- 孙怀明;李文洲;李中伟;褚鹏;孙越;李想;
针对深部煤矿巷道冲击地压灾害频发、锚杆支护动力响应机制不明确的问题，采用数值模拟与现场试验相结合的方法，系统分析了不同冲击韧性锚杆在动载荷下的力学响应特征及破坏规律；基于LS-DYNA软件建立锚杆冲击模型，模拟屈服强度500 MPa、冲击吸收功15～94 J的锚杆在20 ms等腰三角形载荷作用下的动态响应，通过分析锚杆的Mises应力分布、断口特征、位移变化及能量吸收规律，揭示冲击韧性对锚杆破坏模式的影响机制，并应用于唐口煤矿7307轨道巷锚杆支护设计中。研究结果表明：随着冲击韧性的增加，锚杆断裂时的Mises应力也会随之增加，断口颈缩现象显著增强；相同冲击载荷作用下，锚杆的冲击吸收功越高，断裂时的位移越大，要使冲击韧性高的锚杆在固定的冲击时间内断裂，需要施加高的冲击载荷；冲击载荷越高，锚杆在塑性变形阶段的变形率越大，导致锚杆在没有充分发挥变形能力的情况下断裂，就会出现锚杆的冲击韧性高而延伸率低的情况；锚杆的变形量随着距冲击载荷施加处距离的减少而增加，但是在距固定端1.5 m的范围内变化不大，进一步揭示了锚杆变形的局部效应，在距冲击点1.5～2.0 m范围内，变形量较1.0～1.5 m段增加50%，且塑性应变首先出现在固定端并向冲击点扩展，最终在螺纹段集中破坏。
2025年11期 v.56;No.617 64-74页 [查看摘要][在线阅读][下载 2125K] [下载次数：93 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：30 ] - 杨旭;齐喜峰;赵志鹏;孟凡燃;马翔宇;
针对变面采场开采中围岩稳定性控制难度大、冲击危险性高等问题，以新疆宽沟煤矿I010206工作面为工程背景，建立工作面顶板FLAC~(3D)数值模型与周期断裂力学模型，分析变面采场围岩应力与能量演化特征，揭示工作面覆岩破断诱冲机制，提出了水力压裂顶板超前弱化解危技术并对卸压效果进行对比检验。结果表明：在采场开采期间，随着工作面宽度增加，超前支承压力峰值和应力集中程度大幅增高，超前支承压力峰值由13.05 MPa增加至16.67 MPa，应变能密度峰值由46.77 kJ/m~3增加至96.72 kJ/m~3；工作面回采期间，由于坚硬顶板的存在，易形成大面积悬顶，顶板内集聚的弹性应变能明显上升，当坚硬顶板达到其极限跨距时发生破断，释放的大量能量易引起矿山压力显现；工作面变宽后顶板载荷增加，上覆岩层载荷向工作面前方煤体和工作面两端煤体进行传递，B4-1煤层I010408工作面开采后支承压力与B2煤层I010206工作面开采后超前支承压力叠加后应力集聚程度较高，采空区侧向支承压力与形成的高静载和顶板大面积垮落的高动载更易诱发冲击地压。针对顶板能量集聚程度较高、坚硬顶板发生垮落时动载扰动较强等现场冲击危险因素，提出了水力压裂顶板超前弱化措施。通过支架压力与微震数据对水力压裂与预裂爆破卸压效果进行对比检验发现，使用水力压裂技术后，工作面顶板来压步距降低，微震信号呈现出低能高频特征，工作面冲击危险性明显下降，保障了工作面安全回采。
2025年11期 v.56;No.617 75-87页 [查看摘要][在线阅读][下载 3582K] [下载次数：107 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：30 ] - 谢辉;王勇;李黔辉;蒋小维;桂晶晶;朱涛;
针对中国西南山区“上硬下软”结构斜坡在采动扰动下的灾变机制与跨尺度预测难题，以贵州发耳煤矿五盘区为研究对象，揭示覆岩垮落与斜坡变形的动态耦合机制，构建空天地协同的灾害全生命周期预测技术体系。基于50106采区9个总长850 m的采空区，采用离散元数值模拟、差分干涉测量短基线集时序分析技术（SBAS-InSAR）和野外地质调查融合方法，建立高727 m、宽1 527 m的离散元模型，设置15个位移监测点模拟动态开挖过程；通过位移场分析、地表形变反演与野外验证，阐明了“覆岩垮落-裂隙扩展-地表滑移”链式响应规律。研究定量揭示了采动覆岩裂隙“形成-扩张-压实闭合”的周期性扩展机制，顶板最大沉降3.03 m、地表水平位移峰值1.64 m;SBAS-InSAR监测显示，地表最大年变形速率44 mm/a的高风险区，与数值模拟预测的潜在滑动面（高程950～980 m）空间重叠显著；建立包含自然演化、覆岩垮落、缓慢变形、累进变形及整体失稳的五阶段地质力学模型，其中覆岩垮落阶段裂隙带高度达20.5 m，缓慢变形阶段出现0.15 m反向位移，累进变形阶段位移梯度达1.2 m/hm。结果表明：垮落带高度模拟值18～22 m，与钻孔实测值误差<13%；斜坡呈现非对称位移场特征，地表水平位移梯度达到0.8 m/hm，是坡体内部的4倍；构建InSAR-无人机-数值模拟协同预警技术，划分高、中、低危险区，其中高危险区潜在滑动面失稳体积达900 m~3。研究阐明了“顶板离层-砌体梁断裂-坡体推挤”力学传导机制，通过协同技术实现从千米级采空区到厘米级地表变形的跨尺度灾害预警。
2025年11期 v.56;No.617 88-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 4036K] [下载次数：264 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：31 ] - 张建;李震;李学龙;王永;
随着煤矿开采深度的不断增加，因动力扰动产生的深部巷道工程灾害频发。为认清因动载作用引发的灾害作用机理，采用理论分析、数值模拟等研究方法，总结了深部巷道的动载特征，围绕应力波峰值和应力波延时2个影响围岩变形破坏的因素对深部巷道的围岩变形破坏特性进行了分析，并以朱集西煤矿工作面直接顶断裂引发冲击扰动为工程背景，对巷道的破裂区演化规律进行了模拟分析。结果表明：应力波峰值和应力波延时与围岩破坏的关系密切，随着冲击荷载峰值的增加，岩石试样的极限强度和峰值应变也会随之不断提高，但是极限强度的增速会逐渐放缓，岩石试样从下向上在内部逐渐形成“V”形剪切面，导致整体破坏；在荷载延时方面，随着荷载延时的增加，岩石的极限强度有增加的趋势，峰值应变影响较小，岩石试样的破坏呈现出从上向下的发育模式；随着应力波峰值的增大，巷道周边的拉伸破裂区范围和压剪破裂带范围不断增加；随着应力波延时的增加，拉伸破裂区范围逐渐减小，压剪破裂带范围逐渐增加。
2025年11期 v.56;No.617 100-109页 [查看摘要][在线阅读][下载 2514K] [下载次数：235 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：29 ] - 岳阳;阳元中;马斌;郭敬中;
为研究弱胶结软岩巷道顶板在顶板水影响下的裂隙发育特征，以西部某矿110301掘进工作面为背景，采用雷达探测，实测分析了顶板裂隙发育情况；在此基础上开展试验，分析了顶板岩体的吸水性、水弱化强度与损伤，并通过数值模拟进行了裂隙发育过程反演。结果表明：顶板覆岩垂向裂隙发育高度可达10.5 m，且裂隙集中在浅部2 m范围内；顶板岩体力学参数与含水率均呈负相关关系，且岩体在低含水率下对应的声发射振铃数较活跃，含水率增大致使多数声发射信号缺失，声发射累计振铃数随含水率呈增多—减少—增多的趋势；顶板垂直位移随岩体含水率增大呈变加速变化，含水率低时的垂向深部岩体阻止了浅部裂隙向上发育，抑制了变形；当含水率逐渐增大并趋于饱和时，岩体塑性发育转为流变，垂向裂隙急增、变形加剧，从而导致顶板失稳。
2025年11期 v.56;No.617 110-119页 [查看摘要][在线阅读][下载 2557K] [下载次数：53 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：30 ] - 惠凡光;徐传杰;张世国;周宝龙;王明亮;李彬;
针对深部复杂条件巷道顶板强度低、易变形、破碎范围大等特点，研发了新型锚索箱梁高强支护系统（RFPAA系统），该支护系统在单位用钢量下的极限承载力是槽钢梁的1.5倍，可实现50 mm的让压变形量，具有高承载性能、定量让压与护表能力强等特点。通过理论分析与数值模拟研究了锚索箱梁支护系统承载性能的影响机制。结果表明：箱型支护梁的腹板高度对承载性能影响程度最为显著，上下翼缘宽度的影响程度较低，腹板间距无影响。通过多变量综合评价方法对锚索箱梁设计参数进行优化，结合综合评价指标比选得到最优支护设计方案，在此基础上，以东滩煤矿为工程背景开展现场试验，现场试验段巷道顶板最大沉降量为22 cm，验证了锚索箱梁支护系统的有效性。
2025年11期 v.56;No.617 120-129页 [查看摘要][在线阅读][下载 2436K] [下载次数：20 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：30 ] - 刘晓飞;薛宗建;姚林林;邹明俊;
含水层小面积预注浆是井筒开挖时常用的方法，明确浆液扩散规律是确定浆液扩散范围、制定注浆方案的基础。建立了考虑流固耦合作用的单一裂隙不同类型注浆模型，分析了注浆压力、浆液密度、裂隙开度等原因对浆液扩散和裂隙变形的影响，并运用岩体裂隙注浆试验系统进行光滑单裂隙和粗糙单裂隙的注浆浆液扩散试验。研究结果表明：距离注浆孔越远，同周期内的浆液扩散半径越小，即浆液扩散速度越慢；浆液扩散到一定距离时，不同注浆速度下的浆液压力均下降到同一压力处，增加注浆孔数量比增大注浆速度更加有效；裂隙粗糙度越大，在裂隙长度方向上的浆液量越少，从而所需的浆液总量越少，即注浆时间越短。
2025年11期 v.56;No.617 130-139页 [查看摘要][在线阅读][下载 2039K] [下载次数：265 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：9 ] - 李孟卓;袁瑞甫;李辉;李叶欣;
静态破碎剂（SCA）具有安全性好、无有害气体、无震动等优点，广泛应用于矿山或地下工程的岩石破碎工程。针对山西焦煤某矿车场巷道扩帮工程和环境条件，选择适宜型号静态破碎剂，采用实验室试验、数值模拟和现场工程试验相结合的方法，测试了巷道围岩的力学参数以及SCA的膨胀性能，研究了多排钻孔条件下SCA对巷帮岩石的致裂规律，得到了合理的致裂钻孔参数及排间距分布，提出了静态破碎剂注浆法施工工艺。结果表明：孔间距越小，SCA致裂效果越好，致裂所需时间越短；在保证致裂效果的前提下，还应结合生产班组8 h轮班制的施工方案，建议采用300 mm钻孔排间距布置；数值模拟分析得到了多排钻孔致裂过程的应力分布及裂隙扩展规律。研究成果表明，多排钻孔SCA致裂能够安全高效处理煤岩巷扩帮、起底、挑顶等自由面的致裂工程。
2025年11期 v.56;No.617 140-149页 [查看摘要][在线阅读][下载 2614K] [下载次数：58 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：28 ] - 李金典;
蒙东地区软岩边坡露天煤矿滑坡具有多极性及旋转性特征，为探明滑坡形成机制及变形机理，以蒙东地区某多级旋转滑坡为研究对象，基于研究区多级旋转滑坡的基本特征分析，通过室内岩土物理力学特性试验探讨软岩力学性质在不同含水率下的变化规律；结合全球导航卫星系统（GNSS）边坡监测数据及滑坡应力状态，分析滑体不同位置的运动特征、滑体自身的运移规律、滑坡各个阶段的运移状态，以及滑坡体各个位置的应力作用方式；通过边坡稳定性验算，分析边坡沿其他弱层位置滑动下的稳定性及边坡沿不同深度弱层滑动的稳定状态，推测滑坡的后期形变趋势；基于数值模拟方法，建立1 500 m×1 000 m×360 m的三维边坡模型，通过分析边坡变形过程中位移和等效塑性应变变化，揭示多级旋转滑坡的失稳模式。结果表明：边坡软岩受地下水影响较大，滑坡形成受软岩弱层控制，是岩土体渐进性形变的主要因素；滑坡整体具有向南侧及向深部扩展的趋势，整个滑坡形变过程可以划分为滑坡孕育及弱层活化、滑坡蠕滑及加速失稳、滑坡扩展及主滑面形成、滑坡多级扩展失稳4个阶段。
2025年11期 v.56;No.617 150-156页 [查看摘要][在线阅读][下载 2741K] [下载次数：54 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：30 ]
- 李延富;苏成杰;
随着煤矿智能化进程加速发展，煤矿设备故障诊断的精度与实时性愈发关键，在保障生产效率、人员安全方面发挥着重要作用。然而，在实际的故障诊断作业中，可能因为数据缺失、数据异常、网络传输等多种问题影响故障诊断的实时性和准确性。因此，为了满足煤矿设备故障信号异构和实时状态反馈的需求，提出了一种云边协同的煤矿设备智能故障诊断方法，结合云端更强大的计算能力和边缘端的近距离传输，提供了更高效、更准确的故障诊断解决方案。在边缘端对煤矿设备监测数据进行预处理，借助随机森林、孤立森林、变换域滤波等算法，去除数据中的噪声、填补缺失值、识别异常值，确保数据的完整性和准确性；完成预处理后，将数据发送至云端，云端接收到数据后，进一步开展普适性故障诊断模型的训练。首先通过卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)自动提取数据中的局部特征，然后利用双向门控循环单元(Bi-directional Gated Recurrent Unit,BiGRU)学习数据的时序依赖关系，并结合卷积块注意力机制(Convolutional Block Attention Module,CBAM)对不同特征进行权重分配，以提升模型的诊断性能。云端完成复杂模型的训练后，将训练好的模型参数及时发送至边缘端，边缘端根据接收到的参数，更新轻量级学习模型ShuffleNet V2的参数，进而实现对煤矿设备的实时故障诊断。仿真试验验证了所提方法的有效性，边缘端实时故障诊断准确率可以提高至99.7%，能够有效保障煤矿生产的安全与高效运行。
2025年11期 v.56;No.617 186-192页 [查看摘要][在线阅读][下载 1797K] [下载次数：54 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：8 ] - 秦海初;姚兴;李超;王星;魏东;
无轨胶轮车以其卓越的适应性、灵活性、高效性逐渐成为现代煤矿辅助运输中的核心组成部分。煤矿井下辅助运输沿线光照条件差、场景信息复杂，导致无轨胶轮车事故频发，严重威胁辅助运输沿线作业人员的生命安全。针对煤矿井下辅助运输沿线无轨胶轮车运行前方侵入人员的可靠识别问题，提出了基于红外/可见光双模态融合技术的辅助运输沿线人员可靠识别方法，构建了基于多尺度特征交互模块红外/可见光双模融合网络，采用多级同尺度融合与跨尺度融合相结合的方式，设计了基于窗口多头自注意机制和基于滑动窗口多头自注意机制，有效保留了红外图像与可见光图像的结构细节特征。仿真结果表明：在处理红外/可见光融合方面，所提双模融合网络在峰值信噪比、结构特征相似指数、均方误差、相关度指标均高于Dif-Fusion、SwinFusion 2种常用图像融合网络；优化了YOLOv8目标识别网络后处理方式，采用DIoUNMS结构提升了目标定位的精度，并降低了算法漏检率，实现了辅助运输巷道作业人员的可靠识别。此外，基于煤矿井下场景实拍图像并在基础上进行处理扩展，建成了面向煤矿井下辅助运输沿线人员检测任务的有效数据集。中煤华晋集团有限公司王家岭矿开展的工业性试验结果表明：所构建的无轨胶轮车运行前方侵入人员可靠识别方法的人员检测精确率可达97.58%，召回率可达98.54%。
2025年11期 v.56;No.617 193-200页 [查看摘要][在线阅读][下载 2029K] [下载次数：84 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：7 ] - 胡青松;钟惠;成元勋;王柳笛;李世银;
在矿井事故救援中，井下环境极为复杂，如巷道、岩石等物体的阻挡，加上物理空间的变化以及高浓度有害气体的存在，会导致超宽带（UWB）信号衰减、反射、折射并形成多条传播路径，这些因素使得非视距和多径效应十分明显，进而严重影响定位精度。针对上述问题，提出了基于先验数据驱动的高斯混合模型与加速度协同自适应的扩展卡尔曼滤波算法（PGA-AEKF）。首先，利用赤池信息准则和贝叶斯信息准则确定高斯混合分布的数量，借助粒子群和模拟退火算法去优化期望最大化算法，确定各分布参数，使用改进后的高斯混合模型拟合采集的时延先验数据分布；然后，根据几何方法得到场景的实时非视距概率值，进一步结合行人或车辆运动加速度异常判断的结果共同生成自适应因子；最后，使用自适应因子调整噪声协方差矩阵的大小来提高定位精度。为验证算法性能，在云龙山隧道及地下空间烟雾环境中进行了轨迹跟踪试验。试验结果表明：在隧道场景中提出的PGA-AEKF算法相比纯惯性测量单元算法、最小二乘法、扩展卡尔曼滤波算法，平均误差分别降低了86.67%、69.23%、38.46%；在烟雾场景下，与上述算法相比，平均误差分别降低了83.78%、60.00%、25.00%。研究表明，PGA-AEKF算法在复杂矿井事故救援场景下能够有效应对非视距干扰，抑制噪声和误差。
2025年11期 v.56;No.617 201-210页 [查看摘要][在线阅读][下载 2475K] [下载次数：20 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：29 ] - 郝秦霞;甄浩龙;
井下矿工的不安全行为是引发矿山安全事故的主要因素之一，实时、准确地识别并预警此类行为对于提升矿井安全管理水平具有重要意义。随着人工智能（AI）视觉技术的快速发展，其在矿工不安全行为识别中的应用受到了广泛关注，并展现出了显著的技术优势。为了系统地梳理该领域的研究进展，探讨AI视觉技术在矿山安全管理中的应用现状及挑战，对相关研究进行了系统性综述：结合矿工不安全行为的特点，将其划分为静态行为和动态行为，以分析不同行为类型的识别方法及其适用性；重点介绍AI视觉技术在行为识别中的关键技术流程，包括数据获取、目标检测、行为识别及分类，并总结现有研究的主要方法及技术创新；此外，展示了不同算法在实际场景中的表现。研究表明，AI视觉技术在矿工不安全行为识别方面取得了重要进展，能够有效提高矿山安全监管能力，但仍面临一些挑战：矿井环境中的光照变化、粉尘干扰、目标遮挡等复杂因素仍对识别精度产生较大影响，导致现有的方法存在一定局限；另一方面，数据资源的缺乏也成为制约技术发展的重要因素，当前可用的矿工不安全行为数据集规模有限，难以覆盖多种行为类型和复杂场景，影响了识别模型的训练效果及实际适用性；同时，尽管部分研究开始探索多模态信息融合，但该方向仍处于发展阶段，相关技术体系尚未成熟。未来研究应进一步提升AI视觉技术在复杂矿井环境下的适应性，优化算法结构以降低计算成本，加快构建高质量、多样化的矿工不安全行为数据集，以支撑更加精准和高效的行为识别；同时，多模态融合技术的发展有望进一步增强行为识别的鲁棒性，为矿山安全管理提供更加智能化的解决方案。
2025年11期 v.56;No.617 211-220页 [查看摘要][在线阅读][下载 2099K] [下载次数：174 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：28 ] - 姚精明;唐英豪;吴一鸣;
为了研究锚杆-泡沫铝联合支护冲击地压巷道的支护机制，对不同锚杆数量和泡沫铝厚度的8种锚杆-泡沫铝联合支护锚固体进行了单轴压缩试验，研究了不同支护参数下锚固体的力学特性及破坏机理。通过在单轴压缩过程中不同支护参数下锚固体声发射信号中提取与冲击地压有关的声发射特征值，研究了锚固体声发射特征值的演化规律以及与支护参数、试样力学参数、试样冲击倾向性参数的关联性。结果表明：泡沫铝能够提高锚固体的强度和韧性，提高系统弹性能耗散能力，减少系统内以机械能形式释放的弹性能，进而提高锚固体抵抗冲击破坏的能力；声发射振铃计数与能量演化呈现3阶段特征，其中缓慢上升阶段时长占比与泡沫铝厚度呈正相关关系，且破坏时未出现传统支护的“垂直式增长”现象，表明泡沫铝通过刚度强化和大变形吸能可有效抑制能量突变；建立了声发射参数与力学参数、支护参数、冲击倾向性参数的定量关系模型；声发射b值演化呈现3阶段特征，临近破坏时的b值大小与泡沫铝厚度呈线性正相关关系，当泡沫铝厚度为5、10、15、20 mm时，b值分别为0.069 07、0.081 15、0.089 67、0.100 25。
2025年11期 v.56;No.617 221-231页 [查看摘要][在线阅读][下载 2825K] [下载次数：60 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：29 ] - 党海波;李希腾;马海涛;于正兴;周艳峰;王鑫;李伟;党永辉;
通过系统梳理我国矿山事故分类，将矿山事故归纳为矿山井下事故和矿山地面事故2类，并深入分析其特点和规律。结合矿山救援的实际场景和战法特点，采用需求分析和配备原则探讨的方法，对矿山事故救援装备的配备体系进行了研究，研究对象为1个中队，每个中队由3个小队组成。首先，对矿山救援队伍的侦测搜寻、钻掘救援、破拆支护、矿井排水、灭火抢险5类装备的配备需求进行了详细分析，明确了各类装备在不同事故类型和救援场景下的具体功能：每个中队应配备三维激光扫描仪、雷达生命探测仪、音视频探测仪等侦测搜寻装备，以及矿山井下水平小口径钻机等钻掘救援装备；其次，探讨了矿山救援队伍先进适用装备配备的原则，包括部分装备按小队配备，部分装备按中队配备，部分装备结合实际需求配备，部分装备可选配等；再次，确定了装备优先级配备原则，提出了井下生命搜寻装备、井下钻掘救援装备、井下排水泵及管路、露天矿山侦测装备等重点配备方向；最后，从装备研发和装备配备2个维度，对矿山事故救援装备工作提出了建议，如加强井下侦察无人机、顶板位移监测装备、气囊式密闭装置、轻量化井下排水泵等技术装备研究，加强配备井下生命搜寻装备、井下钻掘救援装备以及边坡雷达、三维激光扫描仪等侦测装备等。
2025年11期 v.56;No.617 232-239页 [查看摘要][在线阅读][下载 1728K] [下载次数：83 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：29 ]