摘要：我国煤炭资源开发重心已向西部矿区优势资源快速转移,期间大规模、高强度开采诱使2.0级及以上矿震活动频发.2024年内蒙古原煤产量跃居全国第一,但矿震灾害尤为突出.为有效遏制内蒙古矿区矿震突增势头,统计了内蒙古矿震频发矿井地质沉积特征,梳理了自2020年以来发生的26起2.0级及以上矿震案例,总结了矿震发生特点及发展趋势,结合地表岩移监测与覆岩离层观测结果,初步揭示了复杂沉积地层破断活动特征对频发矿震活动影响的特殊性,明确了矿震发生原因,提出了以主动卸压、减沉降载和生产布局优化为指导的矿震防控思路,并在受矿震严重制约生产的矿井开展了防控工业性试验.结果表明:内蒙古频发矿震矿区白垩系地层经历河流与风化沉积且发生大规模碳酸胶结作用,与下伏侏罗系地层形成重大不整合面,整体赋存形态和力学属性均表现出"骤变型"空间展布特征,造成了内蒙古煤矿矿震发生规律与机理的独特性;矿震多发生在邻空开采期间,震源位于采空区,对井上下几乎没有影响,发生过矿震的工作面复产期间降速开采甚至停产仍会再次发生矿震,凸显了矿区内覆岩断裂诱发矿震的复杂性;对矿震起控制作用的岩层动态变化,矿震发生后,地表快速下沉呈"阶梯式",引起矿震的岩层及其上覆岩层内部裂隙快速扩展,裂隙扩展范围的所有岩层错动失稳均可能诱发矿震,这是内蒙古煤矿矿震难以有效防控的主要原因;矿震防控工程实施后,白垩系地层积聚能量稳步释放,地表沉降得到有效控制,减震效果显著;通过优化开采布局,降低了高强度开采带来的不利影响,实现源头防控矿震的同时,也促进了内蒙古煤矿矿震与冲击地压协同主动调控技术升级,对于后续矿井产能稳步释放具有重要意义.研究成果可促进对内蒙古矿区矿震的理性认识,并可为矿震有效防控提供宝贵思路.

摘要：原煤分选过程首先需要对大块矸石、铁丝、编织袋等异物进行识别与拣选,以避免对后续工艺环节造成影响或引发安全事故.目前煤炭异物目标检测算法主要是面向已知对象的检测算法,对未知目标,尤其是各类锚杆、新式支护材料等具有复杂外观与语义不确定目标的检测能力不足,亟须研究能够同时具备已知与未知异物检测能力的目标检测模型.提出了一种基于多模态融合的煤炭异物开集检测方法.首先,基于DINO网络,设计了文本与图像的双模态特征信息提取架构,以获取更具类别判别性的文本与视觉特征,引入路径聚合特征金字塔网络,采用多层特征抽取策略,将深层语义特征与浅层空间细节有效结合,强化对小尺度煤炭异物的感知能力,提升检测精度;其次,构建了基于自注意力机制与交叉注意力机制的多模态特征融合模块,实现文本与视觉特征的深度交互与高效融合,并引入基于语言引导的查询选择机制,使任意类别文本描述与视觉查询建立对应关系,从而提升特征语义一致性与跨类别泛化能力;最后,设计了一种基于视觉-文本多模态解码模块,在每层查询更新阶段插入文本引导机制,使可学习查询在与图像特征交互前对齐语言特征,有效提升多模态特征对齐的准确性与鲁棒性.基于自建煤炭异物数据集构建多类别组合的开放动态环境,并系统开展了试验,结果表明本文方法在已知类别检测不同开放度任务中mAP@0.5精度均优于其他对比方法,在未知类别检测不同开放度任务中,未知类召回率分别达到41.24％、52.26％、57.13％,验证了零样本条件下的有效性.本文方法具备针对未知类别煤炭异物的检测能力,为煤炭异物的开集检测提供了有效的技术支撑.

摘要：随着我国煤矿开采规模不断扩大,综采工作面正向600 m以上的超长方向发展,仅600 m刮板输送机的刮板链质量便超过200 t,链传动系统自身消耗功率便达到了满载功率的30％.为应对刮板链自重大、整机能耗高、材料冗余大等问题,轻量化设计逐渐成为提高刮板输送机运行可靠性和经济性的关键技术路径.围绕刮板输送机的轻量化技术,系统阐述了国内外的研究现状与发展趋势.首先,材料轻量化是当前研究的重点,高性能非金属材料(如碳纤维、超高分子量聚乙烯、岩基复合材料)凭借低密度和优异的耐磨耐腐蚀性能,在刮板和中部槽等部件中展现出了显著优势;轻质金属材料如含铝高锰钢等,可以在保证强度和寿命的同时,实现大幅减重;此外,激光熔覆、等离子堆焊、仿生表面结构等表面强化与改性技术,通过提升零部件耐磨寿命,间接减少了冗余材料厚度,从而实现轻量化.其次,结构轻量化通过先进的设计优化手段发挥了重要作用.拓扑优化、参数优化和结构布局优化被广泛应用于链环、刮板、中部槽及减速箱体等核心部件,均实现了一定程度的减重效果.尤其是在结构布局优化方面,如多电机串联驱动和刮板间隔优化,从整体上平衡了动力和载荷分布,在不改变部件结构的情况下进一步实现了轻量化.此外,低摩擦链传动系统通过摩擦学设计,减少了刮板与中部槽之间的滑动摩擦,显著降低了能耗和磨损,为设备轻量化提供了新的途径.尽管取得了丰富成果,但现有轻量化研究仍存在局限:某些新材料在复杂工况下的力学性能尚不稳定;部分研究仅停留在仿真层面,缺乏长期工程验证;部分优化结构的加工成本和精度要求较高,难以大规模推广;同时,在煤尘水分作用下低摩擦传动系统效果衰减,制造维护成本高,工程应用受限.未来研究应注重多目标协同优化,在减重的同时兼顾强度、寿命和制造成本;在结构层面,应进一步探索刮板输送机的优化与颠覆性创新设计,如采用钢丝绳替代传统圆环链传动;在材料方面,加快新型高强度轻质材料的研发与应用;同时推动轻量化设计与增材制造等先进工艺的深度融合,并加强轻量化技术的集成与综合应用,从而实现整机轻量化.综上所述,刮板输送机轻量化研究不仅是应对能源安全和低碳发展需求的重要举措,也是推动煤矿智能化、绿色化建设的必由之路.

摘要：钻井法在西部深厚含水弱胶结基岩立井井筒施工中得到成功应用,体现了少人、安全、绿色、智能化建井技术发展方向.为解决该工法施工立井井筒出现的工程问题,笔者不断迭代发展钻井法凿井技术,从钻机、刀具刀盘、破岩钻进、井壁结构,以及施工工艺等诸多方面,分析存在的关键技术问题,介绍近期国内相应研究与应用进展,提出今后应重点研究方向.关键技术问题:我国现有竖井钻机难以满足西部地层特点及深大井筒施工要求,亟待研发新一代扭矩大、动力足、自动化水平高的大型竖井钻机;穿越西部侏罗系泥质砂岩时,排碴效果差、刀具磨损严重、钻进效率低下、易造浆等;适用于西部地层特性的井壁结构及设计计算方法;深大井筒井壁漂浮下沉过程的稳定性计算等.关键技术研究进展:研制了适应西部深厚含水基岩立井井筒施工的ZMD120/1200新型钻机;以破岩比能和岩石可钻性为特征参数分级指标,提出了侏罗系岩层可钻性分级标准;厘清了排碴流场分布规律及主要影响因素,提出了优化钻头吸碴口结构形式评判指标和方法,揭示了铣齿滚刀分区破岩力学机制.研发了低固相新型泥浆与调控技术,提出了适应西部地区条件的新型高强钻井井壁结构,完善了相应的设计计算方法,制备了大比重壁后充填材料,发展了深大井筒漂浮下沉与壁后充填技术.今后重点研究方向:钻机优化升级与智能化监控、刀盘刀具-排碴参数高效钻进全局优化、西部石炭二叠系地层钻井法凿井技术、西部地区钻井法凿井技术体系和相关标准规范等.

摘要：黄陇煤田煤层赋存于洛河组巨厚砂岩含水层之下,该含水层地下水储量丰富、补给充分,造成煤层开采受顶板水害威胁严重,顶板水害防治技术成为制约矿井安全生产的关键.为全方位分析黄陇煤田巨厚顶板砂岩含水层下采煤水害防治现状,探讨未来基于新技术开展顶板水害防控的重点攻关方向,从水害防治理论和技术视角全方位总结了近年来黄陇煤田巨厚复合顶板砂岩含水层水害防治的研究进展,依据黄陇煤田煤层开采过程中顶板水害特点,顶板充水类型总体上可以划分为3类6型,其中持续性高涌水量水害和非持续性涌水类中的脉冲式涌水、离层突水灾害为主要灾害形式;在理论方面,通过总结巨厚顶板砂岩含水层突水灾害形成的水源、通道、突水预兆、顶板结构、含水层的补给-径流-排泄条件、顶板覆岩破断以及导水通道演化等研究现状,明确了在高强度采动影响下,导水裂隙带发育高度显著,裂采比最高达30以上,直接沟通含水层是引发持续性涌水的原因,含水层补给和采动挤压的双重作用是造成覆岩弯曲下沉带与裂隙带交接区域产生离层空间形成脉冲式突水灾害的原因;总体上明确了强采动条件下覆岩变形破坏特征及水害成灾机制;在技术方面,通过分析现有的导水裂隙带发育高度探查、含水层水文地质参数获取、巨厚顶板砂岩含水层水害治理等技术的优缺点,提出"地下水截流"结合长距离定向钻探与靶向探放技术,形成的"断源截流、集中疏排"是有效防治巨厚顶板砂岩含水层突水的技术体系,并且明确了该技术体系的多元信息智能监测与预警技术建设方向.在总结现行巨厚顶板砂岩含水层水害防治理论和技术的基础上,结合前沿发展方向,明确了黄陇煤田当前仍面临强采动条件下离层水复杂流动路径释水致灾机理不明等问题,在深层次突水机理、高精度探测与监测、新型注浆材料研发、保水开采与生态保护以及矿井水资源化与智能化防控方面指出了今后需要重点发展的方向.

摘要：旋转机械传动系统永磁自驱化可促进装备的节能增效,为提高现有矿井提升机中小功率异步电机驱动系统的传动效率,研发了集驱动单元与负载为一体的永磁外转子提升机.但高度集成化的特点也使径向时变大载荷直接作用于滚筒外表面,带来了 2个技术难题:①永磁体边缘切削加剧齿槽转矩问题,大直径滚筒内壁需要轴向分段布置大量永磁体,并与多个定子槽相配合,具有高功率密度的拓扑结构设计不仅密切关系着驱动系统的效率和成本,而且能够有效抑制由磁场能量变化引起的齿槽转矩和转矩脉动;②气隙变化引起机械-电磁耦合振动问题,动载荷会引起承载面的局部变形,导致永磁体与定子外圆之间的气隙产生非均匀变化,加剧磁场畸变,诱发严重的机械-电磁耦合振动,需要从动力学的角度揭示气隙变化对振动的影响机理,有助于"对症下药"探索抑制方法.首先,综述了矿井提升机传动方案的发展历程,引出"无减速器、无高速轴、无联轴器"的永磁外转子提升机,并分析了该方案相较于三相异步电机驱动方案的主要优势.然后,重点阐述了永磁外转子提升机拓扑结构设计、动力学分析和永磁体磁性能影响因素3个方面的技术现状,包括外极弧偏心削极永磁体、永磁体边缘结构和非对称定子槽结构设计方法,气隙变化规律和机械-电磁耦合振动特性分析方法,以40极168槽单绳缠绕式永磁外转子提升机为例,基于有限元分析和现场试验相结合进行验证,结果表明:①"倒角形边缘外极弧偏心削极永磁体+非对称定子槽"模型可以降低转矩脉动9％;②气隙变化的诱因包括转子变形和定子变形,前者会增大电磁力波的幅值,后者则会在电磁力波的主谐波附近产生阶次为±2和±4的高次谐波.在永磁体磁性能影响方面,主要对永磁体退磁特性以及防退磁方法、永磁体的涡流损耗和温升控制2个方面展开论述,展望了永磁外转子提升机在永磁体磁性能方面的研究内容.最后,探讨了双绳缠绕式永磁外转子提升机的布置方案,以及在超深井提升系统中的应用前景.数值模拟结果表明:提升高度为2 000 m时,有效载荷最大可达70t.

摘要：月球矿产资源开发利用是化解地球能源危机的重要突破口.钻进取芯作为月基剖面样品采集的有效手段,是精准探明月球资源禀赋特征的关键前提.受月球极端环境、钻采能源动力、地层剖面复杂等限制,当前月基钻取仍存在"钻不深"的技术瓶颈.为突破低功耗条件下月基大深度样品采集难点,团队提出了绳系式自掘进钻进取芯方案,基于团队自主研制的绳系式自掘进钻进取芯机器人,开展了 5 m深度拟实月壤钻进取芯试验,揭示了拟实月壤自掘进钻取过程中的取芯、排屑运移规律,验证了钻进方案的可行性.针对月基苛刻工况,本文探明了不同钻头构型钻进力载演化规律,优选了适配的取芯钻头构型与钻进规程参数.试验结果表明:①拟实月壤绳系式自掘进钻进取芯过程中,转矩在4N·m范围内,钻杆排屑良好,能够有效获取壤芯样品;钻孔窥视显示,孔壁稳定性好,未随时间推移产生明显变化;②针对孤石、探头石钻进工况,复合片钻头相较于金刚石钻头,钻进力载显著降低,而钻进速度明显提升,展现出更优异的钻取综合性能.③针对拟实月壤,转速增加可有效降低钻进力载,而取芯率随转速增加呈先降后升趋势;相同进转比条件下,进尺速度与转速越大,其钻进力载与取芯率显著增加,这意味着钻进参数选取时需要兼顾取芯率与钻进力载的平衡.本研究可为我国未来月球无人深钻采样探测提供参考.

摘要：为推动露天煤矿领域新质生产力发展,服务煤炭行业高质量转型升级,支撑国家"双碳"战略目标,系统梳理了我国露天煤矿智能开采技术与装备的最新进展,阐述了全生命周期设计、绿色高效开采、智能开采、安全开采等方向基础理论与应用技术的创新成果,提出了无人智能航测、智能设计与管控一体化、智能穿爆与安防、无人化运输、设备远程智能操控、边坡工程地质灾害防控、人员-设备全域安全监管等7项智能化开采关键技术,解决了我国露天煤矿智能化建设面临的安全智能高效开采技术难题.系统总结了我国露天煤矿工艺技术创新与装备自主可控的发展进程,分析了大切割力轮斗挖掘机、大型矿卡动力传动系统等关键装备的突破,以及世界首台百吨级无驾驶室双向行驶纯电无人自卸车,纯电矿卡、换电矿卡、氢能矿卡等新能源装备的创新应用,构建了以连续化工艺创新应用、绿色动力系统升级、开采装备机器人化为标志的露天矿智能开采新模式.凝练了典型智能化露天煤矿建设成效与经验,研究表明未来露天煤矿智能化发展需深化"绿色、安全、高效"三大核心目标,突破高端装备及关键零部件自主可控"卡脖子"难题,积极应对柔性生产、双碳目标及无人矿山等挑战,推动构建AI大模型驱动的一体化智能决策新体系,为行业高质量发展提供理论支撑与技术路径.

摘要：突出动力灾害仍是我国煤矿深部开采的主要灾害之一,随着开采深度及强度的不断增加,其影响因素及耦合关系日趋复杂,在高地应力、瓦斯压力及含量等共同作用下,灾害危险性显著增强,严重制约煤矿安全高效生产.准确、可靠的监测预警技术与装备已成为深部突出动力灾害监测防控的迫切需求.研究了煤岩受载破坏声电效应理论及突出灾害声电瓦斯监测预警原理,明确了突出演化过程中煤体声电瓦斯信号的响应特征,研制了煤矿突出动力灾害声电瓦斯智能监测预警装备及系统,制定了掘进和回采工作面声电瓦斯分布式监测方法,进一步分析了煤矿突出动力灾害发生过程声电瓦斯响应前兆和其他扰动信号的时域-频域变化规律及其复杂演化特性,建立了突出危险声电前兆智能识别方法,基于此构建了煤矿突出动力灾害声电瓦斯监测预警技术体系,形成了煤矿突出动力灾害声电瓦斯综合智能分级预警方法,开发了煤矿突出动力灾害监测预警信息实时共享云平台,并选取现场典型案例对煤矿突出动力灾害声电瓦斯智能监测预警方法进行了应用验证;通过装备布设、数据集成及声电瓦斯特征挖掘与耦合关系综合判识,实现了突出动力灾害的智能精准识别及预警,为煤矿突出动力灾害的防控与应用推广提供理论及技术支撑.

摘要：煤矿发生安全事故后,巷道坍塌堵塞现象极为普遍,如何快速研判混杂坍塌体内部结构、打通救援通道是现场迫切需要解决的问题.目前,没有指导混杂坍塌体结构快速研判的方法,现场需要花费大量时间研判混杂坍塌体结构,制约了救援时效性,不利于救援通道的快速打通.为此,采用案例分析的方法开展了灾后巷道混杂坍塌体结构特征及其影响因素研究,建立灾害类型、围岩岩性和支护类型3个维度,每个维度依据其内在属性提取差异化指标,灾害类型维度分为渐进破坏和触发破坏2个指标,围岩岩性维度分为硬岩、中硬岩和软岩3个指标,支护类型维度分为锚杆/索支护系统、钢构和复合支护3个指标,3个维度不同指标组合得到18种混杂坍塌体结构类型及其特征,得出一种灾后巷道混杂坍塌体三维特征快速分类法,分类结果以代码(111-233)表示,第1位数表示灾害类型,1=渐变破坏型,2=触发破坏型;第2位数表示围岩岩性,1=硬岩,2=中硬岩,3=软岩;第3位数表示支护类型,1=锚杆/索支护系统,2=钢构,3=复合支护.对某矿113101工作面运输巷冒顶事故案例进行精细化分析,采用灾后巷道混杂坍塌体三维特征快速分类法对其灾后混杂坍塌体进行分类,分类结果是"131型",主要特征是软岩塑性流动形成均匀致密堆积,锚杆被岩体包裹呈散落分布,金属网拉伸变形覆盖底部;采用颗粒流数值模拟软件对事故坍塌特征进行模拟,其模拟结果为软岩塑性破坏,锚杆和锚索在岩体中变形或断裂,金属网拉伸变形覆盖表层,模拟结果与"131型"分类结果特征分析基本吻合.并对两例案例进行应用,分类结果分别是"121型"和"132型",且两例案例中混杂坍塌体结构特征与事故现场勘察结果吻合,验证了分类结果的合理性,证明了灾后巷道混杂坍塌体三维特征快速分类法的可行性,该方法可为煤矿事故应急救援中混杂坍塌体内部结构的快速研判与救援通道打通提供科学支撑.

摘要：针对以榆神矿区为代表的近浅埋厚松散层超大采高顶板控制问题,采用理论分析、数值模拟和现场实测的手段分别对 10 m超大采高综采工作面来压规律、顶板结构及工作面强动载矿压控制方法展开了分析研究.结果表明:近浅埋厚松散层超大采高顶板破断形态为"低位悬臂梁(等效直接顶)+高位砌体梁(关键层结构群)"组合形式,高位砌体梁失稳载荷与松散层厚度呈正相关关系,并随着基岩层承载能力增强而降低;当基载比Jz≤1.5时,覆岩层内的"垂直应力卸压区"和"水平应力集中区"影响范围将随着基载比增大而扩大,高位"关键层结构群"承载能力和结构稳定性逐渐提升,并有利于工作面整体来压步距的增大和来压强度减弱;当基载比Jz>1.5时,顶板岩层应力环境变化受基载比影响减弱,高位基岩层结构与松散层载荷趋于平衡,工作面强动载矿压风险显著降低.根据顶板结构特征及工作面来压规律,提出了强矿压防治对策:在基载比Jz≤1.5区域内,提升高位"关键层"结构承载能力是降低工作面来压强度的关键,应精准判定关键层位置,避免对承载结构关键层进行区域弱化;在基载比Jz>1.5区域内,降低采高或对低位厚硬顶板进行区域弱化,以提高采空区充实率,有效地降低工作面来压强度.研究结论在超大采高顶板区域压裂强矿压防治工业实践中得到验证和应用,并取得了理想效果.

摘要：为探究煤泥水处理过程中聚丙烯酰胺(PAM)药剂残留对低阶煤浮选效果的影响机理,以淮南矿区潘集、潘一东选煤厂低阶煤为研究对象,采用X射线衍射与傅里叶变换红外光谱法构建低阶煤特征结构单元模型,并结合密度泛函理论(Density Functional Theory,DFT)计算,研究水、十二烷、PAM吸附结构单元与低阶煤特征结构单元的相互作用;通过不同PAM药剂用量下的浮选试验验证DFT计算结果,并评估PAM残留对浮选效果的影响.DFT计算结果表明:水分子、十二烷和PAM吸附结构单元在与低阶煤特征结构单元的相互作用中,平均吸附能分别为-0.35、-0.39、-0.50 eV,吸附稳定性依次为PAM>十二烷>水分子,表明在竞争吸附体系中,PAM已在低阶煤表面形成更稳定的吸附构型,十二烷难以有效置换已吸附的PAM分子.在 3种PAM吸附结构单元中,P-DAC与低阶煤特征结构单元的吸附最为牢固,导致十二烷的吸附位点和吸附量显著减少,并且在PAM参与的竞争吸附体系中,整体吸附稳定性降低,进而削弱了十二烷的捕收效果.低阶煤特征结构单元与水分子的吸附机制主要由氢键作用和范德华力共同主导,其中氢键作用为主要驱动力;低阶煤特征结构单元与十二烷和PAM的吸附以范德华力为主,其中P-AM和P-AA通过与-C=O形成氢键辅助吸附.PAM能够通过影响捕收剂与低阶煤特征结构单元之间的电荷转移,进一步降低吸附稳定性.浮选试验结果表明:PAM能够提升精煤产率,但会导致精煤灰分显著增加、浮选回收率和完善指标下降,导致整体浮选效果恶化.结合DFT计算与浮选试验分析可知,PAM中的极性基团由于低选择性,会将煤与脉石矿物同时浮选,且PAM的网捕絮凝作用会干扰捕收剂的有效吸附,阻碍煤颗粒疏水化,进一步削弱浮选性能.研究通过DFT模拟与浮选试验揭示了PAM对低阶煤浮选效果的影响机理,为浮选工艺优化及絮凝剂的合理使用提供了理论依据.

摘要：煤炭资源高效智能化开采的发展对地下隐蔽致灾因素的精准探查提出了更高的要求.如何快速精确探查掘进工作面前方煤岩界面、地质构造和含水异常体是快速掘进亟待解决的关键问题.针对施工空间小、电磁干扰大、异常距离远等问题,将钻探与物探相结合,提出了掘进前方孔中综合超前探测体系.围绕提高径向远探测距离、实现高精度异常成像的目标,利用钻孔瞬变电磁技术开发了基于波场反变换的拟声波介质的虚拟波动场全波形反演算法和三分量空间定位算法,实现了孔旁隐伏含水异常体反演立体成像;针对钻孔雷达探测,提出了波速精准测定、基于钻孔轨迹的煤岩界面及构造空间约束偏移成像等方法.为突破单一探测方法及装备无法全面解释预测掘进前方隐蔽致灾因素的局限性,研制了集成钻孔瞬变电磁、雷达和伽马 3种方法的多参数多分量孔中综合探测仪,分析了不同频率电磁波探测的相互影响,开发了具有多孔对比、多参数联动分析功能的多源数据解释平台,通过数据融合解译,提高解释精度和岩性分辨率,减少多解性,形成成套孔中超前探测判识系统.现场应用表明,钻孔综合物探超前探测技术适用于快速掘进,一趟钻可实现超千米钻孔径向 30 m的精准探查,大幅提高了巷道快速掘进超前探查效率和精度,为煤矿绿色高效开发提供强有力的地质支撑.

摘要：煤炭是我国能源安全的"压舱石",而隐蔽致灾因素和深部环境"三高一低"问题威胁着煤矿安全、高效与绿色开采.目前,矿山隐蔽致灾因素的探测主要依赖地质调查、钻探及物探方法,但这些方法存在数据获取有限、成本高昂以及覆盖范围较窄等问题.分布式光纤感知技术(DOFS)凭借其分布式感知、长距离覆盖、高精度测量及抗电磁干扰等优势,能够实时监测应力、温度、渗流及振动等多场参数,从而显著提升了隐蔽致灾因素的探测能力.系统梳理了DOFS在矿山隐蔽致灾监测中的核心技术及其参数指标,包括光纤布拉格光栅(FBG)、光时域反射计(OTDR)、光频域反射计(OFDR)、布里渊光时域反射(BOTDR)、布里渊光时域分析(BOTDA)、布里渊光频域分析(BOFDA)、拉曼光时域反射(ROTDR)、拉曼光频域反射(ROFDR)以及分布式声波传感(DAS)等.从监测能力、适用场景及选型标准等多角度对上述技术进行对比分析,并结合典型工程案例,探讨了DOFS在煤矿围岩稳定性分析、支护结构健康监测、瓦斯灾害预警、巷道温度场演化及带式输送机状态评估等方面的应用优势.针对DOFS技术在多场数据精准获取、海量数据智能解译、感知数据有效表征以及多手段联合监测等方面的现状进行了分析,并提出优化方案,包括厘清光纤感知数据与致灾成因的反馈机制、优化多源多场耦合系统构建、建立基于时空大数据挖掘的灾害演化模型,以及推进智能监测与实时预警系统建设.基于"实体空间、感知空间、决策空间"三层架构,提出了矿山隐蔽致灾监测与预警体系的概念模型,并结合DOFS与人工智能技术,实现智能匹配与自主调控,从而为矿山灾害预警及智慧矿山建设提供理论与技术支撑.

摘要：刮板输送机工况复杂,链轮的过度磨损会导致刮板输送机啮合传动系统故障率提高,影响生产效率和使用寿命,甚至威胁操作人员的生命安全,因此,掌握服役期内链轮的磨损情况十分重要.受伸缩机尾调节链轮中心距控制链条张力的启发,设计了机头、机尾双电动缸机械驱动结构,链轮轴采用分段式结构,搭建了啮合传动系统模拟加载与振动磨损检测试验平台;建立了链条张力模型和啮合传动系统振动磨损微分方程,明晰了链轮磨损量、链条张力对传动系统振动位移的影响规律,设计了基于振动位移监测控制链条张力的控制方法;基于链轮中心距与链条张力的关系,设计了刮板输送机多工况模拟方法,真实模拟刮板输送机井下负载特性,分析了半载、满载、半载冲击和满载冲击工况下链轮磨损量对啮合传动系统振动位移的影响,开展了不同磨损量链轮的振动位移试验.结果表明:链条张力随着链轮中心距的增加而增大,啮合传动系统振动位移随着链条张力和链轮磨损量的增加而增大,实现了试验室环境下刮板输送机的真实工况模拟,为检测刮板输送机链轮磨损提供了有效方案,并且为基于链轮轴振动位移监测进行链条张力控制的研究提供了理论支撑和试验平台.

摘要：水射流自驱钻头修孔技术是针对井下失效钻孔的高效修复技术,提高自驱钻头修孔效率是提高煤矿安全生产效率的关键.自驱钻头修孔效率同时受到钻进效率和钻孔内煤屑运移效率影响,而钻进效率与煤屑运移效率相互制约.为达到最佳修孔效率,实现最大钻进效率的同时保证基本煤屑运移能力,采用CFD-DEM耦合研究了不同参数下的修孔过程,分析了不同环空比、射流压力、煤屑粒径及钻孔倾角下的煤屑运移规律,建立了不同环空比下煤屑运移临界质量流量理论模型,明确了不同射流压力、煤屑粒径及钻孔倾角下环空比的选取范围,并开展了环空煤屑运移规律试验,试验结果与数值模拟结果一致.得到以下主要结论:环空比、射流压力、煤屑粒径及钻孔倾角均影响环空煤屑运移,其中环空比是主要影响因素,环空流场流速和液固两相流压降是决定环空煤屑运移能力的关键参数.随环空比增大,流场流速先增大后减小,同时降低了液固两相流压降,导致煤屑运移能力先提升后下降.煤屑运移能力与射流压力呈正比,与煤屑粒径和俯孔钻孔倾角呈反比.确定了不同条件下最优修孔效率参数:当射流压力为 0～10 MPa时,选取环空比 0.53,当射流压力为10～15 MPa时,选取环空比 0.44,当射流压力大于 15 MPa时,选取环空比 0.39～0.44;煤屑粒径为 0.5～3.0 mm时,选取环空比 0.53～0.60;钻孔角度为-60°～0°时,选取环空比 0.44.最优修孔效率参数为井下修孔时不同条件下的钻头及管径的参数选择提供依据.

摘要：逆断层活化会加剧冲击地压发生危险,断层的倾角与刚度对冲击地压发生的能量积聚与释放具有控制作用.为分析不同断层倾角与刚度对煤矿冲击地压的影响,以义马矿区耿村煤矿赋存的F16逆断层为工程背景,综合运用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,分析不同断层倾角和刚度对回采工作面应力场演化及断层活化失稳的影响规律.结果表明:当逆断层倾角超过 60°时,逆断层剪应力与垂直应力显著集中,导致滑移风险系数β增加,断层易进入活化状态;当断层刚度比<1/5时,工作面超前支承应力峰值升高,同时水平位移呈现非线性增长,在工作面前方形成"应力屏障"效应,加剧了煤体能量积聚,增加冲击地压危险.以F16 逆断层为例,耿村煤矿 13200工作面处于F16 断层影响范围内.通过对F16 断层活动性进行监测可知,在监测期间内,13200工作面回采期间内,由于F16 受采动影响,断层发生活化,导致煤岩体内积累能量集中释放,诱发了 5次大能量微震事件.为断层型冲击地压的预测与防治提供了理论依据与参考价值.

摘要：煤炭浮选是现代选煤工艺中的关键环节,其智能化建设水平对选煤厂的经济效益具有显著影响.浮选精煤(简称"浮精")灰分的在线检测效果是制约浮选智能化进程的关键因素之一.浮精灰分直接反映精煤品质和杂质脱除效率,其在线检测数据对于指导药剂用量调整、优化工艺参数、稳定产品质量和提升精煤产率至关重要.针对煤炭浮选精煤灰分检测滞后性、多源信息融合数据利用难的问题,提出一种基于多源信息融合的浮选精煤灰分智能检测方法.在浮精XRF光谱数据的基础上,融合浮选过程数据和尾矿图像特征等多源数据,采用连续投影算法和多元线性回归进行光谱数据降维,以解决XRF光谱数据维度过大的问题.为了解决多源数据时序不匹配和非线性关系问题,基于希尔伯特-施密特独立性准则进行时间序列对齐,并采用动态节点调整正则化随机配置网络建立数据驱动模型,表征多源数据与精煤灰分间的非线性关系,通过优化网络节点结构,减少计算资源占用,提高模型的泛化能力和检测精度.基于工业数据试验分析,结果表明:该方法检测浮精灰分的均方根误差为 0.113、决定系数为 0.787、灰分绝对误差为 0.3时的合格率为 100%.最后开发了浮选X光灰分仪智能检测系统并在现场落地应用,浮精灰分检测结果达到了生产工艺对检测精度的要求,极大提高了浮精灰分检测的精确性和实时性,为浮选生产提供全面技术支持和决策依据.

摘要：煤炭开采引发的地表沉陷威胁矿区人居环境和基础设施安全,合理调控沉陷范围,可缓解受护对象安全与滞压资源回收之间的矛盾,对矿井合理规划和可持续发展具有重要现实意义.针对煤柱侧采动应力损伤在煤层-覆岩-地表中传导路径不明确,厚硬岩层预裂对地表沉陷边界调控机制不清晰的问题,基于理论研究和力学分析,明确了应力损伤在厚硬岩层中的传播效应,分析了应力损伤在覆岩中的传导路径,构建了地表沉陷边界的力学传导模型.在此基础上,揭示了基于厚硬岩层预裂的地表沉陷边界的调控机制,进而提出了沉陷边界优化方法,并进行效果验证.研究结果表明:厚硬岩层破断后形成的悬梁会承受额外荷载,使应力损伤向原岩深处偏移,对厚硬岩层特定位置预裂可改善煤岩体上方荷载和应力集中,减小地表沉陷范围.其中,偏移量与额外荷载呈正相关关系,预裂卸压能力与沉陷范围呈负相关关系;结合工程实例,确定了不同层位厚硬岩层预裂下的保护煤柱宽度:仅预裂高位厚硬岩层时为185.5 m,仅预裂低位厚硬岩层为176.1 m,高、低位厚硬岩层均预裂为 148.3 m,相较于未预裂方案,分别可多解放 6.0%、10.8%、24.9%的围护带外侧滞压煤柱资源.现场低位坚硬岩层预裂后,实测地表沉陷范围减小了 20 m,验证了模型与方法的准确性.研究结果可作为传统保护煤柱留设理论体系的有益补充,对矿区损伤防治及产能接续具有一定参考价值.

摘要：山西沁水盆地武乡南勘探区块是我国重要的煤层气资源富集区之一,然而其复杂的地质构造特征,尤其是褶皱与断裂的交错分布,极大地限制了煤层气的高效开发.为此,结合区域地质动力学背景,系统分析了该区块的褶皱和断裂构造特征,在对三维地震、测井和钻井资料精细解释的基础上,构建了研究区块的断层和煤层三维模型,并重点分析了该区块内沉积和构造特征与煤厚及煤层气含量变化的相关性.研究成果主要体现在以下 3方面:一是依据构造组成与产状特征划分了 4个不同的分布区域,并论述了各区域主要构造的性质、要素和分布特点,为区域地质构造的系统分类提供了科学依据;二是依据构造几何学与动力学分类方法,将区块控煤构造样式划分为 3种构造类型(伸展、挤压、走滑断层)和 9个亚类型,进一步细化了构造对煤层气富集的影响机制;三是通过对山西组与太原组砂泥比值、沉积、顶底板岩性及地质构造特征分析,概要论述了沉积环境、顶底板岩性与煤层厚度及含气量变化的相关性,揭示了沉积环境对煤层厚度具有直接控制作用,且煤层厚度进而影响含气量的分布,并进一步研究了构造对含气量丰度的控制作用.在此基础上,分别划出了 3号和 15号煤储层各 3个煤层气富集区域,并绘制了煤层气富集区分布特征图.该研究成果可为该区块煤层气高效开发的科学选区提供判识依据.