智能示范礦井

“智能示范礦井”欄目 重點(diǎn)推送《智能礦山》“智能示范礦井”專欄刊載的論文，邀請全國各礦井分享最新智能化建設(shè)成果、亮點(diǎn)與經(jīng)驗(yàn)，旨在發(fā)揮典型智能示范礦井引領(lǐng)作用，促進(jìn)我國礦山智能化建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展。截至目前，《智能礦山》雜志已刊載75家礦井智能化建設(shè)成果論文127篇。 ? 點(diǎn)擊訂閱

通風(fēng)系統(tǒng)是礦井的八大生產(chǎn)系統(tǒng)之一，是煤礦安全生產(chǎn)保障體系中的重要基礎(chǔ)，在礦井生產(chǎn)中有著極其重要的地位和作用。穩(wěn)定可靠、災(zāi)變可控的通風(fēng)系統(tǒng)是保障礦井通風(fēng)安全，避免火災(zāi)、瓦斯爆炸事故發(fā)生和防止事故擴(kuò)大的重要保證。

文章來源：《智能礦山》2026年第2期“智能示范礦井”欄目

作者簡介：姬周飛，現(xiàn)任國家能源集團(tuán)新疆能源化工有限公司通風(fēng)副總工程師，主要從事礦井“一通三防”技術(shù)管理及智能化推廣應(yīng)用工作。E-mail：2311094663@qq.com

作者單位：國家能源集團(tuán)新疆能源有限責(zé)任公司

引用格式：姬周飛. 國能烏東煤礦智能通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用 [J]. 智能礦山，2026，7（2）：15-21.

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在通風(fēng)系統(tǒng)最優(yōu)設(shè)計(jì)與改造，通風(fēng)設(shè)施、設(shè)備的最優(yōu)調(diào)節(jié)與控制，系統(tǒng)故障診斷和災(zāi)變處理過程中，海量通風(fēng)數(shù)據(jù)分析處理、實(shí)時(shí)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算、通風(fēng)隱患及時(shí)準(zhǔn)確判識、通風(fēng)系統(tǒng)可靠性動(dòng)態(tài)評價(jià)、調(diào)風(fēng)與控風(fēng)方案最優(yōu)決策、災(zāi)變通風(fēng)聯(lián)動(dòng)控制等，依靠人工和經(jīng)驗(yàn)存在諸多問題。為優(yōu)化通風(fēng)管理，增強(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)抵御災(zāi)害的能力，構(gòu)建通風(fēng)智能決策與控制平臺(tái)。

將互聯(lián)網(wǎng)+、礦山物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新一代信息技術(shù)與礦井通風(fēng)專業(yè)技術(shù)相結(jié)合，建立安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的礦井智能通風(fēng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)狀態(tài)在線精準(zhǔn)監(jiān)測、隱患自動(dòng)辨識、設(shè)施設(shè)備智能調(diào)控、故障自動(dòng)診斷、災(zāi)變決策控制。

礦井通風(fēng)作為煤礦安全生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)保障，提升礦井通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平是智能礦山建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。利用智能化操控手段，按照需求調(diào)整礦井內(nèi)通風(fēng)狀況，可確保工作人員獲得穩(wěn)定、節(jié)約成本且持久的新鮮氧氣供應(yīng)。并可有效減少或消除礦井內(nèi)有毒物質(zhì)如灰塵和其他污染物排放，優(yōu)化礦井環(huán)境質(zhì)量。

智能通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)體系

國家能源集團(tuán)新疆能源化工有限公司烏東煤礦（簡稱烏東煤礦）智能通風(fēng)系統(tǒng)的3個(gè)主要模塊分別為智能感知、智能決策和管控以及多源數(shù)據(jù)融合平臺(tái)。煤炭開采礦井智能通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的精確性和智能化處理，減少因人工操控導(dǎo)致的通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評估延遲、實(shí)施錯(cuò)誤及潛在的安全隱患等問題，智能通風(fēng)裝備技術(shù)體系架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能通風(fēng)裝備技術(shù)體系架構(gòu)

（1）智能感知模塊

利用智能化設(shè)備精準(zhǔn)檢測風(fēng)力數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)自動(dòng)更新并精確定位礦山通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的巷道參數(shù)，與煤炭監(jiān)測和監(jiān)控系統(tǒng)連接，在重要區(qū)域設(shè)置全面且高精度風(fēng)速和壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)在線模擬和跟蹤通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)變化情況。

（2）智能化決定和管理系統(tǒng)

利用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的大型數(shù)據(jù)庫，執(zhí)行智能決定和管理策略，建立通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)并實(shí)時(shí)監(jiān)控和動(dòng)態(tài)計(jì)算，檢測和預(yù)警有毒有害氣體釋放，生成巷道空間有害氣體云圖，提供通風(fēng)調(diào)整的支持性建議，確保煤礦中通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)在線動(dòng)態(tài)監(jiān)視、智能解析、即時(shí)警示以及二維或三維一體化的數(shù)字圖像動(dòng)態(tài)分析和遠(yuǎn)端自動(dòng)操作。

（3）多源數(shù)據(jù)融合平臺(tái)

采用GIS技術(shù)搭建礦井通風(fēng)系統(tǒng)的基層平臺(tái)模型，運(yùn)用多源數(shù)據(jù)融合和冗余分析的技術(shù)建立礦井網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及實(shí)時(shí)運(yùn)算模式。根據(jù)風(fēng)量需求和風(fēng)網(wǎng)敏感度評估，選定最優(yōu)通風(fēng)系統(tǒng)策略，創(chuàng)建實(shí)時(shí)通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分析和警報(bào)平臺(tái)，展示礦井通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)鍵信息、動(dòng)態(tài)變化。提供智能化控制和管理解決方案，自動(dòng)調(diào)整和管理智能通風(fēng)設(shè)備。

智能通風(fēng)參數(shù)精準(zhǔn)感知及控制平臺(tái)建設(shè)

2.1 通風(fēng)參數(shù)精測技術(shù)及裝備

采用基于超聲波原理測速及高靈敏度電容式測壓技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了井下巷道風(fēng)量、風(fēng)壓等通風(fēng)參數(shù)的高精度、高可靠性監(jiān)測，增加了絕對壓力、溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測功能，提升了全域礦井系統(tǒng)通風(fēng)阻力的精準(zhǔn)在線感知能力，解決了風(fēng)速測不準(zhǔn)、風(fēng)網(wǎng)構(gòu)建精準(zhǔn)度低以及大斷面、小風(fēng)阻巷道風(fēng)壓測量困難的行業(yè)難題，提升了通風(fēng)技術(shù)準(zhǔn)確決策的水平，高精度通風(fēng)參數(shù)監(jiān)測設(shè)備如圖2所示，通風(fēng)參數(shù)監(jiān)測及分析系統(tǒng)如圖3所示。

圖2 高精度通風(fēng)參數(shù)監(jiān)測設(shè)備

圖3 通風(fēng)參數(shù)監(jiān)測及分析系統(tǒng)

2.2 巷道全斷面風(fēng)量自動(dòng)測量系統(tǒng)

采用超聲波測速原理及“六線式”測風(fēng)法融合技術(shù)，以電控壓風(fēng)為驅(qū)動(dòng)，精密磁偶式無桿氣缸為運(yùn)動(dòng)軌道，實(shí)現(xiàn)巷道風(fēng)量的自動(dòng)測量和遠(yuǎn)程控制。測風(fēng)時(shí)間<2 min，全斷面采集點(diǎn)風(fēng)速>200個(gè)，風(fēng)量測量誤差<5%，具有測量精度高、測風(fēng)速度快，運(yùn)行可靠、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，并配有聲光報(bào)警器，測風(fēng)時(shí)提醒行人、行車等待避讓，保證測風(fēng)安全性和準(zhǔn)確性。解決了礦井人工測風(fēng)精度低、效率差、儀器多、周期長等問題，減少了傳統(tǒng)測風(fēng)崗位人員投入，實(shí)現(xiàn)了巷道測風(fēng)無人化，巷道全斷面自動(dòng)測量裝置及原理如圖4所示，自動(dòng)測風(fēng)裝置遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)如圖5所示。

圖4 巷道全斷面自動(dòng)測量裝置及原理

圖5 自動(dòng)測風(fēng)裝置遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

2.3 通風(fēng)參數(shù)監(jiān)測傳感器布置方法

為確保系統(tǒng)功能正常運(yùn)作，在開采區(qū)域設(shè)置風(fēng)速與壓力傳感器，同時(shí)也在主進(jìn)回聯(lián)絡(luò)通道兩端風(fēng)口安裝了壓力傳感器，持續(xù)監(jiān)控礦區(qū)空氣流通狀況并實(shí)時(shí)測量風(fēng)速、氣流量及壓力。通過實(shí)時(shí)運(yùn)算和解析整座礦場的空氣流動(dòng)網(wǎng)路，評估其穩(wěn)定性和可信度。根據(jù)減少傳感器數(shù)量，增加檢測點(diǎn)數(shù)目的原則，全面評定鍵節(jié)點(diǎn)的重要性，制定出整體網(wǎng)絡(luò)中傳感器的配置策略，監(jiān)控點(diǎn)布置示意如圖6所示。

圖6 監(jiān)控點(diǎn)布置示意

（1）在線監(jiān)測主要井巷

在礦井的主要進(jìn)、回風(fēng)及風(fēng)流波動(dòng)較大的巷道安裝風(fēng)速傳感器，監(jiān)測風(fēng)量變化，利用通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)解算軟件動(dòng)態(tài)解算風(fēng)量變化對其他巷道的影響，并對供風(fēng)達(dá)不到要求的進(jìn)行提示報(bào)警。

（2）實(shí)時(shí)監(jiān)控采掘作業(yè)面

在開采區(qū)域設(shè)置檢測設(shè)備，監(jiān)測空氣流動(dòng)的各項(xiàng)指標(biāo)、分析挖掘、運(yùn)送、人員通行、開啟或關(guān)閉氣閘及巷道的空氣流速、流量和壓力變化模式，并根據(jù)參數(shù)關(guān)系和采集數(shù)據(jù)評估礦井工作環(huán)境的安全程度。

（3）監(jiān)控重點(diǎn)

依照實(shí)際生產(chǎn)需求，在整個(gè)礦井內(nèi)選擇關(guān)鍵位置安裝風(fēng)壓傳感器，監(jiān)測非采掘區(qū)域的主要風(fēng)門風(fēng)壓。

2.4 智能通風(fēng)決策與控制平臺(tái)建設(shè)

融合風(fēng)量參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、安全指標(biāo)、人員位置、壓風(fēng)救援以及相關(guān)的視像資料，構(gòu)建通風(fēng)系統(tǒng)的子網(wǎng)風(fēng)阻反演計(jì)算模型，提供全方位礦井通風(fēng)信息的智能化信息服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生成通風(fēng)記錄和風(fēng)阻分布，可實(shí)時(shí)處理礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)問題，對礦井通風(fēng)參數(shù)的異常情況作出診斷，迅速判斷災(zāi)難影響區(qū)域，提前預(yù)測突發(fā)事件，引導(dǎo)地下緊急疏散，高效地制定應(yīng)對策略，并且實(shí)施智能化的通風(fēng)管理，智能通風(fēng)分析及決策管控平臺(tái)界面如圖7所示，通風(fēng)系統(tǒng)三維展示系統(tǒng)界面如圖8所示。

圖7 智能通風(fēng)分析及決策管控平臺(tái)界面

圖8 通風(fēng)系統(tǒng)三維展示系統(tǒng)界面

通風(fēng)設(shè)施設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)建設(shè)

3.1 通風(fēng)動(dòng)力設(shè)備智能調(diào)控系統(tǒng)

（1）主通風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)

在地面主通風(fēng)機(jī)狀態(tài)信息感知、故障診斷、異常預(yù)警、智能調(diào)控方面，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、通風(fēng)參數(shù)、環(huán)境參數(shù)等進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化綜合監(jiān)測，開發(fā)主通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測分析軟件。通過即時(shí)采集風(fēng)機(jī)在軸向和徑向的振動(dòng)信號，實(shí)時(shí)監(jiān)測振動(dòng)的位移、速度和加速度，利用傅里葉變換、小波變換等技術(shù)實(shí)時(shí)頻譜分析，并基于ICA/SVM算法對風(fēng)機(jī)的健康狀態(tài)評估和故障狀態(tài)預(yù)警，實(shí)現(xiàn)提前預(yù)測通風(fēng)機(jī)異常狀態(tài)。

建立主要通風(fēng)機(jī)不同頻率運(yùn)行工況特性曲線庫，研發(fā)通風(fēng)機(jī)工況變頻調(diào)節(jié)關(guān)鍵裝置，基于風(fēng)網(wǎng)需風(fēng)量建立工況曲線查找模型，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)頻率的實(shí)時(shí)確定。開發(fā)雙風(fēng)機(jī)動(dòng)力裝置與附屬設(shè)施協(xié)同集控軟硬件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了雙風(fēng)機(jī)熱備用條件下的一鍵啟動(dòng)與切換，地面通風(fēng)動(dòng)力的一鍵式聯(lián)動(dòng)反風(fēng)，自動(dòng)測風(fēng)裝置遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)界面如圖9所示。

圖9 自動(dòng)測風(fēng)裝置遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)界面

（2）掘進(jìn)工作面智能通風(fēng)技術(shù)裝備

采用先進(jìn)的SVPWM變頻技術(shù)及流道風(fēng)冷散熱工藝技術(shù)，使線性調(diào)制度較SPWM提高15%，有效降低了諧波輸出；流道風(fēng)冷散熱較普通風(fēng)冷可降低溫升10～15 K，延長電器元件壽命，提升變頻器可靠性。正常工作下，額定工作頻次為30～50 Hz，風(fēng)量可調(diào)范圍為270～810 m3/min，非正常通風(fēng)下，調(diào)節(jié)頻次范圍為5～50 Hz，頻差可調(diào)整至1 Hz；系統(tǒng)具備手動(dòng)和自動(dòng)運(yùn)行功能以及2臺(tái)變頻器相互切換功能，可提高設(shè)備可靠性，保證局部通風(fēng)機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

采用WT測進(jìn)風(fēng)，進(jìn)口消音器、1級消音主機(jī)、2級消音主機(jī)、出口消音器4個(gè)主要消音器，使噪音降到<75 dB。在智能化管理方面，采用模糊控制技術(shù)，提高了設(shè)備自主性和靈活性，包括3個(gè)主要工作模式：自我調(diào)控的風(fēng)流模式、自我調(diào)控的排放瓦斯模式、人工設(shè)置頻率。

全面調(diào)整礦井內(nèi)空氣質(zhì)量，包括巷道溫度、二氧化碳含量和灰塵密度等因素。如果參數(shù)超過預(yù)設(shè)安全標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)自動(dòng)增加風(fēng)力輸出（提高頻率，但受到上層頻率限制），直到達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)；如果檢測到瓦斯?jié)舛冗^高，立即進(jìn)入自動(dòng)排氣模式確保安全。具備在線警報(bào)、人工與機(jī)器共同監(jiān)控、根據(jù)需求供應(yīng)風(fēng)力和災(zāi)害預(yù)防的功能，降低能源消耗并保障作業(yè)場所安全和員工健康，變頻智能局部通風(fēng)機(jī)及本地控制系統(tǒng)如圖10所示，局部風(fēng)機(jī)智能管控界面如圖11所示。

圖10 變頻智能局部通風(fēng)機(jī)及本地控制系統(tǒng)

圖11 局部通風(fēng)機(jī)智能管控界面

3.2 通風(fēng)設(shè)施智能調(diào)控系統(tǒng)

（1）風(fēng)門遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

選用高分子復(fù)合材料門體，具有輕質(zhì)、阻燃、抗靜電、抗腐蝕、抗氧化等特點(diǎn)；采用電動(dòng)液壓驅(qū)動(dòng)，相比電氣壓風(fēng)驅(qū)動(dòng)風(fēng)門，在風(fēng)門開關(guān)速度上控制更為穩(wěn)定，避免壓風(fēng)波動(dòng)對開門開關(guān)速度的影響，采用可編程邏輯控制與紅外、光控感應(yīng)控制技術(shù)，具有手動(dòng)、自動(dòng)、遠(yuǎn)程控制方式和智能防夾、煙霧識別以及災(zāi)變聯(lián)動(dòng)控制等功能，提升了礦井通風(fēng)防災(zāi)、控災(zāi)能力，輕質(zhì)高分子遠(yuǎn)程控制風(fēng)門及控制設(shè)備如圖12所示，風(fēng)門遠(yuǎn)程監(jiān)測及控制界面如圖13所示。

圖12 輕質(zhì)高分子遠(yuǎn)程控制風(fēng)門及控制設(shè)備

圖13 風(fēng)門遠(yuǎn)程監(jiān)測及控制界面

（2）風(fēng)窗遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

百葉式調(diào)節(jié)風(fēng)窗以電控壓風(fēng)為動(dòng)力，抗銹蝕葉輪式氣動(dòng)馬達(dá)和減速箱為驅(qū)動(dòng)，高精度旋轉(zhuǎn)編碼器為開度監(jiān)測，采用高強(qiáng)度、高密封性的軸承連接，有效降低粉塵干擾，保證風(fēng)窗百葉運(yùn)行穩(wěn)定性和風(fēng)窗百葉角度的無級調(diào)節(jié)，內(nèi)嵌2種風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié)模型：百葉角度-過風(fēng)面積-等效風(fēng)阻模型和風(fēng)速互饋模型，自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)窗過風(fēng)面積，實(shí)現(xiàn)井下區(qū)域風(fēng)量的動(dòng)態(tài)調(diào)控，電氣控遠(yuǎn)程控制調(diào)節(jié)風(fēng)窗如圖14所示，風(fēng)窗遠(yuǎn)程監(jiān)測及控制界面如圖15所示。

圖14 電氣控遠(yuǎn)程控制調(diào)節(jié)風(fēng)窗

圖15 風(fēng)窗遠(yuǎn)程監(jiān)測及控制界面

總 結(jié)

（1）采用高精度風(fēng)速、風(fēng)壓、溫濕度等通風(fēng)參數(shù)監(jiān)測傳感器及巷道全斷面自動(dòng)測風(fēng)系統(tǒng)，替代傳統(tǒng)人工機(jī)械測風(fēng)、調(diào)風(fēng)、控風(fēng)方式，主要測風(fēng)站自動(dòng)測風(fēng)，實(shí)現(xiàn)了測風(fēng)無人化，通風(fēng)路線阻力準(zhǔn)確分析，測風(fēng)人員工作量減少40%。為通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)控決策提供精確基礎(chǔ)參數(shù)。

（2）主要通風(fēng)機(jī)及局部通風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷，一鍵啟停、自動(dòng)倒機(jī)等功能，控制區(qū)域風(fēng)量自動(dòng)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了礦井通風(fēng)動(dòng)力設(shè)備管控的有人巡檢，無人值守。

（3）烏東煤礦采用智能化巷道通風(fēng)技術(shù)取代了紙張記錄方式追蹤通風(fēng)狀況及有害氣體的方式，可實(shí)時(shí)數(shù)字化展示通風(fēng)系統(tǒng)信息，預(yù)測預(yù)警災(zāi)害事件，也為決策提供數(shù)據(jù)參考依據(jù)，防止或降低煤炭開采過程中通風(fēng)安全的意外發(fā)生。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊中心擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄8種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

期刊簡介

《智能礦山》（月刊，CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139）是由中國煤炭科工集團(tuán)有限公司主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國法院士

刊載欄目：企業(yè)/團(tuán)隊(duì)/人物專訪政策解讀視角·觀點(diǎn)智能示范礦井對話革新·改造學(xué)術(shù)園地、專題報(bào)道等。

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期刊成果：創(chuàng)刊5年來，策劃出版了“中國煤科煤礦智能化成果”“陜煤集團(tuán)智能化建設(shè)成果”“聚焦煤炭工業(yè)‘十四五’高質(zhì)量發(fā)展”等特刊/專題30多期。主辦“煤礦智能化重大進(jìn)展發(fā)布會(huì)”“煤炭清潔高效利用先進(jìn)成果發(fā)布會(huì)”“《智能礦山》理事、特約編輯年會(huì)暨智能化建設(shè)論壇”“智能礦山零距離”“礦山智能化建設(shè)運(yùn)維與技術(shù)創(chuàng)新高新研修班”等活動(dòng)20余次。組建了理事會(huì)、特約編輯團(tuán)隊(duì)、卓越人物等千余人產(chǎn)學(xué)研用高端協(xié)同辦刊團(tuán)隊(duì)，打造了“刊-網(wǎng)-號-群-庫”全覆蓋的1+N全媒體傳播平臺(tái)，全方位發(fā)布礦山智能化領(lǐng)域新技術(shù)、新產(chǎn)品、新經(jīng)驗(yàn)。

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• 《智能礦山》創(chuàng)刊5周年回顧

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• 訂閱┃探秘太陽石的奧秘 呈現(xiàn)煤的真身：太陽石系列科普叢書重磅發(fā)售

往期特刊

中國煤科特刊

陜煤集團(tuán)特刊

神東專欄

重大進(jìn)展特刊

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理事、特約編輯特刊

紅柳林煤礦特刊

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