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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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煤矿立体充填开采方法及工程实践
6
作者 张强 崔鹏飞 +7 位作者 张吉雄 王云搏 杨军辉 宗庭成 白雨 金子山 冯建业 朱兴会 《煤炭学报》 北大核心 2026年第2期966-976,共11页
单一充填开采方法难以完全满足充填工程场景复杂化、地质条件特殊化、覆岩控制精准化的需求。创新性提出联合运用多种充填技术对覆岩全系不同层位采动腔硐空间进行立体充填开采的新方法,并拆解煤矿立体充填开采技术特征及工程内涵,剖析... 单一充填开采方法难以完全满足充填工程场景复杂化、地质条件特殊化、覆岩控制精准化的需求。创新性提出联合运用多种充填技术对覆岩全系不同层位采动腔硐空间进行立体充填开采的新方法,并拆解煤矿立体充填开采技术特征及工程内涵,剖析了煤矿立体充填开采典型适用场景;分析提取了立体充填低、中、高多层位可充采动腔硐空间动态发育模型,构建了立体充填多层位协同阻滞覆岩运动、稳定控制地表变形的核心机制,形成了“低位固体面充+高位地面下向孔注”“低位固体面充+中位回采巷上向孔注”等多种煤矿立体充填开采组合模式;设计了煤矿立体充填“钻采充注”典型生产系统,并揭示了立体充填各系统间“空间上多层位布置+时间上多指标顺序运行”的“分时分区”时空高效衔接机制;系统性建立了煤矿立体充填开采工程设计方法。结合河北某矿建下多条带遗留煤柱回收的工程背景,设计并应用了“低位固体面充+高位地面下向孔注”的立体充填开采方法,开展了立体充填“钻、采、充、注”系列工程,实测验证了立体充填低位固体主充和高位孔注辅充阶段协同阻滞覆岩运动控制效果,量化对比了立体充填在内多种充填开采方法的地表变形控制程度,结果表明立体充填控制效果更加显著,其充实率高达96%,实现了高上限、低扰动、强稳定性的地表变形控制。 展开更多
关键词 充填开采 立体充填 协同阻滞 组合充填 时空衔接 多腔硐空间
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深部不可采煤层CO_(2)可循环利用的CCCUS技术构想
7
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
8
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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煤炭地下气化过程废水中典型有机污染物析出特征
9
作者 辛林 尚振杰 +6 位作者 牛茂斐 杨敏 李华龙 徐伟豪 王欣 刁垌彤 王若男 《煤炭学报》 北大核心 2026年第2期1698-1706,共9页
煤炭地下气化(UCG)被认为是煤炭清洁绿色开采技术,尤其是可利用衰老报废矿井遗留煤炭资源生产高氢组分煤气,并实现地下燃空区二氧化碳储埋封存,对促进我国煤炭高效清洁利用和“双碳”目标实现具有重要意义和广泛的发展前景。然而,UCG过... 煤炭地下气化(UCG)被认为是煤炭清洁绿色开采技术,尤其是可利用衰老报废矿井遗留煤炭资源生产高氢组分煤气,并实现地下燃空区二氧化碳储埋封存,对促进我国煤炭高效清洁利用和“双碳”目标实现具有重要意义和广泛的发展前景。然而,UCG过程控制不当造成潜在地下水污染风险,是制约其产业化应用的因素之一。研究收集了煤热解和煤炭地下气化试验中的气体洗涤水。采用因子分析,结合气化废水污染指标,揭示焦油中有机污染物随高温煤气迁移对地下水的污染特征。结果表明:热解温度为300~700℃,热解煤气洗涤废水中的有机组分复杂,主要以脂肪烃、酚及其衍生物、苯及其衍生物为主。UCG洗涤水与UCG现场取样废水相似,酚类占比最高,超过37.5%。UCG工程现场井下抽排废水的化学需氧量(COD)为413 mg/L,高于炼焦化学工业污染物排放标准值。随着热解和气化温度的升高,大量水溶性有机物生成,煤气洗涤废水总有机碳(TOC)和化学需氧量(COD)的浓度增加,更多脂肪烃类有机物随煤气迁移,并通过冷凝作用富集在煤气洗涤废水中。通过因子分析将TOC和COD合并为单一有机污染指标,且该指标与温度有关,水污染程度F值随温度升高而增大。通过阐明煤炭地下气化过程中水溶性有机污染物的形成机制,研究为煤炭地下气化过程中的地下水污染防治提供了理论依据。 展开更多
关键词 煤炭地下气化(UCG) 煤气洗涤废水 现场废水 有机污染物 因子分析
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热氮气井下原位热解富油煤温度场数值模拟
10
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
11
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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煤铝协调开采采场应力叠加与覆岩运移破断规律
12
作者 孟庆彬 韩绪 +3 位作者 黄炳香 浦海 王锐 安刚健 《中南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第2期718-731,共14页
为实现煤与煤系铝土矿的协调高效安全开采,首先基于山西车家庄煤业工程地质条件构建了大型三维数值模型,探究了不同煤铝协调开采方式下采场应力与位移时空演化规律;其次,开展了煤铝协调开采相似材料模型试验,揭示了煤铝协调开采采场应... 为实现煤与煤系铝土矿的协调高效安全开采,首先基于山西车家庄煤业工程地质条件构建了大型三维数值模型,探究了不同煤铝协调开采方式下采场应力与位移时空演化规律;其次,开展了煤铝协调开采相似材料模型试验,揭示了煤铝协调开采采场应力传递叠加与覆岩运移破断规律;最后,基于协调开采理念,明确了煤铝协调开采条件下煤铝工作面回采的合理错距。研究结果表明:在煤铝协调开采初期,采场矿岩体仅受单一矿体回采产生的采动影响,应力场与位移场随着煤铝工作面回采错距增大而出现明显叠加现象,其中煤铝相向开采应力与位移叠加影响最小;协调开采过程中铝土矿采场覆岩始终保持稳定,未出现破断垮落等现象;煤铝相向协调开采、先煤后铝协调开采和先铝后煤协调开采条件下煤铝工作面回采的合理错距依次为247.0、122.5和222.0 m,煤铝协调开采对覆岩产生的叠加扰动影响最小。 展开更多
关键词 煤铝协调开采 应力叠加扰动 覆岩运移破断 工作面回采错距
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煤与共伴生能源矿产无人数智化共采研究
13
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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急倾斜煤层群煤岩放出流动规律及控制
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作者 伍永平 王乐辰 +8 位作者 王红伟 王立伟 解盘石 田程阳 焦建强 闫壮壮 白金源 茹笑辉 王正富 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第3期1-12,共12页
急倾斜近距离煤层群水平分段开采,受倾角与边壁效应影响,煤岩流动规律复杂、放出率低,严重制约该类煤层的安全高效开采。以新疆天顺煤矿水平分段大采高综放联合开采工作面为工程背景,采用数值计算方法,系统研究了不同放煤工艺对煤岩流... 急倾斜近距离煤层群水平分段开采,受倾角与边壁效应影响,煤岩流动规律复杂、放出率低,严重制约该类煤层的安全高效开采。以新疆天顺煤矿水平分段大采高综放联合开采工作面为工程背景,采用数值计算方法,系统研究了不同放煤工艺对煤岩流动规律、放出体形态、放出率的影响机制,提出了以控制散体间隔岩层优先放出为核心的高效放煤控制技术,优化了联合综放工作面放煤工艺,并结合相似模拟与工业性试验验证了放煤工艺的科学性。结果表明:在急倾斜联合工作面开采过程中,煤岩放出体流动规律与放出率受顶、底板倾斜边壁与间隔岩层破碎矸石影响,下层散体顶煤在间隔岩层破碎矸石与底板的夹持作用下,导致联合开采工作面底板侧三角煤量远大于顶板侧,上层散体顶煤受间隔岩层影响较小;根据不同放煤工艺下煤岩放出情况,提出优先保证散体间隔岩层放出,减少其对下煤层散体顶煤约束效应的控制技术,进而提高急倾斜联合开采工作面煤岩放出率;最后结合天顺矿井中组煤地质条件,提出采用顶板向底板多轮间隔放煤工艺,可有效削减间隔岩层破碎矸石对煤层的约束效应。根据现场工业性试验验证,采用该放煤工艺可使工作面日产量相较于其他放煤工艺提升最高达24.5%,大幅减少顶、底板侧三角煤损失。 展开更多
关键词 急倾斜近距离煤层群 水平分段 煤岩同放 放煤工艺 放煤规律
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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
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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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基于Attention U^(2)-Net的巷道围岩钻孔采动裂隙抗干扰识别研究
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作者 单鹏飞 康佳星 +4 位作者 来兴平 代晶晶 许慧聪 李杰宇 惠聪 《煤炭学报》 北大核心 2026年第2期1052-1067,共16页
采动裂隙演化特征是量化巷道围岩动力显现特征的关键依据之一。为了降低光照不均、噪声等对围岩钻孔成像的干扰以及孔内采动裂隙边缘模糊、形态多变等对采动裂隙识别的不利影响,提出基于Attention U^(2)-Net的巷道围岩钻孔采动裂隙抗干... 采动裂隙演化特征是量化巷道围岩动力显现特征的关键依据之一。为了降低光照不均、噪声等对围岩钻孔成像的干扰以及孔内采动裂隙边缘模糊、形态多变等对采动裂隙识别的不利影响,提出基于Attention U^(2)-Net的巷道围岩钻孔采动裂隙抗干扰识别方法。利用自主研发的巷道围岩态势全息感知装备来全天候实时采集高分辨率围岩钻孔采动裂隙影像,结合注入噪声、直方图均衡化调节、HSV中V通道色彩扰动与裂隙灰度三维投影等多种增强手段来提高非理想成像条件下图像数据环境泛化能力;通过在基准模型U^(2)-Net中融合单通道注意力(SE、ECA)、空间注意力(CBAM)与全局多通道注意力(DANet)及组合注意力(CBAM+ECA)等机制,增强对低可见度裂隙等非理想采集环境下裂隙的感知与提取能力;在训练阶段采用深度监督复合损失函数(Dice+BCE)嵌入基准模型U^(2)-Net的6个网络输出端,促进基准模型U^(2)-Net以及Attention U^(2)-Net模型的稳定训练与快速收敛,从而缓解小目标裂隙梯度消失与不连续问题。巷道围岩钻孔采动裂隙抗干扰识别实验结果表明:Attention U^(2)-Net模型的IoU提升至83.1%、F_(1)达到92.6%、E_(MA)降至0.052,相较基准模型U-Net和U^(2)-Net,训练阶段的收敛步长提前21轮次与10轮次,F_(1)提高8.4%、4.0%。Attention U^(2)-Net模型训练收敛更快,裂隙边缘检测、细长裂隙提取与复杂纹理分割能力更强,为准确分析围岩钻孔采动裂隙演化特征以及巷道围岩动力显现特征提供了可靠技术支撑。 展开更多
关键词 采动裂隙 损失函数 注意力机制 Attention U^(2)-Net CBAM+ECA
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智能综采工作面时空区域来压事件动态预报方法
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作者 付翔 贾一帆 +7 位作者 张小强 张智星 闫明 孙岩 秦一凡 王然风 王泽华 张磊磊 《煤炭学报》 北大核心 2026年第2期1733-1746,共14页
综采工作面周期来压预测预报在预防顶板灾害和保障矿井安全生产中具有重要意义,当前综采智能化建设发展使工作面产生海量压力数据,数据驱动与数智赋能是工作面周期来压预测预报的技术发展关键。基于来压预报技术需求与数据动态分析技术... 综采工作面周期来压预测预报在预防顶板灾害和保障矿井安全生产中具有重要意义,当前综采智能化建设发展使工作面产生海量压力数据,数据驱动与数智赋能是工作面周期来压预测预报的技术发展关键。基于来压预报技术需求与数据动态分析技术优势,提出了智能综采工作面时空区域来压事件动态预报方法体系。首先提出区域块来压判别方法,设计基于区域块划分的特征提取和来压判别算法,利用现场数据对比分析单架与区域块来压判别结果,验证了区域块来压判别方法更易揭示工作面来压周期性时空显现规律;然后构建了基于CNN-BiLSTM-Attention融合网络的区域块循环末阻力特征预测模型,利用200个工作循环的液压支架立柱压力现场数据作为样本进行建模分析,通过对比评估不同模型验证了该模型的优越性,其均方误差低至0.0023,达到应用标准;最后构建基于局部莫兰指数的来压区域自相关聚合模型,设计开发区域块循环末阻力特征自相关聚合算法流程,实现自动地、动态地预报来压事件及其区域范围,与真实来压工况对比模型预测准确率达85%。上述模型方法分别在本工作面、不同矿井相似地质工作面、同一矿井不同地质工作面进行模型应用,分析结果表明:本工作面可以较准确地动态预测预报下一阶段循环来压事件及其区域;在相似地质条件下模型仍具备一定的应用价值,泛化能力较好;在不同地质条件下模型应用效果显著下降,需重新建模以提升预测准确性与实用性。该方法为工作面周期来压预测预报提供了切实可行的技术路径,在矿井安全监测和灾害预警方面具有重要的应用前景。 展开更多
关键词 矿压数据分析 来压判别 来压区域预报 深度学习 空间自相关
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考虑煤矸嵌锁效应的水平分段综放开采合理分段高度确定
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作者 张锦旺 万晓航 +6 位作者 王家臣 杨胜利 程东亮 魏炜杰 宋正阳 王世纪 李欣洋 《煤炭学报》 北大核心 2026年第2期943-965,共23页
针对急倾斜特厚煤层水平分段综放开采中顶煤放出规律复杂、合理分段高度难以确定的工程难题,采用散体动力学理论、离散元数值模拟、物理试验与深度学习算法相结合的方法,揭示了放煤过程中煤矸块体间嵌锁效应主导的“松动—压实”循环机... 针对急倾斜特厚煤层水平分段综放开采中顶煤放出规律复杂、合理分段高度难以确定的工程难题,采用散体动力学理论、离散元数值模拟、物理试验与深度学习算法相结合的方法,揭示了放煤过程中煤矸块体间嵌锁效应主导的“松动—压实”循环机制,构建多参数数值模拟方案,开展物理试验验证,并建立基于序列数据的回收率及合理分段高度预测模型。探究了分段高度、工作面长度、煤层倾角对嵌锁效应及顶煤回收率的影响规律,发现煤层倾角和分段高度越大,嵌锁效应越明显,不利于顶煤的顺利放出,而工作面长度对嵌锁效应的影响不大,较小的分段高度有利于减弱嵌锁效应、促进顶煤的顺利放出。工作面长度越小、分段高度越高,工作面中部的放煤量更加均匀;煤层倾角越大、分段高度越高,靠近工作面顶板侧的放煤口放煤量逐渐增加。工作面长度越大,煤层倾角越小时,采用较小分段高度可以有效减少顶煤成拱、提高工作面的回收率,而当煤层倾角大于70°时,应选取较大分段高度可以削弱嵌锁效应、提升顶煤回收率。构建LSTM+Transformer的回收率及合理分段高度预测模型,实现回收率与合理分段高度的准确预测(R^(2)=0.9469)。研究为乌东煤矿等水平分段综放工作面提供了分段高度的动态优化方法,有助于实现急倾斜煤层的高回收率开采。 展开更多
关键词 水平分段综放开采 放煤规律 分段高度 顶煤回收率 嵌锁效应
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鄂尔多斯盆地延川南区块煤炭地下气化产气潜力评价
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作者 郑永旺 杨松 +4 位作者 解飞 崔轶男 武迪迪 吴财芳 王芳芳 《地质与勘探》 北大核心 2026年第2期433-442,共10页
煤炭地下气化(UCG)技术是实现煤炭资源绿色开采及深部煤炭资源流态化开采的重要组成部分,开展UCG实验研究有助于推进其产业化应用并提供理论支撑。本文以鄂尔多斯盆地延川南区块2#煤层为研究对象,通过UCG物理模拟实验,探究了在不同气化... 煤炭地下气化(UCG)技术是实现煤炭资源绿色开采及深部煤炭资源流态化开采的重要组成部分,开展UCG实验研究有助于推进其产业化应用并提供理论支撑。本文以鄂尔多斯盆地延川南区块2#煤层为研究对象,通过UCG物理模拟实验,探究了在不同气化剂配比条件下,瘦煤气化过程中温度与压力的动态变化特征及合成气组成特性。利用Aspen Plus软件中的DRYING、BURNING与DECOMP1模块,分别对煤样的干燥过程、氧化反应和还原反应进行模拟,系统分析了煤种类型和氧气(O_(2))浓度对UCG产气有效组分的影响,并对研究区产气量进行了计算。物理模拟实验结果表明:随着气化剂中O_(2)浓度的增加,H_(2)、CO、CH_(4)、CO_(2)的相对含量平均值及气体热值均呈现先降低后升高的趋势,而N2的平均相对含量则先升高后降低。与此同时,O_(2)浓度的提升促使气化炉内温度上升,流量差逐步扩大,间接表明产气能力有所增强;在温度与产气能力的共同作用下,炉内压力亦持续增大。数值模拟结果显示:在几种煤种中,瘦煤的有效组分产率最高,其后依次为无烟煤、贫煤,焦煤最低。当气化剂中O_(2)浓度分别为50%、60%、70%、80%、90%及100%时,对应预测产气量分别为23509.44亿Nm^(3)、21625.19亿Nm^(3)、19793.20亿Nm^(3)、18015.02亿Nm^(3)、16289.81亿Nm^(3)和14614.14亿Nm^(3)。此外,随着O_(2)浓度提高,产出气体中有效组分占比持续上升,但其增长率呈现先增加后减小的趋势,转折点位于O_(2)浓度为90%处。综合考虑经济性因素,建议延川南区块2#煤层在进行煤炭地下气化时,将气化剂中氧气浓度设定为80%。在此条件下,H_(2)、CO和CH_(4)的产量占比分别为12.45%、35.20%和3.33%,有效组分总占比已超过50%,具备良好的开发效益。 展开更多
关键词 煤炭地下气化 产气潜力评价 数值模拟 延川南区块 鄂尔多斯盆地
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