摘要：为了掌握特厚煤层开采的覆岩破坏特征与裂隙发育规律,防范顶板、溃水等安全事故.以黄玉川煤矿6 上煤层浅埋特厚工作面为研究背景,通过理论分析、数值模拟、现场实测等综合手段,对采动覆岩位移场、应力场、裂隙场多因素深入对比分析.获得该矿井特厚工作面开采覆岩破坏范围约为150 m,基本顶初次垮落步距为44.74 m,周期垮落步距为18.27 m.揭示了特厚煤层强采动覆岩破坏形态轮廓整体呈现为"倒漏斗"形,覆岩裂隙呈现出明显的分区扩展特征,可划分为:离层区、裂隙发育区、裂隙闭合区、稳定区.发现了采动应力在覆岩中的传递呈现马鞍形,应力集中主要分布于采空区边界以及中部压实区;待工作面推进 180 m后采动影响趋于周期来压稳定阶段,应力上位传递衰减,采动裂隙得以抑制.研究结果对于浅埋特厚煤层强采动条件下的覆岩运移破坏高度与灾害防治具有一定指导意义.

摘要：为揭示上覆采空区与遗留煤柱对下伏工作面异常来压的耦合致灾机理,保障下伏工作面顶板稳定及安全高效回采,以察哈素煤矿 32302 工作面为工程背景,综合运用理论分析、数值模拟与现场监测相结合的方法,系统开展多煤层遗留煤柱下伏工作面顶板异常来压机理研究.构建遗留煤柱作用下的底板应力分区模型,明确底板浅层压剪复合应力集中区特征及前后 50 m范围的应力异常分布规律.基于弹性薄板理论建立基本顶周期来压力学模型,揭示基本顶在工作面推进至11.4 m时首次发生失稳、推进至15 m时失稳特征显著的力学演化规律.结合三维数值模拟与现场液压支架工作阻力监测数据,识别出上覆采空区边缘与遗留煤柱引发的应力叠加特征及动态传递路径,明确超前应力峰值最大升幅达34.08％,遗留煤柱下方集中应力达 24.23 MPa.基于上述研究,提出以工作面推进位置为依据的三级分区管控准则,划定开切眼前方 50 m 预警区、开切眼前后20 m高危区及开切眼后方20 m卸压区.研究成果可为多煤层遗留煤柱下伏工作面顶板灾害识别及区域防控提供可靠理论依据与工程技术指导.

摘要：为了提高图像识别精度,提出基于机器视觉与煤流高度的矿用带式输送机金属异物识别方法.利用双目视觉系统获取带式输送机金属异物图像,并通过平面模板法进行畸变校正,提高图像质量,利用机器视觉中的DA-GANomaly模型生成金属异物识别模型,基于推理得到的煤流高度值,学习正常煤流图像的特征分布,识别含金属异物图像与正常图像特征分布的差异,从而判断是否存在金属异物.选取CIoU损失函数,给定一个异常分数,用来辅助模型对图像中是否含有金属异物进行判断,根据异常分数的值,实现矿用带式输送机金属异物自动识别.结果表明,所提方法识别精准度高、识别效率快、成功识别次数最高,可以快速、准确判断图像中是否含有金属异物,可实现对输送机金属异物的识别.

摘要：为探究CO2 相变致裂对煤体全孔径孔隙结构的影响,在贵州六盘水大运及大河边煤矿采集CO2 致裂前后的煤样,通过高压压汞、低温N2 吸附与低压CO2 吸附实验,并结合分形理论分析孔隙结构特征与分形特性.结果表明:原煤孔隙主要为片状颗粒堆积形成的狭缝孔;经CO2 相变致裂后,微孔数量减少,中、大孔数量增多,孔隙结构重构,产生大量墨水瓶形的半开放型/开放型孔隙,促使微孔向中孔转化、中孔向大孔转化以及大孔进一步扩展.分形特性分析显示,CO2 相变致裂对不同尺度孔隙的影响存在差异:微孔分形维数增加,结构复杂性与非均质性增强;大孔分形维数降低,结构趋于简单且非均质性减弱;中孔在低压区(P/P0≥0.5)的分形维数降低,结构简化且非均质性减弱,而高压区(P/P0<0.5)的分形维数无明显变化规律.工程应用表明,CO2 相变致裂技术可显著降低瓦斯流量衰减系数,提高透气性系数与煤层渗透性,降低瓦斯含量,提升瓦斯抽采效率,为煤矿安全生产提供技术保障.

摘要：以平顶山矿区为工程背景,阐述了深部开采区地质构造控制下该区域内瓦斯赋存规律,并基于煤与瓦斯突出事故的分布特征和复合动力灾害的演化成因,提出了地应力、地质构造和煤厚变化带是复合动力灾害监测预警中的重点要素.引入了基于频谱声学方法的复合动力灾害监测预警系统,并应用于平顶山天安煤业八矿己15-15080 运输巷和回风巷掘进工作面.试验结果表明:突出危险性指标在断层揭露前的一定距离内变化异常并超出临界值,超出临界值的位置分布在煤厚变化带与倾角变化区;瓦斯喷出和煤的突然压出指标在断层影响区以及煤厚变化带超出临界值,表明该区域具有动力灾害发生的危险性,监测预警结果符合现场工况.

摘要：针对带式输送机传统调速方法因固定转速设定导致的能耗浪费、响应滞后及运行不稳定等问题,提出一种基于煤流量与电机功率动态平衡的双环模糊PID调速控制策略.基于带式输送机胶带纵向动力学模型与煤流-电机耦合方程,推导系统平衡条件与约束条件划分出安全、高效和过渡三种典型工况,揭示带速、煤流量与电机功率的强非线性关联机制;构建外环模糊控制器与内环PID控制器的分层双环模糊PID调速控制架构,外环模糊控制器以实时煤流量和电机功率作为输入,依据Mamdani模糊规则动态生成速度设定值,实现安全区、高效区、过渡区三工况自适应策略能效优化.内环PID通过反馈精准跟踪速度设定值,实现抑制动态波动.试验结果表明,该策略可以实现系统动态响应提升,煤流量阶跃变化时速度设定更新延迟小于 5 ms,实际速度响应仅 1.2 s,速度跟踪均方根误差0.09 m/s,高效工况占比达89％,显著提升系统能效与控制精度.

摘要：针对定量带式输送机在立井箕斗装载工艺中需要频繁切换运行速度的工程特点,提出了一种基于梯形加速度曲线的运动学分析与控制方法.该方法以实现定量输送机启停和变速过程的平滑、精确控制为核心目标,对加速段和减速段的加速度变化率进行约束控制,从理论上避免了传统控制中因加减速突变而引起的机械冲击和弹性振动问题.研究中建立了涵盖匀速、加速、减速等全工况的运动学数学模型,系统推导了各运行阶段的时间、运行距离、速度及加速度之间的解析表达式,为准确求解各阶段关键运动参数提供了理论依据.为进一步验证理论模型的可行性与优越性,结合毛家川矿井主立井提升系统的实际设计参数与运行条件,针对多个不同距离的给料点,进行了详细的时序匹配计算,并针对各阶段实际运行工况提出差异化控制方法.实例应用结果表明,所提出的梯形加速度控制策略能显著抑制系统在变速过程中产生的动张力冲击与振动,并将原系统休止时间从25 s压缩至20 s,整体提升系统运行效率 4.6％,为实现定量带式输送机与提升箕斗之间高效、可靠、安全的自动化协同作业提供了扎实的理论基础,具备高度可操作性.

摘要：针对钻杆公、母接头螺纹断裂导致掉钻问题,通过分析螺纹不同位置断裂的掉钻机理,提出了一种同步双螺纹防掉技术,采用同步双螺纹+连接杆结构设计,主螺纹承受载荷,断裂后利用副螺纹和连接杆维持轴向连接,防止钻具脱落.介绍了同步双螺纹公母接头设计思路,给出了主螺纹承载能力、副螺纹和连接杆防掉能力计算方法,开展了Φ89 mm双螺纹钻杆性能试验,钻杆的抗扭能力达 34904 N·m、抗拉能力达 1878 kN,分别是配套钻机额定能力的 2.33 倍和 6.26倍,模拟公接头、母接头螺纹断裂后的二次抗拉能力为 517 kN和 433 kN,是钻机额定拉力的 1.72倍、1.44 倍,完全满足安全提钻需求.试验结果表明,同步双螺纹结构有效解决接头断裂导致掉钻的难题,显著提升钻杆的可靠性和施工安全性.

摘要：针对现有故障诊断模型在应对井下强噪声环境下的非线性、非平稳信号时,存在特征提取不充分,影响诊断准确率的问题,提出了一种基于SwinT-SKNet双分支融合的采煤机摇臂齿轮故障诊断模型,实现对全局和局部特征的综合提取.该模型由简化的SwinT与轻量化SKNet两个分支组成,其中SwinT分支嵌入了BAM,进一步增强了SwinT对全局特征的提取能力;轻量化SKNet分支则利用深度可分离卷积替换普通卷积,并采用一维卷积代替SKNet中的全连接结构,提升了模型的轻量化程度,便于模型部署在移动端和边缘端设备.利用太重煤机摇臂加载试验台进行实验验证,结果表明,所提方法的准确率和精确度均高于对比模型,且在信噪比SNR=-6 时,仍然保持97％以上的识别精度,充分证明了本文方法具有较强的抗噪性.

摘要：针对煤矿井下作业环境的复杂性与高危性以及井下人员健康监测困难,监测手段单一等问题,提出了一种基于智能手环、便携监测仪和智能信息矿灯的多维状态监测及实时风险预警系统.该系统通过实时采集井下工作人员的体征参数(如心率、体温、血氧饱和度等)和环境参数(如甲烷、一氧化碳浓度等),并利用矿山物联网将数据上传至地面服务器,构建统一的监控平台.在数据处理方面,创新性地建立了基于反向传播神经网络的疲劳度判定模型,通过分析体征参数与汗液pH值的相关性,实现对矿工疲劳程度的精准估计.此外,结合条件扩散模型(CSDI),系统能够整合体征、环境及人员定位等多维数据,实现动态风险预警与超前健康诊断.实验结果表明,该系统疲劳度判定误差不超过0.05,预警准确率达95％以上,显著提升了矿井人员作业的安全性和健康管理水平.

摘要：针对我国西部软岩地层中煤矿大硐室围岩变形机理不清、支护设计困难等问题,以鄂尔多斯矿区井底装载硐室为工程背景,综合采用FLAC3D 数值模拟与现场实测方法,系统研究了大硐室开挖支护后的围岩稳定性及变形演化规律.模拟结果表明:硐室顶板及与斜井连接处变形显著,两帮、顶板及底板塑性区厚度分别为 6、5 和 5.5 m,需采用长度 7.5～8 m的锚索进行补强支护.现场监测显示,锚杆锚索受力在支护后迅速上升,随后趋于稳定,硐室内部测点约20 d达到稳定,应力集中区约15 d稳定;所有测点受力均低于破断荷载,证实支护结构安全可靠.该研究成果可为西部软岩地层大硐室支护设计提供了关键参数与理论依据,对类似工程具有重要参考价值.

摘要：特厚煤层开采导致上覆岩层采动响应更为剧烈,为精准厘清其覆岩采动裂隙的演化规律,保障工作面安全高效生产及保护地表生态环境,以新疆永宁煤矿2303 工作面为工程背景,采用离散元数值模拟方法,直观表征特厚煤层采动影响下覆岩裂隙的发育特征,揭示导水裂隙带与垮落带随工作面推进的演化规律;结合分形几何理论,通过盒形覆盖法实现裂隙发育程度的精确量化分析.结果显示:该工作面特厚煤层开采后,垮落带发育高度为51.10 m,导水裂隙带发育高度为 148.11 m,垮采比为5.77、裂采比为16.63;随工作面推进,裂隙带高度呈现"发育—增长—稳定"三个阶段的特征,垮落带高度则伴随基本顶与亚关键层的破断历经两次"骤增—缓降"的循环.采动覆岩裂隙发育具有显著的分形特征,整体分形维数随工作面推进呈"两端大、中间小"的马鞍形动态变化:采空区两侧(主裂隙区)的平均分形维数分别为1.001 和0.978,是采空区的主要导水通道;距底板 150 m处的离层发育区分形维数为0.904,易形成地下水富集空间.通过拟合分形维数演化曲线,推算出推进距离达71.18 m时分形维数达到峰值,此节点与顶板大面积垮落阶段精确对应.

摘要：矿井涌水量的精准预测对于矿山安全生产与水害防控至关重要.传统预测方法受限于模型假设条件及参数敏感性,难以满足工程对预测精度的高要求.基于此,提出了一种基于改进完全自适应噪声集合经验模态分解(ICEEMDAN)-变分模态分解(VMD)的二次分解技术,并结合双向长短期记忆网络(BiLSTM)与Transformer的矿井涌水量预测新方法.首先通过ICEEMDAN将原始涌水量信号分解为若干固有模态函数(IMFs);接着引入麻雀搜索算法(SSA)对变分模态分解(VMD)的关键参数进行优化,对信号实施二次分解以完成多尺度特征提取.随后通过BiLSTM捕捉时序数据的短期与长期依赖特征,结合Transformer自注意力机制强化全局特征关联建模.实验结果表明,该方法在预测精度与鲁棒性方面均显著优于传统预测方法,为矿井涌水量监测及预警提供了全新的技术路径.

摘要：针对高盐矿井水中离子种类复杂难以定量分析,但其中SO42-离子含量最高、对材料侵蚀影响最显著的问题,研究了SO42-浓度对煤矸石基充填材料力学性能的影响规律.以煤矸石和模拟矿井水的硫酸钠溶液为主要原料,添加固化剂制备充填材料.在不同养护龄期下,对不同SO42-含量(0、10000、20000、30000 mg/L)的充填材料进行抗压强度测试和SEM微观扫描.强度测试表明,在1～7 d 时,适量SO42-能显著提升材料强度,过量则会导致强度下降;在 14～28 d 时,30000 mg/L的SO42-含量组则表现出更好的强度增强效果.SEM微观形貌显示,在 28 d龄期时,随着SO2-4浓度的增加,钙矾石晶体与C-S-H凝胶形成更致密交织网状结构且孔隙减少,与宏观强度演化规律吻合.与自来水制备的充填材料相比,硫酸钠溶液制备的充填材料抗压强度优势明显,验证了双废制备新型充填材料的可行性.

摘要：针对深部高地应力环境缓倾斜煤层半煤岩沿空巷道围岩变形严重及支护困难等问题,以任楼煤矿Ⅱ7226S工作面沿空巷道为工程背景,通过理论分析、数值模拟及现场试验等方法,研究采动影响下半煤岩沿空巷道围岩变形破坏规律,分析围岩变形机理,提出"高强预应力锚杆索结合注浆改性加固"围岩控制方案.结果表明:沿空巷道顶板挠度与煤柱承载能力之间存在负相关性,可通过提升煤柱承载能力抑制顶板下沉;常规锚杆索支护下巷道两帮应力差异大,围岩非对称变形,帮部煤层易沿煤岩弱面滑移鼓出,煤柱帮变形严重,整体发生剪切破坏;通过支护设计优化并结合注浆改性加固后,巷道两帮应力差异降低,围岩应力环境得到改善,围岩变形量大幅降低,经现场验证试验段巷道围岩控制效果良好.

摘要：针对以孔代巷瓦斯抽采技术布孔间距现有确定方式仅依赖采空区瓦斯运移模拟与现场经验,缺乏多场耦合条件下的系统性综合分析,且未充分考量瓦斯之外其他致灾风险因素的问题,以2-105 工作面为试验区,通过模拟与实测相结合的方法开展研究.首先模拟不同钻孔距离下采空区瓦斯运移规律,确定布孔间距基本区间;在此基础上,耦合分析采空区温度场、氧浓度场及风速场等因素,实现对布孔间距的综合优化;最后通过现场实测验证模拟结果.研究表明:单纯基于瓦斯场模拟得出的布孔间距为25 m;而多场耦合分析显示,间距增大将引发漏风增强、氧浓度上升,进而导致自燃带扩大及高温区迁移的灾害链,据此提出 20 m动态抽采策略.现场实测显示,钻孔距工作面15～35 m区间内,上隅角瓦斯浓度均低于 0.8％,氧气浓度最大差值为 0.9％,温度最大差值为0.8 K,与模拟结果误差较小,验证了模拟的准确性.

摘要：针对露天矿重载运输环境下波纹钢管地道因非对称回填引发的结构失稳问题,结合传统加固技术周期长、适应性不足的工程局限,提出基于工字钢框架的模块化快速修复技术.采用数值模拟和现场实测相结合的方法,建立了Midas GTS NX三维有限元模型,探究非对称回填工况下波纹钢管地道的渐进性变形规律,并根据损伤特点进行模块化工字钢加固设计.通过标准化构件预制、渐进式安装工艺以及新旧结构协同传力机制实现受损区域快速修复,采用静载试验与模型校核的方式验证加固效果.研究表明:非对称回填造成的结构侧向位移达 321.6 mm,拱脚处出现应力峰值359 MPa,引发局部屈曲失稳;使用工字钢框架加固后,拱顶竖向位移(23.8 mm)与拱脚环向应力(247 MPa)均可恢复到原设计水平,且在动态荷载作用下最大位移满足L/300 的限值要求;数值模拟与静载试验的位移相对误差为 3.5％,验证了模型的可靠性.因此,工字钢框架加固技术可快速、有效恢复已受损地道结构的承载能力.

摘要：为了给振动给料机的优化设计和应用提供支持,研究了单质体和双质体惯性振动给料机的振动特性及稳定性.建立了两类给料机的动力学模型与微分方程,利用拉普拉斯变换计算其刚体动力学响应,并借助EDEM离散元法模拟物料与给料机的耦合作用力;最后,基于工程实际参数分析不同物料载荷下的幅频特性曲线.研究结果表明,双质体给料机所需激振力仅为单质体的20％,表现出显著的节能潜力;在物料结合质量 0～1 t 范围内,双质体给料机的振幅变化率(8.82％)远低于单质体(32.35％),稳定性更优;双质体稳定性源于双质体给料机工作频率处于亚共振区,物料增加时,槽体幅频特性曲线左移导致振幅上升,抵消了因质量增加造成的振幅下降,形成稳定的振幅区间.研究结果为振动给料机的优化设计提供了重要参考.

摘要：为优化深部矿井切顶卸压沿空留巷稳定性,以淮南新集一矿 360606 工作面为依托,聚焦其全生命周期底鼓演化规律并提出防治策略,综合运用理论分析、力学建模与FLAC3D 数值模拟手段展开研究,理论分析揭示了各阶段底鼓机理,掘巷阶段因应力重新分布,底鼓量为 118 mm;一次采动阶段,受支承压力影响,底鼓量增至 351.6 mm;二次采动阶段,基本底弯曲失稳,底鼓量达836.9 mm.数值模拟结果显示,二次采动时垂直应力峰值达 44 MPa,塑性区扩展至超前工作面40 m,高应力集中与塑性区扩展加剧底鼓.基于此,提出"超前—滞后—稳定"分阶段协同控制策略,并确定切顶参数优化应力场.现场应用后,底鼓量降至 474 mm,相比理论值降低 43.3％,有效控制了巷道变形.

摘要：为了提升采矿工程中巷道的稳定性与安全性,在历经国内外近60 a的研究与不断优化过程中,关于沿空留巷及巷道围岩控制的理论与实践已经积累了丰富的成果.本研究深入剖析了在不同开采模式中沿空留巷的应用情况,并详细阐述了表面支护、锚固、改性、卸压及联合控制五种关键的沿空留巷围岩控制技术.在此基础上,进一步探讨了充填式与切顶式沿空留巷的适用场景.特别地,在充填式沿空留巷的实践中,通过对比其他充填材料和方式,深入分析了高水材料的独特性质及其在充填过程中的应用特性,并研究了该技术的施工工艺,包括材料配比和充填方式方法等关键要素.实验与现场数据充分证明,高水材料充填技术能够有效强化巷道的结构强度,显著降低安全事故的风险,并显著提升煤炭资源的回收率.