摘要：小煤柱及沿空留巷开采过程易产生裂隙造成采空区漏风,喷涂堵漏材料是巷道密封的关键,但是现有喷涂材料存在韧性差、易开裂等问题.为解决这一问题,研发了一种有机无机杂化的柔性喷涂堵漏材料.阐述了该柔性喷涂堵漏材料的制备原理及方法;进行了材料流动性、析水率、韧性测试,以及微观结构分析,确定了新材料的最佳配比;搭建了能够模拟矿山来压的堵漏风性能试验平台,在不同来压导致支撑墙体发生形变的条件下对柔性喷涂堵漏材料的巷道密封效果进行了验证.实验结果表明:无机水泥基材料经过有机杂化后降低了材料的析水率,增强了材料的流动性和韧性;当有机乳液添加量达到20%时,断裂伸长率增大至约 8%,这主要归因于材料内部形成的三维互穿网状结构,从而显著提升了其韧性;新材料的最佳配方为水灰质量比为0.6∶1、水玻璃添加量为 2%、聚乙烯醇添加量为3%、VAE乳液添加量为 20%.与传统水泥基材料相比,柔性喷涂堵漏材料内部有机网状结构可以发生一定的形变,促使堵漏性能提升超30%,且受矿山来压影响较小,对小煤柱及沿空留巷等易受矿山来压影响而产生裂隙的漏风起到更好的堵漏作用,降低煤自燃的发生概率.

摘要：准确采集各种信号及提取特征是实现采掘装备自动控制的关键.电动机轴承的振动信号是采掘装备自动识别煤岩的重要信号之一,其在复杂工况条件下受到环境噪声及部件摩擦的严重干扰,易导致信号特征模糊,影响采掘设备信号特征提取.提出一种基于改进型自适应噪声完备集合经验模态分解(ICEEMDAN)与遗传算法优化多尺度排列熵(MPE)的联合小波降噪方法,并通过信噪比、均方误差和降噪误差比来评价其有效性.研究表明:相较于EEMD-MPE、CEEMDAN-MPE与ICEEMDAN-MPE等传统方法,联合小波降噪方法在仿真信号和机械设备轴承振动数据集中的信噪比最大、均方误差最小、降噪误差比最大,该方法不仅展现出优异的噪声抑制能力,同时有效保留了表征机械状态的特征信息.通过研究煤矿采掘设备的电动机轴承信号,可为研究整个采掘设备的信号特征提供前置研究,并为后续煤岩自动识别与工矿设备自动化、智能化奠定了一定的基础.

摘要：针对煤矿井下瓦斯浓度预测精度受限的问题,提出一种基于双重注意力机制的时空图神经网络(DASTNN)模型,旨在提高煤矿井下抽采管网中瓦斯浓度的预测精度.该模型结合图卷积网络(GCN)和门控循环单元(GRU),通过时间和空间注意力机制,增强对管网拓扑结构与时间序列变化的特征提取能力.以gasnet-data1 和gasnet-data2 数据集为实验对象开展验证,结果表明,DASTNN模型的预测性能优于传统的HA、SVM、GCN、GRU等方法.在gasnet-data1 数据集中,DASTNN模型的平均绝对误差(eMA)为0.310,均方根误差(eRMS)为 1.069,决定系数(R2)为 0.975;在 gasnet-data2 数据集中,DASTNN模型的eMA为0.181,eRMS为0.745,R2 为0.990.实验结果表明,双重注意力机制能有效捕捉瓦斯浓度的时空依赖关系,显著提高了预测精度.

摘要：通过统计分析2023-2024 年我国煤矿发生的瓦斯超限事故,从矿井类型、事故发生地区、发生月份、企业类型、事故诱因等多个维度分析事故发生规律.结果表明:突出矿井、高瓦斯矿井发生瓦斯超限事故比例最高,分别达到54%、28%;全国瓦斯超限事故发生起数排名前三的地区为西南地区、华北地区、西北地区,瓦斯灾害严重地区更易发生瓦斯超限事故;3-5 月、8-12 月是瓦斯超限事故的高发期,这主要受煤炭企业生产组织影响;非国有企业发生瓦斯超限事故占比达 67.90%;采掘管理不善是瓦斯超限事故发生的主要诱因,温差影响下矿井"呼吸"现象是导致西北地区矿井发生瓦斯超限的原因之一.为减少矿井瓦斯超限事故发生,必须提高重视程度,从技术和管理两方面清除危险源,采用"风险超前研判与分级管控—大区域超前瓦斯治理—通风抽采系统稳定运行—高可靠性监控系统"和气压波动监测的精准防控策略,保障矿井安全高效生产.

摘要：随着煤矿开采深度逐年增加,煤与瓦斯突出的危险性和危害程度愈加严重.为研究埋深增大条件下煤与瓦斯突出的能量演化规律,以平煤十二矿为工程背景,选取浅部(407 m)、中部(731 m)及深部(1 108 m)开采过程中发生的典型突出事故案例,通过构建突出能量计算模型,分析不同埋深条件下煤与瓦斯突出的能量演化与释放规律.研究结果表明:在煤与瓦斯突出过程中,煤岩体弹性能和瓦斯膨胀能均随着埋深的增加而增大,在同一埋深下瓦斯膨胀能高于煤岩体弹性能 1～3 个数量级,是突出的主要能量来源;突出能量主要用于突出煤体的破碎与运移,而随着埋深的增加,煤体破碎功和运移功分别呈对数增长与指数增长趋势;此外,通过引入有效解吸比,定量表征实际参与膨胀做功的瓦斯能占突出煤层中总瓦斯能的比例,发现有效解吸比随着埋深的增加呈线性增大趋势,表明埋深越大,有效瓦斯膨胀能占比越高,突出危险性越高.

摘要：为预防煤矿瓦斯爆炸事故的发生,需确定事故危险源,分析事故发生的根源,并对其致因加以控制.探究RCA(根源分析法)在煤矿瓦斯爆炸事故分析中的优势、实施过程,引入AHP-RCA分析法,并结合实际案例运用头脑风暴、鱼骨树等分析工具,分析煤矿瓦斯爆炸事故发生的规律和共性问题,排查事故成因;在此基础上运用AHP(层次分析法)构造煤矿瓦斯爆炸事故成因层次模型,通过构造判断矩阵对事故成因进行定量分析,确定各判断矩阵的特征向量与权重,得出造成瓦斯爆炸事故的主要成因.研究结果表明:AHP-RCA分析法突破了传统事故树分析的局限性,通过权重量化可实现致因要素的优先级排序,其中人为因素与管理因素为主要致灾因子,基于此对在岗人员的安全管理提出整改措施和建议,可更好地预防事故发生.

摘要：在轨式输送机的长期运行过程中,轨道表面易出现磨耗和异物堆积,若不及时处理,将引发托车运行不稳甚至脱轨等问题.为解决人工巡检存在的响应滞后、检测精度低等问题,提出一种基于主成分法向量迭代最接近点算法(PCA-NICP)的轨道三维轮廓配准偏差检测方法,以实现对轨式输送机轨道表面异常的高时效、高精度检测:①首先进行数据有效性检测和离群点剔除;②采用主成分分析法(PCA)和法向量迭代最接近点算法(NICP)完成轮廓粗配准和精配准;③将轨道轮廓可视化处理,并输出轨道表面异常状态.实测数据验证结果表明,该方法在轨道磨耗和异物厚度检测中的误差小于0.3 mm,有效提升了检测效率与精度.

摘要：在新《矿产资源法》背景下,有序推进社会资本深度参与矿山生态修复,助力矿山生态修复从传统政府主导模式转向政策引导、法治保障、市场运作、资本参与多元模式融合,依托生态价值驱动、绿色金融创新、交易技术研发等多方因素共同推动矿山生态修复产业化、市场化与资本化进程.充分挖掘矿山生态修复市场化模式,深入剖析矿山生态修复核心驱动力,科学践行新《矿产资源法》中矿山生态修复的具体规定,系统阐述矿山生态修复市场化路径:构建"政策工具创新、资源优化配置、治理标准对标"多视角市场引导体系;探索集合"交易平台建设、交易机制创新、交易供给优化、交易监测监管"多维度市场运行体系;建立涉及"资本引导、金融创新、业态融合"多层次矿山生态修复社会资本支持框架;筹划涵盖"资源评估、市场转化、产业集群"多领域矿山生态产品价值转化机制.持续推动矿山生态修复从传统行政主导的单一治理模式向"法治刚性约束、政策柔性引导、市场弹性调节"并行联动转型升级,促进矿山生态修复从"末端综合治理"向"生态经济社会"协同增益范式跃迁,进而为实现矿区生态文明建设与矿业经济高质量发展深度融合提供合理参考.

摘要：总结了碱激发材料固化高矿化度矿井水中盐离子的机理及新型技术研究进展,分析了国内相关应用场景与技术关键.以高矿化度矿井水、煤矸石、粉煤灰、普通硅酸盐水泥及外加剂为原料,制备了碱激发胶凝充填材料,通过调节不同外加剂含量,测试试块抗压强度及浸泡液中离子浓度.结果表明,添加4.8%工业水玻璃的试块抗压强度最高.在此基础上,进一步添加氧化钙作为外加剂,同时,对粉煤灰进行高温预处理,最终氯离子固化率达到 87.54%,硫酸根离子固化率大于或等于 98.72%.实验结果表明,基于煤基固废的碱激发材料能有效固化矿井水中的盐离子.在Cl-与SO2-4 共存条件下,需重视离子固化优先级,通过配比优化合理分配铝源;粉煤灰预处理是提升碱激发材料性能的有效手段,可显著提高离子固化率与资源利用率;针对不同水质特征的矿井水,应开发定制化配比方案,并结合预处理工艺,以实现盐离子的高效固化与资源化利用.

摘要：为科学量化不同露天开采工艺的碳排放强度,明确其碳排放差异,以支撑露天煤矿的低碳化工艺选择.基于生命周期评价(LCA)方法,识别了露天煤矿不同开采工艺全生命周期内碳排放源,并以各生产环节为研究对象,采用方差分析法,系统分析了单斗卡车间断工艺、单斗卡车半移动破碎站半连续工艺、轮斗连续工艺、单斗自移式破碎机半连续工艺和抛掷爆破拉斗铲倒堆工艺等 5 种开采工艺的碳排放强度特征.研究结果表明:5 种开采工艺的碳排放强度差异显著,各工艺的碳排放量由大到小依次为单斗卡车间断工艺、单斗卡车半移动破碎站半连续工艺(约等于单斗卡车自移式破碎机半连续工艺)、轮斗连续工艺、抛掷爆破拉斗铲倒堆工艺;运输排弃环节为多数工艺碳排放的核心排放源,碳排放占比47.06%～87.49%,在碳排放源构成方面,单斗卡车间断工艺主要为柴油消耗,占比82.55%～87.49%,单斗卡车半移动破碎站半连续工艺主要为电能消耗,占比42.41%～69.47%;对开采工艺进行综合优化配置可显著降低碳放,单斗卡车半移动破碎站半连续工艺采用大带宽输送系统碳排放可降低12%～15%,单斗卡车工艺运输环节设备大型化可使碳排放强度降低 18%,设备"以电代油"可使碳排放强度降低80%.

摘要：深刻理解坡面尺度下采煤沉陷的水土流失效应是实现黄河中游煤炭开采区水土流失精准防控的重要科学基础.以陕北典型黄土采煤沉陷盆地为研究区,通过FLAC3D 数值模拟,从"坡位(边坡部位、中心部位、边缘部位)、自然坡度(5°、15°、25°、35°、45°)、坡向(顺坡、逆坡)"三元耦合的角度揭示采煤沉陷盆地主断面上凹形黄土坡面形变特征,基于CSLE模型和经验模型阐明凹形黄土沉陷坡面的土壤侵蚀效应.研究结果表明:在"坡位、自然坡度、坡向"三元耦合下,采煤沉陷会导致凹形黄土坡面的坡度增大,其中坡位是关键控制因子,坡度增幅随坡位由边缘向中心过渡呈"先升后降"的变化趋势,并在"边坡部位+自然坡度5°+顺坡"条件下达到最大,为 11.85%.无论是在"年侵蚀降雨"尺度还是"典型场次侵蚀降雨"尺度下,采煤沉陷均会导致凹形黄土坡面的土壤侵蚀模数增大,增幅在"边坡部位+自然坡度5°+顺坡"条件下达到最大,分别为11.40%、10.14%,坡位仍是关键控制因子.建议将根据地表凹形黄土坡面在采煤沉陷区的相对位置关系调整优化地下采煤工作面的布置,作为黄河中游陕北黄土采煤沉陷区水土流失效应的采前精准防控策略.

摘要：注浆充填是解决充水条件下高大采空区易发生大规模塌陷的关键技术,浆液扩散规律对工程设计具有重要意义.运用正交试验法开展水灰比、注入介质粒径和注浆压力对浆液扩散半径与压力稳定值的影响研究,深入讨论浆液扩散形状和浆液压力的变化规律.研究结果表明:各因素对浆液扩散半径影响由大到小依次为注入介质粒径、水灰比、注浆压力,其中注入介质粒径对浆液扩散半径影响具有显著性;各因素对浆液压力稳定值影响由大到小依次为水灰比、注入介质粒径、注浆压力,其中水灰比和注入介质粒径对压力稳定值影响具有显著性;在注浆过程中,浆液流动经历了竖向沉降、横向扩散和向上渗透 3 个阶段;压力变化整体呈现出动力峰值、排水卸压、阶梯式增长及趋于稳定的动态特征.研究结果可为注浆充填设计提供参考.

摘要：采矿活动驱动下的土地利用变化对矿区"碳源—碳汇"平衡具有深远影响,探究其演变规律对推进区域绿色发展至关重要.以淮南矿区为研究对象,基于2000-2024 年Landsat卫星影像提取土地利用数据,结合能源消费与夜间灯光数据,采用InVEST模型与政府间气候变化专门委员会(IPCC)碳排放系数法,对矿区碳储量、碳收支及水上光伏碳减排效益进行定量评估.研究结果表明:淮南矿区土地利用结构变化显著,采矿与建设用地扩张、耕地减少等因素,导致碳储量持续下降;碳收支时空分异明显,采煤活动在增加碳排放的同时也因沉陷水域形成而增强碳汇能力;光伏电站年均减排CO2 约67 万t,全周期累计减排CO2 量相当于全区 4 a碳排放总量.基于研究结果,提出差异化分区治理策略,可为资源型区域低碳转型提供依据.

摘要：为解决多数充填开采技术采煤、充填工序的时空矛盾,综合分析国内煤矿充填开采技术的应用现状,探讨了现有各类充填开采技术存在的问题.基于此,结合自行设计的采充独立复合液压支架,提出了煤矿无损充填开采技术构想,划分了无损充填开采技术途径,以实现煤炭开采过程中生态环境、开采效率与工作空间的近零损害;基于研究团队相关成果,提出了一种适用于无损充填开采的强化充填法,并完善了工艺流程,可实现充填体强度对于顶板破断过程中不同区域运动差异性的精准适配.以上述研究为基础,提出煤矿无损充填开采技术的未来发展方向为轻便化高效能设备的集成技术、智能化的采充装备、多元化利用的矸石基材料.

摘要：历史遗留废弃矿山生态修复是国土空间生态保护修复的重要组成部分与重点攻坚领域,其修复成效直接关系到国土空间生态系统的"短板"补齐程度.新形势下,亟须通过新理念、新技术和新标准系统解决历史遗留矿山问题,推进生态修复与相关产业融合发展."基于自然的解决方案(Nature-based Solutions,NbS)"被视作实现可持续发展的核心手段,系统阐述了其与历史遗留废弃矿山生态修复联系,构建了"多维度基底诊断—自然适配方案设计—分模块协同精准施策—长期监测与动态优化—生态价值转化与长效管护"全周期自然协同的生态修复技术体系,深入分析了其面临的自然基底、政策机制、技术适配、经济可持续、社会协同、监测评估多维度挑战,提出了持续理论研究、加强技术实践、推进长期监测、完善政策法规、注重公众参与实践路径,总结了NbS在历史遗留废弃矿山生态修复的经验启示,以增强生态修复与矿山本土自然特征的契合度,最终推动历史遗留废弃矿山形成自我维持、良性循环的绿色发展新格局.

摘要：陕北煤矿区作为我国重要的煤炭生产基地,长期的矿产资源开发引发了地表沉陷、植被退化、水资源破坏等一系列生态环境问题.为实现矿区生态环境的精准管控与修复,针对现有技术难以满足动态化和精准化监测的要求,提出了集"空—天—地"监测技术于一体的综合监测体系框架.该体系整合了卫星遥感、无人机遥感、地面传感器网络与人工实地调查等多种技术手段,涵盖了地质灾害、植被生态、水体环境、大气环境及土壤环境五大监测主题.通过设计多层次监测指标体系,明确了监测内容、技术方法与预警阈值.以陕北煤矿区生产矿井为例进行了应用实践,结果显示:2024 年 1 月至12 月期间,矿区地表形变达毫米级(A～D区累计形变-45.49～-23.60 mm);土地损毁以塌陷(1 254.70 hm2)、压占(12.33 hm2)为主;植被以中覆盖度(20.36%)、较高覆盖度+高覆盖度(33.49%)为主;地下水属 V 类水;土壤重金属整体符合农用地土壤污染风险管控标准.基于监测数据开发了矿山生态环境监测系统,实现"感知—分析—预警—决策"闭环管理.研究表明,该体系可实现对大范围矿区生态环境的动态实时和量化监测,为矿区生态环境监管提供了有效的数据支撑和决策依据.

摘要：矿区土地利用结构的持续演变对区域生态系统碳储量变化具有显著影响,量化煤炭开发区不同发展情景下土地利用转型对碳储量的响应机制,对于实现能源基地生态恢复与"碳达峰碳中和"目标具有重要意义.以榆神府矿区为研究对象,基于 1990-2021 年遥感影像数据,采用 InVEST模型定量评估不同时期碳储量变化特征,并通过PLUS模型模拟 2035 年在自然发展、耕地保护与生态保护 3 种情景下的土地利用分布,结合地理探测器模型揭示碳储量空间分异的主导驱动因子及其交互机制.结果表明:①1990-2021 年矿区土地利用格局显著变化,建设用地持续扩张,未利用地明显减少,草地和林地面积增加使碳储量总体呈上升趋势;②不同发展情景下碳储量响应显著,生态保护情景碳储量增幅最大(13.94%),耕地保护情景略有下降,说明政策参数显式化在模拟中具有重要调控作用;③碳储量空间分异受自然与人类双重驱动,黄土区以人类活动强度为主导,覆沙区受降水等自然因子约束.研究构建了"政策—情景—土地—碳储"链式耦合框架,揭示了半干旱能源基地碳储量演变的自然—社会协同机制,可为煤炭资源开发区生态修复、空间规划优化与区域碳管理提供科学支撑.

摘要：夜光遥感可直观反映资源枯竭型城市人类活动强度与城市扩张轨迹,有助于推动资源枯竭型城市绿色低碳转型发展.以黄河流域典型资源枯竭型城市焦作市为研究对象,基于类NPP/VIIRS夜间灯光遥感数据开展城市建成区识别,对 2000-2024 年焦作市建成区扩张与空间结构演变进行分析.结果表明:①焦作市建成区面积由52 km2 增至119 km2,扩张过程呈现"快速扩张—波动发展—内部优化"3 个阶段,反映资源枯竭型城市空间结构由粗放外扩转向集约内涵;②城市重心整体呈现"西北→东南"转移趋势,表明政策引导下功能新区对城市结构重构的主导作用;③SPSS单因素分析表明建成区扩张与常住人口、第一产业、GDP、城镇化率呈高度正相关关系,与原煤产量呈负相关关系;④地理探测器分析表明,自然条件因素逐渐减弱,政策引导、基础设施建设与新型产业聚集成为城市扩张和功能重构的核心驱动力.本研究揭示了典型资源枯竭型城市由依赖资源驱动向绿色低碳发展的转型路径,可为资源枯竭型城市绿色低碳转型发展提供科学依据.

摘要：赤泥作为一种碱性固体废弃物,可通过碳化反应实现对CO2 的矿化封存.为探究拜耳法赤泥在不同液固比、温度及CO2 流量条件下的湿法碳化特性,得到各条件下赤泥的储碳性能.以碳化后赤泥的烧失量和pH变化量作为评价其储碳能力的指标,通过动力学拟合分析了不同变量对赤泥碳化改性的影响程度.利用XRD、FT-IR、N2 吸附和SEM等手段,研究了赤泥碳化产物的演化规律,并探讨了赤泥的湿法碳化机理.结果表明,在液固比2.0∶1、CO2 流量100 mL/min、反应温度 30℃的最优条件下,赤泥储碳率可达5.68%,赤泥浆的pH值由9 逐渐减小并稳定至6.45.动力学拟合结果显示,各变量对碳化改性效果的影响程度由大到小依次为液固比、CO2 流量、温度.对碳化产物的表征分析表明,钙霞石与CaCO3 含量增加,其原因在于碳化改性过程中赤泥中的水钙铝榴石和AlO(OH)参与碳化反应,溶出Ca2+、Na+和OH-;其中部分Ca2+与溶于水中的CO2 反应生成CaCO3,其余Ca2+、Al3+、Na+作为离子源,生成了钙霞石.此外,碳化反应对赤泥中的碱性矿物的侵蚀,以及碳化产物的生成,使得碳化赤泥的比表面积较未碳化赤泥有所增大.

摘要：东部平原采煤沉陷湿地不仅是重要水源涵养地,亦是农业区生物多样性宝库,如何发挥其生态功能对区域农田生态系统至关重要.采用高通量测序技术和微生物网络共现方法,以泉润、九里、潘安3 种不同形成年限的采煤沉陷湿地底泥为研究对象,揭示丰富和稀有微生物群落的网络特征和功能.结果显示,湿地稀有细菌和丰富真菌类群的α多样性指数Shannon和Richness的变化趋势一致,随湿地形成年限增加而显著增长(九里>泉润>潘安,P<0.05).采煤沉陷湿地形成时间最长的九里组网络具有较高的连接数等拓扑属性,其网络稳定性和复杂性最高,网络节点之间正向关系占比均大于50%,湿地微生物类群之间趋向于合作关系.丰富细菌网络中变形菌门占比48.4%～57.3%,为主导菌门;丰富真菌网络中的主导菌门为子囊菌门,占比42.4%～55.9%.基于FAPROTAX功能预测发现,采煤沉陷湿地底泥细菌具有较强的代谢功能,且随湿地形成时间增加而提升,其中化能异养(11.78%～17.27%)、需氧化能异养(11.74%～16.24%)、芳香化合物降解(10.64%～12.27%)是细菌主导功能群.利用Funguild对湿地底泥真菌功能进行预测,发现主要功能类群为腐生菌,其中未定义腐生菌在3 个年限湿地中相对丰度平均占比约为 20.0%.采煤沉陷湿地微生物群落网络的高复杂性和功能的多样化可有助于采煤沉陷湿地生态功能恢复与再利用,对保障国家粮食安全、维护区域生态安全等具有重要意义.