煤炭科学技术杂志

煤炭科学技术杂志2026年第1期

• 煤炭产业共性技术发展预测与创新路径研究

  王国法, 庞义辉, 任怀伟, 张吉雄, 孟令宇, 丁华, 尹希文, 程健, 孙海涛,

  煤炭共性技术是贯穿煤炭开采、加工、利用全产业链的“技术底座”，是支撑煤炭产业升级和高质量发展的基础性、通用性核心技术，对推动煤炭产业高端化、智能化、绿色化转型发展具有重要意义。本文分析了全球能源转型的大趋势、格局变化、中国能源生产和消费结构，提出了通过先进技术移植和共性技术创新实现煤炭产业转型与可持续高质量发展的技术路径；全面阐述了煤矿智能绿色高效开采与煤炭清洁高效低碳利用技术取得的重要进展，提出了煤−电−化−新多种能源耦合发展的创新技术路径，通过“新能源为煤炭开发降碳、煤炭为新能源兜底”的双向赋能，推动煤炭产业绿色转型升级。围绕煤炭开发基础科学难题、煤炭安全生产共性技术、煤炭智能化无人/少人开采技术难题、煤炭绿色开发共性技术难题、煤炭清洁高效利用、人工智能+资源+能源+生态智慧综合体等行业六大共性技术维度，全面梳理煤炭产业实现高质量发展面临的重大难题，提出共性技术突破方向、攻关重点和系统性解决方案。基于目前我国煤炭开采、加工、利用共性技术发展现状，提出了“十五五”期间煤炭共性技术发展预测：实现地质模型与矿井生产系统的全息交互与智能决策；突破煤矿多模态垂直大模型构建，推进工作面10 kV技术装备研发与工程示范，升级迭代惯性导航、人员精确定位等技术装备，开展薄及较薄煤层工作面常态化无人/少人开采示范、厚煤层500 m超长工作面年产20 Mt工程示范及深井复杂条件冲击地压煤层无人/少人智能开采工程示范，攻克露天煤矿连续开采工艺及成套装备、半连续开采智能化成套技术装备的难题；实现绿色开采技术推广应用和智能洗选装备全面升级。提出2030—2050年中长期煤炭共性技术发展预测：到21世纪中叶，逐步建成完善的智能绿色开发技术与装备体系，实现煤炭高端化转化利用技术新突破，推动煤炭智能绿色柔性开发供给体系高效运行，形成煤−电−化−新全面融合的新业态，煤炭产业高质量发展进入新阶段。提出了煤炭共性技术创新体系架构，通过建立“政策引导—资源供给—应用反馈—服务支撑”的闭环创新生态体系，推动煤炭产业实现高端化、智能化、绿色化转型发展，为煤炭产业可持续高质量发展提供共性技术供给和保障。

• 大倾角煤层长壁综采研究与探索

  伍永平, 解盘石, 贠东风, 王红伟, 高喜才, 吕文玉, 罗生虎, 郎丁, 胡博胜, 张浩, 张颖异,

  为了破解我国大倾角煤层安全高效开采难题，支撑煤炭工业智能化转型，聚焦大倾角煤层长壁综采技术，系统阐述了大倾角煤层长壁综采理论与技术发展历程，并结合智能化开采趋势，展望了该领域未来拟解决的科学问题与技术发展方向。大倾角煤层（倾角35°～55°）自1996年被明确定义以来，其开采倾角上限随着技术与装备进步已逐渐延伸至70°，该类煤层在我国分布广、储量大，是保障区域经济社会发展的重要资源，亦是当前智能化开采的重点与难点。系统梳理了大倾角煤层长壁开采历经的非机械化主导、机械化探索、综采技术突破及技术体系完善4个发展阶段，并从薄煤层、中厚煤层、厚及特厚煤层3类煤层角度，总结了绳锯采煤、伪俯斜走向长壁分段密集采煤、综采、综放等多种采煤方法的工程实践适用条件与优缺点，指出长壁综采（综放）仍为主流技术方向。在理论研究方面，介绍了大倾角长壁采场“支架−围岩”关系、顶板结构稳定性、底板滑移机理、支架与围岩系统动力学、煤壁稳定性、飞矸发生机理、覆岩机构与致灾机理等关键理论进展，以及长壁伪斜开采、非线性工作面布置、水平分段联合综放开采等技术创新及其配备智能化装备等研发成果。针对当前煤矿智能化发展趋势，进一步介绍了基于长壁开采的数字孪生模拟试验平台建设、智能化成套装备研发及典型矿井智能化实践案例，明确了长壁智能化综采是实现大倾角煤层安全高效开采的必由之路。最后，提出了当前亟待研究的围岩智能控制、装备系统协同稳定、复杂环境感知可靠性等关键问题，并对未来技术发展方向进行了展望，为促进大倾角煤层安全高效智能化开采提供理论参考与技术支撑。

• 西部深厚含水弱胶结基岩钻井法凿井关键技术研究与应用进展

  程桦, 姚直书, 荣传新, 王宗金, 朱建, 郭龙辉, 王晓云, 谢鲍,

  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。

• 数字岩石力学工程探索与实践

  祁和刚, 李海涛, 郑建伟, 齐庆新, 蔡峰, 智宝岩, 马冠超, 王金国, 薛珊珊, 张海宽, 张良, 刘驰, 刘义勤,

  传统采矿工程长期面临“开采与风险并存”的困境，其高风险属性与资源贡献的双重性在深部开采条件下愈发凸显。随着煤矿开采深度增加，静态地质条件恶化与动态工程扰动叠加，巷道围岩失稳、采场破坏等问题频发，传统岩石力学理论基于简化假设的局限性难以适应复杂工程场景的需求。近年来煤矿数字化、智能化建设取得显著进展，传感器技术的普及大幅提升了工程状态感知能力，但数据治理碎片化、理论认知滞后与工程实践脱节等问题，导致数字化技术面临“华而不实”的瓶颈。针对上述挑战，数字岩石力学解决方案通过融合数据规律、力学逻辑与工程经验，提出“全面感知—数字驱动—主动解危—卸压开采”的技术路径，旨在构建以数字工程为核心的科学采矿新范式。具体而言，通过数字勘探与三维建模激活静态地质信息（地质保障先行，建立透明开采基础），借助智能感知与机器学习优化动态工程环境（设计源头防灾，形成友好开采工程环境），实现从“被动应对”到“主动防控”的转变（数字工程技术实现精准卸压与联动控制的自主联动）。这一路径不仅解决了深部开采中巷道变形、采场失稳等关键技术难题，推动了工程致灾向工程防灾创新与变革，更为千米深井安全高效开采提供支撑。数字岩石力学工程化范式有望重塑地下岩石工程，为煤炭及更广领域提供可持续、安全、智能的新方案。

• 变速率加载砂岩力学响应及声发射破裂前兆识别预警

  华心祝, 李琛, 杨朋, 刘啸, 闫纪元,

  切顶留巷是深部煤炭安全高效开采的重要技术手段，但受一次掘进与二次强采动影响，围岩变形剧烈，底鼓问题突出。为揭示留巷过程中覆岩−底板的应力传递规律及底板岩石在变速率加载下的破裂演化机制，开展了相似模拟及单轴变速率加载试验，综合分析底板应力响应特征与不同加载速率下岩石力学、声发射与分形行为。相似模拟结果表明：巷道开挖后底板表面瞬时卸荷，随工作面推进与覆岩周期垮落，垮落矸石堆积压实使得底板应力回升；覆岩结构稳定后底板应力变化趋缓，系统进入准静态平衡阶段。在此基础上开展的变速率加载岩石力学试验表明，加载速率显著影响砂岩的破裂模式与力学响应，快速加载下应变速率高、裂纹集中起裂并迅速贯通，能量释放剧烈，表现为典型脆性破坏；较早切入准静态加载时，裂纹呈多点萌生与缓慢贯通特征，峰前非线性阶段延长，脆性减弱、延性增强；全程准静态加载下损伤累积最充分，破裂过程呈渐进性。声发射结果显示，快速加载下AE信号突发集中、计数与能量峰前急剧上升，预警窗口极短；降低加载速率后，裂纹扩展受抑、事件转为连续活跃，峰后仍保持高能量释放。多重分形分析表明，AE分形谱呈“钟形”分布，随应力增加先展宽后收敛。快速加载或晚期切速使谱形左偏、突发性增强；低速或早期切速下谱形更对称，表明裂纹渐进扩展。基于AE多参量方差构建的预警指标进一步表明快速加载下方差在峰前短时急剧抬升，预警信号出现晚、持续时间短；降低加载速率后，方差呈持续上升、多峰密集，L1、L2、L3三级预警依次触发，窗口明显延长；全程准静态加载时方差波动更密集，可提前识别裂纹加速贯通的过程，表明加载速率越低，裂隙演化越充分，破裂前兆越易识别。降低加载速率有利于裂纹的充分演化发展，从而增强岩石破裂前兆特征的可识别性与可预见性，为深部岩体稳定性监测与灾害预警提供理论依据。

• 厚煤层充填开采覆岩动态演化过程与煤基固废注浆充填实践

  杨科, 冯小伍, 何祥, 韩磊, 马国军, 赵新元, 张继强, 于祥, 刘振,

  厚煤层开采过程中，上覆岩层在采动应力作用下发生由局部变形到整体破坏的渐进式动态演化，形成原位采空区、低位垮落带、高位离层区等地下空间，引发岩层移动、地表沉陷等地质问题。同时，煤炭开采利用产生的煤基固废堆存不仅占用土地，还存在环境污染风险，其处置需求与煤层开采覆岩运移形成的关键空间具有高度适配性。因此，基于厚煤层开采覆岩空间的动态演化过程，揭示了初始采动、采动发展、采动稳定三阶段的特征差异。通过分析内在属性与外在因素对覆岩演化的控制机理，明确了覆岩关键空间的形成机制与分布规律，并提出了原位采空区注浆、低位垮落带注浆、高位离层注浆的差异化工艺，进而构建了“下承−中固−上控”的多层位协同注浆充填体系。开展物理相似模拟试验对覆岩关键空间动态演化及注浆充填效果进行研究，复现覆岩动态演化过程中的垮落、裂隙发育及离层形成过程，量化分析原位采空区注浆、低位垮落带注浆、高位离层注浆对覆岩移动的控制效果，为理论分析结论与技术参数优化提供了试验依据。在工程应用方面，豹子沟煤矿采空区注浆、任家庄煤矿垮落带注浆及霍尔辛赫煤矿离层注浆实践均实现了煤基固废的规模化处置，验证了注浆充填技术体系在不同地质条件下的适配性，实现了提升覆岩稳定性和有效控制地表沉陷的效果，为厚煤层绿色开采提供了可推广的实践范例。本研究成果通过理论−试验−实践的闭环验证，厘清了厚煤层开采覆岩演化与注浆充填的内在关联，构建了厚煤层开采多层位协同控制技术体系，为厚煤层开采覆岩灾害防治及煤基固废资源化利用提供了支撑与技术范式。

• 纳米SiO2改性粉煤灰−水泥基注浆材料性能及声发射特征

  赵光明, 李秋利, 王艳芬, 程详,

  为研发新型绿色高性能矿用注浆材料，以普通硅酸盐水泥(OPC)和粉煤灰(FA)为原材料，通过引入纳米二氧化硅(nano-silica，NS)对粉煤灰−水泥基注浆材料(FCGM)进行改性，构建高性能复合注浆材料体系。采用不同宏观与微观测试方法，系统研究NS对FCGM浆液性能、力学特性及水化产物演变规律的影响。通过砂岩骨料注浆固结试验，对比分析NS改性对胶结体宏观力学行为及声发射(AE)损伤演化特征的影响规律。研究结果表明：NS掺量对FCGM具有显著影响，可明显提高FCGM的抗压强度，缩短凝结时间，减少泌水率，降低流动度。尤其当NS掺量为1%时FCGM抗压强度最佳，3 d和90 d抗压强度较对照组N1分别提高了10.58%和98.00%。微观表征（XRD、FTIR、TG-DTG及SEM）证实NS可有效促进FCGM水化进程，显著优化结石体内部微观结构。砂岩注浆加固试验表明：1%NS改性FCGM固结体的28 d单轴抗压强度提升了90.8%，并有效抑制裂纹扩展与孔隙发育，改善其多重分形特征。AE监测进一步揭示NS增强机制，改性后胶结体的损伤前兆信号更早、更活跃，表现为高幅值振铃计数与累计能量的同步快速增长，最终使其宏观破坏模式从张拉−剪切复合型转变为张拉主导型。研究通过建立材料改性、微观结构、宏观力学与损伤演化之间多尺度关联，阐明了NS增强FCGM的综合机理，为高性能深部注浆材料研发及预测其工程失效行为提供理论依据与数据支撑。

• 面向月球深部采矿的绳系式自掘进钻取方案及试验研究

  高明忠, 李加华, 郝海春, 谢晶, 李元如, 周浪, 高政, 吴岩, 季冰, 王智鹏, 周雪敏,

  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4 N·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。

• 内蒙古矿区矿震发生特点及防控对策与实践

  曹安业, 杨耀, 陈凡, 王常彬, 白贤栖, 顾颖诗, 马祥, 秦续峰, 丁国利,

  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。

• 煤矿灾后巷道混杂坍塌体结构分类

  连会青, 张庆, 尹尚先, 姚辉, 晏涛, 康佳, 李启兴, 王旭, 乔秀杰, 梁建斌,

  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。

• 我国井工煤矿降尘防爆及一体化防治技术展望

  罗振敏, 王凯, 王九柱, 杨勇, 丁旭涵, 苏彬, 邢关晨光,

  煤炭作为我国的主体能源，在其开采、储运过程中持续面临突出的职业健康风险与煤尘爆炸安全隐患，严重制约行业安全与可持续发展。为实现煤矿生产的本质安全目标，系统梳理了现阶段煤尘治理与爆炸防控的技术原理和作用机制，提出了以“源头治理、本质安全”为核心的煤尘降尘防爆一体化技术理念，并展望其未来发展。在理论研究层面，粉尘运移规律、润湿凝并机理及爆炸特性研究已形成系统性认识：粉尘扩散受风流−尘源−空间形态多场耦合影响；润湿性受官能团类型与粒径调控，凝并由惯性、扩散与静电机制协同支配；爆炸敏感性及强度参数则与煤尘含油量、粒径及环境条件密切相关。在技术研究层面，粉尘防控形成“源头降尘−过程控尘−个体防护”的全流程体系，爆炸防控则构建“防爆−抑爆−隔爆”三级防护链。基于上述理论与技术现状，进一步提出了以全过程协同为核心的降尘防爆一体化技术架构，旨在实现从粉尘源头控制到爆炸传播阻断的全链条覆盖。该架构重点围绕系统集成装备与多功能复合材料两大研究方向展开，致力于克服当前存在的感知决策基础薄弱、爆炸灾害链动态演化模型缺失、材料构效关系不明晰、环境适应性不足等关键挑战。未来研究应聚焦于多相介质与爆炸耦合机制的深化、环境自适应材料与智能传感器件的创新，以及构建“感知−决策−材料−执行”一体化智能协同系统。突破上述科学与技术瓶颈，有望系统推动降尘防爆一体化技术向可靠化、智能化方向发展，为煤炭工业实现绿色、安全、高效的高质量发展提供坚实基础，助力本质安全型矿山建设。

• 煤与瓦斯突出智能双重预防机制研究进展与展望

  李爽, 翟成, 鹿乘, 徐宁可, 秦延霆,

  矿山智能化建设推动煤矿灾害防控向智能化发展，深部开采条件下煤与瓦斯突出灾害防控成为亟需解决的关键难题。然而，现有煤与瓦斯突出防控体系存在体系完整性不足、防控链条断裂和智能化水平有限等问题，难以实现风险的超前精准防控。旨在构建煤与瓦斯突出智能双重预防机制的理论框架，厘清其研究边界，系统梳理其研究进展，提出研究展望，为构建煤与瓦斯突出智能防控体系提供理论支撑。基于双重预防机制理论，以煤与瓦斯突出灾害作为研究对象，采用文献分析与体系归纳相结合的方法，从风险识别、评估、预测、预警与管控5个环节出发，对煤与瓦斯突出智能双重预防机制进行了系统梳理与总结，归纳了现有研究的现状、贡献和问题，并提出了未来研究重点与方向。结果表明：煤与瓦斯突出智能双重预防机制涵盖风险识别、评估、预测、预警和管控以及隐患分类分级、排查、治理与验收环节，形成了灾害防控的系统框架。在研究贡献方面，智能识别实现了非结构化数据的自动提取与多因素耦合分析，智能评估构建了多属性决策与机器学习双轮驱动范式，智能预测推动了从单点感知向多源融合的演进，智能预警建立了“实时评估—超前预测—前兆监测”3层体系，智能管控推动了系统集成、协同智能和闭环管控发展。在研究问题方面，当前智能识别体系尚不成熟，智能评估模型碎片化且泛化能力不足，智能预测存在数据融合浅层与实时部署难题，智能预警系统性探索不足，智能管控闭环效能受限，导致全链条防控协同性较弱。未来研究应构建煤与瓦斯突出智能双重预防体系，深化识别中的多源数据融合、指标定性−定量转化和统一实时与周期风险，发展评估中的多层级融合框架与小样本、迁移学习等方法，突破预测中的机理−数据融合与模型部署难题，完善预警中的动态预警规则、多设备联动与管控响应机制，建立管控的自适应、协同智能与闭环机制，最终实现煤与瓦斯突出灾害的全链条闭环智能防控。

• 煤矿突出动力灾害声电瓦斯智能监测预警技术与装备

  李忠辉, 王恩元, 刘晓斐, 欧建春, 赵恩来, 李楠, 李保林, 张超林, 刘承飞,

  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。

• 煤层透气性系数测定方法研究进展

  陈学习, 马静怡, 胡嘉英, 韩沛学, 毕瑞卿, 孙际宏, 刘子健,

  煤层透气性系数是评价瓦斯抽采难易程度、保护层卸压增透效果、煤与瓦斯突出危险性大小的重要指标。简要回顾了煤层透气性系数测定方法的发展历程，重点讨论了实验室法、径向流量法、瓦斯压力恢复曲线法及注气法的研究进展及各自特点。分析结果表明：实验室法具有操作简单、成本低等优点，但难以构建与井下完全一致的模拟环境，未来可作为现场测定的重要辅助手段；径向流量法虽在现场应用比较广泛，但存在计算步骤繁琐、取值不连续等问题，诸多学者虽提出多种优化策略，却尚未建立统一计算标准；瓦斯压力恢复曲线法具有原位测试性强、数据解析直观等特点，但受封孔质量和测压精度影响较大，难以准确拾取中期径向流斜率段；注气法在复杂渗流煤层中展现出良好潜力，为各向异性透气性测定提供可行思路，但现场测定过程复杂，现场测试精度与数据稳定性受限。未来煤层透气性系数测定方法应重点从构建多场耦合与多尺度统一的理论模型、统一径向流量法行业标准与计算规范、提升压力恢复曲线识别与分析精度、优化注气介质选择与测点布局、提升现场监测精度与自动化水平等几个方面深化研究。

• 顶板裂隙带L型井负压抽采瓦斯技术研究及应用 以靖远矿区魏家地煤矿为例

  王勃, 屈争辉, 白领国, 徐波, 田斌剑, 李源汇, 李长兴, 张宇博,

  裂隙带L型井抽采是降低煤矿工作面瓦斯灾害的有效手段，但技术难度较高，选层选位难和水平段稳定性差等关键问题亟待解决。以魏家地煤矿东1100工作面为研究区，在地质工程适用性分析和覆岩结构精细刻画的基础上，运用关键层和“O”形圈理论及高位环形裂隙体模型进行L型井选层定位，并采用Abaqus软件模拟回采条件下不同孔缝组合筛管应力变化，优选筛管规格，进一步开展工程实践与抽采效果评价，结果表明：① 东1100工作面煤层瓦斯含量和压力较高、水平最大主应力方向NE、煤炭开采采用仰斜推进和U型通风方式，适宜裂隙带L型井抽采。② 距煤层顶板70 m处的砂岩层介于裂隙带范围（41～140 m）内，且具有弹性模量大（37.53 GPa）、泊松比小（0.30）、厚度大（>5 m）和连续性好的特征，可作为其水平段的垂向优选层位，该层位“O”形圈裂隙带距离回风巷28.43～59.73 m，是水平段平面优选位置。③ 十字交叉排列的圆形开孔（直径10 mm，间距250 mm，孔密度20孔/m），筛管最大主应力和主应变数值最小，为L型井实施的优选筛孔设计方案。④ 实钻过程中采用CMD-100型钻机、7LZ172×7.0-XISF型单弯1.5°螺杆钻具和MWD无线随钻三开钻进筛管完井，负压抽采瓦斯纯量在0.4×104、1.1×104 m3/d间高位波动，稳产时间超500 d；期间工作面高位钻孔从20 m/组调整为50 m/组，配风量从1 850 m3/min降至1 470 m3/min，抽采率从52%提高到75%，实现矿井瓦斯与火的耦合防治。

• “十四五”时期煤矿水害防治技术新进展及战略思考

  靳德武, 周振方, 李鹏, 张雁, 刘基, 姬中奎, 范涛, 王保利, 王昱同, 樊娟, 许峰, 赵春虎, 王甜甜, 方刚,

  2026年是“十五五”开局之年，继往开来做好煤矿防治水工作是实现煤炭工业高质量发展的一项重要任务。在对“十四五”时期煤矿典型水害事故统计分析的基础上，重点回顾了在涌水量预测、水害探查及治理等方面取得的主要技术进展，对未来一段时期内的技术发展方向进行了深度思考和展望。“十四五”时期主要取得了如下进展：① 开发了采煤工作面涌水量随采动态预测方法；② 高位离层水害精准防控技术和工程实践取得了可供借鉴的经验及做法；③ 源头主动减水技术和方法呈现多样性发展态势；④ 孔中、孔间物探技术及随采/随掘地震探测技术呈现方兴未艾的发展势头；⑤ 透明地质日益渗透到水害防治领域，革新了防治水理念及水害评价手段；⑥ 防治水管理理念不断提升，煤矿技术管理和政府监管执法对煤矿防治水工作的要求更加具体、全面。在回顾总结“十四五”水害防治技术6个方面新进展的基础上，梳理总结了煤矿水害防治工作当前面临的困难和问题，从“十五五”时期防治水技术需求出发，提出了矿井水源头保护、水害智能防控、复合灾害协同防控、水害治理技术标准体系构建等4个技术方向的思考及建议。

• 巨厚顶板砂岩含水层下采煤水害防治：理论与技术

  李振华, 黄玉峰, 王文强, 杜锋, 丁湘, 马丹, 张勃阳, 翟明磊,

  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。

• 对煤矿防隔水煤（岩）柱留设规定的十二条商榷

  吕玉广, 杜明泽,

  《煤矿防治水细则》《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》既是煤矿防治水工作的基石，也是最高技术准则，其权威性来源于其科学性和严谨性。为了维护规程（规范）的权威性，使其更好地指导煤矿防隔水煤（岩）柱留设，对《细则》附录六以及《三下开采规范》附录4提出商榷意见：一是例图表意模糊，如《细则》附图6-3c中辅助线绘制标准是什么，由于表意模糊造成L1、L2无解等，需要修改例图。二是计算公式错误，如《细则》附6-5公式不正确；《细则》附6-8公式经推导无意义；《三下开采规范》给出的“含水层顶部有充填阻水带”防隔水煤（岩）柱表达式及附图均错误等，需修改表达式及附图。三是影响因素疏漏，如《细则》中对通水钻孔防隔水煤（岩）柱留设未考虑采动覆岩移动角，需要修改例图和计算公式。四是参考标准不统一，如《细则》中附6-6公式、附6-8公式均为突水系数公式的“借用”，但“借用”标准不统一，建议统一标准。五是参数不明确，如“λ为水压和岩柱宽度的比值”中“岩柱”概念及水压单位不明确，造成公式无解或无法适用；相邻矿井防隔水煤（岩）柱防范对象（水源）不明确，需要明确适用条件；以断层为界的相邻矿井防隔水煤（岩）柱留设因矿井“界线”不明而脱离实际，成了单纯意义上的断层防隔水煤（岩）柱留设等。六是标题概括不恰当，如《细则》附录六之二与附录六之三这2个标题未抓住问题的本质区别；附录六之三的大标题与其控制下的第2小标题相矛盾（大标题为导水断层，大标题下第2小标题仅适用于不导水断层）应予纠正；附录六之四的大标题与其控制下的第2小标题相矛盾（大标题为导水断层，小标题为不导水断层），需要修改标题等。七是防隔水煤（岩）柱两端点起算标准混乱，有的以煤层底板与断层面交点为准，有的以煤层顶板与断层面交点为准等，不单纯是例图规范性问题，还关系到计算公式是否正确、有解的问题，如《细则》附6-4公式未考虑煤层厚度等，需要修正公式。八是概念界定模糊，如导水裂隙带高度指的是竖直高度还是法线高度不明确，导水裂隙带高度计算公式及附图均表明导水裂隙带包括垮落带，与名词解释（导水裂隙带不包括垮落带）相矛盾等，建议根据煤层倾角大小进一步明确导水裂隙带高度概念，并厘清导水裂隙带与导水裂隙带高度两者区别；防隔水煤（岩）柱宽度指的是水平宽度还是倾斜宽度需要明确；《细则》附图6-8b导水裂隙带从煤层底板起算，存在概念上错误等。九是适用条件笼统，如煤层露头风化带的防隔水煤（岩）柱留设等，需要进一步明确留设煤柱的适用条件；例图6-3c仅适用于不导水断层，应予纠正。十是例图错误，如《细则》附图6-7将顶板防隔水煤（岩）柱划为采空区；《细则》附图6-8a中Ls长度所指端点不详，需要修改附图等。十一是例图缺失，如《细则》附录六之二遗漏了“含水断层”例图，导致含水断层概念不明确，需要增加例图。十二是顾此失彼，如《细则》附图6-8a等仅考虑一矿开采不得破坏相邻矿井防隔水煤（岩）柱这个原则，却忽视了一矿开采对导水断层本身的破坏，需要修改例图并增加计算公式。

• 煤储层水力压裂裂缝扩展规律研究进展

  孙四清, 张庆利, 杨帆, 吴晓眩, 郑玉岐,

  水力压裂是煤层气高效开发的关键技术，水力裂缝的分布和沟通情况直接影响压裂效果。围绕煤储层水力裂缝扩展机制，系统梳理了真三轴物理试验、数值模拟和现场验证3方面的研究进展，综述了各种地质控因和工程控因对裂缝扩展的影响，总结了现阶段煤储层水力裂缝扩展规律研究中面临的问题及发展趋势。得出以下结论：真三轴物理模拟试验系统可还原储层的地应力和温度条件，形成的多井型试件可模拟裸眼和定向射孔压裂，搭配声发射、电学和光学监测系统获取压后裂缝形态；用于裂缝扩展的数值模拟方法已从单一的有限元法、扩展有限元法、边界元法、离散元法延伸到将有限元和离散元结合的连续−非连续单元法，可模拟裂缝沿任意路径扩展，无需重新划分网格；现场验证能反映真实地质−工程耦合下的裂缝扩展形态，在验证物理试验和数值模拟成果的同时，揭示压裂技术应用时遇到的新问题；水力裂缝的扩展行为受到地应力、天然弱面、岩石力学参数、排量、压裂液黏度、压裂液用量、射孔参数等地质−工程因素的耦合作用。为深入探究超大规模体积压裂下裂缝的扩展规律，提出了完善可视化真三轴水力压裂模拟试验系统、开发多元融合的水力压力数值方法和构建裂缝主控因素敏感性定量分析与压裂参数智能决策一体化平台等发展建议。通过对现有文献的综合分析，总结了裂缝扩展的研究方法和影响因素，以期为后续研究和实践提供借鉴。

• 煤矿智能化透明地质保障技术及装备研究进展

  刘再斌, 范涛, 马良, 晏俊生, 杨辉, 李鹏, 李贵红, 王新苗, 刘强,

  地质保障技术是实现煤炭安全、高效、绿色开采的重要基础，也是煤矿智能化建设的重要支撑。透明地质保障系统通过对矿井地质条件进行全面、动态感知，实现地质信息从采集、建模、分析到决策的全过程应用，已成为煤矿智能化建设的重要内容。该系统以多源时空信息感知为核心，依托高分辨三维地震勘探、定向长距离钻探装备、钻孔综合超前物探以及随采随掘地震监测等技术装备，动态识别煤岩起伏、构造异常、水灾隐患及顶底板稳定性等关键地质参数。通过坐标配准、交叉验证和联合反演等方法对多源异构地质数据进行融合，并以克里金插值、径向基函数及随机模拟等算法对地质几何形态与属性场进行连续化和不确定性量化表达，构建全矿井高精度三维地质模型，实现地质空间的连续刻画。在此基础上，通过“采掘−地质”数字孪生将采掘装备运行及支护作业等动态工程数据与三维地质模型耦合，基于虚实映射技术实现地质体及其赋存属性对采掘生产的实时反馈，并结合多场耦合致灾机理模型，分析采掘活动对地质体的扰动影响，为煤矿生产提供超前预警、风险决策支持。同时，系统可量化复杂地质条件，实现高频率、实时动态的地质信息更新与采掘相适配。实践表明：透明地质保障系统在隐蔽致灾因素立体预测预报中展现出显著效果，形成了“透明地质+”的矿井灾害防治思路，可支撑工作面截割、巷道掘进及支护优化等采掘地质导航应用。综上所述，透明地质保障技术取得了显著进展，但由于矿井地质条件复杂，导致地质信息感知程度不够、地质自适应分析模型构建难度大以及设备−模型智能化集成水平低，当前透明地质保障系统仍存在模型更新效率低、装备与模型协同能力弱等问题。未来应从信息感知层、模型孪生层、智能认知层以及协同控制层4个方面继续开展研究，聚焦高精度多源信息探测融合、智能化数字孪生演化、地质垂直大模型智能分析技术以及面向全矿井生产系统与装备的集成化应用，为煤矿智能化透明地质保障持续提供理论支撑与技术路径。

• 宁夏特殊用煤的煤岩煤质煤类特征控制因素与成因类型

  魏迎春, 王鑫, 姬晓燕, 曹代勇, 梁永平, 李新, 李婧琦, 朱文豪,

  推进煤炭资源从燃料向燃料与原料并重转变，实现煤炭清洁高效利用是21世纪解决能源、资源和环境问题的重要途径，煤炭质量评价是煤炭清洁高效利用的基础性工作，赋存规律及控制因素研究为煤炭质量评价提供科学依据。以煤岩、煤质、煤类的成因为切入点，分析了宁夏特殊用煤形成和演变及其控制因素，查明了宁夏特殊用煤分布特征，划分了宁夏特殊用煤的成因类型。结果表明：宁夏太原组、山西组、延安组的沉积环境分别以障壁海岸、湖泊三角洲、冲积平原为主；太原组和山西组泥炭沼泽类型以潮湿森林沼泽和潮湿草本沼泽为主，延安组泥炭沼泽类型以干燥森林沼泽为主；受沉积环境和泥炭沼泽类型共同影响，3套煤层的煤岩、煤质特征存在差异。宁夏煤均受深成变质作用影响，大部分变质程度较低，香山煤田太原组和宁东煤田韦州矿区西部煤叠加了动力变质作用，贺兰山煤田煤叠加了区域岩浆热变质作用，变质程度较高。根据特殊用煤对煤岩、煤质及煤类的要求，分析了宁夏特殊用煤的时空分布特征，优质无烟煤分布在汝箕沟矿区；炼焦用煤主要分布在横城矿区、韦州矿区东部、四股泉矿区、沙巴台矿区、石炭井矿区和石嘴山矿区；液化用煤主要分布在红墩子矿区、鸳鸯湖矿区和灵武矿区；除上述区域外的煤均可作气化用煤。从沉积环境、泥炭沼泽类型和变质作用类型入手，建立了宁夏特殊用煤成因类型划分方案，将宁夏特殊用煤成因类型划分为16种，其中太原组8种、山西组5种、延安组4种(其中太原组和山西组均包含“湖泊三角洲−潮湿森林沼泽−深成变质作用型”这一成因类型）。该成果可为宁夏煤炭清洁高效利用提供理论支撑。

• 融合厚度信息的煤矸DE-XRT密度精准预测方法

  郭永存, 骆启生, 何磊, 李德永, 王爽, 赵艳秋, 刘宝莹, 支亚,

  在煤矸智能分选领域，宽厚度−宽密度物料的密度预测受双能X射线透射物理机制、数据融合策略及物料复杂组分的综合影响，导致预测难度大、精度低，严重阻碍了煤矸智能光电分选技术发展和煤炭分质分级利用。为降低各因素影响，提高煤和矸石密度预测精度，提出了一种基于虚拟厚度图像和改进密度公式的预测模型。该模型利用可变窗口式非线性平滑滤波降低夹矸现象的影响，以深度相机数据作为厚度基准对低能区图像灰度值进行校准，构建了可与双能X射线图像像素级对齐的虚拟厚度图像。探析了使用同一密度计算公式的影响，以各密度级煤矸计算结果的变化规律为依据对密度计算公式进行改进，建立了适用于煤和矸石的密度预测模型。此外，通过引入边界约束条件，进一步增加了模型的预测精度。通过与各种算法在不同密度级和厚度范围的煤矸数据集上进行对比测试，综合评估了所建立模型的性能。试验结果表明，该模型可以准确预测宽厚度−宽密度煤和矸石的密度。其中，对密度范围为1.30～1.80 g/cm3、平均厚度范围为5～100 mm物料预测差值的均值MAE（Mean Absolute Error）和方差E-Var（Error Variance）最低分别为0.0539和0.0009；对密度 > 1.80 g/cm3、平均厚度范围为5～100 mm物料预测差值的均值MAE和方差E-Var分别为0.2106和0.0332。相较于P值法、透射公式法、阿基米德法以及质量体积比值法，所建立模型可以在实现多目标同步测量的同时保持较高的精度和稳定性。此外，获得了准确性较高的电子密度图像，为后续的组分分析、质量质心计算、物料分布状态判断等关键环节提供数据参考。

• 永磁外转子矿井提升机多物理场耦合研究进展

  寇子明, 寇少凯, 吴娟, 王彦栋,

  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70 t。

• 煤矿巷道智能掘进技术进展、挑战与趋势

  张旭辉, 万继成, 杨文娟, 赵友军, 欧阳广钱, 王亮, 赵文, 王超,

  煤矿巷道智能掘进是实现智能矿山建设目标的关键环节。阐述了煤矿巷道智能掘进的内涵，通过分析全断面掘进、掘锚机、连采机及掘锚一体机快速掘进系统特性及发展现状，详细剖析了加快煤矿巷道智能掘进发展的装备精确定位、定向掘进、断面成形自主截割、智能支护、设备群协同控制、工作面设备故障与安全预警、地质状态感知以及工作面智能管控等关键技术。针对井下复杂环境下的装备定位与环境感知、智能控制、智能决策需求，提出了基于合作标靶的视觉定位、“视觉+”多源融合组合定位及以巷道环境特征为目标的无标靶视觉定位技术，同时，研究了视觉+深度学习巷道断面裂隙检测、巷道几何形态重建技术，提升了井下掘进装备的自主导航与环境感知能力；提出了定向掘进与纠偏、轨迹规划与截割控制、虚拟示教记忆截割、锚固孔识别、多钻臂协同支护控制以及设备群碰撞预警等技术，解决了掘进过程中掘进装备姿态难以精确控制、截割轨迹难以动态规划、支护过程协同性不足及多设备空间干涉等控制难题，实现了掘、支过程的自适应控制。将数字孪生技术融入截割控制、碰撞检测与预警、协同控制决策，构建了数字孪生驱动的掘进工作面智能管控系统，实现了物理实体与虚拟模型的实时映射、设备群协同决策、设备关键部位故障诊断、作业过程可视化管理与风险预测。提出了巷道智能掘进技术发展思路与研究方向：多模态信息融合的设备定位技术、面向复杂工况的智能控制技术、AI驱动的工作面虚实共智技术、数字孪生驱动的虚拟调试技术，实现巷道的少人化、无人化智能快速掘进。

• 基于数字孪生与规划放煤协同的煤矿智能开采技术

  李浩荡, 董启凡, 李孝胜,

  为实现工作面智能化常态化运行，解决复杂地质条件下模型泛化能力不足、多设备协同效率有待提高及缺乏全链路标准化解决方案等问题，开发了基于数字孪生和规划放煤协同的煤矿智能开采系统。通过分层解耦和模块化方式，建立数字孪生系统5层架构和规划放煤系统5个功能模块，通过多源数据融合与跨系统协议互联等方式建立内外部系统交互，构建涵盖数据共享、指令下发、智能分析及三维可视化监控的完整交互体系，形成标准化的解决方案。建立集成三维建模、数据融合、工业物联网、RBF神经网络动态博弈算法等技术手段的全链路数字孪生系统，实现了地质勘探、设备控制、工艺优化等功能。建立以动态参数适配为核心的智能放煤决策模型，通过融合煤层地质参数、设备状态参数与工艺约束规则，构建多目标协同优化的放煤决策框架，实现复杂地质条件下放煤工艺的自适应控制和数据驱动的放煤过程动态协同与优化。研发了智能放煤远程协同操作平台，实现了可视化放煤工艺表、放煤数据统计和分析、放煤模版下发等功能，提升了放煤操作准确性和安全性，降低了人工干预度。新疆乌东煤矿开展煤矿智能开采试验，规划放煤系统动作执行准确率达到93%，生产系统自动化率达到95%，开采效率提升11%，设备故障率降低7%，大大提升了智能开采的准确性和安全性。

• 露天煤矿智能开采技术装备进展与展望

  王忠鑫, 刘英璐, 孙鑫, 丁小华, 赵红泽, 李来平, 宋波, 黄俊婷, 李广贺, 周游,

  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。

• 刮板输送机轻量化技术现状与未来展望

  张强, 贾安昊, 付云飞, 刘伟, 吕玉廷, 王阳, 刘峻铭, 汪庭玉,

  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。

• 面向原煤分选场景的多模态融合异物开集检测方法

  曹现刚, 刘航, 刘家辉, 吴旭东, 王鹏,

  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。

• 干旱半干旱煤矿区重构土层水盐空间分布及微生物修复效应

  毕银丽, 谯寅初, 彭苏萍, 柯增鸣, 赫云兰, 周杨,

  我国西部煤矿区蒸发量大、降水少，排土场无序覆土、生态系统脆弱，为缓解该区排土场水资源短缺条件下修复成功率和生态系统韧性的问题，选取准能黑岱沟露天矿为研究区，采用排土场不同的土层重构方式（三层结构和混合结构），并联合不同微生物组合（AM、DSE、AM+DSE、CK）进行生态重建，研究重构土层保水、涵水性、水盐空间分布、微生物对植物生长及水分利用策略的影响。结果表明，探地雷达验证了三层结构和混合结构的物理特性，三层结构土壤水分呈层状分布，表层黄土层（生态层）随深度增加，中层粗砂岩层（涵水层）水分分布均衡，含水率达到12%，底层砂质黏土层（隔水层）具有阻滞水分下渗功能，而混合结构水分分布无空间差异性。三层结构处理的水分保蓄能力提高了43.1%，并显著增加了对50～100 cm土层水分的吸收，进而促进植物根系对水分的利用，利用效率达到71.1%。AM+DSE处理显著促进了植物生长发育，有效提高植物对重构土层土壤的水分利用效率，与CK相比，紫花苜蓿水分利用效率提升42.7%，覆盖度提高1.2倍。因此，在西部干旱半干旱矿区，三层结构与AM+DSE处理相结合的方式，具有显著的生态修复潜力，本研究为矿区生态恢复提供新的思路和技术支持，有助于实现我国西部矿区的可持续发展。

• 试论矿区一体化生态修复

  王金满, 吴大为, 叶甜甜, 刘悦, 李速, 马艺源, 冯宇,

  矿产资源开发在支撑中国现代化建设的同时，也不可避免地引发了一系列生态环境问题。当前，在“双碳”目标与“山水林田湖草沙生命共同体”理念指导下，中国矿区生态修复正经历向绿色低碳与一体化系统修复转型的过程。目前中国矿区生态修复面临“碎片化”困境，突出表现为单要素治理、单一尺度视角与单一技术依赖，难以有效支撑矿区复杂生态系统修复，制约了矿区生态修复成效的可持续性。为此，基于生命共同体理念的整体性、系统性和协同性要求，系统阐释了“矿区一体化生态修复”的内涵，探讨了矿区一体化生态修复的支撑理论，并从多要素协同、多尺度联动、全过程管控等方面提出了矿区一体生态化修复的实现路径、模式与关键技术体系。主要结论如下：① 基于要素、尺度和过程等视角，提出了“矿区一体化生态修复”的内涵，强调矿区生态修复的系统性、协同性和可持续性；② 构建了以生命共同体理论、景观生态学理论、尺度理论和生命周期理论为核心的矿区一体化生态修复支撑理论体系，为矿区复杂生态系统整体修复提供了多维度理论基础；③ 围绕“格局—过程—服务—可持续”的生态系统修复途径，提出了“要素−尺度−过程”协调联动的三位一体生态修复实现路径；④ 集成了多技术耦合的矿区一体化生态修复关键技术体系，包括“空—天—地—深”一体化监测技术、物理—化学—生物技术耦合协同、土壤—水文—植被系统修复技术以及边采边复技术等，为矿区生态修复实践提供了工具支撑。