煤炭工程

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1. 京西关停矿井开发利用规划研究

李学彬, 周玉颖, 张军, 等

煤炭工程 2024, 56 (1): 1-7. doi: 10.11799/ce202401001

摘要（73）

PDF（mobile）（3205KB）（31）

京西矿井关停后将形成71万m3的可利用特殊地下空间和774万m2的地面工业广场，近千亿资产被闲置。针对京西矿井现状，响应北京总体规划，通过建设国家级安全生产事故预控与应急处置技术实验实训和科普基地(一期)作为京西关停矿井开发利用的首期工程。京西基地建设内容包括防灾减灾救灾技术支撑平台、应急管理能力培养课程体系、基础条件建设、应急管理信息化研发实训平台、应急管理特色学历教育课程体系、应急实训演练与知识文化科普平台6部分，具体由26个建设模块组成，共需要配置专业仪器设备1827台、开发课程54门、图书文献156套、引进培训师资180人次、改扩建工程设施1609套(项)，利用千军台井地下巷道约3147 m，最终建成服务安全生产和应急管理的国际一流科教培基地。

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2. 连采连充膏体充填工艺系统设计与应用

吴建华, 李玉增, 王壮

煤炭工程 2024, 56 (1): 8-13. doi: 10.11799/ce202401002

摘要（87）

PDF（mobile）（2644KB）（12）

针对查庄煤矿工业广场下压煤开采问题，设计了连采连充膏体充填工艺系统，给出了参与灰浆制作与矸石破碎处理设备的各项参数，在保证膏体质量的基础上实现了绿色充填。采用充填工业泵对膏体进行泵送，充填巷道上端口采用喷射机进行上三角密封，从而保证了接顶率。在进行采动影响分析时发现，膏体充填后顶板最大离层量为205 mm，地表最大下沉量为27 mm，地表建筑在I级建筑物损坏等级之内，证明了方案的可行性，有效解决了该矿“三下”压煤开采问题。

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3. 厚煤层大采高智能化综采工作面关键技术研究与应用

孙延斌, 陈宝东, 吴涛, 王百晓

煤炭工程 2024, 56 (1): 14-20. doi: 10.11799/ce202401003

摘要（63）

PDF（mobile）（5298KB）（16）

针对付村煤矿井下综采装备落后、开采成本高的问题，综合考虑生产安全、经济效益、资源回收等多方面因素，提出了在付村煤矿建立厚煤层大采高智能化工作面的构想。根据付村煤矿3上煤层赋存条件，基于智能化工作面设备集成控制平台，结合大采高液压支架智能化电控系统、大采高采煤机智能化控制系统及移动互联网云存储系统，重点突破了工作面主要设备姿态监测、大采高工作面智能化开采工艺、远程控制与集中监控等技术，实现了采煤机自主定位、记忆截割、液压支架自动跟机移架、全工作面一键顺序启停、故障自动顺序停机、三机协同控制，优化升级了矿井信息化系统，建立了智能化综采工作面互联网云平台。结果表明：自2017年11月在付村煤矿3上1008工作面进行工程应用以来，工作面生产班工作人员从12人减少为5人巡视检查，减员率达50%以上，日采煤达6000 t，技术应用效果显著，建立了枣矿集团6 m厚煤层智能化开采的生产模式，为厚煤层大采高智能化生产系统的发展提供示范与实践基础。

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4. 新型本质安全电源保护电路设计

邓佳楠, 郭庆瑞, 余波, 等

煤炭工程 2024, 56 (1): 21-25. doi: 10.11799/ce202401004

摘要（46）

PDF（mobile）（1697KB）（9）

为了解决本安电源过流和短路的安全问题，设计了一种用于本质安全电源的新型保护电路。该电路通过电流镜电路按一定的比例复制主路电流，并由副电路采样电流信号，经过放大、移位处理后接入比较器负输入端，比较器正输入端接入短路检测信号。该新型电路的功能是当电源负载发生过流或短路故障时，滞回比较器输出过流或短路控制信号，迅速关断主电流开关，从而实现对负载主电路截断的保护|同时启动微电流开关，检测短路故障是否消除，使得故障消除后能够自动恢复主电流开关电路。此外，电源保护电路的软启动电路可用于解决电源启动过程中的浪涌电流可能会造成过流保护误动作的问题。

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5. 面向煤矿集团的一体化综合管控平台研究

汪杰, 李晓华, 万一帆, 等.

煤炭工程 2024, 56 (1): 26-31. doi: 10.11799/ce202401005

摘要（63）

PDF（mobile）（1427KB）（9）

为确保煤矿集团公司层级对下属煤矿企业安全生产管控的及时性、精准性及有效性，促进煤矿企业安全高效生产，提出了一种面向煤矿集团的一体化综合管控平台。平台采用B/S架构设计了以接入层、基础设施层、数据资源层、业务支撑层及应用层为核心，安全运维管理和标准规范为保障体系的总体架构，详细阐述了业务子系统、可视化大屏子系统及移动应用APP三大功能模块设计及平台实现。实际应用结果表明，平台运行稳定、效果显著，可满足煤矿集团公司层级对下属煤矿企业安全生产监管和辅助决策需求，对促进煤矿集团公司数字化转型升级具有一定的推动作用。

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6. 山西省煤矿区生态现状评价

霍海鹰, 任书樣, 彭可平, 等

煤炭工程 2024, 56 (1): 32-40. doi: 10.11799/ce202401006

摘要（83）

PDF（mobile）（15854KB）（18）

针对当前煤矿区周边生态环境日益恶劣的问题，基于生态学概念，分别从生态敏感性、生态源地以及生态安全格局三方面对山西省煤矿区当前的生态现状进行评价。在生态敏感性方面，综合坡度、坡向、高程、植被指数以及土地利用类型五个因子，生成煤矿区综合敏感度，得出各煤矿区生态敏感性程度|并利用MSPA分析方法对生态源地进行识别，得出煤矿区对生态源地影响的程度|最后利用MCR分析方法对山西省煤矿区生态安全格局水平进行评价。结果表明，长治、临汾、晋中等市生态敏感度高的煤矿区较多，同时这些市区内煤矿区影响生态源地的面积较大，朔州、运城、长治等市煤矿区生态安全格局较低，在未来生态修复工作中需要对其着重治理。

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7. 巷旁充填留巷顶板结构分析与围岩控制技术

贾靖, 卢志敏, 任伟, 等

煤炭工程 2024, 56 (1): 41-48. doi: 10.11799/ce202401007

摘要（68）

PDF（mobile）（3298KB）（31）

为研究沿空留巷顶板结构特征及其支护技术，基于弹性力学薄板理论，建立了沿空留巷顶板悬板结构模型，推演了两种边界条件下悬板主应力表达式，构建了应力比例系数作为薄板破坏判据，研发了沿空留巷巷内顶板斜拉锚索加强支护、巷旁超高水材料复合支护技术。研究结果表明：锚网索支护沿空留巷过程中实施超前预裂切顶，顶板可形成悬板结构，该结构随上覆顶板运动可形成一对边简支一对边自由和一对边固支简支一对边自由两种悬板形式|在矿山压力作用下两种悬板破坏部位不同，可以此作为布置顶板斜拉锚索的依据|顶板斜拉锚索对悬板起悬吊和水平挤压作用。现场试验结果证明了理论分析的可靠性。

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8. 大柳塔52606工作面沿空留巷围岩走向非均匀破坏机制研究

迟国铭, 周海丰, 李刚, 等

煤炭工程 2024, 56 (1): 49-56. doi: 10.11799/ce202401008

摘要（44）

PDF（mobile）（8711KB）（6）

大柳塔煤矿沿空留巷工作面混凝土墙及煤柱受力变形与煤层埋深呈现明显相关性，为获取埋深影响留巷侧围岩非均匀破坏的机制，以52606工作面开采为背景，采用相似材料模拟实验和理论分析的方法对岩层垮落结构及应力分布规律进行研究。结果表明，埋深增加，对应的周期来压步由10 m逐渐增加至约20 m。支承压力应力升高区范围增加，应力集中系数增加，应力峰值位置距离工作面距离减少。工作面顶板裂隙密度增加，不利于在埋深大区域形成支撑结构，不利于留巷稳定。埋深较大的终采线侧垮落角为34°，埋深较小的开切眼侧垮落角为43°。垮落角减小悬臂结构长度增加，破碎围岩支撑力减弱导致埋深大区域巷道发生大变形。

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9. “衰退—死亡”型陷落柱综合探查治理及发育特征研究

安丰存, 杜海鹏, 冯辉, 等

煤炭工程 2024, 56 (1): 57-62. doi: 10.11799/ce202401009

摘要（40）

PDF（mobile）（3397KB）（7）

为了研究华北型煤田“衰退-死亡”型陷落柱发育特征及对采掘的影响，以肖家洼煤矿221302工作面运输巷陷落柱的探查与治理为例，通过井上下综合物探及钻探探明了岩溶陷落柱的分布位置及范围，采用X衍射和扫描电镜测试分析了陷落柱胶结物的主要成分，并根据钻孔涌水、注浆量及塌孔等异常现象推断了陷落柱的发育形态特征。结果表明：探查地质异常体为呈近似圆锥状的陷落柱|上部充填物压实胶结较好、导水性差，下部具有一般导水性，将其划分为“衰退—死亡”型，包含堆石段、过渡段、泥石浆段及岩块碎屑段|陷落柱注浆治理后，检验孔未出现异常，掘进面无涌水，底板隔水层有效厚度远大于掘进需要安全隔水层厚度，可确保巷道安全掘进。

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10. 灰岩含水层定向钻孔注浆效果智能评价方法研究

李文昕, 贾东秀, 陈建刚, 等

煤炭工程 2024, 56 (1): 63-69. doi: 10.11799/ce202401010

摘要（53）

PDF（mobile）（4774KB）（3）

基于黄河北煤田邱集煤矿现场注浆工程，通过XGboost、支持向量机、K近邻和BP人工神经网络四种算法，对灰岩定向钻孔的注浆效果进行科学分析。研究表明，XGboost、支持向量机、K近邻的模型精度均达不到09，而BP人工神经网络测试的拟合程度达093，使用现场数据测试准确度达09，证明了BP人工神经网络评价注浆效果的可行性和准确性|最后运用MATLAB提出了一种基于BP人工神经网络的注浆效果智能化评价方法，并根据模型制作了简单的演示平台，实现了注浆效果评价的智能化与快捷化。

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11. 成熟区块煤层气加密井堵漏工艺优选

李蜀涛, 朱韩友, 尹中山, 等

煤炭工程 2024, 56 (1): 70-77. doi: 10.11799/ce202401011

摘要（32）

PDF（mobile）（4897KB）（4）

为解决沁水盆地成熟区块加密井钻井施工过程中井漏的问题，基于研究区块实钻井身结构，建立三维井筒裂缝模型，采用Ansys-Fluent软件分别模拟常规堵漏浆、承压堵漏浆、凝胶堵漏浆在地层裂缝中的流动情况，并利用现场施工实例对仿真结果进行验证。结果表明：堵漏耗时方面，凝胶堵漏＜承压堵漏＜常规堵漏|固井环空水泥返高方面，凝胶堵漏＞承压堵漏＞常规堵漏|完井承压耗时方面，凝胶堵漏＜承压堵漏＜常规堵漏|结合三种堵漏工艺的优缺点表明：若发生单点漏失，且漏失层位明确，则采用凝胶堵漏效果较好|若漏失点较多，且漏失层位不明确，则采用承压堵漏效果较好。此外，优选堵漏工艺结合井口加压工艺相对于常规静止堵漏工艺，堵漏耗时更短，漏失地层承压能力更高，堵漏效果更好，且所需承压设备现场易制作，操作简单，适用性更强。

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12. 浅埋煤层综放开采导水裂隙发育特征及隔水层稳定性研究

张金金, 杜航, 张嘉晨, 訾龙

煤炭工程 2024, 56 (1): 78-85. doi: 10.11799/ce202401012

摘要（56）

PDF（mobile）（4696KB）（4）

针对我国西北浅埋煤层保水开采关键隔水层N2红土稳定性不足及水资源保护等问题，研究了陕北榆神矿区薄基岩厚土层典型工作面综放开采导水裂隙发育特征及其对N2红土隔水层稳定性的影响程度。结果表明：理论计算得到导水裂隙带发育高度为57.9～113.9 m，现场实测所得结果121.10～139.79 m|数值模拟分析不同工作面推进距离下导水裂隙带发育规律，当工作面走向长度达到170 m后，导水裂隙高度增长缓慢，最大值为96.5 m，煤层开采导水裂隙带贯穿基岩后基本发育至N2红土层底部|基于层次分析方法(AHP)构建N2红土层采动损害评价模型，明确了影响N2红土关键隔水层稳定性的主要因素，基于导水裂隙带发育高度、红土层厚度、红土层与主采煤层间距因素评价结果，并考虑红土层残余厚度进行保水开采结果评价，确定隔水层稳定判据，提出基于裂隙发育特征的隔水层稳定性评价方法。研究结果对于陕北煤田类似条件煤炭绿色开采及保水采煤具有重要参考意义。

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13. 复采工作面煤自燃危险区域划分及综合治理技术研究

王崇景, 杨峰, 李可可, 等

煤炭工程 2024, 56 (1): 86-92. doi: 10.11799/ce202401013

摘要（53）

PDF（mobile）（1842KB）（9）

针对运河煤矿F1301复采工作面煤自然发火事故，基于F1301工作面开采的实际情况，对工作面自然发火隐患进行分析，根据进回风巷钻孔的气样数据将工作面巷道两侧采空区煤自燃的危险程度分为高风险、一般风险和低风险三个级别，对此提出防灭火监测监控系统及综合治理技术，并在实际工程中得到应用，应用结果表明，各观测钻孔内CO浓度整体呈现波动下降趋势，最终稳定在0.024‰以下，有效抑制了采空区内遗煤的氧化进程，消除了F1301工作面开采过程中邻近1301、1302采空区的煤自燃隐患，有利于保障F1301工作面后续的顺利回采。

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14. 布尔台矿综采工作面主运巷道矿压显现规律研究

范东林, 陈苏社, 王庆雄, 等

煤炭工程 2024, 56 (1): 93-97. doi: 10.11799/ce202401014

摘要（69）

PDF（mobile）（6505KB）（6）

针对神东矿区特大型矿井在较深开采深度下矿压显现规律研究不足的问题，以布尔台煤矿22209综采工作面为工程背景，研究较深埋深条件下高开采强度综采工作面主运巷道矿压显现规律，结果表明：巷道表面位移监测显示，主运巷道顶板、正帮、副帮均未发生明显变形，巷道围岩变形可控|煤壁钻孔应力监测显示，在距离煤壁45 m左右的位置开始进入超前应力影响区域，应力值增幅开始明显，在10 m左右位置应力增幅明显增大，煤壁可能会出现帮鼓、片帮，甚至存在炸帮的可能性，推测此段处于超前支承压力峰值区域，必须严格执行超前锚杆索防护|数值模拟分析，在锚杆与锚索支护方式下，主应力和剪切应力均不同程度缩小了范围，围岩的完整性得到提升，顶板塑性区块的数量下降，以拉伸破坏为主，巷道两帮塑性区范围变小，且以剪切破坏为主。

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15. 李村煤矿顶板定向长钻孔瓦斯抽采参数优化研究

申海生, 邹虎, 刘垒, 等

煤炭工程 2024, 56 (1): 98-104. doi: 10.11799/ce202401015

摘要（84）

PDF（mobile）（4027KB）（10）

针对高抽巷工程量大、成本高、影响采掘接替等问题，分析了顶板定向长钻孔的合理布置范围、抽采机理及关键影响因素，并根据正交实验和方差分析确定了抽采效果敏感性指标。在李村煤矿1305工作面进行了顶板定向长钻孔代替高抽巷的试验，试验结果表明：顶板定向长钻孔达到了高抽巷瓦斯抽采的效果，将上隅角瓦斯浓度控制在安全范围内，且其施工进度快，成本低，有效解决了李村矿采掘接替紧张的局面。

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16. 高地应力缓斜半煤岩巷道断面形状优化研究

王志强, 尹安然, 李敬凯, 等

煤炭工程 2024, 56 (1): 105-112. doi: 10.11799/ce202401016

摘要（50）

PDF（mobile）（2433KB）（4）

为了优化高地应力缓斜半煤岩巷道的断面形状，以东欢坨矿3018工作面运道为工程背景展开研究。通过复变函数理论推导得出了倾斜煤层中不同断面形状的应力解析解，然后运用FLAC3D数值模拟求解了不同断面形状巷道的应力集中和塑性区情况，并以此为基础确定了巷道最优断面形状，最后结合现场工业性试验对研究结果的可靠性进行了验证。研究结果表明：高地应力作用下缓斜半煤岩巷道破坏呈现非对称形式|不管断面形状如何，巷道均在左、右两底角处呈现高应力集中，且应力集中程度矩形>梯形>直墙拱形|直墙拱形巷道稳定性最佳，梯形巷道次之，矩形稳定性最差，确定直墙拱形为最终巷道断面形状|现场巷道表面位移量监测结果表明，直墙拱形巷道更能满足现场安全生产要求。

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17. 近距离下煤层上覆岩层裂隙发育规律与上行开采研究

张志勇, 刘媛媛, 李延锋

煤炭工程 2024, 56 (1): 113-118. doi: 10.11799/ce202401017

摘要（64）

PDF（mobile）（6645KB）（16）

针对上行开采覆岩运动可能会使上覆煤层的整体性遭到破坏，造成上覆煤层无法开采的技术难题，以某矿9煤工作面开采对上覆5煤的影响为工程背景，采用理论分析、数值模拟、相似材料模拟等手段，研究了近距离煤层下煤开采后上覆岩层覆岩破坏情况、岩层裂隙发育规律及工作面矿压显现规律等问题，得到如下结论：近距离煤层下伏9煤开采后上覆岩层塑性区范围，其中三带判别法得垮落带高度平均9 m，导水裂隙带高度36 m|比值分析法K为19.99，大于中硬岩层7.5|围岩平衡法得上覆5煤安全开采的必要层间距为45 m，远小于5煤与9煤层间距60 m|数值模拟表明，近距离煤层下伏9煤工作面开采后上覆5煤位于下煤层开采后形成的塑性区域内，在留设保护煤柱区域内不会存在应力集中现象|相似模拟表明，近距离下伏9煤开采后，5煤最大下沉值为10 mm，模型垮落带高度基本在15 cm左右，符合矿山压力及覆岩运动发展规律|该矿近距离下伏9煤开采后上覆5煤开采是可行的。

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18. 基于力学模型构建的留巷切顶高度确定与围岩控制技术

辛亚军, 吴春浩, 杨俊鹏, 等

煤炭工程 2024, 56 (1): 119-126. doi: 10.11799/ce202401018

摘要（57）

PDF（mobile）（3124KB）（17）

以顺和煤矿2401运输巷道沿空留巷为工程背景，分析巷道围岩结构特征，基于巷道局部空间结构稳定性，分别构建了沿空留巷未切顶与切顶力学结构模型，并以巷道不同切顶高度进行物理相似模拟试验。结果表明：巷旁采空区切落的矸石增加对关键块的支撑力，同时弱化关键块对直接顶悬壁端部挤压，巷旁支护阻力减少35.78%|随着切顶高度增加，巷道顶板采空区侧端部悬臂由F型缓慢过渡到大I型，同时大保护结构具有向上平移趋势，相比于未切顶1巷，4 cm切顶2巷、8 cm切顶3巷与16 cm切顶4巷叠加应力峰值分别下降9.38%，28.13%，25.00%。结合巷道顶板岩性，最终确定切顶高度为8.2 m，留巷段采用三列单体液压支柱作巷旁支护，长短锚索超前补强，巷道围岩稳定，较好满足使用要求。

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19. 基于物质-场分析的可拆卸矿用锚具的优化设计研究

罗文, 毛爱菊, 杨俊彩, 等

煤炭工程 2024, 56 (1): 127-133. doi: 10.11799/ce202401019

摘要（30）

PDF（mobile）（2601KB）（1）

预应力锚固技术在煤矿巷道顶板支护中被广泛应用，但目前针对预应力锚索锚固结构的卸锚仍采用手工操作，缺乏安全成熟的研究和成果。本研究分析了锚环-夹片-锚索三者之间物质-场关系，确定了传统矿用锚具卸锚过程中的关键问题，通过消除非有效完整功能的物质-场模型、减缓有害功能的物质-场模型等两个方面进行分析，借助实验室试验对其进行结构优化。最终提出一种可拆卸矿用锚具，并在井下进行了应用试验。试验结果表明，相较于目前常用的矿用锚具，论文提出的可拆卸矿用锚具在实现快速高效拆除的同时，所需拆卸力小，锚索剩余应力实现归零，卸锚过程安全可靠。

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20. 巨厚坚硬岩层运移对采场超前支承压力影响实验研究

许斌, 张沿, 徐维正

煤炭工程 2024, 56 (1): 134-140. doi: 10.11799/ce202401020

摘要（45）

PDF（mobile）（3229KB）（10）

为了揭示采场超前支承压力在受巨厚坚硬岩层运移影响之后的演化规律和变异特征，以杨柳煤矿典型巨厚坚硬岩层赋存条件为模型，运用物理模拟和机械模拟实验方法进行模拟研究，并与无巨厚坚硬岩层的采场模型进行比较。通过研究发现：采场中巨厚坚硬岩层对其支承压力的影响，主要集中在巨厚坚硬岩层发生破断之前，其应力集中程度高、影响范围广、影响程度剧烈|临近巨厚坚硬岩层破断前，覆岩中有巨厚坚硬岩层时的超前支承压力峰值和影响范围分别为无巨厚坚硬岩层时的1.15倍和1.9倍|巨厚坚硬岩层处于稳定状态时或已发生破断后，采场支承压力峰值和影响范围相对无巨厚坚硬岩层采场较小，对采场超前支承压力的影响相对较弱|支承压力峰值的增大势必会使采场前方煤壁的影响范围增大。

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21. 拉挤成型锚杆环氧树脂基体及复合材料杆体力学性能研究

王存飞, 杨增福, 陈亚芹, 等

煤炭工程 2024, 56 (1): 141-147. doi: 10.11799/ce202401021

摘要（34）

PDF（mobile）（2532KB）（4）

针对高强度复合材料锚杆拉挤成型的应用需求，开发了酸酐固化环氧树脂基体。研究了树脂基体的流变性能、固化性能和浇注体力学性能，并建立了Arrhenius粘度模型来预测树脂的粘度特性。结果表明，开发的环氧树脂基体具有粘度低、工艺操作期长、固化反应放热集中等优点，树脂浇注体的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度分别达到了74.25 MPa、4.48%、127 MPa，性能满足高强度复合材料锚杆拉挤生产工艺及性能要求。实验选取高强度玻璃纤维拉挤成型制备了直径22 mm的全螺纹复合材料锚杆，杆体的拉伸强度、横向剪切强度分别达到了1027.3 MPa、223.6 MPa，符合高强度复合材料锚杆要求。

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22. 冲击地压多参量智能化监测分析及预警研究

史志红, 巩思园, 曹远威, 等

煤炭工程 2024, 56 (1): 148-155. doi: 10.11799/ce202401022

摘要（54）

PDF（mobile）（5250KB）（6）

针对张双楼煤矿冲击地压成因复杂、预警监测单一造成的预警准确率低的问题，基于冲击地压智能化预警平台，对张双楼煤矿冲击地压现状及监测预警效能进行分析。在智慧矿山理念背景下，以“应力场-能量震动场-变形场”为监测预警框架，从引发冲击地压的内因和外因两个维度出发，提出了以应力、震动波、钻屑量和地音值为参量的多参量监测预警方法，结合参量分析技术对冲击地压发生前各监测数据变化特征进行系统全面评价，为张双楼煤矿冲击地压预警与科学及时解危提供依据。现场应用结果表明，多参量监测预警方法的综合预警能力及准确度显著优于单一指标预警系统，为矿井安全开采和智能化矿井建设提供了参考借鉴价值。

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23. 数字孪生驱动的综采装备虚拟生产关键技术与系统

朱怀森, 杜文勇, 李娟莉, 等

煤炭工程 2024, 56 (1): 156-161. doi: 10.11799/ce202401023

摘要（57）

PDF（mobile）（2578KB）（4）

为提升煤矿井下综采工作面智能化水平，研究了基于数字孪生和虚拟现实的综采装备虚拟生产关键技术，构建了数字孪生驱动的综采装备虚拟生产系统。该系统基于综采装备动态仿真技术和综采工作面离线仿真技术，以及基于数据驱动的虚实双向交互映射技术与虚拟监测技术，构建了综采工作面离线仿真系统和半实物仿真系统。将上述虚拟综采工作面离线仿真系统和综采工作面半实物仿真系统集成为数字孪生驱动的综采装备虚拟生产系统并进行了测试，结果表明：所构建的虚拟工作面离线仿真系统能够实现对物理工作面准确与可靠的孪生仿真，综采工作面半实物仿真系统能够使虚拟液压支架准确执行所下发的动作。综采装备虚拟生产关键技术与系统的应用有望为煤矿井下综采设备的智能监测与运行方式提供新思路，为煤矿井下提高生产效率、降低生产成本、降低事故风险等方面带来积极的影响。

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24. 基于预想故障信息的矿山电网可靠性评估

于群, 王安东, 古锋, 等

煤炭工程 2024, 56 (1): 162-169. doi: 10.11799/ce202401024

摘要（65）

PDF（mobile）（1564KB）（3）

随着煤矿安全和生产对电网稳定性依赖程度的不断提高，准确地评估煤矿供电系统的安全水平变得日益重要。一般电网评估策略常利用平均状态水平来表征系统的安全性，其忽略了电网中极端个体元件对于整个系统的影响，因此不能准确地描述煤矿供电系统的安全水平。结合煤矿电网实际运行特点，提出了一种基于预想故障信息的可靠性评估策略。该策略通过分析系统整体与个体的综合评估方法来评判系统的安全等级|与此同时，在权衡效益与安全的前提条件下，提出了可靠性成本与停电损失成本两个经济性指标，并利用最小二乘算法对系统历史数据进行曲线拟合，得到系统经济和安全的特征权重以及用来描述系统安全性与经济性的关系曲线图，从而获取系统的最优运行方式。最后通过实际算例验证了所提评估策略的可行性。

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25. 煤矸分拣多机械臂任务分配问题研究

董雅文, 孙家祺, 张宝锋, 等

煤炭工程 2024, 56 (1): 170-176. doi: 10.11799/ce202401025

摘要（45）

PDF（mobile）（3095KB）（3）

针对煤矸分拣过程中分拣率低、大粒度矸石分拣效果差等问题，通过考虑矸石粒度、分拣时间、矸石与分拣区边界距离等因素，构建矸石优先级模型|采取分拣机械臂放置矸石后不复位的方式，提出了一种煤矸分拣多机械臂任务分配策略，并以分拣率为标准进行评判，最后，采用本研究分配策略和传统的分配策略进行仿真。结果表明：本研究分配策略比传统的分配策略分拣效果更好，提高了7%～10%的分拣率，减少了大粒度矸石的漏拣数量|当矸石的间距不变时，矸石数量变化对分拣率影响较小，分拣率波动在3%左右，验证了本研究分配策略的有效性|矸石间距对分拣率和分拣机械臂数量的影响较大，当矸石的间距增大时，分拣率得到提高|矸石间距在250 mm以上时，3个分拣机械臂能保证较高的分拣率。

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26. 酸腐蚀对煤动态拉伸强度及能量耗散影响的试验研究

郑翔, 韩文梅

煤炭工程 2024, 56 (1): 177-182. doi: 10.11799/ce202401026

摘要（50）

PDF（mobile）（1779KB）（3）

地下煤层经常受到酸性水腐蚀作用和开采爆破等动荷载扰动作用，为了研究酸腐蚀对煤动力学行为的影响，利用分离式霍普金森杆(SHPB)实验技术，对经过pH=2和pH=4的酸溶液处理的煤样进行动态拉伸试验，并基于X射线衍射技术(XRD)测试结果，探究酸对煤的损伤机理与力学性能之间的相关性。结果表明：煤的动态拉伸强度表现出显著的速率依赖性，而酸腐蚀会削弱这种速率效应，酸性越强，削弱作用越显著。加载速率相同时，不同煤样的拉伸强度大小关系为原煤＞pH=4＞pH=2。经酸腐蚀后的煤耗散能与耗散能增长率都有明显降低。XRD测试表明，酸对煤的损伤表现在其对煤中无机矿物及小分子有机物的去除作用，这将导致煤力学性能下降。

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27. 复合药剂强化浮选精煤加压脱水效果研究

毕海怡, 樊民强, 武晋川, 等

煤炭工程 2024, 56 (1): 183-190. doi: 10.11799/ce202401027

摘要（54）

PDF（mobile）（4139KB）（4）

为了降低浮选精煤滤饼水分、加快成饼速度，选择分子量为700万的非离子型聚丙烯酰胺(PAM)和非离子型表面活性剂(L-64)，采用分别添加和混合添加等加药方式，在实验室加压过滤系统进行了脱水试验。通过接触角测量、红外光谱测试、滤液表面张力测量和絮团形态观测的方式研究复合加药强化脱水的机理。结果表明：PAM能加快脱水速度但降水效果一般，L-64能明显降低精煤水分但过滤速度一般|复合添加药剂能有效减少成饼时间和降低滤饼水分，相同药剂添加量的情况下，先加PAM后加L-64更有利于降低滤饼水分，先加L-64后加PAM更有利于减少成饼时间。提出了基于滤饼水分和成饼速度的双目标脱水效率强化水平评价模型，给出了复合药剂的最佳用量。复合加药能提高煤表面的疏水性，降低滤液表面张力，并且形成疏松透气性良好的絮团结构，有利于煤颗粒间毛细水的脱除，具有降低滤饼水分、提高过滤速度的双重功效。

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28. 结构参数对水力旋流器壁面磨损的影响研究

吉日格勒

煤炭工程 2024, 56 (1): 191-198. doi: 10.11799/ce202401028

摘要（40）

PDF（mobile）（2480KB）（2）

水力旋流器壁面磨损影响水力旋流器的使用寿命和分级效率，为了解决水力旋流器壁面严重磨损的问题，利用Fluent软件，首先分析了其内部流场和固体颗粒的运动特性，并探究了水力旋流器的结构参数进口形式和底流口直径对其壁面磨损的影响规律。搭建了一套水力旋流器壁面磨损试验装置进行磨损试验，与数值模拟的结果进行比较，验证了仿真模型的准确性和可靠性，为水力旋流器结构优化、防磨措施的提出提供了依据。

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29. 气化细渣残炭的低温活化及其在超级电容器中的应用

朱嘉琪, 宋金玲, 韩宝宝, 等

煤炭工程 2024, 56 (1): 199-206. doi: 10.11799/ce202401029

摘要（54）

PDF（mobile）（2800KB）（6）

为了高值化利用煤炭气化细渣，以气化细渣残炭为原料，KOH为活化剂，制备了具有多孔结构的碳材料。首先探究对比了不同碳碱质量比对制得的活性炭的结构和电化学性能的影响，结果表明：在N2气氛下、500 ℃活化90 min、碳碱质量比为1∶2时，活化的气化细渣残炭(CK-2)具有更好的电化学性能，在电流密度为0.5 A/g 时，其质量比容量达到86 F/g，表现出了良好的倍率性能，较之前未处理的气化细渣残炭提高了约1.5倍。然后，将筛选的活化材料CK-2为活性物质组装为对称型电容器，在2 A/g的电流密度下，能量密度达到4.72 W簚h/kg；10000次循环后，电容能保持初始值的89%，表现出了较优的能量密度及循环稳定性。

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30. 情绪因素影响下的煤矿企业冲突管理演化博弈分析

李琰, 肖雨晨

煤炭工程 2024, 56 (1): 207-213. doi: 10.11799/ce202401030

摘要（38）

PDF（mobile）（1714KB）（4）

为了系统地研究非理性情绪对于煤矿企业中矿工和管理者冲突的影响，构建了基于RDEU理论的矿工与管理者冲突博弈演化模型，并对收益赋值，进行模拟仿真分析，得到了情绪对于博弈主体行为策略的影响。研究结果表明，当博弈主体带有悲观情绪时易于采取对抗性的强硬策略，反之当其带有乐观情绪时，倾向于采取让步性的缓和策略。且矿工和管理者的情绪以及对另一方选择策略的概率判断对其自身的行为决策具有显著影响。为煤矿企业有关部门实现冲突的有效管控提出了合理建议。

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31. 可移动式液压支架外加载及比压测试技术研究

赵锐, 刘欣科, 杨建新, 等

煤炭工程 2024, 56 (1): 214-219. doi: 10.11799/ce202401031

摘要（41）

PDF（mobile）（5051KB）（8）

为解决液压支架让缩性能、底座比压等测试项目的检测检验以及现有液压支架试验装置无法进行外加载的技术难题，设计了一种可移动式液压支架外加载及比压测试装置。该装置采用12根气液组合功能加载油缸作为外加载动力源及比压测试数据采集元件，可分别用于外加载和底座比压测试。外加载测试时，利用基于高精度刚性液压同步油缸调整技术的多缸同步加载实现测试装置的外加载功能|比压测试时，根据试验装置承载外载荷时不同区段的“气弹簧”沉降位移及压力数据的相互关系得到比压分布数值。通过在不同的试验台对不同规格液压支架进行让缩性能和比压测试试验，发现外加载测试过程平稳、比压测试数据采集快捷准确。实际测试表明，该装置具备在不同的液压支架试验装置间进行共享使用的功能，可有效解决液压支架外加载及比压测试的技术难题。

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32. 基于图像识别的煤矿带式输送机自适应调速系统设计

张文科, 郭瑜, 赵辉

煤炭工程 2024, 56 (1): 220-224. doi: 10.11799/ce202401032

摘要（59）

PDF（mobile）（2815KB）（19）

为了实现节能减排，设计了一种基于图像识别的煤矿带式输送机自适应调速系统。针对调速系统的关键问题——准确快速地获取煤流信息，基于普通摄像机设计了一种高效准确的煤流检测方法，通过基准图像和待测图像的配准获取煤流的横截面，再采用蒙特卡洛法计算煤流区域面积。对该方法采用Python语言和OpenCV图像处理函数编程进行试验，试验结果表明，该系统煤流检测速度快、精度高，满足调速系统的实时性要求，且具备改造升级成本低、维护容易、环境适应性强等特点，在煤炭开采领域具有广阔的应用前景。

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33. 煤炭工业发展关键技术突破与超级煤矿建设

王国法, 庞义辉

煤炭工程 2024, 56 (10): 1-11. doi: 10.11799/ce202410001

摘要（140）

PDF（mobile）（4196KB）（32）

为了发展煤炭领域先进生产力，助力煤炭工业高质量发展，研究了近年来我国采场围岩控制技术发展历程，分析了采动应力演化规律及围岩断裂失稳过程，创新提出了超大采高工作面围岩断裂失稳力学模型、控制准则及液压支架合理工作阻力计算方法。系统阐述了我国综采技术装备发展历程，研发了最大采高10 m的超大采高综采成套装备，以及最大支护高度7.0 m的超大采高综放成套装备，解决了西部矿区浅埋深、坚硬、厚及特厚煤层安全高效开采技术难题。系统分析了我国主要煤炭产区煤矿智能化建设现状、关键技术、取得的建设成效及存在的主要问题，提出了智能化超级煤矿的定义、特征及内涵，研究了典型超级煤矿建设成效与经验，并从标准体系、数据体系、技术体系、管理体系、生态体系建设等方面阐述了未来煤炭工业主要发展方向。

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34. 我国煤层水害基本架构及发展情势

武强, 朱慧聪, 胡辰睿, 等

煤炭工程 2024, 56 (10): 12-21. doi: 10.11799/ce202410002

摘要（94）

PDF（mobile）（2780KB）（23）

为了解决煤炭资源安全高效开发过程中面临的煤层水害问题，基于近20余年间煤层水害事故的统汇分析，提出了“隐蔽突水致灾因素”萌生、煤层水害“三要素”定型、多要素耦合孕灾、突破临界状态激发灾变和灾变后负效应显现等5个煤层水害的主体构成阶段，依据各阶段独立属性特征，将煤层水害概括为顶板水害、底板水害和老空水害3个主类，以及巨厚基岩含水层高势能涌(淋)水、岩溶陷落柱导升突水、同位水平空间侧向涌水等11个子类，并对不同类型煤层水害的孕灾致灾诱因、发育发展过程机理、灾变显现特征等进行阐述。最后，对我国煤层水害的未来发展情势做了简要展望和分析。

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35. 我国大采高综采技术与装备发展现状及展望

黄忠, 黄志增, 范志忠

煤炭工程 2024, 56 (10): 22-30. doi: 10.11799/ce202410003

摘要（118）

PDF（mobile）（2610KB）（18）

为了促进我国大采高综采技术及装备的快速发展，实现煤炭安全高效的开采，分析了我国大采高综采的发展历程，梳理了大采高综采从改革开放初期的技术探索、技术引进、国产化替代再到创新引领的整个过程和成功经验，结果表明，大采高综采是我国能源保供的重要技术支撑，通过持续不断的理论研究支撑了开采技术创新，进而带动了煤炭行业全产业链的技术升级，促进了我国煤机装备制造业的跨越式发展;未来相当长一段时间，技术创新依然是煤炭产业发展的基础，唯有通过工艺创新，方能推动大采高综采技术向高端化、智能化、绿色化方向发展;以能源安全新战略引领发展新质生产力，是我国煤炭行业发展的必由之路。

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36. 煤矿冻结立井井筒机械破岩智能化建设工艺及关键技术分析

刘志强, 宋朝阳, 程守业, 等

煤炭工程 2024, 56 (10): 31-39. doi: 10.11799/ce202410004

摘要（75）

PDF（mobile）（3161KB）（26）

目前以钻爆法为主的短段掘砌综合凿井技术逐步成熟，煤矿立井建设深度已突破1000 m，逼近1500 m。然而钻爆法凿井依然存在下井作业人员多、作业环境恶劣、作业风险高和设备智能化程度低等现实难题，井筒非爆破破岩智能化建设技术已成为煤矿井筒建设技术发展的重要方向。为探索西部富水软弱地层井筒机械破岩高效智能化建设技术新思路，从井筒建设工艺、地质保障技术、智能钻井装备、协同作业技术4个方面，开展了煤矿冻结井筒机械破岩智能化建设工艺及关键技术分析。基于多工序平行作业快速建井的理念，以地层冻结技术解决地层涌水和软弱地层易失稳的难题，以反井钻机和竖井掘进机为机械破岩钻进的核心装备，提出了冻结井筒机械破岩智能化建设新工艺|提出“冻结+反井钻机钻井+永久支护”的建井工艺，分析了冻结地层反井钻机钻井装备可行性，剖析了冻结地层反井钻机钻井冻结壁控制、扩孔钻进、快速支护等方面的9项关键技术|提出“冻结+竖井掘进机钻井+钻-支平行作业”的建井工艺，分析了冻结地层竖井掘进机钻井装备可行性，剖析了冻结地层竖井掘进机钻井井帮稳定控制、破岩智能钻进和钻支协同作业等方面的9项关键技术，以期推动井筒安全、快速、绿色、智能化建设技术的发展。

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37. 错层位开采基础原理与灾害防治应用研究综述

王志强, 李廷照, 林陆, 等

煤炭工程 2024, 56 (10): 40-47. doi: 10.11799/ce202410005

摘要（77）

PDF（mobile）（10833KB）（8）

为改善综放开采中存在的煤炭采出率低、围岩支护困难、瓦斯排放高和冲击地压频繁等问题，从错层位开采的基础原理、错层位开采灾害防治模型和工程应用等3个方面综述了错层位开采研究进展。总结了综放开采引发矿井灾害的原因为顶煤大范围、高强度垮落使得煤层和顶板中积聚的能量快速释放，连锁引发一系列围岩大变形、瓦斯超限和冲击地压等矿井灾害。阐述了3种基于错层位开采的矿井灾害防治模型，分别从围岩环境与塑性发育的角度阐述了错层位双巷联合支护机制|从孔隙率与流场浓度的角度阐述了错层位开采与综放开采的瓦斯浓度分布特性|从弹性应变能与耗散能的角度阐述了错层位开采与综放开采的能量分布特性。阐述了错层位开采技术实际工程应用，分别以华丰煤矿1411工作面、镇城底煤矿18111工作面和老公营子煤矿5(9)工作面为工程案例进行了分析，现场实测数据表明错层位开采技术能够明显降低工作面开采过程中的超前支承压力和上隅角瓦斯浓度，能够有效防止矿井灾害的发生。未来，基于错层位开采的矿井灾害防治还需要在基础理论方面进行深入研究，研究错层位采空区充填条件下岩层移动和能量演化规律，实现对地表沉陷灾害的治理，研发错层位工作面的全面智能化开采技术，达到安全开采、绿色开采和智能开采的目标。

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38. 滚筒采煤机发展历程及关键技术探讨

张强, 刘文卓, 田莹, 等

煤炭工程 2024, 56 (10): 48-63. doi: 10.11799/ce202410006

摘要（73）

PDF（mobile）（20581KB）（15）

在全球能源转型与“双碳”目标背景下，采煤行业正经历从传统机械化、自动化向智能化升级的关键阶段。文章详细阐述了国内外滚筒采煤机及其智能化发展历程：国外，以英国安德森公司、德国艾柯夫公司、美国久益公司为代表在采煤机及智能化方面取得了显著突破，尤其是在记忆截割和远程监控等技术领域|我国滚筒采煤机发展相对较晚，但近年来通过自主创新，在采煤机高端装备和智能化技术方面取得了一定的成果。文章从采煤机智能感知技术、智能控制技术、智能通讯技术以及智能诊断运维技术4个方面介绍了采煤机智能化关键技术，指出高效智能采煤机可靠性保障技术、智能化综采工作面高压供电技术、多源信息融合感知与交互技术、采煤机强人工智能技术、采煤工作面数字孪生技术以及采煤机组机器人化技术是未来采煤机的重要趋势，对我国煤矿智能化建设起到指导作用。

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39. 矿井提升系统存在的安全问题及对策措施

李玉瑾

煤炭工程 2024, 56 (10): 64-70. doi: 10.11799/ce202410007

摘要（65）

PDF（mobile）（1249KB）（18）

为保证矿井提升系统的安全稳定运转，文章对矿井提升系统存在的安全问题进行了详细的分析与总结。主要介绍了矿井提升系统振动冲击限制技术，立井提升系统过卷防治技术，矿井提升系统松绳、跑车事故防治技术，深井提升钢丝绳失效研究及防治技术，立井特大罐笼全无轨运输防偏载及锁罐技术和摩擦式提升系统打滑事故防治技术，最后进行了立井提升系统卡罐事故分析。针对矿井提升系统存在的相关安全事故，分析了各种问题的动力学特性，得出了研究结论，并针对提升系统的安全问题，对国家标准、规范提出了相应的修改建议，给出了具体的对策措施。

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40. 矿井智能通风系统关键技术及其应用研究

寇子明, 高贵军, 薛羽宁, 等

煤炭工程 2024, 56 (10): 71-81. doi: 10.11799/ce202410008

摘要（77）

PDF（mobile）（9851KB）（29）

矿井智能通风系统是矿井地下开采的主要系统，实现矿井通风智能化是实现智能开采、建设智慧矿山的主要技术保障，主要涉及主通风机系统的倒机智能化、局部通风智能化、矿井巷道通风匹配智能化。为了提升主通风机系统的倒机智能化水平，针对北方寒冷地区煤矿风门被冻住的问题，提出具有加热功能的风门以防止风门被冻住，通过仿真研究对比了单出口结构和多出口结构的内部加热结构散热效果，优选出单出口结构的加热风门为实施方案，为实现一键倒机的自动实现提供基础，在此基础上研究并提出了基于防冻风门的不停风倒机控制工艺。针对局部通风机智能调节，提出了基于机械控制方式的叶片角度控制方式，能够实现两级风叶角度单独控制，增大了风机调控范围。以上研究成果在兴峪煤矿落地实施，实现了上述方案在工业上的应用，并取得良好效果，为矿井智能通风系统及其应用提供了新思路。

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