充分的数据信息支撑。③建立了综放面“人−机−环”多源信息数据库，构建了基于采放时间协调、采放空间协调、采放运能协调的特厚煤层综放面采放协调决策模型，开发了基于Q-learning算法的智能放煤决策软件，形成了基于煤矸识别、顶煤厚度探测和过煤量监测感知，结合煤矸运移时序特征和经验数据的人工智能决策技术。④研发了智能综放面三机位姿高精度惯导监测与控制技术，实现了采煤机、液压支架、刮板输送机的实时定位、姿态监测及动作控制；开发了智能化矿山融合通信调度系统，构建了智能综放远程综合控制平台，成功实现了“远程一键启动”模式的智能放煤。⑤在塔山矿8222工作面，开展了基于探地雷达的顶煤厚度在线探测技术、融合振动−音频−高光谱的煤矸精准识别技术、基于激光三维扫描的放煤量实时监测技术和综放工作面智能化放煤决策软件的应用，现场顶煤厚度探测、混矸率和放煤量的误差分别控制在10.71%、9.32%和7.8%以内，平均每个放煤循环节省时间约30 min，实现了年产1500万t的综放工作面智能高效放煤。

• 煤矿复杂地层TBM掘进巷道新型装配式支护结构工程实践

  唐永志, 唐彬, 程桦, 王传兵, 王要平,

  TBM （Tunnel Boring Machine）全断面掘进机已在煤矿深井巷道掘进工程中成功应用，取得了显著的社会经济效益。但仍存在影响其进一步推广应用的技术瓶颈。针对当前支护结构与支护技术难以同时满足支护效率、支护强度和施工成本方面的要求，TBM难以充分发挥其速度优势的技术瓶颈，研究团队研发了新型钢管片型装配式支护结构。开展了新型装配式支护结构大比尺模型试验，获得新型支护结构在受载条件下变形破坏规律，根据试验结果优化新型支护结构型式。基于新型钢管片支护下TBM掘进巷道数值模拟评估新型支护结构可靠性。最后开展工业性试验，现场验证新型钢管片式支护结构用于煤矿TBM掘进巷道的可行性。试验结果表明，巷道围岩最大拉应变为803×10−6，钢管片支护结构变形量小于1 mm。新型支护结构安装速度快，可在90 min内掘进1.5 m并完成一环管片的安装工作，显著提高了TBM掘进巷道的支护强度和TBM掘进作业线的地层适应性。为未来进一步提高煤矿巷道掘进速度、保障煤矿采掘接替提供技术参考。

• 强冲击载荷下巷道围岩变形破坏特征及控制技术

  吴拥政, 付玉凯, 何思锋, 李军臣, 焦建康,

  针对冲击地压巷道围岩及支护结构变形破坏难题，采用数值计算、现场实测、现场试验等研究方法，分析了强冲击载荷下巷道围岩及支护结构变形破坏特征，研究了冲击载荷、采动应力等对巷道围岩和支护结构动态力学响应的影响，开发了抗冲击支护材料，提出了支护−卸压联合控制技术，并选择典型冲击地压矿井进行了应用。研究结果表明：巷道顶板发生冲击时，巷道顶板、两帮和底板质点最大振速分别为1.41、0.63、0.25 m/s，迎波侧巷表围岩受冲击影响最大，侧向次之，背波侧最小。在采动应力与冲击载荷叠加作用下巷道破坏范围更大，塑性区面积达到原岩应力时的2.1倍。随着冲击能量的增加，巷道变形量和质点振动速度峰值均急剧增大，且锚杆（索）受力也出现明显波动。爆破卸压对巷帮锚杆锚固力影响不大，而对锚索锚固力有明显影响，锚索锚固力平均降低26.7%。高冲击韧性锚杆屈服强度800 MPa，断后伸长率20%，冲击吸收功150 J；高延伸率锚索最大力延伸率8%，抗拉强度1 770 MPa。联合控制技术在宽沟煤矿进行了现场应用，巷帮锚杆受力53～84 kN，顶板锚索受力122～219 kN，锚杆（索）受力均处于安全允许范围之内，顶板浅部和深部未发生离层，在大能量微震事件作用下，支护系统也能保持稳定。

• 深部沿空掘巷含软弱夹层顶板离层破坏特征及控制研究

  常聚才, 郭钇君, 吴博文, 史文豹, 齐潮, 王宏达,

  含软弱夹层顶板对深部沿空掘巷稳定性具有重要影响，为有效控制深部高偏应力沿空掘巷含软弱夹层顶板离层破坏，基于含软弱夹层组合体试件力学试验及受采动影响下沿空掘巷数值模拟试验，获得了软弱夹层层厚、层数和层位对顶板的影响以及偏应力条件下含软弱夹层顶板离层演化规律，阐释了含软弱夹层顶板沿空掘巷失稳主要原因，结合顶板支护载荷和煤柱支撑载荷下的悬臂梁力学模型，对含软弱夹层顶板控制要点进行分析，进而提出离层控制方法。结果表明：随着软弱夹层厚度和层数增加，对组合体力学特性劣化影响逐渐变大，软弱夹层位于低位时对组合体试件的劣化影响强于高位，组合体试件破裂均由软弱夹层产生，并随着层厚、层数和层位的不同呈现差异化破裂发育特征。沿空掘巷后主剪切破裂带由顶板左肩角产生并与软弱夹层邻近岩层破裂区相互连接，导致软弱夹层离层严重，主剪切破裂带发育形态和顶板非协调变形程度随主应力偏转角度以及软弱夹层层厚、层数和层位变化，揭示了含软弱夹层顶板沿空掘巷失稳机理。推导了顶板支护载荷和煤柱支撑载荷下的巷道顶板离层解析式，发现软弱夹层在锚固区内的离层量比在锚固区外减少79%，离层大小各主控因素影响程度及其控制优化顺序依次为煤柱支撑载荷—顶板支护载荷—顶板弹性模量。针对深部沿空掘巷含软弱夹层顶板的离层规律和控制要点，提出了“提高煤柱承载能力、减少顶板裂隙发育、增加软弱夹层顶板变形协调性”的离层联合控制方法。现场离层监测显示顶板最大离层量为10 mm，表明该方法能有效控制含软弱夹层顶板离层。

• 基于掘锚一体机的快速自动铺网技术研究

  胡成军, 李杰, 张坤, 潘格格, 马健, 郭刚, 毕经龙, 杜明超,

  传统铺网作业高度依赖人工，不仅劳动强度大、安全隐患高，而且效率低下，成为制约采掘平衡的重要因素。为实现煤矿井下机器人标准化铺网，通过引入自动化、智能化技术，提升铺网作业效率，减轻工人劳动负荷，增强作业安全性，进而促进煤矿生产的高效、绿色、可持续发展。研究采取了仿真与试验相结合的方法，基于井下特殊环境和作业特点，设计了一种辅助掘锚一体机铺网作业的遥控机械手结构。该结构采用七轴关节型机械臂，搭配顶部抓手，以实现锚网的多角度、高精度铺设。此外，利用先进的计算机仿真技术，对机械臂的动力学性能、运动轨迹规划及受力特点进行分析，通过迭代优化机械臂的结构设计和控制算法，确保其在复杂井下环境中的稳定性和可靠性。同时，针对机械臂的运动控制，开发了一套自适应调整策略，使机械臂能够根据实际工况（如巷道形状、锚网材质等）自动调整运动参数，实现精准、高效的铺网作业。结果表明：自动化铺网设备显著提高了铺网作业的效率，相较于传统人工铺网方式，效率提升超过20%。通过自动化作业，实现了减员33%以上的目标，有效缓解了煤矿井下人力资源紧张的问题。大幅降低了工人的劳动强度，减少了高难度登高作业，降低了工伤风险，劳动强度降低超过80%。同时，自动化铺网过程减少了人为操作失误的可能性，显著提升了作业安全性。未来，随着技术的不断迭代和完善，该技术有望在煤矿智能化建设中发挥更加重要的作用，推动煤矿生产向更加安全、绿色、高效的方向发展。

• 冲击地压煤层智能开采关键技术研究与实践

  祁和刚, 夏永学, 智宝岩, 秦子晗, 程健, 王凯, 王书文, 王宾昌, 杨光宇,

  如何实现深部冲击地压煤层智能安全高效开采是煤炭开采面临的一项重大工程技术难题。该问题的核心内涵在于冲击地压煤层开采的智能化、无人化和本质安全化，通过煤岩冲击风险的智能精准感知与预警，以及采掘工程的自适应与自优化，形成智能防冲控采技术，实现由工程致灾向工程防灾、工程减灾的根本转变。通过开采源头设计、顶板区域压裂、局部靶向治理、强化巷道支护等措施为冲击地压煤层安全高效开采创造低应力环境和巷道安全空间。在此基础上，开发融合静态地质、动态监测、工况环境、人员定位、生产组织、历史数据等信息的大数据分析软件平台，以及融合冲击地压决策信息的智能化开采控制系统，将防冲信息源转化为智能开采控制源，形成了“低压快推，中压慢采，高压停产”的柔性智能推采新模式。通过现场应用表明，在智能防冲控采区，工作面及巷道矿压显现程度更小，煤岩能量释放更稳定，有利于冲击产能的合理释放。

• 基于局部矿井刚度理论的煤柱冲击机理及防治

  高富强, 卢志国, 彭相愿, 娄金福, 曹舒雯, 王晓卿, 陆闯, 杨磊,

  冲击地压频发严重威胁煤炭资源安全高效回收，冲击地压机理研究是预测预警和灾害防治的基础。针对某矿井应力环境稳定且未受到动载影响的条件下发生的冲击事件，引入局部矿井刚度(LMS)概念，并以该矿井冲击事件高发区域为工程背景，综合运用数值分析和现场实测等方法，分析复杂采掘布置条件下大空间尺度采掘作业过程中煤柱力学响应规律，并考察该过程中局部矿井刚度演化。指出采掘作业导致局部矿井刚度降低，煤层及其顶底板系统中能量快速积累，超过煤柱破坏所需能量，在失稳瞬间迅速释放造成煤柱冲击破坏，并对比分析随工作面推进局部矿井刚度演化与现场地音及微震实测数据。基于煤柱冲击破坏机理，结合该矿生产实际，采用大直径钻孔弱化煤体，降低冲击危险性，并以实测微震数据验证防冲效果。研究表明：①煤柱变形、载荷及弹性能量积累随采掘作业整体呈增长趋势，但LMS呈降低趋势，采出空间尺寸及其与研究区域间距离是主要影响因素，LMS对工作面回采响应程度显著大于巷道掘进，工作面回采对LMS降低显著影响范围是巷道掘进的3.67倍，单位推进距离下LMS降幅是巷道掘进的6.41倍。②随工作面推进LMS演化与现场地音及微震数据的良好对应关系，表明煤层回采导致LMS降低直接影响煤柱破坏方式，煤层及其顶底板系统中能量随LMS降低而快速积累，在煤柱承载能力降低时迅速释放，致使煤柱发生冲击破坏。③采用大直径钻孔弱化煤体后，微震能量及频次均显著降低，表明大直径钻孔破坏该区域煤体，降低煤柱峰后刚度，冲击危险性降低。

• 煤层防冲卸压钻孔动载响应规律及其极限性

  潘俊锋, 马宏源, 贺海鸿, 闫耀东, 马小辉, 马文涛,

  冲击危险性巷道围岩遭受外界动载荷扰动，常导致冲击地压发生。为了探索煤层大直径预卸压钻孔在动载扰动条件下的防冲卸压作用，综合采用理论分析、实验室试验以及数值模拟等方法，开展煤层防冲卸压钻孔动载响应规律及其极限性研究。结果表明：大直径钻孔卸压区内的煤体形成弱结构，增大了衰减动载的能力，降低了冲击发生的可能性。低动载扰动下，孔洞裂隙扩展，声发射累计事件随着扰动周期增加呈上升趋势；较高动载扰动下，钻孔煤样损伤破裂程度加剧，声发射事件以高能量为主。随着动载能级和扰动周期增加，应力集中区、弹性高能区与钻孔之间的距离缩短，影响范围增大，围岩运动趋势增强，弹性能集聚程度增加；在低动载能级扰动下，钻孔发挥耗能卸压防冲的作用，能够维护围岩的稳定性，在高能级动载扰动驱动下，大直径钻孔防冲失效，钻孔孔壁易发生动力失稳破坏，造成围岩失稳。总体上大直径卸压钻孔存在弱化结构，能够耗能减冲，降低动载扰动程度，但在高能、高频动载扰动下，卸压钻孔围岩运动趋势增强，破裂响应程度剧烈，防冲效能存在极限性。

• 煤炭开采等地下工程问题的数字岩石力学解决方案

  李海涛, 齐庆新, 杜伟升, 张海宽, 杨冠宇, 王守光, 石晓闪, 李春元, 崔春阳, 郑伟钰, 郑建伟, 何团, 朱维,

  煤炭开采等地下工程的可观测性极为有限，导致很多复杂的工程问题难以获得可靠的事前分析依据，尤其在面临深部作业和高强度开采所带来的全新工程环境时，现有理论体系和技术方案的适用性面临着严峻的挑战。基于数字化时代的技术发展特点，提出了融合数据规律、力学逻辑和工程经验的数字岩石力学解决方案；充分利用工程数据中包含着真实工程规律的客观特点，建立了理论成果、工程经验与数据规律挖掘进行底层融合的具体模式；借助煤岩物理力学参数无损推断场景，验证了上述技术路径的可行性，实现了兼具可靠性和可解释性的数据挖掘利用。进一步构建了以煤岩物性、矿井结构和空间应力为基本要素的数字岩石力学理论体系，提出了以“工程素描—物理嵌入—业务融合—决策生成”为步骤的数字岩石力学地下工程通用作业模式，并通过在复杂工程现场的应用检验了数字岩石力学解决方案的可靠性，为煤炭开采等地下工程的数字化转型、智能化升级提供了切实可行的实现路径。

• 平顶山矿区多煤层卸压立体抽采模式与工程示范

  李延河, 倪小明, 贾晋生,

  平顶山矿区多煤层发育、含气层段多，仅靠井下进行瓦斯治理工程量大、难度高。为了开辟平顶山矿区瓦斯抽采新模式，达到“采一层抽多层”的目的，采用气测录井与含气量测试相结合的方法精准判识了煤系主要含气层段和含气量；采用体积法评价了东部5对矿井采动区和采空区的煤系气资源量。基于“O”形圈理论和“防−抗−让”思想，分别优化设计了采动井、采空井的井位、层位和井身结构，构建了采动区、采空区多煤层卸压立体抽采模式并进行了工程示范。结果表明：① 二1煤层顶板200 m范围内存在四煤组、三煤组、二1煤层顶板60 m范围内的砂岩/泥质砂岩互层段等3处主要含气段。平顶山矿区东部5对矿井的采动区和采空区资源量分别为26.36×108 m3和20.00×108 m3。②采动井最佳井位为0.17～0.28倍采长，且靠近回风巷条带区域；走向上，采动井的间距一般为80～100 m。创建了“大口径、避开岩体变形强烈区、P110梯型扣套管”的采动直井稳孔技术体系和“下行水平轨迹+提高套管强度”的采动L型水平井稳产技术体系，保证了产气通道的畅通性。采空井一般布置在距离回风巷30～50 m的区域，完钻位置一般为二1煤层顶板40～60 m的范围；筛管布置在四煤段顶板至裂隙带底部。③建立了“地面采动直井/定向井−采动L型水平井−采空井”联作的卸压立体抽采模式，实现了多气源立体抽采。截至2024年4月30日，累计抽采纯量达5258.8万m3，总利用量达到3735.4万m3，率先在河南省实现了煤系气产业化开发，示范和引领带动作用显著。

• 地质构造隐蔽致灾因素透明化勘查技术 以新疆屯宝煤矿为例

  王海军, 郑三龙, 王相业, 董敏涛, 吴艳, 马良, 杨伟, 朱玉英,

  煤矿隐蔽致灾因素是制约矿井安全、高效、绿色、智能化开采的关键地质因素，透明地质是实现煤矿隐蔽致灾因素探测的重要技术手段，其中地质构造透明化勘查是重中之重。为建立适用于不同地质条件或煤矿区的地质构造隐蔽致灾因素透明化勘查技术体系，首先在对构造隐蔽致灾因素分析的基础上，提出了区域构造分析入手，地面、井下联合调查的构造隐蔽致灾因素快速排查技术体系，高效圈定矿井地质构造异常发育区、分析其分布规律；基于以往地面地质勘查钻孔资料和三维地震勘探数据初步分析全井田煤层厚度、断裂构造以及顶底板构造起伏形态；采用槽波勘探、定向钻探、超前物探、随采随掘地震、巷道快速写实等综合技术手段，对采掘工作面的地质构造逐级透明化；采用理论分析、工程类比、数值模拟、相似材料模拟、现场工程验证等方法，对地质构造类型、属性特征与煤层厚度、煤岩体结构、瓦斯涌出量、瓦斯压力、顶板矿压的相关性进行分析，研究在开采条件下采掘工作面过断裂构造不同区内的瓦斯参数、顶板/矿压灾害的响应规律，通过特征参数阈值选取实现工作面构造隐蔽致灾因素的监测和预警；利用数字化技术实现对不同地质构造及其灾害属性的数字化表达，通过建模软件实现对构造隐蔽致灾因素的三维透明化显示；构建了区域构造地质研究、隐蔽致灾因素精细勘查、致灾威胁性科学评价、地质构造透明化4个层级的地质构造隐蔽致灾因素逐级透明化勘查技术体系，并在屯宝煤矿进行了工程实践。研究结果表明：屯宝煤矿地质构造类型复杂，不仅发育有地堑式、地垒式、雁列式、挠曲等断裂构造样式，同时发育有小型冲刷带、断层及其破碎带等；复杂地质构造是诱发矿井瓦斯突出、顶板灾害、应力集中以及矿井冲击地压显现等矿井灾害的关键性地质因素，断层对巷道应力集中的影响范围为10～15 m，对工作面的影响范围为20～30 m；工作面内存在瓦斯富集区，瓦斯含量与瓦斯涌出量的分布具有明显分带性，且分带性受断层的控制；煤层瓦斯的含量、瓦斯涌出量随着工作面与断层的距离变化呈现对数相关性，在距离断层25 m处出现明显增加，在大于25 m区域变化不大，在小于25 m区域随着距离的减小呈指数型增大。工作面初次来压位置前后20 m、工作面见方前后30 m为中等冲击危险区域，采空区煤柱影响区、终采线前后50 m、落差大于4 m的断层前后30 m等区域为弱冲击危险区域；冲击地压、顶板和瓦斯等多种矿井灾害的隐蔽致灾因素叠合区域为灾害防治的重点区域。研究成果实现了构造复杂区域地质构造隐蔽致灾因素与矿井灾害透明化的无缝衔接，为煤矿区传统的地质勘查向数字化、智能化的发展提供了可行的技术路径。

• 我国煤矿智能化综采开采技术装备应用现状与发展思考

  袁智, 蒋庆友, 庞振忠,

  煤矿智能化技术是煤炭工业实现高质量发展的核心技术支撑，而煤矿智能开采技术与煤机装备是煤矿智能化建设的关键。在详细分析我国煤矿智能化建设初级阶段现状和煤矿智能化技术装备发展制约因素的基础上，剖析了采煤机自适应规划截割控制、刮板输送设备智能化综合控制、液压支架电液控制、透明工作面地质保障、工作面直线度监控、工作面人员精确定−位及主动防护、工作面AI识别监测等煤矿智能化开采技术的优势和不足，分析结果表明：煤矿智能化建设需求为高端煤机装备产业发展和产业升级带来了前所未有的机遇，现代信息技术与高端煤机装备的深度融合将革新我国煤炭的智能化生产方式，但各种技术瓶颈依旧制约着其高质量发展，距离煤矿实现“少人化、无人化”开采仍存在较大差距。煤矿智能化建设作为一项“人、机、环、管”协同的系统工程，笔者提出了由打破传统的“单兵作战”理念向秉承“有机智能协同”建设理念来破解当前技术瓶颈的建议，例如：加强高端煤机装备向新−数−智转变攻关、完善地−边−端三级垂直安全管控技术、规划感知引导装置由叠加扩充向有机融合转变、建立设备全生命周期数字化管理系统、引导单机智能向群组协同智能转变等建议，以此推动我国煤矿智能化开采煤机装备技术的高质量发展。

• 超高与超长工作面高效综采关键技术及装备发展现状与展望

  李明忠, 赵文革, 闫汝瑜, 王家臣, 雷亚军, 杨征, 韩会军, 张金虎, 冯彦军, 张德生, 黄志增,

  煤炭作为我国经济发展的重要能源支撑，未来一段时间内，其在能源消费中仍将保持主导地位，随着相关技术装备的不断发展，我国部分矿井已实现单井单面产量突破千万吨，煤炭资源安全高效开发是我国未来科技发展的重要方向。依托国家重点研发计划项目“煤矿超高与超长工作面高效综采关键技术及装备”，以超高与超长工作面高效开采为核心，介绍了国内外超高与超长高效综采工作面的岩层控制理论、技术与综采装备发展现状，围绕“超大开采空间全覆岩三维动态破断规律与超高煤壁失稳破坏机理”“超大开采空间强矿压覆岩结构改造及其应力调控机理”“多重动载作用下超高与超长综采装备群动态响应及高效智能协同作业机制”三大科学问题，开展“超大开采空间全覆岩破断运移机理及围岩协同控制理论”“超大开采空间强矿压区域压裂卸压技术与装备”“超高与超长工作面智能开采成套装备”“超高与超长工作面装备群智能协同控制技术与装备”“超高与超长工作面高效综采工程示范”5项技术攻关。实践表明，我国部分超高与超长采煤工作面已形成成套技术及装备体系，为我国地质条件较为简单的厚煤层及中厚煤层矿区煤炭资源的安全、高效、绿色开采提供了可靠保障。指出了我国超高与超长高效综采工作面理论技术与装备及其控制的发展方向。

• 基于矿山工业互联网的选煤厂智能管控体系设计与关键技术

  申斌学,

  为实现选煤全流程自动化、数字化与智能化，构建基于矿山工业互联网的选煤厂智能管控体系，搭建了选煤厂智能管控平台并开展生产应用实践。基于选煤厂实时透视化智能管控总体设计目标，建立了包括边缘层、数据中心、矿山工业互联网平台及业务应用等内容的选煤厂智能管控平台体系，设计了数据中心、业务应用等主要模块，研究了选煤大数据治理、BIM驱动数字孪生、精细化智能分选控制等平台建设相关的关键技术，其中选煤大数据治理技术为充分发挥选煤行业的数据价值提供技术支撑，BIM驱动数字孪生技术实现选煤过程的全链条透视化智能化管理，精细化分选控制为产品煤质量提供了实时在线保障，最终建成具有管理体系标准化、业务流程一体化、数据融合协同化的智能管控、快速决策与分析的选煤厂智能管控平台。平台基于矿山工业互联网技术打通生产管理、安全监测、生产控制与辅助决策等系统，对生产过程进行实时透视化监控、调度和控制，实现生产计划的执行、资源的优化配置，并通过下峪口选煤厂进行智能化管控实践，验证了其在选煤全流程智能感知、辅助决策与精准控制等方面的成效，在提高精煤产品质量和精煤回收率的同时，降低了生产成本、人力成本，减少了停机事故。

• 基于无线电磁传输的防冲钻孔机器人钻进轨迹随钻测量方法

  王忠宾, 司垒, 顾进恒, 魏东, 戴剑博, 辛德忠, 张修峰, 陈航, 邢飞,

  防冲钻孔机器人是高地应力矿井实现无人化卸压的必要装备，研发可靠的钻进轨迹随钻测量系统是保障钻孔卸压效果的重要措施。为此，在分析钻进轨迹算随钻测量基本原理的基础上，研制了基于无线电磁传输技术的钻进轨迹随钻测量钻杆；分析了不同电磁信号调制方式的频谱效益和抗噪声性能，设计了钻杆姿态信号的频移键控（FSK）调制和解调流程，进而开发了先放大后滤波的微弱信号调理系统，设计了相应的功能电路，并基于Multisim软件对其进行了测试，各电路模块满足设计要求。对比分析了5种轨迹解算算法的精度和执行效率，选择了均角全距法进行钻进轨迹解算，研究了基于小波滤波的惯性测量单元测量数据振动误差处理方法，验证了小波滤波算法对于提高姿态角解算精度的有效性。提出了基于拉线位移传感器与机器人动作标志位的钻进深度测量方法，并开展了地面试验与井下试验。试验结果表明：所设计的微弱信号调理系统可以实现煤矿井下微弱信号的接收与处理，基于拉线位移传感器与机器人动作标志位的钻进深度测量方法可以提高钻进轨迹的拟合精度。

• 综采工作面分布式蓄能供液系统研究及应用

  马英, 张德生, 赵叔吉, 张帅,

  为解决综采工作面跟机移架速度慢的问题，提出了基于蓄能器的分布式供液系统，并在柠条塔S1204工作面开展了试验应用。根据工作面的采煤工艺和产能要求确定了跟机移架速度，建立了全工作面供液系统仿真模型，对液压支架单架、双架和三架同时移架的动作过程进行模拟并分析影响移架时间的因素，结果表明：为使工作面生产能力提升到1000万t/a，中部液压支架跟机速度要达到12 m/min以上，需采用双架或三架成组移架来满足其移架时间的要求。为解决该工况压力波动大且易产生丢架的现象，提出在液压支架上设置“蓄能器+单向阀”的分布式蓄能稳压方案，以平衡工作面液压系统瞬时大流量供给不足与平均供液能力过剩的矛盾，并给出了基于流量补偿的蓄能器选型方法。仿真分析表明在安装分布式稳压供液系统后，双架和三架成组移架时间分别减少6.2%和11.5%，尤其在受到其他系统用液扰动条件下，双架成组移架时间可缩短15%以上。井下应用结果表明，安装的分布式蓄能供液系统显著降低了成组拉架中的丢架现象，保证了采煤机运行速度达12 m/min以上；对工作面平均日进尺由16.7刀提高到19.8刀起到重要支撑作用，实现了常态化日进尺22刀，达到了年产1000万t的生产能力，研究工作为综采工作面快速成组跟机移架提供了有效解决方案。

• 延长石油CO2捕集与封存技术及实践

  王香增, 杨红, 刘芳娜, 胡海文, 李超跃, 刘瑛, 梁全胜, 张春威,

  延长石油创新将煤化工CO2捕集与油藏CO2封存相结合，实现了煤炭清洁利用、碳减排和原油增产等多重效益，探索形成了一条煤化工产业低碳发展的新路径。系统阐述了延长石油CCUS全流程一体化技术及矿场实践，形成了煤化工低温甲醇洗低成本CO2捕集技术，捕集成本105元/t，捕集示范规模30万t/a；建立了CO2封存选址及潜力评价方法，评价油田CO2理论封存量为8.84×108 t，封存适宜区主要分布在油田西部；揭示了跨时间尺度油藏CO2封存状态演变规律，水气交替注入情景下CO2封存10年和100年对应的构造、束缚、溶解和矿化封存量占比分别为24.38%、27.19%、48.38%、0.05%和15.09%、38.65%、45.77%、0.49%；创建了盖层封闭性评价方法，明确化子坪CO2封存试验区长4+5盖层主要为Ⅰ、Ⅱ类；构建了“三位一体”CO2安全监测体系，监测未发现CO2地质泄漏，封存安全等级为Ⅰ级，矿场实现CO2安全有效封存10.12×104 t。煤化工CO2捕集与油藏CO2封存矿场实践取得了良好的碳减排与原油增产效果，相关创新技术应用前景较为广阔。