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煤矿突出动力灾害声电瓦斯智能监测预警技术与装备
1
作者 李忠辉 王恩元 +6 位作者 刘晓斐 欧建春 赵恩来 李楠 李保林 张超林 刘承飞 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第1期214-229,共16页
突出动力灾害仍是我国煤矿深部开采的主要灾害之一,随着开采深度及强度的不断增加,其影响因素及耦合关系日趋复杂,在高地应力、瓦斯压力及含量等共同作用下,灾害危险性显著增强,严重制约煤矿安全高效生产。准确、可靠的监测预警技术与... 突出动力灾害仍是我国煤矿深部开采的主要灾害之一,随着开采深度及强度的不断增加,其影响因素及耦合关系日趋复杂,在高地应力、瓦斯压力及含量等共同作用下,灾害危险性显著增强,严重制约煤矿安全高效生产。准确、可靠的监测预警技术与装备已成为深部突出动力灾害监测防控的迫切需求。研究了煤岩受载破坏声电效应理论及突出灾害声电瓦斯监测预警原理,明确了突出演化过程中煤体声电瓦斯信号的响应特征,研制了煤矿突出动力灾害声电瓦斯智能监测预警装备及系统,制定了掘进和回采工作面声电瓦斯分布式监测方法,进一步分析了煤矿突出动力灾害发生过程声电瓦斯响应前兆和其他扰动信号的时域-频域变化规律及其复杂演化特性,建立了突出危险声电前兆智能识别方法,基于此构建了煤矿突出动力灾害声电瓦斯监测预警技术体系,形成了煤矿突出动力灾害声电瓦斯综合智能分级预警方法,开发了煤矿突出动力灾害监测预警信息实时共享云平台,并选取现场典型案例对煤矿突出动力灾害声电瓦斯智能监测预警方法进行了应用验证;通过装备布设、数据集成及声电瓦斯特征挖掘与耦合关系综合判识,实现了突出动力灾害的智能精准识别及预警,为煤矿突出动力灾害的防控与应用推广提供理论及技术支撑。 展开更多
关键词 煤与瓦斯突出 监测预警 声发射 电磁辐射 瓦斯体积分数
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低压磨料空气射流切槽辅助TBM滚刀破岩动力学特性分析
2
作者 张宏图 刘喜辉 +4 位作者 魏建平 刘勇 杨耀浦 李博涛 杨正凯 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第2期247-262,共16页
为明确低压磨料空气射流切槽辅助滚刀破岩动力学特性及切槽间距的影响。开展常规滚刀破岩和低压磨料空气射流切槽辅助滚刀破岩试验,对比分析了2种工况下的岩石破坏特征和滚刀垂直载荷,利用颗粒离散元软件PFC^(3D)建立滚刀破岩三维数值模... 为明确低压磨料空气射流切槽辅助滚刀破岩动力学特性及切槽间距的影响。开展常规滚刀破岩和低压磨料空气射流切槽辅助滚刀破岩试验,对比分析了2种工况下的岩石破坏特征和滚刀垂直载荷,利用颗粒离散元软件PFC^(3D)建立滚刀破岩三维数值模型,模拟常规工况与不同切槽间距下的滚刀贯入及切割岩石过程,分析滚刀破岩过程的受力情况、裂纹扩展及应力演化特征,揭示切槽辅助下的滚刀破岩动力学特性及切槽间距的影响。结果表明:切槽前,裂纹主要分布于滚刀刀刃周围,张拉裂纹向岩石上表面和内部延伸,滚刀压痕处形成“沟壑状”破坏形貌;切槽后,裂纹被限制于两侧切槽之间,张拉裂纹倾斜扩展至切槽底端。当切槽间距为65~85 mm时,裂纹向两侧切槽底端扩展贯通,岩石呈现两侧贯通破坏现象,滚刀压痕处形成“岩脊状”破坏形貌;当切槽间距为95~105 mm时,一侧切槽底端处峰值应力无法达到岩石抗拉强度,岩石呈现单侧破坏现象。切槽限制应力的侧向传递并促进应力的切向传递,滚刀斜下方位置处产生高应力集中。切槽辅助下,滚刀贯入及切割过程所受法向力和滚动力较常规工况下显著降低,随着切槽间距增加,滚刀所受最大法向力及岩石破坏时所对应的滚刀贯入深度逐渐增加,滚刀所受法向力和滚动力逐渐增加。基于实验及模拟结果分析,在滚刀贯入度6 mm条件下,切槽深度12 mm、宽度5 mm对应的临界间距约为90 mm。利用低压磨料空气射流在临界间距内进行切槽有助于增强滚刀破岩效果,提高TBM掘进效率。 展开更多
关键词 TBM滚刀破岩 低压磨料空气射流 预切槽 切槽间距 PFC^(3D)
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刚柔复合驱动并联式拣矸机器人动力学与鲁棒模型预测控制
3
作者 刘鹏 王毅 +4 位作者 马宏伟 段学超 曹现刚 夏晶 聂珍 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第3期320-334,共15页
矸石分拣可以提升煤炭品质、降低运输成本、减少环境污染,实现煤炭资源的高效清洁利用与矿山可持续发展。传统煤矸石人工分拣存在劳动强度大、效率低的问题,提出刚柔复合驱动并联式拣矸机器人构型方案。但是由于拣矸置矸过程所导致的动... 矸石分拣可以提升煤炭品质、降低运输成本、减少环境污染,实现煤炭资源的高效清洁利用与矿山可持续发展。传统煤矸石人工分拣存在劳动强度大、效率低的问题,提出刚柔复合驱动并联式拣矸机器人构型方案。但是由于拣矸置矸过程所导致的动态冲击和动力学参数的不确定,以及外界干扰等因素,势必会影响拣矸机器人末端抓斗的跟踪精度和稳定性,甚至导致拣矸任务无法完成。鉴于此,开展了刚柔复合驱动并联式拣矸机器人动力学与鲁棒模型预测控制研究。首先,提出了刚柔复合驱动并联式拣矸机器人系统方案,分析了机器人末端抓斗的自由度,并采用矢量封闭原理建立了拣矸机器人的运动学模型。其次,考虑机器人模型参数摄动和拣矸置矸过程的外部扰动,基于牛顿-欧拉方程建立了刚柔复合驱动并联式拣矸机器人的动力学模型。再次,提出了融合张力约束的鲁棒模型预测控制方法,实时优化柔索-推杆驱动力协同分配,动态抵消矸石抓取与置放过程的冲击与外部扰动,实现拣矸机器人末端抓斗高精度轨迹跟踪控制。最后,采用空间螺旋轨迹和4段式分拣轨迹(启动段—准备段—抓矸段—置矸段)对刚柔复合驱动并联式拣矸机器人鲁棒模型预测控制系统进行了仿真分析,结果表明:末端抓斗轨迹最大偏移量仅3.7×10^(-3) m,姿态角误差稳定于3.2×10^(-3) rad,且柔索张力始终满足驱动力约束条件,验证了控制策略对复杂工况下拣矸作业的有效性。 展开更多
关键词 刚柔复合驱动 并联机器人 矸石分拣 鲁棒模型预测控制 鲁棒性
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煤体裂隙应力敏感性及其对渗透率的控制作用
4
作者 程远平 赵长鑫 李伟 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期426-447,共22页
研究高应力敏感性煤体裂隙在外部载荷作用下的演化机制及其对渗透率的控制作用,是揭示深部煤层瓦斯运移规律的关键。针对传统图像分析在煤体CT图像裂隙表征中的局限,研究采用深度学习算法自动分割裂隙,并基于0~25 MPa围压下的原位CT实... 研究高应力敏感性煤体裂隙在外部载荷作用下的演化机制及其对渗透率的控制作用,是揭示深部煤层瓦斯运移规律的关键。针对传统图像分析在煤体CT图像裂隙表征中的局限,研究采用深度学习算法自动分割裂隙,并基于0~25 MPa围压下的原位CT实验数据,重构了裂隙网络的三维结构与拓扑模型,量化了其结构参数的演变规律。在理论模型表征方面,不同于传统的裂隙平均化处理方式,引入币状裂隙假设来等效表征裂隙在应力下的逐级闭合行为。进而构建了反映裂隙系统基本闭合应力条件的临界应力模型。基于该理论,进一步推导出适用于高应力条件的渗透率演化模型。结果表明,深度学习模型对分布外图像的预测精度达84.14%,显著优于传统方法的40.96%,有效提升了裂隙提取准确性。当围压从0 MPa增至6 MPa时,裂隙平均开度由136.96μm降至75.29μm,平均迂曲度由2.87升至3.32,而表征连通性的平均配位数从2.45降至1.21。围压达25 MPa时,裂隙率平均下降98.99%,表明裂隙基本闭合。基于静水压缩实验力学数据及试错迭代算法,获得临界应力分别为24.16 MPa和23.86 MPa,对应渗透率低至8.78×10^(-7)μm^(2)和4.20×10^(-6)μm^(2),其换算的扩散系数与煤粒解吸实验中测得的量级一致,间接地证明了临界应力条件对于渗流通道的封闭作用。与传统模型相比,考虑裂隙闭合和弹性压缩的渗透率演化模型预测精度显著提升,尤其在高于20 MPa的高应力条件下,平均误差降低51.14%。 展开更多
关键词 煤体裂隙 临界应力 渗透率演化 深度学习 CT扫描
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深部含瓦斯煤冲击动力学试验研究进展及展望
5
作者 刘晓斐 张思清 +4 位作者 顾周杰 王恩元 周鑫 王笑然 张奇明 《煤炭学报》 北大核心 2026年第2期1260-1283,共24页
随着煤炭开采深度的增加,煤体所处的地质力学环境由浅部相对简单的应力状态,逐步演化为高地应力、高瓦斯压力、高地温及强扰动共同作用的多场强耦合状态,其动力响应规律显著复杂化。近年来,国内外学者围绕复杂应力、瓦斯环境下的煤体开... 随着煤炭开采深度的增加,煤体所处的地质力学环境由浅部相对简单的应力状态,逐步演化为高地应力、高瓦斯压力、高地温及强扰动共同作用的多场强耦合状态,其动力响应规律显著复杂化。近年来,国内外学者围绕复杂应力、瓦斯环境下的煤体开展了大量的冲击动力学试验并获得了丰硕的研究成果。系统综述近年来含瓦斯煤冲击动力学试验研究、试验结果的最新进展,重点梳理了从单轴(σ_(1)≥σ_(2)=σ_(3)=0)、常规三轴(σ_(1)≥σ_(2)=σ_(3)≠0)到真三轴(σ_(1)≥σ_(2)≥σ_(3)≠0)含瓦斯煤霍普金森压杆(SHPB)试验系统的发展演变,介绍了不同类型含瓦斯煤霍普金森压杆试验系统的主体构成,分析了各类冲击压杆试验中试样形状、尺寸的要求以及相应的数据解算方法,综合归纳了不同加载模式下煤体的应力-应变曲线演化、峰值强度与应变、冲击破坏模式、能量耗散与瓦斯放散规律,总结了基于试验数据的含瓦斯煤动力学本构模型及其在损伤演化、渗流耦合方面的拓展,探讨了动静载作用下含瓦斯煤力学特性及劣化机制。最后,对未来研究方向进行了展望,指出真三轴多场耦合-动静联合加卸载,动静载组合下含瓦斯煤体多源信号智能监测,高静载、瓦斯压力以及动载荷叠加对煤体冲击失稳灾变机制的深入研究,将成为含瓦斯煤冲击动力学领域的重要发展趋势。 展开更多
关键词 含瓦斯煤 冲击动力学 真三轴试验 多场耦合 监测预警
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大尺寸真三轴煤岩复合体水力压裂模拟实验的教学实践
6
作者 李波 王凯 +1 位作者 魏建平 张飞燕 《实验室研究与探索》 北大核心 2026年第2期160-165,188,共7页
水力压裂作为煤岩增透技术,已成功应用于煤层气开发,其通过建立水力缝网为瓦斯迁移提供通道,实现增透效果。为帮助学生更直观地认识煤岩体中裂缝的扩展过程,研究构建了基于真三轴物理模拟实验的教学创新体系。以煤-岩复合体为实验对象,... 水力压裂作为煤岩增透技术,已成功应用于煤层气开发,其通过建立水力缝网为瓦斯迁移提供通道,实现增透效果。为帮助学生更直观地认识煤岩体中裂缝的扩展过程,研究构建了基于真三轴物理模拟实验的教学创新体系。以煤-岩复合体为实验对象,依托自主研发的真三轴煤岩体水力压裂渗流试验系统,开展水力压裂模拟试验。通过在压裂液中添加示踪剂,并结合声发射装置监测煤岩体破裂源,系统研究裂缝起裂、扩展与贯通规律,以揭示岩体裂隙扩展机理。该实验体系通过理论与物理实验的深度融合,形成“理论—实验”全链条教学范式,旨在培养学生的专业技能、创新思维及解决实际工程问题的能力,不仅实现了教学内容与行业前沿技术的同步,也为行业培养高素质专业人才提供了支撑。 展开更多
关键词 水力压裂 裂缝扩展 真三轴 声发射监测 实验教学
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我国煤与瓦斯突出灾害发生机理与防治技术研究新进展
7
作者 范超军 蒋晓锋 +5 位作者 刘厅 罗明坤 韩军 兰天伟 杨雷 贾策 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第2期1-38,共38页
煤与瓦斯突出是煤矿井下发生的一种矿井动力灾害,往往造成群死群伤事故,严重制约着煤矿安全高效生产。我国学者在煤与瓦斯突出防治方面开展了大量的研究和探索,为煤与瓦斯突出防治现场实践提供了理论依据和技术指导,取得了较为显著的成... 煤与瓦斯突出是煤矿井下发生的一种矿井动力灾害,往往造成群死群伤事故,严重制约着煤矿安全高效生产。我国学者在煤与瓦斯突出防治方面开展了大量的研究和探索,为煤与瓦斯突出防治现场实践提供了理论依据和技术指导,取得了较为显著的成效。系统总结了我国煤与瓦斯突出发生机理、预测和防治技术等领域的重要成果,并论述了我国“十四五”时期取得的代表性创新成果。“地应力、瓦斯参数和煤岩体强度”多因素共同作用的综合作用假说在煤与瓦斯突出发生机理中占主导地位。煤与瓦斯突出预测从早期的单因素指标预测逐渐向多因素综合指标预测过渡。“十四五”时期,学者们研发了多种突出预测算法及模型,实现了突出预测从“经验驱动”到“数据驱动”的转变。基于诱导突出发生的主要因素,提出了突出煤层“卸-降-抗”联合防突技术体系,沿着该体系脉络系统性总结了我国学者在突出防治技术方面的创新性成果,分析了突出防治技术目前存在的问题。最后,针对深部突出煤层“三高一低、强扰动”防突难度大的问题,提出了煤与瓦斯突出发生机理、预测方法和防治技术未来的发展趋势和展望,以期提高我国煤与瓦斯突出防治理论水平和技术能力。 展开更多
关键词 煤与瓦斯突出 发生机理 预测方法 防治技术 发展趋势
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煤与瓦斯突出智能双重预防机制研究进展与展望
8
作者 李爽 翟成 +2 位作者 鹿乘 徐宁可 秦延霆 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第1期192-213,共22页
矿山智能化建设推动煤矿灾害防控向智能化发展,深部开采条件下煤与瓦斯突出灾害防控成为亟需解决的关键难题。然而,现有煤与瓦斯突出防控体系存在体系完整性不足、防控链条断裂和智能化水平有限等问题,难以实现风险的超前精准防控。旨... 矿山智能化建设推动煤矿灾害防控向智能化发展,深部开采条件下煤与瓦斯突出灾害防控成为亟需解决的关键难题。然而,现有煤与瓦斯突出防控体系存在体系完整性不足、防控链条断裂和智能化水平有限等问题,难以实现风险的超前精准防控。旨在构建煤与瓦斯突出智能双重预防机制的理论框架,厘清其研究边界,系统梳理其研究进展,提出研究展望,为构建煤与瓦斯突出智能防控体系提供理论支撑。基于双重预防机制理论,以煤与瓦斯突出灾害作为研究对象,采用文献分析与体系归纳相结合的方法,从风险识别、评估、预测、预警与管控5个环节出发,对煤与瓦斯突出智能双重预防机制进行了系统梳理与总结,归纳了现有研究的现状、贡献和问题,并提出了未来研究重点与方向。结果表明:煤与瓦斯突出智能双重预防机制涵盖风险识别、评估、预测、预警和管控以及隐患分类分级、排查、治理与验收环节,形成了灾害防控的系统框架。在研究贡献方面,智能识别实现了非结构化数据的自动提取与多因素耦合分析,智能评估构建了多属性决策与机器学习双轮驱动范式,智能预测推动了从单点感知向多源融合的演进,智能预警建立了“实时评估—超前预测—前兆监测”3层体系,智能管控推动了系统集成、协同智能和闭环管控发展。在研究问题方面,当前智能识别体系尚不成熟,智能评估模型碎片化且泛化能力不足,智能预测存在数据融合浅层与实时部署难题,智能预警系统性探索不足,智能管控闭环效能受限,导致全链条防控协同性较弱。未来研究应构建煤与瓦斯突出智能双重预防体系,深化识别中的多源数据融合、指标定性-定量转化和统一实时与周期风险,发展评估中的多层级融合框架与小样本、迁移学习等方法,突破预测中的机理-数据融合与模型部署难题,完善预警中的动态预警规则、多设备联动与管控响应机制,建立管控的自适应、协同智能与闭环机制,最终实现煤与瓦斯突出灾害的全链条闭环智能防控。 展开更多
关键词 智能双重预防机制 煤与瓦斯突出 风险识别 风险评估 风险预测 风险预警 风险管控
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基于多源信息融合与深度学习的煤岩瓦斯复合动力灾害风险等级预警方法
9
作者 王凯 李康楠 +4 位作者 杜锋 赵伟 赵瑜 张俊文 赵明昊 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期461-479,共19页
深部开采条件下,煤岩瓦斯复合动力灾害致灾机理复杂且因素多重耦合,精准预警对保障矿井安全生产具有重要意义。提出了一种多源信息融合的深度学习预警方法,构建了SCSSAMSDA-TFT时序智能预警模型,其中,采用改进麻雀搜索算法(Sine-Cosine ... 深部开采条件下,煤岩瓦斯复合动力灾害致灾机理复杂且因素多重耦合,精准预警对保障矿井安全生产具有重要意义。提出了一种多源信息融合的深度学习预警方法,构建了SCSSAMSDA-TFT时序智能预警模型,其中,采用改进麻雀搜索算法(Sine-Cosine and Cauchy-enhanced Sparrow Search Algorithm,SCSSA)自适应优化模型超参数,引入多源域自适应(Multi-Source Domain Adaptation,MSDA)实现异构监测数据的分布对齐与特征统一表征,并以时间融合Transformer(Temporal Fusion Transformer,TFT)高效提取多源时序指标的动态演化特征,完成风险等级预警。针对微震监测、瓦斯参数等多源信息,构建数据驱动的复合动力灾害风险等级标定流程:以复合风险指数(Composite Risk Index,CRI)为核心,对其实施时序平滑,并基于受试者工作特征(Receiver Operating Characteristic,ROC)曲线分析确定高风险等级阈值;随后通过聚类有效性检验评估划分等级与数据内在结构的一致性。构建复合动力灾害预警指标体系,以XGBoost训练多分类基线并计算全局SHAP重要性,结合滑动时窗稳健性检验与子集筛选准则,形成兼具物理指向性与判别效率的紧凑指标子集。结果表明:模型在测试集的宏平均F1达到0.965、准确率为0.961,较对比模型与消融模型均有显著提升,能够准确捕捉复合动力灾害的多尺度前兆并实现对风险等级的精准预测与预警。所提出的深度学习融合预警方法能够有效整合多源信息并建立等级标定与指标体系,对提升复合动力灾害风险等级预警的准确性与可靠性具有重要工程应用价值。 展开更多
关键词 煤岩瓦斯复合动力灾害 深度学习 时间序列 指标体系 改进搜索算法
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不同煤阶热压型煤的孔隙结构及其力学与渗流特性
10
作者 许江 彭守建 +4 位作者 王旭 贾立 韩后琴 王忠晖 甘青青 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期662-677,共16页
为解决物理相似模拟试验用型煤强度及渗透性与原煤差异较大的问题,探究不同煤阶煤样热压成型后的孔隙结构、力学与渗流特性,揭示煤阶对热压型煤性能的影响机理,采用自主研发的热压型煤成型系统,制备了4种不同煤阶的热压型煤试样,基于高... 为解决物理相似模拟试验用型煤强度及渗透性与原煤差异较大的问题,探究不同煤阶煤样热压成型后的孔隙结构、力学与渗流特性,揭示煤阶对热压型煤性能的影响机理,采用自主研发的热压型煤成型系统,制备了4种不同煤阶的热压型煤试样,基于高压压汞与低压液氮吸附试验,系统表征并对比了热压型煤与原煤的孔隙结构异同;通过开展单轴压缩与三轴渗流试验,分析了煤阶对热压型煤力学与渗流特性的影响规律;综合获取的关键参数,应用基于欧式距离的相似性度量方法,定量评估了热压型煤与原煤的相似程度。结果表明:在孔隙结构方面,随着煤阶升高热压型煤的最可几孔径先增大后减小,孔隙连通性先增强后减弱;在力学与渗流特性方面,随着煤阶升高,热压型煤的单轴抗压强度及弹性模量逐渐减小,初始渗透率先增大后减小;相似性分析表明,褐煤热压型煤与其原煤的相似度最高,其最可几孔径为原煤的0.8倍,单轴抗压强度达13.04 MPa,弹性模量为其原煤的1.012倍,主应力差峰值为原煤的0.98倍,初始渗透率为其原煤的1.3倍,其余煤阶热压型煤与相应原煤仍存在一定差距。然而,与常规冷压型煤相比,所有煤阶热压型煤的强度皆有所提升,渗透率也均有所减小,且该改性效果随煤阶升高而逐渐减弱,说明煤阶是影响热压型煤性能改善效果的关键因素。 展开更多
关键词 煤阶 热压型煤 孔隙结构 力学特性 渗透率
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钻孔环境下开放式微波破煤特性及其致裂机制
11
作者 胡国忠 王同辉 +5 位作者 杨南 郑杰 许家林 李国君 杨海清 曹迪 《煤炭学报》 北大核心 2026年第2期1284-1305,共22页
通过钻孔破煤进行卸压增透是解决低渗煤层瓦斯预抽困难的有效途径之一。微波破岩技术因具有热效率高、环保、非接触式破岩的特点在钻孔破煤卸压增透方面极具应用前景,但其破煤特性及致裂机理不明。为此,研发了一套适用于钻孔环境的开放... 通过钻孔破煤进行卸压增透是解决低渗煤层瓦斯预抽困难的有效途径之一。微波破岩技术因具有热效率高、环保、非接触式破岩的特点在钻孔破煤卸压增透方面极具应用前景,但其破煤特性及致裂机理不明。为此,研发了一套适用于钻孔环境的开放式微波破煤岩实验系统,开展了钻孔开放式微波破煤试验,明确了开放式微波致裂煤体的破裂过程,获取了微波参量、煤体温升演化、声发射特征与裂缝扩展的变化关系,揭示了开放式微波破煤过程中煤体温升、起裂与裂缝扩展规律。在此基础上,利用煤层钻孔开放式微波破煤的热–力耦合模型,阐明了微波辐射下孔周煤体温度场与内部应力场的时空演化规律,确定了钻孔微波致裂的影响范围,揭示了钻孔环境下开放式微波致裂煤体的热力耦合作用机制。结果表明:开放式微波对煤体的热效应促使孔周煤体快速升温并形成“加热区–传热区–未加热区”的温度分区,引起剧烈的切向拉应力,使煤体在“传热区”外边界、原生裂隙或自由面上发生起裂,并向钻孔径向持续扩展与连通,进而实现大范围致裂。高功率微波辐射加速了孔周煤体的温升与热应力积累,使煤体破裂萌生期持续时长明显缩短、起裂阈值温度略有降低,促进了煤体裂缝的快速扩展,显著提高了孔周煤体的微波致裂半径。随着微波辐射时间延长,孔周煤体的温度分区范围与切向拉应力持续增大,导致煤体新生裂缝的数量、长度与开度均显著增加。微波对煤体的致裂效应增大了孔周煤体破碎区范围,降低了煤体有效应力,从而产生卸压效果。例如,在14 kW、400 min的微波能量作用下,孔周煤体的致裂半径为1.57 m、卸压半径达2.72 m。该研究成果为微波破煤卸压增透技术及装备研发提供了重要支撑。 展开更多
关键词 微波破煤 开放式微波辐射 煤层钻孔 热力耦合 致裂机制
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煤层瓦斯抽采动态参数自适应调控模型与工程应用
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作者 夏同强 严欣 +1 位作者 王静 李小林 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第2期276-287,共12页
针对煤矿井下瓦斯抽采系统负压分配失衡导致的抽采效率低、瓦斯浓度衰减快,以及管网存在监测盲区造成的信息缺失无法实现负压与工况精准匹配等难题,创新性地研究了泵阀联合自适应调控抽采参数的方法,构建了以瓦斯浓度与纯流量最大化为... 针对煤矿井下瓦斯抽采系统负压分配失衡导致的抽采效率低、瓦斯浓度衰减快,以及管网存在监测盲区造成的信息缺失无法实现负压与工况精准匹配等难题,创新性地研究了泵阀联合自适应调控抽采参数的方法,构建了以瓦斯浓度与纯流量最大化为目标的参数调控准则,提出了“整体粗调-局部精调”多级调控策略,解决了单独调节某个动力/阻力元件不足以实现各区域负压与浓度、流量的动态匹配的难题。基于井下抽采管网结构特征及管路气体流动理论,建立了瓦斯抽采管网参数实时解算与智能调控模型,定义了以阀门阻力系数ξ与微型抽采泵供给负压ΔP为关键表征参数的瓦斯抽采调控因子,结合粒子群全局寻优与牛顿迭代局部收敛特性,建立了PSO(Particle Swarm Optimization)-Newton混合优化算法。以河南某矿2308工作面现场监测数据为依据进行模型验证,压力、流量和瓦斯抽采浓度的解算误差分别为4.6%、7.5%和3.3%,处于可接受的工程误差范围,并对监测数据进行了调控,提高瓦斯浓度4.52%、抽采纯量61.57 m^(3)/h,验证了模型的正确性,实现了调控因子的高效寻优。开发了瓦斯抽采动态参数自适应调控系统平台,成功应用于陕西省韩城市桑北煤矿11306工作面进行瓦斯抽采调控,提升瓦斯抽采浓度1.09%~2.07%,现场试验表明:该方法可以持续提升瓦斯抽采浓度,但调控效果会受抽采工况、煤层渗透性等因素影响,为煤矿瓦斯安全高效抽采提供了理论支撑与技术路径。 展开更多
关键词 抽采系统 智能抽采 参数调控 负压匹配 瓦斯浓度
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综掘面风流控尘—两级集尘协同降尘方案研究
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作者 龚晓燕 裴晓泽 +6 位作者 陈龙 康哲 付浩然 孙海鑫 贺子纶 王新雨 薛河 《金属矿山》 北大核心 2026年第3期24-33,共10页
为解决目前综掘面风流无法有效将粉尘控制在掘进机前方、抽风口无法高效地将粉尘收集到除尘风机中导致的控尘集尘效果不理想、粉尘污染严重等问题,提出了一种风流控尘与两级集尘协同降尘新思路。通过风流控尘装置与集尘装置高效配合,使... 为解决目前综掘面风流无法有效将粉尘控制在掘进机前方、抽风口无法高效地将粉尘收集到除尘风机中导致的控尘集尘效果不理想、粉尘污染严重等问题,提出了一种风流控尘与两级集尘协同降尘新思路。通过风流控尘装置与集尘装置高效配合,使尽可能多的粉尘进入到一级集尘装置中,未被一级集尘装置捕集到的粉尘随着风流进入到二级集尘装置中。以陕北某矿综掘面为例,设计了风流控尘—两级集尘系统,并建立了该系统的粉尘场有限元计算模型,模拟分析了控尘与两级集尘单参数变化下隐患位置处的粉尘分布规律,确定了各参数的合理取值范围。为获取最佳控尘—两级集尘协同降尘方案,基于Box-Behnken原则设计了系统各参数综合变化下的试验方案,提取了各方案数值模拟结果作为样本数据,以出风口右偏角度、出风口口径、一级集尘口距端头距离、二级集尘口距端头距离4个参数为自变量,基于Pareto最优法建立了以司机位置粉尘浓度及回风侧行人呼吸带平均粉尘浓度为因变量的优化模型,并采用NSGA-Ⅱ算法进行了模型求解,得到不同工况下最佳控尘—两级集尘协同降尘方案。为验证降尘方案的有效性,设计并搭建了控尘—两级集尘系统试验平台并进行了测试验证。结果表明:在出风口距端头最远距离(10 m)工况下,协同作用后,司机位置粉尘浓度由303.19 mg/m^(3)降低至163.28 mg/m^(3),降低了46.1%;行人呼吸带平均粉尘浓度由359.68 mg/m^(3)降低至76.33 mg/m^(3),降低了78.8%,降尘效果显著。 展开更多
关键词 综掘面 风流控尘 两级集尘 粉尘浓度 降尘方案
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水力压裂煤层中砂和煤粉的分布及对煤层气排采的影响
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作者 阎纪伟 梁卫国 宋晓夏 《煤炭学报》 北大核心 2026年第2期1476-1486,共11页
水力压裂煤层中的石英砂与煤粉混合,增加了压裂液和携砂液的运移阻力,降低了煤层渗透率,影响煤层改造效果和煤层气井产能,研究水力压裂后煤层中的石英砂与煤粉的分布特征,对煤层解堵及提高煤层气产量具有重要意义。通过观察采煤工作面... 水力压裂煤层中的石英砂与煤粉混合,增加了压裂液和携砂液的运移阻力,降低了煤层渗透率,影响煤层改造效果和煤层气井产能,研究水力压裂后煤层中的石英砂与煤粉的分布特征,对煤层解堵及提高煤层气产量具有重要意义。通过观察采煤工作面揭露的经水力压裂改造后的煤层,结合扫描电镜、体视镜和显微电子计算机断层扫描(CT),探究石英砂和煤粉的分布特征,分析二者混合堆积对煤层气井排采的影响。结果表明:水力压裂时,煤体破裂、石英砂与裂隙壁的碰撞、摩擦和嵌入过程以及返排压裂液时产生大量煤粉。距离煤层气井筒由远到近,石英砂和煤粉在平面上分区展布,分别是纯煤粉区、石英砂和煤粉混合区。主干裂隙内以石英砂和煤粉为主,次级裂隙内以煤粉为主。微观裂隙内的煤粉主要在煤层破裂及石英砂嵌入煤体的过程中产生。煤粉与石英砂混合堆积在裂隙内,阻碍了水及煤层气的运移。煤层气井排采初期,煤层中主要是单相水流或气水二相流时,煤粉容易被气水携带进入井筒,而在只产气阶段,煤粉主要沉积在裂隙内,石英砂和煤粉混合堵塞裂隙是造成煤层气井产气量波动的原因之一。研究结果为水力压裂改造煤体渗透率及煤层气井增产提供了指导。 展开更多
关键词 水力压裂 石英砂 产生煤粉 煤粉分布 煤层气排采
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矿井瓦斯超限事故的多维度分析与防控策略
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作者 袁亮 张庆华 +5 位作者 徐腾飞 王麒翔 聂百胜 张俊文 李建功 李志恒 《矿业安全与环保》 北大核心 2026年第1期1-8,共8页
通过统计分析2023—2024年我国煤矿发生的瓦斯超限事故,从矿井类型、事故发生地区、发生月份、企业类型、事故诱因等多个维度分析事故发生规律。结果表明:突出矿井、高瓦斯矿井发生瓦斯超限事故比例最高,分别达到54%、28%;全国瓦斯超限... 通过统计分析2023—2024年我国煤矿发生的瓦斯超限事故,从矿井类型、事故发生地区、发生月份、企业类型、事故诱因等多个维度分析事故发生规律。结果表明:突出矿井、高瓦斯矿井发生瓦斯超限事故比例最高,分别达到54%、28%;全国瓦斯超限事故发生起数排名前三的地区为西南地区、华北地区、西北地区,瓦斯灾害严重地区更易发生瓦斯超限事故;3—5月、8—12月是瓦斯超限事故的高发期,这主要受煤炭企业生产组织影响;非国有企业发生瓦斯超限事故占比达67.90%;采掘管理不善是瓦斯超限事故发生的主要诱因,温差影响下矿井“呼吸”现象是导致西北地区矿井发生瓦斯超限的原因之一。为减少矿井瓦斯超限事故发生,必须提高重视程度,从技术和管理两方面清除危险源,采用“风险超前研判与分级管控—大区域超前瓦斯治理—通风抽采系统稳定运行—高可靠性监控系统”和气压波动监测的精准防控策略,保障矿井安全高效生产。 展开更多
关键词 瓦斯超限 矿井安全 事故致因分析 风险分级管控 气压波动影响
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真三轴采动应力作用下含瓦斯煤岩损伤演化及渗流特性研究
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作者 张东明 刘辰曦 林云 《矿业安全与环保》 北大核心 2026年第1期99-108,共10页
为揭示采动应力作用下含瓦斯煤体渗透率演化规律,通过真三轴试验模拟了不同垂直与水平应力升降比(4.75∶1、3.50∶1、2.25∶1)加卸载路径下煤体变形及渗透特性。研究结果表明:水平主应力相对卸载速率减缓可增强煤岩承载能力并提升峰值应... 为揭示采动应力作用下含瓦斯煤体渗透率演化规律,通过真三轴试验模拟了不同垂直与水平应力升降比(4.75∶1、3.50∶1、2.25∶1)加卸载路径下煤体变形及渗透特性。研究结果表明:水平主应力相对卸载速率减缓可增强煤岩承载能力并提升峰值应力,而较快的相对卸载速率会导致水平应变显著增大造成煤体破坏。渗透率演化呈现3个阶段:初始阶段垂直应力增大促使裂隙闭合,渗透率保持稳定或降低;裂隙扩展阶段伴随垂直应力趋近峰值,渗透率缓慢上升;裂隙贯通阶段因煤样破坏导致渗透率急剧升高,损伤含瓦斯煤体该现象尤为显著。基于气体压力与煤体应变耦合关系,构建了引入损伤因子D和修正因子C的渗透率预测模型,该模型计算结果与试验数据拟合度较高,有效表征了渗透率随应变及气体压力的动态响应机制。 展开更多
关键词 采动应力 真三轴应力 含瓦斯煤岩 损伤演化 渗透特性
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“爆破致裂+压裂驱动”均匀卸压增透防突技术研究及应用
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作者 杨威 温永瓒 +3 位作者 宋梦飞 田威 郭明功 林柏泉 《煤炭学报》 北大核心 2026年第2期1219-1237,共19页
煤与瓦斯突出是制约深部煤炭资源安全高效开采的主要灾害之一。传统煤巷条带瓦斯治理技术受煤层高地应力与低渗透性的影响,普遍存在治理周期长、效率低等问题。为提高煤巷条带的治理效率、消除掘进工作面的突出危险性,笔者提出了“爆破... 煤与瓦斯突出是制约深部煤炭资源安全高效开采的主要灾害之一。传统煤巷条带瓦斯治理技术受煤层高地应力与低渗透性的影响,普遍存在治理周期长、效率低等问题。为提高煤巷条带的治理效率、消除掘进工作面的突出危险性,笔者提出了“爆破致裂+压裂驱动”均匀卸压增透防突技术。该技术首先在煤巷条带外轮廓线施工控制孔,通过对控制孔水力冲孔重构煤层局部应力场、缓解应力集中;随后在控制孔几何中心处施工爆压孔对煤层进行预裂爆破,在爆压孔内形成均匀爆生裂隙;进一步利用爆生裂隙尖端应力集中效应引导水力压裂裂隙起裂,并结合控制孔所形成的卸压空间,促使水压裂隙定向扩展并与控制孔贯通;最终通过爆生裂隙与控制孔的梯级导控作用,构建均匀水力压裂裂隙网络,实现控制区域内煤层均匀卸压增透。基于此,揭示了控制孔缓解煤层应力集中作用机理和爆压逐级致裂均匀缝网构建机制。结果表明,当控制孔与爆压孔连线方向与最大主应力方向呈45°、孔间距为5倍控制孔半径时,控制孔能够调控爆生裂隙尖端的二次应力场引导裂缝扩展。与此同时,开发了成套技术装备实现了水封耦合爆破和控制压裂的安全高效作业。该技术在平煤股份八矿己_(15)煤层进行了现场试验。结果表明:与传统工艺相比,钻孔工程量减少75%,治理周期显著缩短;抽采90 d后,钻孔瓦斯抽采体积分数提升2.4倍,抽采流量提升2.5倍;90 d累计瓦斯抽采量是传统治理技术的1.5倍。实现了“靶向致裂–协同卸压–高效抽采”的有机统一,为深部高瓦斯煤层灾害治理提供了创新解决方案。 展开更多
关键词 控制爆破 水力压裂驱动 控制孔梯级导控 均匀裂隙网络 工程试验
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含瓦斯煤岩破裂电荷多指标前兆预警方法
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作者 肖晓春 马鑫 +2 位作者 丁鑫 樊玉峰 张文萍 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第3期124-136,共13页
为解决瓦斯煤岩动力灾害前兆电荷信号预警准确性不高的难题,提出了一种基于电荷信号多指标的含瓦斯煤岩破坏综合预警方法。基于历史电荷信号数据,提取3个预警效果显著且能敏感反映含瓦斯煤岩灾变破坏的前兆指标,包括瞬时脉冲电荷量、排... 为解决瓦斯煤岩动力灾害前兆电荷信号预警准确性不高的难题,提出了一种基于电荷信号多指标的含瓦斯煤岩破坏综合预警方法。基于历史电荷信号数据,提取3个预警效果显著且能敏感反映含瓦斯煤岩灾变破坏的前兆指标,包括瞬时脉冲电荷量、排列熵和波形因数。通过开展不同侧压比条件下含瓦斯煤岩加载试验,结合物理试验和信号分析,深入研究了含瓦斯煤岩破裂电荷演化规律,基于层次分析法和遗传算法,确定了“三指标”的权重值和6个优选特征指标的临界值,将这些优选指标作为综合预警方法的输入参数,构建了含瓦斯煤岩破坏综合预警模型。为验证该方法的有效性,采用实验室历史数据中的含瓦斯煤岩破坏电荷信号进行验证分析。结果表明:通过对大同煤业集团忻州窑矿含瓦斯煤岩试样电荷信号数据的分析,确定了电荷信号前兆敏感指标瞬时脉冲电荷量、排列熵、波形因数的权重分别为0.633、0.106和0.261;筛选出了“三指标”中6个关键指标作为综合预警方法的输入参数:排列熵0.5 s偏差值、排列熵偏差异常持续时间、波形因数0.5 s偏差值、波形因数偏差异常频次、瞬时脉冲电荷量累积量斜率和瞬时脉冲电荷量数值变化率,其对应的临界值分别为0.24、0.05、0.35、3.00、0.014和3.32。将上述指标和临界值应用于历史试验数据进行验证,验证结果表明该综合预警方法对含瓦斯煤岩破坏的相对时间预测最高可达73.882 s,显著提升了预警准确性和适用性。该方法能够及时预测含瓦斯煤岩破坏风险程度,为矿井安全开采提供了参考。 展开更多
关键词 含瓦斯煤岩 电荷信号 多指标融合 前兆判定方法 预警
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特厚煤层综放工作面过复杂构造区开采工艺优化与回撤通道联合支护技术
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作者 李杨 王楠 +6 位作者 刘令生 张建 李海波 邹淩雲 王承乾 宋一飞 曹晋龙 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第2期163-176,共14页
在煤层开采过程中,断层、风化带和褶皱等复杂地质构造区常导致塌陷和冒顶等灾害,威胁采场安全并增加巷道维护成本。为科学指导工作面安全高效通过复杂构造区,以内蒙古红树梁煤矿6106工作面为工程背景,针对采面内遇复杂构造区煤岩风化严... 在煤层开采过程中,断层、风化带和褶皱等复杂地质构造区常导致塌陷和冒顶等灾害,威胁采场安全并增加巷道维护成本。为科学指导工作面安全高效通过复杂构造区,以内蒙古红树梁煤矿6106工作面为工程背景,针对采面内遇复杂构造区煤岩风化严重,工作面无法正常推进、围岩难以控制等难题展开了系统的研究。构建并优化了一种“调斜-揭露-支架回撤-缩面”的过构造区开采工艺路径,并基于力学稳定性判据对其关键参数进行了定量分析。研究揭示了在工作面揭露回撤通道过程中采场应力集中的动态迁移规律以及巷道围岩的变形特性,并系统分析了渐变煤柱内支承应力分布特征,结果表明:随工作面的推进,采场应力集中由工作面中部向构造区煤柱逐步迁移;巷道围岩应力集中区域由工作面侧(左下角方向)向构造区侧(右上角方向)迁移,并呈现沿该方位的空间转移趋势;巷道围岩的稳定性在不同推进阶段存在显著差异,随着工作面逐渐接近回撤通道,围岩应力和变形增大,顶板下沉明显,围岩承载能力显著下降,需针对性强化支护措施。基于巷道围岩在各阶段的力学响应特性,针对性地提出了工作面揭露回撤通道前期采用“锚-网-索”支护模式,并随工作面推进逐步实施“一梁三柱→一梁四柱→局部补强支护”的动态联合支护技术。现场应用和监测结果显示,该支护方案有效控制了围岩变形,提升了巷道稳定性,降低了维护成本及破坏风险,为特厚煤层综放工作面穿越复杂构造区的安全高效开采提供了可靠的理论支撑与技术指导。 展开更多
关键词 特厚煤层综放开采 复杂构造区 调斜揭露 围岩稳定性 动态联合支护
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基于IPIO算法的瓦斯抽采管网调控方法研究
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作者 周爱桃 陆涛 +3 位作者 王东旭 张喜 安靖宇 范席辉 《矿业安全与环保》 北大核心 2026年第1期82-90,共9页
为解决当前煤矿瓦斯抽采工况不合理的问题,实现矿井瓦斯抽采管网负压智能调控,提出一种阀门开度优化负压调控新方法,以提升管网的瓦斯抽采能力。基于瓦斯抽采管网结构及气体流动特性,建立管网解算模型,结合优化算法优化阀门开度;同时改... 为解决当前煤矿瓦斯抽采工况不合理的问题,实现矿井瓦斯抽采管网负压智能调控,提出一种阀门开度优化负压调控新方法,以提升管网的瓦斯抽采能力。基于瓦斯抽采管网结构及气体流动特性,建立管网解算模型,结合优化算法优化阀门开度;同时改进鸽群优化算法,引入整体学习因子提升算法全局搜索能力;融合个体历史最优项并调整中心位置强化局部寻优。以安徽刘庄煤矿抽采西区为例,优化后所有气源端负压稳定在设定范围,管网入口漏风量减少2.323 kg/s,瓦斯质量浓度提高至原方案的1.63倍。通过模拟实验与现场实际相结合,为煤矿瓦斯管网高效抽采提供可行方案。 展开更多
关键词 瓦斯抽采 管网调控 管网解算 阀门开度 优化算法
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