煤炭工程杂志

煤炭工程杂志2025年第4期

• 基于树脂锚杆设计锚固力的立井井壁厚度验算

  李焕金

  文章从单根树脂锚杆锚固力计算公式出发，探求树脂锚杆锚固力、锚固长度与煤矿立井井壁厚度之间的关系，推导出了基于树脂锚杆设计锚固力的立井井壁厚度验算公式。并结合案例对一般情况下使用树脂锚杆固定井筒装备时的立井井壁厚度及相关规范条文进行了探讨。

• 基于提升抗灾能力的工作面“一进两用”通风系统优化

  李超,吴奉亮,赵传刚,等

  针对我国煤矿采煤工作面传统通风系统在应对主运输胶带摩擦热效应及胶带火灾事故时抗灾能力不足的问题，提出一种基于进风侧结构优化的新型通风系统。该系统将采煤工作面主运输巷设为独立用风点，形成“一进两用”的通风系统。在此基础上，分析了“一进两用”通风系统的优缺点，并通过实例阐述了其适用范围与实施的可行性。结果表明：① “一进两用”通风系统既可提升采煤工作面在火灾情形下的抗灾能力，又可缓解高温采煤工作面的热害、改善采煤工作面的风流质量；②形成该新通风系统所需工程量较少，在原“两进一回”采煤工作面通风系统的基础上，仅需调整相关通风构筑物的拆除时间并增加少量工程即可实现；③算例结果表明，当采煤工作面推进方向长度大于2500m时，使用该通风系统的必要性更为显著。

• 煤矿智能化掘进成套装备工艺及技术研究

  周开平

  针对煤矿井下掘进工作面环境复杂、施工工序繁多、自动化程度低、掘进速度慢、工人劳动强度大、安全性差及掘进、支护、运输等环节协同性差等问题，开展煤矿智能化掘进成套装备配套工艺及技术研究，阐述了掘进工作面的主要影响因素，分析了悬臂式掘进机“蛇形”、“回形”及“螺旋形”三种主要的截割轨迹路径，介绍了智能掘进成套装备“掘进+支护+运输+除尘+探水+智能控制”的总体配套方案，研究了掘进机自主定位定向技术、自动截割成巷技术、自适应截割技术、工况监测及故障诊断技术、工作面安全预警技术及远程可视化技术等关键技术。工程应用表明，以悬臂式掘进机为龙头的智能掘进成套装备方案提高了巷道掘进效率，降低了工人劳动强度，改善了掘进工作面作业环境，实现了掘进、支护、运输、除尘、探水及远程控制等工序的自动化、智能化生产作业，掘进生产系统高效协同运行，生产能力匹配，缓解了煤矿井下生产采掘比例失衡的矛盾，取得了良好的应用效果。

• 矿井回风与进风重力热管系统关键参数设计计算方法研究

  翟宇,赵旭,董志峰

  矿井回风取热与进风加热重力热管热交换系统在不同工况下热管结构参数的设计基本相同，导致矿井回风余热利用效率低且无法满足进风温度的设计要求。为解决该系统及热管组件关键参数设计缺乏针对性的理论支持的技术难题，基于重力式热管系统热交换模型，提出了一种矿井回风与进风重力热管系统关键参数设计计算方法。应用该方法于银川某矿，并与其他三个典型重力热管煤矿的热交换效果进行了对比分析，结果表明，该矿重力热管热交换系统将进风温度从-31.5℃提升至4.1℃，满足了煤矿安全规程中进风温度≥2℃的要求，相较其他项目改善效果更为明显，这些结果证实了该方法的有效性与实用性。

• 智能化选煤厂多层交换网络系统设计与应用

  澹台乐琰,党小炜,孙再征,等

  针对智能化选煤厂数据采集量大和信息保密性强等要求，结合智能化建设评分指标，设计了标准化网络建设方案——多层交换网络拓扑，并在下峪口选煤厂成功应用。该方案将选煤厂网络链路设计为有线设备网、无线办公网、生产控制网和工业视频网，通过接入、汇聚、核心三层交换机，对数据进行高速转发和智能交互。同时设计网络安全系统，在选煤厂内外网处设置防火墙，并旁路部署日志审计、堡垒机和备份一体机等安全设备，再辅以管理制度约束，保障选煤厂网络安全。经工程验证，四种网络性能均达到预期，且通过“等保二级”安全测评。设计方案经济效能良好、社会效益显著，能实现智能化系统的安全、稳定运行，建设成果可供类似工程参考。

• 高冲击韧性锚杆（索）主动支护技术

  杨超,付玉凯,董亚东,等

  针对冲击地压巷道围岩变形破坏严重、支护强度低等难题，分析了应力波对巷道的影响，开发了高冲击韧性锚杆（索），提出了高冲击韧性锚杆和高强锚索协同防冲作用机理。以母杜柴登矿30207风巷为工程背景，依据巷道条件环境，从支护材料和支护体结构进行了高冲击韧性锚杆（索）支护的设计与应用。从现场监测结果可知，试验区巷道变形得到明显控制，变形主要以底鼓和两帮变形为主，巷道掘进期间底鼓量达到400mm，两帮移近量达到300 mm。随着巷道掘进，顶板锚杆（索）受力逐渐稳定，受力分别为170kN、150kN；回采帮锚杆（索）受力差别较大，锚杆轴力逐渐损失并逐步稳定；煤柱侧帮锚杆受力波动大，锚索受力相对较小，受力位于70~110kN。总体来看，该支护方案提高了巷道支护强度，保证了巷道围岩稳定性，支护效果良好。

• 近距离煤层区段煤柱下巷道分区支护技术研究

  刘逸锟,刘伟,冯建业,等

  为研究近距离煤层区段煤柱下巷道围岩控制技术，综合采用理论计算、数值模拟的方法，得到了区段煤柱塑性区宽度及应力分布状态，研究了区段煤柱下不同层间条件时下部煤层应力分布规律，确定了下煤层回采巷道合理布置位置，分析了下部煤层回采巷道围岩变形特征，提出了巷道非对称分区支护原则，计算了不同支护条件下的围岩变形量。研究结果表明：上煤层区段煤柱中部存在5.38m弹性区，且产生应力集中现象；内错6m布置下部回采巷道时，其所处应力环境良好，数值模拟表明，巷道顶底板、左帮围岩变形量均小于200mm，需对煤柱帮加强支护；结合实际生产条件，确定了巷道非对称分区支护方案。研究结果可为具有类似地质条件的巷道支护设计提供参考。

• 韩城矿业桑树坪煤矿TBM钻锚系统工艺研究

  陈武选,张少毅,郭逸风

  为解决韩城矿业桑树坪煤矿顶板破碎、片帮严重导致的支护作业效率低下、工艺复杂的问题，通过分析TBM快速掘进系统整体空间布局，提出了基于空间重叠系数的钻锚设备布局评价方法。文章构建基于支护需求、钻锚设备布局、作业范围约束的TBM钻锚系统空间布局优化模型，求解出钻锚系统最佳布局方案，结合钻锚支护工艺需求，研究了基于动态变步长的RRT-Star轨迹规划方法，实现了基于任务驱动的钻锚设备快速轨迹规划。针对多目标多工序的钻锚工艺优化问题，以时间最短为目标，构建了钻锚工艺优化模型，求解出最优钻锚工艺排布矩阵，并基于最优工艺排布矩阵，模拟出钻锚系统实际工作过程。经过实际工程应用效果验证，优化后的TBM钻锚系统空间布局、轨迹规划方法及钻锚工艺，能够显著提高TBM 快速掘进系统的作业效率。

• 两淮煤田深部岩溶构造发育特征及水害地面区域探查治理模式

  张海涛,谢治刚,孙贵,等

  针对华北隐伏型煤田深部岩溶水害防治难题，以两淮煤田为典型研究对象，分析了深部岩溶及构造发育特征，通过结合多年岩溶水害探查治理工程应用，构建了深部岩溶水害地面区域探查治理模式。研究结果表明：①两淮煤田奥陶系灰岩厚度大、富水性相对较强、岩溶裂隙发育，是深部岩溶水害防治的重点对象；岩溶裂隙、岩溶陷落柱和导水断层是岩溶突水的重要导水通道，也是深部岩溶水害探查治理的重点。②石炭系太原组是深部岩溶水害防治的关键层，基于两淮煤田岩溶地质条件和岩溶水害特点差异，淮北煤田一般选择太原组C33层灰岩作为注浆治理目的层位，而淮南煤田一般选择太原组C53、C73、C93层灰岩作为注浆治理目的层位。③依据治理对象及思路的不同，两淮煤田地面区域探查治理工程可分为3种典型模式，分别为岩溶裂隙探查治理模式、导水断层探查治理模式和岩溶陷落柱探查治理模式。其中，岩溶裂隙探查治理模式是一种面状探查治理模式，主要治理对象是岩溶裂隙；导水断层探查治理模式是一种线状探查治理模式，主要治理对象是断层（带）；岩溶陷落柱探查治理模式是一种点状探查治理模式，主要治理对象是岩溶陷落柱。

• 孤岛面终采线长水平孔卸压保护大巷技术研究及应用

  孙永新

  针对王坡煤矿集中大巷受两翼工作面反复采动影响变形破坏问题，通过深入分析采动影响下大巷变形破坏特征及其影响因素，提出了长水平孔水力卸压保护大巷的原理与方法，并于王坡矿3203孤岛工作面终采线进行现场应用。研究发现，受两翼工作面反复采动影响，现有煤柱尺寸无法有效避开扰动、被动支护方式无法阻止大巷持续流变。通过在工作面末采前施工长水平孔并进行区域水力压裂制造人为弱化带，能有效降低顶板岩层的应力传递，减少动载扰动对大巷的影响。现场试验结果表明，该技术可显著降低巷道变形速度和变形量，集中辅运巷最大顶板下沉量30mm，底鼓100mm，两帮移近80mm，围岩变形大大减小，应力水平降低25%左右，提高了大巷围岩的稳定性，减少了维护次数，对保障矿井的安全高效生产具有重要意义。研究应用成果可为类似条件下的煤矿大巷变形控制提供参考。

• 特厚煤层工作面强矿压显现及治理技术研究

  李江,赵斌

  针对特厚煤层综放工作面强矿压显现问题，以龙王沟煤矿61607工作面为工程背景，通过理论计算与现场实测相结合的方式，系统的分析了工作面强矿压显现特征与采动应力分布规律，并在此基础上提出了“巷道常规水力压裂+工作面定向钻水力压裂”相结合的强矿压治理措施，结果表明：工作面超前支承压力影响范围大约为140m，支承压力峰值点距离煤壁距离大约50m，采动影响扰动一度达到底板上方200m，开采过程中来压强度大，震顶现象频繁，支架工作阻力可达51.5MPa，采取顶板预裂措施后，周期来压步距、压力持续长度等参数分别减小了26.05%、41.56%，微震事件也呈现出明显的“高频+低能”分布规律，防治效果显著，可以为周边类似矿井探索强矿压治理技术提供借鉴。

• 基于微震事件能量密度的破碎带回采底板破坏特征研究

  谭花文,谭国龙,马娜娜,等

  针对破碎带区域采动底板破坏深度难以精准判识的工程难题，基于工作面微震监测结果，提出了微震事件能量密度分析法，同时依据该方法对破碎带区回采过程中的底板破坏特征进行了研究，结果表明：微震事件能量密度分析法可量化评价底板岩层的破坏程度，较为准确地反映回采过程中底板岩层的破坏位置、强度与时间，并可得到采动影响下底板的最大破坏深度，进而对底板突水通道进行评价。最后将该方法应用至淮南矿区张集煤矿1610A回采工作面破碎带区域回采过程，得到了底板各岩层受采动影响的程度，明确了底板最大破坏深度为18m，获得了破碎带区域回采过程中底板各岩层的破坏特征。

• 煤矿井下无人化无轨辅助运输路径规划技术研究

  梁玉芳

  随着无人化技术的快速发展，煤矿井下无轨辅助运输无人化技术成为行业研究的热点。文章深入分析了无轨辅助运输无人化技术当前发展状况和存在的关键问题，特别是对路径规划技术进行了深入研究。结合煤矿井下的特殊场景特征，提出了基于混合算法的路径规划系统，旨在实现路径的最优规划。通过实验验证，该技术能够有效提升运输效率，减少安全事故，为煤矿井下的无人化运输提供了新的解决方案。

• 特厚煤层下分层沿空留巷综放工作面漏风规律研究

  宋治红,李学军,郭军,等

  随着开采深度及成本不断增加，沿空留巷技术被广泛应用于煤矿厚煤层开采，降低开采成本的同时提高了煤炭资源回采率。但由于顶板来压作用，使得沿空留巷侧煤柱易产生裂隙，造成采空区漏风隐患严重。为此，以陈家沟煤矿8521工作面为研究对象，采用理论分析、现场漏风测试与数值模拟相结合的方法，分析了W型通风方式下沿空留巷采空区漏风通道的分布特征，掌握了关键漏风区域的演化规律。结果表明：沿空留巷综放工作面推进至54m时主要漏风通道为1#—3#柔模墙，漏风流场范围在5.57~71.46m/min；工作面推进至126m时主要漏风通道为3#—18#柔模墙，漏风流场范围在4.11~52.90m/min。采空区深处沿走向方向0~80m范围内漏风速率逐渐减小；在采空区浅部20m范围内，整体漏风速率与距工作面的距离呈指数相关。

• 急倾斜特厚煤层水平分段工作面顶板应力演化及破坏机理研究

  王萌

  为探究急倾斜特厚煤层水平分段工作面开采过程中的应力演化及顶板变形破坏规律，以甘肃白岩子煤矿为工程背景，通过数值计算方法分析了不同分段开采过程中煤岩的应力场、位移场演化规律，并结合理论分析揭示了顶板岩梁的变形破断特征。研究结果表明：急倾斜特厚煤层多分段采场围岩应力呈现非对称分布特征，随着开采分段数量的增加，顶底板两侧煤岩产生应力集中；受顶板挤压与采空区卸压的共同作用，顶板侧煤岩的应力集中程度进一步增强，应力峰值区不断向下分段工作面及顶板侧下部深处岩体发展，集中应力峰值呈线性正相关增大，应力集中系数达2.56；煤岩变形模式由上方煤体的沉降转变为顶板岩层向采空区运移为主，覆岩破裂范围逐步向顶板上方扩展延伸；顶板岩梁受破断岩块非均匀充填的约束，挠度峰值位于中上部区域，易发生拉伸变形破坏，引发围岩灾害，通过顶板预裂爆破可减缓矿压显现程度。

• 末采期间覆岩破断特征及主回撤通道稳定性研究

  肖江,王怡辉,孙亚超,等

  针对末采期间厚硬基本顶破断影响巷道稳定性的问题，以凉水井煤矿42206工作面为工程背景，运用物理相似模拟试验、理论分析和数值模拟等综合研究方法，在分析末采期间覆岩垮落规律、力学传递机制、应力演化特征影响因素的基础上，采用切顶协同控制技术，以实现贯通主回撤通道时基本顶在预想位置破断，保证围岩稳定性的目的。结果表明：基本顶破断位置影响支撑压力大小呈现出“支架后方<巷道上方<实体煤上方”的规律；对比数值模拟研究采用切顶调压可改变基本顶破断位置为支架后方时，主回撤通道围岩应力状态、通道间煤柱裂隙、塑性区范围均处于较小值，保证了贯通期间通道围岩稳定性。

• 基于“采深—构造—区域”多角度下的煤层赋存特征研究

  赵南南,张文乐,韩振国

  阳城分公司采区范围内，煤层倾角较大且断层发育，煤层赋存特征复杂，一定程度上制约着矿井安全高效开采。针对上述问题，运用关联性与区域性综合对比的方法，明确采深、断层对煤层赋存特征的影响规律，为矿井安全高效开采提供了可靠的地质依据。主要研究成果如下：明确了开采深度与煤层顶板变化的关联规律，随着采深的增加，煤层直接顶泥岩层变薄，基本顶砂岩层增厚。得出了断层影响下煤层顶底板变化的区域特征，在构造作用的影响下，季庄断层区域，顶底板泥岩层增厚，基本顶砂岩层变薄，分支断层区域规律性更为明显。八采区整体受断层构造作用影响较大，与六采区对比，顶底板区域变化特征与断层影响规律呈现一致性。

• 基于振动信号的带式输送机齿轮箱故障诊断研究

  胡敬,袁龙江

  在煤矿开采过程中带式输送机一旦发生故障将会影响煤矿的正常开采，给企业造成巨大的经济损失甚至是人员伤亡。因此，建立基于振动信号的带式输送机齿轮箱故障诊断模型十分必要。本研究以带式输送机振动信号为研究对象，分析典型故障类型，使用基于峭度-排列熵评价准测的变分模态分解对振动信号进行降噪，建立基于最小二乘支持向量机的带式输送机故障诊断模型，并使用改进粒子群优化算法针对故障诊断模型的惩罚系数与核参数进行优化，最终得到故障诊断的结果，故障诊断模型准确率达到95%以上，相比于传统SVM、RF、BPNN等故障诊断方法准确率提高6%，实现故障精确诊断，提高故障处理效率，提高带式输送机运行的可靠度，保证煤矿的安全生产。

• 掘进机截割部实验台数字孪生监测系统研究

  马天兵,杨启程,李长鹏,等

  掘进机截割部实验台在模拟截割过程中，粉尘浓度高，会引起掘进机截割状态实时监测的可视化效果差、安全性低等问题，为此，提出了一种基于数字孪生的掘进机截割实验状态实时监测方法。首先，绘制了数字孪生掘进机截割部实验系统五维模型架构；其次，基于UE5软件开发了掘进机截割部实验系统数字孪生体，主要包括截割部数字场景的搭建、孪生数据传输与管理、虚实数据映射等；最后通过掘进机截割实验进行数字孪生集成功能验证。实验结果表明，运用数字孪生技术实现场景漫游可有效提升掘进机截割状态可视化监测效果，为截割实验安全性提供保障。

• 煤矿区煤层气分段压裂水平井辅助消突效果评价方法及应用

  降文萍,张群,吴静

  针对煤层气分段压裂水平井技术在煤矿区的应用逐渐增多这一情况，以及当前研究主要集中在技术适应性和工艺前端的现状，开展了该技术在煤矿区抽采效果评价指标与评价方法的研究工作。揭示了煤层气分段压裂水平井产气效果的主要地质影响因素之后，确定该技术对煤矿瓦斯抽采的辅助消突评价指标为剩余最大气含量和剩余最大储层压力；结合煤矿瓦斯防治要求，确定该技术的辅助消突评价单元为水平段长度及其两侧各15~20m的控制范围；并依据地面井抽采前后煤层气含量与储层压力的变化情况，将辅助消突效果划分为好、中、差三个级别。此外, 综合考虑煤层气分段压裂水平井抽采效果特殊性以及其不同评价方法的特点，提出了预测模拟与钻孔检测相结合的综合评价方法，并将该方法应用于淮南矿区CBM01 井，分析评价了该井排采至415d、829d时的辅助消突效果。研究表明，所建立的评价指标及评价方法具有较好的实用性，同时进一步证明了煤层气分段压裂水平井是煤矿区瓦斯防治与消突的高效方式。

• 离散元条件下岩石细观力学特征与声发射定量表征

  袁安营,李唐,黄昊,等

  为揭示深部岩体破坏的细观力学本质，获取岩石破坏的前兆信息，以力链研究为主线，以非连续介质离散元理论为依据，采用PFC数值模拟方法，开展了岩石细观力学特征与声发射定量表征研究。结果表明：颗粒物质间配位数变化表明了颗粒之间粘结数量的变化，进而表征了微裂纹的发育情况，且颗粒配位数与裂纹发育整体呈负相关；岩石加载过程中，“强力链带”形成于宏观破坏面附近，其延伸方向逐渐向宏观破坏面方向偏转，最终与宏观破坏面方向一致；改进了声发射模拟研究方法，将声发射演化过程划分为5个阶段，探明了声发射空间分布特征，声发射事件主要集中在岩石宏观破坏面附近，定量表征了声发射强度，在岩石峰值前存在声发射短时沉寂期，将该特征定义为岩石破坏的“临界前兆信息”。

• 单轴压缩过程中砂岩局部应力场反演分析

  李正一,李春元,李海涛,等

  为了提高煤矿冲击地压预测与控制的准确度，在室内开展了不同砂岩试样的单轴压缩试验，获取了单轴压缩过程中各砂岩试样的应力-应变特性及弹性模量差异；结合声发射监测、能量-应力关系并利用Matlab建模计算出不同砂岩试样内部声源位置点的应力值及定位坐标；采用随机森林算法，构建了声发射参数与应力的映射关系模型，获得了砂岩的预测应力-时间曲线及内部单元的预测应力值；融合机器学习与cubic插值方法，反演获取了不同砂岩试样的局部应力场演化规律，并通过VIC-3D表面应力监测进行了对比验证。结果表明，所构建的声发射参数与应力的映射关系显著提高了应力的预测精度，尤其在局部应力集中区域，并且证实了局部应力场反演的可靠性。

• 土壤改良剂对新疆露天矿排土场表土保水持水性能的影响

  张凯,黄聪,马春刚,等

  新疆露天矿多位于生态脆弱区，排土场土壤受人为扰动剧烈，自然和人为干扰加剧了水资源短缺，导致土壤盐渍化现象突出，土壤水分已经成为限制西北干旱区生态修复的关键因素。为了探究不同施量土壤改良剂施用对高盐碱性土壤保水持水性能的影响，以新疆某露天矿区排土场表层土壤为实验对象，设计了一维土柱入渗实验以及土壤淋溶实验，通过在土壤表层施加不同浓度的γ-PGA和腐植酸，分析研究γ-PGA和腐植酸施量对土壤保水、持水性能的变化影响，并将实测数据进行拟合，研究γ-PGA和腐植酸对矿区排土场土壤的适用性。γ-PGA 可以改良高盐碱性土壤的入渗特性，与空白组相比，γ-PGA和腐植酸联合施用的润湿锋推进速率明显降低，累计入渗量减少了3.6%、4.1%和2.1%、4.8%；Philip 模型与Kostiakov模型的拟合结果表明随着γ-PGA施量增加，γ-PGA对土壤水分运动参数影响越来越显著，γ-PGA 和腐植酸联合施用组中随着γ-PGA施量的增加，Philip模型比Kostiakov模型更适合拟合改良后的土壤水分入渗；与空白组相比，γ-PGA和腐植酸联合施用组中，土壤表层盐离子含量显著降低；淋滤液体积减少11.85%，随着γ-PGA的施量增加,土壤表层与10cm深处含水率分别提升了165%与133.68%。γ-PGA与腐植酸联合施用在高盐碱性土壤中，改变了土壤的入渗特性和水分分布，提高了土壤的保水持水能力和抗盐碱化能力。

• 重介浅槽分选机应用及研究进展

  叶贵川,于东皓,董宪姝,等

  为全面掌握重介浅槽分选机应用及研究进展，梳理了重介浅槽分选机在我国煤炭生产企业的应用情况，总结了其分选理论研究进展，详细概括了降低其分选粒度下限的研究进展，并汇总了常见问题及改造成效。结果表明：重介浅槽分选机在动力煤选煤厂中主要作为块煤（200~13mm）的分选设备，在炼焦煤选煤厂或者井下分选工艺环节中则主要作为块煤（300~50mm）的预排矸设备；重介浅槽分选理论研究聚焦于流场分布特征及颗粒运动行为的数值模拟，相应的试验研究和动力学分析较为缺乏，理论研究的广度和深度有待进一步增强；降低重介浅槽分选机的粒度下限具有显著的经济和社会效益，但目前的相关举措主要是操作参数改进和上升流系统改进，重介浅槽分选机结构参数与分选粒度下限的适配关系尚未探明；重介浅槽分选系统的智能化建设任重而道远，未来应着重发展煤、水、介、工艺参数的全面智能感知体系，优化悬浮液密度、上升流和水平流流量调控策略；上升流系统堵塞和排料系统故障是重介浅槽分选机在实际运行中存在的最主要的问题，众多选煤厂在实践中进行了诸多有益探索，可为其他企业进行技术改造时提供参考。

• 堆积效率对长焰煤成浆性的影响研究

  武源,郑剑平

  水煤浆制备过程中要求对煤样进行研磨使其具有一定的细度和合理的粒度分布，堆积效率对煤样的成浆性具有重要的影响。在实验室条件下，采用干法磨矿研究了球磨机、棒磨机和行星式球磨机对一种长焰煤的磨矿效果，并选取5组配比的磨后产品进行制浆，分析探讨了堆积效率对成浆性的影响规律。结果表明：级配有利于提高长焰煤的成浆性，在一定的范围内，水煤浆的定黏浓度随堆积效率的增大呈线性增加，当堆积效率为87.44%时，定黏浓度可达61.48%；长焰煤水煤浆均具有良好的稳定性，浆体析水率随堆积效率的增大而降低。

• 三塘湖不黏煤低温氧化过程中孔隙结构的演变规律研究

  吴凡,夏侯文奇,许宁,等

  为降低运输煤炭自燃风险，探讨了低温氧化对煤的孔隙结构影响，并采用管式炉模拟了运输煤炭低温氧化过程，通过低温氮气吸附-脱附法分析了低温氧化过程中三塘湖不黏煤孔隙结构的演变规律。结果表明：在整个低温氧化过程中三塘湖不黏煤以圆柱形或狭缝形开放孔为主，其微孔、中孔最几可孔径分别在1.8nm和9.3nm，对孔隙改变主要在微孔和中孔。氧化时间的延长有利于总孔容及比表面积增加。在氧化温度小于110℃时提升温度利于微孔、中孔体积、比表面积及分形维数D2的增加。在氧化温度110℃ 时总孔体积和比表面积达到最大值，并在2.5~4.0nm范围产生了新的孔，孔隙结构也最复杂。可推测因氧化时间影响孔道前期以坍塌、堵塞为主，后期以扩容，打通堵塞孔和产生新开放孔为主；因氧化温度影响孔道前期以扩容，打通堵塞孔为主，后期同时存在坍塌，堵塞，扩容，打通堵塞孔和产生新的开放孔。

• 基于系统动力学的煤炭供应链节能减排路径分析

  吴悦,门敏刚,何龙龙

  “双碳”背景下，如何减少碳排放、提高能源利用效率是我国工业发展现阶段面临的主要问题。为了寻求煤炭供应链的节能减排最优路径及利润最大化路径，基于系统动力学方法及原理，通过实践研究建立了煤炭供应链碳排放与供应链总利润的系统动力学模型，并进行动态仿真实验，针对性地提出了利用煤层气、煤矸石发电以及增加环保投资三种减排路径，且利用模型进行了效果检验与敏感性分析。结果表明：三种路径都可以减少碳排放量，煤矸石发电占比对碳排放量影响最大；在一定范围内提高煤层气利用率可以增加总利润，煤矸石发电占比和环保投资比例的提升都会使总利润减少。

• 煤岩巷道综掘机截割部恒功率控制策略研究及应用

  张丽萍,孟本昌,张园萍

  针对煤岩巷道物相性质对快速掘进系统难以实现精准控制同时截割过程对系统产生载荷波动和冲击等现象，以聚鑫煤矿11181工作面回风巷道快速掘进过程为研究对象，系统截割电机电流为反馈信号，采用模糊滑模变结构方法对系统非线性电液控制系统进行恒功率控制，实时调节截割部横摆速度并进行现场应用分析。研究结果表明：相比于模糊PID控制方法，基于模糊滑模变结构的控制方法能够使系统截割部横摆速度保持稳定，速度跟踪效果更好，截割功率波动仅为额定功率的2.81%；经现场应用分析，在煤岩硬度突变时，模糊滑模变结构控制方法能够降低截割系统的功率波动同时维持截割系统恒功率运行，平均巷道掘进日进尺提升了38.3%，快速掘进系统的控制精度和稳定性得到进一步提升。

• 新型PDC钻头切削齿破岩仿真实验研究

  罗晨旭,高君毫,曾嘉玮,等

  为探究PDC钻头切削岩层仿真过程中不同工作参数对破岩率的影响，基于EDEM软件建立了新型PDC钻头的单个切削齿的离散元仿真，模拟了单个切削齿切削岩壁的动态过程，分析了切削齿分别在不同自身角度、切入岩壁夹角、钻头转速、牵引速度等关键因素下的破岩状况，通过粘结键的破坏数量得到各因素下的破岩率。结果表明：切削齿自身角度和牵引速度是影响破岩率的主要因素，切入岩壁夹角和钻头转速是影响破岩率的次要因素。当切削齿自身角度为70°、切入岩壁夹角为30°、钻头转速为31.4rad/s、牵引速度为0.25m/s时破岩率最高。在相同条件下, 圆柱形切削齿破岩率为57.66%,圆台形切削齿破岩率为56.36%，但圆台形切削齿的磨损量比圆柱形切削齿降低29.72%，有效地提高了刀具的使用寿命，具有更好的破岩性能。研究结果可为EDEM模拟切削齿破岩过程中PDC钻头切削齿的设计及施工参数的选择提供参考依据。