矿井大气与瓦斯防治

• 地面水平井不同层位压裂效果评价及气水产出特征分析

  李明强;叶春辉;曹腾飞;杨科;张寨男;刘文杰;

  为实现对地面水平井分段压裂效果的精细化评价，梳理了朱集东煤矿地面U1与U2水平井段钻井施工层位特征，从压裂施工规模、压裂施工曲线和测压降数据角度，对比分析了U1与U2井各段不同层位的压裂效果；基于微地震监测，从裂缝网络的平面和缝高参数、裂缝类型角度，分析了U1与U2井压裂效果的差异，初步形成压裂施工参数与微地震监测结果相结合的地面水平井压裂效果评价工程技术方法；最后，对比分析了U1与U2井煤层气排采效果。结果表明：U1井阶段总液量、阶段总砂量、每米液量、每米砂量均低于U2井；U1井压裂效果好的段数仅为8段，少于U2井的10段，整体以平稳型曲线为主；U1井测压降压力波动较U2井更大，U2井的压裂效果均较U1井更好；从不同层位压裂数据来看，U1井顶板、底板压裂液量均值较煤层压裂液量大，阶段砂量较少，但整体相差不大；U2井顶板、底板压裂液量、压裂砂量均低于煤层压裂；U1与U2井顶板、底板压裂平稳曲线均小于煤层压裂；U1井顶板、底板压裂测压降数据均大于煤层压裂，U2井则相反；煤层压裂的缝网打开效果较顶板、底板更好；压裂裂缝区域的平面参数离散型较大，而从裂缝缝高、裂缝类型角度可以较好地验证和评价压裂效果；现阶段的U1与U2井气水产出规律均存在返排阶段、上产阶段、稳产阶段，从各阶段和整体的气水产出规律来看，U2井的产气效果较U1井更好，与“U2井的压裂效果较U1井更好”相一致。

  2025年07期 v.56;No.613 1-11页 [查看摘要][在线阅读][下载 2607K]
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• 煤体CO₂与CH₄竞争吸附特征研究

  赵志鹏;肖钰哲;李红平;贾兵兵;邱黎明;申峰;宋大钊;李振雷;何生全;

  深入了解煤层中CO_2和CH_4的竞争吸附特性对实现CO_2稳定封存和CH_4高效回采具有重要意义。基于CO_2与CH_4竞争吸附试验系统，研究了不同条件下煤体CO_2与CH_4的竞争吸附特征。结果表明：单组分吸附时，CO_2吸附速率快于CH_4，煤体更快达到饱和吸附状态；在较大浓度梯度作用下，CH_4可逆向驱替出已吸附的CO_2，但驱替耗时大于CO_2驱替CH_4的过程；竞争吸附时，CO_2在煤体内的竞争吸附能力强于CH_4；以30℃为界，温度过低或过高会降低气体吸附速率；注气流速的增加使得气体总压强增大，促使竞争吸附过程缩短，当气体成分中优势吸附性气体占比低于弱势吸附性气体时，其竞争吸附过程会受到抑制，反之则会促进该过程更快完成。

  2025年07期 v.56;No.613 12-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 2153K]
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• 温度对煤体内水分自发渗吸规律的影响研究

  张驰;陈德任;闫梦;马衍坤;

  煤层中的温度升高，煤体孔隙结构会发生改变，会直接影响水分在煤体内的渗吸运移特征。考虑深部煤层所处的赋存温度环境，借助核磁共振测试仪器，开展了煤体在不同温度下的水分自发渗吸试验，定量分析了微观孔隙结构动态渗吸规律。结果表明：在较高温度条件（55℃和65℃）下，孔隙半径在0.001～0.1μm范围内时，煤体孔隙体积显著增加，而孔隙半径在0.16～1.60μm范围内时，孔隙体积则明显降低；温度升高会导致煤基质膨胀、孔径减小，使吸附孔数量明显增加，渗吸平衡时间增加；随着温度的升高，吸附孔、渗流孔和裂隙的分形维数分别呈现先减小后增加、持续增加以及先增加后减小的趋势；在整个渗吸过程中，吸附孔占据主导地位，渗流孔的吸水速率随着温度的升高而逐渐减小；渗吸距离在时间尺度上呈现多斜率特征，随着温度的升高，渗吸距离的变化速率均呈先增加后减少的趋势。

  2025年07期 v.56;No.613 20-26页 [查看摘要][在线阅读][下载 2616K]
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• 基于三端元图版的复杂构造区煤体结构识别方法

  邹江海;向刚;付银兰;杨永宇;赵恒仪;郑建;

  贵州省煤层气资源量十分丰富，且主要赋存在二叠系上统龙潭组煤层中。不同的煤体结构是煤储层的渗透率、孔隙度、可压性、含气量等参数的重要影响因素，同时与后期的压裂施工选层、产气量大小密切相关，因此随着贵州省省内煤层气勘探开发的不断深入，煤体结构的定量判识越来越受到重视。为解决常规排采井煤体结构识别困难问题，根据不同煤体结构的测井响应特征，提出基于三端元图版的煤体结构定量识别方法，建立了研究区煤体结构三端元识别图版。研究结果表明：随着破碎程度的增强，原生结构煤、碎裂煤、构造煤总体表现为补偿密度、电阻率依次减小，补偿声波、补偿中子、自然伽马等逐渐增大；当选取补偿密度、电阻率、自然伽马测井曲线数据作为三端元图版的3个端点时，不同煤体结构类型在三端元图版上有很好地区分。与岩心识别和成像测井识别结果对比分析表明，三端元图版可有效提高煤体结构识别的准确性。

  2025年07期 v.56;No.613 27-36页 [查看摘要][在线阅读][下载 2647K]
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• 磁化荷电液滴碰撞浸润微细煤尘的影响因素研究

  张宏杰;赵俞名;武杰忠;葛少成;

  磁化荷电技术作为一种新型耦合增效降尘技术，可有效改善传统湿式水雾捕集微细、难浸润煤尘效率不佳的问题。采用理论分析与试验相结合的方法，对磁化荷电液滴碰撞疏水性无烟煤尘颗粒的润湿效果及动力学行为开展研究，并确定了最佳碰撞粒径比与初始速度。结果表明：普通液滴因其表面张力和黏度较大，在与强疏水性煤尘颗粒碰撞过程中，铺展范围小、速度慢，呈现完全反弹的现象；磁化荷电作用通过降低表面张力和黏性有效抑制了液滴撞击煤尘的反弹现象，低速下在煤尘颗粒表面形成薄前驱体薄膜，从而使润湿面积增大，液滴粒径减半更易破碎，加快了液滴铺展速度和包覆范围；相较于纯水，磁化荷电液滴浸润捕捉煤尘颗粒具备显著的优越性，利于喷雾降尘凝并呼吸性粉尘；低速下磁化荷电液滴与煤尘易发生偏心碰撞，部分液滴不参与撞击使流场强度峰值交错，液滴进入松弛态时间长、有效包覆面积小、瞬时润湿速率和效果变差，因此液-尘粒径比不宜小于0.8；当碰撞速度达到4.31 m/s，液膜中心高度系数迅速下降至稳定，同一无量纲时间下，液膜中心高度系数最小值与碰撞速度成反比；当磁化荷电液滴粒径比为0.8、速度为4.31 m/s时，对总粉尘、呼吸性粉尘沉降效果显著，降尘效率可达95%以上。

  2025年07期 v.56;No.613 37-46页 [查看摘要][在线阅读][下载 2171K]
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矿井通风与火灾防治

• 粉煤灰直接湿法矿化封存CO₂机制及关键影响因素优化研究

  王胜涛;唐佳旭;杨宁;王青祥;王石林;曹旭强;张新泉;宋小林;马驰骋;

  为了提升粉煤灰的CO_2封存效率，促进粉煤灰在CO_2矿化封存与防灭火工程的资源化利用，对粉煤灰矿化反应条件及添加剂配比进行了优化研究。采用直接湿法矿化技术，构建了气-液-固三相反应体系，通过正交试验设计系统考察水灰比、反应时间、气体流量对矿化效率的影响，并通过极差分析与方差分析确定主次因素及最优参数组合，进而评估不同条件对矿化性能的影响程度及主次顺序；引入Na_2CO_3、NaCl、NaOH、NaHCO_3等添加剂（浓度0.5 mol/L），通过单因素试验筛选最优配方；矿化产物的物相组成与微观形貌通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）表征，结合热重分析（TGA）定量评估CO_2封存量；灭火性能试验通过模拟煤堆自燃场景，监测温度及CO体积分数变化，验证材料的实际灭火效果。结果表明：矿化条件优化方面，水灰比4∶1、反应时间45 min、气体流量150 mL/min时，CO_2封存量达57.75 kg/t，显著优于其他组合；添加剂优选试验中，0.5 mol/L Na_2CO_3效果最佳，其通过提高液相CO_3~(2-)浓度并维持碱性环境，促进CaCO_3生成；而NaCl因增加CaCO_3溶解度抑制沉淀，NaOH因强碱性环境导致方解石晶粒尺寸减小，均降低矿化效率；XRD与SEM表征证实，矿化后粉煤灰中波特兰石（Ca(OH)_2）与生石灰（CaO）衍射峰消失，方解石（CaCO_3）峰显著增强；微观形貌显示，原样多孔结构表面附着致密球状CaCO_3颗粒，验证了CO_2矿化路径的可行性；粉煤灰基材料在灭火试验中通过覆盖层阻隔氧气、水分蒸发吸热及渗透降温协同作用，使得煤堆上、中、下部温度在600 s内降至120℃以下，CO体积分数在180 s后稳定在30×10~(-6)以下。

  2025年07期 v.56;No.613 47-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 2589K]
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• 不同煤阶煤中芳香晶格条纹特征研究

  赵国飞;梁晓敏;

  系统了解煤化过程中芳香晶格条纹特征及演化规律有利于煤炭资源的安全回采及高值化利用。为了了解煤化过程中微晶结构的演化规律，通过Digital Micrograph软件和Image J软件对高分辨率透射电镜（HRTEM）的原始图像进行降噪、二值化和骨架化处理，并利用ArcGIS软件提取图像中的芳香晶格条纹，分别对低、中、高阶煤中芳香晶格条纹的形态、长度、角度及堆垛进行定量分析。结果表明：不同煤阶煤样中芳香晶格条纹边缘基本为弯曲形态且具有短程有序、长程无序的特点；随着煤阶的提高，煤结构中芳香晶格条纹数量减少，条纹排列有序程度和紧密程度增加；3种煤样中短条纹最多，长条纹最少，芳香晶格条纹数量随条纹长度的增加而减少，由1～3个芳环组成碳原子数在13以内的多环芳香烃层片比重最大；芳香晶格条纹数量随其长度的增加而减少，长条纹比重与煤阶呈正相关关系，短条纹比重与煤阶呈负相关关系，芳香晶格条纹的平均长度随煤阶的增加而增加；条纹取向度在高阶煤中最高，中阶煤中的脂肪烃结构可能导致其条纹取向度小于低阶煤；芳香晶格条纹总体有序度随煤阶的增加而增加；芳香晶格条纹堆垛的数量随其堆垛层数的增加而减少，形成条纹堆垛的数量随煤阶的增加而增加；小分子化合物的脱除及芳环缩合作用的变化导致煤微晶结构从低阶至高阶的不断变化。

  2025年07期 v.56;No.613 57-65页 [查看摘要][在线阅读][下载 2510K]
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• 巴拉素长距离掘进工作面供风量衰减规律研究

  陈辰;赵平平;闫振国;王文忠;奚岱庸;王廷胜;张龙成;

  在长距离通风领域，风筒供风量衰减规律对于局部通风系统的风量调控与节能降耗具有重要意义。为了提升巴拉素煤矿2201长距离运输掘进巷道的局部通风效率，减少风筒漏风带来的安全隐患和能耗，针对长距离风筒的漏风问题开展研究。基于流体动力学与非线性渗流理论建立了风筒等效漏风面积计算模型，以风机风压、掘进长度、入口风量为边界条件，采用Fluent软件进行长距离风筒漏风数值模拟，开展工作面供风能力预测并给出不同掘进长度时的局部通风机供风方案。研究结果表明：基于风筒等效漏风理论的现状模拟效果较好，当掘进长度为2 000～3 000 m时，风筒单元长度设置为400 m，等效漏风口面积设置为0.003 768 m~2，风筒出风量模拟误差均在0.4%以下，风压模拟误差均在5.8%以下；当局部通风机供风量一定时，风筒内风压与运移风量分别随掘进长度的增加呈线性与超线性衰减关系，风筒漏风处内外压力差与漏风量成二次函数关系，百米漏风率随风筒长度的增加呈现负指数增大趋势。基于研究结果，不同掘进长度下的风机供风量调整方案为：当掘进长度为3 000～5 000 m时，风机功率不变，保持供风量650 m~3/min即可；当掘进长度为5 000～5 500 m时，需要增大风机供风量至700 m~3/min；当掘进长度为5 500～6 000 m时，需要再次增大风机供风量至900 m~3/min。

  2025年07期 v.56;No.613 66-76页 [查看摘要][在线阅读][下载 2365K]
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• 高地温水浸风干煤样自然发火特性研究

  李鑫;

  陇东矿区深部开采矿井受高地温、高涌水环境的影响，采空区遗煤物理化学特征发生改变，进而影响其自然发火特性。为研究高温条件水浸风干作用下的遗煤氧化自燃特性及其影响机理，应用红外光谱分析试验、微量热试验、低场核磁共振试验及分子动力学模拟试验探究了煤体活性基团的种类及含量、各氧化阶段放热强度、煤体微观孔隙结构及氧气扩散系数的特征及变化规律。结果表明：高温条件水浸风干煤样中的-CH_3/-CH_2-、-CH_3、-CH_2-、-C=O、-COOH、取代苯及-C=C-的含量均高于原始煤样，含氧官能团侧链及脂肪烃作为煤分子结构中的关键活性基团，其含量与煤氧化自热能力呈正相关关系；煤样由缓慢氧化阶段逐渐过渡至激烈氧化初期阶段的进程中，高温条件水浸风干煤样的峰值放热强度为509 mW，原始煤样的峰值放热强度为398 mW，前者比后者高出27.9%，煤样放热速率的拐点处二者放热强度分别为338、268 mW，前者比后者高出26.1%，高温水浸风干作用后的煤体氧化放热强度及增长率均有明显提升；煤体表面氧气扩散系数与孔径的增大呈同步递增趋势，氧气扩散系数由孔径1 nm情况下的1.89×10~(-8) m~2/s递增至6 nm情况下的17.13×10~(-8) m~2/s，微观孔隙发育提升了环境中氧气扩散与输送能力。

  2025年07期 v.56;No.613 77-86页 [查看摘要][在线阅读][下载 2211K]
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矿山压力与岩层控制

• 鄂尔多斯矿区冲击地压致灾机制及动力显现防治

  吴震;高恒;樊兆峰;呼天亮;王小虎;王学刚;姚金鹏;

  我国煤炭开采布局逐渐向西部优化，开采深度不断向深部延伸，冲击地压灾害日趋严重。为实现鄂尔多斯矿区冲击地压有效防治，首要任务是厘清其冲击地压致灾主控因素。在鄂尔多斯矿区28座埋深超400 m的煤矿调研基础上，归纳了鄂尔多斯矿区导致冲击地压发生的主控因素：4类地质主控因素为开采深度、煤层厚度、煤岩冲击倾向性、顶板岩层结构，2类工程主控因素为煤柱留设和回采速度，并对各主控因素影响冲击地压发生的力学机制进行了分析。在地质主控因素方面，开采深度增大导致煤岩应力增大；煤层厚度与冲击地压发生可能性呈现正相关关系；煤岩冲击倾向性是衡量冲击显现过程煤岩自身能量积聚与释放能力的内在因素；坚硬厚悬顶结构会导致超前应力集中程度增大，顶板断裂释放大量动能形成动载作用于巷道围岩诱发冲击地压。在工程主控因素方面，煤柱留设宽度不合理产生应力集中与能量积聚是造成回采巷道冲击的重要因素；开采速度过大造成悬顶长度增加与应力集中程度增大，导致顶板断裂时释放更多动能。在此基础上，对红庆河煤矿、门克庆煤矿、纳林河煤矿及石拉乌素煤矿开采期间动力显现进行对比分析，并提出了冲击地压区域与局部协同防治思路与建议。

  2025年07期 v.56;No.613 87-97页 [查看摘要][在线阅读][下载 2316K]
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• 饱水-循环应力耦合作用下煤样波速与力学特性演化机制

  李杰;

  深部煤矿开采中，水-力耦合作用对煤体力学特性的影响是诱发动力灾害的关键因素。为揭示饱水与循环应力扰动下煤体的损伤演化规律，通过超声波测试、常规三轴压缩试验、CT扫描技术，研究了自然煤样（A组）、饱水煤样（B组）、循环扰动煤样（C组）的波速、变形、强度与破坏特征。结果表明：饱水作用通过填充孔隙降低声波散射，使纵波波速提升18.2%(B组)，但循环应力扰动引发微裂隙扩展与“水-裂隙耦合效应”，导致C组波速较自然组下降4.44%；水-力耦合作用显著改变煤体变形机制，饱水缩短压密阶段并弱化屈服强度（B组弹性模量下降），而循环扰动诱导峰后应力阶梯式下降及残余强度提升，其能量耗散特性与“自支撑裂缝”机制相似；饱水与循环扰动均劣化煤体强度，饱水组（降幅28.0%）和循环扰动组（降幅33.0%）峰值强度显著低于自然组，但循环扰动试样围压敏感性最强（强度随围压增幅达174.8%），表明损伤煤体可通过围压约束恢复部分承载能力；水-力耦合作用的煤体破坏模式不同，造成饱水煤样以剪切破坏为主，循环扰动煤样则形成多向破裂带及横向膨胀，其损伤累积由“水楔效应”和疲劳裂纹扩展主导，围压卸载后剪切-拉伸复合破坏加剧。

  2025年07期 v.56;No.613 98-106页 [查看摘要][在线阅读][下载 1979K]
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• 地下水渗流作用下多圈管冻结温度场形成规律与机制

  荣传新;张润泽;龙伟;黄诗清;冯吉昊;

  为了研究地下水渗流作用下的深厚冲积层人工地层冻结温度场的形成规律与冻结壁形成机制，以临涣矿中央风井冻结法施工为工程背景，利用现场实测数据，分析了现场的不同层位、土性下冻结温度场的时空演化规律；并用该数据验证了基于现场冻结孔实际成孔位置构建的埋深228 m砂层在地下水渗流作用下水热耦合数值计算模型的合理性；基于此模型，探究了地下水渗流对冻结温度场形成规律与发展机制的影响。结果显示：在多圈管冻结进程中，圈径内部土体受冷量叠加影响，降温快于外部土体，冻结相变阶段表现更明显；双圈管冻结土体主面温度呈“马鞍形”、界面温度呈“抛物线形”分布，主面温度下降速度比界面更快；不同的地下水渗流速度对冻结壁交圈时间与交圈模式有着较大影响，交圈时间可用“双阶段反应函数”进行拟合，区分双阶段的地下水界限流速为21 m/d；地下水渗流速度由0 m/d增加至40 m/d时，上游和侧翼冻结壁厚度分别减小25.06%和16.41%，下游冻结壁厚度增大59.29%；地下水流速加大会加剧冻结壁温度场的非对称性发展与分布，诱导冻结壁产生非对称性的“不良发育”。

  2025年07期 v.56;No.613 107-122页 [查看摘要][在线阅读][下载 2928K]
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• 粗径锚索分区旋搅-扩径一体化增效锚固方法及应用

  詹平;贾后省;

  随着煤矿开采深度的不断增加，松软巷道在采动影响下容易发生较大范围的围岩变形，导致巷道锚固支护系统频繁失效。以司马煤矿3~#煤层1302工作面运输巷为工程背景，系统分析树脂锚索锚固系统在围岩控制中失效的原因；通过研究树脂锚索锚固系统的结构，发现树脂锚固剂包装袋碎片大小、锚固药体的混合与反应以及锚固药体的密实度对锚固药体、锚索和锚固孔壁三者之间黏结能力有较大影响，而黏结失效是引起树脂锚索锚固系统失效的重要因素。为有效破坏树脂锚固剂包装袋、提升锚索搅拌树脂锚固剂的质量、提高锚固药体的密实度，以φ21.6 mm的粗径锚索为研究对象，提出了分区旋搅-扩径一体化增效锚固方法，研发了一种便于安装的锚固增效结构，旨在有效增强树脂锚索锚固系统的锚固效果。通过实验室试验和现场试验相结合的综合研究方法，系统验证了该增效锚固技术对锚固系统质量的提升具有促进作用。实验室试验结果表明：在该锚索增效锚固方法的增效作用下，锚固剂包装袋被切削成小碎片，使得树脂胶泥和固化剂得到了充分混合、反应，锚固药体的密实度得到了提高，树脂锚索锚固系统锚固质量大幅提升。现场试验结果表明：在锚索施工时配合使用该增效锚固方法，可使锚索锚固失效现象大幅减少，松软巷道围岩变形得到有效的控制。

  2025年07期 v.56;No.613 123-131页 [查看摘要][在线阅读][下载 2271K]
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• 不同影响期迎采巷道应力演化及分段控制研究

  沈玉旭;郭俊庆;王成帅;王恒;

  针对迎采对掘巷道采动影响剧烈、巷道应力环境复杂、围岩难以控制的问题，以旺岭煤矿090211回风巷道为研究对象，采用理论分析、数值模拟以及现场监测的研究手段，对迎采对掘条件下掘进巷道与回采工作面所处不同时空位置关系下巷道的应力演化规律进行研究，提出了迎采对掘全过程不同影响时期巷道的分段动态联合支护方式，并进行现场监测。结果表明：根据回采工作面与掘进巷道的相对位置关系，将迎采对掘巷道的应力演化过程划分为应力平稳、应力非稳定、应力降低3个典型阶段；应力平稳阶段，作用范围为超前工作面50 m以外，巷道垂直应力分布曲线呈对称双峰状，应力分布范围为11.8～13.5 MPa；应力非稳定增长阶段，作用范围为超前工作面50 m至滞后工作面100 m内，巷道垂直应力双峰曲线由对称向非对称转变，工作面侧煤柱最大支承应力为27.1 MPa，较上阶段应力增幅高达67.3%；应力降低阶段，作用范围为滞后工作面100 m之外，回采对巷道影响逐渐减弱，峰值应力逐渐降低；迎采对掘期间巷道超前工作面50 m到滞后工作面100 m为停掘区域，分段联合支护较原支护有效控制了巷道围岩的变形，顶底板及两帮的移近量减少了34%～38%，为迎采对掘条件下巷道的围岩控制提供了一种可行途径。

  2025年07期 v.56;No.613 132-140页 [查看摘要][在线阅读][下载 2182K]
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• 松散岩溶陷落柱发育特征及其对煤岩煤质的改造作用

  刘和平;吕帅锋;杨晓;陈冲;熊章凯;马帅;

  岩溶陷落柱是华北地区众多煤田的主要隐蔽致灾地质因素之一，尤其是柱体的松软破碎给矿井陷落柱的探查、防治和安全生产工作带来巨大挑战。以霍西煤田新良友井田为例，通过现场调查、资料统计、样品镜下鉴定、工业分析、扫描电镜分析等手段，揭示了岩溶陷落柱的贯穿关系、分布规律、内部组构特征，并发现了陷落柱对边缘煤层的改造作用。研究表明：井田已揭露的多数陷落柱平面上呈椭圆形，轴长小于30 m；下组煤中陷落柱数量远多于上组煤，且贯穿的陷落柱均是以群簇形式分布；由于煤层埋深小、地层压实作用弱且煤层和顶板岩层力学性质差异大，陷落柱在剖面上呈不规则漏斗形，柱体内部胶结极弱，多为破碎的泥岩夹杂砂岩岩块松散堆积；受陷落柱发育的影响，柱体向外依次为破碎带、风氧化带、过渡带、正常煤层带，陷落柱对煤岩煤质的改造范围在5～10 m以内；从柱体向外，风氧化煤无机矿物含量和灰分产率依次降低，且风氧化煤中含有大量含硅铝质的黏土矿物；作为陷落柱外围的标志岩性，风氧化煤的出露能够为陷落柱近距离超前探测提供新的指示。

  2025年07期 v.56;No.613 141-152页 [查看摘要][在线阅读][下载 2586K]
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• 采动应力路径下裂隙砂岩细观力学特性和能量演化特征

  李雪峰;潘超;曹俊才;严林;韩腾飞;洪旭;

  为了探究裂隙岩体在采动应力路径下的变形破坏特征和能量演化的差异，利用PFC数值模拟对不同裂隙长度和角度的砂岩试样进行了三轴加卸载试验；通过试样的破坏模式来分析试样破坏的原因，通过能量释放系数k来表征储能和耗散之间的转化关系。结果表明：随着裂隙长度的增加，砂岩的峰值强度、弹性模量降低；随着裂隙角度的增加，砂岩的峰值强度、弹性模量先减小后增大；试样破坏产生共面剪切裂纹、抗剪切裂纹、拉伸裂纹、远场拉伸裂纹4种裂纹，剪切裂纹从预制裂隙尖端向端部扩展是试样破坏的主要原因，剪切裂纹与裂隙长度呈现共面-非共面-共面的演化趋势，而与裂隙角度呈现共面-非共面的演化趋势；预制裂隙对周围位移场的影响随裂隙长度的增大而增大，随裂隙角度的增加呈现先增后减的变化；能量释放系数k呈现下降-上升-下降-平稳下降的变化趋势，岩石的破坏强度可通过基于能量演化的峰值应力处的能量系数k_c进行评价。

  2025年07期 v.56;No.613 153-162页 [查看摘要][在线阅读][下载 3023K]
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矿井地质与水害防治

• 基于改进脆弱性指数法的采前煤层底板突水风险评价

  吴雪菲;

  煤层底板突水是煤矿生产的重大安全隐患之一。综合防控过程中，底板突水风险评价是防控地质工程决策与开展关键过程的重要参考依据。由于传统脆弱性指数法侧重不同隐蔽致灾地质因素，导致其产生可信度差异大、评价结果趋重的缺陷，因此提出了基于DS证据理论的脆弱性指数法采前底板突水风险评价方法。该方法以回采工作面地质构造探测结果与底板突水主控因素为研究对象，首先采用DS证据理论Dempster合成规则，对不同探测方法下获取的回采工作面采前导水地质构造解释可信度进行量化，将量化后得到的DS融合值作为脆弱性指数系数，进而使用层次分析法计算回采工作面采前底板突水主控因素权重；最后根据底板突水主控因素权重及导水地质构造解释可信度，计算各主控因素进行复合叠加脆弱性指数。在鄂尔多斯某矿61304工作面防治水实践过程中，以奥灰含水层富水性、奥灰含水层水压、陷落柱边界及断层线分布图等7种底板突水主控因素为例，获取各主控因素权重，将各主控因素权重进行归一化处理后，采用加权求和获取61304工作面采前底板突水脆弱性分区图，并对底板突水风险进行评价。后期安全回采过程证明了DS证据理论的脆弱性指数法的科学性与可行性，对矿井回采工作面采前底板突水的预防具有一定的现实意义。

  2025年07期 v.56;No.613 163-174页 [查看摘要][在线阅读][下载 3764K]
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• 彬长矿区煤层采动导水裂隙带高度RF-BP模型预测对比研究

  姬亚东;刘譞;朱开鹏;赵春虎;李凯;袁晨瀚;李盼盼;闫鹏珍;

  西部黄陇侏罗系煤田煤层赋存条件一般较厚，其中彬长矿区煤层厚度平均大于5 m，最厚可达14 m，且常采用综放开采工艺，造成煤层顶板导水裂隙带发育厚度大且发育规律不明，矿井涌水量居高不下，严重影响矿区安全生产。为研究彬长矿区煤矿工作面开采扰动覆岩而导致的煤层顶板导水裂隙带发育高度，优选了煤层开采厚度、煤层埋深、顶板覆岩岩性、顶板构造特征、开采速度、工作面长度、采煤工艺等7个影响因素，通过AHP层次分析法分别计算出了上述各影响因素的权重，发现煤层开采厚度、工作面长度2个影响因素所占权重相对较大；通过Matlab对搜集的数据进行插值，使数据分布更为平滑；通过反向传播神经网络（BP）、遗传算法优化神经网络（GA-BP）、粒子群优化算法优化神经网络(PSO-BP)、随机森林（RF）算法对插值后数据进行回归拟合。研究发现，4种方法对原始数据的拟合效果都较好，其中随机森林RF相对其他模型对原始数据的拟合具有更高的准确度，训练集和测试集的均方根误差RMSE分别为0.037 41和0.055 16，决定系数R~2分别为0.987 37和0.957 89。研究结果可为彬长矿区煤矿开采导水裂隙带发育高度的预测提供一定的参考。

  2025年07期 v.56;No.613 175-184页 [查看摘要][在线阅读][下载 1866K]
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• 基于三维地质模型的探放水钻孔设计方法研究与应用

  王振荣;

  为解决煤矿探放水钻孔设计中存在的效率低下、可视化不足、三维地质信息利用不充分等问题，基于三维地质模型，综合运用空间拓扑关系、空间几何算法等技术，提出了一种探放水钻孔设计方法。首先，利用矿井地质和测量数据，借助三维地质建模技术，构建包含巷道、煤层、含水层、异常区、积水区等地质体的精细三维模型：矿井巷道模型通过具有三维坐标的巷道中心线及相关属性重构；煤层模型利用点数据和边界数据进行三角剖分构建，并依据钻孔施工中的穿层点数据动态更新；水文地质模型参考煤层建模方法，运用Delaunay三角剖分算法处理空间数据点构建，同样根据钻孔施工收集的控制点数据更新。在钻孔参数计算方面，提供了3种典型设计模式：已知钻孔起末点平面坐标时可计算全参数，已知钻孔起点和目标层位等条件时可计算全参数，已知起点和目标层位平面坐标等条件时也可计算全参数。这些计算过程采用射线与三角网交点计算等算法，确保钻孔孔迹线与地层模型交点的准确性，进而保障钻孔精准穿过探放目标。通过开发集成化的探放水钻孔设计系统，实现了钻孔参数设计、探孔管理、偏差分析、三维可视化等功能。该系统在神东矿区哈拉沟煤矿22308工作面进行了应用，构建了相关地质模型，利用设计模式二设计9个探放水钻孔，计算出平距、垂距、斜长等参数。应用结果表明：与人工设计相比，在具备三维地质模型的基础上，技术人员仅需确定钻孔平面位置并选择合适设计功能，就能快速获取全部钻孔参数并实现三维可视化，设计效率显著提升，准确性明显提高，设计结果更加可靠。

  2025年07期 v.56;No.613 185-193页 [查看摘要][在线阅读][下载 2049K]
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矿山机电与安全监测

• 对旋风机双排叶片耦合多目标优化及特性分析

  张昕雨;姜华;宫武旗;

  为提高矿用对旋风机气动性能，保障井下安全工作环境，基于前馈神经网络代理模型和遗传算法进行对旋风机双排对旋叶片耦合多目标优化。首先，参数化建模对旋风机2级叶片，选取各叶高截面安装角和中弧线控制参数作为高维优化变量；其次，在高维决策空间进行拉丁超立方采样得到决策样本集，通过数值仿真求解决策样本集对应的气动样本集；运用样本集数据构建神经网络代理模型，结合遗传算法优化神经网络的权值和阈值，提高代理模型的泛化能力；以小流量、设计流量、大流量工况下对旋风机整机全压效率最大为优化目标，采用遗传算法全局寻优输出帕累托解集，确定全工况对旋风机整机全压效率提升最大的几何参数组合，得到优化后对旋风机模型；运用数值仿真验证优化结果，对比分析优化前后对旋风机气动性能和流场分布情况。结果表明：对旋风机在小流量、设计流量、大流量工况下整机全压效率分别提高了0.59%、0.88%、1.21%，稳定运行工况范围明显拓宽；优化后第1级叶片安装角的增大在提高流动稳定性的同时带来部分能量损失，第2级叶片安装角减小，叶片做功能力增大，叶轮气动效率提高；优化后2级叶片叶顶附近高熵区范围和熵值减小，流动分离和尾迹损失现象减弱，叶顶截面相对速度分布改善，对旋风机对流量变化的适应性增强。

  2025年07期 v.56;No.613 194-204页 [查看摘要][在线阅读][下载 2633K]
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• 面向矿山救援的UWB雷达回波信号处理技术研究现状与展望

  郑学召;孙朝阳;黄渊;丁文;马扬;李强;牟浩伟;

  UWB（超宽带）雷达回波信号处理影响着生命信号的精准探测，是矿山救援行动成功的关键前提。以回波信号处理过程为行文脉络，介绍了UWB雷达生命信息探测技术的工作原理，讨论了回波信号预处理中杂波抑制和背景噪声滤除的相关方法和算法，并分析了生命信号提取和识别方法的研究现状。研究发现，目前UWB雷达生命信息探测技术在回波信号处理中存在以下问题：滤波去噪技术的环境适应性不足，生命信号提取目标单一且多方法融合技术有待改进，人体识别模型泛化能力不足且动作识别缺乏实时性。针对现有问题，对未来UWB雷达生命信息探测回波信号处理技术的发展趋势提出了展望：构建矿山杂波模型并研究可实时处理的自适应除杂滤波算法；利用深度学习相关技术实现多模态生命信号的提取融合并优化数据处理流程，研究基于多任务学习和轻量级深度学习的矿山救援人体识别技术。

  2025年07期 v.56;No.613 205-213页 [查看摘要][在线阅读][下载 2281K]
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• 矿用多功能智能信息矿灯设计

  戴剑波;

  煤矿井下实现作业人员位置信息实时监测、语音双向通话、视频远程监控、“三违”信息拍照记录上传、环境参数实时监测、异常姿态监测、文字或语音提示逃生路线等功能需要携带多款设备，导致井下作业人员行动极为不便，负重作业还存在不确定性安全隐患。为此，设计了1款集成以上多种功能的信息矿灯。采用库仑计芯片检测电池剩余电量，提高检测精度，降低欠压误报率；通过软件对WiFi和蓝牙共存微带天线仿真优化，延长无线通信距离，提高语音通话质量；采用三轴加速度计监测人员姿态，提前预警井下作业人员异常行为，有效缩短响应时间，提高救援效率；使用带MCU超低功耗编解码芯片处理音视频数据及拍照上传，采用高集成度单芯片解决方案降低整机功耗，延长电池有效使用时间；采用通用串行总线信号驱动芯片解决非标准电缆传输衰减，提高通信传输稳定性。测试结果表明：库仑计方式检测电池剩余电量精度可达±1%，微带天线仿真优化使得无线通信距离可达400 m以上，音视频集成芯片方案设计整机休眠电流小于0.5 mA，通用串行总线优化电路设计信号采用非标准电缆传输距离大于1.5 m，通信丢包率降低为0%；信息矿灯增加的异常姿态监测、文字或语音提示逃生路线等功能，进一步提高了信息矿灯智能信息化集成度，将井下精确人员定位、音视频通信联络、安全预警融合于一体。

  2025年07期 v.56;No.613 214-220页 [查看摘要][在线阅读][下载 2006K]
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• 一种改进的多点测斜仪磁传感器标定方法

  张意;

  瓦斯和水害治理效果是影响煤矿安全开采的一项重要因素，钻孔轨迹测量精度直接影响了采区煤层的瓦斯和水害治理效果，测斜仪标定方法的精度是轨迹测量的主要影响因素。为提升测斜仪标定精度及其对随机误差的适应性，针对目前测斜仪多位置标定方法没有考虑对称性对误差的降低作用、角度旋转校正引入了测量误差、降低标定时间等问题，首先建立多点标定及误差模拟方法，模拟了标定点数、滤波方法、角度旋转校正对测斜标定的影响，证明了在标定点数大于100点时标定点数对标定结果的影响较小，中值滤波相对于均值滤波有更好的滤波效果，滤波点数大于6时滤波效果较好，遍历寻优角度旋转校正能够减少标定误差；其次提出了全对称测斜仪标定方法，标定方法中所有标定参考点关于坐标平面对称，参考点中任意一点都能找到与之对应的另外一个点，并模拟了标定参考点间隔对标定结果的影响，优选了标定间隔为20°的108点标定方法；最后试验验证了全对称测斜仪标定方法的准确性。试验证明：全对称测斜仪标定方法标定误差约为全空间276点方法的38%，全对称测斜仪标定方法标定误差约为全空间120点方法的39%，仪器实际标定误差在1°以内；相比于不考虑对称性的全空间多位置标定方法，全对称方法有利于降低测量误差对标定系数的影响，具有较高的标定精度。

  2025年07期 v.56;No.613 221-227页 [查看摘要][在线阅读][下载 1911K]
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• 基于纵向导波的锚固锚杆径向缺陷无损检测方法研究

  汤德颖;唐维民;曾智宜;田青;李爱玲;郭垭伶;阿比尔的;吴桐宇;吴一博;

  锚杆因长期锈蚀作用产生径向缺陷导致其承载力降低从而引发大量工程事故，服役锚杆的缺陷检测对安全隐患排除具有重要意义，但当前在锈蚀作用下锚杆径向缺陷的检测方法仍不成熟。为了检测锚固锚杆中的径向缺陷，对不同缺陷位置、缺陷数量的锚固锚杆进行了导波检测试验；探究了纵向导波在缺陷锚固锚杆中的传播衰减规律，并对比分析了短时傅里叶变换、希尔伯特-黄变换、经验模态分解法对锚固锚杆中径向缺陷识别的适用性。试验结果表明：锚固锚杆受砂浆介质的耦合作用，检测的时域信号波形呈指数衰减，缺陷数量越多导波的衰减程度和衰减速度越大；导波在锚杆径向缺陷位置处发生频散，使缺陷和底端处的反射信号峰值不单一、波包范围扩大，导致从时域信号上难以直接识别锚固锚杆中的缺陷信息；基于短时傅里叶变换的时间频率图条带模糊、分辨率低，缺陷信息的识别不明确；希尔伯特-黄变换在无缺陷锚固锚杆的分析中底端波形特征明显，但在对多个缺陷锚固锚杆的分析中波形特征杂乱，难以判断锚固锚杆中的缺陷信息；基于经验模态分解的方法能够较准确地识别锚固锚杆中的缺陷信息，缺陷位置的识别误差为5.3%。

  2025年07期 v.56;No.613 228-236页 [查看摘要][在线阅读][下载 2696K]
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• 槽波地震勘探震动回路触发系统研究与应用

  温亨聪;

  为了改进有缆串联式槽波地震的触发系统，基于煤矿新型起爆设备与脉冲触发单元不匹配导致槽波地震无法施工的实际情况，提出了1种以震动回路触发方式为核心的触发系统。震动回路触发系统包括震动回路触发探测网络、多灵敏度震动开关、类同步触发法等多项改进工艺。其原理是：数据采集时，在巷道内布置由震动回路触发器和槽波设备组合成的探测网络，将震动回路触发器固定安装在激发炮点附近的巷帮或支护体上，并根据现场施工环境设置震动回路触发器的合适灵敏度；当炮点内数码电子雷管起爆炸药形成地震波在煤层中传播，安设在附近的震动回路触发器发生震动，其内震动开关的铜质小球与铜质外管碰撞接触形成回路，震动回路触发器立即触发，输出状态改变，链接的信号传输器引导地震仪同步开始数据采集。结果表明：系统采用震动回路触发方式取代原有脉冲触发方式，解决了煤矿更换数码电子雷管等新起爆设备后槽波地震无法正常施工问题；多灵敏度震动开关具有高、中、低多级灵敏度，支持多种复杂环境下的震动触发，提高了适用性和实用性；震动开关呈纵横向成组并联连接，确保了震动发生后震动开关多回路进入震动触发状态，提高了触发的成功率和完成率；类同步触发法中震动回路触发器紧挨激发炮点，启动延时极短，排除了雷管不确定延迟误差影响，形成类同步触发效果，降低了延时误差，实现了槽波地震的准确触发。

  2025年07期 v.56;No.613 237-243页 [查看摘要][在线阅读][下载 1845K]
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• 基于深度学习的带式输送机纵向撕裂检测系统

  于志强;潘祥生;蒋伟;

  针对当前带式输送机在纵向撕裂检测领域普遍面临的漏检率高、误报频发以及智能化水平不足等问题，研发了一套融合机器视觉与线激光技术的带面纵向撕裂智能检测系统。首先，规划工业相机与线激光发射器的空间布局，以确保能够全面、精准地捕捉输送带表面的细微变化信息；其次，通过引入高效的图像RIO提取，有效缩减了图像处理过程中的数据量负担，同时运用CLAHE算法对图像进行精细增强，提升图像质量；接着，采用YOLOv5s深度学习模型，快速、准确地从增强后的图像中识别出输送带纵向撕裂的关键特征；最后，提出了纵向撕裂判断机制，该机制将输送带运行速度纳入考量，通过综合分析图像识别结果与实时速度数据，能够更精确地判断输送带是否真正发生了撕裂，有效避免了因单一因素导致的误判或漏判。该系统有效提高了输送带撕裂检测的智能化程度。

  2025年07期 v.56;No.613 244-250页 [查看摘要][在线阅读][下载 2355K]
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矿山监察与安全管理

• 我国煤矿用自救器生产企业现状分析及管理对策

  李梅香;邹德仑;马云龙;

  在我国煤矿安全生产体系中，煤矿用自救器作为保障矿工生命安全的关键装备，其生产企业的发展水平直接影响煤矿安全生产成效。随着煤矿行业向高质量发展转型，对自救器生产企业提出了更高要求。为进一步提升生产企业整体水平，促进煤矿安全生产高质量发展，针对全国58家煤矿用自救器生产企业开展了全面深入地形势现状分析及对策措施研究。研究期间，通过线上填报系统收集企业基础数据，线下实地走访考察生产流程、设备情况等方式，对58家企业展开调研。随后开展的现场专项检查，依据严格的行业标准和安全规范，淘汰了27.6%的落后产能企业。此类企业普遍存在设备陈旧老化，难以满足高精度生产需求；生产工艺落后，导致生产效率低下；产品质量不稳定，无法有效保障矿工生命安全等问题。同时，检查中还暴露出部分企业安全管理制度流于形式，安全生产投入严重不足，技术创新能力薄弱，难以适应行业发展需求。制约企业发展的内部因素主要是管理理念陈旧，缺乏科学管理体系以及专业技术人才和管理人才匮乏；外部因素则是政策法规日益严格，合规成本增加，市场竞争激烈，产品同质化严重。基于以上分析，从多维度提出推动企业高质量发展的对策措施：在推进政府监管监察层面，强化日常巡查和不定期抽查，对违规行为严厉处罚；在矿用产品安全标志监督方面，细化审核指标，加强获证后动态监管；在行业自律规范层面，支持行业协会组织开展交流活动，制定高于国家标准的行业自律标准；在生产企业内部管理层面，鼓励企业引入先进管理模式，加大研发投入，加强人才培养，提升产品核心竞争力。

  2025年07期 v.56;No.613 251-256页 [查看摘要][在线阅读][下载 1752K]
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• 《煤矿安全》投稿指南

  <正>《煤矿安全》（月刊）创刊于1970年，是由中煤科工集团沈阳研究院有限公司主办的综合性煤炭科技期刊，是中文核心期刊、中国科技核心期刊、RCCSE中国核心学术期刊，主要刊载一通三防、矿山压力与岩层控制、矿井地质与水害防治、机电安全与矿山救护、安全监察与管理等方面的学术论文。

  2025年07期 v.56;No.613 257页 [查看摘要][在线阅读][下载 213K]
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