煤炭学报杂志

煤炭学报杂志2023年第1期

• 煤矿透明地质模型动态重构的关键技术与路径思考

  袁亮, 张平松,

  围绕煤炭“双碳”发展战略及智能精准开采需求，构建与智能化煤矿建设相匹配的透明地 质保障体系，首要任务是提高地质条件透明化理论方法和技术水平。 地质条件的精准判识对煤炭 资源安全高效开发尤为关键，但由于地质条件多样、特殊、复杂，现阶段地质透明化及动态过程研究 程度仍然不够充分。 钻、掘、采、落是煤炭安全精准开发及矿井建设中的 4 个基本步骤，其对应的透 明化条件场景涵盖钻孔、巷道、采煤工作面、采空区及废弃矿井等诸多内容。 因此，随钻、随掘、随 采、随落(后称“四随”)系列物探一体化透明信息的收集与表征至关重要。 提出“四随”地质信息 重构概念，基于不同的点、线、面、体信息的汇集与整合，逐步形成透明工作面、透明采区、透明煤矿 动态的地质模型体系。 具体而言，结合井下施工的钻孔所探查和揭露信息，形成孔周边特别是“随 钻”过程中的惯性导航、煤岩识别、虚拟地质模型重构等技术突破;利用掘进机械在巷道工作面施 工进程中超前探测与岩性分析，“ 随掘” 获得对前方及周边一定范围内地质条件的物性成像和异常 判断;根据割煤机及巷道空间布设探测与识别探头，对煤层、顶底板空间岩层进行“ 随采” 过程的精 准识别与异常判定，提高对割煤区煤厚及地质灾害体的预报精度;依托布设在采空区的浓度、渗流、 湿度、温度、应力、应变等传感器，“ 随落” 过程对采后各类环境及灾害条件进行数据监测与跟踪，提 高对异常体和剩余资源的判识能力。 基于“四随”动态高精度探查技术，进一步研发地层、构造、采 场、资源等多源地质地球物理场数据信息融合技术，通过“ 四随” 探测数据实时获取与融合处理，提 高地质信息实时感知与交互能力，辅以虚拟可视、成像等技术，实时修正静态地质模型，完成动态地 质模型重构，逐步实现煤矿地质条件的全透明化。 通过构建煤矿生产全生命周期智能化信息平台， 实现云端信息综合诊断和预警互助，为智能化煤矿建设及资源化评价利用提供可靠的技术支撑。

• 深部软岩巷道围岩扩容与流变特性模拟研究及应用

  康红普, 伊康,

  深部软岩回采巷道围岩劣化、扩容和流变效应显著。 基于增量塑性流动理论和流变理论， 将改进伯格斯体、改进黏塑性体和应变软化塑性体串联建立了 BVS 模型，可描述围岩应变软化、塑 性扩容、蠕变三阶段、稳定与非稳定蠕变、流变损伤和流变扩容 6 个力学特性。 推导了该模型的三 维增量本构方程，并开发出可供FLAC3D调用的数值形式。 结合三维增量本构方程导出的参数辨识 公式和中煤能源新集口孜东煤矿岩样试验数据，辨识了 BVS 模型的 19 个输入参数，并采用试验数 据、理论解和数值计算结果相互印证的方式，对多种加载条件下单元件应力-应变响应、力学特性 和模型整体进行严格校核。 将 BVS 模型用于口孜东煤矿 121302 运输巷进行数值模拟计算，结果 表明:掘进扰动较弱;流变期间围岩大范围持续劣化，呈顶板下沉量较小、巷帮锚固体整体内移和剧 烈底臌的特点;回采影响强烈，使围岩大范围劣化，巷道断面强烈变形。 底板泥岩持续臌起驱动不 断扩容的底煤挤入巷道空间是发生剧烈底臌的主要原因;底板深度 1.5 m 处流变直接导致的软化 参量全程仅占比0~16%，但流变损伤引起应力调整，间接导致软化参量增大。 将数值模拟计算结 果与井下实测数据进行了对比分析，表明 BVS 模型基本能反映深部软岩回采巷道围岩变形与破坏 规律，但是 2 者还存在较大差异，仍需进一步完善 BVS 模型。

• 煤矿无人化智能开采系统理论与技术研发进展

  王国法, 张良, 李首滨, 李森, 冯银辉, 孟令宇, 南柄飞, 杜 明, 付 振, 李 然, 王 峰, 刘 清, 王丹丹,

  提出以矿井物联网和先进传感等通信方式为支撑环境，构建“ 感知、传输、决策、执行、运 维、监管”六维度智能开采控制系统;基于此系统架构，提出无人化智能开采控制技术路线和系统 方案;最后，对煤矿无人化智能开采系统的理论和技术研发最新进展进行了详细论述。 利用双光谱 热红外摄像及图像增强技术，解决综采工作面生产工况条件下的视觉监控透尘问题;提出多目视频 帧图像融合和全景视频拼接技术，解决工作面大视角覆盖以及实时无死角视频监控问题;利用三维 颜色查找法，解决增强算法在质量和实时性难以满足井下视觉测量任务的问题。 工作面设备自适 应控制进一步发展:构建精准三维地质模型，进行开采预测和模型动态修正，为智能开采提供精准 地质保障;结合采煤机截割模板修正技术、工作面多源信息融合智能控制技术，规划采煤机割煤路 线;利用新一代信息技术，实现高质量的视频传输，满足智能控制及感知设备的无线接入;利用远距 离液压保障技术，在有限开采空间内减轻检修强度、增加安全性。 在行业当前普遍采用的“工作面 内自动控制+远程干预模式” 的智能化开采技术基础上，提出了新一代无人化智能采煤控制技术方 法，设计了“ 井上智能决策、井下自动执行、面内无人作业” 的智能无人开采模式;提出聚焦“ 一网到 底” 的网络型控制系统、基于透明地质的采煤机自主规划割煤技术、云台摄像机自动跟机视频技术 以及基于一体化操作座椅的地面远控平台等关键技术的研发，并应用于黄陵一矿 627 智能化工作 面，实现工作面 1 人巡视，采煤机自主规划截割，地面 2 人远程辅助控制的常态化生产。

• 煤矿机器人技术新进展及新方向

  葛世荣, 胡而已, 李允旺,

  煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的必经之路，煤矿机器人研发应用推动煤矿智能化迈向高水平，同时智能化的全面建设和发展又给机器人的大面积推广应用提供了广阔的工业应用场景。本文研究提出了完整的煤矿机器人技术体系框架，精确定义了煤矿机器人的技术底座和产品外沿，广义煤矿机器人包括单体机器人、机器人化装备、机器人集群和无人化系统等。科学阐明了煤矿机器人研发的共性关键技术支撑，提出了通过与5G、工业互联网、大数据、人工智能、数字孪生等新技术交叉融合，大幅提升煤矿机器人的自主化和智能化应用水平，通过建立科学完备的煤矿机器人行业标准规范体系，实现各类机器人的定制化研发和标准化生产。具体分析了煤矿机器人的防爆设计、机械系统创新、动力驱动、智能传感、定位导航、井下通信等共性关键技术研究进展，综述了当前我国各类煤矿机器人的研发应用现状。提出了未来煤矿机器人研发的新方向：研发变胞机器人，通过机构创新，提高井下地形适应能力；推广机器人化采掘系统，提升采矿装备的整体智能化水平和开采作业效率；发展人机环共融机器人，提高煤矿机器人自主化和协作水平；加快全矿井机器人系统数字孪生，提高煤矿机器人常态化运行水平。

• 采动覆岩与地表下沉关系模型及离层量估算方法

  崔希民, 高 宇, 李培现, 李梓豪, 张文豪, 彭小沾, 康新亮,

  地下开采可能导致地表沉陷、基础设施损毁、土地破坏或地面积水等，进而诱发生态环境恶 化。 而采空区固体充填和覆岩离层注浆是控制岩层移动，减小采动损害的有效技术手段。 传统的 覆岩离层注浆往往采用关键层理论、数值模拟、相似材料模型实验和理论分析手段，因涉及的物理 力学参数多、边界条件限制等，计算过程复杂，仅能给出离层层位，难以定量确定离层量。 开采沉陷 研究表明，采动覆岩与地表移动方向指向采空中心，移动边界可以简化为线性边界，基于下沉盆地 主断面上地表下沉与任一覆岩下沉的面积相等和煤系地层的层状特征，构建了采动覆岩与地表下 沉的关系模型，较好地反映了覆岩与地表下沉随边界角、工作面宽度、开采深度的发展演化规律。 采动覆岩与地表下沉比值随埋藏深度增加而增大，反映了采动下沉效应从顶板向覆岩、地表的传递 规律;随着宽深比的增加，同一层位岩层下沉与地表下沉比值减小，地表下沉增大;当边界角减小 时，地表下沉范围增大，地表下沉值减小。 结合钻孔揭示的覆岩结构与组合，可以逐层计算上覆岩 层和地表的下沉值，利用两相邻岩层下沉的非一致性，可以确定各岩层间的离层量，通过计算导水 裂隙带高度，剔除导水裂隙带内无法形成封闭充填空间的无效离层，进而优选确定出适用于覆岩离 层注浆的最大离层及层位，为覆岩离层注浆减沉设计提供了简单、便捷的离层识别方法和离层量定 量计算方法。

• 我国综放开采40年及展望

  王家臣,

  我国应用和创新发展综放开采技术 40 a 来，取得了巨大成功和重大科技创新，实现了厚煤 层一次采全高和高产高效低成本开采，综放开采技术已经成为我国开采厚煤层的主要方法，也是我 国在世界煤炭开采行业的标志性技术。 在综放开采技术发展过程中，先后试验了高位放煤、中位放 煤、低位放煤，最终形成了我国的低位放煤综放开采技术。 支架结构形式从早期的四柱支架发展到 今天四柱与两柱并存的局面，对于智能开采工作面两柱支架更具优势。 我国的综放开采技术可以 分为 2 个阶段。 在前 20 a 的探索和推广应用阶段，针对我国煤层条件，充分发挥了综放开采的技 术优势，形成了高产高效综放开采模式、“ 三软” 厚煤层综放开采模式、“ 两硬” 厚煤层综放开采模 式、急倾斜厚煤层综放开采模式等。 在最近 20 a 的技术创新和输出阶段，我国创造性地开发了特 厚煤层大采高综放开采技术、急倾斜厚煤层综放开采技术等，在智能化开采与智能放煤技术等方面 取得了突破性进展，实现了综放开采技术从引进到输出的飞跃式发展。 我国已经形成了一批专注 综放开采技术研究的科技队伍，无论是综放开采的理论成果，还是技术成果都遥遥领先于世界其他 国家。 综放开采技术的进一步发展需要集中到综放工作面的全面智能化开采、智能放煤技术开发， 提高工作面端头顶煤采出率技术，开发基于采动岩层运动的保水开采、绿色开采和减灾开采等技 术，建立覆岩运动的统一场理论，研究综放开采低碳技术路径。

• 大倾角层状采动煤岩体重力-倾角效应与岩层控制

  伍永平, 解盘石, 贠东风, 王红伟, 罗生虎, 高喜才, 郎 丁, 胡博胜, 闫壮壮, 王 同,

  大倾角煤层开采过程中，重力-倾角效应是导致细观层状煤岩体单元体主应力偏转和层间 接触面应力非均衡传递，介观层状采动模型优势破裂面方向偏移，宏观层状关键层区域迁移、岩体 结构异化的主要因素。 研究表明，在倾角 35°以上煤层采场中重力-倾角效应影响尤为明显:1 煤 岩组合界面倾角 35° ~ 60°时，非均衡传力特性逐渐凸显，界面附近煤岩体内应力传递方向发生偏 转，且偏转量随倾角增加逐渐增大;煤体破坏由压剪破坏转化为近平行于界面的滑移剪切破坏，煤 岩体的强度和弹性模量也随之减小。 2 改变了采场围岩采动应力路径演变规律，在采动应力驱动 下顶板的损伤变形与破坏运动存在明显的区域性和时序性。 3 诱发了大倾角采场顶板结构跨层 迁移转化、底板非对称破坏滑移、区段煤柱或煤壁局部-整体破坏，以上围岩失稳存在多尺度链式 时空关联性，特别是引发围岩灾变的采场关键岩块位置多变，形成采场围岩承载结构异化和泛化特 征。 理论与实践表明，重力-倾角效应作用下大倾角煤层岩层控制具有显著的多维度和多尺度特 点，突破传统开采方法与技术瓶颈，研发全新型成套装备是实现该类煤层安全高效开采的有效 途径。

• 浅埋近距离煤层开采超前煤柱群冲击失稳机制

  冯国瑞, 朱卫兵, 白锦文, 余 丹, 谢建林, 李 竹,

  工作面前方遗留煤柱群( 后文简称“ 超前煤柱群” ) 在采动影响下会发生链式冲击失稳，诱 发动载矿压灾害并影响下伏煤层的安全高效开采。 揭示超前煤柱群链式冲击失稳机制是浅埋近距 离煤层安全开采的根本前提。 本文实测分析了元宝湾煤矿房式采空区下伏 6107 工作面开采的覆 岩移动规律，发现了超前煤柱群的回弹变形现象，开展了房式采空区下伏煤层开采的物理模拟实 验，研究了房采煤柱群-覆岩的变形破坏特征，分析了采动影响下超前煤柱群回弹冲击失稳的动态 过程，揭示了浅埋近距离煤层开采超前煤柱群的冲击失稳机制。 结果表明:1 浅埋柱采区近距离 下伏煤层开采过程中工作面前方覆岩呈现出“ 先短暂回弹后剧烈下沉” 的运动特征，即首先存在极 短时间的覆岩回弹变形现象，之后出现了部分覆岩的整体破断与垮塌。 由此，反推出采动影响下超 前煤柱群也发生了回弹变形。 2 柱式采空区下伏煤层开采过程中关键柱在覆岩沉降和超前支承 压力的作用下最早出现斜切破坏，引起载荷的转移，加剧邻近部分房采煤柱群的应力集中程度，进 而发生链式斜切破坏。 在此过程中，覆岩持续沉降，裂隙也不断发育，形成剪切贯通断裂面，发生破 断回转，促使超前煤柱群回弹变形与冲击失稳，引发层间岩层的全厚切落，带动更大规模房采煤柱 群的链式失稳，并造成下伏工作面动压灾害的发生。 3 浅埋近距离下伏煤层开采“煤柱群-覆岩” 的失稳垮塌过程可以细分为:关键柱斜切破坏阶段、关键柱邻近部分煤柱群破坏阶段、超前煤柱群 回弹冲击失稳阶段、覆岩垮塌与层间岩层切落致灾阶段。 4 浅埋近距离煤层开采超前煤柱群冲击 失稳是“煤柱群回弹变形”与“覆岩联动垮塌”共同作用且互馈影响的动态过程。 该研究可以解释 柱式采空区下伏近距离煤层开采超前动载矿压的显现原因，有望为超前动载矿压的预测和控制提 供理论指导，并进一步保障近距离煤层群的安全绿色高回收率开采。

• 坚硬顶板复合爆破定向造缝技术及工程应用

  于斌, 邰阳, 李勇, 匡铁军, 张文阳, 孟祥斌,

  造缝切顶是改变坚硬岩层破断运移规律，进而控制采场强矿压的有效手段。 为了实现定 向、弱扰动、大间距的造缝切顶，开发了一种坚硬顶板复合爆破定向造缝技术。 在系统性的介绍该 技术关键设备 ——— 高能射孔枪的结构组成的基础上，分析了复合爆破定向造缝切顶的工艺流程; 基于 AUTODYN 数值计算软件，阐明了基于聚能射流和高压劈裂的复合爆破定向成缝机制;采 用 LS-DYNA 软件构建了聚能射流及高压劈裂数值模型，优化了射孔弹尺寸及助推剂用量;开展了 坚硬顶板复合爆破定向造缝地面实验，揭示了相邻孔间裂缝扩展延伸特征，验证了射孔弹尺寸和助 推剂用量的合理性;在塔山煤矿 8311 工作面进行了坚硬顶板复合爆破造缝切顶工业实验，监测了 8311 工作面推进过程中 2312 临空巷道煤柱不同深度的垂直应力峰值，得出如下结论:1 复合爆破 技术定向造缝机制是聚能射流冲击岩石侵彻面上形成的压力远大于岩石的强度，造成岩石发生破 碎，形成定向孔道;二次爆燃产生的高压气体进入射孔孔道内，在“ 气楔” 作用下沿着孔道形成连续 平整的裂隙面。 2 在射孔弹口径为 40 mm、助推剂为 4 片时，复合爆破定向造缝技术可以实现 1.5 m钻孔间距下中粒砂岩层劈裂。 3 现场实测表明，在采用复合爆破定向造缝技术后临空巷道 煤柱的垂直应力峰值平均降低 31%，有效的控制了巷道矿压。

• 基于不平衡力的坚硬顶板破断数值分析

  杨强, 王昀, 段宏飞, 朱卫兵,

  掌握煤矿采场坚硬顶板破断规律对揭示煤矿开采过程中的来压规律等方面具有重要作用。 坚硬顶板破坏实质上是结构变形不协调的体现，有必要对结构可能存在的变形不协调区域开展数 值方法研究。 提出一种有限元数值模拟思路，计算常规弹塑性有限元方法无解时屈服面外应力场 的等效节点力并称为不平衡力，阐明不平衡力的物理意义及以不平衡力分布指示变形不协调区域 的理论依据，并以重设网格体现层间变形不协调对结构的影响，形成一套以不平衡力指示变形不协 调区域的煤炭开采过程弹塑性有限元数值方法。 以同忻煤矿 8102 工作面为研究对象，采用以上方 法对该工作面随开采过程的顶板破断情况进行模拟，并得到了模型试验、现场实测资料的对比验 证。 研究表明:1 连续介质边值问题解不存在意味着平衡条件、变形协调条件及本构关系无法同 时满足，将出现变形不协调情况，并出现不平衡力。 2 不平衡力是结构应力状态偏离平衡位置的 度量，其分布可用于指示煤炭开采过程中的变形不协调区域，进而判断顶板破断过程。 3 不平衡 力分布主要受开采距离及厚硬层位的影响，8102 工作面存在 2 个厚硬层位对不平衡力发展起阶段 性控制作用。 4 在开采至 110 m 及 270 m 时，不平衡力分布区突破厚硬层位并向上发展，意味着 厚硬顶板断裂、地应力得到释放，可能是导致剧烈来压的重要原因。

• 煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填方法

  张吉雄, 周 楠, 高 峰, 闫浩,

  矿山固废处置与利用是我国煤矿开采中面临的主要问题之一，严重制约着煤炭资源开发与 环境保护协调发展。 井下充填是矿山固废绿色高效处置的重要技术途径之一，但现有充填技术增 加了工作面生产工序，降低了 15% ~ 20%采煤效率，亟需解决矿山固废充填与煤炭开采之间时空干 涉难题，突破矿山固废井下充填处置的技术瓶颈。 为此，综述了矸石处置利用现状与存在问题，提 出了煤矿开采嗣后空间矸石注浆充填方法，系统阐述了嗣后空间矸石注浆充填方法内涵及关键科 学与技术问题，给出了嗣后空间矸石注浆充填系统空间布局方式，探讨了非均质矸石料浆流动性稳 态控制机理、嗣后空间空隙结构特征及时空演化规律、嗣后空间矸石料浆迁移扩散规律、嗣后空间 矸石注浆充填岩层控制机理等理论的研究重点，分析了毫米级矸石注浆充填材料研发、矸石料浆高 效制备与输送、注浆钻孔布局及时效控制、矸石注浆充填效果智能监控等技术的研究难点。 煤矿开 采嗣后空间矸石注浆充填方法创新了矸石井下高效处置新模式，完善了矸石综合处置与利用技术 体系，引领了我国煤炭资源绿色安全高效开发新方向，在矿山固废高效处置及生态环境保护等方面 具有广阔应用前景，可促进矿山矸石固废的源头减排、就地处置、循环利用绿色发展模式的建设。

• 基于多源信息表征的深部巷道围岩结构灾变演化机理

  靖洪文, 赵振龙, 吴疆宇,

  深部煤炭资源开采的强度和深度不断增加，深部巷道围岩的结构性失稳灾变问题日趋严 峻、复杂，严重制约深部煤炭安全高效开采。 鉴于深部巷道围岩结构变形失稳的渐进演化过程中释 放多物理场响应信息，采用自主研制的深部地下工程结构变形失稳全过程模拟试验系统，配合声发 射、并行电法、电磁辐射等监测系统，研究基于多源信息表征的深部巷道围岩结构灾变演化机理。 开展了完整、层状和块状 3 种结构围岩的破坏性物理模型试验，利用声、电、磁多源信息演化规律对 不同结构围岩的荷载-位移全过程进行了定量化评价和多源信息表征，从荷载-位移全程曲线、多 源信息响应规律、围岩峰后损伤特性 3 个角度综合揭示了不同结构围岩的灾变演化及变形失稳机 制。 研究结果表明:1 随着围岩完整性的降低，围岩由塑性破坏向脆性破坏转变，其变形破坏过程 的波动性和渐进式破坏特征更加显著，层状和块状结构围岩的物理模型峰值承载能力相比于完整 结构分别降低 4.73%和 20.73%;2 与完整结构围岩的声、电、磁多源信息的连续性响应过程不同， 层状和块状结构围岩呈现出阶段式响应规律且特征值更突出，尤其块状结构围岩的阶段跳跃性现 象显著;3 完整、层状和块状结构围岩的裂隙发育区面积依次为 448.84、651.76 和 824.49 cm2 ，即 随着围岩结构完整性的降低，裂隙发育区面积不断增大，在本研究中增大范围在 1.5 ~ 1.9 倍;4 围 岩的破坏失稳由完整结构的强度控制型向块状结构的结构控制型转变，而层状结构表现出强度- 结构联合控制特征，围岩破坏失稳的结构效应越来越显著。

• 岩块锚固机理的模拟试验研究

  王卫军, 韩 森, 董恩远, 彭 刚,

  为研究锚杆对深部巷道围岩的作用机理，利用自制三轴加载物理相似模拟试验系统，进行了加锚与不加锚完整和预裂岩石试件(400 mm×400 mm×400 mm)的加载对比试验，比较了锚杆预紧力和支护密度对完整和预裂岩石试件的锚固效果，分析了锚杆对完整和预裂岩石试件的作用时机。研究结果表明：无论完整试件或预裂试件，锚杆支护均可提高其峰值强度，尤其预紧力对提高峰值强度的作用明显，对预裂试件峰值强度的提高幅度比完整试件更大。加锚预裂试件相对于无锚预裂试件其应力应变曲线从竖向加载一开始就相对滞后；而加锚完整试件相对于无锚完整试件，从竖向加载开始到试件峰前连续变形阶段，应力应变曲线差别不大，无锚完整试件在达到其峰值强度后，承载力开始下降，而此时加锚完整试件承载力继续增大，只是增速有所减缓。对于预裂试件，锚杆承载具有即时性，即与试件基本同时承载；而对于完整试件，锚杆承载则体现出延时性，即锚杆在岩体发生破坏、产生较大变形后才开始承载。因此，锚杆支护难以阻止巷道围岩的塑性变形和塑性区的形成，深部巷道的围岩控制理念应由变形控制向稳定控制转变。深部巷道锚杆的主要作用一是提高破碎岩体的残余强度，二是阻止破碎岩体裂隙的后续扩张，从而提高围岩的整体性和完整性，达到维护巷道稳定的目的。

• 冲击地压预测的煤岩变形局部化方法

  潘一山, 宋义敏, 朱晨利, 任 何, 许海亮,

  冲击地压预测是冲击地压防治的前提和基础，是冲击地压研究中的一个重要内容，针对目 前冲击地压前兆和冲击地压孕育过程之间内在的本质联系不清问题，从煤岩变形破坏的固有特征 及冲击地压的失稳问题本质出发，借鉴经典力学中的能量原理，提出了以煤岩变形局部化为前兆的 冲击地压预测方法。 根据虚位移原理和稳定性理论，推导并得到了冲击地压发生临界条件和煤岩 变形局部化发生条件，分析煤岩变形局部化与冲击地压内在联系。 采用梯度塑性理论，通过引入内 部长度参数，构建煤岩变形局部化模型，分析了变形局部化带宽带的影响因素。 给出了测量内部长 度参数的实验方法，对变形破坏向某一区域集中，且集中区具有一定尺度的现象进行理论解析。 根 据变形局部化的时空演化特点，引入描述变形局部化的空间聚集性、梯度显著性和曲率显著性指 标，从 “时间演化”属性和“结构演化”属性对变形局部化状态进行识别。 对变形局部化预测方法 进行初步的应用研究，分别采用实验的声发射数据和现场的微震数据，预测煤岩试件破坏区域和煤 矿冲击地压危险区域。 研究表明:煤岩变形局部化开始条件和冲击地压发生的临界条件相同，即冲 击地压孕育演化过程和煤岩变形局部化的过程具有一致性;煤岩变形局部化带宽度与材料内部长 度参数和煤岩冲击能指数有关，随着材料内部长度增大，变形局部化带宽度线性增大，随着煤岩冲 击能指数增大，变形局部化带宽度非线性减小;根据实验和现场初步应用结果，表明空间聚集性、梯 度显著性和曲率显著性指标能够描述和追踪变形局部化时空演化特征，变形局部化预测冲击地压 危险区域方法具有可行性。

• 循环载荷对岩石节理宏细观剪切特性影响的模拟研究

  蒋宇静, 张孙豪, 栾恒杰, 陈连军, 张广超, 王长盛,

  岩石节理在循环载荷作用下会不断的滑移和闭合，导致其承载性能不断劣化，进而影响岩 体工程的稳定性。 为探明循环载荷作用下节理的剪切特性，首先开展了节理剪切试验以标定模拟 中的物理力学参数和确定循环载荷的特征参数，然后采用基于 FISH 语言二次开发的循环剪切加 载实现方法，进行了不同加载幅值(1.5、1.7、1.9、2.1 和 2.3 MPa)、不同加载频率(0.1、0.5、1.0、1.5 和 2.0 Hz) 等循环剪切载荷作用下的粗糙节理剪切数值模拟，研究了岩石节理的宏细观剪切特性以 及循环载荷特征参数对节理剪切特性的影响。 结果表明:随着剪切载荷的循环加卸，节理表面损伤 会导致节理剪切应力-剪切位移曲线出现滞回效应。 循环剪切初期滞回环较小且分布密集，后期 滞回环较大且分布疏松。 剪切过程中节理的裂纹分布和接触力分布与节理表面的粗糙体相关，剪 切初期裂纹和高接触力大都集中在二阶凸起上，随着二阶凸起破坏逐渐作用到一阶凸起上，一阶凸 起破坏后节理发生失稳破坏。 节理剪切位移的增长趋势与累计裂纹数量的增长趋势总体一致。 剪 切初期仅有少量裂纹在应力峰值附近产生，而后期裂纹产生时对应的应力范围和裂纹数量都显著 增加。 加载幅值越大，每个循环内产生的节理损伤越多，节理剪切位移也越大，达到相同目标位移 所需的循环次数与加载幅值呈反比。 加载频率越大，每个循环内节理产生的损伤越少，节理剪切位 移也越小，达到目标剪切位移所经历的循环次数与加载频率呈正比。 加载频率越低，加速阶段越 短，节理发生失稳破坏越突然。

• 基于煤中甲烷赋存和运移特性的新孔隙分类方法

  程远平, 胡 彪,

  煤中复杂的多尺度孔隙结构是瓦斯赋存的空间和运移的通道，厘清甲烷在不同孔隙中的赋 存和运移特性对煤层瓦斯的抽采利用以及灾害防治具有重要意义。 在过去的几十年中，学者们对 煤中复杂孔隙结构进行了大量的研究与分类。 随着孔隙测试技术的发展，以及对煤中甲烷赋存和 运移特性的进一步认识，发现现有的煤孔隙分类方法存在不足。 因此，对以往的孔隙分类方法进行 全面回顾，并基于最新的煤中甲烷赋存和运移特性的研究成果，提出了一种新的针对煤和甲烷系统 的孔隙分类方法。 将煤中孔隙结构划分为不可达孔(100 nm)4 类，且煤中不同孔隙(填充孔、扩散孔 和渗流孔)形成顺序串联，相同孔隙形成相互并联为主的连接模式。 煤中甲烷主要以微孔填充形 式吸附于填充孔中，填充孔中的吸附态甲烷作为煤层瓦斯运移的源头，以吸附相扩散的形式为扩散 孔中的游离相扩散提供源源不断的甲烷分子，而扩散孔中运移的甲烷也汇总至渗流孔并不断渗流 到抽采钻孔或煤壁表面。 新的煤孔隙分类方法总结了甲烷分子在不同尺寸孔隙结构中的赋存形 式(微孔填充吸附态、单分子层吸附态和游离态)及其运移特性，为从微观和宏观相结合角度进一 步研究甲烷在煤中的赋存和运移规律提供了理论基础。

• 真三轴路径下含瓦斯复合煤岩体渗流及力学破坏特性

  王凯, 郭阳阳, 王刚, 杜锋,

  深部开采扰动下“ 煤体-岩体” 复合系统发生整体破坏失稳是导致煤岩瓦斯复合动力灾害 发生的主要原因之一。 为了研究煤岩瓦斯复合动力灾害发生机理，采用真三轴气固耦合煤岩渗流 试验系统，以人工压制具有过渡界面的复合煤岩体试件为研究对象，进行了 5 种不同真三轴应力路 径下含瓦斯复合煤岩体渗流特性及力学破坏特征试验研究。 结果表明，真三轴路径下含瓦斯复合 煤岩体强度符合 Mogi-Coulomb 准则，相比于其他试验路径，真三轴加载路径下试件强度最大，复合 加卸载路径下试件强度次之，σ2 、σ3 发生转换时，试件强度显著降低;试件破坏时，真三轴复合加卸 载路径下试件渗透率增长倍数最多，真三轴卸载路径次之，真三轴加载路径下试件渗透率增加倍数 最少，σ2 、σ3 发生转换时试件渗透率显著增大;此外，复合煤岩体试件破坏特征具有规律性，真三轴 加载路径下，σ1 -σ2 平面煤体中出现剪切裂纹，并在煤岩交界面处交汇，真三轴卸载和复合加卸载 路径下，σ1 -σ2 平面上裂纹从煤体到岩体出现了跨界面扩展的现象，煤体中依然出现剪切裂纹，但 是裂纹在煤岩交界面处交汇之后转变为拉伸裂纹延伸至岩体中，岩体出现劈裂破坏;当 σ2 、σ3 发生 交汇、转换，σ2 小于 σ3 时，试件的 2 个侧面( σ1 -σ2 平面和 σ1 -σ3 平面) 均发生破坏，试件损伤状态相 对复杂。

• 巷道结构对突出流体冲击特性的影响性试验研究

  许江, 程亮, 彭守建, 周斌, 焦峰, 杨海林, 魏仁忠,

  突出流体的动力冲击效应是煤与瓦斯突出灾害的主要致灾因素之一。 为进一步认识该过 程中煤-瓦斯两相流的冲击动力致灾机制，开展不同巷道布置形式下的突出物理模拟试验，分析突 出过程中冲击力时空演化特征、冲击力特征参数及其致灾毁伤等级分布。 研究结果表明:在直巷 中，气流及稀疏两相流阶段冲击力的演化趋势随距突出源区距离的增加而愈发复杂;冲击力随着 固-气比的增大而增大，峰值冲击力在稠密两相流阶段;冲击力衰减过程中存在起伏现象，表明突 出能量的释放是阶段完成的;尾部结构对直线段的冲击力有巨大的影响，表现为直角 L 型>T 型>圆 弧 L 型;随时间的推移，直巷道中部逐渐发展成为严重灾害区，巷道致灾范围逐渐扩大，且主要向突 出源区方向扩展;在拐弯巷道中，冲击力演化受气相的影响远大于固相;拐弯巷道内有灾害集中区 的存在;冲击力在巷道内呈现出齿状的分布，尤其在拐弯巷道中呈现强-弱相间的分布特征;直角 L 型的动力致灾力度和致灾面积都大于圆弧 L 和 T 型;重灾区主要分布在直巷道中前部和拐弯巷 道，同时，在直巷道尾部和拐弯巷道部分地域有安全区的存在;直角拐弯结构和平角分岔结构都存 在能量集中释放从而导致冲击动力致灾增强的机制;弧形结构可有效降低冲击动力致灾力度，减少 拐弯巷道灾害集中区的数量，避免或减弱能量的集中释放;正压作用时间呈周期性 V 字型分布;比 冲量沿巷道呈现多峰波动分布;与峰值冲击力对比，加入正压作用时间因素后其差异性主要体现在 直巷道中前端;直巷道末端和拐弯巷道的冲击力时程演化规律受尾部结构的影响较大。

• 磨料质量分数对预混合磨料水射流破岩效果的影响

  魏建平, 王梦园, 杨 恒, 张铁岗, 都 阳, 刘 勇,

  预混合磨料水射流是突破煤矿深长钻孔内高效破煤岩技术瓶颈的有效技术,在坚硬顶板治 理、沿空留巷和硬煤增透具有广泛应用前景。 磨料质量分数是影响其破煤岩效果的重要因素。 为 明确磨料质量分数对磨料加速、分布以及冲击动能的影响,基于离散元的耦合模型(CFD-DEM 模 型),考虑颗粒间的摩擦、碰撞,添加颗粒相体积分数和动量源相,修正 VOF 多相流模型,开发用户 自定义函数(UDF)通信接口,精确计算了磨料质量分数对磨料颗粒加速运动与分布的影响,准确 描述了磨料粒子对水射流流场的影响。 结合预混合磨料水射流破岩实验,得到了以下结论:在固定 压力下,不同磨料质量分数的射流液固能量转化效率不同,导致磨料冲击动能不同。 提高磨料质量 分数,能够提高破煤岩效果,但存在最优值。 每一压力条件下都有与之相适配的最优质量分数,此 质量分数下能量转化效率最高,磨料冲击动能最大。 如射流压力 5 MPa 时,80 目(0.178 mm)石榴 石最优质量分数为 11%。 同一质量分数下,提高射流压力可提高磨料冲击动能,但是能量转化率 和利用率降低。 提高压力使射流速度增加,曳力增大,但射流与磨料接触时间缩短,导致射流能量 未能及时转化为磨料动能。 相较于提高射流压力,适当增加磨料质量分数以提高能量转化效率和 能量利用率,是达到最佳破煤岩效果的更经济低能耗的方式。

• 高海拔隧道爆破后粉尘污染动力学模型及影响因素

  蒋仲安, 曾发镔, 冯 雪, 张国梁, 杨 斌, 王亚朋,

  为降低高海拔隧道钻爆法施工爆破后的粉尘污染,提高隧道掘进工作面粉尘防治技术和职 业健康保障能力,推动施工隧道清洁化生产水平。 依托西南某铁路隧道工区为背景建立隧道爆破 掘进压入式通风模型,根据气固两相流理论与气溶胶力学构建高海拔隧道粉尘污染动力学模型。 运用数值模拟软件分析不同海拔高度、通风距离以及通风风量条件下的爆破驱动掘进工作面,高浓 度粉尘污染效应,并采用灰色关联分析法探究粉尘质量浓度降低至安全值所需时间与各影响因素 之间的关联度。 研究结果表明:海拔高度上升将引起的环境参数与气固耦合流体运动特性的改变, 粉尘颗粒水平运移速度与海拔高度和粉尘粒径均呈负相关,竖直沉降速度与之相反。 高海拔隧道 爆破后粉尘质量浓度空间分布服从多元高斯分布,且扩散系数随海拔高度的上升而增大。 隧道内 风流场分布区域分为涡流区、过渡区以及稳定区,涡流区呈锥形且中心的风速小于周围区域的风 速,隧道断面平均风速降低至约 0.3 m/ s 并逐渐稳定。 爆破后粉尘颗粒随风流向隧道外呈“⊃字 型”运移,隧道回风侧的粉尘质量浓度大于风管侧。 爆破后产生的大颗粒粉尘(粒径≥30 μm)在距 掘进工作面 100 m 范围内快速沉降,小颗粒粉尘将随风扩散并悬浮于隧道空间内,且扩散距离越 远,粉尘粒径越小。 高海拔环境下扩大风管出口至掘进工作面距离以及增加风管风量均有利于减 低隧道爆破后的粉尘污染效应,隧道内粉尘质量浓度降低至安全值所需时间受通风距离的影响最 大,通风风量的影响次之,而海拔高度的影响相对有限,其灰色关联度系数分别为 0.684、0.678 和 0.661。

• 湿式弦栅水膜除尘试验研究及效率优化

  王海桥, 吴志荣, 陈世强, 王鹏飞, 黄敏华,

  为了探究湿式弦栅水膜净化细微粉尘的效率及优化方法,制备了平均粒径约为 10 μm 的 实验粉尘,借助自主搭建的实验平台开展了压力喷嘴雾化特性和湿式弦栅水膜除尘特性实验,研究 了喷嘴雾化参数与除尘效率之间的因变关系,验证了增大供水压力和弦栅表面疏水改性能提高湿 式弦栅水膜净化细微粉尘效率的可行性。 结果表明:3 种压力喷嘴的喷雾流量随着供水压力的增 大而增大,雾化粒径随着供水压力的增大而减小。 在风道风速为 3 m / s 的实验条件下,空心圆锥形 喷嘴的雾化效果优于方锥形和实心圆锥形喷嘴,供水压力由 0.3 MPa 增大至 1.3 MPa,喷雾流量和 雾化角分别增大了 1.19 L 和 5.2°,雾化粒径降低了 44.1 μm。 湿式弦栅水膜的全尘除尘效率与压 力喷嘴喷雾流量呈正相关,与雾化粒径呈负相关;选用空心圆锥形喷嘴的除尘效果最好,5 种供水 压力工况的湿式弦栅水膜全尘除尘效率依次为 67.16%、68.56%、70.29%、73.80%、75.89%。 湿式弦 栅水膜除尘段阻力随着风道风速的增大线性增大,阻力系数为13.14。 通过增大供水压力的方法优 化除尘效率的效果并不显著,供水压力由 0.7 MPa 增大至 1.3 MPa,湿式弦栅水膜的全尘除尘效率 增大了 6.63%,全尘除尘效率最高为 81.57%。 弦栅断面水膜填充率随着喷雾时间的增大呈先急剧 增大、后缓慢降低、最终趋于稳定的变化规律。 弦栅表面疏水改性后,弦栅断面水膜填充率由 66% 增大至 78%,提高了湿式弦栅水膜净化细微粉尘的效率。 6 种供水压力工况下,全尘除尘效率依次 为 80.27%、84.53%、85.38%、87.00%、88.45%、90.58%;空气动力学当量直径为 5、7.07 和 10 μm 的 呼吸性粉尘,除尘效率可达 82.68%、83.16%、86.31%。

• 面向项目风险控制的煤炭地下气化地质条件分析

  秦勇, 易同生, 汪凌霞, 金军, 周泽, 孔维敏,

  煤炭地下气化(UCG)是中国煤炭工业发展的必然选择,地质风险控制是 UCG 项目成败与 否的首要基础。 立足这一背景,将钻井式 UCG 项目风险控制总目标分解为建炉地质可行性、气化 生产易控性、气化过程安全性、开发生产经济性 4 个子目标,探讨地质条件与潜在风险之间因果关 系,提出了 UCG 地质分析与评价新思路。 分析认为,UCG 炉高质量建造体现在井壁稳定性和井眼 轨迹可控性 2 个方面,前者关键地质因素是煤体结构或强度,后者主要受控于煤层厚度、结构、产状 及其稳定性。 UCG 生产易控性地质评价聚焦于 2 个目标:一是气化工作面推进易控性,倾角适中 的煤层有利于 UCG 工作面推进,燃点过高煤层工作面推进难度较大,复杂煤层结构不利于气化,微 构造是 UCG 过程控制的不利因素;二是 UCG 层内通道易控性,通道易控性随煤层埋深增大而显著 降低,高黏结高膨胀性煤层会严重危害通道畅通程度,高灰熔点和高热稳定性煤层更易保持通道畅 通性。 UCG 过程安全性地质分析同样包括 2 个方面:其一,UCG 生产安全性,涌水量过大带来安全 生产隐患,上覆足够厚度隔水层及其稳定性是保障生产安全的关键;其二,UCG 环境安全性,UCG 地面沉降总体上并不显著,有机物污染潜势与煤种高度相关,中 ~ 难挥发性有害元素对地下水环境 的危害性需高度关注。 UCG 开发经济性主要涉及气化有效性、合成气质量、资源可靠性 3 个方面, 与煤的化学反应性、灰分产率、煤田勘查程度、煤炭资源量等因素密切相关,地下气化-煤层气联采 则是提高 UCG 经济性的可探索途径。 实际上,多数地质因素均与上述 4 个 UCG 风险控制子目标 相关联,不同程度上存在交叉影响,需依据相对贡献参与 UCG 地质评价,其中微断层、煤的黏结性 和膨胀性、上覆含水层距离 3 个因素具有“ 一票否决” 作用,进而提出了面向 UCG 项目风险控制的 地质评价与优选基本思路。

• 沁水盆地煤储层地温场条件及其低地温异常区形成机理

  孟召平, 禹艺娜, 李国富, 田永东, 王宇红,

  煤储层地温场条件是影响煤层气赋存与产出的关键因素,从目前沁水盆地煤层气井生产情 况来看,煤储层地温低异常区煤层气开发井的产气效果普遍较差,因此,开展煤储层地温场条件研 究,揭示低地温异常区形成机理,对于低地温区煤层气开发显得尤为重要。 采用沁水盆地煤层气井 地温实测数据,系统分析了沁水盆地 3 号煤层和 15 号煤层地温及其梯度和大地热流分布特征,揭 示了煤储层地温分布规律,提出了煤储层地温梯度等级划分标准,圈定了沁水盆地石炭-二叠系煤 储层地温梯度小于 1.6 °C / hm 的地温低异常区,揭示了研究区煤储层地温低异常区分布及其受控 机制。 研究结果表明,沁水盆地恒温带温度整体呈现由西北向东南逐渐增高的趋势,恒温带深度由 北向南逐渐变浅,恒温带温度为 13.2 ~ 15.2 °C ,恒温带深度为 27.4 ~ 33.1 m。 沁水盆地煤储层地温 及其地温梯度均随深度的增加而增高。 3 号煤储层温度为 14.6 ~ 100.9 °C ,平均为 30.58 °C ,地温梯 度为0.008~3.770 °C/hm,平均为 1.62 °C/hm;15 号煤储层温度为 15.3~111.8 °C,平均值为 33.28 °C ,地温梯度为 0.046 ~ 5.350 °C / hm,平均为 1.87 °C / hm;大地热流值为 0.93 ~ 94.60 mW / m2 , 平均为 41.5 mW/ m2,低于我国大陆地区平均热流值(63 mW/ m2),反映出本区处于稳定的构造-热 状态之中。 根据地温梯度,圈定了研究区 3 号和 15 号煤储层地温梯度小于 1.6 °C / hm 的地温低异 常区呈条带状分布于盆地东北和东部一带,面积分别占盆地总面积 25.2%和 27.9%,煤层气资源量 近 1.0 万亿 m3 。 煤储层地温梯度随着底板标高的增加而线性降低,随着煤储层有效埋深的增加而 线性增加;进一步揭示了地壳抬升剥蚀作用和地下水补给与渗流作用对研究区煤储层地温低异常 区的控制机理。

• 深部低煤阶煤层高值化学品与天然气共采技术构想

  梁运培, 王庆慧, 朱拴成, 陈 强, 胡千庭, 皇凡生,

  温和氧化解聚作用下，低阶煤(褐煤、长焰煤)可高效生成高值化学品，同时煤体多尺度流动能力显著改善。针对我国低阶煤资源丰富与煤层中赋存巨量天然气的地质背景，结合低阶煤化学性质特点，提出了基于原位氧化改性的深部低煤阶煤层高值化学品与天然气共采技术构想，从氧化解聚制备羧基化学品方法、氧化改性提高煤层气采收率机理、共采技术模式、地质及工程有利条件等4方面论证了该技术可行性。调研总结发现：低阶煤具有丰富的含氧官能团(如羧基—COOH和酚羟基—OH)和侧链，为氧化解聚制备高值化学品(如羧酸)提供了关键前体结构；过氧化氢、次氯酸钠等氧化剂，在低温(<100 ℃)、常压条件下，温和氧化解聚低阶煤可高效、低成本制备羧基化学品，实现低阶煤非能源化高值利用；氧化解聚反应对低阶煤具有明显的氧化改性作用，主要表现为煤表面对甲烷的吸附能力减弱、水的疏水性增强、形成溶蚀孔与微裂缝，并可原位生成CO2，从而增加了煤层气解吸-渗流能力。围绕深部低煤阶煤层气井高效增产改造需求与枯竭煤层气井二次利用，设计了单井压裂-溶浸开采(采气为主)与群井压裂-溶浸开采(采高值化学品为主)2种技术模式。前者通过注入氧化性压裂液，合理控制压后焖井时间，充分发挥力学-化学协同改造增渗作用，返排阶段分离压裂液中高值化学品，并高效抽采天然气；后者对各枯竭气井重复改造，通过压裂缝网形成相互沟通的注采井网，持续生成、抽采高值化学品。我国巨厚(数十米～近百米)、深埋藏(500～1 000 m)低煤阶煤层分布广泛，能有效减小氧化剂及反应产物泄漏诱发的地下水污染，为共采提供了有利地质条件；现有大规模煤层气水平井及水力压裂缝网，避免了高值化学品原位制备的高额建井成本，为共采提供了有利工程条件。结论认为，利用温和氧化解聚反应，实现深部低煤阶煤层高值化学品与天然气共采，丰富了原位改性采矿理论与技术体系，有望形成煤层气增产改造新模式，增加低煤阶煤层资源开采综合经济效益。

• 煤层气井地联合抽采全过程低负碳减排关键技术研究进展

  苏现波, 赵伟仲, 王 乾, 于世耀, 汪露飞, 宋金星, 王小明, 夏大平, 伏海蛟, 郭红玉, 孙长彦, 郭红光, 鲍 园, 何 环, 黄 津,

  “双碳” 目标的实现与煤层气大规模商业化开发迫切需要新技术。 在对煤层气开发与 CCUS 技术系统分析的基础上,以煤层气生物工程为依托,探讨和展望了地面煤层气开发、煤矿瓦 斯抽采以及采空区煤层气开发过程中的低负碳减排关键技术。 地面煤层气开发阶段,将煤层气开 发转化为煤系气开发、将常规水力压裂转化为大规模缝网改造是实现煤层气商业化开发的有效途 径;将液相 CO2 和微生物发酵液作为储层改造的工作液,在实现煤系三气储层一体化缝网改造的同 时又实现了微生物与 CO2 联作下的增气增压、储层改性、CO2 驱替甲烷等多重增产效应,为煤层气 增产提供了一条新途径,达到低碳减排目的;此外,通过 CO2 的生物甲烷化和同步地质封存实现了 负碳减排。 可见,对于煤层气开发而言,CO2可以促使其增产;对于CO2封存而言,煤储层是其最佳 归宿。 由此,地面煤层气开发实现了“一低两负”的碳减排。 在井下瓦斯抽采阶段,根据硬煤的造 缝增透增产、软煤的增容增透增产机制以及相关理论,提出了第 1 代水力强化技术———水力压裂和 第 2 代水力强化技术———钻冲压一体化增透增产技术、三堵两注固液两相封孔技术、老孔修复增透 和下向孔智能排水排粉气驱增产技术。 这一技术体系实现了瓦斯由“抽得出”向“抽得快、抽得省、 抽得净、抽得纯” 转变,大幅提升瓦斯抽采的质和量,获取低碳能源,达到减少甲烷排空与碳减排的 目的。 同时,研发了能够准确测定瓦斯含量的钻取一体化密闭取心装置,建立了基于低速非线性渗 流的煤层渗透性评价技术。 在采空区煤层气开发阶段,粉煤灰将成为强化煤层生物气产出、充填采 空区减沉和实现CO2矿化封存的首选材料。 在具备圈闭条件的采空区首先注入菌液、少量粉煤灰 和 CO2 实现煤和 CO2 的微生物甲烷化,以此获取低碳能源;抽采结束后进一步注入 CO2 和粉煤灰, 粉煤灰和采空区积水中的钙镁等离子与溶解的 CO2 结合生成碳酸盐对粉煤灰胶结,实现了 CO2 矿 化封存和采空区固化减沉,具有显著的低负碳减排和生态环境治理意义。 煤层气井地联合抽采全 过程低负碳减排技术体系始终立足煤层气这一低碳能源的增产和 CCUS,为我国碳中和目标的实 现提供新的发展思路。

• 黔西与湖南寒婆坳地区煤制石墨烯结构的演化特征

  唐跃刚, 车启立, 李瑞青, 马鹏亮, 罗 鹏, 琚敏敏, 徐晓婷,

  石墨烯作为 21 世纪的战略性新兴材料,因其优异的性能受到广泛关注。 研究表明煤可作 为石墨烯碳源,并且煤的属性也影响石墨烯的结构特征,结合我国煤变质成因复杂、煤变质作用类 型多样的特点,旨在研究不同变质作用背景对石墨烯结构的影响特征。 采集黔西地区深成叠加热 液变质作用 6 个煤样及寒婆坳地区岩浆热变质作用 4 个煤样,全部利用 HCl-HF-HNO3 酸洗方法 进行处理后得到脱矿煤样,以排除矿物的影响;后使用中频感应石墨化炉对脱矿煤样进行2 800 °C 高温处理后得到煤基石墨样品;最后利用改进的 Hummers 氧化还原法对煤基石墨进行氧化、超声 剥离、还原处理,得到石墨烯样品;用于测试样品微晶尺寸、空间形态等信息的 X 射线衍射(XRD) 对脱矿样、煤基石墨、石墨烯进行表征并得到相关结构参数,用于测试样品缺陷、完整性的拉曼光 谱( Raman) 对脱矿样、煤基石墨、石墨烯样品进行表征并得到相关参数,用于观察样品微观表面形 貌的透射电镜(TEM)对石墨烯样品进行表征并得到图像。 实验及表征结果:透射电镜(TEM)得到 的图像表明2种变质类型的煤均可制备出3~5层的石墨烯层片。 X射线衍射(XRD)和拉曼光 谱( Raman) 得到的相关参数表明煤的变质程度越高,对应的煤基石墨样品石墨化度越高,对应石墨 烯样品的微晶结构片层越大、缺陷更少。 以 X 射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)测试参数为依 据,相对于岩浆热变质作用,深成叠加热液变质背景石墨烯样品的 Lc 、d002 以及峰位差 G-D、ID / IG 的 变化随 Ro,max 的变化较大;而相对于深成叠加热液变质作用,岩浆热变质背景石墨烯样品的 La 和 La / Lc 变化随 Ro,max 的变化较大;说明在深成叠加热液变质作用背景下,煤的变质程度越高,越易 得到堆砌性好、定向排列强、缺陷少的石墨烯样品,而在岩浆热变质作用条件下,煤的变质程度越 高,越易获得横向尺寸大、“扁圆”空间形态的石墨烯样品。 如今所进行的工作在后续还有拓展研 究的空间,岩浆以及无岩浆对煤制石墨烯结构的影响有何不同,或者温度和压力是如何影响煤制石 墨烯结构,这些问题需进一步研究以推进煤制石墨烯领域的科学发展。

• 东部煤粮复合区采煤沉陷地边采边复时机

  胡振琪, 李根生, 袁冬竹,

  东部高潜水位煤粮复合区采煤沉陷导致连片耕地积水,加剧了区内煤炭保供和粮食生产之 间的矛盾。 为了协调耕地保护与地下采煤的关系,采用边采边复技术,可以实现地面复垦技术与井 下采煤技术的耦合,在高潜水位矿区可显著提高复垦率。 复垦时机的选择是边采边复的关键,直接 决定复垦工程的成败。 梳理了影响边采边复时机选择的自然因素和人为因素,提出了 2 种边采边 复时机类型:1 采动地表临界积水下的理论复垦时机;2 采动地表浅积水( 积水深度 0 ~ 3 m) 下的 实际复垦时机。 以单一煤层开采为例,研究了采动地表积水与地下开采的时空关系,提出了采动地 表临界积水启动距及积水边界角,揭示了工作面推进速度与理论复垦时机的时空关系。 提出以采 动地表临界积水下沉值为约束的井下减沉的耕地源头保护措施,构建了采区尺度下的跳采全采工 作面临界宽度模型和浅积水下的实际复垦时机模型。 案例研究表明:以顾桥煤矿北一采区临界积 水下沉值 1.00 m 为约束,所优化的跳采全采工作面宽度可将复垦时机延迟到全采阶段,即推迟复 垦时间和延长耕地使用寿命 12.5 a。 模拟了龙固煤矿不同采动积水深度下的复垦耕地面积变化, 构建了复垦时机与复垦率之间的定量模型,以此预测了不同复垦率指标下的最佳复垦时机区间及 浅积水条件下的最佳复垦率,认为相对积水深度为 0.6 时,为该采矿地质条件下的最佳复垦时机, 当复垦耕地率差值控制在 5%时,最佳复垦时机为地表积水相对深度 0.706 7。 最后,讨论了边采边 复的投入产出效益,认为边采边复技术可显著提高土地复垦效益,从源头上将采煤引起的社会和生 态负效益内部化,该技术具有技术可行、经济合理和生态友好的优势。 研究结果可为高潜水位煤矿 区边采边复时机优选和井上下采复耦合提供理论支撑和案例参考。

• 中部矿粮复合区采煤沉陷及耕地损毁研究现状与展望

  郭文兵, 赵高博, 白二虎, 马 超, 聂小军, 陈俊杰, 张合兵,

  河南作为中原地区产煤和产粮大省,煤炭安全高效开采与耕地保护、粮食增产的矛盾较为 突出。 如何修复因开采煤炭导致损毁的耕地、保护矿区未损毁的耕地,同时稳定煤炭产能,是中部 矿粮复合区目前面临的重大难题之一。 在分析了中部矿粮复合区典型特征与其面临的瓶颈问题基 础上,从采动覆岩与含(隔)水层破坏、采动地表沉陷规律与土壤退化、矿区耕地损毁及农作物长 势、源头减沉控损与土地损毁修复技术等 4 个方面分析了采煤沉陷及耕地损毁问题的研究发展历 程,包括采动覆岩含( 隔) 水层破坏及结构失稳、采动覆岩破坏充分采动定义及判据、采动地表沉陷 与覆岩破坏整体响应行为、地表沉陷对土壤退化与耕地损毁影响、沉陷区耕地损毁识别与农作物长 势监测、煤矿开采损毁土地修复技术等;在现有成果分析的基础上,展望了中部矿粮复合区采煤沉 陷及耕地损毁的 4 个发展方向:采动覆岩结构失稳与含( 隔) 水层破坏传导机理、采动地表沉陷规 律与土地损毁作用机理、矿区耕地损毁及农作物长势时空演变规律与源头减沉控损与耕地损毁高 效协同修复技术,以便揭示“ 覆岩破坏—地表沉陷—耕地损毁—作物响应” 传导驱动机制,形成中 部矿粮复合区源头减沉控损与耕地损毁高效协同修复的综合技术体系,为煤矿绿色开采与保障粮 食安全提供理论和技术支撑。

• 基于“ 空天地” 一体化技术的岩层采动 损伤监测与应用

  李全生, 李晓斌, 张 凯, 曹志国, 郭俊廷, 阎跃观, 张 村, 徐祝贺, 赵勇强,

  矿区采动损伤监测是研究地表移动变形规律、开采损害预警、减损设计的重要依据。 由于 西部特殊开采地质条件、生态损伤累积效应和传统开采沉陷监测技术在观测精度、数据处理、成本 投入和监测效率等方面的缺陷,从煤炭开采全生命周期角度出发,提出采动损伤科学内涵并构建矿 区“空天地”一体化监测技术体系。 以神东矿区上湾煤矿 12401 工作面为研究背景,利用 BDS+GPS 进行控制测量,为地表形变监测提供高精度空间三维坐标;基于 InSAR 技术探究地表沉降量和形 变速率的时空演化规律;采用无人机与现场实测方法厘清地裂缝发育规律与工作面推进速度、来压 步距的对应关系;运用固定站式三维激光扫描精确获得地表下沉量;通过高密度电法和探地雷达揭 示地下深层隐伏裂缝的发育趋势与部分岩层的离层现象。 研究成果发现开采后地表存在抬升现 象,在抬升与下沉交界处容易形成地裂缝。 中部动态裂缝宽度变化存在“单峰裂隙”与“双峰裂隙” 演化规律,前峰裂缝宽度约为后峰的 1.5 倍,前后峰值间隔 10 d 左右。 通过 InSAR 精细观测 区、GNSS 控制点与三维激光扫描结果进行多源数据融合,得到工作面地表沉降云图和采动损伤数 据信息,厘清基本顶周期来压、主关键层破断与地表主裂缝的周期性传导关系。

• 导水裂隙带发育特征地震识别方法

  侯恩科, 袁 峰, 王双明, 谢晓深, 吴宝海,

  导水裂隙带发育高度是保水采煤的关键参数,但导水裂隙带散射波、多次波发育,成像质量 差,地震识别难度大,很难精确获取导水裂隙带发育特征。 为进一步解决导水裂隙带地震识别问 题,并揭示导水裂隙带空间发育特征,通过测井、钻探资料分析和三维模型正演对导水裂隙带的地 震特征进行了研究。 研究结果表明:电阻率、自然伽马、自然电位和冲洗液漏失量均能表征导水裂 隙带发育高度,但单一因素解释误差较大,准确度低;谱分解、相干体、瞬时频率和蚂蚁追踪 4 种叠 后地震属性分析能够不同程度地反映出导水裂隙带发育位置、高度特征,但只能对导水裂隙带部分 部位实现较准确判断,无法准确反映导水裂隙带三维整体形态和发育特征。 在综合地质、地震资料 的基础上,根据电阻率、自然伽马、自然电位和冲洗液漏失量数据,利用主成分分析建立了导水裂隙 带定量解释指标,通过地震属性优选、叠后确定性反演、叠前弹性阻抗反演、各向异性检测,结合裂 隙指示曲线,利用神经网络反演形成裂隙指示数据体,对导水裂隙带发育高度和发育特征进行了定 量描述,提出了适宜回采工作面导水裂隙带发育特征的地震识别方法,并成功识别了陕北某矿首采 工作面导水裂隙带发育特征。 实践结果表明:综采工作面走向方向导水裂隙带发育形态呈“半马 鞍形” ,即发育高度由开切眼至面内逐渐降低并趋于平稳;工作面倾向方向导水裂隙带呈两边高中 间略低的形态特征,近似“ 马鞍形” ;采空区开切眼处导水裂隙带发育高度最大,两侧采空边界煤柱 处裂隙带发育高度略低,裂采比为 25.86 ~ 30.76;垮落带以高角度裂隙为主,水平方向呈网状,垮采 比为 3.44~5.72。 经验证,该导水裂隙带地震识别方法获取的导水裂隙带发育高度误差在 2.42~ 6.81 m,垮落带识别误差 1.60 ~ 12.89 m,误差相对较小,能够准确获取导水裂隙带三维空间发育特 征,可以为西部煤炭开采水资源和生态环境保护提供一定的方法支持。

• 粉煤循环流化床燃烧技术

  吕俊复, 尚曼霞, 柯希玮, 周 托, 黄 中, 张 海, 张 缦, 张 扬, 吴玉新, 岳光溪,

  双碳背景下，作为燃煤发电的重要组成部分，循环流化床( CFB) 燃烧技术实现了劣质燃料 的高效清洁利用，也是未来参与电网深度调峰的主力。 然而，CFB 锅炉在负荷调节速率、深度低负 荷及低负荷下的NOx排放控制、受热面磨损等方面还有较大改善空间。 为此，提出了粉煤循环流化 床(Powdered Coal-Circulating Fluidized Bed，PC-CFB)燃烧技术，将燃料粒度由传统的 0~10 mm 宽 筛分分布缩减为 0 ~ 1 mm 的窄筛分分布，在低床存量下实现足够高的循环流率，通过流态调控化学 反应，强化低氮燃烧需要的还原性气氛，并为延长细颗粒石灰石在炉内的停留时间提供了保证，同 时改善锅炉燃烧性能。 更为重要的是，由于燃料粒度降低，化学反应速度即热量释放变化速率得以 提高;辅助以循环干预措施，可提高传热率的变化速度，二者综合可以改善负荷变化率。 燃料粒度 的变化必然导致床料粒度降低，显著改善了深度低负荷能力以及低负荷下的 NOx 排放炉内控制能 力。 该思想得到模型验证:当燃料粒度由常规缩减到 0 ~ 1 mm 时，床料粒度大幅降低，稀相区物料 悬浮浓度提高，循环流率提高了约 27%;炉内还原性气氛得到增强，NOx 原始排放浓度降低约 35%; 循环系统性能的改善可延长细颗粒石灰石在炉内的停留时间，提高脱硫反应效率，在钙硫比、NOx 排放相同条件下，降低了 SO2 原始排放浓度;同时，燃烧效率显著改善，底渣含碳量降低 89%、固体 不完全燃烧热损失降低 52%，表明 PC-CFB 燃烧技术在增强 CFB 锅炉运行灵活性、强化低氮燃烧、提升燃烧性能等方面更具优势。

• 小容量超临界二氧化碳燃煤发电系统的 一维设计及回热器紧凑性分析

  徐进良, 田 贺, 孙恩慧, 常 诚, 郭源东, 王兆福,

  超临界二氧化碳(S-CO2)循环因其高效、紧凑、灵活的优势，有望成为新一代发电动力循 环。 选用三压缩末级部分压缩的循环结构，将其应用到 20 MW S-CO2 燃煤发电系统中，并对发电 系统的关键部件进行一维设计。 设计结果表明，透平和压缩机尺寸整体较小，尺寸优势明显，相比 水机组具备明显的竞争力;基于不同容量锅炉的体积变化规律，合理推断由于炉内 CO2 工质换热系 数较小，使得 S-CO2 锅炉相比水机组锅炉体积有所增加;基于印刷电路板换热器的回热系统占地较 大，在本文设计条件下回热器总体积约为 18.95 m3 ，远超现有水机组回热器总体积，问题显著。 因 此，进一步从回热器换热效果角度探究了回热系统特性，讨论了现有技术面临的困难与瓶颈，发现 循环热效率与回热系统体积存在着较强的制约关系，进而对回热系统进行了成本分析，在考虑基础 建设费及人工费后，回热系统的投资成本约为 9 347.47 万元，初始投资成本较高。 同时发现，印刷 电路板换热器在缩小回热系统体积方面的潜力有限，因此仍需研发新的换热器形式，实现换热系数 的量级性提升。 最后，针对回热系统体积问题，提出了 S-CO2 燃煤发电系统的一体化布置方案，通 过空间布置的优化实现了系统的整体紧凑性。 我国正在推进中等容量 S-CO2 燃煤发电系统示范， 此项研究为示范电站建设提供了新的技术思路。

• 氯化钠蒸气对高钠煤煤灰钠捕获性能及其烧结温度的影响

  张守玉, 徐梓航, 黄东东, 郎 森, 刘思梦, 杨济凡, 周 义, 胡 南, 吴玉新,

  新疆的高钠煤是一种开采成本低、灰分低、含硫量低的优质燃料，但较高的钠含量导致其在 燃烧利用的过程中易出现沾污结渣等现象，严重阻碍了高钠煤的开发利用。 以 2 种高钠煤(五彩 湾煤(WCW)、哈密煤(HM))和 1 种低钠煤(平朔煤(PS))作为实验对象，在 900 °C下燃烧制灰，并 将所制煤灰置于 38%、51%和 76%的 NaCl 蒸气下进行钠捕获实验，使用 ICP-OES 测得钠捕获前后 煤灰的钠含量，采用 XRD 分析钠捕获前后煤灰中矿物质的变化，采用压降法测量钠捕获前后煤灰 的烧结温度，深入探究不同 NaCl 蒸气体积分数下煤灰烧结特性的衍变规律。 结果表明:在 3 种 NaCl 蒸气体积分数下，3 种煤灰样品中 PS 煤灰的钠捕获量最大，HM 煤灰次之，WCW 煤灰最 低。 Si、Al 能增强煤灰的钠捕获性能，而 Ca 则会与 Si、Al 发生反应，从而抑制 Si、Al 对 NaCl 蒸气的 化学固定，不利于煤灰的钠捕获。 随 NaCl 蒸气体积分数升高，钠捕获量增大，煤灰的烧结温度降低 幅度与其钠捕获量呈正相关。 HM、WCW 煤灰烧结温度降低幅度均大于 PS 煤灰，一方面是由 于 HM 和 WCW 煤灰固钠后生成的含钠化合物的熔点低于 PS 煤灰，另一方面 NaCl 蒸气体积分数 升高促进了低熔点含钠化合物的生成。 PS 煤灰在 900 °C 下尚未发生烧结，其结构疏松、内部孔隙 多，与 NaCl 蒸气反应完全程度相对较高，其烧结温度受 NaCl 蒸气体积分数影响最小。

• 粒度对重介旋流器分选效果影响的量化解析

  樊民强, 田 蕾, 董连平, 杨润全, 高建川,

  分配曲线是重力选煤效果评定的基础，分配曲线形态可用分选密度、可能偏差、四分位偏度、尾态系数4阶特性参数表示，粒度对重选效果的影响可分解成粒度对分配曲线形态参数的影响。以无压三产品重介旋流器在不同粒度下的分配曲线数据为基础，采用基于四分位数的广义正态分布分配曲线数学模型，利用非线性回归方法，分别提取了精煤段和中煤段不同粒级下分配曲线的4阶形态参数，揭示了粒度对无压三产品重介旋流器分选效果影响的基本规律：分选密度随粒度增大先减小后增大，可能偏差随粒度的增大而减小，偏度与尾态系数随粒度增大而趋近于0。即粒度越大，分选精度越高，分配曲线对称性越好，长尾程度越小，分配曲线形态越接近于正态分布。采用幂函数与指数函数相结合的形式，构建了分选密度-粒度数学模型；采用幂函数形式，构建了可能偏差-粒度数学模型；采用幂函数形式，给出了四分位偏差-粒度、尾态系数-粒度数学模型。在4阶形态参数下将重选过程中密度、粒度相互影响统一在基于四分位数的广义正态分布函数中，建立了一个模型参数可扩展的高精度的密度-粒度双变量分配曲面数学模型，为量化分析各类水力分级和重力分选过程粒度密度的相互影响，提供一个通用的数学工具，对于揭示粒度对分选的影响机理具有重要意义。

• 智能化建井理论技术研究与工程实践

  范京道, 魏 东, 汪青仓, 封 华, 刘 渭, 刘全辉, 黄克军, 闫振国, 刘家佳, 李 川,

  基于煤矿建井阶段的智能化发展需求，提出了“ 智能化建井，建智能矿井” 的定义与科学内 涵，阐述了智能化建井在煤矿智能化建设中的重要作用;分析了西部地区建井面临地质条件复杂、 基础理论研究薄弱、智能化建井装备研发滞后及工程技术突破难等问题;构建了由感知层、传输层、 边缘层、平台层和执行与应用层组成的智能化建井系统总体架构，研发了由斜井掘进控制、竖井钻 进控制及综合保障系统构成的智能化建井协同控制系统;总结了煤矿智能化建井通过基础理论研 究、工艺设计、智能装备研制、控制系统研发、现场工程示范的一体化研究思路，解决煤矿建井过程 中全断面机械破岩效率低、掘进复杂地层难、地下水防治及井筒稳定性与支护困难的技术难题。 通 过延长石油集团可可盖煤矿的智能化建井工程实践，形成了斜井敞开式全断面智能掘进工法，实现 了斜井掘进“ 探-掘-支-锚-运” 一体化作业;形成了竖井“ 一钻完井” 智能化钻井工法，实现了竖井 钻进“井下无人施工”本质安全作业，打造了行业智能化建井的工程与技术示范，形成了煤矿智能 化建井的“延长模式”。 最后结合煤矿智能化发展趋势，提出煤炭行业建井应共同遵循的原则与目 标、当前工作和发展方向，并号召全行业聚焦智能化建井技术领域，推动煤矿建设向安全高效绿色 智能方向发展。

• 轴向振动截割下碟盘刀刃与煤岩作用机制及其载荷模型

  刘春生, 刘延婷, 李德根, 刘若涵, 任春平, 袁 昊,

  针对现有刀具截割复杂地质条件煤岩( 尤其截割硬岩时) 损耗高、效率低和易磨损等问题， 提出了具有截-楔效应的碟盘刀具复合振动截割破碎煤岩的方法，碟盘刀具径向进给与不同振动 形式和姿态来实现复合截割破碎煤岩。 以碟盘刀刃为研究对象研究轴向振动截割对煤岩损伤破坏 的力学特性，基于剪切破碎理论给出刀刃作用载荷破坏煤岩条件以及刀刃轴向向下振动、向上振动 和径向截割煤岩时等效集中载荷的计算方法，采用位移应变等效力合成的方法建立刀刃结构参数 与载荷关联模型，模拟研究其径向单作用截割和轴向振动复合截割工况下破碎煤岩的载荷特性，研 究碟盘刀具在有振和无振的实验条件下破碎煤岩载荷，对比分析了刀刃载荷的理论计算、数值模拟 与实验。 结果表明:碟盘刀刃对煤岩的损伤区域面积由中间向两侧逐渐递减与数值模拟应力云图 相吻合;振动截割条件下数值模拟和实验的刀刃径向载荷均小于无振条件下的载荷值;轴向振动截 割下其数值模拟和实验载荷均与轴向振动位移呈现明显的周期波动规律，且存在超前相位差，径向 与轴向载荷幅值与振动位移幅值非同时性，其相位差随振动频率增大而减小;随着截割厚度增大， 碟盘刀具径向载荷理论值、模拟值与实验值呈现递增变化规律相吻合，且其误差均值分别为 12.01%和 6.37%，截割厚度对载荷影响程度从大到小依次为正值轴向载荷、径向载荷和负值轴向载 荷;碟盘刀刃轴向向上振动时径向载荷( 最大振幅处对应载荷均值) 的理论值、模拟值与实验值的 误差分别为 11.65%和 13.99%，其轴向载荷的误差分别为 10.46%和 13.51%，轴向向下振动时径向 载荷的误差分别为13.91%和5.61%，其轴向载荷的误差分别为14.90%和7.88%。 结合已有文献碟 盘楔面载荷模型共同验证了碟盘刀刃载荷模型的正确性，进而说明了运用位移应变等效力合成的 方法建立复合运动破岩载荷模型的可行性。

• 多机械臂多钻机协作的煤矿巷道钻锚机器人关键技术

  马宏伟, 孙思雅, 王川伟, 毛清华, 薛旭升, 王 鹏, 夏 晶, 贾泽林, 郭逸风, 崔闻达,

  针对煤矿巷道掘进智能化进程中存在的“ 掘快支慢” 难题，总结分析了国内外快速掘进钻 锚技术和装备以及类似多任务多机械臂控制技术的研究现状，指出研发具有多机械臂多钻机协作 的煤矿巷道钻锚机器人是破解永久支护难题的重要发展方向。 提出了多机械臂多钻机协作的钻锚 机器人基本方案，凝练了影响钻锚机器人性能的“ 有限时空多机械臂与多钻机布局优化、面向装卸 任务的机械臂姿态控制、复杂受限空间机械臂最优轨迹规划和多机械臂多钻机智能协同控制” 四 大关键技术，并给出了解决思路和方法。 针对在有限时空约束下钻锚机器人结构布局优化问题，构 建了钻锚机器人配置优化模型，提出了时空最优的钻锚机器人多机械臂与多钻机结构布局方案，旨 在提高钻锚效率的同时获得最优空间布局;针对机械臂与钻机协同位姿控制问题，提出了基于机器 视觉和强化学习的机械臂抓取与布放控制方法，旨在提高机械臂末端位姿控制精度，实现精准装卸 物料作业;针对复杂受限空间机械臂最优轨迹规划问题，建立了机械臂多目标轨迹优化模型，提出 了基于随机采样与包围盒相结合的机械臂防碰撞轨迹优化方法，旨在保证机械臂在搬运过程中安 全、可靠、高效运行;针对钻锚机器人多机械臂与多钻机并行协同控制问题，构建了以工序时长最短 为目标的时间协同任务分配模型，通过求解得到最优任务指派矩阵和多机械臂相交任务轨迹的优 先级，并提出了在所有机械臂无碰撞运动的同时收敛于期望轨迹的分布式协同控制策略，旨在实现 钻锚机器人多机械臂多钻机系统的智能协同控制和并行作业。 多机械臂多钻机的钻锚机器人及其 关键技术研究，对于创新研发高性能、高效率、高可靠、高智能的煤矿巷道钻锚机器人，确保煤矿巷 道安全、高效、绿色智能掘进具有十分重要的意义。

• 矿山数字孪生构建方法与演化机理

  张帆, 葛世荣,

  新一代信息技术与煤炭开采技术深度融合，为智能矿山技术发展提供关键技术支撑，将促 进煤炭工业创新、绿色、安全、高效发展。 数字孪生作为煤矿智能化无人开采的核心技术，是人工智 能理论方法与数字化技术的有机结合，数字孪生有望解决煤矿智能化无人开采中物理世界和信息 世界交互与共智的关键技术难题，对推动矿山全生命周期智能化建设和煤炭工业高质量发展具有 重要意义。 本文基于数字孪生技术和平行智能理论，提出了矿山数字孪生的概念框架、体系架构、 关键技术、基础理论和构建方法体系;提出了物理模型、仿真模型、机理模型和数据模型相互耦合的 矿山数字孪生演化理论模型，据此进一步解析了面向矿山智能开采应用场景的数字孪生模型构建 方法与演化过程，研究了矿山数字孪生系统与物理系统的理论模型、同步映射与协同演化机制，探 讨并揭示了矿山数字孪生的演化机理;最后以矿山智采工作面数字孪生实际应用为例，通过模拟矿 山生产场景数字孪生模型演化与协同控制，验证矿山生产场景的数字孪生建模效果并对其技术特 征进行解析，实现描述、建模、演化、预测相结合的矿山数字孪生系统模型。 本文旨在通过矿山数字 孪生技术内涵、方法、机理等理论新型研究范式，为矿山数字孪生技术应用落地提供理论指导，对未 来智能矿山研究和工业互联网在煤矿应用提供有益的启发与借鉴。