煤炭工程杂志

煤炭工程杂志2025年第2期

• 技术工具迭代驱动下煤炭设计领域新质生产力发展趋势研究

  赵玉栋,夏晓庆,郑建伟

  基于设计工具演变的视角，深入梳理新中国成立以来煤炭设计行业设计工具的发展脉络，探索从传统的手绘图纸、机器绘图到计算机辅助设计（CAD）及建筑信息模型（BIM）的发展变化，揭示了科技创新在推动生产力发展过程中的重要作用。目前我国煤炭行业正处于新质生产力培育的发力期，呈现出加速向数字化、智能化转型发展的典型特征。通过对扩展现实（XR）、区块链技术在煤炭设计行业中的应用场景进行系统研究，对人工智能（AI）驱动的生成式“设计大模型”在提升设计创新方面的发展潜力进行深入探讨，并以此为基础，提出了“设计大模型”的四层架构，对其在煤炭设计行业中的应用前景进行展望。依据煤炭设计行业基于技术扩散理论的生产力跃迁演化规律分析，随着智能化设计工具的持续迭代升级，在加速培育和发展煤炭行业新质生产力及新型生产关系的当下，生成式“设计大模型”等智能设计工具极有可能成为新时代煤炭设计行业的关键性创新工具，成为引领煤炭行业实现数字化和智能化革命性发展的核心驱动力量，推动煤炭设计行业实现高质量发展。

• 国家能源集团煤矿重大灾害防治多维度管控模式研究

  王海兵,苏越,刘忠全

  针对国家能源集团煤矿安全生产面临的多灾种耦合威胁及智能化转型需求，构建了分层级、多维度、内外协同的煤矿重大灾害防治管控模式。提出“并存灾害分级治理、单一灾害分类治理”原则，构建了包含安全产能、规划计划、智能化等9个维度的管控体系，建立“集团-子分公司-矿井”三级责任链与“源头防治-过程管控-保障环节”全流程机制，通过淘汰高风险产能、制定五年防治规划等举措，实现灾害防治从经验驱动向数据驱动的转型，矿井防灾抗灾能力显著提升。该研究成果推动煤矿安全生产从被动应对向主动防控转变，为“双碳”目标下能源安全保障提供理论支撑与实践范例。

• 煤化工企业高盐废水处理技术设计

  程海涛,王小强,王煜乾,等

  针对中煤内蒙古蒙大新能源化工有限公司回用水装置浓缩单元产生的高盐废水CODcr变化大、硬度高、总硅高、盐分高的特点，文章介绍了处理该废水的改造设计。改造采用的工艺组合为“高密池+多介质过滤器+超滤+离子交换树脂+反渗透+除硅沉淀池+纯化+纳滤+高级氧化（AOP）+多效蒸发结晶”。系统改造后整体运行稳定，纳滤分盐效果佳，水回收率达98.1%，回用于循环水站，副产盐氯化钠纯度98.8%，达到《煤化工副产工业氯化钠》（T/ CCT 002—2019）工业干盐一级标准，无水硫酸钠纯度99.3%，达到《煤化工副产工业硫酸钠》（T/CCT 001—2019）A类一等品标准；盐回收率88.2%，杂盐率11.8%，实现了水和盐的资源化利用，达到零排放标准。

• 井工煤矿开发过程甲烷排放核算方法现状及趋势

  张进华,陈伟崇,刘冰,等

  控制煤炭开发过程碳排放是实现我国碳中和目标的重要板块，开展准确的碳排放监测和核算是一切碳减排技术实施的基础和前提。基于全生命周期法和井工煤矿开采常规工艺流程分析了井工煤炭开发过程甲烷排放主要来源及核算边界，针对重点排放源CH4，梳理了现有碳核算模型中CH4计算方法，结合当下我国“双碳”战略和第28届联合国气候变化大会COP28 最新协议精神，探讨现有井工煤矿碳核算中CH4计算方法存在问题和技术难题。研究指出井下开采过程甲烷排放和矿后活动甲烷排放是煤炭开采过程重点监测对象，是碳核算偏差较大的主因，是未来开展精细化监测、核算和核查的重要方向。在此基础上分析了井工煤矿监测存在问题和未来技术方向。

• 碳中和目标下绿色矿山智慧零碳建筑的经济性分析

  李科峰,孙晶

  针对近年来随着工业化进程的不断推进，而随之产生的资源约束趋紧，环境污染严重，生态系统退化的问题，文章通过对矿山建筑建设过程中绿色节能技术、材料的应用，利用生命周期理论及经济评价理论，论证绿色节能技术、材料应用于煤矿建筑的经济性。并选取煤炭行业的典型建筑，以碳中和思想为引领，践行绿色、智慧矿山理念，将全寿命周期费用理论、绿色建筑节能设计与工程经济学进行融合，对煤矿的联合建筑采用绿色建筑节能设计的经济性进行了分析。工程应用实例证明：通过节能材料选择、合理的绿化布置、清洁能源的应用，联合建筑节能效果显著。最后建议进一步加强政策性引导同时引入人群感知变量并将其量化作为现金流的组成部分，使智慧零碳建筑得到更好的推广。

• 大跨度重载荷钢结构桁架施工质量缺陷纠偏技术

  张炜,王明,张化全

  东周窑煤矿清洁能源改造项目乏风平台的大跨度钢结构桁架在施工过程中由于施工工序及施工管理失误等诸多原因，导致大跨度钢结构桁架产生竖向变形位移及钢结构框架支撑柱产生水平方向变形位移的严重质量缺陷，直接影响设备安装、安全使用。针对上述问题，采用后张法折线形预应力高强度钢索配合两侧外侧对称设置钢丝缆绳对大跨度钢结构桁架反向加载，同时辅助大型吊车在大跨度钢结构桁架中间点施加垂直向上拉力使桁架垂直变形及支撑框架柱水平变形回归纠偏技术。该纠偏技术不仅成功消除了结构质量缺陷，而且纠偏效率高、成本低，同时不改变桁架及支撑框架柱原设计整体安全，实现安全高效纠偏技术效果，具有较高的应用推广价值。

• 特厚煤层动压沿空巷道非对称底鼓机理及控制

  张琪

  针对采掘关系紧张导致多重采动压力影响下特厚煤层沿空巷道底板非对称破坏问题，采用现场调研、理论分析、数值模拟和现场工业化试验等手段以5209回风巷道为研究对象对巷道非对称底鼓产生的机理和控制对策开展研究。通过力学分析得出巷道掘进期间两侧垂直应力及上工作面回采后侧向垂直应力计算公式，结合工作面回采数值模拟分析阐明了巷道非对称底鼓产生机理，结果表明：掘巷及工作面回采引起的应力叠加使得巷道煤柱侧应力大于实体煤侧，应力的非对称分布造成了巷道底板非对称变形；数值模拟掘巷时巷道底板位移曲线呈对称分布，底板最大位移量为29mm，上工作面回采时底板变形呈非对称分布，巷道左侧底板距中轴线0.5m处位移量最大，峰值位移为593mm，随着上工作面开采巷道塑性区范围逐渐扩大，底板破坏时深度为5.5m；依据顶帮底协同控制原则提出“起底+锚索支护+混凝土硬化”底鼓联合控制方案，并成功应用于现场实践。

• 弱胶结膨胀性富水煤巷围岩变形破坏特征及控制技术

  杭银建,刘洪林,李国栋

  针对富水弱胶结膨胀性软岩煤巷顶板下沉强烈、锚杆（索）破断等问题, 以赛尔六A4301运输巷为工程背景，研究弱胶结软岩物理与力学特征、巷道围岩变形破坏特征以及锚固体失稳机制，提出相应的围岩控制技术。研究表明：弱胶结岩石粘土矿物含量高，蒙脱石含量大于10%，砂质泥岩崩解时间为0.97h，膨胀率为5.43%；受A5煤层裂隙水影响，顶板下沉、底鼓强烈，锚杆（索）支护失效率高；顶板浸水时巷道顶板围岩强度大幅降低，产生显著膨胀应力和竖向膨胀变形，锚杆（索）被拉断或剪断，造成支护体系失效。实践表明：采用“锚-封-改”一体化控制技术可有效地控制富水弱胶结膨胀性软岩煤巷围岩变形破坏，为该类巷道围岩工程稳定性控制理论与技术提供参考。

• 深部大断面巷道围岩破坏机理及控制技术

  赵宝福

  针对大海则煤矿深部大断面巷道强烈破坏难题，通过现场调研总结了大断面巷道破坏特征，分析了大断面巷道破坏原因。在此基础上，针对性的提出了以高承载力柔性锚杆为核心的支护优化方案。为了验证优化方案的合理性，采用UDEC建立了Trigon模型，对比了原方案与优化方案两种情况下的巷道变形量、塑性区范围及围岩裂隙分布特征。模拟结果显示，采取优化方案后，围岩承载效果大幅提高，巷道变形量和塑性区范围明显降低，围岩内部裂隙数量大幅减少。现场开展工业性试验后，巷道围岩在50d时趋于稳定，顶板最大下沉量197mm，现场巷道整体成型效果较好。

• 倾斜煤层层状底板变形控制技术研究

  高峻

  针对071602工作面辅助运输巷原始支护方案无法有效控制巷道底鼓的情况，在原支护方案基础上提出“底板注浆+注浆锚杆（索）联合支护”方案。首先分析确定巷道底鼓变形破坏机理，建立锚固层状底板“组合梁”模型，确定巷道底鼓与底板围岩刚度呈负相关关系，与水平侧压力和垂直均布荷载呈正相关关系。其次，通过计算支护方案优化前后弹性模量变化值，在数值模拟分析中得出优化支护方案较原始支护方案支护应力提高0.44MPa，小变形稳定区范围提高约1倍。最终，在现场实验中优化支护方案较原始支护方案顶底板移近量和两帮变形量分别减少1099mm和503mm，确定优化支护方案能够较好控制底鼓变形。

• 新型“两堵一注”封孔工艺在上向长距离穿层钻孔的应用研究

  何文杰,谢雄刚,刘志飞

  为了解决在上向长距离穿层钻孔封孔时，封孔材料会因自身重力而很难增大密封长度，及浆液很难向上向长距离穿层钻孔上侧渗透的问题。采用新型“两堵一注”封孔工艺来解决。通过采用80mm直径钢管模拟钻孔，应用速凝膨胀封孔材料封孔的实验获知：速凝膨胀封孔材料充满了整个封孔段空间和囊袋，浆液紧实。对贵州省仲恒煤矿12集中巷20#煤层底板瓦斯抽放巷的现场试验研究可知：新型“两堵一注”封孔工艺受钻孔倾角变化的影响小，其平均瓦斯抽放浓度始终在60%以上，而“两堵一注”封孔工艺的平均瓦斯抽放浓度始终随着钻孔倾角的增大而减小，其最大的平均瓦斯抽放浓度也不过36.3%；新型“两堵一注”封孔工艺的平均瓦斯抽放浓度衰减速率小于0.02，而“两堵一注”封孔工艺的平均瓦斯抽放浓度衰减速率大于0.2。结果表明新型“两堵一注”封孔工艺比“两堵一注”封孔工艺更适合上向长距离穿层钻孔。

• 基于单钢丝投点的立井平面联系测量方法研究

  崔旭升,胡成越,谢浪波,等

  针对传统的连接三角形法需要悬挂两根钢丝传递坐标方向，操作困难且对设备和测量环境要求高的问题，提出了基于单钢丝投点联合陀螺定向的立井平面联系测量方法，分析了该方法的原理、误差来源并进行精度估算。与传统的连接三角形法相比，该方法更简单，能够快速地将地面单点坐标传递到地下，再通过在地下起始边加测陀螺定向为地下工程提供准确的平面起始数据，工程实例验证结果表明，该方法具有一定的可行性和有效性。

• 综采临空巷道顶板爆破预裂防冲机制及效果分析

  闫耀东,陈昆,赵森,等

  为深入探讨临空巷道顶板爆破预裂对综采工作面回采期间冲击危险性的影响。以陕西某矿41109工作面为工程背景，采用理论推导和数据分析的方法，研究了临空巷道实施顶板爆破预裂对于降低综采工作面冲击危险性的防冲机制及其卸压效果。得到以下结论：临空巷道顶板爆破预裂为良好的局部防治冲击地压的方式，利用该手段使得临空巷道侧向覆岩发生“长臂F→长臂L→短臂L”的结构转化，一定程度上缓和了具有较高冲击风险的工作面临空超前巷道附近煤岩体能量释放频度和强度，避免了高静载与强动载的叠加，从而降低了临空巷道的冲击危险性。在现场实际应用过程中，41109工作面在爆破前后相近时间相同推采距离内，微震事件能量下降12.7%，微震事件频次下降46.2%截止目前，在所实施顶板爆破预裂区域内，临空巷道的整体围岩变形量减小，工作面超前采动应力影响范围下降；回采时未发生灾害性冲击显现，既验证顶板爆破预裂作为局部防冲手段的可靠性，又可为同类型矿井临空巷道的冲击地压防治提供参考。

• 多关键层下近距离煤层群开采覆岩“两带”发育规律研究

  田卫东,杨帆,穆国虎,等

  基于枣泉煤矿220608和220707工作面的工程背景，综合运用理论分析、钻孔窥视以及数值模拟相结合的方法，对多关键层条件下近距离煤层组开采过程中覆岩“两带”（垮落带和导水裂隙带）的发育规律展开了深入研究。研究结果表明，在单独开采6煤层的情况下，垮落带与导水裂隙带的高度分别达到8.45m和28.64m；而在6煤与7煤近距离煤层联合开采时，两带的高度分别增至23.19m和55.24m。同时针对钻孔窥视所观测到的现象展开量化分析，并结合数值模拟中塑性区的具体表现，对“两带”的发育规律进行了系统性概括，研究发现，关键层的破断对“两带”的发育速率与范围具有显著影响；此外，煤层群的开采会导致关键层受力状况产生反复变动，进而增加了破坏的不确定性，尤其是在上覆存在含水层条件的情形下，这种不确定性使得岩层垮落及矿井突水更具不可预测性。

• 松软煤层深孔定向“钻-冲-护”一体化增透促抽技术

  李高健,栗海滔

  为在松软煤层中实现精准、高效、稳定的瓦斯抽采，针对松软煤层深孔钻进轨迹漂移大、透气性低抽采效果差、钻孔易塌孔报废率高等难题，提出松软煤层深孔定向“钻-冲-护”一体化增透促抽技术。该技术通过滑动钻进和复合钻进相结合的方式实现定向钻进工艺，通过水力冲孔工艺优化煤体应力环境实现增透促抽，通过筛管护孔工艺为孔壁提供一定支撑保证瓦斯抽采通道。工程实践表明：在松软煤层中实施深孔定向“钻-冲-护”一体化增透促抽技术，单孔最大总进尺达1942m，为保障精准抽采奠定了基础；最长稳定抽采时间超450d，单孔累计抽采瓦斯量超10万m3，护孔率最大达92.6%，实现了全孔段护孔，突破了松软煤层抽采区域不精准、抽采效果差和效率低等难题，实现了松软煤层深孔精准、高效、稳定抽采瓦斯。

• 综采面终采撤架期防灭火定量化注胶技术研究

  谢军,刘润杭,徐书荣,等

  为降低工作面终采撤架期间的自燃风险，提升防灭火措施中胶体压注过程的可控性，以青龙煤矿21802综采工作面终采期注胶防灭火为工程背景，研发出一种定量精准的自动制胶泵送装置。同时计算并确定了胶体扩散半径、组分配比、压注量等关键注胶参数，继而以所研发的装置为载体，以推导得出的关键注胶参数为依据，开展了架间定量压注与端头压注相结合的现场防灭火注胶应用试验。研究结果表明：运用所研发的注胶装置并结合关键参数进行注胶，有效降低了工作面进回风隅角及支架后采空区的CO浓度，CO浓度从注胶前最高的14×10-6降至1×10-6以下。与大面积粗放型注胶相比，该方法显著降低了成本，保障了工作面终采撤架期间的安全。

• 基于频域反射法的煤矿电缆故障定位技术研究

  牛小铁,王彬,杨德亮

  针对煤矿井下电缆老化、破损等故障难以定位的问题，开展了基于频域反射法的电缆故障定位技术研究。该方法为对电缆注入一个频域信号并获取反射信号的数据，对获取的数据进行加窗处理，放大微弱异常信号，提高定位精度。可根据反射信号的波形变化区分出电缆的故障类型，并可根据电缆中信号的传输速度以及入射信号与反射信号的时间差实现故障点定位。研究结果表明：该定位技术对各类电缆缺陷均能够进行快速，高精度的定位；该技术能够放大缺陷点的畸变，对微小缺陷更加敏感，识别能力更强，定位误差更小；该技术对同轴电缆、带金属屏蔽层电缆和带金属铠装电缆等具有明确反射信号通道类型的电缆，缺陷定位信号响应更加灵敏。

• 工作面超前巷道矿压分区演化规律与分段控制研究

  张春雷,刘永红,杨亮,等

  为探究工作面超前巷道围岩破坏的演化规律，综合运用理论分析与数值模拟相结合的方法，研究了工作面超前区域采动应力场的分布特征。研究结果表明：①高偏应力是引发围岩破坏的关键诱因，基于双向应力非均匀程度的变化规律，提出基于围压比值的应力分区方法，将工作面超前采动应力场划分为四个区域：极限平衡区、高偏应力区（η≥η2）、偏应力回降区（η1<η<η2）以及原岩应力区（η=η1）；②基于超前巷道围岩的不同破坏形态及稳定状态的变化，进一步按照矿压显现现象将超前巷道划分成四个区域：破碎区、蝶形破坏区、椭圆形破坏区和圆形破坏区；③基于超前巷道的分区规律提出差异性分段支护控制方法，旨在确保支护结构与围岩相互协调，有助于优化超前巷道补强支护设计，为施工提供理论指导。

• 复变函数两向不等压矩形巷道稳定性与支护优化研究

  朱洪涛

  针对矩形巷道断面形状容易造成应力集中这一情况，以王才伙盘煤矿火烧区影响下的3202 工作面回风巷道为工程背景，基于复变函数理论建立矩形巷道围岩应力的力学模型，研究得到巷道围岩应力的复变函数解及其塑性区范围，分析了巷道宽高比和侧压系数对应力分布的影响以及影响巷道围岩塑性区发育的因素。在此基础上提出了综合支护方案，即优化锚杆（索）支护、使用工字钢架棚抑制巷道表面变形和注浆提高围岩力学性质等。研究结果表明，矩形巷道围岩应力分布呈明显的非均匀性变化，巷帮肩角部位应力集中现象显著。塑性区发育呈现典型的“X”形分布特征，这种破坏模式与巷道角部区域的应力重分布过程存在显著耦合关系。优化支护方案大幅提高了围岩应力集中区的稳定性，减少了巷道顶板和两帮的变形，有效控制了巷道围岩变形，支护体与围岩之间形成了良好的耦合效果。经现场工程实践验证，采用优化支护方案后，顶板下沉量为37mm，两帮缩进量为19mm，控制效果显著。

• 粉煤灰流态化浆体垮落带充填扩散规律试验研究

  李志华,耿倩,邹恩隆,等

  为探究粉煤灰浆体在垮落带充填过程中的可注性与注浆量相关特性，基于Talbol级配理论设计试验方案，针对单粒径和Talbol级配两种类型的矸石散体材料，开展孔隙率测量与注浆扩散试验研究。试验结果表明：①在不同配比条件下，矸石的理论孔隙率与实测有效孔隙率整体保持一致，且孔隙率与粒径大小呈现出正相关关系。②在对比不同级配矸石块体注入不同浓度浆液的扩散形态时发现，单粒径矸石在注入60%、65%浓度浆液时，呈现先纵向扩散、后横向扩散的扩散路径；当单粒径矸石注入70%浓度浆液及Talbol级配矸石注入不同浓度浆液时，其扩散过程则表现为先横向扩散,而后纵向扩散。③在注浆试验中，采用60%浓度的粉煤灰浆液进行注浆操作，9种试验方案均能将浆液注满目标区域；当浆液浓度为65%时，仅有5~10mm单粒径级配出现“渗滤现象”，导致无法有效注入；而在浓度70%注浆条件下，单粒径5~10mm、15~20mm和Talbol级配矸石均出现“渗滤现象”。基于以上试验结果，综合考量确定粉煤灰的最佳注浆浓度为65%。④关于矸石不同配比对注浆量的影响，研究结果显示：在单粒径级配情况下，矸石粒径与粉煤灰浆液注入量以及注灰量呈现正相关关系；在Talbol级配时，当级配系数为0.5时，矸石结构最为密实，相应的注浆量最少。该研究成果能够为垮落带浆体充填消纳煤基固废提供重要的理论参考依据。

• 基于MOGOA-VMD-LSSVM的轴承故障诊断方法研究

  张辉,宋泓炎,范华超,等

  针对煤基活性炭生产设备轴承故障类型难以准确诊断的问题, 提出了一种多目标蝗虫优化算法（MOGOA）优化变分模态分解（VMD）与最小二乘支持向量机（LSSVM）的煤基活性炭生产设备轴承故障诊断方法。首先，针对传统蝗虫优化算法（GOA）参数敏感、易于陷入局部最优的问题，引入多目标蝗虫优化算法，通过引入基于排列熵与峭度倒数归一化的复合适应度函数，优化VMD的惩罚因子和分解层数。其次，使用优化VMD分解提取的轴承振动信号并筛选出敏感变分模态分量（IMF）进行重构。最后，通过MOGOA优化LSSVM模型，形成MOGOA-LSSVM故障诊断模型。与GOA-LSSVM方法对比，本研究所提方法故障诊断准确率提高了5%，运行时间缩短了9.72s，验证了该方法在故障诊断方面的优势。

• 基于ICEEMDAN-NOA-SVM的采煤机截割部轴承故障诊断技术

  郭晋辉

  针对复杂环境下的采煤机截割部轴承易出现故障，且现有故障诊断模型实际应用效果不佳等问题，提出了基于改进自适应噪声集合经验模态分解（ICEEMDAN）与改进支持向量机（SVM）的采煤机截割部轴承故障诊断方法。首先对振动信号进行ICEEMDAN分解，通过选取合适的分量进行重构；然后对重构的分量提取能量特征，并与重构后的信号所提取的时域频域特征组成高维的特征矩阵，使用PCA降维算法对其进行降维；最后利用改进的SVM分类模型对低维特征矩阵进行故障诊断识别，并与多种主流分类算法进行对比。训练结果表明，该方法的故障诊断准确率高达99.3%，比SVM、PSO-SVM和GA-SVM分别高出3.9%、1.1%和1.7%，加噪条件下依然有95.2%的分类准确率，比其他三种分类模型分别高出8.9%、3.9%和3.1%，且收敛速度更快。在实际工程应用中具有94.7%的分类准确率，可有效提高煤矿智能化程度。

• 煤炭地下气化顶板砂岩高温致裂规律实验研究

  辛林,王欣,牛茂斐,等

  煤炭地下气化过程中，随着气化工作面的扩展，燃空区产生的高温会对顶板岩石造成不同程度的结构损伤。为了研究不同温度（100、200、300、400、500、600℃）造成的热损伤对砂岩声发射特征及破裂机制的影响，利用自主研发的单向加热实验设备，对试验过程中声发射信号进行采集分析，研究表明：累计声发射事件数与内部裂纹数的正相关性能够较好地反映砂岩宏观破坏规模，400~500℃砂岩破裂最为明显。微观上，试样各个温度快速升温阶段裂纹发展速度快，随温度升高，低频占比减少56.02%，高频占比增加57.1%，主频由低频为主转为高频为主，即砂岩破坏由晶间滑移主导转变为裂隙扩展主导。砂岩热破裂是膨胀变形、裂纹的萌生、快速发展以及裂纹持续贯通到破坏的过程。砂岩裂纹萌生，裂纹发育及裂纹非稳定发育分别对应分形维数数值变化≥0.35、-0.15~0.35、≤-0.15，分形维数曲线不规则波动阶段和突降阶段之间的突变点，可作为预测岩石热破裂时内部宏观裂隙形成的信号，为煤炭地下气化设计合理的采宽提供理论支持。

• 基于PFC3D的裂隙红砂岩冻融破坏特征研究

  白杰

  为探究冻融与荷载耦合作用下裂隙岩体的损伤劣化机理，针对具有不同裂隙长度的岩石开展了不同冻融循环次数的三轴压缩试验，借助PFC3D数值模拟软件再现室内试验过程，同时对模拟的可靠性加以验证。结果表明：在冻融过程中，小孔的相对含量先增加后减少，大孔的相对含量呈现先减少后增加趋势；围压与预制裂隙对试样力学性能的作用相反，10、20和30mm预制裂隙对红砂岩承载能力的削弱程度分别为25%、66%、80%；冻融循环导致试样微裂隙扩张，在围压作用下这些裂隙更易在预制裂隙处汇聚。完整试样的破坏形态由张拉破坏向剪切破坏转变，随着围压增加，裂隙岩体均表现为剪切破坏，且裂隙长度不会改变岩体破坏模式；通过引入水颗粒随温度变化的体积本构方程，再现了室内冻融循环试验的全损伤过程。在冻融循环达40次时，岩石内部被充分损伤，裂纹数量成倍增加；PFC3D计算结果显示，完整试样的破坏点首先出现在加载点处，裂隙试样则首先出现在加载点及预制裂隙处，裂纹曲线整体呈“S”形, 可分为“缓-陡-缓”三个阶段。预制裂隙长度越长，试样损伤程度越大，抵抗破坏的能力越弱。

• 二叠纪煤矸石中氮素和有机质释放规律对比研究

  赵丽,胡鸿博,魏伦行,等

  我国大量的煤矸石产生于二叠纪煤田。为了研究不同地区二叠纪煤矸石氮素和有机质的释放规律，以保德煤矿、九里山矿为研究对象，通过恒温振荡浸泡试验对比研究中、西部地区二叠纪煤矸石中氮素和有机质的释放规律。结果表明：两个矿区氮素的溶出均以氨氮为主，且呈间歇性释放特征，其中保德煤矿的“三氮”及有机质溶出量要低于九里山矿，这与煤矸石自身物质含量及矿物结构有关。两种煤矸石浸泡液pH均呈弱碱性，这可能是由于氨氮对酸碱具有缓冲作用。整体上两种煤矸石有机质的腐殖化程度都较低、不饱和芳香族化合物含量较少，且其浸泡液的UV254均呈降低趋势，与DOC相关性不大。研究结果有助于科学评价煤矸石的生态环境影响，也可为煤矸石的资源化利用提供重要理论依据。

• 基于多特征融合的浮选尾煤灰分检测

  刘航涛,吕振福,丁国峰,等

  针对基于浮选尾煤图像的灰分检测特征提取种类单一、不全面等问题，提出了一种基于机器视觉多特征融合的尾煤灰分预测方法。在浮选现场获取工业尾煤图像数据集, 采用RGB（红、绿、蓝）颜色、灰度、灰度共生矩阵等常规特征和颜色共生矩阵特征对尾煤图像进行描述；通过相关性矩阵研究图像特征与尾煤灰分之间的关系；采用主成分分析法（PCA）降低原始特征维数，以不同主成分个数作为输入，尾煤灰分作为输出，构建支持向量回归（SVR）模型进行尾煤灰分预测。试验结果表明：多特征融合显著提高了尾煤灰分预测模型精度，更加全面地描述了尾煤特征，并且模型性能优于以单一类型特征作为输入的模型，此方法可为浮选智能化建设提供理论依据。

• 氧化程度对煤泥可浮性的影响及作用机理

  李大虎,杨方家,付永强,等

  针对煤泥氧化以后，其可浮性变差、对浮选效果产生不利影响的问题，采用傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱、分光光度计、接触角测试、药剂吸附量测定以及煤泥单元浮选和分步释放试验等方法，研究了氧化程度对煤泥可浮性的影响及作用机理。结果表明，对于苏海图9#、国裕泰拉煤和路天9#三种氧化程度分别为21.10%、48.30%和53.25%的煤，氧化程度越大,其—OH和>CO等官能团和含氧的亲水性铝硅矿物越多、—CH3和—CH2等疏水性基团越少；煤表面氧化部分占比越高、煤表面亲水性基团越起主导作用、煤的亲水性越高、煤泥浮选效果越差。同时，煤的氧化程度增加，导致煤的接触角减小、表面疏水性变差、对柴油的吸附能力变差。采用极性-非极性复合捕收剂对不同氧化程度的煤泥进行浮选，当要求精煤灰分为10%时，与仅使用柴油相比，氧化程度中等的国裕泰拉煤可燃体回收率可由11.81%提升至43.54%。

• 适用于燃煤电厂的碳捕集技术路线选择

  张秋园,甘志超,岳海荣,等

  为应对全球变暖问题、推进生态文明建设、实现绿色低碳高质量发展，降低燃煤发电的CO2排放量，文章综述了国内外适用于燃煤电厂的CO2捕集技术路线，包括富氧燃烧技术、直接空气捕集、转化前CO2捕集技术和转化后CO2捕集技术等。对各技术的原理、优缺点以及工业应用现状进行了全面的综述。结合我国能源消费结构的现状与未来趋势，根据技术成熟度、成本、碳减排潜力等，提出适用于我国工业领域的技术路线。短期内，亦即碳达峰（2030年）之前，燃煤电厂碳捕集应以燃烧后捕集技术中的CO2矿化技术与化学吸收法为主。

• 半煤岩掘锚一体机滚筒截割性能研究

  刘昕宇,常映辉,陈明军,等

  为研究掘锚一体机滚筒在半煤岩巷道的截割性能，利用离散元EDEM软件建立在不同截割厚度和牵引速度下对煤岩（f=6.5）截割进行仿真模拟，并开展井下现场截割试验进行验证。研究表明：①掘锚一体机滚筒在进刀过程中，截割阻力呈先增大后逐渐稳定的趋势，不同工况下载荷均值在240~900kN之间，经过井下试验验证，仿真与试验中滚筒扭矩均值相差不超过16%，证明模拟结果可靠性高。②滚筒截割载荷随着截割厚度的上升而增大，截割厚度500mm时载荷比200mm时高约75%~95%，载荷波动系数和比能耗随着截割厚度的上升而下降趋势；滚筒截割阻力和牵引速度呈正比关系，牵引速度0.02m/s时载荷比0.008 m/s时高约84%~130%，载荷波动系数和比能耗随着牵引速度的上升而呈下降趋势。③牵引速度0.008m/s时截割煤岩质量标准差最低为0.811，说明此时平整度最好，较大的牵引速度更容易影响煤岩平整度。

• 煤矿主通风机轴承振动在线监测与故障诊断技术研究

  徐楠

  为发现轴承早期故障，研究了轴承振动在线监测与故障诊断技术，提出了煤矿主通风机轴承振动在线监测系统总体架构。在计算轴承故障频率的基础上，结合现场工况要求，开展了测点确定和传感器选型以及安装方式研究，设计了由数据采集板、电源转换模块、漏电保护开关、电源模块、防爆箱组成的数据采集单元；针对轴承早期故障引起的振动信号微弱且易被现场强背景噪声淹没的问题，利用现场实测风机轴承振动信号，研究了基于TQWT的轴承故障诊断方法和基于TQWT-KSVD的轴承故障诊断方法。结果表明：与TQWT相比，TQWT-KSVD方法能够从风机轴承现场振动信号提取周期性的全局特征，所提取的幅值是基于TQWT方法的两倍以上。验证了TQWT-KSVD方法用于煤矿主通风机轴承早期故障诊断的有效性。