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关键域充填协同地下气化复采浅层难采遗煤的科学内涵
1
作者 冯国瑞 李剑 +3 位作者 白锦文 邵明仁 王喆 王鹏 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期387-402,共16页
我国煤矿残采区内遗存大量难采煤炭资源(后文简称“遗煤”),浅层遗煤储量可观且开采价值巨大,安全回收能够助力我国煤炭资源持续供给;同时,遗煤长期滞留易自燃,威胁环境安全且难以处置。因此,基于绿色开采和科学开采学术思想,结合充填... 我国煤矿残采区内遗存大量难采煤炭资源(后文简称“遗煤”),浅层遗煤储量可观且开采价值巨大,安全回收能够助力我国煤炭资源持续供给;同时,遗煤长期滞留易自燃,威胁环境安全且难以处置。因此,基于绿色开采和科学开采学术思想,结合充填开采和煤炭地下气化开采工艺,提出了一种关键域充填协同地下气化复采浅层难采遗煤的技术构想。该技术体系通过遗煤地下气化关键域全过程识别、充填材料优选及结构设计、遗煤地下气化空间重构、遗煤资源地下气化复采、复采区监测及充填综合调控等步骤,实现遗煤资源的安全低碳高效开采。关键域充填协同地下气化复采浅层难采遗煤需要解决四大关键科学问题:遗煤赋存空间煤岩失稳破坏特征及关键域判别原理、关键域充填材料热损伤机制及耐高温机理、遗煤地下气化煤岩充结构体承载-渗流特性及失稳机理、关键域充填结构设计及参数优化准则等。关键域充填协同地下气化复采浅层难采遗煤面临的四大关键技术包括:残采区关键域多参量识别技术、关键域充填材料优选技术、遗煤地下气化燃空区链式灾变模拟技术、关键域充填协同地下气化“充填-气化”参数调控技术等。关键域充填协同地下气化复采浅层难采遗煤需要完成的研究内容有:残采区关键域精准判别与充填位置科学确定、关键域充填材料优选与结构设计、遗煤地下气化分布式燃空区失稳特征与灾变机理、关键域充填协同地下气化复采岩层稳定性控制方法等。该技术有望同步实现浅层难采遗煤回收和矿山固废再利用,推动煤炭地下气化和岩层控制技术的发展,保障我国的能源供给安全。 展开更多
关键词 残采区 遗留煤炭资源 煤炭地下气化 关键域充填 岩层控制
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国家大型煤炭基地煤田地质基本特征与资源保障 被引量：1
2
作者 王佟 孔庆虎 +7 位作者 李聪聪 程彦 赵欣 潘海洋 江涛 宋洪柱 李华 韩效忠 《中国煤炭地质》 2026年第1期1-7,24,共8页
系统分析了中国煤田地质“井”字形构造格架下“九宫”分区的总体特征,阐述并对比了14个大型煤炭基地宏观构造分异特征、煤炭时空分布特征、煤质煤类总体特征。研究表明,中国煤炭资源具有多样化的成煤环境和复杂的构造背景,呈现显著的... 系统分析了中国煤田地质“井”字形构造格架下“九宫”分区的总体特征,阐述并对比了14个大型煤炭基地宏观构造分异特征、煤炭时空分布特征、煤质煤类总体特征。研究表明,中国煤炭资源具有多样化的成煤环境和复杂的构造背景,呈现显著的区域分异性,各大型煤炭基地在资源赋存状态、成煤期时代属性及开发需求上差异显著,煤田地质特征直接影响了各基地的煤炭开发模式。提出了未来大型煤炭基地的煤炭地质工作方向,包括聚焦于深部资源接续、煤系多资源协同勘查与开发、煤炭开发地质保障、煤质分质分级利用、煤炭资源绿色开发与生态保护等方面,煤田地质特征研究为国家能源安全和大型煤炭基地科学开发提供了地质依据。 展开更多
关键词 煤田地质特征 构造控煤 成煤环境 “九宫”分区 大型煤炭基地
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我国放顶煤开采技术高质量发展路径探讨 被引量：1
3
作者 王家臣 张锦旺 +2 位作者 侯志远 程东亮 樊旋 《煤炭技术》 2026年第1期1-14,共14页
我国能源结构的深入调整对煤炭行业的高质量发展提出了新要求。放顶煤开采技术作为厚煤层开采的主要方法之一,也不断完成技术突破,逐步向高质量发展迈进。本文系统地分析了放顶煤开采技术40余年来的发展历程、技术现状及目前面临的挑战... 我国能源结构的深入调整对煤炭行业的高质量发展提出了新要求。放顶煤开采技术作为厚煤层开采的主要方法之一,也不断完成技术突破,逐步向高质量发展迈进。本文系统地分析了放顶煤开采技术40余年来的发展历程、技术现状及目前面临的挑战。结合新时期下煤炭能源发展的新形势,从系统高可靠、安全零事故、智能集约化、资源高回收、绿色可持续开采5个方面阐述了放顶煤开采高质量发展内涵与要求。提出了未来放顶煤技术高质量发展攻关方向,包括智能放煤、全程放煤、无煤柱开采、采空区处理矸石、覆岩协同控制、卸压开采、限厚开采等技术方向,并探讨了放顶煤合理开采厚度确定的主要原则,为放顶煤开采技术的高质量发展提供了参考。 展开更多
关键词 放顶煤开采 高质量发展 智能放煤 端头放煤 无煤柱开采
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深部固体资源流态化开采原位多场多相岩体力学理论研究前沿
4
作者 周宏伟 张茹 +6 位作者 薛东杰 李存宝 高富强 巨峰 范建国 陈磊 谢和平 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期352-369,共18页
随着地球浅部能源资源逐步开采殆尽,提升人类对深部固体资源获取能力是全球科学前沿和技术发展的必然趋势,也是确保我国长久能源安全的战略选择。煤炭禀赋固体资源与能源属性,深部煤炭资源流态化开采是突破固体矿产资源开采深度极限的... 随着地球浅部能源资源逐步开采殆尽,提升人类对深部固体资源获取能力是全球科学前沿和技术发展的必然趋势,也是确保我国长久能源安全的战略选择。煤炭禀赋固体资源与能源属性,深部煤炭资源流态化开采是突破固体矿产资源开采深度极限的颠覆性技术,其关键是要构建能考虑深部煤炭资源流态化开采原位赋存环境影响的深部工程科学全新理论与技术。现有岩石力学理论与方法难以考虑深部原位环境的影响(现有强度准则、本构方程等与深度无关、与深部原位环境无关),无法有效指导流态化技术研发和灾害防控,亟需发展考虑深部固体资源流态化开采原位多场多相环境影响的原位岩体力学新理论、新方法。建立深部原位多场多相岩体力学理论是实现深部固体资源流态化开采的基础,针对考虑深部煤炭资源原位流态化开采赋存环境影响的岩体力学理论新体系,凝练了四大关键科学问题:(1)深部固体资源流态化开采不同深度赋存环境本真参数与岩体物理力学行为差异性规律;(2)考虑深部固体资源流态化开采多场多相赋存环境影响的原位岩体力学理论;(3)深部固体资源流态化开采围岩稳定与岩层控制机制及动力灾害孕灾机理;(4)深部固体流态化开采负碳充填体的拓扑结构与构建。并相辅相成地提出五大关键技术问题:(1)深部固体资源流态化开采不同深度原位多场多相赋存环境本真信息获取技术;(2)深部固体资源流态化开采环境重构下岩体形变多参量同步测试技术;(3)深部固体资源流态化开采围岩多场耦合破坏智能数值仿真技术;(4)深部固体资源流态化开采负碳充填材料改性及性能调控技术;(5)深部固体资源流态化开采负碳高效充填技术。最后,结合科学问题和技术问题细分出七大重点研究内容:(1)深部固体资源流态化开采不同深度岩体力学行为原位测试原理与技术;(2)深部固体资源流态化开采环境重构下多场多相岩体形变规律同步测试方法与技术;(3)深部固体资源流态化开采下原位岩体力学理论与灾变预测方法;(4)深部固体资源流态化开采下围岩稳定技术与安全评价方法;(5)深部固体资源流态化开采巷道前方灾害源随掘声波精细探测技术;(6)深部固体流态化开采下负碳充填及其岩层控制技术;(7)深部开采动力灾害防控方法及工程示范。基于以上内容构建深部固体资源流态化开采原位多场多相岩体力学理论,为未来深部固体资源流态化开采提供理论基础和技术支撑。 展开更多
关键词 深部开采 多场多相 深部原位岩体力学 流态化 围岩稳定 负碳充填
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大倾角煤层长壁综采研究与探索
5
作者 伍永平 解盘石 +8 位作者 贠东风 王红伟 高喜才 吕文玉 罗生虎 郎丁 胡博胜 张浩 张颖异 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第1期20-34,共15页
为了破解我国大倾角煤层安全高效开采难题,支撑煤炭工业智能化转型,聚焦大倾角煤层长壁综采技术,系统阐述了大倾角煤层长壁综采理论与技术发展历程,并结合智能化开采趋势,展望了该领域未来拟解决的科学问题与技术发展方向。大倾角煤层(... 为了破解我国大倾角煤层安全高效开采难题,支撑煤炭工业智能化转型,聚焦大倾角煤层长壁综采技术,系统阐述了大倾角煤层长壁综采理论与技术发展历程,并结合智能化开采趋势,展望了该领域未来拟解决的科学问题与技术发展方向。大倾角煤层(倾角35°~55°)自1996年被明确定义以来,其开采倾角上限随着技术与装备进步已逐渐延伸至70°,该类煤层在我国分布广、储量大,是保障区域经济社会发展的重要资源,亦是当前智能化开采的重点与难点。系统梳理了大倾角煤层长壁开采历经的非机械化主导、机械化探索、综采技术突破及技术体系完善4个发展阶段,并从薄煤层、中厚煤层、厚及特厚煤层3类煤层角度,总结了绳锯采煤、伪俯斜走向长壁分段密集采煤、综采、综放等多种采煤方法的工程实践适用条件与优缺点,指出长壁综采(综放)仍为主流技术方向。在理论研究方面,介绍了大倾角长壁采场“支架-围岩”关系、顶板结构稳定性、底板滑移机理、支架与围岩系统动力学、煤壁稳定性、飞矸发生机理、覆岩机构与致灾机理等关键理论进展,以及长壁伪斜开采、非线性工作面布置、水平分段联合综放开采等技术创新及其配备智能化装备等研发成果。针对当前煤矿智能化发展趋势,进一步介绍了基于长壁开采的数字孪生模拟试验平台建设、智能化成套装备研发及典型矿井智能化实践案例,明确了长壁智能化综采是实现大倾角煤层安全高效开采的必由之路。最后,提出了当前亟待研究的围岩智能控制、装备系统协同稳定、复杂环境感知可靠性等关键问题,并对未来技术发展方向进行了展望,为促进大倾角煤层安全高效智能化开采提供理论参考与技术支撑。 展开更多
关键词 大倾角煤层 长壁综采 伪俯斜开采 智能化开采 重力倾角效应
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深部不可采煤层CO_(2)可循环利用的CCCUS技术构想
6
作者 梁卫国 阎纪伟 +3 位作者 朱帝杰 郭红光 公丽 牛栋 《煤田地质与勘探》 北大核心 2026年第1期80-93,共14页
【背景】我国深部不可采煤层资源量大,可封存的CO_(2)量十分可观,但简单地将CO_(2)封存在深部煤层,不仅需投入较高经济成本,也会造成深部煤炭资源的浪费,而利用微生物技术将深部不可采煤层封存的CO_(2)转化为CH_(4),可实现CCUS的反复循... 【背景】我国深部不可采煤层资源量大,可封存的CO_(2)量十分可观,但简单地将CO_(2)封存在深部煤层,不仅需投入较高经济成本,也会造成深部煤炭资源的浪费,而利用微生物技术将深部不可采煤层封存的CO_(2)转化为CH_(4),可实现CCUS的反复循环利用(circular carbon capture utilization and storage,CCCUS),其对资源与环境可持续发展具有十分重要的意义。【方法】深部不可采煤层中CCCUS技术思路是通过实验研究、理论分析与工程模拟等手段,揭示深部不可采煤层CO_(2)高效致裂增渗与驱替置换CH_(4)机理,研究深部不可采煤层复杂缝网建造与高效驱替CH_(4)控制机理,研发高温高压条件下深部煤层中液化秸秆高效制氢方法,提出深部煤层CO_(2)与液化秸秆生物转化CH_(4)技术路线,最终计算CO_(2)循环利用的经济性。【结果和结论】CO_(2)致裂深部煤层能够形成更加复杂的裂缝网络,增加微纳尺度孔裂隙的连通性,使甲烷的驱替效率提升,微生物能够将CO_(2)高效转化成CH_(4),提高了深部煤层中CO_(2)的转化效率。探究了CO_(2)致裂-驱替-生物转化CH_(4)作用下、煤储层孔裂隙结构演化规律,完善了深部不可采煤层CCCUS煤体结构演化与流体运移耦合作用理论,探索CCCUS对围岩稳定性和地质环境的影响规律及控制机制,丰富发展演变多孔介质传输多场耦合作用理论,获得了CO_(2)可循环利用的技术可靠性,定量表征了其经济性指标,为深部不可采煤层CCCUS创新技术实施提供重要理论基础,有力支撑我国能源革命与“双碳”目标实现。 展开更多
关键词 深部 不可采煤层 CO_(2)致裂-驱替-生物转化CH_(4) CCCUS理论 围岩稳定 地质环境
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柔性刀具冲击破煤应力场演化及裂纹扩展规律
7
作者 魏建平 郜英俊 +5 位作者 徐向宇 陈长江 张慧栋 刘勇 刘昊 谢鹏 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期497-511,共15页
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... 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。 展开更多
关键词 卸压增透 柔性刀具 冲击破煤 应力演化 裂纹扩展
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热氮气井下原位热解富油煤温度场数值模拟
8
作者 赵玉娇 刘璇 +4 位作者 张波 张海龙 鲁雪莹 王美 梁雨艳 《西安科技大学学报》 北大核心 2026年第1期103-114,共12页
富油煤原位热解作为一种清洁、高效、安全的煤炭资源新兴利用技术,突破了传统煤炭开采-地面加工的高耗能模式,实现油气产物的高效提取与资源化利用,对于助力“双碳”目标具有重要影响。为研究注氮气对流加热以及传导加热原位热解过程中... 富油煤原位热解作为一种清洁、高效、安全的煤炭资源新兴利用技术,突破了传统煤炭开采-地面加工的高耗能模式,实现油气产物的高效提取与资源化利用,对于助力“双碳”目标具有重要影响。为研究注氮气对流加热以及传导加热原位热解过程中不同因素对富油煤的影响,通过Comsol软件构建富油煤原位热解物理场数值模型,分析不同流速与温度的氮气、井距、布井方式以及裂隙数目对富油煤原位热解物理场的影响规律。结果表明:加热36个月,氮气出口流速为0.50 m/s,温度为600℃的煤层热解效果最佳;增加生产井数量,减小注气井和生产井间的距离可以明显提高煤层平均温度,增大有效加热面积占比和能量利用率,但煤层加热效果几乎不受生产井位置影响;3条水平裂隙布置能够满足煤层对热解程度的要求,有效加热面积达到100%。研究为氮气井下原位热解富油煤研究提供了理论依据。 展开更多
关键词 富油煤 原位热解 注气加热 温度场 数值模拟
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城镇建(构)筑物下充填开采技术及合理工艺设计
9
作者 张洋 周雨顺 +3 位作者 王方田 鲁岩 郝文华 王旭 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期22-30,85,共10页
目的 针对煤炭开采面临的建(构)筑物下大量压煤限制矿井可持续发展的难题,以城郊煤矿为试验矿井,开展城镇建(构)筑物下压煤合理充填开采技术与工艺研究。方法 采用工程类比、方案对比、理论计算等方法,基于建(构)筑物充填开采方法选取... 目的 针对煤炭开采面临的建(构)筑物下大量压煤限制矿井可持续发展的难题,以城郊煤矿为试验矿井,开展城镇建(构)筑物下压煤合理充填开采技术与工艺研究。方法 采用工程类比、方案对比、理论计算等方法,基于建(构)筑物充填开采方法选取需要满足不允许地表塌陷要求的原则,提出综采胶结膏体充填、新型固体充填、超高水充填材料充填和覆岩隔离注浆充填4种建(构)筑物下压煤开采方案。分析不同充填开采方案的采场岩层控制效果,确定最优充填开采方案为综采胶结膏体充填开采。依据煤层厚度确定支架高度,从抵抗膏体侧向力、充填面顶板下沉量控制需要2方面确定支架工作阻力。设计综采胶结膏体充填开采方法,通过优化“隔离-充填-采煤”协同工艺,解决采充干扰问题。根据充填体在凝固阶段、采煤阶段的作用,确定早期强度,确定充填体强度稳定安全系数,得出充填体后期强度,进行膏体充填材料配比试验和力学性能测试。结果 膏体充填支架最小结构高度为2.0 m,最大结构高度为3.8 m,支架伸缩比为1.9,支架工作阻力大于8 250 kN,凝固阶段膏体充填体强度不小于0.06 MPa,采煤阶段膏体充填体强度不小于0.16 MPa,充填体强度稳定安全系数取2.5,得出膏体充填体凝固28 d单轴抗压强度不小于2.97 MPa,确定了经济且满足强度要求的粉煤灰膏体和矸石粉煤灰膏体配比。结论 城镇下压煤合理充填开采技术及工艺设计在城郊煤矿的实践可为国内类似矿井提供有益借鉴。 展开更多
关键词 “三下”采煤 充填开采 充填工艺设计 城镇下压煤 充填方案
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煤与共伴生能源矿产无人数智化共采研究
10
作者 袁亮 张通 +5 位作者 吕鑫 张村 王玥晗 王新中 黄鑫 王雅亭 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期43-59,共17页
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... 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。 展开更多
关键词 煤与共伴生能源矿产 多场耦合响应 污染防控 无人数智化共采 生态修复
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厚煤层充填开采覆岩动态演化过程与煤基固废注浆充填实践
11
作者 杨科 冯小伍 +6 位作者 何祥 韩磊 马国军 赵新元 张继强 于祥 刘振 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第1期84-99,共16页
厚煤层开采过程中,上覆岩层在采动应力作用下发生由局部变形到整体破坏的渐进式动态演化,形成原位采空区、低位垮落带、高位离层区等地下空间,引发岩层移动、地表沉陷等地质问题。同时,煤炭开采利用产生的煤基固废堆存不仅占用土地,还... 厚煤层开采过程中,上覆岩层在采动应力作用下发生由局部变形到整体破坏的渐进式动态演化,形成原位采空区、低位垮落带、高位离层区等地下空间,引发岩层移动、地表沉陷等地质问题。同时,煤炭开采利用产生的煤基固废堆存不仅占用土地,还存在环境污染风险,其处置需求与煤层开采覆岩运移形成的关键空间具有高度适配性。因此,基于厚煤层开采覆岩空间的动态演化过程,揭示了初始采动、采动发展、采动稳定三阶段的特征差异。通过分析内在属性与外在因素对覆岩演化的控制机理,明确了覆岩关键空间的形成机制与分布规律,并提出了原位采空区注浆、低位垮落带注浆、高位离层注浆的差异化工艺,进而构建了“下承-中固-上控”的多层位协同注浆充填体系。开展物理相似模拟试验对覆岩关键空间动态演化及注浆充填效果进行研究,复现覆岩动态演化过程中的垮落、裂隙发育及离层形成过程,量化分析原位采空区注浆、低位垮落带注浆、高位离层注浆对覆岩移动的控制效果,为理论分析结论与技术参数优化提供了试验依据。在工程应用方面,豹子沟煤矿采空区注浆、任家庄煤矿垮落带注浆及霍尔辛赫煤矿离层注浆实践均实现了煤基固废的规模化处置,验证了注浆充填技术体系在不同地质条件下的适配性,实现了提升覆岩稳定性和有效控制地表沉陷的效果,为厚煤层绿色开采提供了可推广的实践范例。本研究成果通过理论-试验-实践的闭环验证,厘清了厚煤层开采覆岩演化与注浆充填的内在关联,构建了厚煤层开采多层位协同控制技术体系,为厚煤层开采覆岩灾害防治及煤基固废资源化利用提供了支撑与技术范式。 展开更多
关键词 厚煤层开采 固废处置 注浆充填 相似模拟 工程应用
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超临界CO_(2)压裂深部煤体的显微裂缝分布特征及其控制机理
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作者 王香增 吴金桥 +3 位作者 张锋三 曹文琦 阎纪伟 朱帝杰 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期181-192,共12页
深部煤层埋深大,煤岩结构致密,裂隙相对不发育,成为制约深部煤层气高效开采的重要因素。水力压裂主要在煤层中形成较宽大的裂缝,而超临界CO_(2)(ScCO_(2))由于其分子结构较小,黏度低,能够渗透到煤体微纳米尺度的孔裂隙内,从而产生较复... 深部煤层埋深大,煤岩结构致密,裂隙相对不发育,成为制约深部煤层气高效开采的重要因素。水力压裂主要在煤层中形成较宽大的裂缝,而超临界CO_(2)(ScCO_(2))由于其分子结构较小,黏度低,能够渗透到煤体微纳米尺度的孔裂隙内,从而产生较复杂的显微裂缝网络,有效增加气体运移空间。结合显微CT、声发射仪、形貌扫描仪研究了ScCO_(2)压裂延安区块深部煤体后显微裂缝的分布特征及扩展规律,获得了不同应力约束条件下煤中压裂裂缝的分布特征,分析了煤体结构、地应力、ScCO_(2)特性等因素对显微裂缝起裂与扩展的控制机理,定量表征了显微裂缝的形貌特征及其非均质性,揭示了显微裂缝扩展与分布的控制机理。研究结果表明,1~3号样的垂向应力差系数(Kv)均为0.4,4号样的Kv为0.6时,1~3号样的破裂压力均在25 MPa附近,而4号样的破裂压力仅为16 MPa,即Kv增加有利于煤体破裂。ScCO_(2)压裂后煤体中显微裂缝发育,其形态复杂且连通性增强,有利于气体运移。ScCO_(2)进入煤体,沿着较大孔裂隙通道逐步进入显微尺度的孔裂隙,随着注入气体量增大,ScCO_(2)对煤体的挤压强度不断提高,煤体先发生显微破裂,随着ScCO_(2)聚集压力增大,煤中裂缝被撑开发生整体破裂。由于ScCO_(2)能够进入不同尺度的煤体内且其分布较均匀,因此形成的裂缝分布范围较广。1~4号样裂缝面的粗糙度分形维数分别为1.915、1.828、1.814和1.797,表明煤体的破裂压力越大,裂缝面的分形维数越高,裂缝的非均质性越强。煤体结构、地应力和ScCO_(2)性质是影响深部煤体压裂裂缝展布的主要因素。研究结果为ScCO_(2)压裂改造深部煤体渗透率提供了指导。 展开更多
关键词 超临界CO_(2)压裂 煤体弱化 压裂裂缝 扩展特征 控制机理
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深部有色金属与地热资源协同开发关键技术进展与展望
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作者 李夕兵 陈祉颖 +1 位作者 陈江湛 黄麟淇 《金属矿山》 北大核心 2026年第1期1-12,共12页
我国战略性金属矿开采正向深部迈进,深部矿产与地热资源共采是金属矿深部开采的战略方向,但矿热共采在国际上没有可借鉴的先例,开采面临资源赋存特征复杂、采场热害难调控、矿热资源难回收、协同开采难保障等问题。阐述了深部矿井高地... 我国战略性金属矿开采正向深部迈进,深部矿产与地热资源共采是金属矿深部开采的战略方向,但矿热共采在国际上没有可借鉴的先例,开采面临资源赋存特征复杂、采场热害难调控、矿热资源难回收、协同开采难保障等问题。阐述了深部矿井高地温环境和地热资源化利用的难题以及地热与矿产资源的共生特征,论述了深部矿产和矿井地热协同开发的必要性和可行性,提出了地热与矿产资源协同开发的思路。围绕“变害为利”的指导思想,阐述了矿山地热与矿产资源协同开发的内涵。基于水源热泵技术、充填埋管技术、溶浸采矿技术与新型矿热协同共采技术,提出了矿山超前地热开采协同岩层降温技术体系,详细阐述了该模式的关键技术和工艺流程,探讨了深部矿产资源协同地热开采的重难点及所蕴含的关键科学问题。指出了深部金属矿在矿热协同开发理论与方法上所面临的主要挑战,展望了从热害控制到热能利用的矿热协同调控系统模式发展,为深部矿热资源的安全、高效、智能共采提供理论依据与技术保障。面向“十五五”,该领域研究重点为深部多场耦合环境下矿热资源赋存机制精细表征、高温高应力条件下热能提取与采矿工艺的协同调控、矿热共采系统智能决策与高效运行的关键技术集成等核心难题。研究成果有助于推动深部矿热协同开发从概念创新走向工程现实,为我国深部资源与能源的自主保障提供重要支撑。 展开更多
关键词 深部开采 矿山地热资源 矿热共采 多场耦合 绿色低碳开采
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从离层注浆到覆岩隔离注浆充填的创新与发展
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作者 许家林 轩大洋 +1 位作者 李建 王秉龙 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期209-223,共15页
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... 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CO_(2)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。 展开更多
关键词 覆岩隔离注浆充填 卸荷膨胀累积效应 全柱状 关键层 绿色开采
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基于陡帮开采的露天煤矿减损开采技术
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作者 常治国 马龙 +4 位作者 马力 靳新宇 张奇峰 李学斌 雷尧 《西安科技大学学报》 北大核心 2026年第1期92-102,161,共12页
露天煤矿开采扰动造成土地压占和破坏,原本脆弱的矿区生态系统面临更大挑战,开展干旱区露天煤矿减损开采研究是煤炭绿色发展的必然要求。基于陡帮开采的内涵与节地减损的目标,阐述露天矿开采扰动影响特征,探究采场帮坡角度对土地破坏面... 露天煤矿开采扰动造成土地压占和破坏,原本脆弱的矿区生态系统面临更大挑战,开展干旱区露天煤矿减损开采研究是煤炭绿色发展的必然要求。基于陡帮开采的内涵与节地减损的目标,阐述露天矿开采扰动影响特征,探究采场帮坡角度对土地破坏面积的影响,构建基于陡帮开采的减损开采技术理论模型,并以红沙泉露天煤矿为背景,基于减损开采技术优化端帮边坡参数,提出具体的工作帮组合台阶方案及角度优化措施,分析减损开采技术与土地节省的关系。结果表明:工作帮坡角与端帮边坡角对土地破坏面积的影响呈负相关关系,土地破坏面积随着帮坡角的增大而减少,随工作线长度的增大而增加;在西端帮减损开采方案下,边坡角度由23°提升至36°,年均增加内排空间4.5×10^(5) m^(3),年均减少排土场压占面积1182.7 m^(2);优化后的工作帮最佳帮坡角应为13°,可减少的地表土地破坏面积为6.8×10^(5) m^(2)。端帮减损开采技术与工作帮减损开采技术组合可实现从开采源头降低土地破坏和生态损伤的目标。 展开更多
关键词 陡帮开采 减损开采 开采扰动 土地破坏 边坡角
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断层面分割露天矿边坡精细化建模及稳定性分析
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作者 陈应显 王璞 +3 位作者 周萌 朱喆 刘光伟 迟晓东 《地质科技通报》 北大核心 2026年第1期314-323,共10页
露天矿边坡断层带是边坡三维稳定性分析及数值模拟的重点,由于地质断层面将矿岩三维空间分割成复杂空间面域,成为露天矿边坡三维精细化网格生成的难点。为了提高含断层露天矿边坡稳定性分析的准确度,需要在对含断层露天矿边坡准确三维... 露天矿边坡断层带是边坡三维稳定性分析及数值模拟的重点,由于地质断层面将矿岩三维空间分割成复杂空间面域,成为露天矿边坡三维精细化网格生成的难点。为了提高含断层露天矿边坡稳定性分析的准确度,需要在对含断层露天矿边坡准确三维建模的基础上,对断层带网格模型进行细化。首先建立含断层露天矿边坡真三维网格模型;其次以断层面网格为中心,对边坡三维四面体网格模型进行分级自适应细化,以VC++为开发平台,对TetGen库进行开发得以实现;最后以内蒙古自治区西二露天煤矿含断层边坡为例,使用FLAC3D软件通过数值模拟方法对细化前后的模型进行稳定性分析,得到分级细化前后模型的稳定性系数分别为1.35和1.20。通过对模型细化前后的对比分析,发现精细化网格能够显著提高地质体的数值模拟精度。将数值模拟结果与实际滑体进行对比,验证了自适应分级细化方法的可靠性与有效性。 展开更多
关键词 断层面 露天矿边坡 精细化建模 三维网格细化 稳定性分析
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基于多种学习算法与液压支架尾梁振动信号的煤矸多分类识别研究
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作者 杨扬 王玉昆 曾庆良 《振动与冲击》 北大核心 2026年第4期61-72,共12页
煤与矸石的精准识别分类是实现煤矿综放智能化开采的关键技术,对提高煤炭开采效率与品质有着至关重要的作用。针对当前煤矸二分类识别技术仅能将目标样本简单划分为可放类与关停类,无法实时监测煤矸流动混合比例等问题,进行煤矸多分类... 煤与矸石的精准识别分类是实现煤矿综放智能化开采的关键技术,对提高煤炭开采效率与品质有着至关重要的作用。针对当前煤矸二分类识别技术仅能将目标样本简单划分为可放类与关停类,无法实时监测煤矸流动混合比例等问题,进行煤矸多分类识别任务研究。首先,搭建煤矸冲击滑移试验台,进行不同煤矸混合比的样本调配用于煤矸冲击滑移试验,通过软件DHDAS动态信号分析系统采集可用于识别训练的样本数据。其次,将采集到的样本数据按其含矸率划分为四种类别,并对其进行信号预处理与特征提取,分别构建有效原始信号矩阵数据集和特征矩阵信号数据集。然后,将不同的数据集分别与多种识别算法结合,构建多个煤矸识别训练模型,开展煤矸多分类识别训练。最后,基于多个训练模型的识别结果进行分析,以其识别准确率为评判标准,寻找出最优数据集与分类算法的组合模型。结果表明,识别效果最好的组合为Resnet与有效原始信号矩阵数据集,单次识别准确率最高为97.3%,平均准确率为91.92%,证实了煤矸多分类识别研究的可行性,为实现煤矿综放智能化开采的实时监测提供了技术支撑与理论依据。 展开更多
关键词 振动信号 特征矩阵 深度学习 煤矸多分类识别
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智能化背景下采矿卓越工程人才培养模式改革与实践探索
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作者 李东印 胡咤咤 +5 位作者 王伸 刘晓光 杜锋 王文 李红斌 刘晓 《河南理工大学学报(社会科学版)》 2026年第1期115-123,共9页
当前5G、大数据、人工智能等技术快速迭代,与采矿工艺的交叉融合不断深化,传统采矿工程培养模式已难以满足智慧矿山建设对复合型人才的需求。本文系统分析了我国部分高校采矿工程专业人才培养中存在的专业认同感低、人才培养体系适配性... 当前5G、大数据、人工智能等技术快速迭代,与采矿工艺的交叉融合不断深化,传统采矿工程培养模式已难以满足智慧矿山建设对复合型人才的需求。本文系统分析了我国部分高校采矿工程专业人才培养中存在的专业认同感低、人才培养体系适配性差、实践教学体系相对落后等关键问题,从稳定专业初心、制定新型人才培养方案和构建智能化实践平台等方面着手,对河南理工大学采矿卓越工程人才培养模式进行改革与实践探索,有力促进了该专业人才培养质量的整体提升,总体实现了适应未来煤炭工业发展需要的智能化采矿工程卓越人才的育人目标。 展开更多
关键词 采矿工程 卓越工程人才 智慧矿山 人才培养模式 煤炭工业
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突出矿井全生命周期煤气共采技术模式与实践
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作者 胡国忠 秦伟 +4 位作者 许家林 李国君 袁梅 杨南 李康 《绿色矿山》 2026年第1期70-78,共9页
随着煤矿采深增加,越来越多的开采煤层逐渐转为突出煤层,并具有地质构造复杂、无开采保护层、透气性低、地应力高等特点,造成煤层瓦斯抽采难度增加,而煤气共采是解决上述难题的有效途径。以阳泉矿区为例,从煤炭开采的采前、采中、采后... 随着煤矿采深增加,越来越多的开采煤层逐渐转为突出煤层,并具有地质构造复杂、无开采保护层、透气性低、地应力高等特点,造成煤层瓦斯抽采难度增加,而煤气共采是解决上述难题的有效途径。以阳泉矿区为例,从煤炭开采的采前、采中、采后的全生命周期角度,阐述了煤矿全生命周期煤气共采的概念内涵与技术模式;建立了以煤矿规划区复杂构造带地面直井压裂靶向预抽、煤矿开拓区底抽巷穿层钻孔液态二氧化碳相变致裂预抽、煤矿生产区本煤层超前卸压瓦斯二次封孔强化抽采、废弃采空区瓦斯地面钻井抽采为代表的煤矿全生命周期煤气共采技术体系。结果表明,以人工增透与采动卸压为手段的煤气共采成套技术的成功应用,使阳泉矿区的煤矿规划区地面直井单井抽采量提高了7倍、煤矿开拓区本煤层瓦斯抽采量提高了5.7~8倍、煤矿生产区工作面超前卸压瓦斯抽采量提高了184%、废弃采空区地面钻井产气量平均达3504 m3/d,有效提高了深部开采煤层的瓦斯抽采效果。研究成果将有助于煤矿企业从矿井全生命周期角度进行科学的瓦斯抽采规划,以促进瓦斯灾害事故预防、瓦斯利用与减排。 展开更多
关键词 煤气共采 煤矿全生命周期 绿色开采 人工增透 采动卸压
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原地浸出采铜技术进展及其在我国铜矿开采中的应用分析
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作者 廖文胜 王立民 +1 位作者 原渊 杜志明 《矿冶》 2026年第1期101-108,共8页
原地浸出开采技术已成为铀矿开采的主流工艺,并在铜、金、稀土等金属资源开发中逐步推广。本文系统梳理了铜矿原地浸出技术的工业应用现状与研究进展,总结了适宜该工艺的矿床地质与水文地质特征及其基本条件要求。在此基础上,结合我国... 原地浸出开采技术已成为铀矿开采的主流工艺,并在铜、金、稀土等金属资源开发中逐步推广。本文系统梳理了铜矿原地浸出技术的工业应用现状与研究进展,总结了适宜该工艺的矿床地质与水文地质特征及其基本条件要求。在此基础上,结合我国铜矿资源普遍具有低品位、中小型、氧化矿占比高等特点,分析了原地浸出技术在我国的应用潜力与发展方向,以期为推动我国难处理、难利用铜矿资源的高效绿色开发提供参考。 展开更多
关键词 原地浸出 铜矿开采 技术进展 矿床特征
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