煤炭科学技术杂志

煤炭科学技术杂志2026年第3期

• 急倾斜煤层群煤岩放出流动规律及控制

  伍永平, 王乐辰, 王红伟, 王立伟, 解盘石, 田程阳, 焦建强, 闫壮壮, 白金源, 茹笑辉, 王正富,

  急倾斜近距离煤层群水平分段开采，受倾角与边壁效应影响，煤岩流动规律复杂、放出率低，严重制约该类煤层的安全高效开采。以新疆天顺煤矿水平分段大采高综放联合开采工作面为工程背景，采用数值计算方法，系统研究了不同放煤工艺对煤岩流动规律、放出体形态、放出率的影响机制，提出了以控制散体间隔岩层优先放出为核心的高效放煤控制技术，优化了联合综放工作面放煤工艺，并结合相似模拟与工业性试验验证了放煤工艺的科学性。结果表明：在急倾斜联合工作面开采过程中，煤岩放出体流动规律与放出率受顶、底板倾斜边壁与间隔岩层破碎矸石影响，下层散体顶煤在间隔岩层破碎矸石与底板的夹持作用下，导致联合开采工作面底板侧三角煤量远大于顶板侧，上层散体顶煤受间隔岩层影响较小；根据不同放煤工艺下煤岩放出情况，提出优先保证散体间隔岩层放出，减少其对下煤层散体顶煤约束效应的控制技术，进而提高急倾斜联合开采工作面煤岩放出率；最后结合天顺矿井中组煤地质条件，提出采用顶板向底板多轮间隔放煤工艺，可有效削减间隔岩层破碎矸石对煤层的约束效应。根据现场工业性试验验证，采用该放煤工艺可使工作面日产量相较于其他放煤工艺提升最高达24.5%，大幅减少顶、底板侧三角煤损失。

• 大采高临空面“L”型顶板结构形成机制及断裂失效与能量演化特征

  王博, 王超, 冯国瑞, 李竹, 邹俊鹏, 余卓成, 高伟明, 王保齐, 李占成, 张慧田,

  大采高工作面坚硬顶板破断运动与结构失稳是诱发采场冲击地压显现的根源，揭示顶板岩层断裂运动与矿震事件的关联效应，对科学防治冲击地压具有重要意义。以兖矿能源权属公司鄂尔多斯营盘壕煤矿高能矿震及冲击地压显现为案例，针对2215临空工作面大能量事件集中发生于工作面前方与临空侧的现象，综合理论分析、数值模拟与现场实测，基于弹塑性力学板结构极限载荷分析方法，获得了大采高临空工作面开采条件下顶板岩层破裂特征及塑性铰接块体几何尺寸大小；开发了采动岩层断裂耗散能演化Fish程序，获得了工作面推进过程中顶板岩层耗散能分布特征及其动态演化规律，查明了大采高工作面顶板岩层主断裂迹线分布特征及断块结构形态，并据此揭示了工作面顶板岩层断裂结构形态及工作面超前煤岩体与临空侧大能量事件集聚机制。结果表明： 工作面顶板岩层随着推进距离的增大，其极限承载能力呈指数型快速衰减，直至达到工作面顶板岩层初次及周期破断步距，且大采高临空工作面顶板呈现偏心断裂特征，主断裂位置向临空侧与采空区后方偏移。大采高工作面顶板岩层于超前煤岩体及临空侧形成悬露结构，前后两次断裂迹线合围形成近似“L”型顶板结构，该“L”型顶板岩层的破裂运动是造成大采高工作面临空侧及超前大能量微震事件的根源。针对厚硬岩层群，于两巷道开采周期内布置高密度超前致裂卸压钻孔，破坏多层“L”型顶板结构组合效应与整体运动特征，有效减少了营盘壕煤矿大采高坚硬顶板工作面大能量微震事件的发生。可为类似条件下优质煤炭资源安全开采提供有益借鉴。

• 主应力轴旋转煤巷围岩拉剪破裂分布差异及靶向控制

  高永格, 徐振铭, 洛锋, 李会园, 王鹏, 张顺, 何团, 胡佳琦, 张德鹏,

  为研究差异主应力条件下巷道围岩拉剪破裂分布形态及不同破坏模式的主动靶向控制方法，以某矿深部单侧采空工作面为工程背景，采用理论分析、相似模拟、数值模拟综合研究方法，分析了差异主应力条件下巷道围岩细观拉剪破裂特征，研究了不同角度主应力轴旋转巷道围岩拉剪破裂分布形态与应力演化规律，提出了针对不同破坏模式的主动靶向控制方法。结果表明：首先，主破裂线的恶性剪切滑移是诱导围岩灾变失稳的主要因素，随主应力比（σ1/σ3）增大，主破裂滑移迹线长度呈现正相关关系，并朝围岩深部恶性扩展延深。其次，渐进的主应力轴旋转使巷道宏−细观拉剪破裂网络历经“左右异状蝶叶”蝶形−十字形−“上下异状蝶叶”蝶形的演变。依据主应力轴旋转角度围岩宏−细观拉剪破裂特征可划分为3种破坏模式：帮侧浅部张拉，角点深部滑移破裂，顶底对称收敛的破坏模式；巷道左肩角、右底角拉剪差异损伤，顶底深部异状滑移，右肩角、左底角差异变形的非对称破坏模式；顶底浅部张拉，角点深部剪切错动，帮部对称变形的破坏模式。主应力比与帮部、顶底主应力差的差值呈非线性正相关关系；主应力轴旋转时，巷道围岩的破坏规律是分阶段由不同应力分量主导的应力优势演化过程。提出了以精准靶向控制原理为基础的针对不同拉剪破裂模式的靶向控制方法，为提升支护系统效力、节约支护成本提供了理论基础。

• 矿用高分子薄喷层护表支护试验研究

  梁晗, 张泽迪, 柏子涵, 师云靖, 曹晨,

  薄喷层（Thin Spray-on Liner，TSL）广泛应用于矿山的密闭工程，具有承载能力的薄喷层是地下煤矿巷道支护中取代金属网的新方法，具有掘进速度快、自动化程度高、适用范围广的优点。首先基于TSL在软岩巷道的变形过程，对TSL的支护作用理论进行分析，认为TSL与表面围岩产生连锁效应，黏结层对深部岩体变形产生约束作用。围岩大变形条件下形成TSL薄壳结构，产生支护作用。基于煤矿巷道现场实际制作大型型煤煤柱试样，使用一种新研发的高分子TSL材料开展试验研究，对比分析了不同护表方式的支护效果。结果显示：TSL比菱形网的约束作用更强，试样应力峰值提高了28.3%。同时，TSL试件残余强度更高，系统能量耗散增加了44.1%。巷道大变形阶段TSL与约束岩体形成薄壳结构，首次对不同岩体TSL壳结构的支护效果进行了试验研究。结果显示：TSL壳结构通过自身承载压应力降低表面围岩变形，褐煤和砂岩试样承载能力分别增加了44.6%和20.4%，能量散耗增加约2倍。采用数值计算方法，分析了TSL的煤柱约束作用和薄壳支护试验过程中自身的承载状态和对围岩变形的控制机制，并与试验观测结果进行了比对。研究为TSL支护工程实践提供理论依据，为煤矿巷道TSL支护效果预测提供试验研究方法。

• 考虑地面注浆影响因素的深部巷道破坏机理及控制研究

  杜文正, 程桦, 李阿康, 潘锐, 荣传新, 孙茂如,

  针对地面注浆影响下深部巷道稳定控制难题，基于Hoek-Brown强度准则及极限分析理论，建立了直墙拱形巷道顶板力学模型，并以淮南某矿为工程背景，推导出考虑地面注浆影响因素的巷道顶板冒落轨迹曲线方程，分析了不同参数对顶板冒落破坏的影响，揭示了该类巷道顶板冒落机理；基于“顶板破坏分区控制，轻微破坏修复改善，一般破坏固结增强，严重破坏高强支护”的控制理念，提出了根据巷道变形破坏段特征分区划分等级，分类制定返修方案的方法，并在工程中得到成功应用。结果表明：① 未注浆时，顶板冒落破坏分离曲线呈典型的对称“倒置漏斗”形演化特征，施加地面高压注浆后，由于注浆附加应力场影响导致顶板破坏分离曲线呈现显著非对称特征，形成“左窄右宽”的异形冒落拱结构。② 采用注浆加固等措施改善岩体力学参数或提高支护阻力，可有效降低顶板冒落风险。③ 根据巷道变形破坏段特征分区划分等级，分类制定返修方案，严重破坏区采取“注浆锚杆+注浆锚索+拱架”等高强支护手段，一般破坏区实施“注浆锚杆+注浆锚索+钢筋网+喷层”控制技术，轻微破坏区提出“高预应力锚索+注浆锚杆+钢筋网+喷层”控制对策，各分区顶板最大下沉量均未超过135 mm，且严重破坏区顶板平均下沉量仅为86.3 mm，降幅达83.9%，控制效果显著。

• 贯通裂隙注浆体浆岩双介质力学特性及传力机制

  李振华, 刘孟森, 杜锋, 王文强, 翟明磊, 石建行,

  注浆是提高裂隙岩体稳定性的主要技术之一，而浆岩介质间的传力方式对注浆岩体的破坏具有重要影响。为研究贯通裂隙注浆体浆岩双介质传力承载机制，制备不同角度裂隙类岩石试样，注浆充填后开展单轴压缩试验，并结合离散元数值模拟方法探究了裂隙倾角对试样力学特性、破坏模式、裂纹演化及传力方式的影响规律，从宏细观注浆体结构变化方面揭示了浆岩双介质的传力机制。试验和数值模拟结果表明：贯通裂隙注浆体强度小于完整试样，试样峰值强度随裂隙倾角增加先减小后增大，浆岩接触面处正应力逐渐降低，切应力逐渐增加，45°为试样力学特性转变的临界阈值，此时试样劣化程度最高，且浆岩接触面处正应力与切应力相等，45°～75°时试样峰前应变及峰后应变明显增加。完整试样呈两侧劈裂破坏，裂隙试样破坏模式受角度影响较大，0°～45°时，试样呈弯折型剪切−劈裂破坏，浆岩交界面处出现弯折，且裂纹主要集中在试样中上部；60°～90°时，试样拉剪裂纹逐渐趋于浆液两侧，呈拉剪破坏模式。裂隙倾角与浆岩双介质传力机制存在动态转变规律，以45°裂隙为临界角度，试样以浆液为中心由上下结构转变为左右结构，前者中部浆液强度较高，不利于裂纹向下部扩展，主体承载结构偏上；后者左右结构均可承载，且裂隙倾角越接近90°，试样左右两侧承载传力受浆液影响就越小，裂纹分布越均衡。研究成果可为复杂地质条件下注浆工程设计提供科学依据。

• 露天煤矿不规则烧变岩区域隔水煤岩柱宽度优化

  刘光伟, 张靖, 柴森霖, 付恩三,

  露天煤矿煤层埋藏浅、地质条件复杂，导致煤层裸露，与空气充分接触自燃形成烧变岩，烧变岩内部含有丰富的细孔，使得降雨、地下水等通过细孔流入地下，形成烧变岩富水区域，对露天煤矿安全生产造成威胁。为了在不规则烧变岩区域的情况下，防止烧变岩富水冲破边坡进入到露天煤矿坑内影响正常生产，提出了露天煤矿不规则烧变岩富水区域隔水煤岩宽度优化方法。针对动态不规则烧变岩富水区域，通过分析露天煤矿剖面图中不规则烧变岩富水区域与煤岩区域的不规则边界线，采用多种数学函数对不规则分界线进行分析，在不满足拟合程度时，采用多种数学函数进行分段拟合，根据拟合程度确定分段拟合的范围，进而确定分段分界线的拟合函数，再结合最小隔水煤岩柱宽度计算式和分段拟合函数计算每个煤岩层的最小隔水煤岩柱的宽度和分段拟合函数值，将2个数值联立得到每个煤岩层的最终最小隔水煤岩柱宽度，筛选最大值，得到单个剖面的最终最小隔水煤岩柱宽度。结果表明：以大南湖二号露天煤矿的典型剖面为例，已知当前含水层边坡的稳定性系数且边坡处于稳定状态，利用了傅里叶函数和高斯函数进行分段拟合，拟合程度分别为0.999 6和0.999 9，残差值分别基本控制在0.6 m之内和0.7 m之内，单个剖面的最终最小隔水煤岩柱宽度为100 m。

• 矿用无叶风扇对上隅角瓦斯浓度分布的影响及应用

  聂百胜, 张杰, 刘鹏, 陈楠, 周皓文,

  采煤工作面上隅角瓦斯防治一直都是煤矿安全生产的重要方面。为高效治理采空区上隅角瓦斯超限问题，提出了一种应用矿用无叶风扇稀释上隅角瓦斯的防治方法。以山西省某煤矿U型通风系统工作面上隅角为研究对象，以矿用无叶风扇的出风狭缝和进风压力为影响因素，使用Fluent模拟多个工况下采空区局部风流场和上隅角瓦斯分布特征，根据模拟结果筛选最优参数条件的矿用无叶风扇进行现场试验，结合试验结果对模拟瓦斯浓度进行验证。结果表明：矿用无叶风扇能够提高回风巷风速，卷吸风扇后方风流，增大上隅角风流速度，有效稀释上隅角瓦斯。矿用无叶风扇的风量增大倍数随出风狭缝的减小而增大，出风狭缝为1.5 mm时，矿用无叶风扇前方2、5 m处的风量增大倍数分别为7.84和6.84；进风压力对风量增大倍数的影响较小，当进风压力为0.8 MPa时，拥有最大风量增大倍数分别为7.62和7.27；出风狭缝为1.5 mm、进风压力为0.8 MPa时，上隅角区域瓦斯质量分数能够迅速降至0.1%以下，说明较小的出风狭缝和较大的进风压力对提高上隅角风速和稀释上隅角瓦斯更有利，且前者对瓦斯浓度的影响程度大于后者。在现场试验中应用矿用无叶风扇取得了良好的效果，使用进风压力为0.8 MPa的矿用无叶风扇可在30 min内将上隅角瓦斯质量分数降至0.2%。研究结果丰富了矿用无叶风扇巷道应用中流场及瓦斯浓度场分布的理论基础，同时为进一步优化矿用无叶风扇局部瓦斯治理技术提供理论指导。

• 低浓度瓦斯直燃系统瓦斯混配浓度异常预测与调节

  郑晓亮, 程王峰, 薛生, 廖冉,

  低浓度瓦斯直燃系统常面临瓦斯浓度异常波动的问题，尤其是在瓦斯混配过程中，若未能及时发现并调节异常浓度，可能引发严重的安全事故。如何提高混配后异常瓦斯浓度预测的精确性与自适应性，成为亟待解决的问题。针对这一问题，提出了一种低浓度瓦斯直燃系统瓦斯混配浓度异常预测与调节策略。首先基于甲烷、温度传感器等获取主管瓦斯浓度等数据并构建了归一化流规范化数据集，并对数据集进行了多源数据融合；进一步设计了一种异常瓦斯浓度自适应预测与调节模型，利用编码特征提取模块对试验数据进行特征提取，异常瓦斯浓度预测模块对异常瓦斯浓度进行实时预测，解码调节模块利用自适应上采样调节异常瓦斯浓度值，依据消融试验、对比试验、自适应试验对模型性能进行全面评估；最后将异常瓦斯浓度自适应预测与调节模型集成于图形交互（Graphical User Interface, GUI）界面联合开发的低浓度瓦斯直燃系统混配瓦斯浓度异常预测与调节平台。结果表明：模型的准确率（Accuracy, Acc）为95.81%、精确率（Precision, Pre）为96.02%、均方误差（Mean Square Error, MSE）为0.068、每秒帧率（Frames Per Second, FPS）为98.5 帧/s，优于Transformer、Mamba-2等模型，集成于低浓度瓦斯直燃系统混配瓦斯浓度异常预测与调节平台的最大误差不超过3%，能够及时有效地调节瓦斯浓度异常波动，确保低浓度瓦斯直燃系统稳定运行。

• 含瓦斯煤岩破裂电荷多指标前兆预警方法

  肖晓春, 马鑫, 丁鑫, 樊玉峰, 张文萍,

  为解决瓦斯煤岩动力灾害前兆电荷信号预警准确性不高的难题，提出了一种基于电荷信号多指标的含瓦斯煤岩破坏综合预警方法。基于历史电荷信号数据，提取3个预警效果显著且能敏感反映含瓦斯煤岩灾变破坏的前兆指标，包括瞬时脉冲电荷量、排列熵和波形因数。通过开展不同侧压比条件下含瓦斯煤岩加载试验，结合物理试验和信号分析，深入研究了含瓦斯煤岩破裂电荷演化规律，基于层次分析法和遗传算法，确定了“三指标”的权重值和6个优选特征指标的临界值，将这些优选指标作为综合预警方法的输入参数，构建了含瓦斯煤岩破坏综合预警模型。为验证该方法的有效性，采用实验室历史数据中的含瓦斯煤岩破坏电荷信号进行验证分析。结果表明：通过对大同煤业集团忻州窑矿含瓦斯煤岩试样电荷信号数据的分析，确定了电荷信号前兆敏感指标瞬时脉冲电荷量、排列熵、波形因数的权重分别为0.633、0.106和0.261；筛选出了“三指标”中6个关键指标作为综合预警方法的输入参数：排列熵0.5 s偏差值、排列熵偏差异常持续时间、波形因数0.5 s偏差值、波形因数偏差异常频次、瞬时脉冲电荷量累积量斜率和瞬时脉冲电荷量数值变化率，其对应的临界值分别为0.24、0.05、0.35、3.00、0.014和3.32。将上述指标和临界值应用于历史试验数据进行验证，验证结果表明该综合预警方法对含瓦斯煤岩破坏的相对时间预测最高可达73.882 s，显著提升了预警准确性和适用性。该方法能够及时预测含瓦斯煤岩破坏风险程度，为矿井安全开采提供了参考。

• 白腐菌对煤孔隙结构及自燃倾向性的作用机理

  刘雨鑫, 董宪伟, 王福生, 胡相明, 董轩萌,

  微生物抑制煤自燃成为煤自燃防控的新兴研究方向。为探究白腐菌对煤体孔隙结构与自燃倾向性的作用机理，通过单因素试验结合响应面法优化溶煤条件，采用压汞试验、N2吸附试验、CO2吸附试验，结合优势孔径段的优选，构建全尺度孔隙联合表征体系；基于分形理论全尺度定量分析孔径的分形特征变化，并通过氧化动力学试验验证白腐菌对自燃倾向性的抑制效应。结果表明：白腐菌显著改变了煤体孔隙结构，其最佳溶煤条件为煤浆质量0.40 g、培养时间26 d、接种量6 mL；在此条件下，多尺度孔隙表征显示，煤体总孔容降低34.25%，孔径为1 000～100 000 nm是孔容损失的主体区间，比表面积减少43.79%，孔径为0.3～0.6 nm是比表面积损失的主体区间，综合分形维数Dz降低0.04；氧化动力学试验证实煤样综合判定指数IWRF上升了22.06%，自燃倾向性显著降低。白腐菌对煤自燃的抑制作用可源于物理隔氧−化学阻化的协同机制：形成生物膜覆盖煤表面阻断氧气扩散，降解类木质素组分，弱化孔隙连通性；分解煤中C=O、—OH等活性基团抑制链式氧化反应。这两重路径通过重塑孔隙结构与化学结构，共同抑制煤氧复合作用的发生。研究首次建立“溶煤参数−孔隙演化−自燃倾向性”的定量关联，为煤自燃防控提供新思路，为微生物防治煤自燃提供理论基础与技术参数。

• 煤氧化热反应特性与SHAP可解释温度预测模型

  张树川, 申晓毓,

  为构建适用于复杂氧化工况的煤自燃温度高精度预测模型，揭示氧化反应热动力机制与温度演化过程之间的耦合特征，提升对关键热反应节点的识别能力，支撑矿井自燃智能预警体系建设，通过在不同氧气体积分数和升温速率条件下开展程序升温与同步热分析试验，监测气体释放行为及TG–DSC响应曲线，提取煤氧化过程中具有代表性的特征温度点（TC1—TC7和T1—T6），构建煤自燃过程的阶段划分体系。并将氧化过程整合为4个宏观反应区间，采用Coats–Redfern法计算各合并阶段的表观活化能和焓变，结合气体特征共同构建基于极端梯度提升算法（Extreme Gradient Boosting，XGBoost）与梯度提升算法（Gradient Boosting Regressor，GBR）的多维温度预测模型，并引入沙普利加性解释（Shapley Additive Explanations，SHAP）进行特征贡献度可解释性分析。结果表明：随着氧气体积分数降低，特征温度点TC6与TC7显著向高温区偏移，偏移率分别为−2.000 ℃/%与−1.333 ℃/%；随着升温速率升高，特征温度点T2与T4的温度变化显著加快，偏移率分别为2.85 ℃/(℃·min−1)和2.83 ℃/(℃·min−1)。综合特征温度点变化趋势与煤样氧化过程的官能团响应特征，将煤氧化过程划分为7个阶段：吸附氧积累、诱导启动、氧化加速、热解活化、热失控临界、缓慢氧化与燃烧反应阶段，反映了温度演化、气体释放与分子结构转化的阶段性耦合特征。其中热失控临界区间的活化能达78.86 kJ/mol，焓变为74.16 kJ/mol，明显高于前期诱导区间，体现反应放热强度提升。在多源特征融合基础上构建的XGBoost模型在测试集上决定系数R2为0.999 6，平均绝对误差MAE为0.32 ℃，优于GBR模型。SHAP分析结果表明，Ea与ΔH等热分析参数在温度预测中具有阶段性贡献权重，联合气体特征共同反映反应演化特性，增强了模型的物理一致性与解释能力。研究构建的煤温预测模型可为煤自燃过程中的特征识别与注氮、通风等干预策略的动态制定提供数据支撑与理论依据。

• 基于空气焓值的高温高湿矿井热环境评价方法

  甄正, 万志军, 于振子, 师鹏, 赵万里, 王明利,

  向地球深部进军是必须解决的战略科技问题，深部煤炭资源开采中高地温导致的矿井高温热害问题日益突出，严重威胁井下作业人员身心健康和矿井安全高效生产。热环境评价对于矿井降温设计和作业工时安排具有指导意义。空气焓值作为矿井降温设计中的重要指标，具有成为热环境评价指标的潜力。搭建了矿井高温高湿热环境模拟实验平台，开展了多工况人体生理与心理热反应实验，分析了温湿耦合指标对于人体热反应的表征性能，研究了空气焓值、受试时间与人体指标的函数关系，提出了热环境评价分区，建立了基于空气焓值的热环境评价模型，开展了矿井降温设计工程应用。结果表明，高温高湿环境会导致人体生理与心理指标迅速上升突破限值，高湿环境更容易引起热不适，人体生理与心理指标受到温湿度的交互影响；热环境指标与热反应特征的相关性由强到弱分别为空气焓值、温度、湿球温度、湿度；空气焓值、时间与热反应特征可以用Logistic Cumulative模型拟合。根据生理安全限制可将矿井热环境分为热舒适、热安全、热危险与热极限，“三八制”工作模式下对应的空气焓值上限分别为67.923、80.519、98.944 kJ/kg，基于标准焓湿图建立了基于空气焓值的矿井热环境评价模型；将热安全对应的空气焓值应用于平煤十矿现场降温设备设计，系统装机冷负荷计算为2 000 kW，应用后使工作面热环境由热极限降低为热安全，降温后月产量增加了12万t左右，取得了良好的安全与经济效益。

• 基于可拆卸式气−液双相重力热管的深井回采降温试验研究

  张昌建, 王森, 李晓丹, 罗景辉, 平天祎, 李家元, 王硕, 朱梦锴,

  随着煤矿开采深度不断增加，掘进工作面降温已成为亟待解决的关键工程问题。传统深井降温方式存在诸多局限，例如，对开采巷道的进风采用空气冷却器或喷淋冷却水的方式进行集中降温，前者冷量随输运距离增加显著衰减且能耗高，后者因耗水高与巷道相对湿度增加导致作业环境恶化。基于井下局部降温的思想，提出一种利用热管超导特性的局部降温方法，结合梧桐庄煤矿巷道空间特征结构参数，设计并成功研制了高度低于1.5 m的模块化可拆卸式气−液双相重力热管装置，通过直接将其顶端布置在掘进工作面进风处，并且能随煤炭回采而实现动态调整位置，有效解决了冷量随传输距离衰减的问题。为研究该热管的传热特性，以热泵系统为热量转移装置，搭建了试验平台，并以梧桐庄煤矿井下实际运行参数为实验基准配置，采用控制变量法作为核心研究方法，系统性研究了环境温度、循环水流量、进出口风速及管排间距等关键参数对热管系统传热特性的影响规律。结果表明：在风温32℃、相对湿度60%的稳定工况下，设定系统流量为3.0～3.5 m3/h、进风风速为1.5～2.0 m/s、管排间距400～600 mm时，可实现5 ℃以上的出风降温效果，其单管传热量可达400～450 W。以梧桐庄矿的一个需冷量859 kW的采区进行经济性分析，得出相比现有的空气冷却器设备，热管系统在15 a运行周期可降低投入资金197万元，并减少碳排放1 620 t。为深井热害治理提供了兼具高效传热性能、动态部署能力与近零运行能耗的创新解决方案，并可为梧桐矿及相似矿井的热管降温系统设计与实施提供理论依据。

• 深部煤层微生物气化开采与CO2协同封存理论与技术构想

  闫仑, 姚强岭, 朱柳, 李学华, 刁望杰, 尚晓贝, 郑闯凯, 徐强, 陈胜焱, 张智森,

  深部煤炭资源是保障我国能源安全的重要组成部分。在“碳达峰、碳中和”目标的指导下，绿色清洁开发深部煤炭资源是未来煤炭开采行业的常态化选择。随着开采活动向深部延伸，传统采煤工艺在面对深部地层高应力、高地温等极端工程环境时存在局限性。流态化开采作为深地煤炭资源颠覆性理论，是突破固体矿产资源极限开采深度的潜在技术。面向我国深部煤层开发现状与行业需求，基于“双碳”目标的背景及煤炭深部原位流态化开采理论，提出了深部煤层微生物气化开采与CO2协同封存的技术构想，系统阐述了理论框架与主要工艺流程。深部煤层微生物气化开采与CO2协同封存亟需解决的核心科学问题是：揭示深部煤层增透及裂隙演化规律，培养、驯化与筛选煤炭原位降解菌群，评估深部煤层CO2封存机制。亟需攻克的关键技术包括：深部煤层智能压裂导控技术、煤炭原位微生物气化监控技术、深地多相流混输地下管路保护技术、CO2封存安全风险评价及地质响应监测技术。针对深部煤层微生物气化开采与CO2协同封存理论不同阶段的施工需求，合理规划设计深部煤层开发流程。统筹开发前矿区地表与地下空间的设备布置及作业内容规划，协调开发中各技术体系的施工环节，监测开发后地质响应特征，形成可推广的开发模式与技术标准。通过构建微生物气化与CO2协同封存的创新模式，实现深部煤炭资源安全高效开发与碳封存双重目标，推动传统采煤业向绿色低碳化开发路径转型，为我国深部煤炭资源开发与“双碳”目标推进提供理论与技术支撑。

• 原位储层微生物群落代谢功能潜力与协同共生关系

  李洋, 唐书恒, 陈健, 郗兆栋, 张迁,

  微生物群落的协同共生在维持生态系统功能稳定等方面发挥不可替代的作用，煤储层中微生物降解有机质是多种微生物协同完成的多步骤代谢过程。“煤层气生物工程”理论与技术可应用于煤层气井改造增产以达到负碳减排效应，因此深入研究煤储层中微生物群落的功能潜力和共生关系对二氧化碳资源化利用至关重要。以沁水盆地南部柿庄南区块3号煤层水环境中参与碳代谢及生命元素循环的微生物为研究目标，通过宏基因组生物测序和共生网络分析等手段探究地下原位环境中微生物群落结构、多样性组成及协同代谢潜力的时空演化规律。结果表明：研究区煤层水环境中的细菌群落结构较古菌受季节或地下水径流影响显著。微生物参与碳代谢与生物地球化学循环各个阶段，与有机质降解、甲烷生成和硫酸盐还原等相关的C−N−S−Fe循环基因普遍存在。储层地球化学环境受外来水源补给与径流条件呈现季节和区域差异，决定了微生物群落代谢功能潜力的时空异质性。微生物菌群在非雨季携带更多有机质降解相关基因，微生物代谢功能与地球化学环境因素间的联系在雨季减弱。原位储层环境生态系统的稳定性和持续性不仅取决于微生物群落多样性和代谢功能，还取决于它们之间的协同共生关系，复杂而多样的微生物协同关系和共生网络有利于有机质降解和生命元素地球化学循环。综上，研究结果为有机储层二氧化碳生物甲烷化与“煤层气生物工程”增产实践提供理论依据和应用指导。

• 贵州织金煤层气田地质特征及勘探开发关键技术

  何希鹏, 郭涛, 高玉巧, 周亚彤, 韩克宁, 蔡潇, 李超, 肖翠,

  织金煤层气田累计钻井50余口，开展了不同井型、不同合采层位、不同压裂方式的攻关试验，已探明珠藏次向斜煤层气地质储量113×108 m3，是贵州境内龙潭组煤层气勘探程度最高的地区之一。为了评价该类型煤层气的勘探开发潜力，回顾了该区勘探历程，从构造、沉积、储层、保存、含气性、气藏特征等方面分析了气田的地质特征，评价了产气效果，总结梳理了勘探开发关键技术，分析了煤层气效益开发面临的挑战和攻关方向。结果表明：织金煤层气田龙潭组煤层具有层数多、单层薄、累厚大、含气量高、构造−煤体结构复杂的地质特点，主体为浅层、低压−常压、常温、不含硫化氢、干气煤层气藏；煤层气井生产整体表现出“解吸效率高、上产快、稳产能力强”的特征，增大动用煤层厚度、增大压裂规模，可显著提升单井产能，薄煤层水平井表现出高产稳产潜力；形成了多煤层平面选区、纵向合采层位优选、浅层大位移薄煤层水平井钻完井、多层分段压裂、多煤层精细控制排采等关键技术；多薄煤层气面临煤层气基础研究薄弱、储层表征技术不成熟、工程工艺技术适应性不强等问题，需加强煤储层微观特征及吸附—解吸—运移机理、裂缝扩展规律及煤储层可压性评价体系研究，攻关差异化有效支撑压裂技术、定量化智能化排采技术等。

• 川南地区上二叠统煤系气共生成藏模式及其地质控制效应

  黄正鑫, 张晓丽, 杨兆彪, 何金先, 毕彩芹, 宋雪娟, 吴蒙, 梁灿,

  针对川南地区上二叠统煤系气共生关系及气控因素不明，运用马尔可夫链法、测录井资料分析、试验测试等方法，系统研究了煤系气的储层岩性组合特征、成藏模式以及成藏控制因素。结果表明：川南地区上二叠统煤系发育完整，煤、泥、砂互层特征显著，具备煤层气、页岩气、致密砂岩气共生成藏的有利地质条件。研究区主要发育4种岩性共生组合类型，分别为煤−泥−煤、砂−泥−砂、泥−砂−煤和砂−泥−煤。煤系气共生成藏模式主要分为3种：模式a为煤系页岩气−煤系致密气−煤层气共生组合，常见于龙潭组顶部及中部，成藏潜力较弱；模式b为多元型煤系气共生组合，发育于龙潭组中部，成藏潜力一般，但具有多元气藏特征；模式c为煤系页岩气−煤层气共生组合，位于龙潭组下部，含气量最高，保存条件优越。煤系气成藏受沉积环境、成岩作用、水文地质条件和构造背景的综合控制，其中沉积环境是最重要的控制因素，控制着生储盖组合发育，而构造背景提供圈闭条件，成岩作用影响储层物性，水文地质条件则通过提供封闭条件辅助煤系气的保存。

• 大牛地气田深层煤层气地质−工程甜点地震预测

  黎小伟, 何发岐, 曹少蕾, 李文泳, 宋雄, 李晓慧,

  鄂尔多斯盆地埋深大于1 500 m的深层煤层气已多口井实现产能的突破，前期针对深层煤层气富集、高产主控因素开展了大量研究，但对主控因素的预测主要利用已有钻井的岩心、测井资料，通过三维地震资料进行预测的研究较少。通过三维地震资料井震结合，构建地质甜点（煤层厚度、含气性、构造保存条件）与工程甜点（微裂缝发育情况、地层压力系数、水平应力差）的综合地球物理预测方法，为深层煤层气高效勘探开发提供技术支撑。以大牛地气田为例利用地球物理预测方法实现太原组8号煤层地质工程甜点预测：① 通过地质统计学反演、振幅能量属性定量预测煤层厚度，结合高频衰减梯度属性表征煤层含气性；② 利用高精度相干技术（C3）与构造变形强度属性刻画微断裂及裂缝网络；③ 基于Fillippone模型反演地层压力系数，结合构造曲率与应变分析预测煤层水平应力差。结合已钻煤层气井建立地质−工程参数评价标准，划分 3 类工程−地质甜点区。其中，I类甜点区断层不发育且有正向构造背景、煤层厚度>10 m、全烃体积分数>40%、灰岩顶部或者泥岩顶部、水平应力差3～6 MPa，微裂缝较发育0.3<Likelihood<0.6，研究区面积594.6 km2，主要分布在榆阳区带灰岩覆盖区和东部神木区带泥岩覆盖区，目前该区多口深层煤层气井压裂试获工业气流，是大牛地地区有望实现新突破的重要区域。

• 微波温度对页岩孔隙与力学性能协同影响

  刘杰, 韩秭艺, 赵环帅, 涂钰滢, 姚润瀚, 张永利,

  为揭示微波辐射对页岩宏观力学特性与微观孔隙结构的协同影响，并探索通过调控微波温度影响孔隙结构从而辅助破岩、提高页岩气采收率的方法。以四川长宁—威远区块龙马溪组页岩为试验样本，采用单轴压缩试验系统评价页岩宏观力学性能劣化程度；在低温N2和CO2气体吸附试验中考虑了循环吸脱附过程对孔隙测试结果的潜在影响，并对试验数据进行了校正，以获取更真实的孔隙结构参数；结合分形FHH模型，定量表征微波辐射下页岩孔隙结构的演化，对微波辐射不同阶段孔隙复杂度变化进行了更细致的划分与排序分析。结果表明：微波辐射改变了页岩的吸附性能，CO2吸附量在低压区增加，N2最终总吸附量先增后减。微波辐射动态影响孔隙结构，微波辐射前期，由于超微孔(＜0.5 nm)的闭合和缩孔现象，比表面积与微孔体积短暂下降，大孔体积增加；微波辐射中期，表现出微孔整体显著增加；后期，微孔体积较初始降低，介孔占比增加。页岩样品孔隙复杂度5 nm以上孔大于2～5 nm孔，大于微孔，微孔孔径分布高度集中；随着微波辐射温度的增加，孔径＜5 nm孔隙集中度降低，复杂性和不规则性增大，＞5 nm孔隙空间复杂性减小，表面粗糙度减小。微孔的发育程度是决定页岩内部比表面积及平均孔径的关键因素。微波辐射显著弱化页岩力学性能，随着温度升高，破坏模式由脆性向塑性转变，宏观断裂与微观损伤呈现多尺度协同效应，宏观结构快速失稳（受大孔体积增加驱动），微观损伤演化需更高的温度累积至平衡态，孔隙结构的演化是力学性能劣化的内在原因。

• 蒋庄煤矿北十采区构造定量评价

  朱利岗, 王安民, 宋忠亮, 宁树正, 王自国, 王凡华, 杨廷军, 陈大林,

  蒋庄煤矿处于鲁西南地区典型棋盘式构造的滕县凹陷，其北十采区位于井田东北部，地质构造复杂，断层非常发育。为了延长矿井服务年限，更加安全可靠地开采矿井剩余煤炭资源，提高矿井经济效益，对北十采区的构造发育规律开展定量评价研究。依托区内开展的高精度三维地震资料、矿井生产揭露构造情况以及已有钻探成果，在分析区域构造演化的基础上，采用数理统计、趋势面分析、断层密度分析的方法，对断层性质、组合规律、展布方向等开展研究。结果显示：研究区小断层（断层落差H<10 m）发育，占比55%，断层具有堑、垒式构造组合特征，断层走向主要为NNE向、NE向、EW向，且以NNE向断层最为发育，走向的差异性揭示出矿井经历了多期构造作用；断层倾向主要有SEE向、NWW向、N向、NEE向等，其中以SEE向和NWW向为主；断层倾角大多集中在65°～85°且均为正断层，具有高角度正断层的特点；研究区北部发育褶皱，褶曲多数受到断层切割破坏，形态不完整。区内断层的水平延展长度主要在1 000 m以内，断层的落差与水平延展长度基本呈正相关；断层密度等值线显示区内南部构造较北部复杂，南部小断层比较发育；3下煤层底板标高和3下煤层煤厚趋势面分析和偏差分析显示，区内整体为一单斜构造，北部煤层埋藏浅，南部煤层埋藏深，3下煤层厚度表现为自西向东逐渐变薄。研究区总体构造展布方向为NNE向，主要构造特点为地堑、地垒夹宽缓褶皱，为煤矿开拓布局及安全开采提供科学依据。同时利用趋势面偏差分析和断层密度分析可以有效避开构造复杂区，减少矿井无效巷道的掘进。

• 峰峰矿区涌水水源紫外−可见光光谱聚类判识方法探究

  董东林, 张恩雨, 张陇强, 傅培祺, 王铁记, 付晓洁, 靳子栋, 王卓, 曹栋,

  将光谱分析应用到煤矿突水水源识别中，能够提高涌（突）水水源判识效率。针对部分研究区样本有限、机器学习模型判识存在泛化性不足且分类结果地质解释性薄弱的问题，提出了结合紫外−可见光（UV-Vis）光谱分析与层次聚类的非监督式煤矿涌（突）水水源识别模型。以峰峰矿区牛儿庄矿、孙庄矿和辛安矿为研究对象，采集大青灰岩含水层、奥陶系灰岩含水层以及巷道涌水共6类28份水样构建UV-Vis光谱数据集，并进行去噪预处理和PCA降维。运用层次聚类结合阈值划分的方法系统分析了各含水层水质的关联性，发现区域内大青灰岩和奥陶系灰岩含水层水样光谱特征相似，暗示2类含水层间可能存在水力联系，并判识巷道涌水主要来源于孙庄矿奥陶系灰岩含水层，大青灰岩含水层部分参与了涌水。对比水化学数据的水样分类结果，发现UV-Vis光谱数据能够更快速、精确地区分具有相似水化学特征的非同源水样。线性判别分析（LDA）结果表明：涌水样本归属孙庄矿奥陶系灰岩含水层的平均判别得分最高（0.9998），大青灰岩含水层类别次之（0.9984），验证了该识别结果的可靠性，并与工程实际情况相吻合。进一步结合水动力场时空演化分析，揭示了大青灰岩与奥陶系灰岩含水层水位变化存在强正相关性，相关系数最高可达0.94，且出现了约20 d的滞后补给特征，证实了二者间存在水力联系。本研究可为数据稀缺条件下煤矿涌（突）水水源识别提供新的技术路径，并为华北型煤田岩溶地下水流场研究提供参考。

• 超长工作面液压支架受不均衡载荷影响研究

  李明忠, 邢有望, 张金虎, 杨征, 乔永力, 闫汝瑜, 米牧石,

  工作面长度的增加会使采场出现异于普通工作面的新矿压特征，如随着工作面长度的增加，液压支架支护阻力呈现出单峰值向多峰值转变，更多的支架处于高应力区，降低了液压支架在超长工作面的稳定性与适应性，不利于矿井高产高效建设。针对超长工作面液压支架顶梁载荷不明晰、受载后的力学特性不明确等问题，以小保当2号井132202超长工作面为背景，根据支架与围岩关系，建立支持在弹性支座上的二维连续梁模型，利用矩阵位移法计算顶板全长挠度分布。利用单跨梁的微分方程求解了液压支架顶梁的挠度分布及其上沿宽度方向的载荷分布函数，通过与沿梁长方向的载荷函数耦合，得到顶梁上方不均衡载荷分布函数。分析了顶梁上方不均衡载荷等效为集中力后在大小、作用位置等方面的分布特征。利用插入桩结构单元充当支护的3DEC数值模拟结果及现场液压支架压力数据为理论提供支撑，分析结果做到了理论计算、数值模拟及现场数据三者的统一。将不均衡载荷导入ANSYS中进行液压支架受不均衡载荷影响的力学响应分析，并与等效载荷水平下的顶梁偏载、顶梁扭转工况相比较，与工作面其他位置不同不均衡载荷情况下支架工况相比较。结果表明：二维连续梁模型能够在一定程度上解释超长工作面三峰值来压特征，超长工作面不均衡载荷表现出在两端的载荷不均匀但载荷强度小、峰值处的载荷均匀但载荷强度大的分布特点。同时，有限元分析结果证明：位于超长工作面两端的不均衡载荷对液压支架的影响更偏向于顶梁扭转加载工况，支架横向倾覆风险与载荷不均衡程度呈负相关。研究深化了梁模型在采场方面的应用，结果有助于为超长工作面液压支架设计提供理论指导。

• 采煤机腹板式滚筒的装载性能

  李庆亮, 江宁, 于颖, 黄秋来, 徐卫鹏, 马子尧, 刘东昱,

  针对1.6 m采煤机滚筒在复杂煤层条件下存在的装载效率低问题，通过结构创新突破装载效率瓶颈，提出了一种基于曲率叶片和弧形导向板的腹板式滚筒结构优化方案。采用离散元仿真与工业性试验相结合的研究方法，系统分析了新型结构对煤粒运动轨迹、区域流动特性、煤流运动速度及质量流率的影响机制。结果表明：优化后的腹板式滚筒对比传统滚筒而言，通过煤流区域划分，在区域Ⅰ提高了4%的煤岩装载效率，在区域Ⅱ提高了8%的煤岩装载效率，在区域Ⅲ下降了27%的浮煤高度，以及在区域Ⅳ整体颗粒运动轨迹沿轴向向外；通过颗粒平均排出时间发现，1号、2号、3号和4号层煤粒的平均排料时间分别提前0.3、0.1、0.1、0.2 s；通过模拟转速为30 r/min、牵引速度为160 mm/s的工况发现，滚筒整体装载效率提升22.06%，Y轴轴向出渣速度提高16.80%，平均质量流率提高19.07%，以及最大质量流率提高13.26%；通过模拟24、30、36和42 r/min转速下滚筒的装载效率发现，滚筒转速与装载效率呈正相关，当滚筒转速为42 r/min时，装载效率提升40.34%，由此说明腹板式滚筒能有效改善煤流装载过程中的出渣速度与运动方向。该研究提出的“曲率叶片加弧形导向板”结构优化方法，为采煤机滚筒装备装载效率优化提供了新思路。现场应用数据显示，1.6 m直径滚筒一次性装载效率达到75%以上，直径大于13 mm的块煤率提升15%以上。

• 刚柔复合驱动并联式拣矸机器人动力学与鲁棒模型预测控制

  刘鹏, 王毅, 马宏伟, 段学超, 曹现刚, 夏晶, 聂珍,

  矸石分拣可以提升煤炭品质、降低运输成本、减少环境污染，实现煤炭资源的高效清洁利用与矿山可持续发展。传统煤矸石人工分拣存在劳动强度大、效率低的问题，提出刚柔复合驱动并联式拣矸机器人构型方案。但是由于拣矸置矸过程所导致的动态冲击和动力学参数的不确定，以及外界干扰等因素，势必会影响拣矸机器人末端抓斗的跟踪精度和稳定性，甚至导致拣矸任务无法完成。鉴于此，开展了刚柔复合驱动并联式拣矸机器人动力学与鲁棒模型预测控制研究。首先，提出了刚柔复合驱动并联式拣矸机器人系统方案，分析了机器人末端抓斗的自由度，并采用矢量封闭原理建立了拣矸机器人的运动学模型。其次，考虑机器人模型参数摄动和拣矸置矸过程的外部扰动，基于牛顿−欧拉方程建立了刚柔复合驱动并联式拣矸机器人的动力学模型。再次，提出了融合张力约束的鲁棒模型预测控制方法，实时优化柔索−推杆驱动力协同分配，动态抵消矸石抓取与置放过程的冲击与外部扰动，实现拣矸机器人末端抓斗高精度轨迹跟踪控制。最后，采用空间螺旋轨迹和4段式分拣轨迹(启动段—准备段—抓矸段—置矸段)对刚柔复合驱动并联式拣矸机器人鲁棒模型预测控制系统进行了仿真分析，结果表明：末端抓斗轨迹最大偏移量仅3.7×10−3 m，姿态角误差稳定于3.2×10−3 rad，且柔索张力始终满足驱动力约束条件，验证了控制策略对复杂工况下拣矸作业的有效性。

• 矿用防爆特殊型浇封锂电池电源研发及应用

  臧财运, 孟令宇, 王运鹏, 张勇, SEEKhay Wai, 王睿,

  电动化、智能化是矿用装备发展的必然趋势，防爆锂电池电源是矿用移动式重载设备“油换电”的重要技术途径。针对当前矿用隔爆型锂电池电源在煤炭行业运输装备应用中存在的能量密度低、续航里程短，高温、高湿、高粉尘作业环境引发锂电池热失控物理化学演化特征改变等问题，创新性提出特殊型浇封锂电池结构，降低锂电池电源质量、提高能量密度；开展浇封锂电池热失控特性研究，明晰浇封型防爆锂电池热失控机理；开展浇封型防爆锂电池针刺热失控瞬态温升规律与传播路径研究，建立针刺热失控扩展模型，明晰针刺热失控扩展的安全阈值和演变规律；对不同自由空间特殊型防爆浇封锂电池组进行空气、I区甲烷气体、甲烷与氢气混合气体环境下的点爆试验，揭示电池热失控与危险气体爆炸耦合电源内部温度、压力变化规律；成功研发了矿用防爆锂离子电池电源和电池管理系统，电源由60节电芯串联组成，标称总电压192 V，总能量为42.24 kWh，电源箱质量503 kg，控制箱质量68 kg，电源箱比能量83.98 Wh/kg，电源装置比能量78.66 Wh/kg，比能量比隔爆型电源提高40%以上。研究成果应用于中国煤科太原研究院WLR-19无轨胶轮车等矿用装备，锂电池电源各项功能及安全性能符合设计要求，各项电气性能及浇封保护结构正常。本研究通过浇封型防爆型式创新、热失控特性研究及电源系统开发，有效解决了矿用隔爆型锂电池电源的关键技术难题，为矿用锂电池电源安标体系建设提供了有力支撑，同时为矿用辅助运输设备标准建设奠定了实验基础与技术保障，对促进煤炭行业安全绿色开采具有重要意义。

• 基于机器视觉的煤矿巷道掘进工作面关键工序识别方法

  陶磊, 张之好, 王宏伟, 李永安, 闫志蕊, 陈腾杰,

  为了提升煤矿掘进工作面的智能化水平，解决传统工序识别方法对传感器依赖度高、环境适应性差、图像信息利用率低的问题，提出一种基于机器视觉的煤矿巷道掘进工作面关键工序识别方法。通过分析实际掘进流程，明确“行走、截割、临时支护、永久支护”4个典型关键工序，结合目标类别、目标运动状态和人员数量等关键特征，构建由11项关键特征构成的工序判别策略。在此基础上，提出CSIS-YOLOv11目标检测模型作为该方法的核心视觉识别模块。该模型在YOLOv11n基础上进行了3项关键改进：其一，引入对比度受限自适应直方图均衡化（CLAHE）图像增强算法，提高低照度、多尘雾复杂环境下图像的对比度与边缘清晰度，使图像特征更加突出，为后续算法提供可检测性更高的图像输入；其二，在检测头中引入SEAM注意力机制模块，利用多尺度通道建模与特征融合策略，提升多目标遮挡场景中的感知能力，增强模型对局部特征丢失与类间干扰的适应性，从而提高目标检测的鲁棒性与识别精度；其三，设计IS-IoU边界框回归损失函数，在融合Inner-IoU与Shape-IoU的基础上，引入辅助边界框对预测回归过程进行约束，同时考虑边界框形状与比例因素造成的影响，提高边界框定位精度，尤其适用于长宽比大与尺度跨度大的目标识别任务。结合自主采集与标注的煤矿掘进图像数据集开展试验，结果显示，改进后的CSIS-YOLOv11模型平均精度（mAP）达到0.929，较原始YOLOv11n模型提升3.6%，同时具备轻量化结构（参数量为2.41×106）、低计算复杂度（FLOPs为5.5×109）与较高实时性（检测帧率为81.7 帧/s）。在此基础上构建基于B/S架构的掘进关键工序识别系统，集成视频采集、图像增强、目标检测、工序逻辑推断与可视化展示等功能模块，支持关键工序的实时识别与时长统计。系统在实验室条件下进行多工序视频识别验证，其识别准确率：未作业或其他工序为100%、行走为91.40%、截割为99.36%、临时支护为98.39%、永久支护为99.25%，总体平均识别准确率达97.84%。试验结果表明，关键工序识别方法能够满足煤矿巷道掘进工作面关键工序的智能检测要求。

• 基于Retinex理论的解耦级联去噪低光图像增强方法

  宋立业, 万哲岫, 陈祺浩, 孙梦宇,

  在低光照的煤矿井下场景中，采集图像一般存在亮度不足、对比度低和噪声干扰等问题，这些因素严重影响了图像质量及后续视觉处理任务的准确性。传统的低照度图像增强算法在复杂环境下易表现出图像失真、过曝、对比度低等问题，而基于无监督学习的算法在优化过程中没有准确的监督信号，导致低光图像在细节恢复与颜色还原方面的增强效果不如有监督学习算法精确。为了解决这一问题，提出一种有监督的新型解耦级联去噪网络。该网络基于HVI色彩空间，将图像的光照强度和色彩信息有效分离，并通过对色彩信息分量进行线性变换，以规避非线性激活函数对负值特征的抑制。其次，根据改进的Retinex理论将低光图像增强时的扰动解耦为由光照估计误差导致的影响图像亮度均衡的过曝、欠曝扰动，以及由反射分量噪声导致的影响图像色彩准确的模糊、伪影扰动，并分别设计了2个U-Net结构的专用去噪器消除上述2条解耦分支中的扰动噪声。其中，去噪器L用于拟合光照分支扰动的逆矩阵，去噪器R用于拟合暗光反射分支扰动的负矩阵，以增强低光图像的自然亮度和色彩表现。此外，为进一步提升性能，设计了一种高效的带有KAN（Kolmogorov-Arnold Network）网络的Linear Transformer模块作为去噪器的核心，该设计通过引入分组参数共享策略和有理多项式函数替代传统Transformer架构中的MLP层，确保网络具有良好非线性拟合能力的同时，能够有效减少参数量，大幅提升模型的表达能力与计算效率。试验结果表明，所提算法在LOL公开数据集与煤矿井下数据集上均取得了最佳性能，同时，在煤矿井下场景的Zero-shot测试任务中展现出显著的泛化性。

• 生物炭添加对采煤沉陷区农田复垦土壤固碳潜力的影响

  张瑜耘, 马静, 周皓月, 康楷, 骆占斌, 陈浮,

  有机碳周转率和稳定性是土壤固碳机制的核心。生物炭添加会改变土壤环境，从而改变微生物群落的结构和功能，对土壤固碳功能与碳库动态产生深远影响。采用盆栽模拟试验，利用高通量测序和结构方程模型等技术方法，探究生物炭添加对东部平原采煤沉陷农田复垦土壤碳组分、碳库管理指数及碳循环功能基因的影响，寻找复垦土壤固碳增汇的可行路径。结果表明：① 生物炭添加显著提高总有机碳（Total Organic Carbon, TOC）及颗粒有机碳（Particulate Organic Carbon, POC）质量分数，与添加量成正比，且5.0%玉米秸秆生物炭（Corn Straw Biochar, CB）处理组土壤TOC质量分数增加约139.4%，POC质量分数增幅尤为显著，高达259.2%。不同的生物炭添加量对土壤微生物量碳（Microbial Biomass Carbon, MBC）影响有差异，低添加量表现为促进作用，高添加量作用明显分化，其中CB处理组对MBC影响显著，1.0%添加量时增幅最大，高达274.15 mg/kg。但对溶解性有机碳（Dissolved Organic Carbon, DOC）的影响一直存在显著性差异。② 水稻秸秆生物炭（Rice Straw Biochar, RB）、小麦秸秆生物炭（Wheat Straw Biochar, WB）、玉米秸秆生物炭添加分别提升了复垦土壤碳库管理指数4.7%、4.8%和24.0%。与对照处理组相比，RB、WB和CB处理组的核酮糖−1,5−二磷酸羧化酶/加氧酶大亚基基因（Ribulose Bisphosphate Carboxylase Large Subunit Gene, CBBL）绝对丰度显著提高（p<0.05）。不同生物炭添加对颗粒甲烷单加氧酶基因（Particulate Methane Monooxygenase Gene, PMOA）绝对丰度存在显著差异性（p<0.05）。③ 斯皮尔曼相关性分析表明微生物碳量是表征土壤碳库动态的重要因子。生物炭添加显著改变了土壤碳组分与固碳功能基因、碳库管理指数之间的关系，增强了土壤微生物群落与固碳功能基因、碳库管理指数之间的相关性和紧密度，其中CB处理最为显著。④ 生物炭添加改变复垦土壤理化特征，从而影响土壤碳组分和土壤酶活性，并最终影响土壤碳库动态。同时，可能影响微生物群落结构和功能，从而改变固碳功能基因丰度，并对土壤碳库动态进行调控。研究成果揭示了生物炭添加对复垦土壤碳组分、微生物群落功能与碳库动态的调适及机制，为采煤沉陷农田复垦土壤固碳增汇提供科学依据。

• 半干旱矿区采动地表裂缝与塌陷坑对土壤呼吸的影响

  房平, 郝晓波, 马耀荣, 计鹏举, 王跃, 普治杉, 刘英, 岳辉,

  采煤引发的地表裂缝和沉陷导致土壤理化、微生物性质下降、以及植被破坏等，国内外学者对此开展了大量研究，但针对矿区不同闭合阶段地表裂缝与沉陷对土壤呼吸影响的研究鲜有报道。于2024年12月和2025年4月2次对发展初期无闭合（S1、S2）、中期未完全闭合（S3）、后期完全闭合（S4）的地表裂缝及部分自我修复塌陷坑S5、未自我修复塌陷坑S6周围土壤呼吸利用EMG-5土壤呼吸仪进行实测，同时观测土壤温湿度，探讨了因采煤导致的地表裂缝和塌陷坑对土壤呼吸的影响。结果表明：在裂缝发展初期无闭合（S1、S2）、中期未完全闭合（S3）及未自我修复塌陷坑（S6）阶段，土壤呼吸呈“V”形特征，即裂缝中心和塌陷坑中心土壤呼吸值最小，从中心往两边土壤呼吸呈增大趋势，裂缝对土壤呼吸的影响范围为距离裂缝50～80 cm，塌陷坑对土壤呼吸的影响范围约为距离塌陷坑20 cm，裂缝越宽对周围的土壤呼吸影响范围越大。在裂缝发展后期完全闭合（S4）和部分自我修复沉陷（S5）阶段，土壤呼吸呈多个“V”字构成的波浪形特征，裂缝与塌陷坑中心土壤呼吸与任何距离上的土壤呼吸均无显著性差异，说明研究区裂缝和塌陷坑具有自我修复特征，自我修复效果越好对周围的土壤呼吸影响范围越小，完全闭合的地表裂缝对周围土壤呼吸几乎无影响。裂缝和塌陷坑周边土壤温湿度对土壤呼吸的影响呈现距离依赖性：5 cm范围内土壤湿度为主导因子(P<0.01)，5 cm范围外土壤温度为主导因子(P<0.05)，二者均表现为显著负相关，在采样时可抑制土壤呼吸。对于能够自我修复的裂缝和塌陷坑，不需要采用人工干预；对于裂缝宽度大、沉陷较深的塌陷坑不能进行自我修复，需要采取覆土回填、种植植被等人工修复措施，防止生态环境进一步恶化。研究结果有助于深化对地表裂缝和塌陷坑对土壤呼吸过程干扰的理解，为矿区生态修复提供对策和建议。

• 基于赤泥载氧体的污泥/煤粉化学链气化协同超低浓度瓦斯氧化特性

  闫升太, 李点尚, 董鑫江, 丰安祥, 潘辉, 杨丽, 刘方,

  污泥与煤矿超低浓度瓦斯是典型的固废与温室气体，二者的高效资源化处理利用是亟待解决的环境与能源问题。以赤泥为载氧体，污泥−煤粉为燃料，超低浓度瓦斯为氧化气体，在流化床反应器中研究反应温度（800～950 ℃）、水蒸气流量（0～0.2 g/min）及煤粉掺混量（0～50%）对化学链气化特性的影响，并对反应前后载氧体的晶相结构与微观形貌进行表征分析。结果表明：在反应温度900 ℃、水蒸气流量0.1 g/min及掺煤量40%的条件下，燃料碳转化率为93.90%， H2及CO产量（以碳为基准）分别为45.58×10−3和7.75×10−3 mol/g，且氧化过程中的CH4转化率在任意工况下均保持在99%以上。反应温度的升高有利于提高燃料碳转化率与气体产量，但温度过高会导致载氧体烧结或灰分熔融从而降低反应活性；水蒸气可显著提高燃料碳转化率与H2产量，但会降低CO产量，且过量水蒸气会导致局部温度降低而抑制反应的进行。污泥与煤粉共燃具有显著的协同作用，污泥的高挥发分热解生成的小分子物质有利于煤的气化，煤粉的高固定碳有利于弥补污泥热值的不足，两者协同显著提高了燃料碳转化率与气体产量。X射线衍射（XRD）与扫描电子显微镜−能谱分析（SEM-EDS）表明，赤泥载氧体反应后晶粒细化，但Fe2O3主相稳定，具有优异的氧传输能力与热稳定性。本研究为污泥与煤粉共燃的技术优化提供了理论与试验基础，证明了化学链技术协同处置赤泥、污泥与超低浓度瓦斯的可行性，为废弃物的协同处理提供了新思路。