矿井大气与瓦斯防治

• 酸化作用对无烟煤微观结构及吸附特性的影响研究

  何季民;袁梅;刘丁菱;田维林;陈恋;曹鸿飞;

  为探究酸化作用下煤体微观结构的改变及其对煤吸附特性的影响机理，对氢氟酸处理前后的煤样开展了低温氮气吸附试验、红外光谱试验、等温吸附试验。深入分析了酸液对煤体孔隙结构及分子结构的影响，并探究了酸化作用下煤体吸附特性的演变机制。结果表明：酸处理后，煤样的平均孔径、总孔体积增大，而比表面积降低，酸液对煤体具有扩孔增容的作用；酸化作用可以改变煤体的微观分子结构，酸化后煤样的苯环结构逐渐向多取代苯环发展，较长的脂肪链及结构较弱的氢键结构被破坏，同时含氧官能团的相对含量大幅增加；等温吸附试验中，酸化后煤样对甲烷的极限吸附量和吸附速率分别下降14.02%和23.58%；吸附势理论表明酸化后煤样对甲烷吸附能力降低，甲烷的吸附空间减少。

  2025年06期 v.56;No.612 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 2714K]
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• 注浆压力对钻孔封孔段渗流特性的影响分析

  朱熹;白云;陈聪;曾平昌;钟先才;曹塘根;王登科;卫彦昭;张小东;

  瓦斯钻孔抽采是瓦斯治理的重要手段之一。为有效提高钻孔封孔效果，对钻孔注浆压力对封孔效果的影响展开研究。利用自制的注浆系统和扫描电子显微镜（SEM）分别开展了不同注浆压力下注浆试样的渗透率测定试验和电镜扫描试验；根据SEM试验结果，分析其内部浆料颗粒间的排列紧密程度和交界面的胶结情况。结果表明：随着注浆压力的增高，注浆钻孔试样渗透率降幅呈现出先增大后减小的趋势，其质量增幅逐渐增大并趋于相同，最优注浆压力为1.2 MPa；注浆材料试样渗透率降幅和质量增幅呈负指数型增大；注浆压力越大，浆料颗粒间的排列情况越紧密，出现孔隙的概率越小。

  2025年06期 v.56;No.612 9-16页 [查看摘要][在线阅读][下载 1906K]
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• 地面采动L型水平井高效钻完井关键技术研究

  张源芝;王毅;张晶;

  地面采动L型水平井是实现煤矿工作面回采上隅角瓦斯治理的有效技术手段。目前，地面采动L型水平井施工过程中存在成井困难、抽采效果不稳定等问题。为了提高工作面上隅角和回风瓦斯的治理效果，以淮北矿区杨柳煤矿1076工作面为研究对象，采用理论分析与数值模拟手段揭示了杨柳矿开采覆岩破坏规律，确定了“两带”发育高度，优化了地面采动L型水平井的布设位置，并从水平井井身结构优化设计、三段式水平段轨迹优化布设、长水平段井眼轨迹精确控制、采动地层井眼强化和旋转下筛管与双层管洗井完井等方面，提出了地面采动L型水平井高效钻完井关键技术。结果表明：杨柳矿采场覆岩垮落带最大发育高度约为13 m，裂隙带最大发育高度约为40 m，地面采动L型水平井垂向上应布置在距离煤层22～31 m顶板位置，平面上布设于“O”形圈距离回风巷一侧11.8～47.7 m，有利于瓦斯抽采；大位移采动井最大位垂比达到2.50，目的层段钻遇率达95%，水平井钻进效率较常规工艺提升20%以上；在1076工作面回采期间，单井卸压瓦斯抽采纯量最高达9.33 m~3/min，累计瓦斯抽采量达到106万m~3，地面井瓦斯抽采率达81%，回采期间回风瓦斯体积分数低于0.3%，保障了工作面安全回采。

  2025年06期 v.56;No.612 17-26页 [查看摘要][在线阅读][下载 2781K]
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• 超临界CO₂对构造煤孔隙结构及解吸特性的影响

  牛凡凡;苏二磊;魏佳琪;朱新宇;

  为了分析超临界CO_2对构造煤孔隙结构及解吸特性的影响，采用高温高压地质环境模拟系统对原生煤和构造煤进行超临界CO_2处理；随后采用压汞法和煤样解吸试验系统，对孔隙结构和解吸特性进行量化表征。结果表明：超临界CO_2处理后，煤样的总孔容呈现增大趋势，且超临界CO_2对于构造煤的扩孔效应更加明显；由于超临界CO_2的萃取和溶蚀效应，处理后构造煤各孔径段均有一定程度的增大，其中小孔和大孔变化最为明显；处理后构造煤的滞后环增加量显著高于原生煤，说明处理后构造煤的孔隙网络更加发达、连通性更好；当平衡压力为0.74MPa和3.00 MPa时，超临界CO_2处理后构造煤的解吸量增加幅度均显著高于原生煤，这是超临界CO_2处理后构造煤的总孔容增加所导致的。

  2025年06期 v.56;No.612 27-32页 [查看摘要][在线阅读][下载 1822K]
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• 长期应力作用下煤体渗透特性与演化规律研究

  孙珍平;

  深部煤体在瓦斯抽采过程中受到高地应力的长期影响。为探究长期应力作用下煤体的渗透特性与演化规律，建立了长期应力作用下考虑蠕变与基质-裂隙相互作用的煤体渗透率模型。通过定义内膨胀系数，反映气体吸附引起的基质膨胀变形对总体积和裂隙体积变化的贡献，并将其引入经典应力-应变本构方程中，利用基于分数阶导数瞬态脉冲法的实验数据估算了渗透率，验证了渗透率模型的准确性。研究结果表明：在长期应力作用引起的蠕变的第1阶段和第2阶段过程中，渗透率逐渐降低，这与蠕变过程中初始裂隙和孔隙逐渐被压实的物理过程相一致；与现有的各种经典模型相比，本文的渗透率模型在描述渗透率演化趋势方面表现出更好的性能；通过参数分析可知，在恒定有效体积应变条件下，较小的内膨胀系数使有效体积应变在渗透率演化中起主导作用，而较大的内膨胀系数则导致吸附膨胀应变增量在深部煤层渗透率演化中占据主导地位。

  2025年06期 v.56;No.612 33-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 2015K]
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• 受载含瓦斯煤岩组合体失稳致灾试验研究

  李阳;李远芳;施展;朱逸凡;

  近年来，我国浅部煤炭资源枯竭，煤矿开采深度和强度逐渐增加，瓦斯涌出量急剧增加，煤岩复合灾害频繁发生，给矿井安全生产带来了巨大风险。为了深入了解煤岩瓦斯复合动力灾害形成机制，以含瓦斯煤岩组合体为研究对象，开展不同工况下煤岩组合体失稳致灾试验。研究结果表明：事故发生时，抛撒煤粉主要集中在中、远部区域，其抛掷距离最高可达17 m;1~#～3~#试验的煤岩组合体在不同瓦斯压力下，灾害相对强度从12.61%增加到20.53%，增加了7.92%，灾害类型从复合灾害变成煤与瓦斯突出；其他条件一致时，瓦斯压力和顶板强度越小，煤体强度和地应力越大，煤岩组合体发生复合动力灾害的概率则越大。

  2025年06期 v.56;No.612 42-50页 [查看摘要][在线阅读][下载 1889K]
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• 盘关向斜龙潭组中阶煤煤储层孔隙结构及其分形特征研究

  龙钰;陈筠;高为;邬忠虎;

  为了研究中阶煤煤储层孔隙结构特征，通过扫描电镜、高压压汞等试验定性和定量分析了盘关向斜8口参数井中不同煤层的15个中阶煤煤样的孔隙结构特征；基于分形理论量化了不同孔径段孔隙分形特征，并探讨了分形维数与镜质组反射率和煤的无机质组成、孔隙结构参数、孔隙度和渗透率之间的关系。结果表明：盘关向斜龙潭组中阶煤微观孔隙主要有5种类型，压汞曲线孔隙形态分为3种类型；渗流分形维数均小于扩散分形维数，综合分形维数主要反映了扩散孔的复杂性；渗流分形维数与镜质组反射率、灰分、矿物质量分数、孔隙率、平均孔径、总孔容、渗透率呈负相关关系，与水分呈正相关关系；扩散分形维数与灰分、矿物质量分数、孔隙率、平均孔径、总孔容呈负相关关系，与镜质组反射率、水分、总孔比表面积呈正相关关系。

  2025年06期 v.56;No.612 51-62页 [查看摘要][在线阅读][下载 2260K]
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• 动静载荷诱发应力主导型煤与瓦斯突出模拟与防控

  李普;房新亮;郭志企;郭怀广;温蓬;

  为了研究多因素耦合作用下，地应力、瓦斯压力、动力扰动对煤与瓦斯突出过程中微裂纹、应力变化、突出速度、突出距离的影响，以颗粒法为基础建立数值模型，模拟煤与瓦斯突出过程。首先对模型施加不同的竖向和水平应力，模拟初始瓦斯压力为1.0 MPa时，煤与瓦斯突出的速度、突出距离、裂纹扩展等特征；然后在竖向应力和水平应力为12 MPa和9.6 MPa的状态下，设置0.25、0.5、1.0、2.0 MPa 4个瓦斯压力梯度，研究瓦斯压力对煤与瓦斯突出过程的影响；最后对前2种模拟环境下未发生煤与瓦斯突出的3组边界条件施加动力荷载，探究动力扰动对煤与瓦斯突出的影响。研究表明：应力主要为煤与瓦斯突出提供动力，加速煤体的破坏，应力越大煤体颗粒突出的速度越快，突出的距离越远；应力主导型的突出中应力在突出孕育、发生的过程中起了主导作用；瓦斯压力可以在一定程度上降低煤与瓦斯突出的难度，但当瓦斯压力过小时，将会限制灾害的发生；动力扰动对煤与瓦斯突出的主要影响是其导致煤岩间裂隙拓展发育，促进瓦斯解吸，当应力水平较低时，动力扰动也可以成为突出发生的诱因。

  2025年06期 v.56;No.612 63-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 4631K]
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• 综掘工作面呼吸性粉尘运移规律数值模拟

  王建国;王博兰;韩敏;

  呼吸性粉尘由于粒径小，更容易进入呼吸道深部，且在巷道中悬浮时间长难以沉降。为改善综掘工作面呼吸性粉尘污染严重的问题，以凉水井矿42207辅运巷道掘进工作面为研究对象，根据综掘工作面实际情况建立掘进工作面物理模型，基于气固两相流理论，对压入式通风条件下巷道中的风流情况和呼吸性粉尘的运移分布特征进行数值模拟研究。结果表明：在压入式通风系统下，呼吸性粉尘在巷道内的运移主要受风流影响，风流的运移特性可分为涡流区、射流区、回流区3个区域；呼吸性粉尘在单一风流作用下在不同区域形成的密集分布不同，在掘进工作面处，高速射流携带大量呼吸性粉尘聚积在工作面和掘进机之间，掘进工作面平均呼吸性粉尘质量浓度高达2 300 mg/m~3左右；掘进机附近即巷道前15 m内，呼吸性粉尘受掘进机上方和后方涡流的影响，大部分粒子在涡流处积聚，其余一部分沉降在巷道底部，另一部分受风流作用沿巷道左侧壁面继续向后方运移，巷道左侧平均呼吸性粉尘质量浓度达1 000 mg/m~3以上；远离掘进工作面无掘进机阻挡后，风流发生扩散，风速减小，但由于呼吸性粉尘粒径小仍然有大量粒子长时间漂浮在巷道中难以沉降。

  2025年06期 v.56;No.612 71-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 2090K]
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• 基于改进型YOLOv5的粉尘检测算法

  陈清华;张俊伟;程迎松;张旭;程建华;

  近年来，由于基于图像识别的粉尘检测方法不存在安装和检测范围局限性等问题，因此得到了充分重视和发展，但现有方法实时性和准确性仍需提升。为此，提出了一种基于改进YOLOv5算法的粉尘图像检测方法。首先，对现有YOLOv5算法主干网络以及Neck网络进行改进，将轻量化网络GhostNet替换原有主干网络，以降低网络参数，再输出3个特征层；然后，针对主干网络输出的3个特征层，施加注意力机制CA，增加网络精度；最后，设计消融实验和对比实验验证改进算法的有效性。结果表明：改进算法的平均检测精度mAP(mean Average Precision)能达到92.11%，检测速度达37帧/s。

  2025年06期 v.56;No.612 79-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 2096K]
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矿井通风与火灾防治

• 不同粒度及密度高硫煤中硫元素赋存规律研究

  杨玉龙;高飞;张芸鸣;

  为了探究硫元素在不同粒度、密度组分高硫煤中的赋存状态，选用磁窑沟高硫煤按照筛分法和浮沉法进行粒度、密度级别分组，采用XPS(X-ray photoelectron spectroscopy,X射线光电子能谱)、FTIR(Fourier transform infrared spectrometer，傅里叶红外光谱)等方法进行元素和基团测试，分析了形态硫类别及含硫官能团随粒度和密度的变化，并使用XRF(X-Ray fluorescence spectroscopy,X射线荧光光谱)对各组分磁窑沟高硫煤中的微量元素进行测试，结合皮尔逊相关系数方法研究了煤中硫元素与其他元素相关性。结果表明：磁窑沟煤的形态硫以硫醇为主，质量分数在45%以上，其次噻吩和硫酸盐的质量分数均高于15%，黄铁矿、砜和亚砜含量较少，其质量分数均低于10%，说明磁窑沟煤中硫元素主要以有机硫的形式存在；含硫官能团中C-SH相对含量最高，峰面积占比介于9%～14%,R-SO-R'及R-SO_2-R'含量较少，峰面积均低于4%；随粒径增大，全硫含量降低，硫化物和噻吩含量增大，硫酸盐含量降低，（亚）砜无明显变化；随密度增大，煤中全硫含量增加，硫化物和噻吩含量减少，硫酸盐含量增加，（亚）砜无明显变化；有机硫易赋存于大粒径、低密度煤中，而无机硫易赋存于小粒径、高密度煤中；无机硫与Fe、K等元素呈正相关关系，有机硫与这些元素呈负相关关系，煤中黄铁矿或硫酸盐的硫元素与这些元素伴生，而有机硫与之亲和性较差。

  2025年06期 v.56;No.612 89-97页 [查看摘要][在线阅读][下载 2232K]
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• 煤自燃特征温度与理化特性参数关联性研究

  万成;张斌斌;李岱霖;刘荫;陈岩峰;郭军;武云飞;

  煤自燃特征阶段精细划分是煤火灾害早期预警体系建立的前提，煤的理化特性参数及其变化规律是确定特征温度和划分自燃阶段的关键。为探究煤自燃特征温度与理化特性参数的关联特性，选取甘肃省陈家沟煤矿长焰煤煤样，制备为不同温度（40、60、80、100、120、140、160、180、200℃）的氧化煤，开展了工业分析、扫描电子显微镜测试（SEM）、能量色散X射线光谱分析（EDS）、X射线衍射测试（XRD）、红外光谱分析（FTIR）等试验，研究不同氧化阶段煤样理化特性参数随温度的变化规律，确定陈家沟煤样煤自燃特征温度，结合灰色关联度分析法，进一步明确了关键理化特性参数与煤温的关联程度。结果表明：陈家沟矿煤样自燃进程可根据特征温度划分为临界阶段（40～80℃）、热解阶段（80～120℃）、裂变阶段（140～180℃）3个阶段；煤的理化结构参数对煤自燃过程中特征温度的变化具有不同的影响方式和效果，煤样中微观基团中羟基与亚甲基对特征温度阶段关联度较高，关联度分别为0.675 3、0.692 6；在临界、热解阶段煤体表面活性结构与氧气分子发生物理、化学吸附，羟基先与氧气反应蓄热，随着温度升高侧链少量断裂导致亚甲基含量升高，而羟基在不断地消耗中也因其他官能团参与反应不断生成，裂解阶段煤中游离水分蒸发完成，结合水开始蒸发，分子内缔合氢键被加速破坏，煤的孔隙度变大，气体吸附能力增强，各类官能团与氧气反应活性提高，煤自燃进程加快；此外，堆积高度、层片直径与煤堆积的体积、表面形态及稳定性有关，堆积高度、层片直径在煤自燃进程初期与特征温度阶段始终具有较高的关联度（0.668 9）。

  2025年06期 v.56;No.612 98-111页 [查看摘要][在线阅读][下载 3376K]
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• 基于智能矿山综合管控平台的放顶煤火灾综合防控策略

  赵淼;

  放顶煤开采采空区遗煤多、漏风量大，因此具有较大的自然发火危险性；并且放顶煤产生的粉尘量大、裂隙通道多导致瓦斯涌出量大，一旦发生煤自燃极容易导致瓦斯、粉尘爆炸等次生灾害从而形成灾害链，危害井下工人生命安全。为加强放顶煤采空区自燃防控的效率和效果，提出了基于智能矿山综合管控平台的放顶煤火灾综合防控策略。首先分析了放顶煤开采的火灾特点及危险性，包括采空区遗煤自燃分布、顶板裂隙漏风问题，以及工作面走向长度和推进速度对火灾风险的影响；评估了现有的火灾感知与防控技术及装备，并指出其存在的问题，如感知覆盖范围不完全、预警模型算法不成熟等，基于这些问题，结合智能矿山综合管控平台优势，构建了火灾综合防控中心，并提出了综合防控策略，包括火灾预测预警、煤自燃预防与治理策略，以及关联灾害防控和应急响应救援策略预演。通过智能矿山综合管控平台建设火灾综合防控中心，能够更有效地监测采空区火情，提高智能分析和预警的准确性，同时增强协同防控的可靠性。智能矿山综合管控平台能够实现对放顶煤开采过程中火灾风险的全面、动态和智能化管理。

  2025年06期 v.56;No.612 112-122页 [查看摘要][在线阅读][下载 2066K]
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矿山压力与岩层控制

• 含构造煤组合体力学特性及分形演化规律研究

  邵秋冬;裴文博;李其平;任兴鹏;赵鹏翔;田燕彪;郭利;

  为研究含构造煤组合体试件的力学特性，以某高瓦斯矿井煤层赋存特征为基础，开展含构造煤组合体加载破裂过程力学特性测试试验，同时通过引入分形维数定量分析含构造煤组合体试件裂隙演化规律。结果表明：含构造煤组合体试件的抗压强度与构造煤厚占比呈负相关关系，构造煤厚占比0～100%对应的抗压强度变化范围为22.94～7.65 MPa；峰值应变和峰值应力点分形维数均与构造煤厚占比呈正相关关系，构造煤厚占比0～100%对应的峰值应变和峰值应力点分形维数变化范围分别为1.21%～1.80%、1.171 4～1.196 7；含构造煤组合体试件随加载应力的增加其分形维数均表现为逐渐增大的变化规律；构造煤厚占比越大，发生破裂时其对应试件的表面裂隙发育混乱复杂程度更高。

  2025年06期 v.56;No.612 123-132页 [查看摘要][在线阅读][下载 2901K]
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• “L”形孤岛工作面巷道拐点区域破坏特征与控制技术

  程燕学;王辉;靳为华;牛帅;

  无煤柱开采技术在我国煤矿开采领域应用广泛，孤岛工作面形成后受到强采动的影响，导致采动巷道在煤层掘进时巷道大变形失稳现象频出，成为现阶段巷道支护的难题之一。为解决“L”形工作面巷道拐点围岩变形破碎严重、支护保障困难的问题,以程村矿“L”形孤岛工作面巷道拐点为工程背景，通过理论分析、数值模拟和工业性试验等综合研究方法，探究了14071“L”形工作面拐点破坏特征和不同支护强度对于回风巷塑性破坏区域的影响，研究了“L”形工作面巷道拐点区域破坏机理及应力集中环境下巷道的控制技术。研究结果表明：巷道拐点区域支承压力集中系数增加，巷道帮部因矸石挤压造成塑性损伤范围较大,导致普通支护主体结构破裂，无法有效抑制巷道围岩大变形；研发的抓顶固底护帮一体化挡矸板能够控制沿空掘巷帮部变形，该挡矸板使围岩变形量减少50%，为控制此类围岩提供了一种有效途径。

  2025年06期 v.56;No.612 133-143页 [查看摘要][在线阅读][下载 2943K]
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• 融合DS-InSAR与THPF-LSTM的关闭矿井地表形变监测及预测

  张建阳;范洪冬;朱向阳;孙明虎;

  矿井关闭后，其上覆岩层及地表会再次发生变形，影响建（构）筑物安全运营。由于关闭矿井缺乏监管，导致地表形变时空演化规律及预测预警模型研究不足。为此，提出了一种分布式目标雷达干涉测量（Distributed scatter Interferometric synthetic aperture radar,DS-InSAR）、时间域高通滤波（Temporal High Pass Filtering, THPF）以及长短期记忆网络（Long Short Term Memory Network,LSTM）相结合的关闭矿井地表形变预测模型。以98景Sentinel-1A升轨影像为数据源，首先利用DS-InSAR方法联合PS(Persistent Scatterer)和DS点获取徐州西部关闭矿井2019-11—2022-12的时序地表沉降信息；然后利用THPF分解原始沉降序列获取高频和低频序列沉降信息；之后采用LSTM完成高低频子序列的形变预测，将高低频子序列预测值叠加获取最终的预测结果。结果表明：DS-InSAR监测点密度分布均匀，监测结果水准实测形变间的决定系数达到0.95；相较于LSTM模型，THPF-LSTM模型在预测点位上的最大均方根误差（RMSE,Root Mean Square Error）为3.0，最大平均绝对误差（Mean Absolute Error,MAE）为2.4，最大校正决定系数（Adjusted R-square）为0.9，优于传统LSTM模型的4.5、3.9和0.6，模型综合预测精度提升20%以上，能够准确反映出关闭矿井地表形变的趋势和波动性，可有效提高短期内关闭矿井沉降预测精度，实现了关闭矿井地表形变监测和预测的一体化分析。

  2025年06期 v.56;No.612 144-154页 [查看摘要][在线阅读][下载 4250K]
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• 随掘地震含断层模型三维数值模拟与波场分析

  徐帅;姬广忠;高亚宽;焦文杰;何帝秀;

  随掘地震勘探技术是煤巷掘进智能化发展中的重要勘探手段之一，与传统的勘探技术相比，具有安全、高效、探掘同步等优点，能够提高掘进生产效率和保障掘进生产安全。针对随掘震源的特点，研究掘进机截割头受力方式，对其进行受力分析，将随掘震源真实数据加载到三维断层模型进行正演模拟，得出径向、横向、竖向分量相关结论（径向、横向、竖向分量简称为x、y、z分量）；在随掘震源受力分析基础上，对每个受力点加载雷克子波点震源并模拟单炮震源，验证随掘记录互相关处理有效性。结果表明：随掘x分量互相关处理过后效果较差，y分量和z分量互相关处理过后，分离的单炮记录波形完整；在x分量上，折射横波和Rayleigh槽波能量较强，随掘记录中2组波相互干涉，导致互相关处理效果不佳；在y分量上，Love槽波能量较强，随掘记录经过互相关处理后能够分离出Love槽波；在z分量上，随掘记录通过互相关处理后能分离出Rayleigh槽波；y和z分量断层落差小于煤厚时，落差越大，随掘记录互相关处理过后反射波越明显，落差超过煤厚时，反射波变化不大；断层夹角在45°～90°范围内，随掘记录y分量互相关处理后反射波能量变化不大，z分量则是断层夹角越小，随掘记录互相关处理后反射波能量越小。

  2025年06期 v.56;No.612 155-164页 [查看摘要][在线阅读][下载 2552K]
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• 巷道水力压裂切顶应力转移机理及工程实践

  龚固;刘增辉;张若飞;张君宝;吴子扬;马凡泰;

  针对采空区坚硬顶板难以垮落，造成巷道矿压显现剧烈的问题，以经坊煤矿八采区运输巷为工程背景，通过理论分析、数值模拟、现场实测的方法，运用水力压裂技术研究了巷道应力转移机理。结果表明：3-8072煤巷向煤柱侧预裂切顶的最佳高度为25 m，最佳角度为30°，切顶后采区运输巷附近高应力明显降低，煤柱侧垂直应力由33.79 MPa降为17.7 MPa，降幅为47.6%；水力压裂后，采区运输巷拱脚处被切断，导致拱脚右移，因处于宏观应力壳大结构下而保持长期稳定；通过该技术可以改变坚硬顶板悬顶结构，阻断高应力向巷道传递，从而对巷道进行了有效保护。

  2025年06期 v.56;No.612 165-175页 [查看摘要][在线阅读][下载 2665K]
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• 地应力对液态CO₂相变爆破损伤及振动效应的影响研究

  王岩;

  为揭示地应力对CO_2相变爆破裂纹扩展及振动效应的影响规律，基于LS-DYNA数值模拟软件研究了不同地应力下CO_2相变爆破裂纹扩展特征和振动效应。结果表明：在等双轴地应力作用下，CO_2相变爆破产生的裂隙区和粉碎区呈圆形，随着地应力的增加，裂隙区半径呈先快速减小后缓慢减小的趋势，粉碎区半径呈先降低后稳定的趋势；各向异性地应力作用下，裂隙区扩展呈椭圆形，裂纹优先在最大主应力方向上扩展；速度时程曲线呈双峰振荡结构，在等双轴地应力作用下，随着地应力的升高，第一速度峰值逐渐降低，第二速度峰值逐渐升高；各向异性地应力作用下，随侧压系数的增加，水平方向上第一峰值速度逐渐降低；垂直方向上，第一峰值速度逐渐升高；岩体中应变能的不对称释放产生SH波。

  2025年06期 v.56;No.612 176-183页 [查看摘要][在线阅读][下载 1980K]
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矿井地质与水害防治

• 近距离倾斜多煤层重复采动覆岩裂隙发育规律研究

  董绪峰;高卫富;朱海锋;孙文斌;曹逸宁;陈厚承;

  在顶板水害防治领域，导水裂隙带演化高度是水害防治的重要参数之一。为了研究近距离倾斜煤层重复采动导水裂隙带演化规律，以某矿1505工作面为研究对象，采用理论分析、数值模拟及现场实测对其进行研究。基于工作面地质条件及覆岩破断特征建立重复采动覆岩组合岩梁力学模型，并根据该模型及矿山压力控制理论推导出重复采动导水裂隙带理论预测公式；采用FLAC~(3D)数值模拟软件建立由累计采高、工作面斜长、上覆岩层抗拉强度、工作面采深4种因素影响的数值模型，分析了导水裂隙带与各个因素之间的关系曲线，验证理论预测公式的合理性；并根据现场实测值来进一步验证理论预测公式的合理性。研究表明：数值模拟重复采动导水裂隙带高度为48.5 m，且重复采动导水裂隙带高度呈“快速增长-平稳增长-逐渐稳定”的趋势；累计采高、工作面斜长、采深3个因素与导水裂隙带发育高度呈正相关关系，上覆岩层抗拉强度与导水裂隙带发育高度呈现负相关关系；理论预测公式计算重复采动导水裂隙带发育高度为47.6 m，现场实测值为47.23 m，经验公式计算为45.6 m，理论计算结果更接近实测值；该预测公式可以作为近距离煤层重复采动导水裂隙带演化高度的计算依据，为相似地质条件下近距离重复采动导水裂隙带发育高度预测提供一定的参考依据。

  2025年06期 v.56;No.612 184-191页 [查看摘要][在线阅读][下载 2065K]
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• 基于跨巷观测的三维直流电法底板水害精细化探测

  周官群;赵宏达;张维鑫;吴小平;梁希凯;王宗涛;王亚飞;

  深部煤矿开采条件日趋复杂，矿井水害问题严重威胁煤矿生产安全。而矿井直流电法因其探测低阻时灵敏度高、抗干扰能力强等特点，成为工作面底板水害探测主要手段之一。为了进一步提升工作面底板水害反演成像精度，通过分析单巷道电法、双巷道电法以及融合了单巷道电法与双巷道电法的矿井电阻率全方位探测方法，提出了1种新型的跨巷道电法观测方法。此方法在矿井电阻率全方位探测方法的基础上，加入跨巷道电法观测方式，形成了包含单巷道电法、双巷道电法、跨巷道电法在内的视电阻率观测数据集，增强了对全电位矩阵观测信息的提取。为验证该方法的实用性，通过设计全空间单个及多个球状异常体模型进行数值模拟，对反演结果进行分析。结果表明：跨巷观测的反演结果能够清晰展示低阻异常体的垂直方向形态，随着深度的增加其反演结果具有较高的分辨率；在横向分布范围上，虚假异常现象明显减少；反演结果还在低阻异常体的边界识别上表现优越，能够清晰地反映异常体的形状和位置，尤其在深度探测时，反演效果更为明显；随着观测数据数量的增加，反演效果得到了显著改善，特别是在低阻异常区域的识别方面，表现出了较高的灵敏度。工程实例进一步表明，该方法在煤矿工作面底板水害探测中的准确性与可靠性，形成了一套适用于矿区底板含导水通道及富水区精细探查的探水新方法，为矿区水害防治提供了依据。

  2025年06期 v.56;No.612 192-201页 [查看摘要][在线阅读][下载 3751K]
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• 泥岩-矿渣基隔水材料的力学性能与渗透特性研究

  张禹;陈元广;潘奇波;张亚飞;陈天;张鹏姣;朱江森;

  为研究泥岩含量与养护龄期对泥岩-矿渣基隔水材料力学性能与渗透特性的影响，以露天煤矿剥离废弃砂岩为骨料，以泥岩和矿渣为胶凝材料制备了泥岩-矿渣基隔水材料，对泥岩质量分数分别为20%、40%、60%、80%的泥岩-矿渣基隔水材料试样进行了单轴压缩试验与气体渗透试验。基于试验获得的单轴抗压强度与渗透率探究了泥岩含量对泥岩-矿渣基隔水材料力学性能与渗透特性的影响机制，分析了不同养护龄期下，泥岩-矿渣基隔水材料力学性能与渗透特性的演化规律；辅以扫描电镜试验，研究了泥岩-矿渣基隔水材料中不同胶凝产物的特性与形态特征，以及泥岩含量对泥岩-矿渣基隔水材料宏观破坏形式的影响。结果表明：泥岩-矿渣基隔水材料的单轴抗压强度和渗透率随泥岩含量的增加均呈线性降低趋势；随养护龄期的增加，泥岩-矿渣基隔水材料的单轴抗压强度呈指数型增长，渗透率呈指数型降低；随泥岩含量的增加，泥岩-矿渣基隔水材料中的凝胶以强度高、脆性强、孔隙多的矿渣凝胶为主逐渐转变为以无微裂纹的致密泥岩凝胶为主；随着泥岩含量的增加，泥岩-矿渣基隔水材料的整体破坏程度降低，试样完整性增强；随着养护龄期的增加，泥岩-矿渣基隔水材料的破坏程度增大，试样完整性降低。

  2025年06期 v.56;No.612 202-210页 [查看摘要][在线阅读][下载 2456K]
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矿山机电与安全监测

• 矿用本质安全型广播系统设备内部供电电路设计

  邹德东;李承东;

  矿用本质安全型广播系统设备具有负载电流不均衡、功耗高的特点。针对设备启动冲击电流大、供电距离近、降压器件不可靠、抗电磁干扰能力差等问题，通过对本安电源保护机理的研究，对广播系统本安设备负载特性、电磁干扰等因素的分析，并结合本质安全型保护设备的标准要求，设计了一款具有冲击电流线性抑制、工作电流均衡及电磁兼容功能的安全、可靠、稳定的矿用广播系统本质安全设备内部供电电路。详细介绍了电磁兼容单元、冲击电流抑制单元、负载均衡单元及降压单元的组成及工作原理，深入阐述了缓启动及重载电流均衡2项关键技术，其中重点介绍了冲击电流产生、影响、抑制方法及电路参数的计算。实际应用证明：设计的供电电路完全满足本质安全的要求以及设备稳定可靠工作的需要。

  2025年06期 v.56;No.612 211-218页 [查看摘要][在线阅读][下载 1850K]
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• 设置风扇的水动力旋转喷雾降尘装置雾化性能分析

  徐辉;陈清华;王德俊;

  近年来，随着我国煤矿开采机械化、智能化水平的显著提高，工作面作业产尘量明显增大，对粉尘治理技术提出了更高要求。为研究设置风扇对水动力旋转喷雾降尘装置雾化性能的影响，基于水动力驱动的旋转喷雾降尘装置，探究水动力输出轴关键结构参数对转速的影响规律，采用动网格技术建立三维流场模型，分析对冲水流角度、集流角度、供水压力对水动力输出轴转速的影响；构建VOF多相流模型，对比不同水动力输出轴出口角度15°～75°下混合出口雾粒场速度分布特性；改进装置结构，由于不用电力驱动，设备体积和重量大大降低，同时在水动力输出轴上设置风扇叶，使装置兼具旋转喷雾和负压抽吸降尘功能；搭建煤矿粉尘试验系统，采集内蒙古智能煤炭有限责任公司5013掘进工作面煤尘样本，通过CCZ-20A型粉尘采样器实测3种降尘方案的总粉尘与呼吸性粉尘质量浓度。结果表明：水动力输出轴关键结构参数中，对冲水流角度与集流角度对转速影响较小，最大相对偏差仅2.91%，而供水压力与转速呈显著正相关关系，4 MPa时转速达1 448.6 r/min，较2 MPa提升32.6%；扇叶集成后，水动力输出轴出口角度30°时雾化性能最优，混合出口轴向速度达39.2 m/s且分布均匀性提升42%，同时形成5.5m/s的稳定负压抽吸流场。新型装置使总粉尘降尘率提升至91.3%，较未加扇叶装置提升17.7%；呼吸性粉尘降尘率达51.9%，较常规喷雾方案效率提高129%。

  2025年06期 v.56;No.612 219-227页 [查看摘要][在线阅读][下载 2360K]
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• 一种矿用总线型光分站的设计

  邓飞;

  煤矿安全监控系统在煤矿安全生产中发挥着十分重要的作用，主要通过监控分站采集甲烷、一氧化碳等传感器灾害信息并实时分析，实现超限声光报警、断电、风电闭锁控制等功能，传统监控分站大都采用总线型电缆方式传输。由于大型机电设备、变频器的大量使用，对煤矿井下通信设备的电磁干扰问题也日渐突出，有的电磁干扰已经严重影响监控分站与传感器的正常通信，造成监控分站存在闪断、冒大值、传输速率慢、巡检周期长、通信距离短、抗干扰能力弱、智能化程度低等问题。由于光纤传输利用光的全反射原理，在光纤内部实现信号传输，这一过程不受电磁辐射干扰，能从根本上解决电缆长距离传输的电磁干扰难题；其次，光在光纤中的传输速度接近光速，而电信号在电缆中的传输速度较慢，因此光信号在光纤中的传输速度远高于电信号在电缆中的传输速度。为了解决总线型电缆监控分站传输速度慢，抗干扰能力弱等难题，提出了1种矿用单模单纤总线型光分站的设计方案，介绍了矿用总线型光分站的关键技术、单模单纤光模块的收发原理以及光模块在分站中的应用。通过实验室各项性能试验，并结合现场实际应用情况，测试了矿用总线型光分站与总线光传感器之间的信号传输性能和抗干扰能力。测试结果表明：矿用总线型光分站各项指标均高于传统总线型电缆监控分站，总线传输速率达10 Mbit/s，传输距离达10 km，电磁兼容性达4级，满足新一代智能监控系统对监控分站的要求。

  2025年06期 v.56;No.612 228-234页 [查看摘要][在线阅读][下载 1874K]
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• 煤矿井下监测数据三维可视化关键技术

  陈龙;

  针对在任意建模软件生成的巷道三维模型上进行监测数据的三维可视化需求，提出了监测数据三维可视化关键技术。通过将巷道中心线与巷道三维模型相融合，使用巷道着色技术，实现对完整巷道或某段巷道区域的动态效果渲染；根据GPU数据传输原理，将巷道数据存储为纹理进行传输，有效解决传递数据量不固定的问题；结合人员定位数据和传感器实时数据，研究了井下人员强度信息、传感器强度信息计算原理，改进了传感器数据强度值计算方法，提出了自适应阈值调整的颜色映射方法以及热点数据的颜色映射技术。研究结果在山西天地王坡煤矿进行了应用，监测数据得以正确显示，达到了预期效果。

  2025年06期 v.56;No.612 235-242页 [查看摘要][在线阅读][下载 1981K]
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矿山监察与安全管理

• 矿工安全生产责任压力源的构成及形成机理研究

  陈铁华;范永芳;李红霞;

  为探究矿工安全生产责任压力的来源及形成机理，运用扎根理论方法对访谈文本进行分析，通过开放式编码、主轴式编码和选择性编码三级编码程序明确矿工安全生产责任压力源的构成要素，并根据要素间的关系确定安全生产责任压力的形成机理模型。研究结果表明：矿工安全生产责任压力的来源主要有安全制度、领导作风、安全生产要求、个体认知、职业素养和社会环境6个要素，各要素不仅能独立影响矿工安全生产责任压力，安全制度、领导作风、安全生产要求和社会环境还能通过影响矿工的个体认知进而对安全生产责任压力产生作用。

  2025年06期 v.56;No.612 243-249页 [查看摘要][在线阅读][下载 1730K]
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• 矿工职业召唤对安全绩效的影响研究

  丁天维;

  为切实有效提升矿工安全绩效水平，根据421名矿工的有效调查问卷，通过建立的以建设性责任知觉和工作繁荣感为中介、以前摄型人格为调节的理论模型来考察矿工职业召唤对安全绩效的影响机制，并运用结构方程模型和Bootstrap等方法对相关假设进行检验。研究结果表明：矿工职业召唤对安全绩效具有显著的正向影响；建设性责任知觉、工作繁荣感均在职业召唤与安全绩效之间起着部分中介作用；前摄型人格显著正向调节了建设性责任知觉及工作繁荣感在职业召唤与安全绩效之间的中介作用。

  2025年06期 v.56;No.612 250-256页 [查看摘要][在线阅读][下载 1664K]
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