摘要：为解决物理相似模拟试验用型煤强度及渗透性与原煤差异较大的问题,探究不同煤阶煤样热压成型后的孔隙结构、力学与渗流特性,揭示煤阶对热压型煤性能的影响机理,采用自主研发的热压型煤成型系统,制备了 4种不同煤阶的热压型煤试样,基于高压压汞与低压液氮吸附试验,系统表征并对比了热压型煤与原煤的孔隙结构异同;通过开展单轴压缩与三轴渗流试验,分析了煤阶对热压型煤力学与渗流特性的影响规律;综合获取的关键参数,应用基于欧式距离的相似性度量方法,定量评估了热压型煤与原煤的相似程度.结果表明:在孔隙结构方面,随着煤阶升高热压型煤的最可几孔径先增大后减小,孔隙连通性先增强后减弱;在力学与渗流特性方面,随着煤阶升高,热压型煤的单轴抗压强度及弹性模量逐渐减小,初始渗透率先增大后减小;相似性分析表明,褐煤热压型煤与其原煤的相似度最高,其最可几孔径为原煤的0.8倍,单轴抗压强度达13.04 MPa,弹性模量为其原煤的1.012倍,主应力差峰值为原煤的0.98倍,初始渗透率为其原煤的1.3倍,其余煤阶热压型煤与相应原煤仍存在一定差距.然而,与常规冷压型煤相比,所有煤阶热压型煤的强度皆有所提升,渗透率也均有所减小,且该改性效果随煤阶升高而逐渐减弱,说明煤阶是影响热压型煤性能改善效果的关键因素.

摘要：弱胶结覆岩可导致工作面强矿压,甚至压架事故,严重威胁安全和影响生产.以准东二矿55m巨厚煤层顶分层综放开采为研究背景,采用现场实测、理论分析、室内试验以及数值模拟等方法对弱胶结覆岩下特厚综放面矿压规律及控制技术进行研究.结果表明:准东二矿首采区覆岩赋存表现为基岩厚度大,整体胶结程度弱,软或极软岩层占比87％;顶分层首采1101综放面推进期间,基本顶砌体梁在高位岩块回转的动荷载下二次破断失稳,原砌体梁承载结构被破坏,支架由给定载荷转为与直接顶共同承担体系变形,导致强矿压;据此,建立了支架上方拱结构岩块段的稳定方程并揭示了不同位置的受力规律,进而提出工作面"拱形"布置及回采工艺,以便顶板形成倾向承载结构从而控制强矿压,并揭示其将部分覆岩载荷转化为拱块段之间的相互作用力的矿压控制机理;数值模拟结果进一步得出新工艺下工作面顶板塑性区发育程度降低,顶板下沉量减小33.1％,支架上方拱结构将部分上覆载荷转化为内力,结构的应力水平上升,垂直应力高于原来的18％,最终降低了支架整体承受的载荷.现场实践表明,该技术对强矿压控制发挥着重要作用,支架受力最高峰值下降12％,较强来压范围由20～120号支架缩小至40～100号支架,同时,拱脚处最大挤压力有利于工作面两端三角煤及顶板及时折断垮落.

摘要：机械抓手是智能选矸机器人实现煤矸分选的关键.在煤矸智能分选过程中,存在矸石粒度差异大、表面湿滑,动态抓取冲击力大、长时间连续作业机械疲劳等问题,导致煤矸综合分选率低.针对上述问题,采用被动柔顺机构与主动柔顺控制相结合的方法,设计了一种新型的柔顺机械抓手.首先,分析选矸机器人分选流程,基于矸石运动学特征及物理特性,提出具有被动柔顺机构的机械抓手方案.采用柔性传动元件替代传统刚性结构,在爪片接触面设置橡胶缓冲垫片,并集成万向球螺柱、扭簧与包胶轴承构建多级缓冲体系.通过优化机械抓手结构参数,进一步提高机械抓手系统刚度,延长其使用寿命,增强其抓取稳定性.其次,基于力、位移和速度等多源实时反馈数据,集成导纳-阻抗混合控制器,实现矸石抓取过程中的自适应柔顺控制.最后,通过搭建视觉识别定位系统获取矸石位置和粒度参数,设计多变量矸石分选试验:选取3类材质、3种粒度等级的样本开展50组对比试验,测试柔顺机械抓手的抓取性能,验证柔顺抓取控制算法的有效性.试验表明:设计的柔顺机械抓手能够适应较大的矸石粒度范围,降低动态抓取冲击力,减少机械损耗,提高矸石抓取可靠性,矸石综合分选率达94％.结果表明:柔顺机械抓手机械机构设计合理,基于参数优化的机械抓手刚度提升方法可行,基于导纳-阻抗混合控制的柔顺抓取控制算法有效.研究成果将为提升选矸机器人综合分选率和延长机械抓手使用寿命提供技术支撑.

摘要：不同尺度孔裂隙的发育与赋存是煤储层矿体的基本特征,也是储层气体储集与运移的核心场所.原位改性采矿技术施行的载体与成效也恰在于不同尺度孔裂隙之中.深部煤与煤层气资源安全高效开采的关键,始终在于不同尺度孔裂隙结构的改造,以及其中流体吸附运移特性的改善.针对传统改造技术对深部煤储层适应性不足、改造机理不明等问题,系统阐述了从微纳米孔隙、微裂隙到宏观裂缝的煤体多尺度孔裂隙结构特征,分析了不同尺度孔裂隙结构对煤层气解吸、扩散与渗流过程的影响机制,提出了以"流体赋存运移状态改性"(增强解吸与流动性)与"煤体孔裂隙结构改性"(提高渗透性)为核心的2种改性原理.在此基础上,进一步阐述了 2类多尺度孔裂隙结构改性技术方法:一是基于竞争吸附和热效应作用的强化解吸型改性,即通过注入其他强吸附性流体或高温流体来降低煤体对CH4的吸附能力,强化气体解吸;二是基于物理-化学改性作用的结构增渗型改性,即依靠溶蚀扩孔与压裂造缝来改造孔缝系统,提高气体渗流能力.以超临界CO2流体(ScCO2)为例,通过系列试验揭示了 ScCO2作用下煤体在吸附膨胀、溶蚀增孔、力学弱化与压裂造缝等多机制共同作用下的多尺度结构演化特征,以及其对煤体吸附解吸能力与渗流特性影响规律,进一步建立了煤体多尺度孔裂隙结构改性与渗透性演化的多场耦合理论框架,为深部煤储层精准改性、超临界流体强化增渗及CO2地质封存提供理论依据.

摘要：天然氦、氢战略性气体资源评价与勘探开发是国家的重大需求,煤系中天然氦气、氢气的赋存分布、成因、富集规律研究具有重要意义.系统梳理了国内外相关成果,综合分析了典型盆地的地质条件、战略性气体体积分数高异常分布特征及控制因素,针对松辽盆地徐家围子断陷、渤海湾盆地沾化凹陷与鄂尔多斯盆地东缘三交北等代表性实例开展了对比研究,总结阐释了煤系氦气、氢气的成因机理、赋存分布特征与富集模式.已有研究结果表明:①煤系氦气、氢气资源具有多源供给和广域分布特征;煤系氦气以壳源辐射成因氦为主,具有"内源-外源"多源供氦特征;煤系氢气由有机质热解、水岩反应、深部脱气及微生物作用共同形成,松辽、鄂尔多斯、四川和准噶尔等含煤盆地普遍具有富铀源岩、良好储层和有效盖层等有利条件,具备氦、氢异常形成与富集的地质基础.②富集过程受源-储-盖组合与断裂输导系统耦合控制,煤层和泥页岩既是储集层又可成为局部供源,厚泥岩、膏盐岩等为关键盖层,深大断裂在活跃期导通深部壳源或幔源气体,在构造稳定期形成封闭体系.③煤系氦气、氢气富集模式在不同盆地展现出供源强度、断裂输导能力、盖层封闭性和储层条件的差异化组合特征,以及盆地边缘构造带与盆内凹陷区的差异化聚气机理.④气体赋存状态多样,氦气以游离态为主,主要赋存于孔隙和裂隙中,并可少量溶解于地层水,氢气以游离、吸附和溶解状态并存,气体富集多见于向斜核部、断陷洼地和盖层发育区,构造稳定性和盖层完整性是保存与形成资源潜力的关键.

摘要：矿井辅助运输物资调度是煤矿安全高效生产的重要环节.煤矿运输环境复杂、事故多发、物资需求分布广泛,主要依靠人工排班,车辆调度难度大、信息透明程度低,已成为煤矿智能化建设的重要方向.随着辅助运输机器人的研发与应用,物资配送逐步实现连续运输,正朝智能调度方向推进.针对矿井辅助运输物资调度问题,将其映射为自动化码头水平运输,提出一种基于数字孪生的辅助运输机器人集中式动态调度方法.以辅助运输机器人最大运输时间最小和运行路径无冲突为目标,考虑机器人续航、载荷、故障等约束,建立任务均衡分配与路径无冲突规划两阶段调度模型,并设计文化遗传算法和带时间窗的Dijkstra算法组成双层算法对模型进行求解.调度方案经孪生系统仿真验证后,由调度系统集中控制运输机器人与固定设备共同完成调度任务.以贵州某矿井实际辅助运输为研究背景,设计并开发辅助运输数字孪生系统,经虚实一致性验证后,对所提模型与算法进行仿真分析与试验测试.结果表明:辅助运输机器人动态调度策略能够合理分配调度任务,检测和消解机器人冲突,任务分配均衡率达到94.5％;分析订单数、车辆数、区段利用率等因素与运输机器人调度的关系,提高机器人利用率,优化井下资源配置;相比人工调度,动态调度策略规划的订单最大完工时间减少了 34.4％、抗扰动稳定性达到了 98.3％,机器人设备利用率达到92.79％,验证了所提模型与算法在规避井下机器人运行冲突与抗干扰调度的有效性,显著提高辅助运输机器人的调度效率.

摘要：以关闭矿井地下空间、盐穴、孔隙性含水层、深部不可采煤层为代表的深部特殊空间安全高效开发是保障国家深部资源能源安全的重要途径和重大战略需求.聚焦深部特殊空间探测-评价-利用中瓶颈背后的科技难题,系统梳理深部特殊空间探测、评价、利用研究现状,凝练构建深部特殊空间探测-评价-利用亟待突破的关键技术体系.研究结果表明:高精度探测与反演建模是实现深部特殊空间利用的前提;深部空间结构形态与灾害的精准探测与智能判识技术处于从单项突破向系统集成转变的阶段,但复杂环境适应性仍是主要挑战.多场多资源动态识别并科学评价开发潜力,是深地空间开发利用的核心挑战;机器学习与智能算法在深部地下空间评价与利用中正引发技术范式变革.矿山地下空间资源化、能源化、功能化再利用已成为推动资源型城市转型、实现"双碳"目标的关键路径;评价模型、适配体系、技术体系缺失,再利用案例较少是标准制定的最大障碍.深部煤层CO2地质封存、盐穴储氢、沉渣扩容与压缩空气储能、含水层储气、废弃巷硐物理储能是现阶段深部特殊空间的主要利用方式,但缺乏系统性、权威性的国家标准/行业标准,示范工程建设处于起步阶段.突破"精准探测与封存空间精细表征""多资源多物理场动态智能识别评估""矿山地下空间再利用全场景智能监测与安全保障""深部煤层CO2存储全生命周期安全监测与检测""多场扰动下深部地下空间物理储能动态密封性评价"五大技术体系,可为国家深地战略实施提供科技支撑.

摘要：深部开采条件下,煤岩瓦斯复合动力灾害致灾机理复杂且因素多重耦合,精准预警对保障矿井安全生产具有重要意义.提出了一种多源信息融合的深度学习预警方法,构建了 SCSSA-MSDA-TFT时序智能预警模型,其中,采用改进麻雀搜索算法(Sine-Cosine and Cauchy-enhanced Sparrow Search Algorithm,SCSSA)自适应优化模型超参数,引入多源域自适应(Multi-Source Do-main Adaptation,MSDA)实现异构监测数据的分布对齐与特征统一表征,并以时间融合Trans-former(Temporal Fusion Transformer,TFT)高效提取多源时序指标的动态演化特征,完成风险等级预警.针对微震监测、瓦斯参数等多源信息,构建数据驱动的复合动力灾害风险等级标定流程:以复合风险指数(Composite Risk Index,CRI)为核心,对其实施时序平滑,并基于受试者工作特征(Receiver Operating Characteristic,ROC)曲线分析确定高风险等级阈值;随后通过聚类有效性检验评估划分等级与数据内在结构的一致性.构建复合动力灾害预警指标体系,以XGBoost训练多分类基线并计算全局SHAP重要性,结合滑动时窗稳健性检验与子集筛选准则,形成兼具物理指向性与判别效率的紧凑指标子集.结果表明:模型在测试集的宏平均F1达到0.965、准确率为0.961,较对比模型与消融模型均有显著提升,能够准确捕捉复合动力灾害的多尺度前兆并实现对风险等级的精准预测与预警.所提出的深度学习融合预警方法能够有效整合多源信息并建立等级标定与指标体系,对提升复合动力灾害风险等级预警的准确性与可靠性具有重要工程应用价值.

摘要：研究高应力敏感性煤体裂隙在外部载荷作用下的演化机制及其对渗透率的控制作用,是揭示深部煤层瓦斯运移规律的关键.针对传统图像分析在煤体CT图像裂隙表征中的局限,研究采用深度学习算法自动分割裂隙,并基于0～25 MPa围压下的原位CT实验数据,重构了裂隙网络的三维结构与拓扑模型,量化了其结构参数的演变规律.在理论模型表征方面,不同于传统的裂隙平均化处理方式,引入币状裂隙假设来等效表征裂隙在应力下的逐级闭合行为.进而构建了反映裂隙系统基本闭合应力条件的临界应力模型.基于该理论,进一步推导出适用于高应力条件的渗透率演化模型.结果表明,深度学习模型对分布外图像的预测精度达84.14％,显著优于传统方法的40.96％,有效提升了裂隙提取准确性.当围压从0 MPa增至6 MPa时,裂隙平均开度由136.96 μm降至75.29 μm,平均迂曲度由2.87升至3.32,而表征连通性的平均配位数从2.45降至1.21.围压达25 MPa时,裂隙率平均下降98.99％,表明裂隙基本闭合.基于静水压缩实验力学数据及试错迭代算法,获得临界应力分别为24.16 MPa和23.86 MPa,对应渗透率低至8.78×10-7 μm2和4.20×10-6μm2,其换算的扩散系数与煤粒解吸实验中测得的量级一致,间接地证明了临界应力条件对于渗流通道的封闭作用.与传统模型相比,考虑裂隙闭合和弹性压缩的渗透率演化模型预测精度显著提升,尤其在高于20 MPa的高应力条件下,平均误差降低51.14％.

摘要：冲击地压是一种在动、静载荷叠加作用下发生的突发性动力灾害,具有破坏过程剧烈、能量释放集中、发生机制复杂等特点,对矿井安全生产构成严重威胁.为在实验室中真实再现冲击地压的破坏过程并揭示其动力学本质,仅依赖现有静力学相似原理的物理模拟方法难以全面揭示冲击地压的动力学特征.为此,以冲击地压的动力致灾机理为研究对象,提出了一种以加速度相似比为核心的煤岩动力学相似准则体系,旨在构建可真实反映冲击地压动力学响应特征的物理模拟理论框架.通过量纲分析的方法,对冲击地压过程中的关键指标进行了系统分析.以加速度相似比作为核心控制参数,推导建立了冲击地压动力学相似准则的理论方程组,构建了包含应力相似比、弹性模量相似比、时间相似比及应变率相似比在内的动力学相似准则系数体系.通过引入动力学相似准则系数,分析了其与各相似比之间的耦合关系与约束条件,形成了物理模型的冲击倾向性相似判据体系.结合相似理论推导结果,对不同几何相似比条件下的模型强度曲线演化规律进行了归纳分析,明确了动力学相似准则的适用范围与参数取值区间.研究表明:动力学相似准则系数是控制动力学相似关系的关键参数,其取值直接决定模型惯性响应与能量传递的相似性,确定了动力学相似准则适用的最优几何相似比与物理模型的波速相似比.提出的冲击地压煤岩动力学相似原理突破了传统静力学相似理论的局限,实现了对惯性效应和能量释放行为的量化描述,为冲击地压动力学物理模拟试验提供了理论依据.

摘要：针对煤矿智能化开采中作业环境感知不足、智能装备适应性较差、协同作业能力有限等导致的"智"与"能"无法相互支撑,存在"智而不能,能而不智"的难题,深入探讨了煤矿智能化开采协同控制理论与技术应用.基于三元空间融合理论(HPC),以第二生产空间为视角,明确了智能化开采的基本特征,构建了智能化开采协同控制原理,分析了多智能体特性,明晰了包含任务分配、路径规划、资源优化3方面的数据驱动多智能体协同控制策略;深入剖析了智能化开采协同控制的"环境预感知-工艺自匹配-装备自组织"等关键技术,具体涉及基于图神经网络算法的多元环境感知融合分析技术、基于自组织映射算法的作业自匹配与精准控制技术、基于大规模图计算的采煤装备自组织多目标协同控制技术,实现了对环境、工艺及装备的多元感知融合、作业参数自适应调整、作业匹配智能决策与作业单元智能精准控制,确保了采煤活动的高效连通及作业环境的自适应.相关技术在黄陵矿区工作面智能化综采和延长矿业巴拉素煤矿基于5G技术的智能化开采中进行了工程实践,显著提升了采煤作业的智能化水平,优化了资源配置,突破了"远程控、自动采、有人巡、无人守"的智能生产模式,为煤矿智能化开采协同控制提供了理论指导与实践参考.

摘要：随钻岩性识别是煤矿地质透明化探测的重要地质保障手段,传统的岩性识别方法主要为人工判别法,该方法依赖人的经验和专业知识的积累且受主观影响.近年来,智能化岩性识别方法涌现,利用机器学习的岩性识别模型智能判识岩性,常规相对单一钻进参数通过机器学习对岩性的识别准确率较人工高,但仍存在提升空间.基于此,基于履带式全液压坑道钻机升级随钻综合测量系统,开展不同岩性组合的岩层随钻试验,建立结合钻进参数和自然伽马的双参数岩性判别体系;针对SVM等传统算法存在的线性权重矩阵、需要参数量大、特征提取能力有限等弊端,将KAN网络运用到岩性智能识别.结果表明:对于SVM、KNN、DT及KAN等 4种机器学习算法,利用钻进参数和自然伽马的双参数判别体系相比钻进参数或伽马参数的单参数判别法能够显著提高岩性识别的准确率;在机器学习算法方面,KAN网络相比另外 3种传统机器学习方法提升了准确率,为精准识别地层岩性提供了有效方法.

摘要：视觉测量因其系统简单、非接触测量而被广泛应用于煤矿井下掘进机位姿测量,但视觉测量精度受到相机参数标定精度的影响,而井下复杂工况、光照不均及危险区域等因素导致掘进机位姿视觉测量系统相机标定精度低且标定困难.为提高井下掘进机位姿视觉测量系统相机标定自动化水平、标定精度和标定速度,提出一种掘进机位姿视觉测量系统相机在线自动标定方法.以掘进机位姿视觉测量系统的红外标靶作为标定目标,基于二次曲线极点极线约束以及直线射影变换交比不变性质构造标靶平面及其对应像平面上的虚拟点线特征,完成标靶平面及其对应像平面间的点线特征映射,并建立基于点线双特征约束的相机参数单应性求解模型,求解出相机参数的线性解.考虑镜头畸变影响,引入点特征的最小化重投影误差及线特征的直线间距离误差,建立包含动态权重系数和约束的组合目标函数,以单应性求解模型得出的相机参数的线性解为优化初始值,采用非线性迭代优化算法做进一步优化,得到优化后的相机标定结果.开展了标定视图数及噪声对不同标定方法标定精度影响的仿真分析,与其他方法相比,此方法只需要较少视图数时,标定误差趋向收敛,且具有较好的抗噪性能.搭建掘进机位姿视觉测量试验平台,对不同方法进行了相机标定试验并应用此方法完成位姿测量试验,结果表明:此方法获得的相机参数与真实值误差较小,fx、fy、u0、v0、k1、k2 的相对误差分别为 1.155%、1.144%、0.463%、0.450%、1.887%、4.082%,平均重投影误差为 0.197 pixel,位姿测量试验验证了标定方法的有效性,实现了井下掘进机位姿视觉测量系统相机在线标定,为高精度的位姿视觉测量提供了重要支撑.

摘要：机载激光雷达(Light Detection and Ranging,LiDAR)技术为矿区面状沉陷监测提供了高精度的三维空间数据支持.然而,在矿区复杂场景中,地物空间分布密集、地形梯度突变以及地物与地面点高程特征相似性高等问题,导致现有点云滤波方法精度显著降低,严重制约了地面点云的提取精度与沉陷监测可靠性.为此,提出了一种基于弯曲能量优化的矿区机载LiDAR点云自适应滤波方法,实现了复杂矿区场景下地面点的精确提取,为矿区面状沉陷监测提供高精度的三维空间数据支持.首先,采用一维离散平滑样条法提取潜在种子地面点,并基于多尺度形态学开运算剔除潜在种子地面点中残留的非地面点;其次,基于地形弯曲能量与回弹比之间的定量关系,构建一种自适应复杂地形的布料刚度调节方法,动态生成高精度参考地形;最后,通过点至参考地形的高差阈值判定,完成地面点与非地面点的分离.为验证方法的有效性,在复杂矿区开展了多场景试验,结果表明:在Ⅰ类误差和Ⅱ类误差指标上,所提出的方法较现有方法的误差显著降低,平均总误差为 6.08%,较现有方法降低了 49.04%.该方法成功解决了复杂矿区场景下地面点云的高精度提取难题,为矿区面状沉陷监测、边坡稳定性分析等安全监测任务提供了可靠的数据支持,并为空天地一体化的矿山安全智能监测体系的构建提供了技术支撑.

摘要：煤系地层上部覆有较厚松散层时,煤层开采后地表下沉盆地外边缘区将呈现出范围变大且收敛缓慢的特殊现象,为充分掌握厚松散层条件下地表下沉盆地外边缘区沉陷演变特征,构建出适用于厚松散层条件下的地表沉陷预计模型,以顾北煤矿 13121上工作面为例,基于实测资料分析了地表下沉盆地外边缘区下沉收敛和扩展的动态演变过程,研究了地表沉陷特征与地质采矿条件间的相关性,揭示了松散层厚度对地表沉陷特征的影响机理,融合Logistic函数修正了传统概率积分模型,基于鲸鱼优化算法提出了修正预计模型参数反演方法,并讨论了地质采矿条件对修正模型新增参数的影响.结果表明:外边缘区地表下沉收敛具有明显分段性,快速收敛区的下沉收敛效应随采动程度增大呈现先快速收敛而后趋缓的过程;下沉盆地外边缘区范围历经先急剧扩展—再稳定扩展—后小幅收缩的演变过程,且地表最大下沉值、快速收敛区收敛效应系数曲线斜率和盆地外边缘区扩展范围与埋深、采高、采动程度系数和松散层占比线性相关;破碎岩体充分压密、采动下沉消耗减小、松散层介质压缩与含水层失水固结 4个方面衍生的附加沉降是厚松散层地表下沉盆地外边缘区产生特殊沉降现象的主要原因;修正预计模型在恢复下沉系数q实际物理意义的同时,有效解决了传统概率积分法在预计外边缘区沉陷值收敛速度过快的问题,修正模型新增参数随松散层占比和埋深的增加逐渐减小,随采动程度系数的增加波动增大,但受采高变化影响不大.将修正预计模型应用于顾北煤矿 13121上工作面工程实践效果较好,研究成果将为厚松散层条件下"三下"压煤开采方案设计提供科学依据,并促进两淮煤粮复合区资源开采与耕地保护的协同发展.

摘要：生物质资源丰富,具有碳中性,是化石能源的可持续替代品.开发利用生物质资源,是能源生产和消费革命的重要内容.低温炭化是一种有效的生物质预处理方式,可实现生物质的高效利用.选取玉米秸秆为原料,在180～240℃的温度范围对其进行湿法水热和干法烘焙处理,并通过微波消解技术与化学分馏法分析原料及烘焙炭中碱金属的迁移规律.研究结果显示,随着烘焙温度的逐渐升高,碱金属钾的总含量逐渐减少,并且发生了钾的赋存形式从水溶态向离子交换态的转变.将烘焙炭与煤混合制备炭-煤-水多元浆体,探讨了烘焙工艺对生物质颗粒的成浆性能的影响,并进一步分析了碱金属的赋存迁移与多元浆体成浆性能之间的相关性.结果表明,相较于湿法水热处理,通过干法烘焙技术制得的烘焙炭,在与煤制备炭-煤-水多元浆体时,具有更好的流动性能以及较低的表观黏度,在质量分数为 56%、烘焙炭的掺混量为 10%的条件下,浆体的最低表观黏度为 469.31 mPa·s.这是由于水溶态钾与颗粒表面的羧基官能团反应生成了羧酸钾盐,减少了亲水基团的数量,相对增强了颗粒的疏水性,进而提高了浆体的流动性能并降低了黏度.

摘要：弱胶结充填断层破碎带在采掘扰动和地下水渗流作用下易发生突水事故,给深部资源开采带来极大威胁.断层破碎带的胶结充填特征直接控制着流体运移和渗流通道形成,有必要深入研究胶结充填特征对断层破碎带渗流特性的影响规律.因此开展了不同Talbot级配指数n的断层破碎带三轴渗流试验,采用CT扫描分析了断层破碎带在渗流前后的微细观结构变化特征,通过基于CT扫描数据的数值模拟研究了弱胶结充填断层渗流特性.结果表明:围压通过改变断层破碎带结构而影响渗透性,围压升高使得断层破碎带内部孔隙和裂隙被压缩,弱胶结充填断层破碎带渗透系数随围压增大而减小;Talbot级配指数n和含石率越大的断层破碎带其内部连通性和渗透性越好,更易形成渗流通道,反之Talbot级配指数n越小的断层破碎带孔隙率和孔隙连通性越低,渗透性能越弱,更难形成渗流通道;地下水渗流将使断层破碎带内部球状孔隙减少,扁平状孔隙增加,导致逐渐形成渗流通道;断层破碎带内部孔隙方位角和极角变化可反映渗流路径的改变;在地下水渗流作用下断层破碎带骨架间将逐渐形成优势渗流通道,进而形成突水通道,Talbot级配指数n对断层破碎带发生突水的涌水量影响显著,涌水量随着Talbot级配指数n的增大呈现先增大后减小的趋势.

摘要：针对坑道钻机在钻探施工过程中所遇到的岩性识别技术问题,结合切割岩石时钻头后方采集到的随钻振动信号,提出了一种基于集合经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)和差分演化(Differential Evolution,DE)算法优化的差分概率神经网络(Differential Evolu-tion-Product Neural Networks,DE-PNN)的岩性识别方法.首先,通过采用不同幅频特征的正弦信号合成钻进模拟信号,分别选择振幅为 10 g(g为重力加速度,1 g ≈ 9.8 m/s2)、频率为 50 Hz的高频高能量信号和振幅为 5 g、频率为 20 Hz的低频低能量代表钻进所遇的岩石和煤层,对比经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和加入多次高斯白噪声的EEMD的模态分解结果,验证了加入多次高斯白噪声的EEMD在解决模态混叠上的应用效果;其次分别对中国贵州省某矿实采的切煤、切泥岩和切砂岩的 1s时长振动信号进行EEMD分解,对其进行频谱分析得到相应的幅频特征,挑选前7个特征基本模式分量(Intrinsic Mode Function,IMF)为特征模态,并分别对其求取能量和归一化处理和奇异值分解来构建 14个参数的特征向量;最后通过对中国贵州省某矿实采的切煤、切泥岩和切砂岩的各 160组 1 s时长的振动信号进行特征向量构建,输入经DE算法优化的PNN进行训练并验证识别效果,优化后的神经网络对剩余样本岩性识别率得到显著提高.结果表明:切割岩石的振动信号经EEMD分解和DE算法优化的概率神经网络处理,可高效、快速、准确地进行岩性识别,为进一步的随钻岩性识别提供了新的参考意义,更好地指导矿井钻探工作的开展.

摘要：露天煤矿的开采系统是一个多工艺环节交叉的复杂系统,其三维动态时空演化需要科学规划.由于缺乏露天煤矿开采时序规划方法,露天煤矿开采计划仍然依赖手工编制,导致开采规划粗糙和生产决策调整频繁.为了在露天煤矿封闭时空场内形成最优的物料开采序列方案,指导矿山生产作业,分析露天煤矿封闭时空场内煤岩块段模型的流向-流量规划对开采计划优化结果的影响,将包含运输成本的块段模型经济价值属性与开采计划优化进行强关联,以总净现值最大化为优化目标,构建考虑复杂约束条件的开采计划混合整数规划优化模型;针对传统灰狼优化算法(GWO)在求解露天煤矿开采计划混合整数规划优化模型时收敛性能和局部逃逸极值性能弱的问题,融合Circle混沌映射增强种群多样性,引入非线性更新机制优化参数,提出改进的GWO算法设计全局搜索能力更优的个体信息共享策略,并通过仿真试验验证所构建模型和设计算法的正确性;以宝日希勒露天煤矿为实例,规划 2024-2028年块段模型的物料流向-流量,编制对应的开采计划方案.结果表明:与传统手工制定开采计划方案相比,优化方案的总净现值提高了 5.27%,效率提升了 19倍;所构建的规划模型与改进GWO算法显著提升了露天煤矿开采计划的科学性与经济性,为露天煤矿开采自动化决策提供了理论支持.

摘要：盾构工法广泛用于公路、铁路及水利等国家重大隧道工程,同时,也逐步用于煤矿巷道掘进.在盾构施工过程中,必须采用地球物理超前探测技术来防控隐伏含水构造的突水风险.然而,在盾构机完全占据隧道空间的情况下,并没有进行常规瞬变电磁超前探测所必需的施工空间.针对这一技术难题,提出盾构隧道地-隧瞬变电磁随掘超前探测方法,即在地面布设电性源,在盾构机壳体上搭载8个电极,组成多分量观测阵列,协同观测围岩中的瞬态电场.建立了电性源地面-隧道瞬变电磁随掘超前探测地球物理模型,采用非结构四面体网格有限单元法对电性源地下瞬变电场时空分布进行了数值模拟,结果表明:电性源与隧道掘进方向垂直,中点偏离隧道轴向一定距离布设时,能够获取 3个方向的瞬态电场,且在隧道周围观测到低阻异常体引起的异常响应;x方向电场对低阻异常体的空间位置变化较敏感,通过 6个电场分量异常响应特征组合对低阻异常体位置定性解释;y方向和z方向电场对低阻异常体与工作面之间的距离变化较敏感,通过电场幅值变化对远距离的低阻异常体进行探测.以 5%的幅值差异为阈值,对于尺寸为 50 m×50 m×10 m、与围岩电阻率比为 1∶100的低阻异常体探测距离可以达到 60 m.研究成果为盾构隧道掘探一体化的实现提供了新的技术途径,为地-隧瞬变电磁随掘超前探测技术提供理论依据,目前尚未建立处理解释方法系统,未来将进行盾构机强金属体干扰校正与地下全区视电阻率公式推导研究.