摘要：针对煤矿规划区地面超前预抽井在煤炭采掘引发覆岩运移致使其井筒失稳、报废率高等问题,研究基于煤矿区"四区联动"井上下联合抽采模式开展煤层气地面井"一井三用"抽采技术研发与示范,旨在实现同一地面井在采前预抽、采中协同抽采与采空区残余煤层气回收过程中的全生命周期,提高煤层气地面井井筒服役年限与抽采效率.依托晋能控股集团岳城矿高瓦斯厚煤层分层开采工程,选取该矿2301工作面地面预抽井为对象,开展覆岩运移与井筒响应协同研究,分析"一井三用"条件下地面井井身结构受力与抽采通道演化特征.基于采空区覆岩"横三区、竖三带"运移理论,揭示不同采动阶段井筒所处应力区段与潜在破坏部位,提出井筒局部防护与筛管段保护组合技术,形成由安全防护筛管及割缝套管组成的井筒防变形体系.结合上分层回采后覆岩移动与裂隙演化特征,构建地面预抽井改造再利用工艺流程.工程应用结果表明:将地面井布置于地表沉降拐点连线并适当偏向采场中心的位置,可有效规避采动核心影响区,保障井筒稳定性;通过在井口悬挂、并在覆岩裂隙带内布设割缝套管的改造方式,构建了"井筒—割缝套管—射孔套管—覆岩裂隙"四位一体的高效瓦斯运移通道;在上分层回采后,位于"O"形圈内、背斜构造处以及距回风巷0.2～0.4倍工作面倾向长度范围内的预抽井可实现"一井三用".应用该技术,岳城矿改造地面井累计抽采煤层气5 856.5×104m3,甲烷平均体积分数达51.1％,实现了采前预抽井向采中与采后抽采的功能延伸.通过"一井三用",2301工作面上隅角瓦斯浓度最大值由0.77％降至0.45％,最小值由0.22％降至0.06％,平均浓度由0.34％降至0.25％,上隅角瓦斯超限现象得到了有效控制,为岳城矿的安全生产与瓦斯减排提供了技术支撑.研究形成的"一井三用"抽采模式与井筒保护—通道构建一体化技术,为高瓦斯矿区地面井多阶段连续利用和煤—气协同开发提供了可借鉴的技术思路.

摘要：为削弱DE-XRT(Dual Energy X-Ray Transmission)系统的厚度效应,实现宽厚度范围内煤矸的精准识别和密度预测,深入总结了 DE-XRT的成像原理,并在数据层面上融合了深度相机和DE-XRT.依据煤矸目标尺寸和区域相似性,针对性分区DE-XRT图像和厚度图像,并通过将单像素扩展为多像素集合的方式,实现2类信息更加准确、高效地利用.进一步地,以各分区对应的X射线信息与厚度信息作为依据,利用射线能量衰减公式计算融合信息,并将各分区的融合信息统计为分块矩阵.通过分块矩阵和DE-XRT图像提取多维异构特征,结合Relief特征选择算法及GA(Genetic Algorithm)优化后的SVM(Support Vector Machine)分类器构建了一种适应性强的预识别模型.此外,通过对分块矩阵的变换计算和对大规模样本的统计分析,获取了各密度级煤的模糊区间,并构建了一种基于模糊区间的密度预测模型.该模型充分考虑了使用单一公式计算不同密度级煤的影响,通过建立模糊区间将煤密度的预测问题拆分成多个密度级的预测问题.同时,以待预测目标与区间下限的偏离度表征其与下限密度级的接近程度.试验结果表明:在处理煤密度范围为1.30～1.80 g/cm3、矸石密度范围为＞1.80g/cm3、平均厚度范围为5～100 mm的数据集时,预识别模型的精确率Pre和F1分别为97.522％和0.962.相比现有X射线算法、灰度纹理法及深度学习算法,Pre、F1分别至少提高6.433％和2.888％.密度预测模型的平均误差不超过5.882％,且46.993％的目标预测误差小于4％,93.233％的目标误差小于10％.所提模型可有效减少厚度效应对分选系统的影响,提高宽厚度范围内煤矸的识别和密度预测精度,为智能光电煤矸分选技术研发提供了理论依据.

摘要：柔性刀具扩孔是煤层卸压增透的新式技术手段,为解决现阶段柔性刀具破煤能力不足难题,基于动能一定的前提条件下,通过优化柔性刀具结构参数提高破煤性能.为此,建立了二维柔性刀具破煤数值模型,明确了破煤过程煤体应力场演化和裂纹扩展特征,从细观尺度研究不同安装角度、刀齿数量和刀齿间距对煤体应力演化和裂纹发育规律的影响,明确了动能统一条件下刀齿数量对煤体破坏过程能量演化规律的影响,揭示了安装角度和刀齿间距对煤体裂纹扩展影响机制.结果表明:煤体应力波受刀齿安装角度影响表现为不规则传播,安装角度为0°～20°时为冲击破煤,中间裂纹和侧向裂纹以冲击点为中心向周围辐射,裂纹数量分布均匀;安装角度为25°～40°时为冲击-磨削破煤,冲击作用占主导地位,侧向裂纹发育,刀齿载荷出现双峰值,安装角度35°时破碎面积最大;在动能一定条件下,随着刀齿数量增加能量转化时间缩短、煤体破碎面积增大,双刀齿冲击煤体应变能峰值和应变能集中程度更高,更利于裂隙的快速发育和连通;双刀齿冲击在煤体内部形成连通弧形压应力区,2个冲击点之间力链相互沟通为颗粒间裂隙形成提供前提条件,进而提高煤体破坏效果;存在最优刀齿安装角度,能够改善力的传递效果使煤体破碎面积最大,存在最优刀齿间距,使破碎区域相互连通,充分发挥双刀齿协同破煤作用.

摘要：为降低燃煤发电过程中的CO2排放、水资源消耗,提高垃圾焚烧发电效率,同时提高采用生物法处理污水时的速度和效率,提出将垃圾、污水处理与循环流化床发电机组相结合的耦合系统.在循环流化床锅炉机组旁边分别建设厌氧发酵、生活和工业污水处理系统,其中厌氧发酵系统用于处理食品工业及农林畜牧等行业废弃物;生活和工业污水处理系统则分别用于处理生活污水和工业污水,发酵及污水处理过程中需要的热量来源于汽轮机低温抽汽或排汽余热.发酵产生的沼气耦合燃煤机组发电,沼渣用于生产有机肥料,生活污泥可与燃煤在流化床锅炉内混烧,工业污泥可根据其成分选择入炉混烧或无害化处理.不适合发酵降解的可燃垃圾经过预处理后直接送入流化床锅炉与燃煤进行混烧.对某2×350 MW超临界循环流化床机组耦合垃圾焚烧与污水处理系统后的项目进行了能效计算、应用场景以及收益分析,结果表明:对于人口规模达100万的城市,年生活垃圾焚烧可减少机组标煤消耗11.59万～19.32万t,减少二氧化碳排放30.83万～51.39万t;在沼气利用方面,可与燃煤在炉内直接混烧发电,或利用燃机与燃煤机组进行排烟耦合或蒸汽耦合发电.随着燃机容量的增大,耦合系统的发电效率不断提高,同等条件下,排烟耦合的效率高于蒸汽耦合.该耦合系统还具有节约水资源、降低发酵设施建设成本、节约土地及总投资以及申请财政补贴等多方面收益.综上,循环流化床机组耦合垃圾焚烧、污水处理系统后环境及社会效益显著,尽管该种方式可能面临跨行业、跨部门等现实困难,但仍然值得进一步研究,特别是在新城区的规划建设方面,更具实施潜力.

摘要：基于神东和陕北煤炭基地的覆岩条件,通过对大采高工作面实测来压特征和覆岩垮落高度统计分析,结合物理相似模拟,研究了大采高工作面覆岩垮落特征,提出了大采高工作面等效直接顶的定义.根据等效直接顶对采空区的充填程度,将顶板结构分为充分充填型和非充分充填型,分析了等效直接顶短悬臂梁结构对工作面支架的静载.研究得出:大采高工作面覆岩单一关键层一般形成"高位斜台阶岩梁"结构,该结构滑落失稳是工作面强来压的主要原因.大采高工作面覆岩双关键层下组关键层破断后可以形成稳定的"砌体梁"结构或易发生滑落失稳的"斜台阶岩梁"结构,上组关键层一般形成"砌体梁"结构,即覆岩双关键层形成"双砌体梁"结构或"斜台阶岩梁-砌体梁"结构,常见的是来压较强烈的"斜台阶岩梁-砌体梁"结构.上、下2组关键层关键块的同步与异步失稳是工作面大小周期来压的原因.根据大采高工作面"斜台阶岩梁-砌体梁"顶板结构模型,给出了工作面支架工作阻力理论计算方法,并通过了实例验证,可为大采高工作面顶板控制和支架选型提供理论依据.

摘要：为进一步深入理解煤中小分子的组成结构、赋存方式对其溶出行为及溶出规律的影响,以及小分子溶出后对煤体孔隙结构可能产生的变化,采用石油醚和CS2 2种溶剂对神东煤进行分级分次索氏萃取,并分别对萃取物进行FTIR分析,对萃余物进行孔结构表征.结果表明:累积萃取率与萃取时间关系曲线可较清晰地反映游离态、微孔嵌入态和网络嵌入态3种赋存形态的小分子在不同溶剂中依次溶出的阶段;CS2溶剂渗透性强、溶解性大,对煤中脂肪类和芳香类物质均有效,而石油醚溶剂主要作用于脂肪类物质;对于解离网络嵌入态小分子,CS2溶剂比石油醚溶剂更有效;对于游离态小分子,石油醚溶剂优先溶解具有长侧链结构或长链脂肪烃类小分子,随后CS2溶剂溶解短侧链结构的小分子;对于微孔嵌入态小分子,CS2溶剂优先溶出多环芳烃,随后是多环、两环及单环结构小分子伴生共溶;对于网络嵌入态小分子,石油醚因难以渗入而不能有效解离,CS2溶剂则先解离短侧链结构,经长时间后才能解离长侧链结构或长链脂肪烃;氢键缔合的—OH(—NH)及酚类结构与脂肪族结构基本不存在相伴共生关系;一般只有在脂肪族结构被大量溶出后,氢键缔合的—OH(—NH)及酚类结构才能顺利溶出;溶剂萃取过程中因存在多种效应,孔径演化过程变得十分复杂,但总体上萃余煤总孔容随脂肪族小分子溶出量减少(芳香族小分子溶出量增加)而增大.

摘要：我国煤岩气资源丰富,水力压裂是有效开发煤岩气储层的关键工程技术.由于深层煤岩岩石力学特征、微构造、煤岩气赋存状态和产能控制因素等有别于中浅层煤储层且区块间储层差异大,当前压裂改造技术的适应性仍面临挑战,压裂改造技术创新是煤岩气高效开发的必由之路.首先结合煤岩气储层的地质特征,论述了由此带来的压裂改造技术难题.针对地质特征的特殊性和压裂技术难题,提出了"点解吸,线疏通,面促缝,体支撑"的基质孔缝—割理裂隙协同改造的高效开发理念,并根据其内涵梳理了以下关键问题:①压裂诱导基质孔隙结构和表面性质改造促解吸、渗吸置换以及吸附-游离多态甲烷协同高效供气;②激活割理裂隙,缩短气体扩散距离,疏导基质释放储量;③促进裂缝均匀扩展,"控近扩远"造"长缝网",精准调控裂缝形态;④实现"多级缝宽与支撑剂粒径精准匹配、层理缝平面支撑、割理缝和主缝立体支撑"的煤岩储层压裂缝网全域支撑.结论认为:需要基于深层煤岩的赋存特征和生产特征,进一步研究裂缝参数和生产动态的关系,明确能够满足吸附气和游离气"连续-协同"供气的裂缝参数,为裂缝调控和施工优化提供支撑.深入开展煤层水力裂缝网络扩展规律和裂缝扩展数值模拟技术研究,结合施工净压力双对数图版,实现煤岩气体积缝网的有效调控.采用前置高黏降滤失、造主缝,后置低黏造复杂缝实现"控近扩远"造"长缝网".针对深层煤岩气压裂对裂缝网络体积和导流能力的更高要求,在有限砂液量下使裂缝体积最大化与流动能力最优化,是实现降本增效的有力途径.研发适用于深层煤岩的全域支撑压裂技术,实现"主缝+层理缝+割理缝"长效连通,提高裂缝有效支撑体积.通过多级裂缝、不同铺砂模式下的长效导流能力测试,优化不同支撑剂、纤维的组合模式和配比等.完善现有压裂液体系,探索减水、高砂比低成本压裂液和清洁促解吸剂.

摘要：基于国能神东保德煤矿智能化煤矿建设任务,提出"统一数据、统一模型、统一平台、统一方案"5G+工业互联网智能化矿井建设总体方案,构建"四层+两翼"井下5G综合承载网架构:感知层部署多类传感器采集生产安全数据,传输层以5G+N×100G FlexE硬切片网络为核心实现高效传输,平台层承担数据存储与深度分析,应用层支撑多场景智能化应用;"两翼"为统一数据标准与工业安全防护体系,保障数据互通与网络安全.采用中频满足工作面大带宽需求、低频实现巷道长距离覆盖,通过TDD时隙翻转与SUL技术增强上行传输;依托FlexE切片技术划分5类切片,满足不同业务时延、带宽需求,有效支撑综采巡检、梭车远程驾驶等各类智能化场景.研发四大核心技术:①多行为时序规划快速掘进技术,创新"掘锚一体机+梭车+自移机尾"装备,融合GA-BP神经网络自适应截割、激光雷达路障感知及电力载波通信,解决"最后100 m"运输瓶颈,掘进效率与进尺分别提升10％、15％;②5G+数字孪生长距离定向钻探技术,结合动态方位伽马地质导向提升钻探精准度;③特厚煤层"自动+记忆+智能"三级放煤系统,通过异步递进调度、PID闭环控制与AI(视频+声纹)煤矸识别,平衡煤质与资源回收率;④区域多灾种融合预警技术,整合多源安全隐患监测数据,采用CNN-LSTM架构构建模型,预警吻合度超95％.现场应用显示,研究实现保德煤矿全场景5G覆盖,成功预警水害、甲烷超限等事件,缩短灾害预警响应时间,提升了矿井安全管理水平.该研究通过5G+工业互联网技术与煤矿核心业务深度融合,实现矿井从单一监测向"智能判识、精准预警、联动处置"跨越,为煤矿智能化高质量发展提供技术范式与实践案例.

摘要：煤与共伴生能源矿产作为国家战略性保障资源,具有广泛的共生赋存特征,其绿色、安全、高效、智能协同开发是实现国家能源安全与资源稳定供应的关键保障.系统分析了煤与共伴生能源矿产开发在工程地质保障、矿权划分、共采地质响应、数智化开发技术装备方面的创新挑战,指出能源矿产共采过程中存在地层多相多场耦合响应感知、工艺工序协同部署、地下水扰动径流分布、污染物迁移管控与灾变应急处置等工程技术难题,明确"人工智能+"矿产共采范式是未来资源开发的发展之路.提出共伴生资源无人数智化共采模式,即针对高温、高渗流压、高地应力、低渗透性和互馈式强开采扰动共伴生资源储层响应特征,依托智能感知、数据融合与智能决策技术,构建多模态范式模型与多场景灾害预测-应急防控模型,揭示不同条件下多场耦合的灾害孕育与演化机理;发展具身机器人+边缘计算终端智能集群,构建双向传输的数据链网络,并通过多源机器学习算法训练形成韧性、自愈型分布式与集中式相结合的异构数据体系,实现人机协同远程+自主一体化的精准决策,形成"矿心+矿脑+矿体"的数智化范式.围绕资源共采扰动多场耦合致灾机理、资源一体化开发工艺技术、生态环境修复与链式灾害应急处理、协同开采数智网络与装备范式结构4大关键科学问题,开展共伴生能源矿产高效开发与安全保障、共采区域协同降扰技术方法、地下水调控与污染物迁移防控、矿井水污染防治与净化利用、无人数智共采未来矿区建设及矿井立体环境功能化开发利用6大方向攻关,加快推进煤与共伴生能源矿产共采先导示范工程,为煤系共伴生资源规模化共采提供技术支撑.

摘要：与单一煤层开采相比,近距离煤层群开采时因受上部煤层开采后覆岩结构运动影响,其下煤层开采诱发覆岩结构"重复性"运动及矿压显现规律更加复杂,对下煤层采动巷道围岩控制带来很大不确定性.基于近距离煤层群开采条件下层间坚硬岩层赋存特征与承载结构演化规律,提出了完整承载型、局部承载退化型、局部承载失效型和退化失效复合型4类覆岩结构模型,分析了4类覆岩结构在工作面初次与周期来压过程中的动态演化,揭示了不同开采阶段顶板结构对采场支护与巷道围岩稳定性的影响机制,获得了煤层群开采条件下裂断拱延展倾角演化规律及其影响因素,并综合考虑关键块间的水平挤压力、煤层开采高度、层间距以及覆岩碎胀特征等因素,给出了 4类煤层群开采覆岩结构力学与工程转化条件.然后,以双马一矿近距离煤层群开采为实例,通过相似材料试验与数值模拟相结合的方法,获得了双马一矿煤层群开采覆岩结构类型,并分析了下煤层采动巷道围岩变形破坏及能量演化规律.进一步地,围绕围岩承受能量总值与峰值能量阈值之间的关系,揭示了下煤层采动巷道围岩变形破坏失稳机理,并考虑不同覆岩结构运移对下煤层产生的附加应力影响,提出了围岩失稳判识系数计算方法,给出了围岩失稳能量判据.经计算,双马一矿4-2煤层Ⅰ 0104205工作面采动巷道顶板失稳判识系数为0.246,帮部失稳判识系数为0.962,有一定失稳风险.在此基础上,提出了适用于不同覆岩结构类型的"远场卸压—近场加固"递进式控制技术体系,在对Ⅰ 0104205工作面运输巷进行应用后,锚索受力降低了 17.3％,顶底板和两帮移近量分别减小了 60.5％和61.9％,围岩控制效果显著.最后,对不同影响因素与近距离煤层群开采覆岩结构类型之间的关系进行了讨论.

摘要：黄河流域生态保护和高质量发展是重大国家战略,但水资源短缺已成为其发展的最大制约因素.矿井水作为重要的非常规水资源,充分挖掘其资源属性,不仅具有缓解区域水资源紧张的战略潜力,而且通过减少矿井水直接排放,减缓对地表水环境污染威胁,但目前矿井水总体利用水平不高且区域不均衡.通过系统剖析黄河流域矿井水资源特征与开发利用现状,探索构建了矿井水资源保护与利用的战略框架.研究发现:黄河流域矿井水资源目前呈现明显的区域差异性,涌水强度沿流域呈现自西向东逐级递增的梯度分布格局,涌水总量总体表现为中部高、两翼低的空间格局,水质呈现上游高矿化度、中游类型复杂、下游水质相对较好的梯度特征;根据煤炭产量与矿井涌水量的相对关系,形成了"高产低排型""低产高排型""产排均衡型"和"低产低排型"4种典型模式;矿井水利用率从不足30％到90％以上不等,利用结构以工业用途为主,生态与农业用途拓展不足.借鉴国际先进经验,构建了"空间-功能-时序-体制"四维协同的战略框架,形成"源头减量化、过程无害化、末尾资源化、终端回灌化"的全链条分层治理体系,部署了精准减排控污工程、矿井水智能监控网络、分质分级处理体系、矿井水创新利用模式、区域性回灌储存与地下水修复等重点工程,以及政策法规、协同治理、科技创新等保障措施,推动黄河流域矿井水从"环境负荷"向"战略资源"转变,为区域生态保护和高质量发展提供坚实的水资源保障.

摘要：在全球能源结构加速转型、需求持续攀升的背景下,深地煤炭资源因其丰富储量与巨大能源潜力,日益成为矿业工程领域关注的重点方向.为应对开采难度与环保压力,兼顾经济可行性与可持续发展,深地煤炭资源的开发应在确保高效利用的前提下,推动自身实现减排降碳与绿色转型.基于"深部煤炭资源流态化开采""煤炭化学开采"与"煤基电"等技术思路,系统梳理并介绍爆轰-发电式深地煤炭资源开采模式与技术结构.该模式以煤粉爆轰燃烧技术为核心,结合爆轰燃烧-机械/磁流体前沿发电技术,构建爆轰-涡轮/磁流体(Magnetohydrodynamics,MHD)联合发电系统,为实现煤炭资源的高效转化与清洁利用提供方案支撑.通过对爆轰发电模式及技术架构分析,提出煤粉爆轰能量高效释放机制、爆轰-发电式耦合方案、全生命周期爆轰-发电式动态管理机制以及爆轰-发电式深地采煤新理论与新方法4项基本理论,并围绕煤/瓦斯气固两相稳定爆轰技术、爆轰模型构建与动态过程优化技术、爆轰-发电式发电效率及效益评估、爆轰-发电式采煤方法综合设计4项关键技术展开论述,阐明其在深部煤炭开采实践中的转型升级价值.在此基础上,提出系统化的工程应用策略,阐明开采工艺与爆轰发电模式的协同机制,明确各关键环节的安全管理与过程优化重点,完善爆轰-发电式深地煤炭资源开发的总体路径,为"煤基电"能源体系建设及我国深地煤炭资源的清洁高效利用提供参考.

摘要：建筑物压煤开采一直是困扰煤矿的重大技术难题,为了解决我国这一问题,20世纪80年代开始在近10个煤矿开展了离层注浆减沉试验,取得了一定效果,但由于其实际减沉率达不到建筑物保护的要求,通过离层注浆开采建筑物压煤的技术可行性受到质疑而逐渐被弃用.基于岩层控制的关键层理论和全柱状学术思想研发的覆岩隔离注浆充填技术,2009年率先在淮北矿区成功应用,解决了建筑物压煤开采的难题,应用范围、规模、领域不断扩大.当前,覆岩隔离注浆充填热度有增无减,为促进行业技术健康发展,有必要科学回顾、全面审视发展历程,清晰厘定理论、技术层面的差异,系统论述覆岩隔离注浆充填在理论、技术、实践等方面的创新.在原理层面,鲜明地将技术实质由离层注浆的"寻找离层"扭转到隔离注浆的"压实注浆",坚定了正确的指导思想与理论方向.从采动覆岩卸荷膨胀累积效应审视发现,离层受到抑制作用,最大量通常小于采高的10％,有些条件下甚至没有,离层注浆将重心放在"离层空间"并加以灌注,实践证明其充填量少、注采比小,难以阻止关键层破断下沉,这是离层注浆减沉效果不及预期的根本原因.覆岩隔离注浆的压实注浆方法,变被动"寻找离层"为主动"挖掘空间",通过注浆压力的"托上压下"作用,在关键层破断前将其下部卸荷膨胀岩层重新压实,从而产生可注浆充填空间,大幅提高注采比,在采空区中部形成压实支撑体,对关键层结构产生支撑并保持长期稳定性.在原理创新的基础上,从技术层面攻克了往哪注、注多少、怎么注等3方面难题,将压实注浆由抽象理论转化为工艺方法.在注浆层位方面,创新提出了主层位概念,从根本上确保了注浆充填的控沉效果;通过基于关键层位置的裂隙带高度预计等理论方法的运用,确保了注浆充填隔离层的安全性;尤其是在全柱状学术思想的指导下,针对薄基岩厚松散层条件下覆岩结构由基岩关键层向松散层拱结构转移,覆岩隔离注浆的层位也由基岩进化到松散层底界,并取得了实践创新.围绕充填量与注采比的关键技术问题,从理论上阐明了充填物料由固相浆材到液态浆体再到压实固结的过程,进而根据岩层移动规律确定了充填体在空间上呈梯台状的赋存形态,并提出了考虑岩体碎胀与地表沉陷的注采比计算式,回答了能够注多少以及需要注多少的问题,彻底颠覆了以离层量预计充填量的认知.进而,提出了以注采匹配为核心的注浆控制技术,使压实注浆转化为可控的导向注浆,从源头保障了减沉效果;加之注浆钻孔布置等系列设计方法,与钻孔压力、密度、流量参数监测调控的运用,实现了采动黑箱地层中钻孔注浆的长周期健康运行,以及地表沉陷控制效果的稳定性.在系列理论与关键技术支撑下,覆岩隔离注浆将注采比提高到50％以上,地表下沉系数控制在0.1以下,满足了建筑物保护的要求,实现了村庄不搬迁开采(减沉),以及百万吨级煤基固废的综合利用(减排)、含水层保护(减漏)和矿震防治(减震).发展方向是,针对煤矿固废充填材料不足和"双碳"目标,将CO2作为注浆充填材料,达到减沉、减排、减漏、减震、减碳的"一注五减"效果,实现煤炭资源绿色开采与低碳利用.

摘要：围岩放热是深部高温矿井最主要的热源,其关键参数不稳定换热准数Kuτ直接决定风温预测精度.现有获取Kuτ的方法(解析级数、查图、查表、分段回归、逐巷数值模拟)或计算繁琐,或插值误差大,或无法批量实施,难以满足工程快速、准确、统一计算的需求.为解决上述问题,对巷道围岩与风流不稳定换热准数计算方法展开研究.研究以圆形巷道为对象,建立极坐标下无量纲瞬态导热微分方程,将Kuτ表征为毕渥数Bi与傅里叶数Fo的函数;采用有限体积法离散,节点半径与时间步长按等比级数布置,兼顾剧烈非稳态阶段的精度与后期计算效率,基于Visual Studio自主开发求解程序,在不同Bi、0.01≤Fo≤1000的范围内计算高精度离散解;通过变量转换发现(Bi-Kuτ)-1与Fo-0.5呈高度线性关系,据此构建统一的二次多项式回归公式.计算结果与经典理论解相吻合,验证了数值模型与程序的正确性;回归公式形式简洁、无分段;回归公式平均相对误差1.8％,最大相对误差4.2％,优于既有分段回归;算例显示,巷道通风5d、1a、10a后,不稳定换热准数分别降至初始值的29.0％、7.7％、5.0％,与现实规律一致.该研究给出了 Bi、Fo全域连续变化条件下Kuτ的统一显式表达式,突破了分段拟合的局限,形式简洁,可直接嵌入风温预测软件,实现上百条巷道围岩散热秒级精确计算,为深部矿井热害快速评估及降温设计提供了可靠、高效的工具;该方法可扩展至非圆形断面及非均质围岩,后续将耦合风流温湿过程,实现全矿井热环境动态预测.

摘要：近10年来,我国冲击地压防控事业成效显著,科学防冲理念已深入人心,成体系的政策制度与技术方案为煤炭资源开发筑牢了安全屏障.然而,随着煤矿开采深度不断增加、开采强度持续提升,全国冲击地压矿井数量已达177座(不完全统计),且呈逐年上升趋势.与此同时,矿井产能"整体西移"至"晋-陕-蒙-新"核心产煤基地,"单矿集中"的现代化矿井模式让防冲工作面临全新挑战,缺乏现成经验可借鉴,冲击地压已成为制约这些区域产能科学合理释放的关键因素.当前,煤矿深部开采与千万吨级产能的工程背景,大幅压缩了防冲工作的容错空间与试错机会,传统"经验尝试、先干后调"的模式已无法应对现有挑战,尤其是地面压裂、井下超长孔等覆盖大范围采掘空间的区域性措施,对差异化与精准化的要求达到了新高度.尽管行业内已公认从源头实现冲击地压有效防控是最优路径,但如何将这一理念转化为可执行、能落地的科学理论、工程技术与专用装备,仍缺乏清晰解决方案.值得关注的是,近年来数字化、智能化技术的飞速发展,为冲击地压防控带来了新机遇,数字化源头防控等全新技术范式呼之欲出.在此承前启后的关键时期,系统梳理我国冲击地压的现状与问题,深入解析核心矛盾,不仅能为煤炭行业高质量发展提供必要的认知基础,更能为构建精准化、数字化的防冲体系提供方法论支撑.

摘要：针对我国冲击地压矿井的安全需求,为落实国家无人员伤亡、无巷道破坏、无设备损坏的"零冲击"管理目标,提出了"零冲击"防治分级目标及技术路径.①最高目标为"冲击不发生",技术路径为"应力不超限".理论推导得到了煤体压缩型冲击地压、顶板拉伸型冲击地压和断层剪切型冲击地压等3类冲击地压的临界应力公式.对"应力不超限"进行分析,系统地研究了 3类冲击地压的实际应力与开采条件和地质条件的影响关系,以及临界应力与煤岩变形系统的几何参数和自身物理力学参数的关系."应力不超限"可通过降低实际应力和提高临界应力实现,并系统地梳理了 3类冲击地压降低实际应力和提高临界应力的工程措施.②基本目标为"冲击不破坏",技术路径为"能量无剩余".理论推导得到了 3类冲击地压的能量释放和能量吸收公式.对"能量无剩余"进行分析,系统地研究了3类冲击地压的最大释放能量和吸收能量,开展了岩石试样及支护结构的冲击试验,结果表明:岩石试样钻孔结构能够吸收冲击能量,减少岩石试样的整体破坏.吸能装置能够大幅度提高支架吸能能力,吸能装置吸能量占支架总吸能量的78.6％."能量无剩余"可通过减小冲击地压释放能量和增大围岩与支护吸收能量实现.系统地梳理了减小3类冲击地压释放能量的工程措施,以及增大围岩吸收能量和增大支护吸收能量的工程措施.③底线目标为"冲击不伤人",技术路径为"空间有保障".分析得到冲击伤人的巷道变形量为:断面收缩率超过20％,支护变形量超过20cm."空间有保障"可通过吸能装置实现,吸能装置通过让位变形分担液压支架的冲击变形量可达70％,对巷道支护结构形成保护并将支护变形量控制在20 cm以内.工程措施为:巷道采用吸能液压支架进行加强支护,根据冲击地压最大释放能量、冲击载荷方位以及巷道条件选取合适类型及型号的吸能液压支架.研究证实,"零冲击"防治目标可通过控应力、控能量、控空间实现,为冲击地压矿井实现"零冲击"提供理论与技术支撑.

摘要：煤炭地下气化(UCG)是将地下煤炭通过可控燃烧原位转化为可燃气体(H2、CH4、CO等)的化学采矿方法,是深部煤炭资源实现清洁高效利用的重要技术手段.煤炭地下气化结束后会形成大量气化腔,是实现二氧化碳地质封存的优质天然空间.然而,目前煤炭地下气化存在反应过程控制难、产气品质和稳定性差、气化腔稳定性难以保证、盖层长效密封性不佳等问题,制约了该技术的推广应用.论文聚焦深部煤炭地下气化耦合二氧化碳封存(UCG-CCS)的发展前景,系统地梳理了三方面的国内外研究进展:一是地下气化产物生成规律与调控方法;二是多场耦合条件下气化腔三维演化特征;三是气化腔封存CO2热烧变围岩密封性动态演化机制.在此基础上,凝练出了目前需要迫切解决的3个核心科学难题:①原生致密煤体热质输运条件下高效产气调控机制不清;②多场耦合条件下煤炭地下气化腔围岩次生弱面形成机制不明;③化学-力学耦合作用下气化腔密封性动态演化机制不清.进而,总结了 UCG-CCS面临的三大关键挑战:如何实现煤炭地下气化长期稳定高效产气、如何实现高采出率条件下气化腔结构稳定性控制、以及如何实现煤炭地下气化腔CO2长效安全封存.最后,展望了未来研究的攻关方向,为实现深部煤炭资源的清洁高效开发利用与二氧化碳的长效安全封存提供参考.

摘要：煤炭是我国的主体能源,是保障我国能源安全的压舱石和稳定器.我国2/3以上的煤炭分布在干旱缺水地区,低品质煤约占全国煤炭储量的40％.随着综合机械化采煤技术的大范围推广应用,细粒煤(＜6mm)的产量达到了原煤的40％以上,≥6mm粗粒煤的干法分选技术已在许多矿区实现稳定工业应用,但是针对＜6 mm细粒煤的干法分选分选精度有限.同时,原煤开采过程中的水力致裂、喷水降尘等导致开采出的原煤水分较高,达到15％以上,颗粒间易团聚.亟需开展潮湿低品质细粒煤高效干法分选理论与技术的研究.研究聚焦于已实现工业应用的气固流态化分选、振动-气流协同分选技术提质瓶颈,依据其在潮湿低品质细粒煤工况下的流态响应、界面形成机制及装备适应性等研究现状,归纳了"气固流态化分选密度离析调控与跨尺度流动耦合机制""振动-气流协同分选低品质细粒煤稳定力场的可控构建""颗粒-水分-热力非均衡耦合脱水热质传递机制"等关键科学问题,梳理了微细加重质气固分选流态化、振动-气流协同分选、流化床干燥与蒸汽瞬态闪蒸技术等方面的试验研究、数值模拟与理论模型工作,针对微细加重质气固流化床,汇总了床层膨胀、压力波动、气泡动力学、电容层析成像(Electrical Capacitance Tomography,ECT)等表征结果及相应的流型判据、密度调控关联式与非稳定性定量指标;针对振动-气流协同分选,归纳了床层振动加速度响应、团涌结构演化、颗粒三维动力学与界面形成规律,以及高频振动配合梯级布风的参数组合特征;针对干燥过程,整理了含湿颗粒液桥力学、振动-气流耦合下的传热传质规律和基于非平衡态热力学的干燥动力学模型,以及饱和蒸汽加压-瞬时释压闪蒸工艺的能量分布与水分迁移特征.在上述研究基础上,将干燥脱水、干筛分级与干法分选等环节进行过程重组,总结并讨论了面向＜6 mm细粒煤的"干燥-干筛-干选"联合提质工艺思路:通过适度脱水削弱液桥黏附,利用干筛构建窄粒级物料体系,再结合气固流化床或振动-气流协同装备实现干法分选,以拓展干法提质的适用煤种与粒度范围.总体而言,现有研究在跨尺度耦合机理、流态稳定性定量表征与干燥-分选一体化设计方面已形成一定基础,但在复杂工况下的多场耦合建模、智能监测与自适应控制、与余热利用和减碳目标的协同耦合等方面仍有待进一步探索.研究可为后续细粒煤高效干法提质理论研究和工艺优化提供参考.

摘要：近年来,我国煤矿关闭数量逐渐增多,废弃矿井采空区成为潜在地下水污染源,以高硫酸盐矿井水为主要特征.采空区内原生微生物群落在一定条件下可驱动硫循环,激发采空区矿井水硫酸盐自然削减的潜力.为探究关闭煤矿采空区矿井水水质演化控制机理及硫酸盐去除的微生物机制,以西北典型煤矿为研究对象,通过设计5种不同条件下的长期室内微宇宙试验(试验组、煤多组、加培养基组、加培养基和微生物组、灭菌组),利用水化学测试、16S rDNA高通量测序等测试手段,系统探究了矿井水硫酸盐去除的水化学特征与微生物作用机制.水化学特征研究结果表明:试验组与煤多组体系内的SO42-含量先升后降,加培养基组SO42-含量降低96％,加培养基和微生物组SO42-含量降低95％,灭菌组SO42-含量降低57％,水化学指标说明在保持无氧并提供可利用碳源情况下,关闭煤矿采空区具备实现矿井水中硫酸盐低成本生物去除的潜力.微生物测序研究结果表明:外源微生物可能破坏土著微生物生态代谢网络,采空区体系中存在降解煤中大分子有机物的菌属,与硫酸盐还原菌形成协同体系,3组(加培养基组、加培养基和微生物组、灭菌组)硫酸盐还原菌相对丰度显著升高,最高可达70.1％、79％,说明微生物还原过程是控制硫酸盐去除的关键.根据上述研究成果,阐明了关闭煤矿采空区矿井水水质演化机制:在无外源小分子碳源条件下,土著SRB处于低活性或休眠状态,采空区矿井水水质演化由黄铁矿氧化、矿物溶解及黏土矿物吸附等水化学作用所主导;而添加外源碳源后,微生物作用成为主要控制因素;碳源的类型与质量浓度决定了关闭煤矿采空区矿井水水质演化过程水化学场-微生物场相互转化、相互耦合的方向.若能驯化或富集具有煤有机质降解能力的土著菌群,可实现矿井水低成本处理.

摘要："十四五"时期是我国煤炭工业履行保障能源安全核心使命,并加速向智能化、绿色化、融合化转型,实现高质量发展的关键阶段.系统总结了"十四五"时期我国煤炭工业科技创新取得的主要进展,分析了行业发展面临的新形势与新挑战,统筹国家战略要求与产业演进规律,提出了对"十五五"时期科技创新方向的思考."十四五"时期,煤炭行业科技创新体系不断完善,在地质勘查、矿井建设、绿色开采、灾害防治、煤机装备、煤矿智能化、清洁高效利用、生态修复、节能环保、职业健康10个关键领域取得了一系列重大突破与标志性成果,行业整体实现了从跟踪模仿到部分领域并行乃至领跑的重大转变.当前国际能源格局深刻变革,国内能源结构加速调整,面向"十五五"时期建设能源强国与现代化产业体系的新要求,提出"十五五"时期煤炭科技创新在国家安全保障、能源体系建设、行业转型升级3个方面的发展目标:以推进煤炭科技自立自强保障巩固国家能源安全,以发展煤炭清洁高效利用支撑构建新型能源体系,以拓展AI应用驱动智能化建设引领行业转型升级.结合3个目标并梳理国家相关产业政策要求,提出对"十五五"时期煤炭科技创新的6个方向思考:①深部煤炭资源开发.重点攻关深部开采基础理论、安全开采保障技术、颠覆性前沿技术;②产业链自主可控.全力推进开采装备、运输装备、自主可控工业控制系统及智能运维平台的国产化攻关与产业化应用;③煤炭清洁高效利用.重点加强绿色开采、清洁利用、低碳转化、新型煤基材料等方面的技术攻关;④煤与新能源协同融合发展.通过盘活矿区空间资源、推动生产用能清洁替代、构建源网荷储一体化系统,将矿区升级为多能互补的综合能源基地;⑤煤矿智能化技术升级.围绕智能掘进、智能采煤、露天智能采剥、智能选煤、辅运及其他系统,突破常态化稳定运行技术瓶颈,实现少人无人化开采;⑥人工智能+煤炭场景.大力推动AI技术在安全生产、煤炭转化、煤机制造、知识图谱、具身智能、辅助编程等领域的深度应用.提出构建高水平科技创新体系的5个方面举措,从而形成推动煤炭工业实现高质量发展、支撑中国式现代化建设的持续创新合力.