煤炭学报杂志

煤炭学报杂志2026年第4期

• 基于固液气三废协同矿化利用的含水层结构控制保水采煤技术

  马立强, 于坤鹏, NGO Ichhuy, 赵志扬, 翟江涛, 吴永辉, 彭程堃, 杨锐志,

  煤炭开采和利用过程中带来的固(煤基固废)、液(矿井水)、气(电厂烟气)三废问题对生态造成显著影响，三废低碳处置利用是实现可持续发展目标的必然选择。围绕近零生态损害与保水开采战略目标，提出基于煤炭矿区固液气三废协同矿化利用的含水层结构控制保水采煤技术体系，利用多源煤基固废、高盐矿井水与电厂烟气协同制备CO2矿化固碳注充材料，构建了高孔隙结构注充材料，在满足强度、流动性和稳定性要求的同时有效支撑采动岩体并稳定封存CO2，实现了井下差异化场景(隔水层注浆、连采连充及采空区滞后充填等)下的保水采煤。定义了三废协同矿化利用注充保水采煤的科学内涵，构建了基于煤基固废−高盐矿井水−CO2三废协同的注充材料矿化机理与强度理论体系，包括三废矿化利用理论、负碳高效矿化材料设计与性能优化理论。阐明了三废矿化注充材料的研制机理，揭示了三废协同矿化材料固碳及稳定性机制，以及矿化注充材料疏水抗渗机制。在此基础上，研发了常温常压下三废协同矿化注充材料制备技术、三废注充材料CO2发泡矿化制备技术、三废协同矿化注充材料疏水改性强化抗渗技术。该技术体系明确了基于多源煤基固废、高盐矿井水和电厂烟气混合物的煤矿固液气三废协同矿化利用保水采煤技术路径，为推动煤炭资源开发由传统排放型向“近零生态损害、负碳排放”转型提供了解决方案，可促进实现“双碳”目标和煤炭行业绿色低碳转型。

• 基于采动岩体渗流理论的矿井涌水量动态预测方法及应用

  杜锋, 鲁鹏涛, 李振华, 马丹, 窦文武, 丁湘, 王文强, 黄玉峰,

  矿井涌水量的精准预测是矿井水害防控与水资源保护性开采的核心问题，在煤炭资源高强度开采过程中，采动岩体渗透性的动态演化对矿井涌水量具有重要影响。以山西某矿5309工作面为工程背景，综合运用理论分析、数值模拟与现场实测等手段，揭示了采动覆岩渗透性空间分异规律，探索性提出了考虑覆岩渗透系数动态变化的“采动岩体等效大井”涌水量预测方法；利用GMS平台进一步实现了涌水量的动态预测，并进行了工程应用及可靠性验证。结果表明：煤层采动诱发上覆岩层渗透性发生量级跃升，采场周围裂隙开度较中部压实区裂隙高出2个数量级，采动后渗透系数最大提升了27倍；且在充分采动后较长时间内，采空区上覆裂隙网络仍能维持“O”形圈外围高、中部低的空间构型。基于采动岩体渗透系数的等效表征，提出采动岩体等效大井法，即建立考虑覆岩等效渗透系数动态变化的水位降落“大井”数值计算模型，以导水裂隙突破关键含水层的推进距离和多工作面涌水观测数据为依据，通过动态关联不同阶段水位最大/稳定降深数据，动态预测工作面涌水量大小，并确定降落“大井”的影响范围。利用该方法预测工作面涌水量最大为30.71 m3/h，正常维持在5.00 m3/h左右；预测期间，含水层降落漏斗中心水位呈现“前期影响衰减—当期迅速下降—后期快速回弹—补给缓慢恢复”的演化特征。而初始水文参数预测未考虑覆岩渗透性变化，导致上覆高位含水层水位变化周期延长，呈现缓降−缓升的演化特征。综合“三图−双预测法”理论与瞬变电磁法物探成果，在工作面上方共圈定3处富水异常区；针对异常区实施定向疏放期间，顶板砂岩裂隙水动态补给稳定，工作面涌水量最大为29.0 m3/h，正常为5.0 m3/h。工程应用结果显示，采动岩体等效大井法预测模型与实际涌水更为吻合，该结果可为西部矿区高涌水矿井的顶板水害防控及水资源协同保护开采提供理论基础与工程实践范例。

• 带压开采110工法底板四带分布规律及保水效果评价

  盖秋凯, 何满潮, 高玉兵, 陶志刚, 张传玖,

  底板含水层结构保护是实现煤炭资源开发与区域水文环境协同发展的关键策略。带压开采110工法作为一种新型无煤柱开采技术，探究其底板四带分布规律对于评价保水开采成效具有重要意义。首先，考虑采空区矸石碎胀的时效性变化建立了底板破坏带载荷作用函数，基于Mohr-Coulomb屈服准则构建了最大破坏深度隐式方程，并通过变量控制法分析了其关键影响因素的敏感性曲线。之后，为研究承压水导升带特征，研发了带压开采110工法相似模拟试验系统，包括设计了弹簧−水袋一体化装备用于模拟岩层和承压水、采用预埋导升软管和分支管模拟预制导水通道、以微型切顶护巷支架模拟留巷关键工艺，通过试验获得了不同位置的导升流速和累积流量。此外，建立了微观参数标定后的FLAC-PFC3D耦合数值模型，以裂隙萌生表征岩体损伤，获得了底板损伤带特征，并通过PFC颗粒位移和含水层顶部裂隙演化分别验证了力学模型和相似模拟试验结果。最终，将底板位移、损伤裂隙以及承压水导升进行耦合云图叠加，得到了完整底板四带分布。为进一步验证该划分结果，采用底板钻孔直流电法实测了最大破坏深度，并通过1～3倍距视电阻率变化绝对值云图进行直观表征；采用定向钻探与常规二次钻探相结合的方式对奥灰承压水进行了原始及二次导升探测。研究表明：带压开采110工法底板四带划分合理，含水层结构完整性保持较好。与此同时，保水效果评价首先通过底板分层累积核密度估计从频次、能量的角度分别对微震事件分布位置和范围在不同层位进行圈定，明确了损伤范围及特征；之后，分析了工作面涌水量变化率，开展了涌水水源Fisher判别并绘制了矿井水Piper三线图，得到了涌水量处于预期水平且水源中不存在奥灰水特征离子的结论。研究成果综合验证了带压开采110工法保水效果较好，实现了煤层开采和含水层结构保护的动态平衡。

• 西部生态脆弱矿区井工保水开采全过程技术框架与实践

  孙建, 陈运生, 赵光明, 杜文凤, 王期祥, 鲁海峰, 孟祥瑞,

  西部矿区匮乏的水资源与脆弱的生态环境难以支撑高强度煤炭开采活动，易引发地下水位下降、植被退化等连锁生态损伤。为实现西部生态脆弱矿区煤炭开发与含水层保护的协同目标，在总结前人研究成果基础上，结合工程实践，依据“保水开采”理念，构建涵盖“源头探查评估—工艺优化减损—损伤分级防控”的井工保水开采全过程技术框架，并以新疆榆树泉煤矿为载体开展工程实践：源头探查评估方面，依据地球物理勘探结果确定煤层与含(隔)水层空间组合关系，并通过含水层保护等级评价指标，划分含水层重要性，确定烧变岩含水层为榆树泉煤矿地下水系统保护核心；室内试验发现烧变岩具有“宏观强导水−微观弱渗透”的二元分异特征，其脆性特征显著，破坏具有突发性，受到开采扰动后具有突水风险。工艺优化减损方面，结合经验公式及关键层理论预测导水裂隙带发育高度，通过相似试验及数值模拟，设计开采方式与工艺参数以抑制导水裂隙带发育，并依据结构完整度划分下10煤开采后各含水层损伤等级。损伤分级防控方面，对不同损伤等级含水层，制定针对性保护措施，即重度损伤区地下水转移储存，中度损伤区采前改性加固隔水层、采后注浆封堵原位再造含水层，轻度损伤区含水层通过化学沉淀自我修复。实践表明：通过应用井工保水开采全过程技术框架，可以有效保护榆树泉煤矿烧变岩含水层，维持其结构完整性，减少水资源损耗。

• 煤系含铀含水层非均质性研究方法及对煤铀协同开采的地质意义

  李立尧, 夏菲, 陈辉, 周浩, 张寒, 封志兵, 罗跃, 李佳乐,

  鄂尔多斯盆地是我国重要的综合能源基地，煤与砂岩型铀矿资源常以“下煤上铀”的共伴生形式赋存于同一套碎屑岩含水层系统中。这套煤系含铀含水层具有双重属性：既是下伏煤层开采的直接充水含水层，关乎煤矿安全生产；又是上覆铀矿地浸开采的储层与运移通道，影响溶浸液的有效驱替与回收。其空间非均质性体现在矿物成分、孔隙结构、砂体形态及空间展布等多个方面，是制约煤铀资源安全、高效协同开采的重要地质问题。因此，构建一套系统揭示并三维表征该含水层多尺度非均质性的研究方法，具有重要的理论与应用价值。以鄂尔多斯盆地中北部乌审旗、杭锦旗地区的侏罗系直罗组及白垩系洛河组煤系含铀含水层为研究对象，提出了一套“微观−中观−宏观”的多尺度的多属性耦合非均质性研究方法体系。在微观尺度，采用偏光显微镜、扫描电镜、压汞、核磁共振及岩心CT扫描等方法，定量分析了含水层微米级的成分与孔隙结构非均质性。在中观尺度，综合露头分析与岩心−测井预测模型，表征了米级尺度砂岩的形态特征与纵向非均质性。在宏观尺度，基于层序地层划分与沉积相展布分析，结合序贯高斯模拟等地质统计学方法，建立了沉积相控制下的多属性三维地质模型，实现了千米级尺度含水层非均质性的三维空间表征。结果表明：该方法体系能够从微观到宏观系统揭示煤系含铀含水层的非均质性特征，其成果可为煤矿顶板水害防治与砂岩型铀矿地浸开采的渗流场预测提供直接的地质依据与模型基础，对保障煤铀资源安全、高效协同开采具有重要意义。

• 超大采高坚硬特厚煤层综放工作面端部顶煤放落特性研究及应用

  马英, 柳诗君, 马梓焱, 马端志,

  超大采高综放开采是厚及特厚煤层安全高效开采的有效方法，针对坚硬煤层综放开采端部顶煤冒放性差的难题，以榆神矿区神树畔煤矿7.2 m超大采高综放工作面为研究背景，结合坚硬顶板—厚硬顶煤的地质赋存条件，基于3115超大采高综放工作面矿压显现特征，采用中厚板理论研究了厚硬顶板端部区域变形特征及裂断规律，通过3DEC数值模拟揭示了端部特殊顶板结构下，顶煤体内部应力场–位移场–裂隙场的演化机制，研究了机采采高及大初撑力液压支架对端部顶煤破碎效果的影响。结果表明：① 7.2 m超大空间开采导致上覆坚硬岩层剧烈破断，工作面初次来压强动载效应显著，工作面周期来压具有“大小周期来压、大周期连续性来压”的特点。来压时序表现为工作面中部向两端间次交替传递，来压空间差异性显著，主要集中在20—90号架次范围内，机头机尾区域近40 m无压力显现。② 坚硬顶板破断模式为拉伸–剪切混合破断，顶板厚度越大，端部空间刚度效应愈发显著，端部区域随工作面推进将持续形成大范围稳定的弧三角形悬板结构，该结构失稳裂断滞后性显著，保证了超大采高全工作面放煤的安全性和可靠性，但同时屏蔽了顶板破断失稳的应力传递，导致其下伏工作面区域顶煤表现为冒落块度大、滞后冒落乃至悬顶的非线性演变。③ 通过增大工作面机采高度、应用大初撑力液压支架，可以实现人为主动调控放落区顶煤体结构及其放落特性。当工作面机采高度增大至7.2 m，超前区域端部煤体卸载损伤加剧，端部顶煤结构由“裂隙梁带”演变为“块体带”或“块体带–散体带”。在端部区域支架–围岩结构体系中，支架直接主导顶煤体应力状态的演化路径，并驱动其应力主轴发生偏转。控顶区顶煤经历2次加载–卸载，伴随最大主应力方向发生2次偏转，中层位煤体发生张拉–剪切混合破坏。支架初撑力提升有效驱动顶煤体裂隙上行扩展，促进中上层位煤体解构破裂。④ 超大采高全工作面放顶煤开采成套装备，将坚硬煤层采出率大幅提高至91.21%，平均提升10.71%，单面推采结束预计额外回收60余万t煤炭，首创实现了全工作面放煤的综放开采新模式，攻克解决了弧三角形悬板下伏坚硬顶煤难冒落的难题，为特厚硬煤开采技术发展起到了重要的推动作用。

• 厚硬顶板超大采高工作面覆岩结构演化与强矿压产生机理

  李建忠, 高富强, 娄金福, 黄志增, 张震, 杨锦鸿, 席朝东, 李鹏杰, 乐飞翔,

  厚硬岩层赋存超大采高工作面，其覆岩运移与矿压显现特征表现为覆岩结构演化复杂、支架受载强度高、动载灾害频发，对顶板稳定与安全高效开采构成严峻挑战。为揭示厚硬岩层主导下覆岩结构失稳与强矿压作用机理，以曹家滩煤矿122104我国首个10 m超大采高工作面为研究对象，综合采用相似材料模拟、数字图像相关(DIC)技术与现场实测分析等手段，从覆岩破断演化、变形场特征及支架受载响应等方面，探究厚硬岩层条件下的覆岩运移特征与矿压显现机制，建立“断裂拱—长悬臂梁—铰接岩梁”复合力学模型。结果表明：覆岩破断与运移过程可分为3个阶段，① 渐进离层损伤阶段，采动初期直接顶及低位厚硬岩层发生离层变形，垮落高度与离层高度一致；② 结构性突发失稳阶段，低位厚硬岩层形成长悬臂梁结构，在小变形条件下突发断裂，触发上覆多层岩体联动垮落，垮落高度显著大于离层高度，表现为悬臂梁破断主导的结构性失稳；③ 联动垮落阶段，高低位厚硬岩层共同参与承载，形成超长悬臂梁结构，其临界破断诱发大范围覆岩联动垮落，垮落范围显著增大。DIC监测数据揭示，悬臂梁破断前主应变小于10−2，说明覆岩在弹性小变形状态下发生突发破断。覆岩运移与支架载荷演化呈现良好对应关系，覆岩渐进垮落阶段支架阻力静态缓增，未发生明显冲击；当长悬臂梁结构达到临界跨度突发断裂时，支架工作阻力瞬时跃升，呈现强动载冲击。高低位厚硬岩层协同作用使悬臂梁跨度与承载范围显著扩大，导致静载累积水平和动载冲击烈度同步增强。基于相似材料模拟与实测结果，提出的“断裂拱—长悬臂梁—铰接岩梁”结构力学模型揭示了矿压显现由静载渐进累积向动载突变转化的力学机制，厚硬岩层主导形成的长悬臂梁是高静载的根源，其突发破断触发大范围覆岩联动失稳，是强动载产生的直接原因。现场监测表明，支架工作阻力呈现“高静载累积—多重连续动载突增—高频周期来压”特征，平均立柱下缩量693 mm，安全阀平均开启率52.6%，与模型揭示特征高度一致，验证了其工程适用性。研究成果深化了对厚硬岩层主导覆岩失稳与强矿压作用机制的认识，为10 m超大采高工作面顶板控制与动力灾害防控提供了理论依据与技术支撑，对推动高强度矿压控制理论的发展具有重要意义。

• 基于知识增强的冲击地压垂域大模型构建及应用

  曹安业, 杨旭, 李庚, 张克嘉, 鲍衷旭, 窦林名, 谢永勤, 王崧玮, 李东,

  冲击地压是深部煤矿开采中的重大动力灾害，其有效防治高度依赖于领域专业知识与实时监测数据的深度融合。通用大语言模型在冲击地压防治中面临3大瓶颈：领域知识深度不足、动静态信息融合能力弱、输出结果可靠性不足。为此，构建了一种基于知识增强的冲击地压垂域大模型(DeepRB)。以通用大模型Qwen3-8B为基座，通过强模型知识蒸馏策略构建了高质量冲击地压领域语料库，结合低秩自适应技术实现高效微调，并引入检索增强生成机制，动态融合静态规范与实时监测数据。为系统评估模型性能，研究设计了覆盖机理与理论、监测与预警、防治与解危、管理与应急响应4个维度的专业测试集，测试集试验结果表明，微调后的领域模型在测试集上总体准确率达93.01%，显著优于通用大模型。基于所构建的垂域大模型，研发了冲击地压知识问答、震源机制与参数分析、冲击危险预警分析日报生成3个功能型智能体，并基于多智能体协同应用开发了冲击地压智能决策平台，实现了对微震、应力等多源异构监测数据的自动集成、智能分析与结构化报告生成。在内蒙古某冲击地压工作面的工程应用表明，该平台能够针对底鼓、大能量微震等具体问题，深度融合规程文本与实时数据，提出机理清晰、措施具体的防控建议，在条款理解深度、场景适配性与工程可操作性方面均展现显著优势。本研究为提升冲击地压防控智能化水平、降低矿山安全风险提供了新的技术路径。

• 煤基固废胶结充填体冲击动力学特性试验研究

  杨科, 冯小伍, 何祥, 张继强, 何淑欣, 于祥, 魏龙强, 张子龙,

  煤基固废胶结充填体的冲击动力学特性是开展井下充填防治冲击地压研究的基础。为探究动态荷载作用下煤基固废胶结充填体的力学响应特征、能量耗散规律与损伤破坏特征，选取煤矸石、粉煤灰、水泥等试验材料制备充填体试件，采用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统，开展了5组冲击气压下(0.32、0.34、0.36、0.38和0.40 MPa)的单轴冲击试验，探究充填体力学特征参数、能量演化及破坏特征随冲击气压的变化规律。结果表明：煤基固废胶结充填体冲击作用下微裂隙压密阶段不明显，弹性变形阶段应力随应变的增大而呈线性增加，塑性屈服阶段应力增幅、破坏阶段应力降幅均随应变的增大而增大。随着冲击荷载的增加，充填体动态峰值应力线性增长，峰值应变线性减小，割线模量指数增长。在冲击荷载作用下，煤基固废胶结充填体能量演化过程可划分为3个阶段，即弹性变形阶段、塑性阶段及破坏阶段。其中，前2个阶段以吸收能量，并将其转化为弹性变形能储存于充填体内为主，破坏阶段则是充填体内部能量以耗散能的形式释放出来。在入射能影响下，反射能、吸收能、透射能及耗能表征规律显著，随着入射能增大均呈现逐渐增大的趋势。在冲击荷载作用下，煤基固废胶结充填体表面首先发生破碎，开始产生大量细微裂纹，并沿着平行于冲击荷载的方向不断发育、扩展及贯通。随着冲击荷载的增加，充填体破坏程度增加，小粒径碎块渐次增多，且逐渐失去承载能力。研究结果为井下充填开采防治冲击地压提供研究基础，为煤矿生产安全性及稳定性提供理论依据。

• 填埋灰基少熟料水泥水化机理及其矿井功能性应用探索

  熊路长, 王亮, 万志军, 陈炳睿, 昌李宁, FERNÁNDEZ-JIMÉNEZ Ana, PALOMO Angel,

  针对填埋灰长期堆存导致活性劣化、处置成本增加及潜在环境风险等问题，以高掺量(≥70%)填埋灰和低掺量(≤30%)熟料为前驱体，经机械化学粉磨活化后，配合硫酸钠与柠檬酸钠等弱碱性钠盐活化剂，在常温条件下制备了填埋灰基碱激发复合水泥(LHACs)。结合流动度、凝结时间及抗压强度测试，以及XRD、SEM-EDS、FT-IR、29Si MAS-NMR和水化量热等手段，系统评价其工作与力学性能、水化行为及动力学特征、水化机理以及经济环境效益。结果表明，在基本性能方面：柠檬酸钠/硫酸钠复合激发的SC-LHACs体系，其流动度约为99.8 mm，初/终凝时间分别为82和147 min，2 d早期/28 d终期强度分别达到了19.4和38.7 MPa，达到P.O. 32.5等级要求并接近P.O. 42.5水平；在水化产物与微观结构方面：C-LHACs体系以C−(A)−S−H凝胶为主，含硫酸钠的S-LHACs与SC-LHACs体系则以(N,C)−(A)−S−H凝胶为主，硫酸钠降低由熟料水化与填埋灰活化分别形成的链状/网状凝胶比例，促进填埋灰持续水化与产物结构致密化；在水化热量演化与动力学方面：弱碱性钠盐抬升首放热峰并提前主峰出现，诱导期明显缩短、早期放热占比提高，水化阶段界限趋于重叠，体系由典型NG-I-D模式演化为以界面反应/扩散为主导的I-D复合控制模式，Kondo模型可较好拟合其阶段演化规律；在水化机理方面：柠檬酸钠与硫酸钠分别通过络合与沉淀反应动态捕获熟料水化释放的Ca2+，缓解低熟料掺量造成的稀释效应，强化早期熟料水化并在孔隙溶液中构建“热−碱”协同激发环境，实现“熟料水化−填埋灰活化”协同反应与凝胶连续聚合；在经济与环境效益方面：与P.O. 42.5水泥相比，S-LHACs与SC-LHACs体系的生产成本分别为其29.1%和43.8%，碳排放仅为其34.2%和42.6%，实现高掺量填埋灰利用的同时兼具显著的减碳与降本优势。综上，LHACs兼具良好的工程适用性、结构稳定性与减碳降本优势，在高掺量填埋灰资源化利用及低碳矿井功能性材料领域具有应用潜力。

• 微纳米气泡水对煤体的润湿特性及其增润机制

  岳基伟, 廖杰, 张雷林, 石必明, 韩奇峻, 申晓静, 梁跃辉, 马树俊, 王俏, 李永鹏,

  煤尘严重威胁着矿工的职业安全与健康，煤低表面能的特性造成煤尘难以被水润湿，通常在水中加入表面活性剂提高煤尘的润湿效果，但使用表面活性剂可能存在着成本增加、污染水体、破坏局部生态平衡等问题。微纳米气泡水具有低表面张力的特性，然而微纳米气泡水对煤体的润湿特性及其增润机制尚不清楚，这限制着微纳米气泡水的工业性应用。基于此，研究了微纳米气泡水对煤体的润湿特性，揭示了微纳米气泡水对煤体的增润机制，结果表明：微纳米气泡水的散射光强、溶氧量、ζ电位及表面张力随微纳米气泡水的循环制备时间呈先增加后减小的趋势，15 min时达到最大值，制备时间过长会导致气泡相互兼并。基于微纳米气泡水处理前后煤的工业分析、元素分析、核磁共振碳谱(13C-NMR)分析、傅里叶红外变换光谱(FTIR)分析及X射线光电子能谱(XPS)分析结果，建立了微纳米气泡水浸润前后煤的分子结构模型，分子式分别为C106H64N2O5和C105H70N2O6，桥碳比均为0.48，其与微纳米气泡水处理前后13C-NMR图谱所计算的桥碳比0.475和0.476一致；微纳米气泡水处理后的煤，煤分子中含有羧基，其与FTIR、XPS分析结果一致；对于微纳米气泡水处理后的煤水微观润湿体系，煤水交界面以下水分子相对浓度较大，煤水交界面以上水分子相对浓度峰值较小，水分子的聚集程度高，分散程度小，煤与水的相互作用能大，煤水接触角小，微纳米气泡水能够提高对煤体的润湿效果；随着润湿时间的增加，煤水之间的接触角随之减小，接触面的宽度逐渐增加。

• 冲击载荷下含瓦斯煤岩组合体动力学行为及破坏特征分析

  王登科, 董博文, 邓军, 李文睿, 曹塘根, 雷东记, 樊世星, 康付如, 寇康康, 卫彦昭, 夏缘帝, 夏玉玲, 张力元, 滑俊杰, 吴建宇,

  为探究冲击载荷作用下含瓦斯煤岩组合体的动力学行为与破坏特征，利用含瓦斯煤岩冲击损伤−渗流试验系统和工业显微CT扫描系统，设计并开展了三轴动态压缩试验。通过试验重构了煤岩组合体在动态加载前后的三维裂隙结构，对比分析了不同CO2气体压力下煤岩组合体的动态应力−应变曲线、力学参数、能量耗散规律、裂隙扩展规律和冲击破坏特征。结果表明：在冲击载荷作用下，煤岩组合体的应力−应变曲线可分为初始变形阶段、煤控弹性阶段、过渡阶段、岩控弹性阶段、应变硬化阶段和宏观破坏阶段。随着CO2气体压力的增加，煤岩组合体的动态抗压强度逐渐降低，动态峰值应变和应变率呈指数下降趋势。煤岩组合体的第一弹性模量随CO2气体压力增加先增大后减小，第二弹性模量则在一定范围内波动变化。在冲击载荷作用下，煤岩组合体的入射能 > 吸收能 > 反射能 > 透射能。随着CO2气体压力的增加，4种能量均呈现出逐渐减小的趋势，但各能量成分所占比例基本保持不变。CO2气体压力的增加导致其对煤体的劣化作用增强，从而使组合体内部裂隙体积和裂隙表面积增加。随着CO2气体压力增大，煤岩组合体的轴向切片上的剪切裂隙与张拉裂隙面积均有所增加。煤岩组合体的主要破坏形式是压剪破坏，破坏多出现在煤体部分，而岩体部分的破坏形式往往受到煤体影响。

• 管道与巷道瓦斯爆炸超压衰减关联模型

  程磊, 王蒙, 景国勋, 张俊展,

  为建立起管道与巷道瓦斯爆炸超压传播规律之间的联系，在实际应用中能够更准确地预测管道与巷道内的瓦斯爆炸超压，对管道与巷道内的瓦斯爆炸超压衰减模型的推导进行了研究。首先，采用量纲分析法分析管道瓦斯爆炸超压传播衰减的影响因素，推导了管道瓦斯爆炸超压衰减模型并验证了其可靠性。其次，依据相似理论对管道与巷道2套瓦斯爆炸试验系统进行相似性分析，推导了管道与巷道间的超压映射因子；根据巷道内不同混合气体比、超压比存在的规律关系，推导了混合气体体积修正因子，建立了管道与巷道瓦斯爆炸超压衰减关联模型。最后，对瓦斯爆炸超压衰减关联模型进行了验证。结果表明：巷道与管道的瓦斯爆炸试验满足几何、超压及动态相似性条件；管道瓦斯爆炸超压衰减模型的理论值与试验值总体吻合程度较高，理论值与试验值拟合曲线整体趋势一致；瓦斯爆炸超压衰减关联模型的理论值与试验值拟合曲线整体趋势一致，相对误差均控制在 \text ± 4.5%以内，能够简洁、直观地描述瓦斯爆炸超压传播规律和管道与巷道爆炸超压之间的联系。

• 竖直分支管道位置对甲烷爆炸传播特性的影响

  吕鹏飞, 高笑鹏, 朱澍成, 沈静, 杨凯,

  针对受限空间内部甲烷/空气混合物爆炸传播过程，借助数值模拟软件Fluidyn-MP，建立由左侧封闭且为点火端、右侧开口的水平管道和竖直管道组成的管道模型，研究竖直分支管道不同位置对甲烷爆炸传播特性的影响。结果表明：在不同竖直分支管道位置条件下，竖直分支管道降低了水平管道内部各测点的平均爆炸压力峰值和平均爆炸温度峰值，增大了位于分支口左侧测点的气体流动速度峰值，并降低了位于右侧测点的气体流动速度峰值。随着爆炸传播距离的增加，水平管道内测点压力峰值整体呈下降趋势，竖直管道下方测点的爆炸压力峰值急剧减小，温度峰值整体表现为波动下降，竖直管道正下方测点的温度峰值急剧衰减且为最小值。随着竖直分支管道位置与点火源距离的增大，水平管道内部各测点平均爆炸压力峰值的降幅逐渐减小，平均爆炸温度峰值波动下降，平均气体流动速度峰值不断增大；竖直管道内部各测点的平均爆炸压力峰值波动下降，平均爆炸温度峰值逐渐减小，气体流动速度时程曲线具有多峰结构，气体流动速度峰值由波动上升转变为波动下降。此外，当压力波锋面传播到分支口时，会在分支口转角处形成膨胀扇，使得气体流动速度急剧增大，在火焰锋面传播到分支口右侧时，压力泄放过程中在分支口处形成压力相持面，随着竖直分支管道位置与点火源距离的增大，压力相持面逐渐右移，导致竖直管道泄压作用逐渐减弱。

• 矿用螺旋盘管换热器简化数值计算模型及换热性能影响因素分析

  付丽霞, 郝小礼, 王海桥, 周柯, 罗春,

  螺旋盘管式换热器是一种适用于矿井降温系统的末端换热设备。针对现有商业软件难以模拟空气中水蒸气凝结换热过程且计算耗时较长的问题，基于热湿同时传递理论，建立螺旋盘管换热器简化计算数学模型，通过多元回归法，获得螺旋管内、外对流换热准则关联式，并借助热湿传递类比法进行管外传湿计算，使用数值差分法编写了计算程序。模型经网格无关性、模拟实验和现场实验验证，误差均在10%以内，验证了模型准确性。通过模型分析了结构参数和运行参数对换热性能的影响，得出以下结论：保持其他参数不变，当螺旋管内径di从4 mm增大到15 mm时，换热量平均增长了4.17倍；当螺旋直径D从40 mm增大到80 mm时，换热量平均提高了71%；当螺距p从0.02 m增加到0.06 m时，换热量减小53%；当壳程长度Y从1.8 m增大到3.0 m时，水进出口温差和换热量平均增大36%；当水流速度vw从0.2 m/s增大到1.0 m/s时，换热量平均增大了1.35倍；当风流速度va从4 m/s增大到8 m/s时，换热量平均增大54%。除螺距外，增大螺旋管内径、螺旋直径、壳程长度、水流速度、风流速度等参数均能提高换热性能，降低水温和升高空气温度虽有利于增大换热量，但其对换热性能的影响较小，而增大风速会减小风的进出口温差，故设计时需合理控制风流速度以保障出风温度。

• 煤中氢资源的赋存转化特征及其资源潜势

  邵燕, 王绍清, 王小令, 邓奥迪, 卢姗姗, 刘宇,

  在能源结构转型背景下，煤中氢资源开发因其资源禀赋优势成为支撑清洁能源发展的重要方向。然而，煤中氢元素赋存形态的多样性及其在煤变质作用进程中的动态迁移特性，直接制约着煤基氢资源的开发与利用。基于此，聚焦于煤中氢资源，通过文献检索和统计分析方法重新界定了富氢煤与贫氢煤的划分标准，探讨了煤中氢元素的赋存与转化规律，并展望了煤中氢资源的应用前景。研究表明：镜质体反射率(Ro,max) < 1.3%、干燥无灰基下挥发分质量分数(Vdaf) > 30%、干燥无灰基下氢元素质量分数w(Hdaf) > 4%的煤可划分为富氢煤，反之则为贫氢煤。其中，富氢煤主要为变质程度低的褐煤、长焰煤，或角质体、树脂体和树皮体等类脂组分含量极高的特殊成因煤，在我国呈现“北丰南特”的资源分布格局。富氢煤中80%以上的氢元素以—CH3、—CH2、—CH结构存在于烷烃侧链和少量脂环结构中，芳香氢则赋存于苯、萘等小尺寸芳香结构中。随着变质程度增加，氢元素通过不同程度的聚碳、脱氢氧作用以H2O、液态烃、CH4、H2等产物释放，脂肪氢含量减少，芳环结构的氢元素占比增大，富氢煤逐渐向贫氢煤转变。同时，基于脂肪氢优先释放的特性，富氢煤转化技术将聚焦于油气联产技术与煤气化制氢技术发展方向。此外，结合煤中含有天然氢气以及富含孔隙性的特点亦为天然氢气藏勘探以及利用煤层储氢提供新思路，推动煤炭从传统燃料向“制氢−储氢”一体化资源转型。

• 生物降解对煤分子结构及甲烷吸附性能的影响

  吕航, 夏大平, 岳利娇, 王永龙, 简阔, 苏鹏飞,

  为探究不同煤阶煤在微生物作用下的微观机制变化，选择内蒙古呼伦贝尔东明地区的低阶褐煤A和新疆昌吉康龙地区的烟煤B作为试验对象。试验通过煤与微生物厌氧发酵过程，采用低温液氮吸附、X射线衍射、核磁共振谱及X射线光电子能谱技术对煤样在不同厌氧发酵阶段的特性进行分析，同时，结合分子力学、分子动力学和吸附理论，探讨煤分子结构对厌氧发酵过程的响应。结果表明：在生物降解过程中，甲烷的产生量与最可几孔径和半高宽呈正相关关系(R2分别为0.874和0.910)，而与芳香层片延展度呈负相关关系(R2为0.915)，表明结构有序度的降低促进甲烷的生成。褐煤A与烟煤B均以中孔为主，比表面积呈现先降低后升高再降低的趋势。微生物代谢产物改变煤的孔隙结构，增加微孔和介孔数量，为甲烷分子提供更大的接触面积。分子结构的变化主要集中在脂肪侧链的断裂、含氧官能团的降解以及芳香结构的破坏。褐煤A中富含的羧基和羟基等含氧官能团促进了降解过程，而烟煤B中的稠环芳香结构则导致降解速度较慢。褐煤A中的极性官能团较为丰富，导致静电作用力减弱，而烟煤B中的芳香片层堆叠增强了π—π相互作用，从而限制了降解速率。烟煤B中芳香环比例高，芳香层通过范德华力有序堆叠，且其π电子云能与甲烷分子形成π—π相互作用，增强吸附能力。而褐煤A由于芳香化程度低、孔隙结构松散，吸附能力较弱。随着微生物的持续作用，褐煤A的吸附位点分布改变，吸附减弱但分布更均匀；烟煤B吸附作用逐渐减弱，但总体变化幅度较小。煤结构的降解显著提高了易挥发性有机物的生成效率，并产生累积效应。未来的研究可进一步探索微生物与煤的相互作用过程、酶的作用机制以及降解路径，以全面理解微生物如何在微观层面上改变煤的结构和性质。

• 真三轴应力下煤层支撑裂缝中颗粒运移试验研究

  周瑞立, 陈楚豪, 郑军, 肖易航,

  深部煤层气在压裂后生产过程中，容易出现煤粉和支撑剂产出现象，造成气井产能下降。常规煤岩颗粒运移试验在样品制作、应力环境及流体条件等方面与地下储层环境和生产实际存在较大偏差，因此试验结果存疑。针对大牛地深部煤层压裂后的开采特征，设计了真三轴应力环境下支撑裂缝中的颗粒运移试验，试验样品采用劈裂的正方体煤岩，并根据工区返排初期和中后期的液气比差异，分别采用高液气比(1∶1)和低液气比(1∶4)2种混合流体进行匹配。通过逐级增加驱替流速，结合渗透率动态测试与固相产出分析，探究不同流速下煤粉与支撑剂的耦合运移机制及其对裂缝渗透率的影响。结果表明：随着流速的增加，支撑裂缝内依次出现煤粉运移、支撑剂端面运移、支撑剂深部运移3段特征，固相运移量呈现2个小台阶上升后快速增加的特征；液气比是影响颗粒运移的关键因素，高液气比下煤粉与支撑剂的临界运移流速均低于低液气比条件，表明压裂液返排初期更容易产生颗粒运移；煤粉的适度运移可小幅提高渗透率，约提高10%，但过量运移会引发“搭桥”现象，进而堵塞喉道，使得渗透率下降约30%～55%；支撑剂运移会破坏裂缝支撑结构，造成渗透率上下波动。建立的煤岩支撑裂缝颗粒运移试验方法及相关研究结果可为优化深部煤层气的排采制度和减少固相产出提供有力支撑。

• 四川盆地南缘筠连乐平组煤层气地球化学特征及多源富集模式

  顾俊雨, 杨兆彪, 田文广, 秦勇, 韩永胜, 游振江, 刘常青, 邢蓝田, 陈义林, 梁宇辉, 李存磊,

  四川盆地南缘筠连煤层气区块是南方第1个成功开发的商业性区块，煤层气井具有“日均产量高、累计产量高、稳产期长”的产出特征，然而煤储层具有“高灰分、高含气量、高含气饱和度”的异常特殊性。为揭示川南筠连区块气体成因以及来源，以29口煤层气井产出气和4口煤矿煤样为研究对象，开展了煤岩学、碳同位素、流体包裹体、产出气组分、碳氢同位素试验，结合区域构造演化与盆地模拟结果，系统揭示了研究区煤层气的成因类型、气体来源与运移规律，建立了本区煤层气富集成藏模式。结果表明：乐平组煤岩碳同位素比值平均为−23.1‰，显微组分以镜质组为主，其次为惰质组，不含壳质组，烃源岩主要为III型(腐植型)干酪根。产出气组分以CH4为主，重烃含量极低，属于极干性气体，δ13C1值平均为−34.1‰，δ13C2值平均为−31.2‰，表现为正碳同位素组成序列，δD1值平均为−131.3‰。产出气为高−过成熟阶段的热成因气，气体类型为油型气，烃源岩为腐泥型干酪根，与煤系地层为腐植型干酪根的结论不符。结合研究区地质背景，通过区域气源对比，认为上二叠统乐平组产出气为自生自储式煤层气与下生上储式页岩气的混合气。显微裂隙交叉切割关系、包裹体定向排列方向以及均一温度的双峰特征表明煤层气成藏过程分为2期，分别为早白垩世生烃高峰期和晚白垩世构造抬升期。盆地模拟结果显示，龙马溪组页岩气在燕山期抬升过程中沿断层向上运移，被乐平组煤层捕获，形成“下生上储”式混合气藏，煤层高含气量得益于页岩气补充及煤系地层较强的封存能力。

• 全生命周期视角下煤基燃气发电碳足迹及成本评估

  王兵, 姜鑫茹, 陆峰, 李雪, 冯豪豪, 刘小琳,

  电力部门是我国碳排放量最高的部门，在“双碳”目标背景下，中国煤电行业须实施大规模的减排。煤基燃气发电相比于传统燃煤发电具有一定的降碳潜力，但其碳排放和成本评估尚未形成系统性研究。因此，基于全生命周期视角，提出考虑电力均等化的成本和碳排放核算模型，即不同技术生产1 kWh的电力所排放的CO2量以及所耗费的成本，来衡量不同煤基燃气发电技术的经济可行性。结果表明：在碳排放方面，超超临界燃煤发电(USC-PC)、煤炭地下气化联合循环发电(UGCC)、整体煤气化联合循环发电(IGCC)、煤层气−蒸汽轮机循环发电(CBM-CCGT)以及煤制天然气−燃气轮机联合循环发电(SNG-CCGT)每单位电力的碳排放分别为1 009.148、1 028.829、1 033.973、471.403和1 140.712 g/kWh，发电效率、煤制气的能量转化率以及煤炭的低位发热量对煤基燃气发电碳排放影响较大。在成本方面，UGCC、CBM-CCGT、SNG-CCGT、IGCC以及USC-PC的平准化度电成本分别为0.307、0.306、0.343、0.335和0.331元/kWh，煤炭运输以及煤价对于煤基燃气发电成本影响显著。加装碳捕集与封存(CCS)系统后，UGCC的碳排放降低，成本增加，将碳排放量货币化后，UGCC的总成本由原来的0.387元/kWh增加到0.560元/kWh。假定流态化煤气化结合UGCC进行发电，流态化UGCC发电比传统UGCC总成本要低0.052元/kWh，加装CCS系统后，流态化UGCC发电总成本由原来0.334元/kWh增加到0.515元/kWh。因此，建议通过推动技术进步提高发电效率、煤气转化效率和结合CCS技术来降低煤基燃气发电技术碳排放，鼓励公司通过内部化环境影响来投资更清洁的设备，对于低碳企业应给予清洁煤炭价格补贴等政策支持。

• 卫星观测协同估算西北煤炭基地污染气体及CO2排放量

  陆凌霄, 秦凯, 李晓璐, 冯叶, 杨杰, COHEN Jason,

  煤炭生产重心自2010年后持续向资源禀赋优良、开采条件优越的西部区域转移。西北地区的煤、电、化三大主导产业逐渐兴起，在其生产运营过程中产生了大量的空气污染物与CO2。然而，现有的地面监测站点数量较为有限，难以全面且精准地反映基地建设所引发的排放状况。相比之下，卫星遥感技术具备覆盖面广和成本相对较低的优势。采用基于大气质量守恒方法与哨兵−5P卫星搭载的对流层观测仪(TROPOMI)数据，“自上而下”地估算2019—2020年西北煤炭基地污染气体(NOx、CO及SO2)的排放量。由于污染气体和温室气体呈现“同源、同步和同区”的特征，根据“自下而上”多尺度排放清单模型(MEIC)的排放量关系，间接估算了CO2排放量。结果表明：基于大气质量守恒原则拟合获得的物理化学驱动因子合理反映了西北地区的煤炭消费水平、地形因素和排放特征，展现了年度分布的良好一致性。MEIC清单对西北地区燃煤源污染气体的排放存在低估，主要原因包括：清单中西北地区存在许多接近零值的区域，但忽视了居民散烧煤或野外煤火；统计数据缺乏，导致许多新兴中小型燃煤工业和其他排放源未被充分记录。使用单一物种间接估算CO2排放量的误差较大，因此综合NOx、CO和SO2的结果更为准确。估算结果与MEIC展现了时空分布的一致性，但87%的网格排放量高于MEIC，凸显了在低排放量和高排放量方面提高CO2排放清单精度的必要性。

• 遥感图像驱动的滑坡时空演化规律研究 以贺斯格乌拉南露天煤矿外排土场LiDAR图像为例

  王东, 尹立, 吴一鸣, 孟翔宇, 邢晓宇, 武国良, 朱振宇, 张鹏姣,

  针对露天矿山高大边坡变形区滑坡演化过程难以定量描述的科学问题，图像数据具有多维信息的优势，基于边坡监测的时空无人机遥感图像数据，以图像像素所蕴含的边坡空间数据为切入点，驱动识别遥感图像的工程地质滑坡灾害演化信息，耦合OpenCV技术，采用逐时段对比图像相似度方法进行分析处理，提出累计差异度−时间(Cumulative Difference Degree-Time，CDD-T)概念，构建了累计差异度的滑坡演化描述方法，消除了现有的边坡监测系统空间数据处理过程中截断误差的影响，并以我国锡盟地区贺斯格乌拉南露天矿外排土场变形区为典型工程案例，定量描述了变形区的滑坡时空演化规律。研究结果表明：采用nn×nn精细化均匀分割方法，绘制分割区域的CDD-T演化曲线，分析得知滑坡区+985～+970 m坡顶范围和西南侧+970～+940 m水平范围为相对危险区域，结合精细化分区各时间点的CDD-T热图，定量表征了精细化区域滑坡时空演化规律，确定潜在滑坡力学机制为推动式；滑坡演化过程中，时空无人机遥感图像CDD-T曲线与对应区域的累计位移−时间曲线变化规律基本一致，两者的曲线斜率角度的最大相对差值为0.046，平均相对差值为0.006；83%的GNSS监测点所在区域CDD-T斜率大于监测点位移曲线斜率，由此证明图像累计差异度相较于累计位移更早识别滑坡风险。研发的遥感图像累计差异度计算方法可定量描述滑坡演化规律，为工程地质灾害防治研究开辟新途径。

• 镁−磷−硅掺杂生物炭复合材料(Mg-HAp-BC)的制备及其对Pb2+和Cr3+的吸附性能

  罗金志, 蔡燕燕, 俞缙, 严健辉, 黄俊峰,

  铅(Pb2+)和铬(Cr3+)是2种常见的重金属污染物，广泛存在于电镀、矿产开采和工业废水中，对生态环境和人类健康构成严重威胁。传统的处理方法存在高成本、低效率及二次污染等问题，迫切需要开发一种高效、经济且环保的重金属去除技术。吸附法因其操作简便、成本低且不产生二次污染，成为一种重要的替代技术。制备了磷镁硅掺杂生物炭复合材料(Mg-HAp-BC)，通过引入氧化镁(MgO)和羟基磷灰石(HAp)，显著提高了生物炭在强酸性环境下的稳定性和吸附性能。采用响应面法优化了液固比(L/S)、pH及掺杂比例等因素，系统研究了这些因素对Mg-HAp-BC吸附性能的影响。试验结果表明：在液固比为0.05时，最佳掺杂质量比例(m(MgO)∶m(HAp) = 6.10∶7.99)下，复合材料对Pb2+和Cr3+的吸附表现出明显优势，尤其在低pH环境下，吸附速率快，表现为单层均匀吸附，而在高pH环境下，吸附过程变得更为复杂，涉及多层非均匀吸附。吸附机制分析显示，Mg-HAp-BC复合材料的吸附性能主要依赖于静电吸附、表面矿物修饰、π—π相互作用以及孔隙填充等多重机制。此外，复合材料在Cr3+的吸附过程中还可能涉及离子交换反应。综上所述，Mg-HAp-BC复合材料在不同pH条件下表现出优异的吸附性能，并展现出其在重金属污染治理中的应用潜力，具有广阔的环境适应性和实际应用前景。

• 控制方式对燃煤sCO2发电系统部分负荷运行特性的影响

  郑毫楠, 徐进良,

  为研究不同控制方式对燃煤超临界二氧化碳循环(sCO2)发电系统部分负荷运行特性的影响，建立了300 MW 燃煤sCO2再压缩循环(RC)发电系统，并分别采用存储控制、旁路控制以及温度控制3种控制运行方式使系统运行在30%～100%负荷范围内，对系统关键参数的变化规律进行了分析。结果表明：采用存储控制时热效率先增后减，最大值为49.82%，并且随负荷率降低锅炉进口CO2温度升高、加热温区减小，这会给锅炉的壁温安全和烟气余热回收带来挑战。在旁路控制运行方式下，随负荷率降低旁路阀门节流㶲损快速增大，使系统热效率减小较快。负荷率为30%时，系统热效率从设计值49.53%降至26.30%。采用温度控制时，随负荷率降低压缩机功耗几乎不变使热效率减小，并且部分负荷运行时较大的主气温度变化使系统的最大负荷变化速率在1.3%/min左右，无法满足快速调峰需求，更适合启停过程。研究结果可为sCO2发电系统的部分负荷运行及动态调控提供参考。

• 煤沥青基多孔炭在超级电容器中的应用进展

  汪同栓, 刘冬, 王建成, 米杰, 岳鲁超, 冯宇,

  煤沥青作为煤热转化的衍生物不仅含碳量高、成本低且产量大，为煤沥青基多孔炭电极的研发提供了广阔前景，有望破解目前超级电容器投资成本高、大规模生产难的困境。综述了煤沥青基多孔炭电极材料的制备方法和性能提升策略及其在超级电容器领域中的应用，为利用煤沥青开发低成本且性能优异的超级电容器电极材料提供参考。首先介绍了超级电容器的能量储存机制，并列举了影响超级电容器多孔炭材料电化学性能的结构因素及规律，总结了评价超级电容器电化学性能的关键性能指标，为后续的煤沥青基多孔炭电极材料的设计和性能优化提供理论基础，并进一步说明了煤沥青基多孔炭在超级电容器领域应用的优势。随后详尽讨论了基于活化法、模板法及熔盐法等方法制备煤沥青基多孔炭的特点与进展；在此基础上，进一步全面梳理了孔隙结构调整、形貌设计、表面化学性质调控、过渡金属化合物复合等策略在提升煤沥青基多孔炭电极材料电化学性能方面的重要作用，重点突出了组分分离和氧化修饰策略对煤沥青多孔炭孔隙调控的优势，并基于多维碳材料工程的新理念和煤沥青基多孔炭与过渡金属化合物复合材料的耦合机制，讨论了目前煤沥青基多孔炭面临的前驱体分子复杂、可控度低、合成过程有待优化的问题。最后，聚焦于煤沥青多孔炭在超级电容器规模化应用中亟待解决的瓶颈问题，结合不同改性策略对其未来发展前景进行了展望。

• 氧化/低阶煤浮选研究现状与展望

  陈恒飞, 董宪姝, 孙玉金, 卜祥宁, 樊玉萍, 叶贵川, 李金圃,

  氧化/低阶煤浮选技术的研究进展对于提高煤炭资源的利用效率具有重要意义。综述氧化/低阶煤浮选技术的研究进展，探究氧化/低阶煤难以高效浮选的根本原因能够为开发新型高效氧化/低阶煤浮选技术与工艺提供依据。在分析氧化/低阶煤表面性质的基础上，总结了近年来国内外学者在氧化/低阶煤选前预处理、界面调控和浮选过程强化等方面的研究成果，并概述了目前氧化/低阶煤浮选工业化的应用现状。结果表明：氧化/低阶煤表面丰富的含氧官能团(如羧基、羟基、醚基等)以及发达的孔隙结构，使煤表面水化薄膜更稳定，煤粒与气泡的附着变得困难，浮选效果恶化。选前预处理被认为是改善浮选性能的一个重要手段。常见的预处理方法包括超声波、磨矿、热处理、高剪切调浆、压缩孔隙、药剂预先吸附、等离子体预处理等，这些方法能够通过物理和化学手段改善煤粒的表面性质，进而提高浮选效率。界面调控是氧化/低阶煤浮选技术中的另一个重要研究方向。合适的表面活性剂、浮选药剂和疏水性纳米颗粒吸附改性，能够不同程度地改善氧化/低阶煤表面的疏水性。此外，微纳米气泡浮选技术、油泡浮选技术和反浮选技术等也为改善氧化/低阶煤浮选提供了新的思路。微纳米气泡浮选技术通过提高气泡与煤粒的碰撞黏附效率，增强了煤粒的浮选效果；油泡浮选技术能够通过改变气泡的表面性质，改善其与煤粒的作用效果。然而，目前氧化/低阶煤浮选工业化应用还处于起步阶段，氧化/低阶煤浮选高效环保药剂的开发、浮选过程的稳定性等问题仍未得到彻底解决。最后，展望了氧化/低阶煤浮选技术的发展方向，在对氧化/低阶煤表面性质、结构特征精准分析的基础上，借助原位力学表征手段对药剂、气泡与氧化/低阶煤表面相互作用机制进行解析，开发高效浮选药剂实现界面性质精准调控是实现氧化/低阶煤高效浮选的必经之路。

• 玉米秸秆高温气化制备富H2合成气特性

  衡禹乾, 梁晨, 党洪玉, 任强强,

  生物质气化制氢是一项利用可再生生物质资源制取氢气的技术。为探索生物质高温气化制氢特性，在高温滴管炉试验台上，研究氧气/水蒸气气氛下，不同的气化当量比(实际氧气质量和完全反应的氧气质量的比值)、水蒸气/物料质量比和气化温度对玉米秸秆气化特性的影响。结果表明：气化当量比从0.15增长到0.23时，氧气量的增加会促进原料中碳结构和含氢官能团的转化，对于H2产率有提升作用；气化当量比继续上升时，H2的氧化反应增强使得其产率下降。水蒸气对生物质气化的影响主要体现在气相产物的调节，水蒸气/物料质量比从0增长到1.5时，H2产率在水煤气变化反应作用下上升，CO产率下降，H2/CO产率比例持续上升，同时水蒸气加入后会引起反应停留时间减少，导致碳转化率降低。气化温度从900 ℃到1300 ℃变化时，H2体积分数不断上升，温度的上升强化了玉米秸秆的热解、气固反应和蒸汽重组，H2产率、H2/CO产率比例和出口气热值、冷煤气效率都随着温度的升高而上升，同时气化残炭中稳定的石墨结构比例降低，缺陷碳架的结构比例增加，表明高温有利于气固反应。1300 ℃时，H2产率为0.57 m3/kg，H2/CO产率比例为2.76。在生物质高温气化制氢过程中，反应温度的影响占据主导地位，提高反应温度会使得H2产率显著上升。

• 基于随机规划与IGDT鲁棒优化的煤矿综采工作面关键设备日前运行调度

  郑征, 陈迪蕾, 黄涛,

  在当前我国电力市场化改革和能源消费侧低碳转型背景下，高耗能工业用户如煤矿企业迫切需要优化电力消费策略以降低生产成本。传统煤矿用电优化方法通常忽视大型设备的具体运行调度，导致用电成本高且能效低。此外，现有方法未充分考虑电价的不确定性，使得企业制定的优化策略缺乏灵活性，难以有效应对电价变化。为此，提出了基于电价不确定性分析的综采工作面关键设备运行优化方法，旨在动态优化设备用电策略，从而控制煤炭生产中的能耗和成本。首先，基于贝叶斯优化理论和ARIMA时间序列模型进行电价预测，获取日前预测电价，并采用拉丁超立方抽样法和K-medoids聚类获取关键电价场景模拟电价波动。其次，构建了基于随机规划与信息间隙决策理论(Information Gap Decision Theory，IGDT)的双层优化模型，其中上层模型基于随机规划在关键电价场景下进行成本优化，确定最优生产策略，并关联电价、设备速度与采煤量，将各工艺阶段的采煤量约束重构为采煤机运行距离约束，提出了采煤机速度−时间非线性函数模型。下层模型则通过设定电价不确定参数波动范围，获取鲁棒电价场景，并引入成本偏差系数调节预期成本，基于IGDT进行鲁棒优化。通过上下层迭代求解，逐步优化调整各时段速度策略和各工艺阶段时间策略，确保在不同电价不确定参数下的经济性和鲁棒性。以我国山西长治某煤矿为例，基于实际综采工艺和电价数据对采煤机用电成本进行仿真。结果表明：在现行“三八”模式和改进“三N”模式下，基于双层优化模型的调整生产策略均能显著降低电费成本。此外，当电价不确定性参数从0.1增加到0.3，再从0.3增加至0.5时，“三八”模式下的电费成本波动幅度均仅为6×10−6，而“三N”模式下分别为1.30%和1.88%，在电价不确定性参数增加时，2种模式均表现出良好的鲁棒性和稳定性。

• 基于维度特征分析的低维激光雷达和相机联合标定方法研究

  史慧, 朱立达, 杨建宇, 刘德威, 季永辉, 常健, 呼少平, 王国法,

  受煤矿巷道空间有限和视觉背景高度同质化的影响，激光雷达与相机的联合标定过程易受干扰，严重影响多传感器感知系统的准确性与可靠性。针对低维激光雷达与相机联合标定中存在的有效距离范围小、标定过程复杂等问题，提出了一种基于维度特征分析的联合标定方法。首先设计了一种定制化标定板，该标定板在视觉图像和点云中均具有显著特征，有效提升了在复杂背景下的可检测性。其视觉标签区域支持多种标签形式的替换，且视觉标签中心与标定板整体中心不重合，构成非对称布局，使得标定板在传感器坐标系中方向可被唯一确定。随后，提出改进的RANSAC算法以精确定位目标点云，实现从复杂场景中分离出标定板。其次，通过计算点云的维度特征熵优化邻域尺寸，结合局部邻域的几何形状分类提取标定板的几何特征。随后，基于优化后的几何特征建立标定约束，并通过最小二乘法求解传感器间的外参矩阵，实现高精度标定。最后，在仿真环境和实际试验平台上对所提方法进行了验证，结果表明：在具有复杂背景几何形状的场景中，所提方法可实现平移误差中值为0.02 m、旋转误差中值为0.4°的标定精度。该方法能够适应井下巷道复杂环境，实现多传感器联合标定，为井下智能装备的感知系统提供有效的技术支撑。

• 多尺度注意力增强的热红外图像露天矿障碍物深度估计

  张子瑜, 顾清华, 李少博, 赵洋滋,

  深度信息是无人矿卡在露天矿复杂恶劣环境下环境感知的重要组成部分，采用激光雷达或双目系统获取环境深度信息时，易被露天矿粉尘、雨雾和复杂光线等因素影响。因此，提出一种基于热红外图像的障碍物深度估计方法，首先通过深度补全技术将稀疏深度图转化为稠密深度图作为监督标签，随后基于热红外图像实现单目深度估计，提升无人矿卡在恶劣环境中深度信息获取能力。提出一种结合拉普拉斯金字塔深度残差(Laplacian Pyramid Depth Residual)和跃层连接的网络结构，显著提升深度估计的准确性。该结构通过多尺度深度信息捕捉不同层次的细节特征，并利用跃层连接(Hierarchical Connection，HC)增强细节恢复能力，使模型能更好地处理复杂场景中的细微变化。为进一步提升模型性能，引入内容引导注意力(Content-Guided Attention，CGA)融合模块(CGA-Driven Cross-layer Interaction，CGA-DCI)，通过改进高频和低频信息的融合过程，避免简单拼接方法导致的信息丢失问题，提升深度估计的精度和鲁棒性。此外，提出细节增强注意力模块(Detail-Enhanced Attention Blocks，DEAB)强化对图像细节的提取，使模型能够有效应对露天矿环境中粉尘、雨雾和复杂光线等干扰，在恶劣条件下仍保持较高的深度估计准确性。实验结果显示，结合拉普拉斯金字塔深度残差和跃层连接，CGA-DCI和DEAB模块的模型在矿卡深度估计任务中， \delta _1.25 为83.3%，AbsRel为15.2%，相较于主流的深度估计方法，估计精度有所提升，能够为无人矿卡在复杂恶劣环境中提供全时域的深度信息。

• 基于SegFormer-CG的煤矸石识别技术

  王妍玮, 陶文彬, 陈凯云, 孟祥林, 张玉,

  煤矸石分选机器人对煤矿智能化发展意义重大，煤矸石识别是煤矸石分选机器人的核心技术，针对传统识别技术在面对高噪声、运动模糊等复杂工况时，存在识别效率低、准确性不足的问题，提出一种基于SegFormer-CG的煤矸石识别技术，以提升识别的实时性和准确率。该模型的编码器采用 SegFormer 的Transformer架构提取多尺度特征，并以轻量级的MiT-B0作为编码器，解码器设计融合模块以增强语义分割性能。在解码器的C1、C2、C3特征图后引入瓶颈模块(Bottleneck)增强模型特征提取能力，并采用深度可分离卷积(Depthwise Separable Convolution, DSConv)与全维度动态卷积(Omni-Dimensional Dynamic Convolution, ODConv)改进瓶颈模块，降低参数量与计算量；同时在C4特征图引入空洞空间金字塔池化(Atrous Spatial Pyramid Pooling, ASPP)模块，并采用深度可分离卷积和5×5卷积对ASPP改进，提升模型多尺度融合能力；在C3、C4特征图后加入交叉注意力机制(Criss-Cross Attention, CCA)使模型聚焦于关键信息，增强模型关键特征提取能力。训练采用2阶段迁移学习策略，先冻结主干网络进行50轮特征适配训练，再解冻全局参数进行优化，有效增强模型对煤矸石图像的泛化能力。结果表明：SegFormer-CG模型的精确率达到96.39%，召回率达到96.29%，平均交并比达到93.03%，相较原模型精确率提升1.32%，召回率提升0.59%，平均交并比提升1.73%。参数量为5.14×106，浮点计算量为5.90×109，帧率为50.92 帧/s。与其他常见模型如PSPNet、DeepLabV3+和UNet对比，SegFormer-CG模型均取得更优秀的识别效果，且在参数量、浮点计算量上都有明显优势，在加噪、运动模糊和低光照的复杂工况下仍保持稳定识别效果，且对新疆、陕西矿区样本具有泛化能力，为选矸机器人高效识别提供了可靠技术支持。