煤炭科学技术杂志

煤炭科学技术杂志2026年第4期

• 面向矿山钻孔救援的受困人员生命信息感知技术进展与展望

  文虎, 刘茂霞, 张铎, 郑学召, 刘荫, 燕星宇,

  生命信息探测技术作为灾害现场主要的搜救手段，其安全高效精准识别受困人员对救援工作至关重要。矿井坍塌灾害现场空间狭窄、结构复杂、有毒有害气体等复杂环境干扰因素多，生命信息与环境特征信息获取困难。针对传统生命信息感知技术应用受限、生命体征信号识别困难等瓶颈，基于人体特征性气味提出矿井坍塌环境受困人员搜救气味检测新技术，构建随钻探气关键技术装备体系，结合其他生命探测技术（雷达、红外、视音频等）开展救援工作，旨在实现灾害现场受困人员的精准救援。总结了钻孔救援技术“侦、通、钻、提”体系的研究进展，分析人体不同来源挥发性有机化合物（VOCs）的组成与释放特征，系统梳理不同挥发性有机气体检测技术的研究现状，发现电子鼻与质子转移反应质谱（PTR-MS）以便携化、高灵敏度在人体气味探测及灾害现场救援过程中展现出独特的优势。面对矿井钻孔救援生命探测技术发展趋势，结合灾害环境救援现场人体气味检测技术的现状，建立人员搜救的特征性气体指纹库，开发人体气味富集—解耦—识别精准探测系统，研发融合钻机、电子鼻或PTR-MS探测模块的钻进式气体探测技术，搭建集雷达、红外、视音频、气味等生命探测技术于一体的多源生命感知信息协同感知与融合判识系统，实现受困人员的精准溯源，可为矿井坍塌救援现场提供新思路新技术。

• 矿山救援技术变革：轻量化高效激光破拆救援技术装备研发及探索应用

  林中湘, 蔡国斌, 柏兴旺, 康玉国, 朱泽斌,

  在灾害造成人员被困被掩埋的应急救援现场，“快速、精准、安全”地构建生命通道是不可或缺的重要环节。激光破拆具有适应性强和精度高等优势，针对现有的激光破拆装备质量大、便捷性差、破拆规划无依据等导致在救援中应用难度大的问题，突破了激光高效合成、精准散热及部件轻量化、破拆救援通道安全构建等技术瓶颈，研制出2 kW便携式、4 kW推车式、10 kW车载式等3 型轻量化高效激光破拆装备和1套激光破拆救援辅助决策系统。其中，3 型轻量化高效激光破拆装备的激光器光/热模块平均比功率≥120 W/kg，环境温度<45 ℃下可连续工作时间≥8 h，100 m内跟瞄准精度和切割精度优于1 mm；2 kW便携式激光破拆装备由激光器和跟瞄准直系统组成，主要适用于能见度超过150 m的环境；4 kW推车式激光破拆装备由激光器、跟瞄准直系统、推车组成，主要适用于能见度超过300 m的破拆环境；10 kW车载式激光破拆装备为一体式集成特种装备，由激光破拆设备、履带式无人底盘、机械臂、动力系统、操控系统等组成，主要适用于能见度超过450 m的环境。激光破拆救援辅助决策系统具有易燃易爆气体检测（检测半径≥150 m，气体种类≥8种，体积分数误差≤0.001%）、生命感知断电防护（时间≤0.01 s）、最佳破拆点位确立等功能，可根据现场信息从破拆构筑物失稳、破拆效率和安全性等角度，评价并确定最佳的破拆点位。以矿山救援井筒疏通作业场景为例，选取该场景中典型的锚网、钢板、钢筋等障碍物以及混凝土、砖块等堆积物作为测试对象，分别测试便携式、推车式、车载式激光破拆设备的穿孔、切割性能。测试结果表明：本项目所研发的技术装备是对现有矿山救援破拆装备的有益补充，有望在矿山灾害救援中发挥关键性作用。未来将面对危险物移除、高层建筑逃生通道构建、交通事故车辆破拆、狭小空间破拆等救援现场更多材质的破拆对象，开展更为丰富的激光破拆设备的应用适应性测试，以期更好服务更多救援现场。

• 矿山应急救援外骨骼机器人的关键技术及展望

  刘英杰, 邱爽, 陈昌兵, 许欣, 仙文豪,

  随着煤炭开发战略向西部转移及中东部矿山向深地资源拓展，灾害复合叠加场景下的“事中高效处置”与“营救作业技术优化”成为保障矿工与救援队员生命安全的核心诉求。矿山应急救援动力外骨骼机器人作为“事中高效处置”与“营救作业技术优化”人机协同处置的核心装备，其技术突破具有迫切现实意义。紧扣保障矿工与救援队员生命安全核心目标，针对煤矿井下高瓦斯、高温、高湿、高粉尘、高冲击等特殊工况，防爆、轻量化、智能化、长续航等成为矿山应急救援外骨骼机器人的核心需求。系统综述了矿山应急救援外骨骼机器人的关键技术进展，聚焦其防爆构成与轻量化设计难点，分析现有防爆结构设计思路和不同矿山环境下轻量化设计难易程度，给出设计建议；重点分析人工智能（AI）背景下，面向救援任务的人机交互、适应井下地形的运动规划、面向动态环境的控制优化等前沿方向；扩展分析能源续航与低碳节能技术，分别从储能密度、系统功耗和能量回收3方面展开分析。然后，深入剖析矿山应急救援外骨骼防爆设计轻量化、人机协同智能化、能量利用高效化等技术瓶颈。最后，提出“外骨骼−生命探测−应急通信−指挥系统”深度融合的生态协同构建发展路径。旨在为推动矿山应急救援外骨骼机器人技术从“概念验证”走向实际应用，从实验室走向规模化应用提供理论支撑和方向指引。

• 矿山大直径救援孔钻进工艺及气液双循环技术

  郝世俊, 王林杰, 赵江鹏, 史兵言, 张金宝, 张晶, 朱芝同,

  矿山大直径救援孔施工面临时效紧迫、地质条件复杂、轨迹精度要求高等挑战，为满足复杂多变地层条件下高效、可靠成孔的需求，基于对大直径救援孔钻进技术特点与适用条件的分析，构建大直径救援孔钻进技术分类体系，建立以“地层−工艺−装备”为核心的工艺适配性优选方法，并重点研究气液双循环钻进技术关键难题与工程应用效果。针对牙轮多级扩孔、PDC多级扩孔、气举反循环、气动潜孔锤及气液双循环等关键技术，从其破岩机理、循环排渣方式、配套钻具及工艺参数等方面进行了系统性梳理与对比，重点探讨了各工艺在不同岩性、不同孔径及不同孔深条件下的表现，分析了其效率瓶颈与面临风险。在此基础上，采用理论分析与数值模拟相结合的方法，研究不同扩孔比条件下的岩石应力分布特征与裂纹扩展规律，分析孔底多相流场演化阶段与岩屑运移特征，揭示孔底背压对潜孔锤冲击性能的影响机制。最后，开展气液双循环钻进先导试验，测试三壁钻具系统及气闭式潜孔锤的密封可靠性与钻进效率。常规工艺对比表明：对于稳定中硬以下地层，PDC多级扩孔效率优势显著，采用防泥包设计后，ø830 mm孔径平均钻速可达5.85 m/h；对于坚硬、破碎或含水地层，气动潜孔锤技术更具优势，其中，集束式潜孔锤反循环钻进在孔口−孔底联合密封工艺保障下，平均机械钻速可达3.13 m/h，且排渣彻底。破岩机理研究表明，扩孔比k=3时岩石破碎效率最高；孔底流场可划分为加速阶段(0～2 s)和稳定循环阶段(2～8 s)；潜孔锤冲击功与冲击频率随背压增大而下降。先导试验表明：气液双循环钻进配套钻具密封可靠，在ø350 mm孔径、200 m孔深条件下平均机械钻速达3.94 m/h。气液双循环钻进通过独立气路驱动潜孔锤、独立液路携渣护壁，使潜孔锤工作效率不受孔深及涌水影响，在深孔复杂地层中具有显著优势，是提升救援孔钻进能力的重要技术方向。

• 灾害救援环境下激光气体遥测多源干扰抑制方法

  郑学召, 蔡国斌, 周博, 文虎, 郭军, 刘荫,

  针对灾害救援等复杂环境下激光气体遥测回波信号易受多源噪声干扰、信噪比下降及长期稳定性不足等问题，基于激光气体遥测工程应用需求，研究多源干扰条件下回波信号的等效建模与抑制方法。根据弱吸收与小扰动条件，对灾害救援场景下激光回波信号中的功率起伏、目标反射率变化及系统噪声进行线性化分析，建立多源乘性干扰向加性扰动等效转化的信号模型。在此基础上，提出一种小波去噪（Wavelet Denoising，WD）与卡尔曼滤波（Kalman Filter，KF）相结合的联合信号处理方法，利用小波多分辨分析对高频随机噪声进行频域抑制，并通过卡尔曼滤波的预测−更新机制对低频基线漂移进行时域修正，实现多源噪声的分层处理。基于 MATLAB 平台构建多源噪声仿真模型，分别设置低频扰动（200～600 Hz）、高频随机噪声（5～15 kHz）及其混合噪声工况，对 WD、KF 与 WD–KF 联合算法进行对比分析，并采用信噪比（SNR）、均方根误差（ERMS）及峰值信噪比（PSNR）作为评价指标。同时，搭建基于非合作目标的激光甲烷遥测实验平台，在不同浓度与积分时间条件下采集试验数据，对算法的工程适用性和长期稳定性进行验证。仿真结果表明：在 15 dB 高斯白噪声条件下，WD–KF 联合算法处理后信号的 SNR 为 39.58 dB，ERMS 为 0.003 1；在低频扰动和高频随机噪声条件下，联合算法的 ERMS 保持在 10−5 数量级，PSNR 达 30 dB 以上。试验结果显示：经 WD–KF 算法处理后，系统输出信号在积分时间超过 100 s 条件下 Allan 偏差曲线未出现明显漂移，长期波动特性得到改善。基于等效加性干扰建模的 WD–KF 联合信号处理方法能够在复杂噪声条件下对激光气体遥测回波信号的频域结构和时间稳定性产生调节作用，可为灾害救援等场景中激光气体遥测信号处理提供一种可行的技术方案。

• 国家矿山应急救援队双层救援协作网络的拓扑特征与鲁棒性优化

  郑万波, 钟佩玲, 吴燕清, 李旭, 康跃明, 唐永胜, 朱睿骋,

  针对现有国家重特大矿山事故应急救援队伍布局和配置网络缺乏体系化网络结构模型及整体鲁棒性不明的问题，首先以国家矿山应急救援队伍体系建设和配置优化为目标，收集国家安全生产应急救援中心官网公布的49支国家矿山应急救援队的地理位置及救援覆盖区域，统计中国安全生产大数据平台提供的2023—2025年矿山事故数据，进行异构时空数据重构；其次，以矿山应急救援队伍和救援服务覆盖区域为节点，以救援服务关系为连边，构建体现矿山应急救援队救援覆盖区域数量及地理分布情况的单层救援覆盖网络，再依据2个队伍服务救援区域的重叠关系，构建体现救援队伍之间协作关系的双层救援协作网络模型；最后，量化分析这2个网络模型的拓扑特征，并结合随机失效与针对性攻击模拟评估双层救援协作网络的鲁棒性。结果表明：① 国家矿山应急救援队双层救援协作网络呈现“枢纽引领、群组协同”结构，社区检测出 4 个救援协作群组，协作群组内部连接密度良好；② 对识别出的7个矿山重特大事故高风险区的救援服务覆盖率达100%，矿山应急救援队伍之间救援协同性较好；③ 双层救援协作网络对随机攻击具有较好韧性，但对针对性攻击表现脆弱。据此提出了关键节点分级备份、跨群组冗余链路预设等三级优化策略。通过研究，为国家矿山应急救援队伍布局和配置提供了一种可量化的复杂网络模型及优化方法，为促进我国智能化、现代化、一体化的矿山应急救援队伍体系建设提供了技术支撑。

• 基于WOA-SVMD与毫米波雷达的灾后生命体征检测

  胡青松, 寇志豪, 张元生, 成元勋, 李世银,

  矿井巷道空间狭窄、环境复杂，一旦发生灾害事故，被困人员易被埋压。毫米波雷达生命体征检测凭借非接触、抗干扰等优势，在矿山灾难救援中具有不可替代的作用。针对雷达生命体征信号背景噪声干扰强、呼吸谐波与心跳信号频率耦合降低心跳提取精度的问题，提出一种融合鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm, WOA)与逐次变分模态分解(Successive Variational Mode Decomposition, SVMD)的生命体征检测方法，核心创新包括：构建参数自适应优化模型，以最大互信息系数 (Maximal Information Coefficient, MIC)为适应度函数，利用 WOA 的全局寻优能力实现 SVMD 平衡参数的自适应求解，避免经验设置导致的分解偏差，适配矿山复杂环境下信号的动态变化。设计“能量比筛选−相关性系数筛选”两级本征模态分解函数 (Intrinsic Mode Function, IMF) 筛选机制，通过能量比初步筛选含心跳信息的 IMF，再通过相关性系数精准定位最优 IMF，提升心跳信号重构精度，满足矿山救援中快速识别存活人员的需求。从测量角度、测量距离、生理状态等维度验证算法适应性与稳定性，为矿山实际救援场景提供支撑。试验结果表明，所提算法的平均绝对误差（Mean Absolute Error, MAE）低至2.71%；与传统带通滤波、经验模态分解、自适应噪声完备经验模态分解及未优化 SVMD 相比，其分离的心跳信号与真实参考信号相似度提升20.61%～77.01%，可实现复杂条件下心率的高精度、高稳定检测。

• 地下磁感应通信空口技术研究

  刘光华, 赵国政, 李秋澎, 贾宙辉,

  随着国内矿产开发战略不断向矿山深部推进，高地应力与复杂介质埋压环境导致开采灾害风险显著增加，为此亟需加强矿山应急救援体系的建设。矿山应急通信作为事故发生后增加受困遇险人员信心的“生命线”，是保障救援行动高效开展、提高被困人员生还率的关键环节。面向灾后矿山复杂多变的地下环境特性，地下磁感应通信凭借其卓越的穿透力、优异的抗干扰能力以及低功耗特性，成为实现灾后稳健通信的重要技术支撑。考虑到灾后复杂埋压介质中磁信号传输具有非平稳、强差异、广弥散等特征，从信道模型、物理层通信技术和天线设计等空口技术环节开展相关研究，以提升地下磁感应通信在极端环境下的传输距离与传输速率，从而保障灾后应急通信的稳健性。首先，精准刻画了地下层状区域内的初级磁场与次级磁场的分布特性，并提出了高精度的异构介质磁感应信道模型以精准描述磁信号的传播特性。其次，研究了融合信道特性的弹性编码构造和基于chirp信号的调制方案设计。再次，提出了基于寄生结构的磁天线设计方案并研究了磁天线波束赋形下的能量聚焦。上述物理层技术及天线设计的研究，显著提高了地下磁感应通信的传输距离和传输速率。最后，介绍了野外和矿井内磁感应通信性能测试结果。

• 矿井救援中基于多模态层级化条件融合的生命状态评估系统

  张晶园, 刘晨煜, 李立星, 孙凯文, 潘红光, 李清政, 母庆鑫,

  为解决矿井应急救援中在定位被困人员后难以快速、准确量化评估其生命状态（尤其是意识水平连续变化）的关键技术瓶颈，研究并构建了一套基于多模态生理信息智能融合的生命状态评估系统。研究的核心在于，摒弃通用特征迁移的传统范式，针对“矿井灾后昏迷−低唤醒连续谱系评估”这一特定问题，进行知识驱动的原生特征工程框架设计。系统同步采集脑电（Electroencephalogram，EEG）、心电（Electrocardiogram，ECG）与血氧（Peripheral Capillary Oxygen Saturation，SpO2）信号，并为其分别设计了深度专用的特征提取算法：针对单通道前额EEG空间信息缺失的约束，提出融合高分辨率时频分析、多尺度非线性动力学（如多尺度样本熵、递归定量分析）及瞬态波形形态学的“深度时序信息挖掘”框架；针对ECG与SpO2，则分别构建了以量化自主神经功能梯度和氧合趋势/负荷为核心的专用特征集。在此基础上，进一步提出了层级化条件融合系统，将“先评估生命体征、后评估意识状态”的临床先验知识结构化编码为网络架构，实现了特征提取与融合决策的逻辑闭环。在基于公共数据集与自建“可唤醒”数据集（共2 500份样本）的测试中，该系统对“可唤醒”“轻度昏迷”“重度昏迷”“近似死亡”4类状态的平均评估准确率达到94.90%，召回率为94.30%，显著优于主流对比模型，为极端受限环境下的精准生命状态评估提供了有效的算法和系统架构。

• 面向矿山钻孔救援的UWB雷达人体动目标识别方法

  黄渊, 郑学召, 金霏阳, 马扬, 文虎, 刘荫, 丁文, 马佳文,

  钻孔救援技术作为一种生命通道快速构建的新型救援技术已得到广泛应用。超宽带（UWB）雷达能够基于钻孔实现遮蔽环境下的人体生命信息探测，但其回波信号易受井下复杂环境噪声、背景杂波和目标自身运动状态的影响，难以直接提取有效的被困人员生命特征。基于UWB雷达探测原理，构建了适用于煤岩复杂介质环境的人体目标识别数学模型，结合多普勒效应与二维傅里叶变换，系统分析了人体生命体征信号在雷达回波中的时频分布特征。结合矿山救援应用实际，以人体体动信号作为主要探测目标，针对矿井环境中存在的强杂波、多径效应及信号混叠问题，提出了一种融合指数加权、自适应增益与慢时间域能量平均消除的雷达信号预处理方法，显著抑制了背景噪声与遮蔽物引起的干扰。为进一步提升人体体动信号提取能力，提出了改进型完全集合经验模态分解（ICEEMDAN）算法，通过构建含噪声仿真信号，以信噪比和均方根误差为评价指标，验证了该算法在信号分解与重构方面优于EMD与EEMD方法，有效提高了体动信号提取的精度与鲁棒性。在此基础上，研制了专用UWB雷达探测装置，并在由50 cm碎煤与30 cm砖混墙构成的模拟遮蔽环境中开展了单人动目标探测试验。结果表明，经ICEEMDAN算法处理后，可在3.8～10.8 m距离范围内清晰提取人体目标的基波与谐波特征，且谐波频率呈基波整数倍关系，验证了该算法在复杂遮蔽条件下对运动目标的增强探测能力。为矿山救援等强遮蔽、高噪声场景中的单人动目标识别提供了有效的技术方法与装备参考。

• 深部煤岩组合体力学特性研究进展

  左建平, 陈岩, 宋洪强, 徐丞谊, 于祥,

  随着我国煤炭开采深度不断增加，深部复杂环境(如高地应力、高地温、高渗透压、构造、断层、采动影响等)使得煤岩动力灾害日趋严重，制约了煤矿安全生产与资源高效回收。煤岩组合体作为矿井最基本的承载结构与灾害孕育的核心，其力学行为及失稳机理已逐步成为采矿岩石力学研究的前沿热点。系统综述了深部煤岩组合体在力学试验、声发射特征、本构模型、能量演化与失稳机制等方面的研究进展。研究表明：几何构型与围压共同控制组合体的强度、变形及破坏模式，围压升高引发脆–延转化；声发射监测与波速层析成像揭示了“先煤后岩”的渐进破坏过程与失稳前兆；基于裂纹应变演化构建了考虑加载–卸载路径的非线性本构模型；提出了以“煤岩差能”为核心的失稳判据，阐明了能量非均衡分布是冲击启动的关键；进一步分析了煤岩协同破坏机制，指出深部条件下材料特性影响增强，组合体冲击倾向性显著高于单体煤。最后，提出未来深部煤岩研究需聚焦多场耦合试验、智能损伤诊断、精准本构模型及主被动防控技术，以支撑动力灾害防控。

• 厚硬顶板致灾机理及定向长钻孔水力压裂控制技术

  李兆众, 王瑞,

  针对煤炭生产企业长期面临的长壁采场厚硬顶板悬顶破断致灾防控主要技术难题，以某矿8238综放工作面为工程背景，建立长壁工作面厚硬顶板破断力学模型，分析了厚硬悬顶初次及周期破断释放能量的主要影响因素及致灾机理。结果表明：坚硬顶板破断释放的总能量与煤层开采厚度m、坚硬顶板厚度h2、坚硬顶板抗拉强度Rt呈正相关，与直接顶厚度h1呈负相关，基本顶初次破断释放的总能量U1是其周期破断释放总能量U2的2倍以上。建立UDEC数值计算模型并基于其内嵌的流−固耦合分析模块，分析了采动应力调整过程中单点注水压力40 MPa时，不同注水体积及压裂点间距对坚硬顶板的损伤破坏规律、水力压裂前后采场顶板垮落规律，揭示定向长钻孔水力压裂坚硬顶板弱化机理。基于生产地质条件及数值模拟分析结果，综合确定8238工作面坚硬顶板（细砂岩）定向长钻孔分段压裂参数为：单点注水体积20 m3，压裂点间距15 m。基于“能量缓释−结构弱化−应力调控”的控制思路，提出了“定向长钻孔−分段压裂−分层控制”立体压裂技术，并将其应用于现场实践。现场监测表明：5238巷煤柱帮最大移近量为236 mm，实体煤帮最大移近量为135 mm，顶底板最大收敛量为287 mm；工作面初次来压步距由45 m减小至18 m；与未压裂工作面相比，采场周期来压步距平均降低35%，该方案有效确保了厚硬顶板下综放工作面安全高效回采。

• 煤柱回收壁式工作面布置与卸压开采方法

  武毅艺, 高玉兵, 何满潮, 王育轩, 刘晨洋,

  在煤炭地下矿开采中，常留设大量的保安煤柱，以保障巷道掘进和工作面回采的安全进行。为提高矿井煤炭资源的整体采出率，在区域或整个矿井的开采末期需要适时进行煤柱回收，其中布置壁式工作面进行煤柱回收是重要方法。研究总结了煤炭地下开采中主要留设的煤柱类型，明确了适宜布置壁式工作面进行回收的煤柱情形，阐述了壁式工作面在布置方式、开采技术和多类型煤柱联合回收上的应用优势，提出了采用复用巷道、留煤柱掘巷（留宽煤柱掘巷和沿空掘巷）和综合法的布置方法，并总结提出6种煤柱回收壁式工作面的应用类型：长壁式、短壁式、渐变式、刀把式、多段式和分段式。针对煤柱回收短壁工作面，分析了其顶板结构破断演化特征，阐明了在自身属性与劣化环境下顶板破断难、来压强度高、两侧悬顶区域大和端头压力大的难点。由此，基于顶板预裂卸压技术提出了煤柱壁式工作面先卸后采的回收方法，由板结构理论分析得到顶板破断结构在无预裂时呈现横向“O-X”型、仅开切眼处预裂时呈现横向“C-X”型、两侧回采巷道处预裂时呈现横向“ↀ-X”型和三侧巷道均预裂时呈现横向“D-X”型。进一步由模拟对比分析，得到了顶板破断距离和采场应力随预裂位置和程度的增加而降低，并引入Von Mises等效应力得到了顶板垮落前的塑性变形趋势，验证了所提出的断裂趋势结构。同时，结合工程案例分析了顶板预裂对煤柱回收壁式工作面开采的卸压效应，为其布置方法、顶板破断理论和卸压开采方法提供了借鉴与指导。

• 上邻近层扰动下底抽巷失稳机理及控制对策

  韩子俊, 刘洪涛, 郭林峰, 韩洲, 镐振, 郭晓菲, 刘勤裕, 吴双, 梁嘉璐,

  底抽巷的稳定性对于提升邻近煤层的瓦斯抽采效率具有关键作用。以赵固二矿二1煤层底抽巷为工程背景，通过现场调研和监测获得了巷道围岩的矿压显现特征，利用弹性力学半无限平面体理论，建立了上邻近层一次与二次扰动下煤层底板应力求解模型，获得了底板三维应力分布与演化特征；基于全平面应变模型构建了底抽巷三维力学模型，推导了考虑轴向应力与面外剪切作用的矩形巷道塑性区边界隐式解析解，量化分析了底抽巷塑性区的尺寸与形态特征，揭示了底抽巷围岩的变形破坏机理，提出了针对性支护对策。研究表明：高地应力及上邻近层多重扰动致使底抽巷处于高偏应力环境，且底板应力方向分布呈现旋转特征，底抽巷中心点应力偏转角达47.49°，巷道顶板塑性区呈现恶性扩展，围岩整体塑性区形态呈现“类蝶形”非对称破坏特征。与本文提出的复变解析法相比，传统等效圆法的塑性区尺寸估算存在明显偏差，且无法反映围岩破坏的非对称特征，验证了本文理论模型的合理性。针对底抽巷围岩变形破坏特征，研发了大延伸率抗冲击柔性锚索，提出了“锚网索喷”优化支护技术。现场工业性试验结果表明：优化后的支护方案可有效控制底抽巷围岩大变形，服务期内锚索无破断现象，支护结构完整性良好，保障了底抽巷的稳定运行。

• 液氧相变膨胀气体的传播规律及压力分布特性

  王雁冰, 丁宝山, 付代睿, 黄晢航, 李守业, 王滔,

  针对不同液氧量对液氧瞬态相变膨胀效果的影响问题，通过高速纹影系统和超压检测系统对液氧相变膨胀产生的气体前沿与混合气体在自由场中的传播规律，以及气体压力的变化开展研究。设计了直径20 mm、长度5、7、10 cm的3种不同尺寸药包，以尺寸控制液氧量，并设置了2个位置不同的压力传感器，对气体压力的变化进行全面测量。通过选取气体传播过程中典型时刻的纹影图像，分析气体前沿与混合气体的波动变化，对比分析3种液氧量下液氧相变膨胀的气体传播过程、速度变化、压力变化，并将理论分析与试验结果相结合，得到混合气体在自由场中传播规律及演化过程和压力分布特性。结果表明：从点火头引燃液氧吸收剂开始，液氧吸收剂释放出大量热量激发液氧迅速相变膨胀，气体在药包内部不断积累升温、升压，直至达到药包的致裂压力极限后，气体前沿与混合气体以药包为中心向外呈球形先伴随后分离式传播。液氧量增加，加速了液氧气化与能量聚集效率，分离时间随液氧量增大提前，累压时间由2.91 ms减少至1.20 ms，缩短了58.76%；气体前沿传播速度加快，速度峰值由1 025.64 m/s提升至1 487.18 m/s，增长了45%；测点1超压峰值压力由35.65 kPa增大到40.93 kPa，增长了14.81%；正压作用时间和峰值冲量的增长是非线性的，7 cm时均为最大，10 cm时均下降，药包过长可能导致相变能量分散或因长径比失衡引发湍流、反射波干扰，虽提升峰值压力但降低能量持续作用效率。

• 液态二氧化碳相变爆破射流形态演变和温度分布特性

  王渝, 杨仁树, 左进京, 杨阳, 丁晨曦, 吴浩天, 张耕豪, 赵勇, 张祥,

  作为炸药破岩技术的有力替代，CO2相变爆破破岩技术的理论研究长期滞后于现场实践，而CO2相变爆破产生的射流是致裂岩体的根本动力。基于CO2致裂技术裂岩原理，以CO2超高度欠膨胀射流为理论基础，通过高速红外相机及高速相机，构建了同时捕捉CO2射流结构与射流温度分布的CO2爆破射流全过程测试系统，研究了不同剪切片厚度下不同型号致裂器爆破射流演化特征。结果表明：CO2爆破初期射流为典型的超高度欠膨胀射流，射流具有高度的非稳定性，在不同的阶段表现出不同的射流形态特征，其中95型致裂器初期爆破射流形状受膨胀波影响较大，由椭圆形演变为近似球体。射流演化过程具有复杂的相态变化，CO2相变爆破射流整体上经历喷射启动、动态扩展、稳定发展后，最终形成气−固两相混合的复杂流动状态。随着剪切片厚度的增加，同一时刻可见云轴线扩散长度增大，但扩散能力的边界增益减弱，同时射流轴线可见云扩散峰值速度增大。射流温度分布具备明显的阶段特征，在高温膨胀阶段，射流核心温度急剧升高，超过温度捕捉上限184.133 ℃，导致射流角度增大至近180°。随着剪切片厚度的增加，CO2爆破射流超温区域的持续时间及“超温像素点”占比出现增大趋势。研究结果为进一步深入探索CO2爆破射流破岩机理提供了基础数据及试验支撑。

• 水力耦合作用下煤体孔裂隙演化与损伤本构关系

  王军, 周宏伟, 薛东杰, 李回贵, 陆明远, 章啸海, 毛婷婷,

  高地应力和高渗透压环境中煤体内部孔裂隙结构的演化是煤体物理力学性质产生损伤的根本原因。为保障煤矿的安全开采，需要探索煤体的孔裂隙演化特征与建立损伤本构模型预测煤体多场耦合变形破坏行为。针对煤体开展了一系列水−力耦合三轴加载NMRI原位试验，获取煤体应力−应变曲线与孔裂隙结构实时演化特征。基于Weibull分布函数建立了水力耦合作用下考虑峰后残余应力的煤体全过程变形的统计损伤本构模型。结果表明：渗透压会加剧孔裂隙结构累积损伤的发展，煤体变形破坏对应的孔裂隙演化过程由渗流孔与微裂隙(Seepage Pores and Fractures, SPF)主导；随轴向应变的增加SPF变化率呈现先降低后增加的趋势。引入孔隙变化率表征孔裂隙演化特征并验证损伤演化趋势，检验了所提统计损伤本构模型分析煤体破坏过程的可靠性。将SPF变化率曲线与损伤变化曲线结合可揭示煤体应力−应变曲线的四阶段特征：加载无损伤、损伤加速扩展、损伤强化扩展和损伤趋于饱和。通过进一步采用原位在线测试方法，揭示了SPF演化与损伤演化的一致性，提供了一种基于NMR原位在线测试技术检验统计损伤本构模型的方法。从SPF演化规律角度探明了水力耦合作用下煤体本真损伤机制与变形破坏过程，弥补了统计损伤本构模型缺失实际物性结构损伤表征的不足。

• 改性磷酸锆对煤自燃的高效抑制作用及机理

  梁运涛, 郭宝龙, 宋双林, 贺正龙, 周刚, 曹乃夫,

  煤自燃灾害严重制约煤矿安全生产，化学阻化剂的使用是防治煤自燃的主要技术手段。然而，现有的煤矿井下阻化剂普遍存在环保性差、成本高和效率低等问题。因此，研发一种高效、低成本且环保的新型磷系阻化剂，将有效提升其在煤矿防火领域的应用价值。基于此，以α−磷酸锆、异辛胺、无水乙醇为原料，采用插层法合成改性磷酸锆（MZrP），将其作为一种高效抑制煤自燃的阻化剂。为研究不同阻化浓度下MZrP对煤自燃的抑制效果，采用程序升温−气相色谱联用试验，从宏观上对比分析原煤和阻化煤样在低温氧化过程中的指标体积分数和交叉点温度的变化，探讨不同阻化浓度下阻化率的差异。通过扫描电镜和红外测试，从微观上阐明MZrP对煤表面形貌和活性基团的影响。通过热重测试，研究MZrP对煤热质量损失和特征温度的影响，揭示MZrP对煤自燃的抑制机制。结果表明：阻化煤样氧化升温过程中释放出的指标气体体积分数明显低于原煤，且随着MZrP阻化质量分数的增加，气体释放量逐渐下降，交叉点温度和阻化率呈上升趋势，质量分数为5%的MZrP阻化煤样的阻化率为62.85%。插层改性后的MZrP均匀覆盖在煤体表面，形成致密的阻化层，有效隔绝氧气，发挥物理阻化作用。与原煤相比，阻化煤样的甲基、亚甲基含量和热质量损失显著降低。具体而言，质量分数为3%和5%的MZrP阻化煤样的临界温度分别比原煤高出2.20 ℃和2.81 ℃，最大热失重速率温度比原煤高15.6 ℃和23.1 ℃。随着MZrP阻化质量分数的增加，更多阻化剂和煤中活性基团发生化学反应，进一步提高了临界温度和最大热失重速率温度，从而实现煤自燃的高效化学抑制。

• 考虑应力−瓦斯−温湿度耦合影响下基质损伤破裂煤体渗透率模型

  卢守青, 宗娇婧, 秦玉金, 撒占友, 刘杰, 张荣,

  我国煤层渗透率普遍偏低，同时煤层开采过程中渗透率还受到有效应力、温度、水分耦合影响，损破裂伤煤体渗透率模型可以有效预测渗透率的变化，从而指导瓦斯抽采。从煤基质损伤破裂的角度，考虑有效应力、温度与水分对煤体裂隙发育及渗透特性的协同影响，通过引入分形理论量化损伤程度，并结合Langmuir 吸附方程、热膨胀及吸湿应变方程构建了多因素耦合作用下基质损伤破裂煤体渗透率模型并进行了验证。结果表明：构建的多因素耦合作用下基质损伤破裂煤体渗透率模型的拟合曲线与不同瓦斯压力、温度、含水率及应力边界条件的试验数据吻合度较高，这表明构建的多因素耦合作用下渗透率模型在复杂条件下的适用性与准确性。通过对模型参数敏感性分析得出，塑性参数对渗透率的影响明显大于弹性参数对渗透率的影响。弹性阶段温湿度参数通过控制基质膨胀收缩行为改变孔隙闭合程度，实现对渗透率的动态调控，而煤体力学参数和吸附变形主要通过竞争关系调控渗透率。塑性阶段参数通过损伤分形和裂隙贯通尺度效应主导非线性变化，当应力加载至峰值强度时，煤体渗透率急剧增加。构建的模型能够准确描述渗透率随多因素耦合的非线性演化规律，精准预测不同开采条件下煤层渗透率变化，为瓦斯抽采提供理论支持。

• 温氧双变量驱动下煤耗氧与CO生成动力学模型

  刘宇, 赵浩宇, 李宗翔, 王程, 白刚, 柳东明, 刘东, 李林,

  在煤矿开采与存储过程中存在煤自燃风险，可能引发CO(一氧化碳)中毒等事故，煤氧化速率是影响煤自燃进程的重要因素，而环境氧体积分数和温度是影响煤氧化速率和CO生成速率的关键参数。为探究煤的耗氧速率(\phi )、CO生成速率(\varphi )与环境氧体积分数、温度之间的内在联系，以红庆梁煤样为研究对象开展封闭耗氧试验。通过控制温度在20～70 ℃(煤自燃潜伏期)，同步监测并记录了氧气体积分数(c)和CO体积分数(g)随时间变化的曲线，提出了因试验条件差异导致的不同空气/煤体积比的耗氧系数(\lambda _\mathrmc)与CO生成系数(\lambda _\mathrmc\left( \mathrmCO \right) )的修正方法，并通过回归分析，推导出不同氧体积分数及温度条件下煤的耗氧速率(\phi )与CO生成速率(\varphi )的二元函数关系式。结果表明：关系式中耗氧系数(\lambda _\mathrmc)、CO生成系数(\lambda _\mathrmc\left( \mathrmCO \right) )、耗氧临界氧体积分数(\varepsilon _\mathrmb)和CO极限体积分数(\varepsilon _\mathrmb\left( \mathrmCO \right) )均是关于温度的函数。当温度从20 ℃升至70 ℃时，耗氧系数(\lambda _\mathrmc)和CO生成系数(\lambda _\mathrmc\left( \mathrmCO \right) )随温度升高呈现指数变化规律，耗氧临界氧体积分数(\varepsilon _\mathrmb)呈线性下降趋势，CO极限体积分数(\varepsilon _\mathrmb\left( \mathrmCO \right) )呈线性上升趋势。最终，基于试验数据与分析结果，建立了以氧气体积分数和温度为变量的耗氧速率(\phi )及CO生成速率(\varphi )函数模型。研究成果进一步丰富了煤自燃理论，可以为煤自燃相关数值模拟提供理论指导，为煤矿防灭火提供科学依据。

• 古近纪天体轨道强迫下低纬度煤盆地煤层发育规律与模式 以南海北部琼东南盆地渐新统为例

  刘岩, 王东东, 李林, 徐新前, 刘海燕, 宋翠玉, 尹钰婷,

  煤是一种环境敏感性很强的沉积物，聚煤期的古环境演化控制了煤系（层）的发育与分布特征。南海北部琼东南盆地下渐新统崖城组煤系非常发育，煤层具有厚度薄、层数多、稳定性差、垂向分布散、平面分布广等特点。查明这种规律性的控制因素与发育模式，对指导煤层与煤系烃源岩等勘查具有重要指导意义。在对琼东南盆地崖城组沉积期的古气候、天文周期、古构造、古地理进行综合分析的基础上，重点剖析天体轨道强迫对煤层发育的控制作用，进而揭示低纬度煤盆地煤层发育规律与模式。研究发现：宏观气候和区域构造是巨厚煤系发育的主要控制因素，次级构造演化、沉积环境发育和短天文周期驱动气候演化控制了薄煤层的发育。构造的活跃和气候的变化会影响成煤沉积环境的横向变化；短的天文周期控制的古气候演化是控制区域成煤作用高频周期性发生（“成煤窗”）的主要控制因素，进而在次级构造−沉积环境适宜的部位发育了薄煤层。受短偏心率和岁差调控的日照量和季风降水变化的影响，崖城组早期成煤作用主要发生在短偏心率高值期、岁差低值阶段的海陆过渡相扇（辫状河）三角洲平原沼泽环境；崖城组沉积中晚期，受日照量、季风与降水量，以及南极冰盖盈亏控制的海平面升降的影响，成煤作用主要发生在岁差低值或斜率低值时期的潮坪和潟湖沼泽环境。在低纬度盆地渐新统崖城组煤系建立了“偏心率−岁差共同控制煤层发育”和“斜率控制煤层发育”2个理论模型。这些精细的成煤理论模型揭示了古近纪低纬度盆地中，天体轨道强迫气候演化、构造−沉积作用对煤层时空发育与分布的控制作用与规律。

• 冲沟下浅埋煤层开采突水主控因素分析与风险评估

  郭本焕, 屠世浩, 苗凯军, 唐龙, 赵宏斌,

  为研究冲沟水体下浅埋煤层开采易发生矿井突水的问题，以鄂尔多斯某煤矿22104工作面为工程背景，采用裂隙导通理论模型、瞬变电磁仪测量和PFC数值模拟，对矿井突水致灾主控因素与风险评估方法展开了研究。结果表明：突水裂隙无法导通的充要条件为冲沟下行裂隙和裂隙带上行裂隙的最大垂向发育长度之和(Ha+Hb)不超过二者的垂直间距(H)，二者最大发育宽度之和(da+db)不超过二者水平间距(d)；影响地表水渗漏、突水至工作面的主控因素为工作面开采高度(M)，工作面与冲沟的空间相对位置(垂直间距H、水平间距d)和冲沟产状(冲沟倾角β、冲沟深度Hd和冲沟宽度L)；采高通过控制裂隙带发育范围和冲沟边坡弯曲幅度直接影响突水裂隙通道的形成；工作面与冲沟的相对位置通过限制裂隙带上行裂隙与冲沟下行裂隙的间隔距离控制突水裂隙的连接；冲沟产状通过调控边坡变形程度，改变冲沟下行裂隙开口大小间接影响突水裂隙通道形成。基于上述结论，结合模糊数学方法、层次分析法和灾害指数法建立了冲沟水体下浅埋煤层开采突水风险评估模型，计算分析了22014工作面突水危险区域和灾害指数，提出了工作面局部充填方案，现场应用结果表明，相比于初始开采未充填区域，充填区域的顶板涌水明显减小，实现了冲沟水体下浅埋煤层安全高效开采。

• 淮南煤田下组煤底板岩溶含水层系统重构及岩溶水害分源防治技术

  谢治刚, 韩锋, 陈善成, 丁海, 孙贵, 许光泉,

  淮南煤田煤炭资源丰富，2022年煤炭年产量达8000万 t，是我国东部主要产煤省份之一。淮南煤田下组煤厚度大、煤质好、资源储量高、赋存条件优良，而下组煤底板灰岩具有厚度大、高承压、强富水、岩溶发育不均一等特征，威胁下组煤层开采。以煤底板水文地质特征为基础，对岩溶含水层系统进行再认识及重构，提出岩溶水害分源防治技术。研究表明：淮南煤田下组煤底板岩溶含水层系统自上而下依次为C3Ⅰ组含水层、太原组上部隔水层、C3Ⅱ组含水层、太原组下部隔水层、C3Ⅲ组含水层、本溪组隔水层及奥灰含水层，其中，太原组上部隔水层与本溪组隔水层厚度较小且隔水性较弱，而太原组下部隔水层厚度大、隔水性良好、抗压强度高，C3Ⅰ与C3Ⅱ组含水层水力联系密切，而C3Ⅲ组与奥灰含水层水力联系较密切。基于隔水层隔水性及含水层富水性、导水性、可疏放性、水力联系程度等指标对下组煤底板岩溶含水层系统进行重构，形成C3Ⅰ—C3Ⅱ组含水层、太原组下部隔水层与C3Ⅲ组—奥灰含水层的三元岩溶含水层系统，其中C3Ⅰ—C3Ⅱ组含水层具有可疏放性，可采用疏水降压方法实现岩溶水害防治。C3Ⅲ组—奥灰含水层补给充沛，不具备疏放可行性，需要采用地面区域治理工程防治岩溶水害。C3Ⅱ组灰岩是实施地面区域探查治理工程防治C3Ⅲ组—奥灰岩溶水害的有利层位，通过探查治理C3Ⅱ组灰岩垂向导水通道，阻隔C3Ⅲ组—奥灰岩溶水的突涌路径，可实现工程治理层（C3Ⅱ组）与防治目标层（C3Ⅲ组—奥灰）的解耦。基于太原组下部隔水层的阻隔效应，构建岩溶水害“分源防治”技术体系，即以太原组下部隔水层为隔离层，上部复合含水层（C3Ⅰ—C3Ⅱ组含水层）以疏水降压为主导，下部复合含水层（C3Ⅲ组—奥灰含水层）重点实施地面区域探查治理工程。

• 煤矿井下随钻智能感知技术研究与应用

  张幼振, 李泉新, 李旺年, 钟自成, 陈龙, 杨冬冬, 陈韬,

  面向煤矿智能化建设对地质保障透明化的迫切需求，针对现有煤矿井下钻探中随钻地层岩性和工况识别方法存在信息获取难度大、识别精度低以及智能化程度不足等问题，结合人工智能与矿井随钻测量技术的发展状况，提出煤矿井下随钻智能感知的定义与技术架构，进而阐述了通过钻柱动力学机理与随钻多源数据融合驱动实现随钻智能感知的技术路径。系统分析煤矿井下近水平钻探中的钻柱动力学响应规律，揭示了钻头−岩石与钻杆−孔壁的相互作用机制，以及钻杆在钻进过程中正弦屈曲和螺旋屈曲的动态演化特征，为随钻智能感知技术建立理论基础与数据边界。确定多源异构随钻原始数据的采集技术方案，按照时间序列进行数据预处理，基于接入层、汇聚层和核心层3个层级构成的通信网络，提出数据层−特征层−决策层3级递进的多模态钻探数据融合策略，并构建出基于边缘−云协同的钻探信息传输与处理架构。结合两淮矿区实际生产对所提技术体系的有效性和实用性开展了工程应用研究，在淮北某矿基于模糊C均值聚类（FCM）方法，对穿层孔施工中的3类岩层实现了无先验标签条件下的随钻岩层硬度感知，效果优于传统聚类方法。在淮南某矿基于鲸鱼算法优化的核极限学习机（WOA-KELM）方法，对定向长钻孔施工中的卡钻工况实现了有效预测，为智能钻探闭环控制提供了决策依据。工程应用研究表明，该技术体系能够有效提升煤矿井下钻探的地质信息实时感知能力和智能化水平，为透明地质矿井建设与智能钻探技术发展提供关键技术支撑与工程应用参考。

• 露天矿无人驾驶道路可行驶深度感知模型

  刘光伟, 雷健, 张磊, 郭直清, 郭伟强, 朱虹锦, 柴森霖, 秦飞龙, 谯乾林,

  露天矿复杂动态环境下，道路可行驶区域精准分割是无人驾驶技术推广的关键瓶颈。传统视觉感知方法因局部特征提取局限和单一模态信息缺陷，难以应对长距离依赖建模、低对比度区域判别等挑战。为此，提出了一种基于空域−深度跨模态融合的露天矿道路可行驶区域深度感知模型。模型以金字塔视觉Transformer（PVTv2）为空域分支主干，利用线性注意力机制实现多尺度语义特征高效提取，解决了长距离依赖问题并降低高分辨率图像计算复杂度。采用DepthAnything模型生成鲁棒深度图，引入了CATANet令牌聚合机制挖掘深度特征中的空间几何信息，辅助区分颜色纹理相近区域。设计多层次自适应融合模块，通过通道级与像素级注意力动态加权及跨尺度上下文传播，实现了语义特征与几何特征的精细化交互；构建了包含加权交叉熵、深度正则化损失等的多组件联合损失函数，强化对类别不平衡、边界模糊等问题的处理能力。结果表明：该模型在自主构建的露天矿道路数据集上表现优异，平均交并比（mIoU）达87.6%，显著优于FCN、U-Net等传统模型；深度方差（DV）仅为0.052，有效保证道路区域深度值均匀性。消融试验验证了各核心组件的必要性和有效性，视频序列测试显示模型在复杂路况、极端天气下具有强鲁棒性。本研究为露天矿无人驾驶系统提供了可靠的环境感知方案，对智能矿山建设具有重要意义。

• 基于集成决策的综采工作面煤流防拥堵调控方法

  王渊, 刘军, 贺海涛, 赵栓峰, 路正雄, 胥乐乐,

  综采工作面煤流拥堵可能引发刮板输送机超负荷运行甚至压死，极大地影响了综采工作面生产效率。针对综采工作面采运作业协同性不足导致的刮板输送机煤流拥堵问题，以采煤机为控制对象提出一种基于集成决策的综采工作面采煤机牵引速度调控方法，用于防止煤流拥堵情况发生。该方法通过结合自注意力机制构建了一种双向时间注意力煤流调速模型TC-BGRU，结合挖掘煤流时间序列特征之间依赖信息的方式提升了深度学习模型的煤流调控精度。为提升TC-BGRU在不同工况下的适应性，以TC-BGRU为基决策器，提出了双层集成决策采煤机牵引速度调控方法DI-TC-BGRU，该方法能在不同煤流拥堵工况下动态选择不同特性的基决策器。为验证提出方法的有效性，结合神东矿区某煤矿52604综采工作面实际数据对提出的方法进行了性能验证。试验结果表明：相较于TC-BGRU算法，DI-TC-BGRU算法的评价指标平均绝对误差、均方误差、均方根对数误差分别降低了36.82%、22.58%、25.69%；相较于Transformer算法，DI-TC-BGRU算法的评价指标平均绝对误差、均方误差、均方根对数误差分别降低了42.05%、32.87%、44.27%。本文调控模型所输出的调控决策与实际人工控制决策最为接近，满足综采工作面煤流拥堵调控处理的要求，为综采工作面煤流防拥堵调控处理提供了一种有效的解决方法。

• 基于半监督学习的双分支网络采煤工作面尘雾图像去雾算法

  赵猛, 李泽枫, 魏玉忠, 戴秀杰, 李正, 张俊明,

  煤矿井下采煤工作面作业时产生煤尘、水雾等非均匀悬浮颗粒，视频图像出现模糊、细节丢失等降质现象。现有井下图像清晰化算法效果不佳，存在图像易失真、算法泛化性差等问题，提出了一种基于半监督学习的双分支网络去雾算法。该算法采用端到端的深度学习网络，将降质图像映射为清晰图像，并通过半监督学习方式进行训练。算法网络由去雾分支和细节修补分支构成：去雾分支为编码器解码器结构，编码器采用了中心差分卷积作为特征提取器，增强了高频信息的学习表征能力，解码器引入去噪模块，增强了网络去雾能力；细节修补分支由DCResBlock模块构成，利用扩张卷积增大感受野，引入少量参数解决去雾过程中的细节丢失问题。由于采煤工作面配对数据集难以收集，针对煤矿环境特点，改进了现有数据合成方法，将清晰图像合成为非均匀尘雾图像，并与真实尘雾图像一同作为训练样本对网络进行半监督训练。针对算法泛化性差的问题，引入了对比学习损失作为无监督损失，引导模型优化方向，提升对真实尘雾图像的去雾效果。为验证算法有效性，选取基于大气散射模型、YOLY、AECR-Net、CasDyF-Net、SSID 5种去雾算法对采煤工作面尘雾图像数据集进行实验，并采用相关指标与提出算法性能对比。结果表明，提出算法能更有效地降低尘雾密度，恢复细节信息，提高了煤矿井下采煤工作场景图像的视觉效果和图像质量，增强了其在工程应用中的实用性。

• 激光熔覆Fe3Al/Cr3C2矿用耐磨材料抗冲击性能优化及制备

  曹舒泓, 王洪磊, 赵世尧, 陈兵, 冯瑛凯, 董曼淑,

  刮板输送机中部槽的中底板长期承受较大载荷和冲击，易发生严重磨损。为了改善刮板输送机中板的耐磨损和抗冲击性能，采用激光熔覆技术制备了Fe3Al/Cr3C2混合粉末复合材料的熔覆层，并对比研究了Cr3C2质量分数及Ni基过渡层对熔覆层微观组织、耐磨损性能及抗冲击性能的影响。通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、背散射电子成像（BSE）及能谱分析（EDS）对熔覆层的微观组织进行表征，并与目前主流矿用耐磨材料进行对比，评估其耐磨损及抗冲击性能，探究摩擦磨损机理。结果表明，Cr3C2质量分数对Fe3Al/Cr3C2熔覆层的耐磨及抗冲击性能具有显著影响。在磨损过程中，较软的Fe3Al/Fe2AlCr基体相首先被磨耗，而较硬的M7C3相有效支撑磨料表面，从而抵抗磨损。在一定范围内，随着Cr3C2质量分数的增加，Fe3Al基体相中的Fe2AlCr物相比例增加，其较好的塑性可以增强材料的强韧性。此外，在制备熔覆层前，先在母材上熔覆一层Ni基过渡层，可以有效提升涂层与基板之间的结合强度，提升熔覆层整体的抗冲击性能。上述成果在刮板输送机中部槽以及其他煤机装备核心零部件的表面强化方面具有广阔的应用前景。

• 黄土区排土场苜蓿恢复过程中植被−土壤演变及耦合协调关系

  王子怡, 王东丽, 赵晓亮, 谢伟, 郭建军,

  紫花苜蓿(Medicago sativa）在黄土区矿区生态重建中广泛应用，然而在一些排土场出现不同程度的退化现象，为了探明其退化原因，从恢复过程中植被−土壤系统耦合协调关系切入，选择苜蓿恢复2、4、6、10 a（M2、M4、M6、M10）的苜蓿地为研究对象，以未复垦地为对照，采用植被调查与土壤测定分析，结合耦合协调度模型，研究苜蓿恢复过程中植被−土壤各自的演变规律及二者系统的耦合协调类型。结果表明：① 不同恢复下样地Shannon-Wiener指数为0.51～0.92，苜蓿恢复M4最低为0.51；② M6植被群落生物量达到峰值，为194.27 g/m2，显著高于未复垦地（P<0.05），恢复10 a时，猪毛蒿、沙蒿等乡土植物种重要值占比显著增加（P<0.05），苜蓿重要值降至14.86%，群落物种数变化维持稳定，出现逆向演替趋势。③ 土壤全氮含量受人工干预影响明显，其中M6土壤的全氮质量分数为0.55 g/kg，显著提升（P<0.05），但全磷含量受干预影响较小，且苜蓿恢复样地全磷普遍低于未复垦地，M4样地速效钾含量显著低于其他样地（P<0.05）。④ M6耦合协调度最高（D=0.442 4），属于“勉强协调植被滞后型”。总体来看，在矿区人工植被恢复时，可选择禾本科、菊科、豆科等生长较快的植物作主导种，辅以小叶锦鸡儿、糙隐子草等适应性强的本土植物作伴生种，排土场在苜蓿恢复4～6 a时，由于苜蓿生长旺盛，土壤养分相对欠缺，建议在恢复4～6 a后通过施肥补水或植被改造来提升土壤养分和促进植被恢复，确保植被与土壤协调发展，避免人工植被提前退化。

• 矿区地下水中氟离子分布特征及成因机制 以新街台格庙矿区为例

  唐佳伟, 王旭东, 郭强, 闫祖喻, 刘兆峰, 闫瑞兵, 王子伟, 包一翔, 李井峰, 贺安民,

  矿区地下水作为生产生活及生态维系的重要水源，其水质安全直接关系到区域可持续发展。新街台格庙矿区作为国家规划中的大型整装新建矿区，地处典型干旱半干旱地带，水文地球化学背景复杂，地下水中氟离子存在显著富集的趋势。针对目前新街台格庙矿区地下水中氟的污染特征及成因机制尚不清晰的问题，采用相关性分析和水文地球化学模拟、主成分分析等方法分析了新街台格庙矿区地下水中氟离子的空间分布特征及其成因机制。结果表明：随着含水层深度增加，地下水中离子浓度总体呈现随含水层深度波动性增加，水化学类型由HCO3−Ca·Na型变为Cl·SO4−Na型；地下水中氟离子浓度在区域横向上呈现出北高南低分布，在垂向上，氟离子质量浓度随深度的增大而增加，当埋深超过700 m的延安组中下部地下水中氟离子平均质量浓度超过4.1 mg/L。基于Gibbs图、离子比例关系和相关性分析（PCA）解析可知，台格庙矿区地下水中氟离子的形成主要源自萤石等含氟矿物的溶解，蒸发浓缩作用、硅酸盐岩和岩盐的溶解及正向阳离子交换作用对氟离子的溶出释放具有促进作用。水文地球化学模拟揭示了台格庙矿区自志丹群至延安组垂向方向上，主要矿物包括石膏、岩盐、石英、白云石、萤石，均发生溶解，向地下水的溶解量分别为5.43×10−3、18.18×10−3、0.36×10−3、0.11×10−3、0.32×10−3 mmol/L，促使氟离子随地层深度的增加逐级释放与富集，使其表现出明显的空间垂向分布特征。