煤炭学报杂志

煤炭学报杂志2022年第5期

• 煤系中战略性金属矿产资源：意义和挑战

  代世峰, 刘池洋, 赵蕾, 刘晶晶, 王西勃, 任德贻,

  战略性金属矿产资源对国民经济发展和国防安全具有重要作用。煤是特殊的沉积有机岩石，在其形成过程的特定地质条件下，可以富集战略性金属，并在煤系中形成大型或超大型金属矿床。由于煤系战略性金属矿床不断被发现，世界各国对煤系战略性金属矿产高度重视，使其成为矿产资源勘探的重要领域和重要方向。基于煤系战略性金属矿产的丰度和规模、粉煤灰中金属元素（如锗、镓、铝、铀等）现有提取利用情况和其他金属开发潜力评估，煤系战略性金属矿产的开发利用表现出了良好的前景，将为战略性金属资源增储和环境保护（如燃煤引起的环境污染控制和碳中和目标的实现）发挥重要作用。然而，煤系战略性金属矿产在成矿理论、勘探和提取的理论与技术等方面的研究时间尚短、研究问题复杂和难度大，面临诸多难题或挑战。在成矿理论方面存在的诸多关键科学问题中，核心难题包括，成煤全过程中有机质（矿产）和无机质（矿产）的相互作用及其效应、金属成矿4个过程（物源供给/形成—物质迁移—金属富集—后期改造保存）和盆地演化3个阶段（沉积物充填-成岩作用-改造就位）之间的时空配置规律。在勘查技术方面存在的诸多关键技术问题中，其核心技术难题是煤系中战略性金属元素丰度和组合与地球物理参数的定量表征。煤系战略性金属的类型、赋存环境、组合样式的多样性，造成传统的或单一的勘探技术难以适应煤系中大部分金属矿床的勘探。在提取技术方面存在的挑战是，除了个别金属外（如锗、铀、铝等），煤系（或粉煤灰）中大部分战略性金属具有低品位和难提取的特征。正确认识煤系中战略性金属矿产资源现有研究状况、重要的科学和社会意义，以及面临的机遇和挑战，对实现战略性金属矿产的增储、资源评价和推动煤系金属资源的开发利用具有重要作用。

• 煤系中的锂矿产：赋存分布、成矿与资源潜力

  赵蕾, 王西勃, 代世峰,

  锂作为一种重要的战略性金属矿产，成为近些年来矿产资源勘探领域的热点。 锂矿床的类型主要包括卤水型、花岗伟晶岩型和黏土型等。 煤和含煤岩系中的战略性金属矿产研究取得了较多的进展，典型的有锗、镓-铝、铀、稀土、铌-锆等煤系共伴生金属矿产类型。 煤中锂在过去相当长 的时间内未被当作可从煤中开发利用的金属，仅在 2008 年后才得到较多关注和研究。煤中锂含量超过一定品位时，可形成与煤共伴生的锂矿床，属于沉积型锂矿床，但由于锂的原子序数低、赋存状态多样，是煤中赋存状态研究难度较大的元素之一。 基于前人的研究，并结合煤系金属矿床特点，提出煤系中共伴生锂矿床的边界品位为 Li2O 含量为0.08%(高温灰基)。 我国煤系锂资源主要分 布在华北的石炭—二叠系地层，少数分布在南方。 迄今发现的品位最高的煤系锂矿床主要有山西 晋城地区晚石炭世煤层、内蒙古准格尔官板乌素矿晚石炭世煤层以及重庆草堂矿晚三叠世煤 层(Li2O 含量均大于 0.2%，高温灰基)，其中锂最重要的载体均为锂绿泥石或含锂的绿泥石。以上3个煤系锂矿床中 Li 的异常富集均为热液成因。 煤系锂矿床中常还共伴生Ga和REY等战略性金属，有望实现煤系多种战略性金属矿产资源的协同开发和综合利用。

• 伊犁盆地煤中关键金属的分布赋存特征

  刘双双, 王文峰, 王文龙, 陆青锋, 邵峰军, 王昱龙,

  为查明伊犁盆地煤中关键金属的富集情况，通过工业分析、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）、逐级化学提取实验（SCEE）方法及带能谱的扫描电镜（SEM-EDS），结合盆地北部皮里青煤矿西山窑组煤与顶底板样品及前人研究成果，探讨煤中关键金属的分布赋存特征。结果表明：伊犁盆地煤中关键金属含量整体上并不高，只有局部地区受砂岩型铀矿影响出现了U-Se-Mo-Re等元素的高度富集。在水平上，伊犁盆地的伊宁凹陷呈现南缘显著高于北缘及中部，而北缘又略高于中部的分布特征，这与南缘受到后生富铀溶液渗入、南北缘距离物源更近以及北部的同沉积断裂构造有关。在垂向上，伊犁盆地不同成煤时期的关键金属分布表现为中段的三工河组>下段的八道湾组>上段的西山窑组：受后生富铀溶液渗入，三工河组煤中关键金属含量较高；由于构造条件、沉积环境、沼泽地下水位等不同，八道湾组煤中关键金属含量高于西山窑组。皮里青矿西山窑组煤中关键金属富集程度与盆地整体分布情况相符，处于亏损~正常水平，且具有更强的无机亲和性：Li、Zr、Hf、Nb等元素都主要以硅酸盐结合态形式赋存，主要存在于黏土矿物中；Be、V、In、Sr等元素主要以碳酸盐或硫酸盐结合态形式赋存，主要存在于方解石、菱铁矿、石膏中；W主要以硫化物结合态形式赋存，与煤中黄铁矿关系密切；Mo、Se主要以有机结合态形式存在，皮里青矿煤中不富集U-Se-Mo-Re等元素主要是由于缺少后生富铀溶液的入渗及不具备富铀海西期花岗岩蚀源区这样的地质条件及干旱气候、氧化环境给其带来的可淋溶性条件。

• 高锂无烟煤中不同赋存态锂同位素组成趋同特征及其机理

  孙蓓蕾, 孔艳磊, 王国权, 刘超, Ikeh Justin Tobechukwu,

  煤和含煤岩系中Li是全球Li资源潜在来源之一，引起了国内外高度重视。沁水盆地局部地区煤中Li异常富集，探讨其同位素组成特点与演化有助于深化锂富集分配机制认识。以盆地北部阳泉矿区新景矿8号无烟煤层为研究对象，利用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）和X射线衍射仪（XRD）测定Li含量和矿物组成，结合逐级化学提取实验，确定煤中Li的赋存状态。利用多接收器电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS），测试煤样和不同赋存状态Li的同位素组成，探讨了煤化作用过程中Li同位素分馏特征。结果表明：煤样Li平均含量达138.04μg/g，高于世界硬煤中的平均含量（14μg/g）；主要载体为高岭石，有少量Li以有机结合态的形式存在；原煤样中δ7Li的均值为-2.13‰，硅酸盐结合态δ7Li的均值为-1.15‰，有机结合态δ7Li均值为-1.53‰，不同赋存状态Li同位素组成相似。研究认为，无烟煤中Li同位素组成趋同机理为：（1）煤化作用过程中轻的6Li从有机结构中脱除，再次吸附到粘土矿物中，导致煤中有机结合态Li同位素组成变重，硅酸盐结合态Li同位素组成变轻；（2）在水-岩反应过程中，硅酸盐矿物中重的7Li很容易被溶液萃取，导致硅酸盐结合态中重的7Li流失，Li同位素组成变轻；（3）煤化作用升温过程有助于Li元素的扩散，促使Li同位素达到动力学分馏平衡。

• 贵州西部晚二叠世煤中关键金属异常富集的物质来源

  刘晶晶, 韩秋婵, 赵书茂, 贾荣坤,

  关键金属矿产资源对国民经济发展和国防安全至关重要。煤中关键金属的研究是近年来煤地质学、矿床学和冶金领域研究的前沿问题。贵州西部是我国西南地区重要的煤产区，区内晚二叠世含煤岩系高度富集某些关键金属元素。煤系中这些关键金属元素在一定条件下能够形成具有工业价值的矿床被提取利用，成为传统金属矿床的重要补充，对保障关键金属资源的战略安全具有重要现实意义；同时，该类关键金属记录了能够反映区域地质背景方面的煤的岩石学、矿物学和地球化学等信息，为研究区域构造和复杂地质活动提供依据。本次研究以贵州西部主要晚二叠世煤田为研究对象，通过电感耦合等离子体质谱仪，测定了研究区煤中关键金属的浓度，分析了矿区煤系关键金属的分布和富集规律，在综合已有的贵州西部多个矿区晚二叠世煤的矿物学和地球化学特征的基础上，提出贵州西部煤中关键金属的富集主要受蚀源区供给、火山灰降落和热液流体的影响。其中，蚀源区康滇古陆为含煤盆地沉积物的堆积和泥炭中的无机质提供了主要的物质来源，是西南地区晚二叠世煤中关键金属背景值的决定因素，导致煤中Li、Nb、Zr、Ti、Co、Ni、Cu、Zn和稀土元素的富集；碱性火山灰的输入，造成煤中稀土、Nb、Ta、Zr、Hf和Ga的富集。其他影响因素，包括沉积环境、海水影响、地下水、热液流体作用等，对关键金属富集成矿不起决定性作用，但是海水影响的沉积环境可能对某些关键金属（如Mo、U）的保存提供有利条件。

• 鄂尔多斯盆地南北缘煤中金属异常富集成因对比

  宁树正, 黄少青, 刘亢, 秦国红, 周云飞, 张莉, 范玉须, 郭爱军, 袁建江,

  鄂尔多斯盆地含煤地层中蕴藏丰富的金属元素，是煤中金属分布规律及成因研究的热点区 域，尤以盆地南北缘煤中金属最为富集，且表现出不同的规律和特征。通过对南缘有代表性的渭北、黄陇煤田和北缘准格尔煤田进行采样分析，结合收集已有测试数据，对比南北缘煤中金属富集 的种类、丰度、煤岩特征及差异、成煤环境差异、物源特征，分析盆地南北缘煤中金属富集成因差异。结果表明，与世界煤相比，盆地北部准格尔煤田煤中 Li，Zr，Hf 富集，Be，Ga，Sr，Nb，Pb，Th 轻度富 集，盆地南部黄陇煤田煤中 Sr，Ba轻度富集，渭北煤田煤中 Li 富集，Ga，Zr，Nb，Cs，Hf，Ta，Pb，Th 轻微富集。 盆地晚古生代煤显微煤岩组分，南部镜质组含量大于北部，总体上山西组镜质组含量低于太原组，中生代延安组煤镜质组含量最低。 煤中矿物以黏土矿物和碳酸盐矿物为主，在盆地南缘煤 中发现磷灰石、锐钛矿，还发现有不规则形状的碎屑石英和蠕虫状高岭石，为火山灰输入含煤地层 特征;北缘煤中发现丰富的方解石晶体，以裂隙填充及自生形态为主。 盆地北部和盆地南部Al2O3 / TiO2(含量比)均在 8~70，表明源岩为中性-长英质物质，Nb/ Y-Zr/ TiO2 分布表明，中性-长英质火 山岩向鄂尔多斯盆地南北部提供了大量的陆源碎屑。 盆地北部煤样与阴山古陆钾长花岗岩、本溪 组铝土矿配分模式相似，表明其源岩为阴山古陆钾长花岗岩和本溪组铝土矿;盆地南部煤样表现出与秦岭古陆中性-长英质火山岩相似的稀土元素配分模式，均为稀土元素分异不明显，表明其物源 来自秦岭古陆。 盆地北部煤中Sr/Ba(含量比)为0.07~7.78，均值3.49，表明其主要受海水影响;盆 地南部渭北煤中Sr/Ba为0.60~6.25，均值2.77，表明其成煤过程也主要受海水影响。 盆地南部黄 陇煤田煤中Sr/Ba为0.60~1.17，均值0.78，表明其成煤过程主要受淡水影响。 北部准格尔煤田煤 的主要物源为阴山古陆中元古代钾长花岗岩和本溪组风化壳铝土矿，由于源岩的碎屑物质供给，煤 中元素含量总体偏高，成煤过程受一定程度的海水影响，为阴山古陆陆源碎屑供给-泥炭形成环境 复合型成矿模式;南部煤田主要物源为秦岭古陆的中性-长英质火成岩，由于源岩的碎屑物质供给，煤中Ga，Li，Bi，Co 等轻度富集，南缘煤的物源主要来自秦岭古陆，基本不受本溪组铝土矿影响， 因此该区煤中发现的磷灰石矿物可能与火山成因的物质有关，为秦岭古陆陆源碎屑供给-酸性火 山灰复合型成矿模式。

• 陕西典型矿区煤系关键金属元素富集特征及其成因机制

  李晶, 王园, 袁伟, 庄新国, 李宝庆, 上官云飞, 杨光华, 潘磊,

  煤型关键金属矿床的研究现已成为国内外煤地质学和矿床学研究的重要内容，也是当前国际矿产地质界的前沿问题。 陕西煤炭资源丰富，含煤岩系涵盖石炭—二叠系(太原组，山西组)、三 叠系( 瓦窑堡组) 及侏罗系( 延安组) ，不同煤田及不同时代煤层煤质特征差异较大，部分地区煤中存在关键金属的富集。 为了查明陕西煤系关键金属的富集分布特征及成因机制，选取主要煤田10个典型煤矿的含煤岩系为研究对象，系统开展煤的工业分析、全硫分析和微量元素地球化学测试。 陕西煤中关键金属富集主要分布于石炭—二叠系煤系，在渭北及陕北石炭—二叠系煤系中普遍存 在 Li-Ga-Nb-Ta-REY 关键金属组合的共富集。 这些关键金属主要赋存于高岭石、勃姆石、磷酸 盐等矿物中，且在靠近煤层夹矸及顶底板的煤系中更为富集。 陕西石炭—二叠系煤中关键金属 的富集与华北地台沉积基底及本溪组古风化壳密切相关，关键金属元素主要由盆地周缘蚀源区古风化壳黏土质和铝土质碎屑物质经水系搬运进入泥炭沼泽，通过有机质与无机质相互作用而 富集;此外，也可能受同沉积火山灰输入及大地构造的部分影响。 石炭—二叠系为陕西煤型关 键金属矿产的富集层位，煤系 Ga，Li，Nb，Ta 等关键金属普遍达工业利用品位，REY 在金华山煤矿太原组和桑树坪煤矿山西组煤系中也达工业利用品位，具有良好的勘查前景。 其中，渭北石炭—二叠纪煤田和陕北石炭—二叠纪煤田府谷矿区可作为陕西煤型关键金属矿产勘探开发的首选靶区。

• 稀土-锆（铪）-铌（钽）-镓的活化、迁移和富集机理———以务正道地区上二叠统吴家坪组煤系为例

  李宝庆, 庄新国, 宁树正, 李晶, 汪小妹, 黄少青, 杜红毅, 刘旭, 杨林键,

  对务川-正安-道真（务正道）地区桥溪河矿区上二叠统吴家坪组底部煤系进行了系统的矿物学和地球化学测试和分析，以便查明煤系战略性金属的活化、迁移和富集过程，并评价其综合利用潜力。依据矿物组成和高岭石的结晶程度，自上而下确定了四个矿物组合层段（层A、层B、层C和层D）。层A（煤层顶板）的矿物主要由方解石、石英和伊利石组成，层B（煤层）由高岭石、黄铁矿、黄钾铁矾和伊/蒙混层组成，层C（直接底板黏土岩）由有序高岭石组成，层D（间接底板黏土岩）由无序高岭石组成。REY、Zr（Hf）、Nb（Ta）和Ga的含量由高到低依次是：层C+D>层B>层A。层A、B、C和D中的REY分别赋存于磷灰石、独居石、锆石+高岭石、高岭石+磷酸盐矿物中。层A和B中的Nb（Ta）和Zr（Hf）主要赋存于锆石和钛矿物中，层C和D中则主要赋存于锆石中。层A和B碎屑物质主要来源于峨眉山玄武岩和少量的碱性火山灰，层C黏土岩起源于过碱质中酸性火山灰的沉降和蚀变，层D黏土岩起源于碱性基性火山灰的沉降和蚀变。煤系剖面中REY、Zr（Hf）和Nb（Ta）的活化、迁移和富集受控于载体矿物的控制：（1）Zr（Hf）和Nb（Ta）主要赋存于耐蚀变性的锆石或钛矿物中，水/岩作用过程中Zr（Hf）和Nb（Ta）无明显的活化、迁移和分异，故它们的分布受控于火山灰性质（过碱质、中酸性火山灰）和输入量的控制；（2）REY主要来源于火山碎屑或峨眉山玄武岩，水/岩作用过程中容易解离出来而随溶液迁移和沉淀，引起REY含量和REY地化参数的不均匀分布。煤层（层B）和黏土岩（层C+D）可作为REY-Zr（Hf）-Nb（Ta）-Ga的潜在来源，可考虑综合勘探和利用。

• 贵州盘县晚二叠世煤系天文轨道约束的战略性金属富集

  沈玉林, 张云飞, 杨天洋, 胡江晨, 金军, 慕熙玮, 黄文, 李发跃, 赵勇, 张一杰,

  贵州盘县地区晚二叠世煤系内发现各战略性金属含量在层序格架内的分布具周期性富集的规律，并伴随着自然伽马高异常的特征。 由于记录海平面变化的层序构成与对气候敏感的然伽马测井记录均受天文轨道的影响，所以战略性金属垂向周期性的分布可能与天文轨道周期性变 化相关。 基于沉积学、层序地层学、旋回地层学等理论与研究方法，对研究区的战略性金属富集周期与天文轨道周期之间的联系展开研究。 结果表明，研究区晚二叠世煤系可识别出 16.5 个长偏心率周期与13个战略性金属富集周期，2者存在一定的耦合关系;依据研究区晚二叠世煤系的化学 风化趋势和前人的华南化学地层成果可将古气候划分为6个阶段，其与战略性金属垂向分布存在 一定的联系;战略性金属含量的周期性演化也同时受制于古环境变化及地球内部活动。古气候、古环境与海平面的变化均受天文轨道调控，因此天文轨道对与3者紧密联系的战略性金属富集起到约束作用。 战略性金属周期性富集可归因于天文轨道的周期性活动，后者通过调控地球表面接收到的太阳辐射量，造成古气候与海平面的波动，从而引发古环境变迁，甚至在某种程度上影响了地球内部活动，既控制着前者的物质来源，又制约沉积物中黏土矿物和有机质含量发生改变，最终使前者呈不同程度吸附于2种载体上。

• 广西上林合山组炭质泥岩中锂和稀土元素的成因及富集机制

  曹泊, 秦云虎, 朱士飞, 傅雪海, 徐辉, 宗师,

  锂和稀土元素是我国重要的工业原料和战略性矿产资源，沉积型锂矿床成为国内外研究的热点，具有成为新型锂矿床的潜力。本文以广西上林县上二叠统合山组底部炭质泥岩为主要研究对象，通过反光显微镜、带能谱扫描电镜、X射线衍射、X射线荧光光谱、电感耦合等离子质谱等测试方法，分析了炭质泥岩的矿物学及元素地球化学特征，研究了炭质泥岩中锂和稀土的赋存状态和物质来源，讨论了炭质泥岩中锂和稀土元素富集的影响因素。结果表明，上林上二叠统合山组底部炭质泥岩中重稀土（HREO = 0.024 %）接近了我国离子吸附型重稀土的边界品位，部分样品中锂（Li > 1000 μg/g）达到了国外黏土型锂矿边界品位，找矿潜力巨大；高锂的炭质泥岩中高岭石是锂的主要载体矿物，低锂的炭质泥岩中锂可能主要赋存在伊蒙混层中，稀土元素可能以离子吸附形式存在于黏土矿物（尤其是高岭石）中；炭质泥岩的沉积物主要来源于哀牢山-松马缝合带的二叠纪酸性岩浆岩，部分来自于峨眉山大火成岩省酸性岩浆岩，其中酸性岩浆岩中的云母是锂的主要来源，副矿物（独居石、磷灰石等）是稀土的主要来源；物源区强烈化学风化，是炭质泥岩中锂和稀土富集的主要因素，还原的浅水碳酸盐台地沉积环境是合山组底部炭质泥岩中锂和稀土元素的富集成矿的重要因素。

• 百色盆地古近纪煤中战略性金属铯富集的控制因素

  严晓云, 王倩, 张蕊, 梁阳, 赵蕾,

  在特定的地质条件下，煤中可以富集战略性金属元素并形成煤系战略性金属矿床。 煤系战略性金属矿产的研究已成为当前煤地质学研究的主要方向之一。 沉积源区物质的输入是影响煤中战略性金属元素富集的主要影响因素之一。 运用 X 射线衍射分析(XRD)、带能谱的扫描电镜 (SEM-EDS)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、X射线荧光光谱(XRF)等技术对广西百色盆地那读组下百岗段主采煤层样品进行了矿物学和元素地球化学研究，并探讨了物源区供给对该煤田煤 中战略性金属铯富集的控制作用。 结果表明:百色盆地古近纪煤中的矿物以伊利石、高岭石和石英为主，主要来源于盆地周缘三叠系碎屑岩风化产物;盆地西部煤层与东部煤层相比，具有相对高的黏土矿物含量;仅在盆地东部的州景4号和5号煤层中检测到了碳酸盐矿物方解石。与世界低煤阶煤均值相比，百色盆地古近纪煤中富集元素铷(Rb)、锑(Sb)和铯(Cs);但盆地西部的煤层中较 为富集元素Rb和Cs，盆地东部的煤层较为富集元素Sb，Cs和U，并且Cs 的富集不仅存在于煤中， 也存在于顶底板和夹矸中，且顶底板和夹矸中Cs的含量要远高于煤中的，通过相关性分析Cs主要与黏土矿物相关，通过扫描电镜观察到黏土矿物多为陆源碎屑成因，表明沉积源区输入的陆源碎屑物是Cs异常的主要因素。百色盆地东部煤层和西部煤层的矿物组成和元素组成上的差异，可能与 盆地西部和盆地东部煤层物源区性质，以及沉积环境上的差异有关。

• 重庆中梁山煤田凝灰岩中战略性金属的浸出试验

  邹建华, 王慧, 刘述平, 陈虹雨, 刘峰, 田和明, 李甜,

  西南地区晚二叠世含煤岩系底部广泛分布一层由基性火山灰经热液流体蚀变的凝灰岩。凝灰岩中富集稀土元素(REY)、Nb和Ga等战略性金属，称之为一种新型的煤型战略性金属矿床。然而，凝灰岩中战略性金属的可提取性如何，尚不清楚，制约了这些金属的开发利用。本次研究以重庆中梁山煤田晚二叠世凝灰岩为对象，采用(NH4)2SO4、H2SO4、NaOH、HCl和HF等试剂对凝灰岩中REY、Nb、Ga、Al2O3和SiO2进行分步连续浸出。结果表明，(NH4)2SO4能浸出约30%的REY，表明凝灰岩中离子吸附型REY占比大于30%，其余的战略性金属均以矿物相形式存在。(NH4)2SO4-H2SO4-NaOH-HCl-HF分步连续浸出可有效提取凝灰岩中的REY、Ga、Nb等战略性金属。REY、Ga、Nb、Al2O3、SiO2的总浸出率分别为86.52%、67.32%、54.7%、87.87%和98.97%。浸出后的残渣以硫铁矿为主，也可以被综合利用。整个分步连续浸出的较优条件为：(1) (NH4)2SO4浓度：15 g/l，浸出温度：20°C，浸出时间：12 h，液固比：1；(2) H2SO4浓度：60%，浸出温度：130°C，浸出时间：3 h，液固比：3；(3) NaOH浓度：45%，浸出温度：130°C，浸出时间：2.5 h，液固比：3；(4) HCl浓度：150 g/l，浸出温度：90°C，浸出时间：2 h，液固比：3；(5) HF浓度：15 g/l，浸出温度：75°C，浸出时间：2 h，液固比：4。

• 煤型关键元素矿床的资源综合利用与潜在环境风险———以云南临沧某锗提炼厂为例

  陈健, 李洋, 江佩君, 李秀丽, 齐啸威, 刘文中, 陈萍,

  煤和煤系资源的综合高效清洁利用是“双碳”目标达成的必要和有效途径。煤型关键元素矿床在富集有益元素的同时，常高度富集有害元素，且关键元素提取过程的有害物质，从而对环境和人体健康构成风险。煤型锗、镓-铝、钒-硒矿床已在我国成功开发利用，然而，煤型关键元素矿床资源的综合利用率低，尾矿环境危害大。以云南临沧某锗提炼厂为例，聚焦尾矿中的关键元素资源和有害元素潜在环境风险，进而为煤型关键元素矿床的开发利用提出建议。结果表明：尽管临沧锗提炼厂尾矿中关键元素Be、Cr、Nb、Mo、Sb、Cs和W较世界褐煤煤灰富集，但均低于煤型矿床的边界品位，鉴于尾矿固体废物处置成本和资源综合利用收益，Be和Cs可作为关键元素与锗协同提取或从尾矿中再提取综合利用。与世界土壤相比，临沧锗提炼厂尾矿中Be、As、Mo、Sb和U富集，而Cr、Cu、Zn、Se和Pb稍富集，存在一定环境风险。鉴于煤型关键元素矿床低品位和难提取的特点和开发提取现状，煤型关键元素矿床的绿色可持续开发利用应加强煤及煤系地层多关键元素矿床的成矿机理和成矿条件研究，构建煤系多资源、多关键元素协同勘探和协调开采技术体系，建立煤及煤系地层多关键元素综合提取与高值化利用关键技术和煤基废物有害元素的环境风险评价技术保障体系。

• 机器学习在煤的地球化学中的应用

  许娜, 黄斌, 李强, 朱伟, 王志玮, 汪茹,

  研究煤中元素赋存状态的方法包括各种显微探针方法(电子、离子和 X 射线探针)、谱学方法(如 X 射线吸收精细结构谱方法)、数理统计方法、浮沉试验方法和化学方法(如逐级化学提取试验)。 传统常用的数理统计方法有相关分析、聚类分析、因子分析和多元判别分析等，其中相关分析是基于灰分、硫质量分数、常量元素质量分数与微量元素质量分数的相关性来判断元素的赋存状态，如计算煤灰分与煤中元素质量分数之间的相关系数。 但是，数理统计方法在判别煤中元素赋存状态和来源时有诸多问题，例如不同基准下(全煤基和灰基)煤中元素相关性不一致问题。 不同的层次聚类算法在判别煤中元素的赋存状态时也会有诸多问题，例如不同的层次聚类算法会导致煤中元素赋存状态的推测结果不同。 机器学习的发展为上述问题的解决提供了解决方法。 例如非对称对数比转换方法，有效解决了煤和煤炭不同基准下元素之间、元素和灰分之间相关性不一致的问题。在单链接、全链接、平均链接和质心链接等 4 种常见的分层聚类算法中，平均链接算法的效果相对要好，在基于原始数据和转换后数据的聚类分析中，基于皮尔逊相关系数的距离度量都要比欧几里德距离好，基于枢轴坐标进行转换后的数据优于原始数据，而加权对称的枢轴坐标又优于枢轴坐标。 另外，还论述了机器学习在煤中关键金属和有害元素的地球化学研究优势，在以机器学习算法预测钡对关键金属元素铕干扰的临界值和基于 CART 算法确定我国煤中铀的辐射危害阈值 2 个实例中，机器学习算法得出的结果相比传统方法更加精准。

• 高耸构筑物采动变形特征与地基精准注浆加固机理

  郭文兵, 赵高博, 杨伟强, 焦轶恒, 马志宝, 陈新明,

  高耸构筑物与一般建筑物不同，对地表移动变形量的响应与敏感性具有显著的特殊性。 通过理论分析、数值模拟与工程实例应用等方法研究了高耸构筑物采动变形特征与保护技术。 阐述了地表高耸构筑物采动变形特征的特殊性，并以高压输电线路铁塔为例，采用理论分析与数值模拟相结合的方法，系统分析了地表下沉、水平移动、曲率、倾斜、水平变形对高耸构筑物采动变形的影响:地表倾斜导致铁塔屈服主要是由于塔基处轴向压应力达到其最大值，而拉伸( 压缩) 变形导致铁塔屈服主要是由于塔基处轴向拉( 压) 应力达到其最大值;基于高耸构筑物采动变形特征，提出并实施了高耸构筑物地基精准注浆加固技术，并通过理论分析揭示了地基精准注浆加固机理，得出基于地基下沉量的精准注浆压力理论公式;系统分析了精准注浆加固作用:注浆加固作用提高强度、注浆充填作用补偿下沉与注浆调斜作用矫正角度( 倾斜) ;凝练出基于地基“ 下沉量-注浆压力” 的高耸构筑物地基精准注浆加固技术核心内容，包括注浆依据、注浆时机、注浆位置、注浆作用与注浆机理;并在白坪煤矿广播电视信号铁塔下采煤进行了应用验证，研究结果表明:应用高耸构筑物地基精准注浆加固技术后，广播电视信号铁塔基础最大变形量(1.6~4.8 mm/m)小于《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》中的极限变形量(5.0 mm/ m)，有效保护了该广播电视信号铁塔，验证了高耸构筑物地基精准注浆加固技术的合理性，对煤矿绿色开采、提高煤炭资源采出率、预防或减轻高耸构筑物采动损害、丰富和发展现有采动区建( 构) 筑物保护理论等具有重要理论与实际意义。

• 采动地表浅层隐蔽裂缝的无人机红外识别现场试验

  赵毅鑫, 许多, 张康宁, 令春伟, 陶亚飞, 郭晓冬, 孙波,

  煤矿高强度开采易引起地表沉陷和地裂缝等灾害，损伤地表生态，甚至诱发遗煤自燃，威胁煤矿安全生产。 西部矿区土地荒漠化严重，部分矿区地表覆盖风积沙，地表采动裂缝易被风积沙掩盖，常规监测方法难于识别采动地表浅层隐蔽裂缝。 为探究采动地表浅层隐蔽裂缝识别的可行性 提出了基于无人机红外识别采动地表浅层隐蔽裂缝的方法。 以神东矿区大柳塔煤矿 52605 工作面为工程背景，对工作面上方一地表采动裂缝设计不同埋深的隐蔽裂缝并于夜间进行连续监测，获取了不同时刻的红外图像，并对不同时刻红外图像中隐蔽裂缝、风积沙、植被的温度信息进行了提取和分析。 研究结果表明:基于无人机搭载红外相机可有效识别采动地表浅层隐蔽裂缝且不同时刻可识别的埋深不同，隐蔽裂缝与周围地物温差越大，其越易于被识别。 隐蔽裂缝温度在采动裂缝导热和环境温度共同作用下不同于周边地物的温度，且与埋深相关性较强。 该研究条件下，21:00 pm 至 5:00 am，隐蔽裂缝温度、地表采动裂缝温度、风积沙温度、植被温度不断下降。 1:00 am 至 5:00 am 期间，不同埋深隐蔽裂缝与风积沙的绝对温差均≥1.2 °C 、与植被的绝对温差均≥2.1 °C ，绝对温差较大，此期间易于识别隐蔽裂缝。 而 21:00 pm 时，埋深 15，20，30 cm 隐蔽裂缝与风积沙的绝对温差分别为 0.8，0.6，0.8 °C ;23:00 pm 时，埋深 20 cm 隐蔽裂缝与风积沙的绝对温差为 0.7 °C ，温差绝对值相对较小;因此，21:00 pm，23:00 pm 时上述埋深的隐蔽裂缝难于识别。

• 基于变模量本构模型的三维地基沉降计算分析

  王东英, 杨光华, 周小文, 姜燕, 李卓勋,

  对于地质条件复杂的基础工程，传统的解析方法难以获得合理的地基沉降和应力结果，此 时数值方法的可靠性显得尤为重要，而数值方法的关键是选择合适的本构模型。 为此，选择参数少 且较易准确获取的变模量本构模型，通过二次开发将其嵌入到 FLAC3D 中，依托荔湾大厦基坑工 程，分析了大面积、大荷载、复杂地质条件下基底沉降、应力及底板弯矩分布特征，并与弹性本构模 型结果和实测沉降值进行对比，证明变模量本构模型在三维地基沉降分析中的优越性和适用性。 同时分析了基础形状、刚度、荷载大小和地层条件等对地基沉降和应力分布特征的影响。 所得结论 主要有:1 复杂地质条件下，基于变模量本构模型所得三维地基沉降结果与实测结果吻合较好; 2 基础刚度或荷载较大时，弹性本构模型因无法考虑屈服后的应力释放问题，所得基底应力端部 集中显著，结果失真，所获得的底板弯矩也过大，这容易造成地基承载可行性和基础结构可靠性的 误判。 变模量本构模型模量随应力水平实时调整，可有效模拟端部应力释放，可以提供较合理的地 基沉降和应力分布结果;3 对于不等厚不均匀地层，其沉降和应力分析时应避免采用弹性本构，确 保工程评估的准确性。

• 深部强采动大断面煤巷围岩外锚-内卸协同控制技术

  谢生荣, 王恩, 陈冬冬, 蒋再胜, 李辉, 刘瑞鹏,

  针对深部剧烈动压扰动影响下软碎煤体巷道围岩持续大变形破坏的控制难题，以东庞矿深部强采动影响区典型大断面软碎煤体巷道为研究对象，分析了深部煤巷经历强采动影响下的矿压显现规律，阐明了引起围岩大变形破坏的主要原因，得出了煤巷围岩的主要控制难点。基于此提出了深部强采动大断面煤巷围岩外锚-内卸协同控制技术，煤巷浅部围岩锚索注强化锚固技术提高了主体承载结构的围岩强度，为内部造穴卸压创造了良好的施工环境；两帮煤体深部应力高峰区采取大直径孔洞造穴卸压，阐明了在不破坏浅部锚固围岩稳定性基础上使煤巷两帮高支承压力峰值转移至造穴孔洞实体煤侧的卸压机制。内部大直径造穴孔的布置使深部煤岩体的变形向卸压孔洞群转移，为深部煤岩体持续向外运移提供较大的补偿空间，浅部强化锚固能有效阻断深部煤岩体向煤巷空间运移，减少煤巷两帮围岩变形量；提出大断面煤巷围岩外锚-内卸的“固结修复、桁索强锚、内卸转移、内外协同”控制机理，并通过相似模拟及数值模拟的方法验证了煤巷围岩外锚-内卸协同控制技术的可行性。现场工程实践表明：煤巷采取外锚-内卸协同控制技术，有效抵御了大断面软碎煤体巷道在强采动影响下的两帮围岩大变形，显著改善了煤巷围岩应力状态，研究成果为深部巷道围岩稳定性控制提供关键理论和技术支撑。

• 改性煤气化渣基矿用充填材料制备与性能

  屈慧升, 索永录, 刘浪, 周文武, 杨潘, 张彩鑫,

  为研究煤矸石(CG) 和煤气化粗渣(CS)用于膏体胶结充填的可行性，使用 Talbol 级配理论对骨料进行粒径控制，少量硅酸盐水泥作为胶凝材料，大量 CS 作为辅助胶凝材料，做了多组 CG、 CS、水泥、激活剂的不同配比实验。 实验内容包括 4 个部分:骨胶比，总固体质量分数，激活剂质量分数以及其对凝结时间、流动性、泌水率、收缩率的影响和最佳配比的浸出实验。 使用 X 射线荧光光谱分析、单轴抗压强度、自然堆积密度、塌落度、SEM-EDS，X 射线衍射等手段分析了煤矸石-煤气化渣胶结充填体(CCCPB)的充填性能。 实验结果表明:1 受级配和水化程度影响，骨料掺量为20%时，其 3 d 和 7 d 的强度都达到最大值，28 d 强度为 6.7 MPa;2 总固体质量分数对强度和流动性影响十分明显，且高水环境更有利于硫酸钠对 CCCPB 的激发效果;3 硫酸钠可显著激发 CS 活性，3 d 和 7 d 水化产物主要是氢氧化钙和水化硅酸钙，28 d 时生成大量钙矾石，且随硫酸钠质量分数增加，充填体早期生成了更多的水化产物，在 28 d 龄期内并未出现强度折减现象;4 随硫酸钠质量分数增加，凝结时间逐渐缩短，对终凝时间影响更为显著;塌落度、扩展度经时损失量逐渐增大;泌水率、收缩率逐渐减小，以硫酸钠质量分数 2%为界限，各参数变化速率逐渐减小，且总固体质量分数对初始流动性的影响大于硫酸钠质量分数;5 在最佳配比:骨胶比 2 ∶ 8，总固体质量分数80%，硫酸钠质量分数 2%时，各类重金属浸出量均低于国家标准，满足环保要求。 基于上述研究，可以推断出 CCCPB 完全可以在充填开采中被使用。

• 煤的冲击倾向性研究进展及冲击地压“人-煤-环”三要素机理

  宫凤强, 赵英杰, 王云亮, 彭康,

  煤的冲击倾向性是冲击地压机理的基础研究问题之一，也是目前评估和预测煤矿矿井冲击地压危险程度的主要依据之一。本文系统梳理了煤的冲击倾向性专业术语和冲击倾向性指数的研究历史，提出了煤的冲击倾向性直接指数和间接指数的概念和定义。对现有的16种冲击倾向性指数的出处、定义、表征符号、计算公式、试验过程、分类标准等进行了详细介绍。对来自5个煤矿的30个煤样进行了单轴压缩试验，利用试验结果对16种冲击倾向性指数进行了计算，获得了具体的冲击倾向性类别。为了对煤的16种冲击倾向性指数的判别结果进行统一验证，根据煤样破坏过程和破坏状态，提出了基于试验现象的煤样冲击倾向性定性判据及分类标准。通过统一对比，结果表明剩余弹性能指数判别结果和定性判据判别结果完全一致。剩余弹性能指数以煤线性储能规律为基础，从煤样受力全过程中能量输入、储存、消耗、剩余的角度出发，以煤样破坏时剩余的绝对能量值作为判别指标，符合冲击地压发生时释放弹性应变能的本质。剩余弹性能指数属于煤的冲击倾向性直接指数，所得结果实现了和定性判别结果的相互验证和统一，具有科学性与适用性。根据冲击地压属于深部工程地质灾害的特点，借鉴系统工程学思想提出了冲击地压“人-煤-环”三要素机理，进一步明确了煤的冲击倾向性研究所起的作用和地位。从力学性质和材料性质两个方面分析了煤和岩石的本质属性差异，认为冲击地压属于固体可燃有机岩动力破坏，而岩爆属于固体不可燃无机岩动力破坏。最后，提出了煤的冲击倾向性指数研究中存在的6个关键科学问题。

• 真三轴动静组合加载饱水煤样能量耗散特征

  宋常胜, 王文, 刘凯, 袁瑞甫, 张世威, 李东印, 李化敏, 康迎春,

  煤矿冲击地压发生与煤岩的物理力学性质、所受静载荷与动载荷的结构失稳等因素有关。 煤岩体失稳过程伴随着能量的吸收、储存、转换和释放，现场煤岩体破坏是受多种环境影响下的复杂过程，较难完成定量描述煤岩体释放吸收能量的大小，真三轴动静组合加载条件煤岩变形破坏的机理和能量耗散特征值得深入研究。 采用真三轴动静载霍普金森冲击加载系统对自然与饱水 2 种状态煤样进行不同动静组合加载试验，通过试验分析 2 种状态煤样真三轴动静组合加载变形破坏过程中各能量变化规律及占比特征。 试验结果表明:通过饱水处理能够降低煤样对弹性能量的储存能力，饱水煤样的能量反射率比自然煤样高 17.25% ~ 37.04%，在相同 Y 轴静载作用下自然煤样的能量吸收率比饱水煤样高17.13% ~ 55.95%;揭示了自由水在煤样裂隙中抑制能量的透射率，使入射能以反射能的方式进行无用耗散，减小煤样的能量吸收率;自然煤样的能耗密度大于饱水煤样，在冲击加载 X 方向煤样能耗密度与峰值动态应力呈正相关，在 Y，Z 轴方向呈负相关。 证实了水在三维动静组合加载作用下对煤样吸能破坏的诱导作用，冲击能量在煤样中被煤样和水吸收，煤样吸收能量用于诱导形成新的裂隙，形成煤样宏观破坏，水吸收能量用于新旧裂隙的相互贯通，形成煤样内部微观结构破坏。

• 高压流体注入对煤岩变形和破裂特性的影响

  刘超, 靖洪文, 蔚立元, 张东明, 刘义鑫,

  煤岩储层中孔隙压力、地应力和煤岩自身结构的耦合效应对煤体内裂纹的萌生、扩展以及破裂特性起着显著作用。 以原煤为研究对象，进行了真三轴应力条件下高压流体致裂煤岩试验，以探究不同水平应力差(或中间主应力)和不同黏度流体耦合作用下煤体内裂隙扩展规律和破裂模式。 得到流体压力峰值随中间主应力的增加而减小，且注水产生的流体压力峰值相比液态 CO2 和 N2较大。 随着中间主应力的减小，煤体破碎程度加剧。 低中间主应力水平下，煤体内主要形成沿层理面及层理面附近扩展的拉伸裂隙。 高中间主应力水平下，煤体内主裂隙呈斜穿层理结构的剪切破坏特性，形成了较大的煤块。 孔隙压力增加过程中，裂隙扩展行为包括:1 煤颗粒翻转;2 高压流体作用下诱发拉伸裂隙所引起的层理平移;3 偏应力作用下诱发剪切裂纹穿越层理而形成宏观剪切滑移面;4 剪切裂纹在拉伸裂纹处中止扩展。 因有效应力各向异性特性，煤体内孔隙压力增大使得最大偏应力也相应增大，最终导致煤体失稳破裂。 基于此，提出修正裂纹滑动模型，获得了流体注入过程中裂纹密度参数随流体压力的增加而增大，随水平应力差的增加而减小，这与原煤的应变变化一致。 由于水的黏度较大，裂纹密度参数在增压注水时相比注液态 CO2 和 N2 情况下较小，表明低黏度流体可以激活更多的孔隙裂隙。

• 渤海湾盆地北部上古生界油气藏地质特征及勘探潜力

  刘海涛, 甘华军, 李宏军, 赵长毅, 杨润泽, 李志胜, 马恒,

  上古生界含油气系统是渤海湾盆地重要的勘探领域，迄今为止发现了多个与石炭—二叠系煤系烃源岩相关的原生油气藏，展示了该领域良好的勘探前景。 由于东部渤海湾盆地及南华北地区古生界遭受了强烈的造山运动改造，油气成藏条件异常复杂，该领域持续增储上产面临与生烃成藏、资源潜力相关的一些列关键地质问题与技术难题。 立足渤海湾盆地北部，以煤系烃源岩精细地质评价、多层系油气充注成藏过程及残留盆地原生油气藏勘探评价技术研发为重点，重新认识渤海湾盆地北部上古生界油气藏地质特征，评价勘探潜力。 研究表明，石炭—二叠系煤系烃源岩既生气又生油，尤其是太原组更利于煤中富氢组分形成和保存;生烃动力学模拟实验证实太原组煤系烃源岩更早进入生油门限和生气门限，具有更好的生油和生气潜力;生烃范围比原有认识扩大，黄骅坳陷大港探区石炭—二叠系总生气量达 56.17 万亿 m3 ，生油总量 20.63 亿 t，提升了潜山内幕油气藏勘探潜力。 基于油气藏解剖与油气充注物理模拟实验相结合的方法，构建了潜山多元内幕油气差异富集模式，提出靠近输导通道附近的优势厚层储集体、断层转折部位、低角度逆冲断裂输导体是潜山内幕油气藏优势运聚区，有效支撑油气勘探部署。

• 神府南部延安组富油煤多源判识规律

  师庆民, 王双明, 王生全, 郭晨, 蔡玥, 杜芳鹏, 乔军伟, 常波峰, 张宏, 苗彦平,

  富油煤对缓解我国油气资源供应紧张局势、实现煤炭绿色低碳利用具有重要的资源优势。与富氢煤相比，富油煤具有更广义的范畴、更明确的实用性，且高挥发分产率与高焦油产率之间并不具有单调对应性，尤其在有限区域或煤阶范围内，这一规律尤为明显。 但目前富油煤识别指标单一且以往数据较少，在标准格金干馏试验基础上丰富富油煤识别方法是亟待解决的重要问题。 以神府南部矿区为例，通过探讨富油煤相关性特点及宏-微观控制规律，结果显示:1 煤层厚度与煤焦油产率分布稳定性呈正相关性，但与焦油产率相关性较弱;2 在有限的煤阶范围内，挥发分与焦油产率间规律不甚显著，反而对产气率、产水率约束性更为明显。这一现象同样体现在 H / C 原子比，高 H / C 原子比并未指示高焦油产率，但对较低的产气率和较高的产水率具有清晰指示意义，这与煤中含氧官能团裂解并获取氢自由基的过程存在密切相关性;3 宏观煤岩类型对焦油产率具有较好的控制性，这与煤体显微煤岩组成密切相关，总体表现为镜质组、矿物双重控制性，其中光亮煤、半亮-半暗煤焦油产率主要受控于镜质组含量;暗淡煤、夹矸主要受控于煤中矿物含量;4 灰分与焦油产率间总体呈单调递减规律，但不同煤灰成分表现有所不同。 指示内源沉积作用的 CaO+MgO 质量分数增加，有助于富油煤热解催化并一定程度提高煤焦油产率。 指示陆源碎屑沉积 的SiO2+Al2O3质量分数增加则会降低煤焦油产率，与灰分指示规律一致。 指示闭塞、滞留环境的 Fe2O3(黄铁矿)虽然对煤热解具有催化裂解作用，但在格金干馏试验条件下并未明显促进焦油产 率升高，反而对产水率的促进作用更为明显;5 真密度与焦油产率间呈负相关性，低密度煤样表现 为 Aar / Aal ，B，C，CH2 / CH3 相对较小，指示煤中脂肪结构较为丰富、烷基侧链丰富，有利于热解过程中不稳定化学键裂解形成分子量较小的烷基自由基进而提高煤焦油产出。

• 风化煤基催化材料的制备及其活化PMS降解苯酚

  李春全, 王丝蒂, 汪欣林, 王奇洲, 郑水林, 孙志明,

  为实现低品质风化煤资源的高值高效利用和对含酚废水的清洁治理，以低品质风化煤(CCM)为原料，分别添加 ZnCl2，KOH 和 H3PO4等活性剂，采用浸渍混合-氮气焙烧工艺制备了3种煤基过硫酸盐催化材料，利用 XRD，SEM，BET，FT-IR 和 XPS 等手段对其进行了表征，并研究了其用于活化过一硫酸盐(PMS)催化降解水中苯酚的性能。结果表明：以 ZnCl2 为活化剂制备的催化材料(CCM-ZnCl2)具备较高的催化活性，其反应速率常数是未添加活性剂样品的 63.7 倍；添加的活性剂 ZnCl2 与风化煤生成了硅锌矿，说明新物质的引入在热处理过程中促使了物相转变。CCM-ZnCl2 对 PMS 的优异的活化性能可归结为以下原因：ZnCl2 作为活性剂的加入使风化煤具有更大的比表面积、更高的孔体积和更小的孔径，从而获得更好的吸附性能；CCM-ZnCl2 材料丰富的边缘缺陷可拉长 PMS 的氧氧键，促进电子由苯酚转移至活化的 PMS，从而通过非自由基路径(通过产生1O2)来实现苯酚的快速降解。 由自由基实验可得，CCM-ZnCl2 / PMS/ 苯酚体系中活性物种包括SO·-、·OH和1O ，其中1O 占主导地位;由pH和阴离子降解实验可得，pH(3.0~11.0)和阴离 422子(Cl- ，H PO- ，HCO- 和 SO2- )对 CCM-ZnCl / PMS 体系影响不明显，表明 CCM-ZnCl 催化材料在 243422实际废水治理领域具有良好的应用前景。

• 基于电场与软锰矿联合技术对高硫煤脱硫行为的强化

  刘作华, 袁海洋, 郑国灿, 陶长元, 刘仁龙, 谢昭明, 杜军, 吴丙山,

  中高硫煤利用过程中产生大量的 SOx 排放到空气中，对环境造成严重的污染，这导致其利用困难。为实现中高硫煤清洁高效利用，基于软锰矿中二氧化锰的强氧化性，采用电场与软锰矿联合的技术促进高硫煤脱硫，重点考察不同反应条件对高硫煤脱硫率及软锰矿中锰的浸出率的影响，利用 XRD，FTIR，XPS 等分析测试方法，研究脱硫反应前后煤元素组成、硫含量等主要性质变化，探究其脱硫机理。结果表明，当软锰矿与高硫煤质量比为 1 / 7，煤浆质量浓度为 0.05 g / mL，反应时间 5 h，反应温度 80 °C ，初始硫酸浓度为 1.2 mol / L，电流密度为 600 A / m2 时，与预处理煤相比，高硫煤脱硫率可达 40.56%，锰的浸出率为 95.23%。 在相同反应条件下，与无电场浸出相比，电场的引入可使高硫煤脱硫率提高 19.93%，软锰矿中锰的浸出率提高 16.77%。 经电场与软锰矿联合脱硫后 的煤中的固定碳及热值略微降低，而挥发分和灰分略微增加，小分子增多，另外，煤中的分子结构基本未改变。 在电场的作用下，软锰矿中二氧化锰的强氧化作用会促进煤粒表面有机分子键断裂，使 高硫煤粒内部无机硫及有机硫充分暴露，并与电解生成的高价铁、锰离子发生反应，最终，无机硫被氧化为单质硫或者硫酸根离子脱除，有机硫则主要被氧化成亚砜及砜后水解，以达脱硫目的。

• 可磨性指数对煤炭混合破碎过程影响的实验研究

  张宇新, 谢卫宁, 姜海迪, 高佳乐, 方小霞, 陆施澄, 张学武,

  为研究在磨煤机内煤炭混合破碎过程中各组分可磨性指数(HGI) 对混合物和各组分破碎行为的影响，借助加装功率测量装置的哈氏可磨仪开展不同可磨性指数无烟煤和肥煤，多时间批次的单独与混合破碎实验。 混合物及各组分的哈氏可磨性指数测试结果显示：不同混合比例煤样的 HGI 均大于各煤样 HGI 的质量加权平均值，且差异随混合物中高 HGI 肥煤质量分数的增加而提高，表明混合破碎中两煤种相互作用加速生成细颗粒。为识别并定量煤炭混合物中各组分，分析并计算了不同混合比例样品的 X 射线衍射图谱特征比值(即 002 峰峰高与半高宽比值)，明确了该特征比值与混合物中无烟煤质量分数的线性关系，进而在分析不同混合破碎条件初始和细粒级破碎产物 X 射线衍射图谱基础上，获得各组分在上述混合破碎产物中的质量分数。煤炭混合破碎、各粒级产物不同煤种识别定量及过程能耗分析结果表明：两煤种单独和混合破碎的初始粒级破碎速率均符合一级动力学，且随肥煤质量分数增加而提高;易磨肥煤对较硬无烟煤破碎起促进作用，而肥煤破碎速率则因无烟煤质量分数增加而降低；与单独破碎相比，混合破碎可提高各组分细粒级产率，各组分细度t10均随另一组分质量分数的增加而提高。经典能量—粒度关系模型可分别表征各混合物破碎过程。但混合破碎中各物相相互作用降低其抵抗破碎的能力，导致不同混合物破碎能量效率(单位破碎能量所产生煤粉细度 t10)差异(随其可磨性指数的增加而提高)。 在定性分析混合物破碎能量效率与 HGI 关系基础上，将 HGI 引入到改进型能耗模型，实现各混合破碎条件能量—粒度数据归一和对不同混合破碎过程的表征。根据混合破碎能量和质量守恒，结合改性型能耗模型，利用神经网络算法计算混合破碎中各组分能耗，发现与单独破碎相比，各组分能量效率均有所提高，且肥煤的提高程度更为明显。

• 粒径对褐煤非薄层干燥及干燥褐煤自燃与复吸特性的影响

  张一昕, 贾文科, 郭旸, 王如梦, 郭凡辉, 武建军,

  研究了非薄层状态下昭通褐煤粒径对其干燥及干燥褐煤自燃、复吸特性的影响。采用褐煤非薄层干燥实验装置，测定了不同粒度褐煤非薄层干燥残留水分含量变化，实验结果表明粒度较小的样品具有较高的干燥速率，当褐煤粒度降低至临界粒度(2~5mm)时，进一步降低粒度不会促进褐煤干燥速率的提升；非薄层干燥过程中仅观察到了升速干燥阶段和降速干燥阶段，且最大干燥速率显著低于褐煤薄层干燥研究中的最大干燥速率；褐煤非薄层干燥中样品温度、残留水分为非均匀分布，通过数值模拟发现样品表层和中心区域温度、残留水分存在显著的梯度，温度、残留水分分布呈现分层现象，温度分布数值模拟结果在褐煤非薄层干燥中试实验中得到验证。采用交叉点温度法与绝热氧化速率法测定了干燥后褐煤的自燃特性，在交叉点温度测试过程中自然对流主导热质传递，小于临界粒度时进一步减小褐煤粒度其交叉点温度无明显变化；在绝热氧化速率测试过程中强制对流主导热质传递，绝热氧化速率随褐煤粒度减小持续降低。干燥后褐煤非薄层复吸时，粒度较小的样品具有较高的复吸速率，当褐煤粒度降低至临界粒度时，进一步降低粒度不会导致复吸速率的增加。非薄层状态下褐煤干燥及干燥褐煤自燃与复吸特性均与薄层状态下有显著差异，临界粒度对于褐煤干燥具有重要意义，在临界粒度范围进行干燥可在保证干燥速率的同时降低破碎成 本，且不会导致自燃倾向性与复吸速率提升。

• MG400／951-WD型采煤机螺旋滚筒可靠性灵敏度优化设计

  李明昊, 赵丽娟, 乔捷,

  为提高含夹矸煤层赋存条件下采煤机螺旋滚筒的可靠性，以“MG400/951-WD”采煤机为研究对象，对含夹矸煤层的试样进行物理力学参数测试。基于破煤理论，模拟得到含夹矸煤层赋存条件下螺旋滚筒的冲击载荷。结合刚柔耦合虚拟样机技术建立以螺旋滚筒为模态中性文件的采煤机刚柔耦合虚拟样机模型，得到螺旋滚筒的应力分布规律和振动特性。对采煤机刚柔耦合模型进行受迫振动分析，得到系统模态频率。在可靠性干涉理论和共振失效准则分析的基础上，利用神经网络，讨论相关失效理论的采煤机螺旋滚筒可靠性灵敏度优化设计问题。分析牵引速度vq、螺旋滚筒直径D、螺旋升角a、螺旋滚筒宽度B和截线距t对螺旋滚筒应力可靠性、振动频率可靠性和振幅可靠性的影响。构建螺旋滚筒多目标优化设计状态函数，利用结构进化优化算法，得到螺旋滚筒设计变量的最优解。结果表明:优化后螺旋滚筒最大应力为770.0351MPa，较优化前降低11.42%;优化后的螺旋滚筒固有频率得到提升;优化后螺旋滚筒振幅为0.3616 mm，较优化前降低20.12%，动力学指标得到改善，螺旋滚筒设计变量对其可靠性的影响程度降低;优化后螺旋滚筒可靠度由0.8324提高至0.9885。将刚柔耦合虚拟样机技术与基于相关失效模式的可靠性灵敏度设计理论和结构进化算法相结合，为设计含夹矸煤层赋存条件下的高可靠性采煤机螺旋滚筒提供更快速、可靠的技术手段。

• 大型电动轮矿车节能及零排放技术路线

  李勇, 杨珏, 刘如成, 廖承林, 张文明,

  大型电动轮矿车是露天矿山的主要运载装备，承担了世界上约 40%的煤矿和 80%的铁矿的运输任务，其传动系统采用“柴油发电+电动轮驱动”的电力传动架构，存在燃油消耗大、碳排放高的缺点。 在国家“碳达峰”、“碳中和”宏观背景下，研发高效节能、低碳环保、自主可控的新一代电力传动系统已成为行业重大需求和关键问题。 通过矿山运行数据分析、文献调研、性能对比等方式，系统分析了电动轮矿车电力传动系统的研究现状、特点和不足，提出了大型电动轮矿车从节能减排至完全零排放的技术路线。 研究表明，在大型电动轮矿车的工作过程中，伴随着复杂的多源能量产生、存储、转化、消耗机制，其节能减排空间巨大，主要涉及电能转化与高效率利用、机械能回收与再生利用、柴油燃烧发电 3 个环节。 首先，在电能转化与高效率利用环节，结合露天矿山工况特点，采用智能网联技术和双向功率流电力传动技术，可实现电力传动系统双向功率流控制和能量优化管理，从而提高运行效率，降低碳排放。 其次，在机械能回收与再生利用环节，根据电动轮矿车在矿山工况中的整车机械能、储能系统电化学能、制动电阻栅热能的时空转换规律，采用功率型锂离子电池技术，以及锂电池与超级电容混合储能技术，可实现制动机械能的回收和再生利用，从而显著降低碳排放。 最后，在柴油燃烧发电环节，采用氢燃料电池发电技术替代柴油发电技术，并通过煤制氢、可再生能源制氢方式就近获取氢能源，可形成露天矿山氢能源高效利用内循环，具有完全零排放、质量能量密度高、发电效率高等优点，是电动轮矿车乃至露天矿山运输环节实现零排放的理想解决方案和中长期技术路线。