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2025年01期

煤矿采动导水裂缝带高度的预测及探测方法进展

王晓振;沙海洋;于思源;谢建林;邓光亚;郝熙梧;张雨晴;

煤层开采后会引起上覆岩层移动变形和破坏,形成不同形态的裂隙。竖向贯通裂隙发育高度的确定是煤矿进行防水煤岩柱留设、顶板水害防治措施制定等保障安全开采的基础,同时也是进行保水采煤、瓦斯抽采、覆岩隔离注浆充填等绿色开采技术应用实践所需获取的重要参数。总结了导水裂缝带高度预测的主要理论方法,通过对比不同开采条件的预测方法,证实了导高的确定需要考虑岩层结构差异。覆岩关键层结构会对导高发育特征产生影响,基于关键层位置进行导高的判别,可以避免对岩性均化处理的不足,体现工程条件的差异性,在理论和工程中得到了广泛应用。理论的预测方法可为采前安全开采设计和工程探测方案设计提供参考和指导,但由于我国煤矿开采条件的差异性和采后工程状况的复杂性,需要采用不同的探测方法更加准确地获取导高数据并指导工程实践。介绍了导高直接探测和间接探测的不同方法及其主要原理,并分析了优势和不足。基于目前的导高确定的理论计算方法和常用的工程探测手段,提出了在采动导水裂缝带高度确定方面需要解决的问题和预期发展的方向,如基于煤系富含水地层探测数据新特征进行导高的准确判断、大埋深特厚煤层采动导高探测关键技术、岩层破裂与位移形变震动之间关联研究、适用于煤系地层大变形和超前移动的光纤监测方法、一孔多用探测和信息协同分析处理等。可为同行了解导水裂缝带高度确定方法以及未来的探测研究方向提供一定的参考和借鉴。

2025 年 01 期 v.3 ; 国家自然科学基金区域创新发展联合基金重点资助项目(U22A20169)
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低效井重复压裂产量深度时间序列预测方法综述

贾靖;樊庆虎;王李昌;李帝铨;

当前,我国非常规原油产量不及总产油量的2%,老区在较长时间内仍然是稳产主力。重复压裂是储层增产改造的重要技术组成,压后产量的准确预测是重复压裂目标井正确选择的关键。由于储层内部的不连续界面、孔渗异质性和关键油藏参数缺失等因素的影响,传统基于经验式或数值模拟的压后产量预测方法在老区的适用性受限,深度学习模型是一个优秀的选项。传统深度学习方法 (如RNN、LSTM)存在梯度消失、长期依赖建模能力不足等局限,难以应对石油时间序列数据的高维、非平稳及噪声干扰等特性。Transformer架构凭借多头注意力机制与并行计算能力,可有效捕捉产量时间序列中的长短期依赖关系。系统回顾重复压裂技术沿革,以及深度时间序列预测模型研究进展,提出构建基于Transformer架构的低效井重复压裂产量深度时间序列预测模型,并在准噶尔盆地某油田W区块的历史产量数据上进行了案例研究。研究是构建适应老区重复压裂批量化快速精确选井的理论及方法体系的创新尝试,力求为老区持续稳产提供全新视角与解决方案。展望未来研究方向:一是针对计算成本控制,建议优化经典Transformer架构的注意力模块、配合时间序列分解技术,实现低算力成本的重复压裂产量预测;二是针对多区块协同选井,建议引入领域自适应理论,从对抗领域自适应或伪标签领域自适应入手,开发具备迁移学习能力的Transformer骨干架构。

2025 年 01 期 v.3 ; 中国石油西部钻探有限公司核心技术资助项目(2024XZ011); 深地国家科技重大专项资助项目(2024ZD1002901); 国家自然科学基金资助项目(42474170); 湖南省科技创新计划资助项目(2023RC1014)
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煤矿巷道随钻探测及锚固支护关键技术

郑西贵;向立;贾豪;刘灿灿;

围岩特征快速准确探测以及高效锚固支护技术是巷道智能掘进的重要保障。随钻探测和高效锚固技术是当前矿业工程领域的研究热点,采用理论分析的方法建立了岩石力学参数与随钻参数的关系模型,研究钻进参数与岩石力学参数之间的关系;在实验室浇筑了不同力学性能的混凝土试块,对混凝土试块进行了随钻试验,同时实时采集了转速、钻速、扭矩和声压级等随钻参数,分析转速、钻速、扭矩和声压级等随钻参数同岩石力学参数的关系,建立预测模型;研制了预应力锚固综合实验台,通过预应力锚固综合实验台测试分析了不同锚固方式和预紧力锚杆预应力的传递规律。结果表明:钻速和转速与岩石单轴抗压和抗拉强度呈指数关系,其中钻速与岩石单轴抗压和抗拉强度的相关性最高,相关系数分别达到了0.963 1和0.871 8;声压级与单轴抗压强度和单轴抗拉强度均呈线性关系;扭矩做功与单轴抗压强度呈线性关系,与单轴抗拉强度呈对数关系;不论采用何种预应力锚固方式,锚杆上的轴力从锚固始端开始向锚固尾端逐渐递减;预紧力的增加会增大轴力在锚杆上的扩散范围;锚杆全长预应力技术在锚杆轴力传递上具有高效性。研究结果对提高巷道围岩参数探测准确性和锚杆支护效果,实现巷道安全高效掘进,减小事故发生概率,保证矿山安全生产具有重要意义。

2025 年 01 期 v.3 ; 贵州省教育厅“百校千企科技攻关揭榜挂帅”资助项目([2024]013); 西南复杂煤层综掘机整装成果转化技术资助项目(黔科合中引地[2024]039)
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拉伸荷载条件下新型NPR锚杆韧性材料宏观变形特征分析

陶志刚;隋麒儒;丰于翔;孟志刚;姚旭龙;何满潮;

岩土工程在受到复杂地质条件的综合作用时极易产生大变形灾害响应,传统金属支护材料因不能够忍受大变形而发生失效破坏现象。为应对大变形灾害,研发了新型NPR锚杆韧性材料(Negative Poisson’s Ratio bolt)。为了探索新型NPR锚杆韧性材料的宏观变形特征,开展了NPR锚杆室内拉伸对比试验。采用NPR锚杆专用试验机,并利用相机进行全过程变形特征记录。结果发现:NPR锚杆具有更好的均匀变形特性,且在拉伸变形失效全过程早期阶段就开始发生均匀变形;对不同钢筋进行失效断口分类:主要分为“分层型断口”和“纤维-基体之间的界面破坏类断裂型断口”;通过力学机制分析NPR锚杆均匀变形特性及颈缩现象不显著的原因:发现NPR钢在拉伸变形失效后的颈缩处曲率半径更大,使其颈缩现象不明显,这是由于其最大均匀应变与最大应变差值相对较小所致;通过LS-DYNA算法对螺纹肋结构和光圆结构对于钢筋变形的影响进行数值模拟分析,结果证明螺纹肋结构使得钢筋在拉伸过程中能够更好地均匀变形,吸收变形能。综上所述,通过对新型NPR锚杆韧性材料的变形特征的宏观分析,有助于更好地揭示其静力拉伸性能,为准静态工程实践提供了有价值的参考。

2025 年 01 期 v.3 ; 国家自然科学基金面上资助项目(42377154); 中央高校基本科研业务费(中国矿业大学(北京)博士研究生拔尖创新人才培育基金资助项目)(BBJ2024093); 宁波市甬江人才工程资助项目(2022A-231-G)
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基于压力-状态-响应模型和多源遥感数据的矿区生态风险评价——以高头窑煤矿为例

石燕;孙灏;崔希民;蒋金豹;吴瑞翔;王超群;

矿区生态风险评价旨在评估矿区生产活动对矿区生态系统产生不利影响的可能性及其强度。该评价对于环境问题预测、预防、生态保护策略制定及矿业可持续发展至关重要。现有相关研究所构建的评价指标体系指标获取困难,不利于动态或实时风险评价。本研究以高头窑煤矿为例,采用“压力-状态-响应”模型和多源遥感解译方法,建立了一种矿区生态风险评价框架,其中压力指数包括距采空区距离、沟壑密度等,状态指数包括生态质量、结构和服务功能等,响应指数包括土地复垦规划分布。结果表明,评价层权重为压力0.68、状态0.2、响应0.12,压力指标为主导;实现了10 m分辨率的高头窑矿区生态风险评价,评价结果表明宏观上中部生态风险较高,矿区周边生态风险较低;与单一指标综合比较、与未开采时期的生态服务功能比较以及与实地调查数据比较表明,评价结果与实际情况具有较高的一致性。研究发展的技术框架有助于矿区生态风险的动态或实时评估。

2025 年 01 期 v.3 ; 2023年度“科技兴蒙”行动重点专项资助项目(ZD20232304); 国家自然科学基金面上资助项目(42471381); 中央高校基本科研业务费资助项目(2024JCCXDC03)
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煤炭开采技术的人工智能应用

付翔;闫明;

随着煤炭行业迈向智能化转型,人工智能技术在煤炭开采全流程中的应用逐渐深入。首先回顾了我国煤炭开采技术的发展历程,重点分析了人工智能在不同发展阶段的技术演变及其对煤矿智能化的影响。针对煤炭开采全流程中的各类智能应用场景需求,提出的新一代智能开采AI应用技术体系,构建了从感知、决策到控制的一体化AI应用框架。以场景为导向、数据为驱动、算法为核心、平台为载体,设计了新一代智能开采场景式AI应用技术流程,通过实际案例分析,展示了场景式AI应用在煤炭智能开采中的实践成效。可见,人工智能的应用大幅提升了煤矿的生产效率、安全性和可持续性,推动了煤炭行业的智能化变革,随着煤矿智能化建设持续推进,煤炭行业将迈向更高效、更安全、更绿色的发展阶段,为实现“双碳”目标和能源结构优化贡献力量。

2025 年 01 期 v.3 ; 山西省基础研究计划联合资助项目(202403011241002); “科技兴蒙”行动重点专项资助项目(2022EEDSKJXM010); 国家自然科学基金资助项目(52274157)
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双碳战略下陕西能源工业转型路径

王新平;查鑫鑫;董书宁;苏畅;冯宏;

2020年9月中国对世界做出的“碳达峰碳中和”承诺既是我国可持续发展的内在要求,也是负责任大国应尽的国际义务。陕西是典型的能源工业大省,面临“双碳战略”新压和机遇,能源工业能否成功转型关系到国家能源战略安全和陕西民生经济的可持续发展。从深入分析陕西省能源工业面临的能源生产结构、能源消费结构、产业转型等三大挑战和窗口期、构建现代能源体系、贯彻新发展理念及双控制度方案、中美加强甲烷减排合作等四大机遇入手,准确定位了碳中和前转型窗口期(2021—2030年)、达峰后20 a的竞合发展期(2031—2050年)、碳中和最后10 a (2051—2060年)的转型攻坚期3个阶段的转型策略,提出了做强陕北高端能化基地、加快绿色能源基地建设、推进多元化立体减碳、多能融合打造陕西省现代能源体系、依托陕西省“秦创原”科创平台布局零碳低碳负碳技术攻关、推动产业高端化、挖掘林草固碳潜力、优化政策体系、培育碳中和人才等九大转型路径。最后给出了能源工业有序转型、激励与约束并重和打造能源科技创新高地等3个方面的政策建议。

2025 年 01 期 v.3 ; 教育部人文社会科学基金资助项目(22YJAZH104)
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《绿色矿山》征稿简则

<正>办刊宗旨:立足国家能源战略,引导矿产资源开发全过程的科学有序开采,搭建对矿区周边生态环境扰动控制技术及先进经验交流平台,宣传矿山环境生态化、开采方式科学化、资源利用高效化、管理信息数字化和矿区生活和谐化。主要刊载:绿色勘查、绿色开采、矿山地下空间利用、绿色选冶、矿山环境保护、低碳技术及节能减排、数字矿业、绿色低碳经济政策与评价等方面的学术论文。读者对象为绿色矿山及相关领域的科研人员、大专院校师生及相关工程技术人员。

2025 年 01 期 v.3 ;
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2024 04 03 02 01
2023 01

软弱煤层大采高工作面断层破碎带帮顶失稳治理技术研究

解志朝;孙鹏翔;张进鹏;

针对软弱煤层大采高工作面近平行横贯断层治理中存在的围岩失稳、煤壁片帮及顶板冒落等难题,本文以山西华宁焦煤有限责任公司崖坪煤矿22205工作面为工程依托,系统研究了断层破碎带内煤岩力学响应特征与动态失稳演化规律,提出了基于“超前水泥注浆加固与即时化学注浆补强”的协同治理技术体系,通过多参数优化与全流程精细化控制,显著提升了断层带围岩稳定性。基于“32345”综合治理框架(三项原则、两种方式、三超前管理、四类管控、五字方针),通过优化注浆参数(压力15-30 MPa、水灰比0.8)与施工流程,结合现场试验与数值模拟验证,显著提升了断层带围岩稳定性。研究团队对工作面内4条大型断层(YD4、YD5、YD12及YD2边缘断层)及13条小型断层实施分阶段渗透充填与动态补强,成功控制煤壁片帮率降低45%,推进效率提高15%。该技术可为类似地质条件下软弱煤层安全开采提供理论支撑与技术参考。

年 期 ;
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基于生态系统服务功能视角的煤炭开采区生态修复效果评估

张凯;马涛;迟子云;潘栅杉;韩智;刘海龙;

煤炭开采区的生态修复效果评估需突破传统单一指标的局限,从生态系统服务功能提升的综合视角构建科学评价体系。以伊金霍洛旗布尔台井田为研究对象,基于当前常用的生态系统服务物质量评估模型和价值量计算方法,结合GIS空间分析,量化生态修复前后煤炭开采区(布尔台井田)、非煤炭开采区(伊金霍洛旗除布尔台井田以外区域)的物质量与价值量,并探讨土地利用与植被覆盖对于生态系统服务的影响,评估布尔台井田生态系统恢复效果。结果表明:(1)2005、2010、2015、2020年布尔台井田单位面积的土壤保持物质量均值为17.7、9.02、20.31、26.96 t/hm2;单位面积的防风固沙物质量均值为45.77、43.3、46.06、50.37 t/hm2;单位面积的碳储存物质量均值为9.8054、9.795、9.8059、9.814 t/hm2。在此期间均呈现先减少再增加的趋势。并且均与草地、林地和植被覆盖度呈现正相关关系,与建设用地、未利用土地呈现负相关关系;(2)2005、2010、2015、2020年布尔台井田单位面积生态系统服务总价值量均值为1772.91、1342.98、1825.54、2154.98元/hm2,总体呈现先减少再增加的趋势,与生态系统服务物质量变化趋势一致;(3)布尔台井田土壤保持、防风固沙功能在2010年后逐渐恢复到与非煤炭开采区接近的水平,表明生态修复效果良好。碳储量仍低于非煤炭开采区,表明需继续加强对煤炭开采区生态系统的保护与修复。研究结果对区域生态修复具有重要借鉴意义。

年 期 ;
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中国煤炭行业双碳战略推进系统性评估——基于煤炭上市企业实践的fsQCA组态分析

陈浮;潘许玥;骆占斌;夏依;郭维红;马静;

煤炭企业是我国能源生产主体,也是能源消耗大户。推进煤炭企业低碳发展与绿色转型是中国实施碳中和行动的关键环节,对促进煤炭高质量发展以及“双碳”目标实现具有重要意义。然而,对煤炭企业究竟采用哪些策略或技术来响应国家“双碳”战略一直缺少系统性评估。为此,本研究基于25家煤炭上市企业公开数据,采用fsQCA组态分析方法,探究经营规模、投入水平、技术创新和政策规范对企业碳排放强度下降的多元组态路径及差异性特征。研究表明:(1)环保投资、研发人员等单一要素无法构成煤炭上市企业实现高水平碳减排效应的必要条件;(2)煤炭上市企业碳减排存在5条组态路径,环保投资、研发投入占比和绿色专利数量作为核心条件介入多条组态路径,加大环保投资、研发投入及技术升级改造是当前降低煤炭企业碳强度的有效措施;(3)不同地区、不同规模煤炭上市企业碳减排效应组态存在显著差异。东部地区煤炭上市企业碳减排受环保投资和政策规范的共同影响;中部地区煤炭上市企业推进碳减排多为单一因素主导,其中政策规范驱尤为突出;西部地区煤炭上市企业推进碳减排受环保投资和技术创新共同作用。巨型煤炭上市企业推进碳减排受环保投资、研发投入占比、技术创新和政策规范等多因素共同驱动;不考虑营业收入的作用,边缘条件综合作用也能够驱动大型煤炭上市企业实现碳减排,尤其是环保投资和研发投入占比;一般煤炭上市企业推进碳减排主要为环保投资驱动型。本研究系统梳理了煤炭上市企业应对“双碳”战略的复杂组态路径,为全行业绿色发展提供科学依据。

年 期 ;
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我国煤矿绿色开采与生态修复技术发展现状及展望

康红普;李全生;张玉军;郭俊廷;刘鹏亮;

绿色开采是我国煤炭开发的必然发展方向。基于中国煤炭科工集团与国家能源集团主持和参与的科研项目,总结凝练分析了我国井工和露天煤矿绿色开采与生态修复方面取得的研究成果及技术现状。包括传统井工煤矿采动损害控制技术、基于开采工艺参数优化和覆岩承载结构稳定性维持的现代源头减损开采技术;露天煤矿生态型优化设计与规划、靠帮开采、沿帮开采与强化内排及生态修复窗口期协同利用等生态减损绿色开采技术;坚硬主控岩层预裂弱化控制导水裂缝带、顶板含水层控水开采、采动裂隙引导修复及采后导水主通道注浆封堵、分布式地下水库、露天煤矿采场注浆帷幕等矿区水资源保护技术;多源固废充填开采技术以及CO2矿化及粉煤灰资源化利用技术;采煤沉陷区井上下协同治理及功能化利用技术;地表裂缝及沉陷区植被分区修复技术;露天煤矿土壤改良与提质增容、内排土场生态型地层立体重构、高效粉尘阻控、植物优选保育与联合修复、景观生态功能提升等技术;煤矿区采动损害协同监测技术,绿色开采的研究与实践表明,我国煤矿已初步形成了以低损害开采、充填开采、保水开采、生态修复等为主的绿色开采理论与技术体系,为绿色矿山建设与煤炭高质量发展提供了可靠的技术保障。最后,提出了我国煤炭绿色开采技术的发展方向和建议。

2023 年 01 期 v.1 ; 国家自然科学基金面上基金资助项目(52174079)
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我国绿色矿山建设现状与存在问题及对策建议

武强;刘宏磊;曾一凡;柳晓娟;

绿色矿山建设是推动矿业升级转型和高质量发展的关键举措,是科学地破解人类为了生存发展而实施的开发利用工程活动与其生态环境保护之间的尖锐矛盾和冲突难题的一把“金钥匙”。回顾了我国绿色矿山建设的发展历程,阐述了在试点示范、政策法规、建设标准与评价体系以及绿色矿业发展示范区等发明取得的成就,同时分析了在绿色矿山建设过程中存在的内涵理解偏差和创建动力不足、绿色矿山建设水平有待提高、绿色矿山建设布局区域发展不均衡等问题和难点。为了推动我国绿色矿业科学、健康发展,重点从强化绿色矿山建设的系统化思维,完善绿色矿山建设的评价指标体系,完善激励约束政策和释放政策潜力,完善绿色矿山建设法律和规范性制度体系,完善绿色矿山名录动态管理机制,构建第三方评估监管机制或绿色矿山认证制度,发挥绿色矿山建设的法律约束作用与标准规范引导作用,以及运用市场化手段鼓励绿色矿山“开发式”建设市场等角度,提出了绿色矿山建设发展的5项对策。最后,面向新时代矿业高质量发展要求,从压实矿山企业绿色矿山建设主体责任以提升绿色矿山建设积极性,提升政府的主导作用职责和服务意识以营造政府服务与环境氛围,以及发挥企业创新主体地位以激活企业创新活力3个视角展望了未来绿色矿山建设路径和绿色矿业发展格局。

2023 年 01 期 v.1 ; 内蒙古自治区科技重大专项资助项目(2020ZD0020-4); 鄂尔多斯能源局科技资助项目(ZKZB2023-062); 国家重点研发计划资助项目(2021YFC2902004); 中央高校基本科研业务费资助项目(2023ZKPYSH01)
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中国绿色低碳经济政策:进展与展望

赵鲁涛;李丰荣;李照源;李悦;张倩;

为了改善生态环境,积极应对气候变化,并为经济、社会和环境创造一个更加可持续的未来,世界各国对绿色低碳经济给予了高度关注。在实践中,由于环境可持续性和经济发展之间存在着不可避免的权衡,绿色低碳发展往往面临着诸多挑战和矛盾。为此,我国政府已经推出了一系列政策以支持绿色低碳经济的发展。然而,这些政策的目标存在交叉,内容覆盖范围广泛,政策手段也有重复,亟需一个系统性框架对现有绿色低碳经济政策进行整合和分析,从而为完善现有政策体系提供思路和建议。首先明确了绿色低碳经济的定义和内涵,对主要的绿色低碳经济政策进行了梳理和效果评估。通过对相关文献和政策的深入分析,认为绿色低碳经济需要协调三大目标:节能降碳、经济发展和环境保护。在此基础上,搭建了一个中国绿色低碳经济政策的逻辑框架,该框架包含了基础要素、经济运行、示范案例和顶层设计四大类政策手段。对政策框架的分析发现,尽管中国绿色低碳经济政策已经初具逻辑框架,但仍存在一部分政策空白。因此,未来还需要不断完善政策体系,更加关注政策的协同性,以实现绿色低碳与经济增长的双赢。研究结果将为我国未来绿色低碳经济政策的发展方向提供政策建议,并为推动绿色低碳经济的可持续发展提供理论支持和实践指导。

2023 年 01 期 v.1 ; 国家自然科学基金资助项目(72271028,71871020)
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煤矿地质灾害隐患透明化探测技术进展与思考

许献磊;马正;陈令洲;

煤炭绿色智能安全开采和“双碳目标”发展战略的实现亟需解决煤矿地质灾害隐患透明化探测和地质安全保障这一重大技术难题。受地质探测理论、技术与装备发展水平的限制,煤矿地质灾害隐患透明化地质保障技术支撑能力还相对滞后,探测技术与装备智能化、精准化、时效性、共享性还无法满足绿色智能安全开采需求。20世纪90年代至今,煤矿地面高分辨三维地震勘探等技术不断发展,大幅度提高了精确描述煤矿复杂地质构造、预测煤矿灾害隐患的准确性(精度可达3 m),但其成果仅可部分满足煤矿开采对地质信息需求,更一步高精度的探测则需要通过煤矿井下物探来解决。此外,基于地面勘探和钻探成果所建立起的煤矿三维地质模型,并不是真正意义上的透明工作面,难以满足煤矿智能开采远程无人化操控对精细化乃至精准化的需求。实现煤矿地质灾害隐患透明化的目标,笔者提出在以下4个方面重点攻关:(1)聚焦矿井地质灾害源多地球物理场综合响应机制,研发煤矿地面勘探和井下探测技术和装备,研究矿井地质灾害源多物理场智能识别和动态反演技术,实现全要素地质灾害源识别精度;(2)研发矿井地质灾害隐患多场精细监测技术与装备,实现矿井地质灾害要素的透明化实时解析与适时反馈;(3)基于煤矿地质、钻探、测量等数据,研究地质灾害源定量精细表征和大数据智能识别技术,研究煤矿地质灾害因素敏感性属性信息聚合技术及高分辨率定量精细表征方法,实现地质灾害源多场多属性数据的时空融合和地质灾害的智能识别;(4)研究构建矿井地质灾害透明化立体全息地图及自动更新平台,构建多尺度三维地质模型,精细刻画井巷结构和灾害源形态的空间分布;研究构建地质灾害透明化立体全息地图,在采掘窗口内进行全息地图的实时更新与动态反馈,实现透明化全息地图构建、自动更新、专业分析和地质灾害源预警功能。

2023 年 01 期 v.1 ; 国家重点研发计划资助项目(2023YFC3008902); 国家自然科学基金资助项目(52174155)
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矿山数字孪生MiDT:模型架构、关键技术及研究展望

鲍久圣;张可琨;王茂森;阴妍;杨磊;葛世荣;

矿山数字孪生(Mine Digital Twin, MiDT)是智慧矿山建设的重要组成部分,是一个集成模型构建、智能控制、故障预测、人机交互等先进技术于一体的安全、高效、便捷的智慧系统,是推动矿山数字化和智能化转型发展的重要技术引擎。在矿山数字化与智能化建设的背景下,阐述了矿山数字孪生的基本内涵,对我国矿山数字孪生技术研究现状进行了总结与分析,并对其未来发展趋势进行了展望。首先,介绍了数字孪生的基本概念、级别划分、典型应用及最新发展,分析了矿山数字孪生存在的应用难点,表明了矿山数字孪生开发的必要性;其次,调研了数字孪生在矿山建设、开采、监控以及运维等方面的应用及发展现状,剖析了新一代信息技术与矿山数字孪生推进过程的深度融合;再次,阐述了矿山数字孪生模型的系统架构,分析了端层、边层、网层与云层等子系统的组成及功能,基于数字孪生五维模型的主要组成部分与运行机理构建了矿山数字孪生四边形系统模型;接着,阐述了矿山数字孪生模型系统架构与矿山数字孪生关键技术的内在关系,分析总结了矿山数字孪生在模型构建、智能控制、设备故障预测和人机交互等方面亟需突破的关键技术及研究内容;最后,从实际应用、模型系统架构、关键技术等方面归纳提出了矿山数字孪生技术未来的研究重点和发展方向。

2023 年 01 期 v.1 ; 江苏省科技成果转化专项资金资助项目(BA2023035); 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2022XSCX27); 江苏高校优势学科建设工程资助项目(PAPD)
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我国煤矿绿色开采与生态修复技术发展现状及展望

康红普;李全生;张玉军;郭俊廷;刘鹏亮;

绿色开采是我国煤炭开发的必然发展方向。基于中国煤炭科工集团与国家能源集团主持和参与的科研项目,总结凝练分析了我国井工和露天煤矿绿色开采与生态修复方面取得的研究成果及技术现状。包括传统井工煤矿采动损害控制技术、基于开采工艺参数优化和覆岩承载结构稳定性维持的现代源头减损开采技术;露天煤矿生态型优化设计与规划、靠帮开采、沿帮开采与强化内排及生态修复窗口期协同利用等生态减损绿色开采技术;坚硬主控岩层预裂弱化控制导水裂缝带、顶板含水层控水开采、采动裂隙引导修复及采后导水主通道注浆封堵、分布式地下水库、露天煤矿采场注浆帷幕等矿区水资源保护技术;多源固废充填开采技术以及CO2矿化及粉煤灰资源化利用技术;采煤沉陷区井上下协同治理及功能化利用技术;地表裂缝及沉陷区植被分区修复技术;露天煤矿土壤改良与提质增容、内排土场生态型地层立体重构、高效粉尘阻控、植物优选保育与联合修复、景观生态功能提升等技术;煤矿区采动损害协同监测技术,绿色开采的研究与实践表明,我国煤矿已初步形成了以低损害开采、充填开采、保水开采、生态修复等为主的绿色开采理论与技术体系,为绿色矿山建设与煤炭高质量发展提供了可靠的技术保障。最后,提出了我国煤炭绿色开采技术的发展方向和建议。

2023 年 01 期 v.1 ; 国家自然科学基金面上基金资助项目(52174079)
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中国经济绿色发展的政策演变、评价方法和实现路径

王锋;李皓浩;吴建雄;

中国经济绿色发展是实现“双碳”目标、推进高质量发展、建设美丽中国、建设生态文明的必由之路。然而,经济绿色发展的内涵、绿色发展政策的演变、经济绿色发展的评价方法、影响因素和实现路径等一系列理论问题尚未达成共识,亟待进一步探讨和解答,以期为深刻理解中国经济绿色发展作出基础性理论贡献,为中国践行新发展理念、推进高质量发展和建设生态文明的实践提供理论参考。首先探讨了经济绿色发展的内涵,其次梳理了中国的绿色发展政策,然后综述了评价经济绿色发展水平的方法,最后探讨了中国经济绿色发展的影响因素和实现路径。主要研究结论有4点:第1,绿色发展和经济绿色发展并没有共识性的定义,社会各界对其理解各有侧重,但对其核心内涵基本达成了共识。第2,中国绿色发展政策的演变分为2个阶段:1973—2010年是政策的萌芽和起步阶段;2011年至今是政策制定的加速推进阶段。第3,有关于经济绿色发展水平的评价方法主要有绿色GDP核算、绿色经济效率测度和经济绿色发展综合评价三大类。第4,中国经济绿色发展受到经济、环境和社会3方面因素的共同影响;实现经济绿色发展,须从提升科技创新能力、推进产业结构升级、加快能源结构转型、完善绿色发展体制机制等方面综合施策。

2024 年 02 期 v.2 ; 国家社会科学基金一般资助项目(22BJY127)
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矿山地下空间探测技术现状及发展趋势

王勃;李晓昭;申思洪任;王滢;舍子龙;苏玉彬;左原宾;

在当前全球气候变化和资源紧张的大背景下,实现“双碳”目标已成为各国的共同追求,开发利用矿山地下空间成为实现可持续发展的重要途径。地下空间精细探测作为矿山地下空间开发利用的重要前提,引起了学术界的广泛关注,是确保矿山地下空间安全、高效开发的基础。阐述了矿山地下空间探测技术的方法原理及当前发展现状,从“空(天)-地-井-巷”多视角以及“重-磁-电-震”多方法探测手段两个维度,系统地梳理了地下空间探测技术;通过深入分析和对比各物探方法在探测范围、探测深度、成本效益和异常体敏感性方面的区别,分析了不同矿山地下空间探测方法对于不同应用场景的适用性,总结并归纳出各探测方法的优势与局限性;研究了矿山地下空间探测的典型应用,通过分析实际工程应用的探测结果,凸显了各探测技术在实际工程中的应用价值,同时为今后的技术优化提供了实践基础。此外,探讨了未来矿山地下空间探测技术的发展趋势,阐明了多空间多维度联合探测与地下空间感知探测一体化机器人研究的可行性与必要性,有望进一步提升矿山地下空间探测的精度和效率,降低复杂地质环境下矿山地下空间探测的探测成本和探测风险,为矿山地下空间探测技术的未来发展方向提供了参考。

2024 年 03 期 v.2 ; 国家自然科学基金面上资助项目(42174165); 国家重点研发计划资助项目(2021YFC2902003)
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基于遥感生态指数的神东矿区1990—2022年煤炭开采对生态环境的影响分析

范雅慧;刘英;衡文静;岳辉;毕银丽;

定量分析煤矿开采、土地复垦等人类活动对环境产生的影响可为矿区环境保护提供复垦依据。基于1990—2022年Landsat影像,采用遥感生态指数RSEI评估神东矿区的生态环境时空动态演变特征,并利用随机森林模型建立温度、降雨、潜在蒸散发与RSEI的关系模型,得到气候条件下RSEI的预测值R′SEI,结合残差分析与基于Landsat的干扰和恢复趋势检测(Landtrendr)算法定量评估人类活动的影响。结果表明:(1)矿区与矿井尺度的整体RSEI均值皆有所上升,但矿井尺度RSEI均值低于矿区尺度;2018—2022年光伏区RSEI下降速率为-0.027,略低于控制区,表明神东矿区整体生态环境得到略微改善,但人为采矿活动导致矿井尺度生态环境质量低于矿区尺度,而光伏区的建设对生态环境起到了改善作用。(2)神东矿区采矿前(1990—1996年)和采矿后(1996—2022年)R′SEI与实际RSEI的相关系数R2为0.61。矿区生态环境在只受气候因素影响下呈变好趋势。(3)采矿后(1996—2022年),矿区尺度残差δ均值为0.07,δ<0的部分主要集中在矿区北部矿井集中区及其周边地区,占总面积的39.74%,每当矿区有新矿活动加入,δ<0的面积占比就会大幅增加;矿井尺度整体δ均值在1996—2000年呈下降趋势,2000—2012年呈上升趋势,2012—2022年呈下降趋势。(4) 1990—2022年矿区尺度扰动和恢复强度均值分别为0.45、0.37,矿井尺度扰动和恢复强度均值分别为0.43、0.37,矿井尺度扰动强度低于矿区尺度但恢复强度与其相近;采矿后(1996—2022年),扰动与恢复面积占比都保持先上升后下降趋势,表明矿区扰动和恢复行为总是伴随发生且煤炭开采所产生的扰动可由生态遭到破坏后的自我修复及人类复垦行为进行抵消。矿区扰动持续时间占比最大为1 a,恢复持续时间最大为16 a,表明研究区的采矿扰动为急剧的采矿干扰事件,短暂采矿干扰影响发生之后,便有恢复事件发生,且人为对矿区采取的修复行为具有长期性和持续性。综上所述,煤矿开采行为对矿区生态环境造成较强的负面影响,但人类对矿区生态采取的各种治理措施及环境自身的修复能力可对其进行修复。该研究有助于理解煤炭开采对矿区生态环境的影响,并为神东矿区生态环境质量的恢复与提升提供科学依据。

2024 年 01 期 v.2 ; 国家重点研发计划资助项目(2022YFF1303300); 陕西省自然科学基础研究计划资助项目(2023-JC-YB-440,2023-JC-YB-266)
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化学链燃烧减排二氧化碳技术展望

刘通;王辰;宋毅文;曾德望;

化学链燃烧是一种新型的燃料转化技术,利用载氧体在气固相之间传递氧原子,实现了燃料的高效燃烧和CO2的原位分离。该技术的核心在于载氧体和反应器的高效设计。然而,面临的挑战包括载氧体的反应活性低,易于烧结失活;反应器与燃料的耦合匹配难度大,装置的优化设计与工业放大技术尚未成熟。鉴于此,综述了化学链燃烧中载氧体和反应器的设计与应用的研究进展。首先,综述了当前载氧体的研究现状和设计理念,单金属氧化物制备流程短、高温反应活性高,但其在长期高温反应中的稳定性受限;多元复合金属氧化物借助金属间的协同作用,优化了载氧体的抗烧结能力,显著改善了载氧体的反应活性和长周期循环稳定性;采用工业废物作为载氧体显示出了环境和经济双重价值;液态载氧体具有良好的高温适应性和流动混合特性,但面临着成本和稳定性的挑战。其次,详细介绍了化学链燃烧反应装置的研究现状,对比了流化床、固定床和旋转床反应器的工作原理、优势和不足,分析它们对于燃料类型、反应条件的适应性以及转化特性。流化床反应器具有良好的传热和传质特性,同时也对载氧体的物理性能要求较高;固定床反应器结构简单,但在大规模应用中传热效率受到限制;旋转床反应器能够较好的结合系统的灵活性和效率。最后,对载氧体和反应器的开发设计进行分析和展望,以期为后续化学链燃烧技术的优化设计和工程示范提供参考。

2024 年 02 期 v.2 ; 国家自然科学基金面上资助项目(52276105)
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