煤炭科学技术杂志

煤炭科学技术杂志2026年第5期

• 煤矿智能化建设中的共性难题与技术升级路径

  王国法, 富佳兴, 张建明, 任怀伟, 王峰, 张亮,

  分析了我国煤矿智能化建设现状、共性难题及技术升级发展路径。基于2020—2025年建设实践，指出当前煤矿智能化建设已进入“中级瓶颈”阶段，面临五大核心技术挑战：部分硬核技术尚未突破制约建设成效、投资与当前直接经济效益表面矛盾凸显、标准体系技术成熟度支撑不足、新质生产关系滞后、系统常态化运行能力不足。针对以上问题，提出“自下而上”突破底层技术、构建四区域经济评价模型、细化标准等级、重塑管理体系及构建“建设−运营−运维”闭环联动模式等破题思路。提出“十五五”时期以优化项目组织保障，强化常态化运维能力、智能化项目经济评价模型标准及考核机制、标准体系成熟度等条件支撑，突破5个方向的12项关键技术为新路径推进煤矿智能化技术升级应用：聚焦采掘运安及保障等多系统综合集成、可信大模型及数据融合、高质量感传算控技术装备、超高极薄超长等非常规尺度和复杂条件智能开采技术装备、煤矿辅助作业机器人及其具身智能等5个方向；突破网络综合承载、专业大模型与数据融合应用，灾害多模态智能防控，无人值守主运输，智能高效连续辅助运输，透明地质，特种辅助作业具身智能机器人，智能供电与工作面电压升级，无人化本安智能通风，少人化集成控制掘进，无人化高阶数智开采，露天煤矿采剥作业链安全智能协同成套技术及连续开采工艺装备，智能分选与储装运黑灯工厂等12项技术。总结煤矿智能化的四梯度迭代发展规律：从单机自动化到系统智能化、技术驱动到数据业务双轮驱动、人控机控到人机协同、安全优先到高效绿色协同。提出了煤矿智能化围绕感知执行、网络传输、认知决策3层架构，实现全生命周期智慧矿山的技术演进路径。

• 矸石不出井工艺技术及装备研究进展

  郭永存, 胡坤, 苏国用, 李德永, 何磊, 骆启生, 杨宇豪, 刘子强, 张艺, 吴泽豪, 刘宝莹, 支亚, 霍建东,

  地下煤矿开采产生大量矸石，不仅占用井下运输与提升资源、增加生产成本，更易引发土壤污染、水体破坏等环境问题，严重制约煤炭行业的可持续发展。矸石不出井作为实现矸石源头处置、资源循环利用与生态保护协同推进的绿色开采方式，正逐步成为煤矿开采向绿色化、智能化与高效化转型的关键技术。研究综述聚焦矸石不出井工艺技术与装备的研究进展，系统梳理了矸石井下原煤分选、破碎、输送及利用等关键环节的发展现状与面临的挑战。首先，从矸石处理的现状、国家治理政策及价值等维度，阐明了矸石井下原位处置的必要性与战略意义。然后，分析了矸石不出井技术中矸石分选、破碎、运输与利用等环节技术及装备的发展历程。最后，笔者团队阐述了基于“选−破−运−用”矸石不出井的全流程工艺：井下智能干选、矸石多级破碎、井下长距离气力管道运输、矸石综合利用，并总结了团队在矸石井下“选−破−运−用”一体化系统的探索实践。研究成果将为我国煤矿绿色低碳转型与高效开采提供理论支撑与技术范式。

• 基于大模型和GIS的煤矿多灾害风险智能融合预警技术

  秦凯, 叶锦娇, 舒龙勇, 魏帅豪, 姜鹏, 杨建, 李云鹏, 邱浩, 赵岩,

  煤矿灾害风险的精准判识对保护井下作业人员生命财产安全和保障矿井安全生产具有重要意义。针对现阶段我国煤矿瓦斯、顶板、水害、火灾、冲击地压等灾害预警数据利用率低、风险融合判识准确率不高等问题，借助大数据、云计算、人工智能等技术，提出了一种基于大模型和GIS（Geographic Information System）空间分析技术的煤矿多灾害风险智能融合预警技术。首先，在分析煤矿灾害各类型数据特征的基础上，设计煤矿灾害多源异构数据同步采集、异常识别和集中管理的数据治理方案，研发煤矿灾害数据中台，面向不同灾害分析场景实现数据差异化按需共享；然后，结合人工智能和大模型中多模态数据融合与深度学习算法，建立机理与数理双重驱动的煤矿灾害风险智能判识指标模型体系，开发灾害风险数据预测、特征识别“小模型”和风险原因分析、辅助决策“大模型”；接着，构建蕴含风险信息的灾害地质体三维数字孪生模型，将风险数据与模拟仿真结果联动，实现灾害孕育过程中风险趋势的可视化推演；最后，开发煤矿灾害智能预警与综合防治系统，将煤矿灾害风险划分为重大风险、较大风险、一般风险和低风险4类，指明风险原因的同时推荐风险管控建议。在山西、陕西等地多座煤矿实际应用后表明：系统部署后多灾害风险判识可在数秒内完成，大幅提升了风险判识的效率，降低隐患转变为灾害的潜在风险；在高瓦斯强矿压风险融合判识场景中，利用煤矿灾害智能预警大模型，优选表征采场煤岩破裂强度的指标分析瓦斯涌出量的变化趋势，瓦斯异常涌出风险识别准确率达90.56%。所提出的煤矿灾害风险判识技术有效提升了复杂条件下多灾害风险融合判识与分级预警能力，为煤矿安全生产提供科学决策支持。

• 中厚煤层超长工作面智能化控制关键技术研究与应用

  李明忠, 乔永力, 闫汝瑜, 魏文艳,

  针对我国中厚煤层超长工作面开采面临的矿压显现复杂、设备群协同控制失稳、系统感知与决策实时性不足，以及传统“井下操作为主、地面干预为辅”生产模式难以满足安全高效少人化开采要求等一系列关键技术挑战，研究旨在突破中厚煤层超长工作面智能化控制关键技术，实现从局部自动化向系统智能化的跨越，为构建千万吨级现代化矿井提供系统解决方案。研究采用了理论分析、技术研发、系统集成与工程实践验证相结合的方法。首先，研发了液压支架自适应支护与协同控制技术，构建了基于支护状态模板曲线库的超前预测模型，并利用多传感器融合的姿态感知系统实现闭环控制，提出了基于数据驱动的智能供液动态耦合控制方法，形成了复杂地质条件下自适应跟机的智能决策支持系统。其次，构建了多源融合高精度感知与数字孪生技术体系，集成三维激光测量、视觉识别与惯导校正，实现了工作面空间的高精度实时重建；建立了面向液压系统的多物理场耦合机理模型，并基于此开展了虚实结合的故障预警与诊断方法研究，开发了可自适应匹配应用场景的液压数字孪生原型系统。再者，研发了动态自优化智能决策与协同调度技术，包括基于AI视觉的刮板输送机煤流状态智能监测与负荷平衡控制、采煤机智能规划割煤、工作面及两巷设备联动联控以及采煤机智能防碰撞技术。最终，创新性地提出了“井上决策−井下执行”的智能化开采新模式，通过构建集地面智能监控中心、大数据分析中心和全景视频拼接技术于一体的远程控制平台，将复杂的数据分析与智能决策上移至地面，井下设备则作为自主执行终端。研究成果在兖矿能源（鄂尔多斯）有限公司相关煤矿及陕西小保当矿业有限公司成功应用。工程实践表明，应用该技术体系后，单个工作面推进度提高15%～40%，液压支架跟机率不低于95%，单班工作面作业人员由12人减少至2人以下，降幅超过83%，实现了平均16～18刀/d的高效开采，单刀割煤产量提升31.25%～66.67%，创造了采煤机平均速度不低于15 m/min、单刀开采时间小于45 min的行业高效记录。研究表明：所研发的中厚煤层超长工作面智能化控制系统，有效解决了复杂矿压环境下设备群协同控制、高精度实时感知与智能决策等难题，构建的“井上决策−井下执行”新模式为行业智能化开采提供了可复制、可推广的全新范式，显著提升了煤炭资源采出率、开采效率和本质安全水平。

• 矿山“感知−通信−决策−控制”一体化框架下人工智能应用综述

  陈晓晶, 邢震, 包建军, 齐智峰, 王璐, 卞俊, 张蓉, 孙旭峰, 张清, 罗克, 张振,

  为了深入探究人工智能技术在矿山领域的应用现状与发展趋势，推动矿山智能化建设进程，聚焦于人工智能在矿山“感知−通信−决策−控制”一体化框架下的应用展开系统综述，旨在全面梳理该领域的研究成果，为后续研究与实践提供参考。采用文献调研与综合分析方法，对国内外相关研究成果进行广泛收集与深入剖析。首先，对人工智能的基本内涵与范畴进行概述，明确研究的技术基础。随后，从智能感知、智能通信、智能决策、智能控制4个关键维度，详细阐述人工智能在矿山领域的具体应用。在智能感知方面，涵盖矿工体征及位置感知、设备状态感知、环境状态感知；智能通信涉及智能语音以及5G承载网网络切片流量预测；智能决策包含生产调度与优化决策、安全监控与应急决策等多个层面；智能控制则聚焦于矿山生产过程智能控制、矿山安全联动与应急响应等。研究表明：人工智能在矿山各环节的应用已取得显著成效，有效提升了矿山生产的安全性、效率与智能化水平。然而，当前研究仍存在一些不足，如各环节之间的协同性有待加强，缺乏统一的算力及数据中心支持，大模型与专业模型算法的协同应用尚不完善。人工智能在矿山具有广阔的应用前景。未来，应加强统一的算力及数据中心建设，促进大模型与专业模型算法的协同发展，以实现矿山智能化水平的进一步提升，为矿山行业的可持续发展提供有力支撑。

• 煤矿矩形巷道点云多类型噪声分阶段去除方法

  王丹丹, 许少毅, 姚蔚利, 孟令宇, 王浩,

  针对煤矿矩形巷道点云数据中多类型噪声并存，且传统半径滤波、统计滤波等方法在处理复杂内部附着噪声时易造成巷道表面空洞、边界缺失和结构断裂的问题，提出了矩形巷道点云多类型噪声分阶段去除方法。该方法充分利用矩形巷道顶板、底板及两帮所构成的多平面结构先验，按照噪声空间分布特征和去除难度构建递进式处理框架。首先，依据噪声的空间分布特征，采用半径、直通滤波快速剔除离散点与外部集群噪声；随后，针对与真实巷道表面交织分布、难以通过全局统计特征分离的内部集群噪声，提出一种基于平面划分的局部去噪策略：以巷道中轴线为基准进行等距切片，依据法向分量将各切片点云划分为顶板、底板与两帮区域，并在各子区域内结合密度统计与法向一致性实现噪声的差异化判别与剔除；最后，通过各切片结果融合与重叠区域连续性修复，获得结构完整的矩形巷道净化点云。在隧道模拟及巷道真实场景中进行了实验，并与半径滤波和统计滤波方法进行了对比，本文方法在噪声去除率、特征保持性及边界完整性方面表现优越，有效改善了传统滤波方法在内部集群噪声处理中的空洞与结构断裂问题。研究结果验证了该方法在矩形巷道点云去噪中的可靠性与工程适用性，可为煤矿巷道高保真三维重建和智能感知提供稳定的数据基础。

• 煤矿井下煤矸低质图像增强识别算法

  李德永, 高员博, 郭永存, 王爽, 杨宇豪, 张思航,

  针对煤矿井下光照不足导致拍摄图像亮度和对比度偏低，进而影响煤矸检测算法特征提取效果的问题，提出一种适用于井下低照度环境的目标检测方法。该方法包含低光图像增强模块和目标检测模块，先通过低光图像增强模块改善原始低质量图像的视觉效果，还原各类图像特征，再利用目标检测模块对增强后的图像进行目标识别。在低光图像增强模块中，基于MF-LIME算法提出煤矸亮度增强算法MF-CG-LIME，通过暗通道引导与自适应阈值分割优化亮度调整与权重计算，从而有效保留煤矸纹理、扩大煤矸与背景的亮度差；针对增强后仍存在的噪声干扰问题，进一步设计基于增强残差结构的去噪网络ERADNet，通过级联残差块与跳跃连接缓解梯度消失，嵌入通道与空间注意力机制聚焦噪声区域与关键特征通道，实现噪声抑制与细节保留的精准平衡，从而强化煤矸关键判别特征。在目标检测模块中，提出煤矿井下煤矸检测模块ELW-YOLO。该检测模块以YOLOv10s模型为框架，在主干网络中引入EfficientNetV1模块，优化网络的深度、宽度和分辨率之间的比例，提高对煤矸弱特征的提取能力；在颈部网络中添加LSKA注意力机制，强化对不同尺度煤矸特征提取的适应性和准确度；采用WIoU损失函数动态优化中心点对齐和平衡样本学习权重，提升煤矸边界定位的精准度与稳定性。试验结果表明：所提图像增强算法各项指标均优于其他对比算法，ELW-YOLO的平均精度均值达到90.8%，相较于原YOLOv10s提高了3.8%；与其他算法进行对比，在本文增强算法图像上使用ELW-YOLO进行检测的综合性能最佳，且平均帧率达73.7帧/s，可实现实时检测，能够为煤矿井下低照度复杂环境下的目标检测提供技术支撑。

• 矿用机器人发展现状与关键共性技术发展趋势分析

  孟浩洋, 庞义辉,

  随着新一代信息技术与智能装备不断融合发展，矿山开采模式正由劳动密集型向数字化、智能化和无人化方向快速演进。矿用机器人作为实现矿山智能化、高效化与本质安全的重要技术支撑，已在巡检监测、生产辅助作业和灾害救援等场景中得到广泛应用。系统梳理了矿用机器人发展的国际局势与政策推动趋势，分析了巡检类、辅助作业类和救援类机器人的关键技术特点与代表性研究成果，指出当前矿用机器人在复杂环境感知、精准自主控制、协同作业与系统可靠性等方面仍面临理论技术瓶颈。通过构建矿用机器人通用技术架构与作业类机器人系统模型，阐明了多模态感知、智能决策、力控与柔顺执行等核心技术链条，并从产业链上中下游角度剖析了我国机器人产业发展现状及自主化进程中面临的“卡脖子”难题。研究表明，未来矿用机器人应重点突破高鲁棒环境感知、智能行为规划、柔顺自适应执行与多机器人协同作业等关键技术，通过开展矿用机器人与矿山生产作业场景的深度融合发展，推动形成可复制、可推广的系列化智能机器人体系，以支撑矿山安全高效生产和智能协同作业生态构建。

• 面向煤矿井下作业的蛇形机器人关键技术与应用研究进展

  古文哲, 朱磊, 宋天奇, 程海星, 杨彦斌,

  在煤矿智能化发展的迫切需求下，蛇形机器人凭借仿蛇生物力学结构与柔性传动特性，成为解决井下复杂环境作业难题的核心装备。作为一种新型仿生机器人，蛇形机器人突破了传统刚性机械臂的运动局限，兼具高灵活性与煤矿防爆适应性，在井下巡检、设备维护及应急救援等场景中展现出显著的应用潜力。围绕蛇形机器人的理论基础与关键技术，系统梳理其发展历程与研究现状，从结构分类与特征出发，总结不同类型蛇形机器人的优势与适用边界，并对其应用探索进行综合分析。在此基础上，归纳了离散型、蜿蜒型与连续型等构型的优势与适用边界；在理论层面，系统梳理了运动学与动力学建模方法及高冗余系统控制策略，强调非线性、动态不确定性与环境交互对鲁棒控制与退化运行机制的需求；在关键技术层面，总结了模型驱动与数据驱动控制方法、多模态感知融合与通信受限条件下的定位导航研究进展，并分析其在煤矿复杂工况下的工程适用性。然而，蛇形机器人在煤矿工业化应用中仍面临防爆与轻量化、可靠性之间的工程矛盾，多源传感信息在复杂工况下的稳定融合，以及通信受限条件下高精度定位与自主决策能力不足等瓶颈。针对这些挑战，本文从煤矿应用需求出发，归纳提出多功能集成与协同、智能控制与自主决策以及高效能动管理等重点发展方向，为蛇形机器人在煤矿井下受限空间场景中的工程应用与后续研究提供系统性参考。未来研究需进一步面向煤矿典型作业场景，在防爆轻量化结构、退化工况下的可信感知与风险约束自主控制等方面持续突破，为煤矿智能化开采提供稳定、高效的核心装备支撑，助力煤矿行业的智能化发展迈向新高度。

• 复杂工况下煤矿有轨电机车无人驾驶障碍物识别

  梁镇洹, 贾晓芬, 赵佰亭, 王文杰, 杨豚, 胡锐,

  障碍物自主感知与精准定位是轨道电机车实现无人驾驶的核心技术，井下高粉尘、低光照、强遮挡等恶劣条件对障碍物识别结果产生很大的影响。针对此场景下远景目标漏检、遮挡目标误检及计算参数复杂导致设备算力需求过高的问题，提出电机车安全运行区的轨道障碍物精准识别方法MUV-YOLOv11。首先，在L-Backbone模块中引入细节增强注意力模块，设计通道分离融合卷积模块，高效挖掘复杂背景下障碍物的显著特征；同时构建深度可分离空间金字塔池化模块强化有效特征，解决遮挡目标误检问题。其次，在C-Neck模块中设计多层特征残差融合模块，突破传统级联和下采样融合方式造成的细节特征难以挖掘的弊端；在构造注意力引导对比驱动特征聚合模块，借助内外循环结构提升小目标区域检测效果并增强特征表达能力，进而解决复杂环境下远景目标漏检问题。最后采用三分支检测头结构提取不同位置的特征信息，实现障碍物的精准定位。在自制井下巷道数据集上测试影响电机车安全运行的障碍物，MUV-YOLOv11的mAP@0.5和mAP@0.5∶0.95分别达到91.4%和67.9%，相较于最新的低光照检测算法WTEFNet，MUV-YOLOv11在参数量减少36.79%的情况下识别准确率提升了4.3%，有效解决了可能影响无人驾驶的有轨电机车远景障碍物和遮挡障碍物难以检测的难题，有望为无人驾驶技术在煤矿辅助运输领域的应用提供技术支撑。

• 450 m工作面全链条智能化系统构建与应用

  闫汝瑜, 李明忠, 魏训涛, 李永明, 赵呈昊, 杨健,

  针对中厚较薄煤层超长工作面因尺度效应引发的矿压显现复杂、装备群协同控制难、采运平衡要求高等重大技术挑战，以实现“一人一面千万吨”安全高效智能开采为目标，以兖矿能源（鄂尔多斯）转龙湾煤矿450 m工作面为工程依托，开展全链条智能化开采系统构建与应用研究。总结基于强采动矿压演化规律，建立了基于动静载荷融合的液压支架“双因素”支护控制理论与基于“最滞后支架”基准的群组协同找直方法，开发了基于SARIMA算法的支护循环压力预测模型与高精度MEMS惯导姿态感知技术，实现了支架姿态动态感知精度0.1° RMS、显著提升了450 m工作面全线找直精度。在煤流调控方面，构建了基于UPSNet与YOLO边缘计算的煤流载荷智能识别系统，并引入Petri网理论建立产运平衡自适应控制模型，实现了采煤机牵引速度与刮板输送机频率的智能联动。针对采煤机精准截割，创新性构建了融合全景激光SLAM、惯导与绝对坐标标靶的多源融合导航数字底盘，实现了采煤机绝对坐标定位误差≤15 cm，并研发了工艺驱动引擎与机−架多维主动防撞技术。此外，建立了液压系统多物理场耦合数字孪生模型及基于IPSO-FNN-PID算法的智能稳压策略，将主管路压力波动控制在1.0 MPa以内，并实现了基于数字孪生的故障预测性维护。为整合多系统协同，构建了基于万兆工业以太网的“云−边−端”三级管控架构，实现了地面规划、边缘控制与端侧执行的高效闭环。工业性应用结果表明：该系统使采煤机平均牵引速度提升至16 m/min以上，液压支架自动跟机率≥97%，工作面常态化作业人员减少83%，全线找直精度提升3倍，工作面采出率提高约5%，盘区万吨掘进率降低34.3%，有效支撑了超长工作面的安全、高效、集约化生产。研究形成了一套涵盖透明感知、智能决策、精准执行与协同运维的中厚较薄煤层超长工作面智能化开采系统解决方案，为同类条件矿井的智能化建设提供了可复制的技术路径与工程范式。

• 基于频率动态感知与多视角树形拓扑的掘进机截割头故障诊断

  苏树智, 杨梦洋, 马天兵, 朱彦敏, 王贤,

  掘进机作为巷道掘进的主力装备，其掘进工况却复杂多变，极易导致掘进机截割头发生故障。恶劣的掘进工况，导致掘进机截割信号通常存在强背景噪声耦合与高度非平稳特性的问题，这使得故障特征提取困难，故障诊断准确率低。针对这一问题，提出一种频率动态感知的多视角树形拓扑诊断网络（Frequency Dynamic-aware Multi-view Tree-topology Diagnosis Network， FDM-TreeDNet）。该网络设计了一种新颖的频率动态感知卷积（Frequency Dynamic-Aware Convolution，FDAC）模块，该模块利用通道的频谱质心指导通道重排，并结合高低频信号的能量分布特性，使用各向异性卷积对高低频特征精准解耦，随后经过多支路卷积门控机制，捕捉实时语义来动态生成样本特异性权重。FDAC在实现频率感知的同时，也对特征图进行了自适应重构与校准，从而抑制强背景噪声，有效克服了非平稳工况与强背景噪声下的特征漂移困境。为了进一步解决该模块在深层特征传递中的语义迷失问题，设计了源流引导的多视角树形拓扑（Source-Guided Multi-view Tree-topology，SGM-Tree）结构，该结构在主干网络的各个关键阶段建立横向注入通道，利用并行支路从原始信号中显式分解出精确坐标、长程结构及全局上下文等多视角关键特征。这些特征作为语义锚点被逐阶段注入到FDAC模块之前，有效校准了因频率重排引起的语义偏差。为了充分挖掘树形拓扑结构带来的层级化特征优势，进一步提出了一种面向树形结构的蒸馏（Tree-Structured Distillation，TSD）策略，该策略利用参数共享分类机制将各阶段SGM-Tree注入的多视角关键特征与主干网络的动态输出特征映射至同一语义度量空间，并在该空间内借助置信变换来获取语义软掩码，结合多层联级自蒸馏，提高掘进机截割头故障诊断准确率。试验表明，该掘进机截割头故障诊断方法在自建AUST掘进机数据集和CWRU数据集上效果显著，验证了其有效性。

• 矿用线性执行器精准控制技术发展现状及适应性

  王振, 庞义辉, 冯瑛凯, 朱西硕,

  煤矿井下煤机装备的精准驱动与控制是实现智能化开采的关键环节，其性能直接影响工作面的开采效率与协同控制水平。进一步提升煤机装备执行机构的精度与可靠性，系统梳理线性执行器技术的发展现状、适用条件与瓶颈问题，对推动煤矿装备智能化升级具有重要意义。研究聚焦液压缸、数字液压缸和电动缸3类线性执行器，系统阐述其结构组成、工作原理与控制特性；结合煤矿井下高负荷、高粉尘、防爆等复杂工况，从推力性能、控制精度、环境适应性、系统复杂度等方面对比分析各类执行器的适用场景与局限性；指出当前液压执行系统存在闭环控制困难、数字液压缸在煤矿防爆与可靠性方面存在技术门槛、电动缸在大推力工况下的可靠性与工程化应用仍面临挑战等瓶颈；在此基础上，从执行器数字化、融合数字孪生技术、实现装备集群协同控制3个方面，展望了矿用线性执行器在高精度控制、智能运维与系统集成方面的未来发展方向，为相关技术研发与工程应用提供参考。

• 综采工作面10 kV供电系统研究

  陈广立, 张勇, 曹相春,

  为解决综采装备供电容量需求增长与现有3.3 kV系统供电能力不足之间的矛盾，推动10 kV供电系统在煤矿井下的安全落地应用，以上湾煤矿12404综采工作面为研究对象，系统分析了10 kV供电系统的网络拓扑与关键设备保护功能。通过Simulink构建供电系统元件及分布参数模型，对比研究了直接供电与增设隔离变电站2种方案在单相接地故障电流、接触电压、电压质量及谐波污染等关键指标上的差异。仿真结果表明：长距离供电场景下，直接供电方案的局限性更加凸显，供电距离越长，线路末端的电压质量越难满足标准要求，谐波污染相应加剧；发生单相接地故障时，接触电压可高达199 V，远超36 V的安全限值；采用隔离变电站方案可有效延长供电距离，将接触电压控制在36 V的安全范围内，并同步改善末端电压质量、抑制谐波。针对矿井复杂环境中10 kV设备面临的新型电气安全风险，研究进一步提出了保护功能升级措施，包括增设对地绝缘监视、纵向差动保护与铁芯接地保护，优化过载保护整定依据，引入高压带电警示、开盖断电及双重局部接地极监视等强化安全技术，构建了覆盖保护功能与技术要求的全过程安全防护体系，推动安全理念由“被动防护”向“主动预测”转变，为煤矿井下10 kV供电系统的安全稳定运行提供理论与技术支撑。

• 深部多层厚硬顶板地面压裂矿震防控

  邬建宏, 夏永学, 杜涛涛, 徐刚, 秦续峰, 高家明, 朱彦飞, 陈学慧, 周金龙,

  多层厚硬顶板的赋存导致矿震频发，使防控难度增大，对矿井安全高效生产构成了严峻挑战。以红庆河煤矿多层厚硬顶板工作面为工程背景，结合顶板岩层赋存和地表下沉等情况对矿震发生风险进行判识；基于损伤理论揭示地面压裂矿震防控机制，提出适用于多层厚硬顶板矿震防控的地面垂直井布井和压裂层位优化调整方法，并开展了多层厚硬顶板地面垂直井压裂矿震防控试验。研究结果表明：压裂损伤裂缝弱化了岩体力学特性，增大了岩体能量耗散，增加了岩体的不连续性，为厚硬顶板破断滑移切落提供了路径；基于岩石力学成果和各向异性等测井综合解释，能够精准判识厚硬岩层，进而优化调整压裂层位，同时形成了综合考虑裂缝扩展尺寸、采动裂隙等因素的布井方法；在压裂过程中投入暂堵剂，可提高施工压力，增加压裂缝网复杂程度，地面垂直井压裂主裂缝扩展方向约为 N38°E，压裂缝长、缝宽、缝高分别为333、225和56 m，可有效实现厚硬顶板的预裂弱化；地面压裂后降低了104 J及以上高能级事件发生频率，高能级事件由工作面平均推进5 m/起显著增至48 m/起，高能级事件占比由7%降至2%。地面压裂后地表下沉量和下沉速率呈增大趋势，间接表明厚硬顶板覆岩能随工作面推采及时垮落，降低了矿震发生风险。

• 复合坚硬顶板钻孔角度与布置层位对水力压裂效果的影响

  华心祝, 戚家伟, 李志华, 李怀宾, 刘勇, 任思奇,

  在深部煤矿开采中地质条件与应力环境十分复杂，在使用水力压裂技术对复合坚硬顶板进行卸压处理时，压裂效果受上下岩层性质、钻孔布置层位及角度等多重因素影响，裂缝的拓展和演化机制仍不够清晰。为探究不同地层条件和钻孔角度下的水力裂缝扩展路径规律，以许疃煤矿72313工作面为研究背景，分析顶板岩石的力学性质及上覆岩层的孔隙结构特征。结合XSite数值模拟软件，研究不同致裂层位与钻孔角度对压裂效果的影响，并基于合成岩体技术和离散格点理论，建立了岩石基质的粒子运动和流体流动耦合模型。结果表明：细砂岩在高围压条件下微裂隙闭合显著，弹性模量增幅大，表现出高脆性响应；而泥岩因结构松散、黏土含量高、孔隙封闭性强，体现出较强的塑性形变能力。多源扫描结果显示，细砂岩孔隙连通性良好，具备稳定的渗流网络，有助于压裂液输运与裂缝激发；而泥岩中孔隙孤立、渗透性差，易形成高压梯度与流体失稳，从而抑制裂缝体积增长与网络复杂化。数值模拟表明，钻孔偏转角可改变局部应力扰动结构，诱导裂缝发生导向偏折；当偏转角为60°时，裂缝路径更契合主应力方向，分支网络拓展充分。敏感性分析结果显示，抗拉强度、断裂韧性与抗压强度为主要敏感参数，对裂缝网络体积贡献度超过70%；弹性模量、泊松比和孔隙度作用相对较小。多种现场效果表明，将压裂切槽优先布置于细砂岩层位，可诱导产生更具连通性和扩展能力的裂缝路径，本研究的成果为深部开采环境水力射孔布置及压裂效果的优化提供了理论支持，提高压裂效率的同时保障了矿井巷道安全性。

• 深井采动大巷围岩水力压裂卸压控制技术

  赵君儒, 孟祥瑞, 赵光明, 常聚才, 刘崇岩, 张启航,

  为解决深井工作面回采强采动应力作用下大巷围岩大变形破坏失稳问题，以恒源煤矿Ⅱ63采区轨道下山作为工程背景，综合运用数值模拟、理论分析与现场试验相结合的研究方法，研究深井采动大巷围岩变形失稳机理及控制技术，明确采动应力“转移路径”，揭示工作面回采强采动应力作用下大巷围岩变形失稳机理，基于采动应力“转移路径”和压力拱理论推导水力压裂卸压的关键参数，提出深井采动大巷围岩水力压裂卸压控制技术并现场应用。结果表明：深井工作面回采，引起采动应力沿着采空区前方岩体向大巷围岩进行“转移”，是引发大巷围岩大变形破坏失稳的主要原因；基于采动应力“转移路径”和压力拱理论，确定用于计算采动大巷水力压裂切顶卸压“传递层位”高度的公式，证实导致采动大巷围岩大变形的“传递层位”是厚为6.1 m的细砂岩，进而计算得出水力压裂切顶卸压的关键参数，即切顶角度、注水压力、钻孔间距和钻孔布置方式，利用数值模拟“传递层位”被切断后，大巷左右两帮的应力峰值分别减小8.16%、17.52%，大巷顶底板移近量降幅达57.67%；在Ⅱ636工作面实施水力压裂工业性试验，水力压裂“传递层位”的注水压力大小为20～29 MPa，水力压裂0.5 h内，水力裂缝发育范围半径大于10 m，水力裂缝贯通范围的平均半径为15 m，最大半径为20 m；水力压裂能够切断采动应力向大巷的“转移路径”，大巷顶底板移近量降低约62.6%，大巷两帮移近量降低约48.8%，大巷最大高度由1.8 m提升至3.2 m，断面收缩率降低43.75%。研究成果对深井采动大巷围岩稳定性控制具有重要的理论指导和实践应用价值。

• 沟谷斜交开采条件下地裂缝偏转机制及发育特征

  杜锋, 刘林, 王文强, 黄玉峰, 汪隆靖, 石建行, 孙荘, 李澳,

  针对晋城矿区地表沟谷发育方向与工作面开采方向斜交的特殊工况，揭示采动应力与地形耦合作用下的地表裂缝偏转特征，阐明沟谷坡度及斜交角度对裂缝形态和扩展路径的控制机制。以寺河煤矿6306工作面开采条件为工程背景，基于理论分析、野外地质调查及FLAC 3D数值模拟方法，构建三维地质模型，设置不同斜交角（30°～90°）与沟谷坡度（25°和45°）的对比工况，系统分析了开采过程中地表应力场分布、地表变形演化及裂缝发育特征，探讨了沟谷斜交角度对裂缝偏转的影响。研究结果表明：① 沟谷区域地表应力场和裂缝场表现出非对称性的偏转特征，超前裂缝主要为拉张型裂缝，沿沟谷坡顶线分布，以“张开–闭合（半闭合）”形式向前发育，闭合速率与推进速度呈正相关。② 沟谷坡度越大，坡体越容易发生相对位移和变形，剪应变增量及剪切破坏的范围亦随之扩大。③ 随着沟谷斜交角度的减小（从90°降至30°），在采动应力与地形附加应力的耦合作用下，地表裂缝首先于沟谷端部萌生，并受非对称应力场偏转效应影响，其扩展路径逐渐沿沟谷轴线方向发生规律性偏转。④ 沟谷斜交角度越小，地表破坏越剧烈。沟谷坡脚挤压现象越明显，正交工况下沟谷挤压形成“双峰”形态隆起，30°斜交时挤压区迁移至沟底中心，呈“单峰”形态隆起。研究成果有助于预测和评估开采过程中可能出现的地表裂缝，为煤矿开采方案的优化及地质灾害防治提供科学依据。

• 复合煤层露天矿软岩边坡稳定控制开采方法 以白音华一号露天煤矿为例

  郭伟强, 张辉, 佟宏哥, 涂俊雄, 刘光伟, 祝会忠, 梁祖超, 袁杰, 白羽, 于明宇, 罗浩,

  合理的边坡稳定控制开采方法能有效保证露天矿边坡安全稳定，实现产能顺利接续，提高矿区经济效益。白音华一号露天煤矿属典型弱层发育的软岩露天煤矿，主要可采煤层4层，受采场东北帮变形区影响，压覆采场资源5 300万t，原设计纵采方案难以执行，严重影响矿山经济效益；同时，受白音华二号露天煤矿超前内排和北外排土场影响，采场东帮和东北帮边坡存在安全隐患。为降低资源浪费，确保白音华一号露天煤矿生产安全、经济高效地运行，提出了“分层压帮、强化内排”的边坡稳定控制开采方案，研究通过改变开采程序的方式，将采煤工作线更改为横采的开采方式对变形区进行回采，留设部分深部煤层作为支挡煤柱，实现超前内排压覆东帮和东北帮，保障了采场东帮和东北帮软岩边坡安全稳定；建立了支挡煤柱优化数学模型，计算出留设煤柱几何形态为：上部南侧边缘长度为250 m，西侧边缘长度为1 000 m，夹角为120°，下部南侧边缘长度为120 m，西侧边缘长度为1 200 m，煤柱的平均高度为150 m，总压覆煤量1 370万t。有效回收了采场东北帮变形区压覆资源量3 930万t。成果为白音华一号露天煤矿安全生产提供了充分的技术支持，并为复合煤层露天矿软岩边坡控制开采提供了相关经验。

• 砂岩/砂浆−薄喷材料组合体断裂特征

  韩勇, 袁超, 李树忱, 王啸天, 冯现大,

  薄喷支护在矿山工程开采中被广泛应用，其作为岩体快速封闭支护技术，薄喷层与岩石界面黏结失效将直接影响支护效果。为了阐明界面粗糙度对岩石与薄喷材料组合体断裂特征的影响机制，选取红砂岩、砂浆为基底，采用水泥基薄喷材料，制作砂岩/砂浆−薄喷材料组合试样，研究三点弯曲条件下界面粗糙度对组合试样断裂性能的影响，并结合数字散斑（DIC）技术，分析界面断裂过程中应变和局部位移演化特征；采用颗粒流PFC3D软件研究不同界面粗糙度组合试样的裂纹扩展特征。结果表明：随着界面粗糙度的增加，砂岩/砂浆−薄喷材料组合试样的峰值载荷、抗折强度和断裂能均增加。界面粗糙度相同时，砂岩−薄喷材料组合试样的抗折强度高于砂浆−薄喷材料组合试样。当粗糙度为1.648 m−1时，岩石/砂浆−薄喷材料组合试样的抗折强度最大，分别为5.997 和3.302 MPa。砂岩−薄喷材料组合试样的破坏包括薄喷材料与岩石界面黏结失效和薄喷材料的拉伸断裂，砂浆−薄喷材料组合试样的破坏主要为界面断裂，局部有薄喷材料拉伸断裂和砂浆表层剥落。DIC应变图和位移场显示，随着界面粗糙度增加，峰值点裂缝尖端最大主应变增加，x方向局部拉伸位移增加。PFC3D模拟表明，随着界面粗糙度增加，组合试样起裂点荷载提高，峰值荷载时的最大接触力增加。对于同一试样，随着裂纹扩展，界面处的最大接触力在峰值前增加，峰值后减小。研究结果为矿山工程中薄喷支护界面力学性能评估及超挖部位施工提供了科学依据。

• 含预制裂隙岩石多裂纹起裂和扩展演化规律及相互影响机制

  范宏运, 张盛, 李傲博, 杨欣然, 张旭龙,

  针对煤岩体内天然裂隙，受工程扰动作用存在多裂纹起裂和扩展相互影响的问题，制作了30个预制裂隙宽度为0.3 mm，分别含有15°、30°、45°、60°、75°不同角度和20、30、40 mm不同间距的平行双裂隙砂岩圆盘试样，在RMT-150B岩石力学试验机上进行径向加载试验，结合DIC数字图像法分析了受载过程中试样表面的应变场变化规律。结果表明：靠近加载端上部预制裂隙的2个裂尖最先发生起裂，下部预制裂隙2个裂尖起裂时间较为滞后；裂纹的扩展角度影响试样最终裂纹的贯通模式，主要表现为近乎垂直贯通和偏转不超过45°的贯通方式，当预制裂隙角度小于30°且裂隙间距小于20 mm时，预制裂隙产生的4条裂纹连通的扩展方向几乎垂直于预制裂隙方向，随着角度和间距的增大，下部预制裂隙2个裂尖的扩展路径会显著偏转，最大偏转角度可以达到45°；预制裂隙的间距相对于裂隙的角度对于裂纹的相互影响更为显著，当预制裂隙间距和裂隙角度较小时，裂纹起裂和扩展间的相互作用影响明显，当预制裂隙间距超过30 mm且预制裂隙角度大于30°时，预制裂隙裂纹的扩展几乎不受彼此之间的影响；试样的峰值载荷与破坏模式密切相关，当预制裂隙角度大于45°时，试样表现为拉剪复合破坏，峰值载荷较高，当预制裂隙角度小于30°时，试样表现为张拉破坏 ，当试样趋向张拉破坏，试样峰值载荷较低。该研究成果对于深入理解多裂隙多裂纹煤岩体破坏机制有重要的理论意义。

• 冲击荷载作用下岩石损伤相场模型

  陈绪新, 李文鑫, 程晓亮, 陈连军, 张广超, 侯晓风,

  为研究冲击荷载作用下预制裂隙岩石的损伤断裂行为，揭示围岩损伤破断机制，建立了考虑岩石非均质性和拉伸−压缩力学响应显著差异的岩石损伤相场模型。基于静态岩石损伤相场模型通过引入惯性力项构建了岩石弹塑性损伤耦合动态相场模型，并提出了实现岩石动态损伤相场模型的TL-FEMS(Three Layers Finite Elements Method Structure，TL-FEMS)数值计算程序。首先，通过与既有预制缺口矩形板动态拉伸和厚壁圆筒动态破坏试验结果的对比分析，验证了弹塑性损伤耦合动态相场模型及TL-FEMS数值计算程序的有效性。通过开展含双裂隙试样的单轴压缩数值模拟，模拟结果与室内试验数据和既有数值模拟结果的吻合度较高。冲击荷载作用下预制裂隙岩石动态压缩数值模拟结果表明：冲击荷载作用下单一裂纹尖端先扩展且出现反向裂纹，呈现“X”形损伤断裂特征，随着裂纹倾角的增大，裂纹扩展形态逐渐由“X”形向“I”形过渡。动态荷载作用下双裂纹起裂于裂纹尖端，随着动荷载施加，岩桥区域内双裂纹内端部连接裂纹先发育后停滞，外端部翼型裂纹持续扩展并最终贯通；应力分布特征分析表明裂隙尖端和试样内部亦会出现明显的应力集中区域。岩石动态损伤相场模型为裂隙岩石损伤断裂破坏问题研究提供了有效方法，对分析复杂地质环境条件下岩石工程结构稳定性具有重要意义。

• 高温高压下ScCO2−水岩作用对花岗岩微观力学性能的劣化机制

  张小东, 陈丹, 靳沙沙, 李学文, 马峰, 张硕, 王贵玲,

  为探究超临界（ScCO2）作为携热介质在增强型地热系统（EGS）中的应用潜力及对干热岩储层岩石力学性质的影响，以唐山马头营凸起区的深层干热岩（花岗岩）为对象，在30 MPa压力及150、180、210 ℃温度条件下，开展了ScCO2和蒸馏水与深层花岗岩的相互作用试验。通过X射线衍射（XRD）、压汞法、纳米压痕试验以及离子质量浓度测试，对比分析了ScCO2−水岩反应前后岩石的矿物成分、孔隙性、弹性模量及硬度的变化规律，探讨了ScCO2−水岩反应对花岗岩微观力学性能的影响机制。结果表明：ScCO2−水岩反应未显著改变花岗岩的矿物组成，但随温度升高（150 ℃→210 ℃）溶蚀率增加（从0.3%增至1.62%）。反应后，岩样的总孔容及中孔除外的其他孔径段的孔容均呈现增大的趋势，进汞曲线突变现象弱化，孔隙连通性增强；且随着温度的增加孔隙连通性增强，总孔容和大孔孔容增大，而其他孔径段的孔容变化趋势没有明显的规律性。随着反应温度的增加，花岗岩弹性模量和硬度分别降低约33%和39%，不同矿物力学稳定型排序为：石英>长石>黑云母，岩石弹性模量和硬度与刚性基质（石英、长石等）的质量分数相关。研究认为，石英矿物的力学性能稳定，是保持花岗岩微观力学性能稳定的根本；而长石矿物的溶蚀会致矿物内部微裂纹扩展及胶结结构破坏或生成高岭石等次生黏土矿物，是花岗岩强度下降的主因；同时黑云母矿物生成黏土矿物，会进一步劣化花岗岩微观力学性质。

• 黏土矿物对煤生物产气菌群及重金属抗性基因的影响机制

  赵树峰, 郭红玉, 周霄, 王泽斌, 徐强, 陈浩, 张斌,

  煤中矿物组成对生物产气过程具有重要影响，但不同煤阶条件下黏土矿物与菌群及重金属抗性基因之间的响应机制仍缺乏系统认识。以中低阶煤为研究对象，在控制黏土矿物含量变化的条件下开展生物产气试验，系统评估黏土矿物对生物产气性能及微生物重金属抗性基因分布特征的影响。采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜–能谱分析（SEM-EDS）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）对煤中矿物相组成、微观结构及元素赋存特征进行表征，并结合宏基因组测序分析菌群结构及重金属抗性基因丰度变化，探讨黏土矿物含量与生物产气性能之间的内在关系。结果表明：黏土矿物含量与煤阶共同制约生物甲烷生成过程。在低阶煤中，随着黏土矿物含量增加，甲烷产量由5.42 mL/g降至2.64 mL/g，生物产气受到抑制；而在中等煤阶煤中，黏土矿物含量升高使甲烷产量由3.16 mL/g增至4.58 mL/g，产气效率显著提高。产气性能变化伴随矿物相组成及微观结构的调整，Al、Fe等元素含量降低，Cu、Zn等元素相对富集。宏基因组分析表明，高产气体系中铜、砷转运相关重金属抗性基因（copA、copB、arsB）丰度较高，表明跨膜转运过程有助于降低重金属生物有效性。菌群结构分析显示，高产气体系以Bacteroidota门为优势类群，其丰度与重金属抗性基因呈显著正相关，Lactobacillaceae、Bacteroidales等类群为潜在基因宿主。相关性网络分析进一步揭示，重金属抗性基因之间及其与细菌类群之间具有协同分布特征。研究表明，煤中黏土矿物可通过影响菌群结构及重金属抗性基因分布，间接调控生物甲烷生成，为煤层生物成因气形成机制研究及煤生物气化与资源清洁利用提供了新的理论依据。

• 煤岩层孔隙率空间属性模型构建技术及应用

  王华辉, 刘再斌, 李利峰, 刘松, 晏俊生, 霍雨佳, 王晓辉, 解鹏, 康宁,

  随着煤炭开采强度的增加，矿井水害风险日益严峻，孔隙率作为地层水文地质条件的关键参数之一，其空间分布的精确刻画对矿井防治水工作至关重要。以青龙寺煤矿为例，基于140个钻孔数据、煤层底板等高线图、煤层厚度图以及地质剖面图等，其中66个钻孔包含测井数据，采用离散光滑插值（DSI）构建了井田地层几何模型。研究中，针对主采煤层及其顶底板、主要隔水层等关键地层，网格剖分垂向精度达到0.2 m，总计使用约3 500万个六面体体元离散化地质空间。在此基础上，通过设定密度阈值（2.3 g/cm3），分段选择体积物理模型与回归分析相结合的方式计算孔隙率曲线，将其映射到网格模型中，并以岩性模型为约束，利用序贯高斯模拟算法构建了孔隙率属性模型。结果表明：通过设定密度阈值并动态优化计算参数，并引入岩性模型作为地质统计学约束，确保了孔隙率属性在各岩性空间内符合原始数据分布规律，以此提升了孔隙率解释的准确性，从而构建了符合岩性分布特征的孔隙率属性模型。同时，通过工作面顶板孔隙率模型，可辅助预测其富水性变化，为矿井防治水工作提供数据支撑。例如，通过5-20303工作面顶板25、40 m层位孔隙率模型与瞬变电磁探测结果交叉验证，间接证明模型可靠，且高孔隙区与低阻异常区存在显著关联，可为顶板富水性评价提供地质参数和指示信息。该研究为三维地质属性建模的发展提供了参考，也为矿井水文地质特征分析提供了新的技术手段。

• 基于KPCA-PSO-RF矿井突水水源判别模型

  刘伟韬, 卢润时, 杜衍辉,

  在复杂地质条件下仅依赖传统水化学特征相似性判别方法难以精准判定矿井水水样来源，因此将机器学习算法与寻优算法相结合，提出了一种基于KPCA-PSO-RF矿井突水水源判别模型。首先在分析主要含水层地下水水化学特征的基础上选取11种水化学指标(K++Na+、Ca2+、Mg2+、Cl−、\mathrmSO_4^2- 、\mathrmHCO_3^- 、\mathrmCO_3^2- 、TDS、TH、TA、pH)作为水源判别特征参数，利用核主成分分析(KPCA)提取3种主要指标作为模型判别的因子，然后通过粒子群优化算法(PSO)对随机森林算法(RF)超参数开展迭代寻优工作，最后将96组地下水样本数据按7∶3划分为训练样本与测试样本进行训练，建立KPCA-PSO-RF模型，并将判别结果与RF、PSO-RF和KPCA-GridSearchCV-RF模型进行对比。结果表明：经5折交叉验证，运用Min-Max标准化方法与KPCA算法降维处理水化学数据并提取前3种主成分，可以有效消除样本间的冗余与重叠，并弥补传统PCA算法无法处理复杂非线性样本的局限性；运用PSO迭代寻优RF超参数，经65次迭代确定最优组合(n_estimators=54、max_depth=11、min_samples_split=7)，可以增强模型分类准确性，消除参数设置盲目性；与相关判别模型比较，KPCA-PSO-RF模型在准确率(96.55%)、精确率(97.32%)、召回率(98.21%)、F1分数(0.965 9)等方面均优于对比模型，其泛化性更佳，准确性更高。将阳城煤矿10组矿井水水样数据输入到训练好的模型中，判别结果与现场突水实测结果一致，准确判断1308工作面突水水源为奥灰含水层，3305工作面涌水水源为三灰含水层，实现了精准区分。

• 陕北侏罗纪煤层顶板含水层长距离近水平钻孔高效疏放水数值模拟

  华照来, 黄浩, 王路, 李增林, 吕扬, 薛建坤, 孙洁, 韩乐, 任帅锋, 王治宙, 王淑璇, 周振方,

  工作面采前顶板水疏放效果决定矿井防排水系统布设，影响矿井防治水安全。选取陕北榆神矿区曹家滩煤矿2−2煤典型工作面为研究对象，综合矿井水文地质勘探与工作面视电阻率物探成果，确定侏罗纪直罗组含水层和顶部风化基岩为疏放目标层位、集中富水段为疏放靶区，优化设计了工作面顶板10个长距离近水平疏放钻孔。基于有限元微分求解原理，优选COMSOL Multiphysics 数值软件，构建出单一近水平钻孔疏放概念、数学和数值模型，并利用工作面顶板典型钻孔疏放水过程孔口水头压力监测数据进行了模型率定，结果表明：单一钻孔疏放水过程孔口水头压力模拟计算值与观测值拟合误差约6.80%，指示率定的数值模型仿真效果较好；利用率定后的数值模型进行了钻孔疏放水过程流场演变与水量模拟，揭示了疏放水过程典型钻孔涌水量与钻孔孔口压力之间显著的负相关关系；构建多组近水平钻孔同时放水数值计算模型，并设置6种顶板含水层残余水头工况，模拟预测了不同工况工作面顶板疏放水效率，并建立了具有实用意义的顶板残余水头−工作面疏放水效率线性关系式，为研究矿井2−2煤开采顶板残余水头和疏放水量优化设计提供了支撑。研究结果对于采煤工作面顶板砂岩水防治和煤矿区地下水资源原位保护技术进步有一定的推动作用。

• 冲击地压巷道液压支架恒阻吸能构件及其防冲性能研究

  宋义敏, 吴迪, 安栋, 许海亮, 王腾腾, 万秋良, 闻田, 范金颍,

  承载力存在较大的波动是薄壁折纹防冲吸能构件亟待解决的难点，针对承载力波动问题，分析现有折纹类型防冲吸能构件的共性问题及影响因素，设计了一种点阵式薄壁折纹防冲吸能构件并对其防冲性能开展优化研究。通过数值模拟方法研究了折纹结构特性、点阵单元体数量和壁厚等参数条件下承载力、应力分布和能量演化规律，分析构件防冲吸能特性。构建承载力波动系数优化目标函数，提出Matlab、Python和Abaqus之间相互协同计算的恒阻性能优化方法。结果表明：折纹结构特性对防冲吸能构件具有显著影响，随着折纹凹凸比增加，构件的承载力峰值、平均承载力减小，承载力波动系数先减小后增大。随着点阵单元体数量增加，防冲吸能构件的承载力峰值增大。点阵单元体更容易堆积造成大幅度的弯曲变形，承载力波动系数变大；构件的高度变小，让位位移行程变小，吸能量变小。防冲吸能构件的承载力和吸能量随壁厚的增加呈线性增加趋势。厚度增大，防冲吸能构件让位位移无明显变化，承载力呈缓慢上升趋势，波动系数变大。优化得出防冲吸能构件恒阻性能参数，在同一内径宽度下，随着防冲吸能构件的宽度增大，承载力峰值和承载力波动系数先减小后增大，平均承载力先减小后逐渐趋于平稳。

• 基于最优支护路径曲线的超前液压支架移架导航方法

  陈洪岩, 刘宇航, 刘锦东, 陈洪月, 马英, 高富强, 张定堂, 陶鹏,

  超前液压支架在迈步移架过程中长久以来依赖人工操作，存在定位精度欠佳、效率低下及安全风险突出等问题，严重制约了智能化支护技术的发展。提出一种基于最优支护路径曲线的超前液压支架移架导航方法，旨在实现迈步式移架过程的精准感知、自主规划与协同控制。该导航方法借助激光雷达与惯性测量单元（IMU）的紧耦合构建巷道二维栅格地图，采用随机抽样一致性（RANSAC）算法对巷道左右边界曲线进行鲁棒拟合，结合动态时间规整（DTW）算法构建边界点的空间对应关系，生成左右架的最优支护路径曲线，表征支架沿巷道走向的理想支护位置，为位姿优化提供几何基准。通过建立液压支架平面运动学模型，对其位姿进行实时解算。以液压支架投影与支护路径曲线间封闭区域面积最小化为目标，求解单侧液压支架移动的最优终点位姿，基于三阶贝塞尔曲线规划平滑移动路径，通过运动学反解和时间缩放策略完成液压缸行程规划，实现多液压缸的协同控制。仿真与试验结果表明：液压缸按规划位移执行后得到的支架实际路径与导航系统规划的理想路径具有较高的吻合度，液压支架在移动过程中路径跟踪稳定，位置最大误差平均值为22.96 mm，方向角误差小于0.14°，且液压支架与巷道侧帮保持安全距离，无干涉现象，实现了移架过程的高精度路径跟踪，位置和方向角控制精度满足井下支护作业的安全要求。

• 基于数据驱动的综采矿压分析预测研究进展及展望

  刘凯, 巩师鑫, 张倍宁, 任怀伟, 于翔, 李建,

  针对综采工作面矿压显现的强非线性、非平稳和时空耦合等复杂特征，以及传统力学模型在预测精度与工程适应性方面的局限性，系统综述了数据驱动的矿压分析与预测研究进展，深入分析了当前面临的关键问题，并对未来发展方向进行展望。首先，简述煤矿井下采场覆岩运移假说，以及基于工作面上覆围岩运移理论的矿压分布规律与预测研究现状；阐述了数据驱动矿压分析的基本原理，包括多源数据感知需求、数据预处理方法及核心分析算法框架，明确了基于分析算法提取矿压关键参数的技术路径。在此基础上，重点总结了工作面矿压预测模型的研究进展，对比分析了各类机器学习模型在短期矿压状态预测中的适用性，并深入探讨了深度学习模型在长序列动态特征提取及复杂时空建模方面的技术优势；同时，系统归纳了多模型融合的研究思路，包括统计方法融合、智能算法参数自适应优化、时空注意力机制引入以及多源集成学习等关键技术路径。结合工程实践，进一步探讨了面向超长工作面的分区分级动态预测方法，并分析了融合微震监测与分布式光纤传感技术，实现由近场响应向远场机理感知拓展的前沿应用方向。最后，给出了当前数据驱动矿压分析与预测研究中的重点与难点，指出了现有研究存在的局限，并依托人工智能与大模型技术的快速发展背景，提出了数据驱动矿压预测的关键技术路径，以期为智能化开采过程中的工作面矿压显现数据分析及预测技术发展提供新的思路。

• 基于多光谱与单木结构特征的露天矿山修复区云杉AGB估算

  张世文, 汤关清, 王鑫宇, 綦巍, 胡含秀, 胡睿鑫, 周小帆, 张艳飞, 宋承运,

  单木地上生物量(Above-ground Biomass，AGB) 是反映单木生长状况的重要参数，及时、精准的单木AGB估算对露天矿山修复林地区修复成效监测至关重要。探究利用多光谱与单木结构特征信息(Structural Feature Information，SFI)进行特征级融合以提升单木AGB估算准确性的潜力。首先，基于倾斜影像数据构建研究区冠层高度模型并结合分水岭算法实现单木分割，获取光谱信息提取窗口与单木SFI，同时利用多光谱数据提取冠层光谱纹理信息共计57个指标。其次，基于各类型特征变量及其组合，结合反向传播神经网络、随机森林和支持向量机3种算法模型构建AGB估算模型。最后，测试数据融合前后的模型拟合效果，筛选出精度最优的算法模型。为避免模型参数限制，采用粒子群与遗传算法对最优模型进一步优化。研究结果表明：基于单一变量类型的估算模型虽能表征单木AGB的大小情况，但估算精度具有一定的局限性。基于SFI的AGB模型决定系数(R2)、平均绝对误差(EMAE)分别为R2=0.406～0.628，EMAE=0.895～1.439 kg/株；基于多光谱数据的AGB模型R2=0.355～0.627，EMAE=0.712～1.497 kg/株。数据融合显著提高了单木AGB的估算精度，3个机器学习模型中，RF模型估算效果最好，其中R2=0.740，EMAE=0.535 kg/株。算法优化后，基于GA-RF算法的模型单木AGB估算效果最好，其中R2=0.910，EMAE=0.420 kg/株，相比基于单木SFI结合RF的模型，R2提高44.91%～74.66%，EMAE降低53.07%～62.73%。研究可为露天矿山修复林地区采用无人机平台监测单木生长状态提供一种可行的方法。

• 矸石山自燃危险源三维空间识别与综合风险量化评估

  张守成, 刘宏磊, 武强, 郭正萌, 张帅, 王舒杨,

  煤矸石自燃严重威胁了矸石山生态系统修复和资源安全开发利用，准确辨识其危险源的空间展布和风险量化评估自燃风险程度是防治矸石山自燃的关键。为解决这一关键科学问题，构建了基于多源信息、技术融合的自燃空间识别方法与风险评价体系，研究以抚顺矿区西舍场自燃矸石山为例，构建了矸石山3D-Kriging空间插值温度场三维重构模型，解析自燃危险源的空间展布规律和规模。此外，为分级、分区管控矸石自燃风险，建立了“自燃发展−有害气体−自燃灾害”的三源风险评价体系，提出了矸石自燃危险性综合评价( Comprehensive Evaluation，CE)模型。其中，为客观评价自燃发展风险和趋势，引入卫星遥感时序监测数据，构建发展趋势函数 \mu ，有效克服矸石自燃历史监测数据缺失的问题；为评价大气环境污染风险和环境影响，提出混合有害气体浓度结合毒性危害指数确定混合有害气体权重的方法；为客观评估自燃灾害威胁，建立以经济损失、人员伤亡为评价指标的评价方法。结果表明：研究区矸石山的自燃危险源主要分布在场区南翼边坡附近，其中地温≥90 ℃的自燃煤矸石体积为49 753.4 m3；3D-Kriging空间插值的预测精度MAE、RMSE和R2分别为2.01 ℃、2.49 ℃和0.91，证明该方法能够精确定位自燃危险源的空间位置和规模。此外，通过CRITIC法计算了研究区“三源”子目标的权重分别为0.335、0.069和0.596，表明自燃灾害危害程度风险在该矸石山CE模型中的影响作用最大，合理的土地利用规划部署能够显著降低矸石自燃危险性等级。研究实现了矸石山自燃危险源“真三维”空间识别，并建立了定量“多源”风险评估体系，以期为矸石山生态修复与资源安全利用决策提供理论支撑。

• 深部煤炭地下气化过程中焦油析出特性

  张志刚, 杜云峰, 王磊, 王若男, 易建华, 周广明, 司荣军, 辛林, 牛茂斐,

  煤炭地下气化技术是未来煤炭清洁高效利用的发展方向，有望成为我国深部煤炭开采和利用的重要补充。而煤炭地下气化过程中产生的高温煤气携带有机污染物对地下水造成的潜在污染风险，成为限制该技术工业化应用的瓶颈问题。针对深部煤炭地下气化干馏干燥带高温高压环境下煤焦油析出机制尚不明确的问题，研究采用煤炭加压热解实验装置，结合气相色谱−质谱联用技术（GC-MS），明晰了热解产物分布特征与焦油化学组分演化规律，揭示了深部煤炭地下气化过程中煤焦油的多阶段析出机制。结果表明，3 MPa压力条件下，随着热解温度升高，半焦产率持续下降，焦油与煤气产率显著上升，其中500 ℃时煤气产率较400 ℃提高4.3倍，是产气效率提升的核心温度区间；焦油的化学组成随热解温度升高呈现显著的阶段性转变特征。400～500 ℃时脂肪烃为绝对主导组分，占比分别达73.65%和71.60%。600 ℃时多环芳烃取代脂肪烃成为主要组分，其占比从400～500 ℃的1.25%和4.21%升至48.67%，700 ℃时非烃化合物成为焦油的核心成分，占比达到32.32%。热解压力对焦油族组分演化具有显著调控作用，700 ℃常压热解条件下，煤焦中沥青质相对质量分数达到峰值；随着热解压力升高，沥青质相对质量分数持续减少，饱和烃相对质量分数逐步升高，当压力大于2 MPa时，饱和烃已完全释放，而芳香烃、胶质和沥青质的产率仍随压力升高持续增大。本研究揭示了加压热解煤焦油的析出规律，为深部煤炭地下气化过程中污染物控制与工艺优化提供了理论依据。