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基于主控岩层的综采工作面导水裂缝带高度预测方法研究
1
作者 安泽 于秋鸽 +3 位作者 尹希武 张玉军 宋业杰 张春会 《煤炭工程》 北大核心 2026年第3期145-154,共10页
为准确预测综采工作面导水裂缝带发育高度,基于综采工作面覆岩结构特征,结合矿山压力、涌水量及微震事件的演化规律,提出工作面覆岩导水裂缝主控岩层的概念,并构建覆岩厚硬岩层“横向三区”复合承载结构模型,推导“三区复合支撑体”支... 为准确预测综采工作面导水裂缝带发育高度,基于综采工作面覆岩结构特征,结合矿山压力、涌水量及微震事件的演化规律,提出工作面覆岩导水裂缝主控岩层的概念,并构建覆岩厚硬岩层“横向三区”复合承载结构模型,推导“三区复合支撑体”支承刚度计算公式,建立工作面覆岩临界破断步距计算方法,最终形成基于主控岩层的导水裂缝带高度预测新方法,并在纳林河二矿31101综采工作面开展工程应用验证。研究结果表明:工作面导水裂缝主控岩层是覆岩中自下向上首个不发生周期性破断的厚硬岩层,该岩层由原岩支撑区、支架控顶支撑区、冒落顶板支撑区构成的复合支撑体共同支承;随着破断岩层碎胀程度及相对压实系数的变化,冒落顶板支撑区刚度呈现“缓慢增长”与“快速增长”双阶段演化特征;工作面覆岩临界破断步距等同于工作面见方步距。工程应用结果显示,31101工作面导水裂缝带裂采比实测值为17.21,《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》中两组经验公式预测裂采比分别为8.51和9.83,而本文提出的基于主控岩层的预测方法计算裂采比为19.58,与现场实测结果更为接近,预测精度显著提升。 展开更多
关键词 导水裂缝带高度 综采工作面 支承刚度 破断步距 厚硬岩层 覆岩结构
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TBM穿越深埋断层破碎带突水灾变规律
2
作者 李智 董书宁 +1 位作者 石志远 童仁剑 《煤田地质与勘探》 北大核心 2026年第2期161-171,共11页
【目的】TBM穿越深埋富水断层破碎带时常面临极高突水风险,严重制约工程安全与效率。【方法】为揭示巷道过断层的突水灾变演化规律,提出超前防控技术,控制突水风险,以华北型煤田某煤矿大巷掘进穿越深埋断层破碎带为背景,考虑围岩应力-损... 【目的】TBM穿越深埋富水断层破碎带时常面临极高突水风险,严重制约工程安全与效率。【方法】为揭示巷道过断层的突水灾变演化规律,提出超前防控技术,控制突水风险,以华北型煤田某煤矿大巷掘进穿越深埋断层破碎带为背景,考虑围岩应力-损伤-渗流耦合作用,通过FLAC^(3D)软件建立TBM穿越深埋断层破碎带三维数值模型,模拟分析TBM临近深埋断层过程中围岩位移、塑性区、渗透系数及涌水量的时空演化特征及规律。基于灾变机制,提出一套以超前分段注浆为核心的综合加固方案。【结果和结论】(1) TBM临近断层时,掘进面后方围岩位移与塑性区呈现显著的3阶段空间分异规律;而前方围岩位移及塑性区破坏深度呈指数增长,同时其渗透系数因损伤加剧而激增约106倍,形成贯通性导水裂隙网络,最终诱发围岩整体失稳与突水灾害。(2) TBM围岩涌水量随水力梯度升高呈指数递增,突水临界距离为3.0 m,此时瞬时涌水量达956.1 m^(3)/h。(3)对深埋断层破碎带影响区范围内围岩实施“地面定向钻孔+超前分段注浆”加固后,位移、涌水量和渗透系数变化均得到了有效的控制,确保了施工安全。研究成果不仅可为TBM安全掘进提供科学决策依据,同时对增强TBM装备在复杂水文地质条件下的环境适应性、完善突水灾害动态预警体系及防控技术具有重要工程价值。 展开更多
关键词 TBM掘进 深埋断层破碎带 位移 塑性区 渗透系数 涌水量 突水灾变规律 注浆加固
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煤矿采掘工作面的激光雷达与相机跨模态联合标定方法
3
作者 杨文娟 任志腾 +6 位作者 张旭辉 杜昱阳 李长鹏 张超 许洁 万继成 雷孟宇 《煤田地质与勘探》 北大核心 2026年第2期246-258,共13页
【目的】煤矿井下采掘工作面光照不足、粉尘干扰和点云稀疏条件下特征难以稳定提取,严重制约了井下非结构化场景特征的相机与激光雷达联合标定的精度与鲁棒性。【方法】针对综采工作面和掘进巷道等复杂工况,提出一种激光雷达与相机跨深... 【目的】煤矿井下采掘工作面光照不足、粉尘干扰和点云稀疏条件下特征难以稳定提取,严重制约了井下非结构化场景特征的相机与激光雷达联合标定的精度与鲁棒性。【方法】针对综采工作面和掘进巷道等复杂工况,提出一种激光雷达与相机跨深度特征耦合的联合标定方法。在特征提取阶段,改进了随机抽样一致(random sample consensus,RANSAC)的多平面拟合算法,结合法向量预分簇与自适应迭代机制,实现对液压支架顶梁、掘进机外壳等几何结构高效提取;同时提出跨深度边缘融合策略,协同利用曲率不连续与平面交线特征,增强边缘结构的完整性与鲁棒性。在标定框架上,采用两阶段配准策略:粗配准通过轴向循环扰动策略快速估计初始外参,精配准则在李群空间构建点、线联合约束与非线性优化迭代,确保在煤尘干扰和复杂工况下仍能实现高精度对齐。【结果和结论】在Gazebo仿真平台与实际井下实验场景上对所提方法进行了验证,结果表明,该方法在无噪声时旋转误差小于0.2°、平移误差低于0.02 m,平均重投影误差不超过3.5 px,且在高噪声环境下仍保持优异稳定性,与传统方法相比,所提方法在掘进工作面与综采工作面下的平均重投影误差分别为2.89 px和3.03 px,显著优于对比方法。该方法无需依赖人工标定物,具备良好的环境适应性与稳定性,可满足煤矿井下复杂环境中多模态感知单元的高精度标定需求。 展开更多
关键词 激光雷达 相机 联合标定 点云配准 点云平面提取 煤矿 采掘工作面
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基于U-Net模型的矿井电阻率反演方法研究
4
作者 胡运兵 王胡日查 +2 位作者 易洪春 段天柱 崔少北 《矿业安全与环保》 北大核心 2026年第1期185-192,共8页
针对矿井电阻率反演中传统方法依赖初始模型、边界模糊及现有深度学习反演存在伪影干扰的问题,提出物理约束的U-Net反演方法。该方法融合电性敏感特性与深度聚焦机制,基于U-Net网络的多尺度特征融合架构构建加权交叉熵损失函数,通过编... 针对矿井电阻率反演中传统方法依赖初始模型、边界模糊及现有深度学习反演存在伪影干扰的问题,提出物理约束的U-Net反演方法。该方法融合电性敏感特性与深度聚焦机制,基于U-Net网络的多尺度特征融合架构构建加权交叉熵损失函数,通过编码器—解码器跳跃连接实现异常体与背景场的电性差异强化;基于三类典型异常体定义电阻率分布的参数化空间,采用有限元法对6000组模型进行正演计算,通过偶极—偶极装置获取视电阻率剖面数据,构建地质模型—电性响应匹配数据集并用于监督学习训练。实验结果表明:该方法Dice系数为0.950±0.018,单次反演耗时由传统最小二乘反演方法的65.2 s降至1.0 s,效率提升98.5%。通过物理先验与深度学习的协同优化,为煤矿水害隐蔽致灾体精准探测提供了解决方案。 展开更多
关键词 矿井电阻率反演 U-Net 深度学习反演 矿井水害 工作面 物理约束
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矿井瓦斯超限事故的多维度分析与防控策略
5
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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水射流冲击非平整岩层损伤机理模拟研究
6
作者 刘宏梅 王文龙 +2 位作者 何景强 张海建 李发旭 《振动与冲击》 北大核心 2026年第5期265-272,共8页
水射流破岩是近年来兴起的一种新型破岩方法,其高效环保、适用性强,已广泛应用于采矿及勘探领域。为研究水射流冲击下非平整岩层内部应力与损伤机理,采用光滑粒子流体动力学方法与有限元方法耦合算法建立了射流冲击非平整岩层数值模型... 水射流破岩是近年来兴起的一种新型破岩方法,其高效环保、适用性强,已广泛应用于采矿及勘探领域。为研究水射流冲击下非平整岩层内部应力与损伤机理,采用光滑粒子流体动力学方法与有限元方法耦合算法建立了射流冲击非平整岩层数值模型并进行求解模拟。结果表明:岩层表面凸起一侧与射流率先接触并出现损伤,产生的径向裂纹呈非对称扩展;水射流冲击产生的应力波传播靠近流固接触面的岩层凸起一侧,岩层内部不同时刻下的应力峰值均产生于5 mm深度范围内,在岩层内部轴向深度超过10 mm后,应力传播平稳并缓慢下降;流固接触面失效形式主要为剪应力作用下的剪切失效,初始裂纹形成区主要受压剪应力共同作用产生破坏,并存在微小拉应力的影响,裂纹扩展区失效形式为拉伸失效,压应力、剪应力未对岩层造成明显影响。该研究对射流冲击复杂岩层开采作业具有一定的理论意义及工程应用价值。 展开更多
关键词 水射流 裂纹损伤 数值模拟 损伤机理
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年产千万吨综放工作面超远距离供液技术研究
7
作者 马英 王伦 +4 位作者 魏存跃 李思岩 李营 侯成明 佟友 《中国煤炭》 北大核心 2026年第1期83-91,共9页
为解决采煤工作面推进长度增加后,传统综放工作面供液技术面临的压力损失大、供液稳定性差、智能化控制水平低等难题,满足高效安全开采需求,以肖家洼煤矿年产千万吨221304智能化综放工作面为研究对象,开展4 500 m超远距离供液技术研究... 为解决采煤工作面推进长度增加后,传统综放工作面供液技术面临的压力损失大、供液稳定性差、智能化控制水平低等难题,满足高效安全开采需求,以肖家洼煤矿年产千万吨221304智能化综放工作面为研究对象,开展4 500 m超远距离供液技术研究。通过分析管路压力损失特性,优化确定Φ133 mm×12 mm单进单回供液管路方案,并结合振动抑制、应力监测等技术降低压力损失与提升管路稳定性;通过集成智能传感、远程协同等技术,构建“云-边-端”三级智能控制架构,采用自适应模糊PID等算法实现系统精准调控。现场应用表明,该技术使管路压力损失降低18.7%,月均故障率下降42.2%,检修效率提高45.9%,保障了工作面年产千万吨的生产能力。该技术体系提升了超远距离供液系统的可靠性与智能化水平,为深部复杂煤层开采提供了成熟范式,对煤炭行业智能化、绿色化转型具有重要推广价值。 展开更多
关键词 综放工作面 超远距离供液系统 供液管路优化 智能化泵站系统
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硬故障下矿井主通风机最优切换式离线维修决策
8
作者 白国庆 秦彦凯 +2 位作者 贾文强 贺志凯 张永飞 《煤炭工程》 北大核心 2026年第3期44-53,共10页
矿井主通风机作为矿井安全作业的核心,其通常由两台同型设备冷贮备构成,在系统运行过程中往往需要定期切换和维护以保证其高效运行。对于此类系统,设备交替运行导致系统故障受设备状态的耦合影响,且不同维修对应不同效果、时间及成本并... 矿井主通风机作为矿井安全作业的核心,其通常由两台同型设备冷贮备构成,在系统运行过程中往往需要定期切换和维护以保证其高效运行。对于此类系统,设备交替运行导致系统故障受设备状态的耦合影响,且不同维修对应不同效果、时间及成本并对系统后续运行产生不同的影响,因此,系统故障特性和切换维修策略直接影响运行可靠性和成本。该研究以矿井主通风机为研究对象,首先在结构及故障模式分析的基础上,定义了离线式切换式维修策略并引入了维修度概念对维修效果、时间、成本、次数进行统一建模;其次推导了硬故障、维修策略及维修度影响下的系统随机故障模型;然后构建了有限时域内的费用率模型以优化维修间隔和维修度。最后通过数值实验验证了模型的正确性和有效性。结果表明所制定的考虑维修度的维修策略可以有效降低系统的运维成本,同时设备报废成本的变化对系统最优费用率的影响较为灵敏,管理者可以通过精细化管理设备的报废成本以进一步提高系统的经济效益。 展开更多
关键词 矿井主通风机 冷贮备 可修系统 离线切换式维修 维修度 费用率模型
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选煤厂重介浅槽分选机执行参数多目标优化研究
9
作者 常发军 《煤矿机械》 2026年第2期23-29,共7页
针对选煤厂重介浅槽分选机在实际生产中,因原煤性质波动与系统多参数强耦合所导致的调节依赖经验、精煤产率与能耗难以兼顾等问题,提出一种面向选煤厂实际应用的参数优化方法。首先,利用主成分分析与相关系数法,从海量运行数据中精准筛... 针对选煤厂重介浅槽分选机在实际生产中,因原煤性质波动与系统多参数强耦合所导致的调节依赖经验、精煤产率与能耗难以兼顾等问题,提出一种面向选煤厂实际应用的参数优化方法。首先,利用主成分分析与相关系数法,从海量运行数据中精准筛选出悬浮液密度、水平/上升流流量等关键可调参数,使其与精煤产率、产品灰分及吨煤电耗等核心生产目标强关联,完成参数聚焦;进而,引入天牛须搜索算法,通过其智能试探与方向寻优机制,动态调整上述参数,在复杂波动的入料条件下快速找到高效区;最终,构建一个综合能效与质量的评价函数,统筹解决提质与降耗的生产矛盾,直接输出一套兼顾分选效果与经济效益的最优操作方案。实验结果表明:优化后的分选机在分选效率、精煤产率及能耗控制方面均显著优于对比算法,尤其在高压分选工况下仍保持稳定性能,展现出良好的工程适用性与经济性。 展开更多
关键词 选煤厂 重介浅槽分选机 执行参数 参数多目标优化 天牛须搜索算法
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基于YOLOv10的煤矿带式输送机碎石检测
10
作者 李生舟 《煤矿机械》 2026年第4期242-245,共4页
煤矿开采过程中常混杂碎石等异物,煤矿带式输送机上的碎石若不及时清理,容易引发设备故障。为保障煤矿安全生产,以YOLOv10为基础,提出了一种基于混合频域卷积与弱特征增强的碎石检测方法,在实际煤矿带式输送机数据集上进行了全面的对比... 煤矿开采过程中常混杂碎石等异物,煤矿带式输送机上的碎石若不及时清理,容易引发设备故障。为保障煤矿安全生产,以YOLOv10为基础,提出了一种基于混合频域卷积与弱特征增强的碎石检测方法,在实际煤矿带式输送机数据集上进行了全面的对比实验。实验结果表明,相较于传统方法,所提方法在准确率和召回率均有显著提升。 展开更多
关键词 碎石检测 YOLOv10 混合频域卷积 弱特征增强
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露天煤矿冻顶台阶加密空孔对爆炸应力波分布影响规律研究
11
作者 马力 王晓民 +9 位作者 金磊 李雁飞 张奇峰 张佩翼 张津鹏 李新鹏 张东旭 刘忠伟 李蒙博 马宁 《采矿与安全工程学报》 北大核心 2026年第1期188-197,共10页
为提高高寒地区露天煤矿岩石台阶深孔爆破效果,基于空孔对岩体中爆炸应力波传播导向及反射拉伸作用的假设,以加密孔夹角为影响因子,构建了加密孔条件下应力关系模型,提出了孔间加密与排间加密两种加密布孔方式,将数值模拟与现场试验相结... 为提高高寒地区露天煤矿岩石台阶深孔爆破效果,基于空孔对岩体中爆炸应力波传播导向及反射拉伸作用的假设,以加密孔夹角为影响因子,构建了加密孔条件下应力关系模型,提出了孔间加密与排间加密两种加密布孔方式,将数值模拟与现场试验相结合,探究了长加密孔应力波反射拉伸与损伤效果影响规律。结果表明:在相邻爆源作用影响下的最佳加密孔夹角为0°和45°;孔间长加密布孔对岩体爆破损伤的效果优于短加密孔;2 m排间加密方案中,加密孔附近未产生明显裂纹,主炮孔周围裂隙发育不明显,岩石平均大块率在4.32%左右;采用6 m孔间加密和6 m排间加密方案后,岩石平均大块率整体降为3.03%和2.34%,6 m孔间加密方案爆破破碎效果最佳。 展开更多
关键词 露天煤矿 深孔爆破 应力传播 加密布孔 岩石大块率
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我国煤矿冲击地压的现状、问题与思考
12
作者 齐庆新 桂来保 +19 位作者 李海涛 赵善坤 郑建伟 张修峰 王旭东 王守光 韩军 欧阳振华 王爱文 何团 张俊文 杜伟升 李一哲 张海宽 郑伟钰 刘驰 李云鹏 朱小景 张宁博 薛珊珊 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期255-273,共19页
近10年来,我国冲击地压防控事业成效显著,科学防冲理念已深入人心,成体系的政策制度与技术方案为煤炭资源开发筑牢了安全屏障。然而,随着煤矿开采深度不断增加、开采强度持续提升,全国冲击地压矿井数量已达177座(不完全统计),且呈逐年... 近10年来,我国冲击地压防控事业成效显著,科学防冲理念已深入人心,成体系的政策制度与技术方案为煤炭资源开发筑牢了安全屏障。然而,随着煤矿开采深度不断增加、开采强度持续提升,全国冲击地压矿井数量已达177座(不完全统计),且呈逐年上升趋势。与此同时,矿井产能“整体西移”至“晋-陕-蒙-新”核心产煤基地,“单矿集中”的现代化矿井模式让防冲工作面临全新挑战,缺乏现成经验可借鉴,冲击地压已成为制约这些区域产能科学合理释放的关键因素。当前,煤矿深部开采与千万吨级产能的工程背景,大幅压缩了防冲工作的容错空间与试错机会,传统“经验尝试、先干后调”的模式已无法应对现有挑战,尤其是地面压裂、井下超长孔等覆盖大范围采掘空间的区域性措施,对差异化与精准化的要求达到了新高度。尽管行业内已公认从源头实现冲击地压有效防控是最优路径,但如何将这一理念转化为可执行、能落地的科学理论、工程技术与专用装备,仍缺乏清晰解决方案。值得关注的是,近年来数字化、智能化技术的飞速发展,为冲击地压防控带来了新机遇,数字化源头防控等全新技术范式呼之欲出。在此承前启后的关键时期,系统梳理我国冲击地压的现状与问题,深入解析核心矛盾,不仅能为煤炭行业高质量发展提供必要的认知基础,更能为构建精准化、数字化的防冲体系提供方法论支撑。 展开更多
关键词 冲击地压 源头防控 防冲新范式 现代化矿井 复杂工程场景
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煤矿单轨吊机车定位系统设计与功能调试
13
作者 杨磊 祝坚 +1 位作者 孙喜贵 张逸斌 《煤矿机械》 2026年第4期46-52,共7页
为了更深入地探索煤矿单轨吊机车定位精度的优化方向,依据现场应用需求,提出融合捷联惯性导航与射频识别(RFID)技术的煤矿单轨吊机车定位系统设计方案,其核心目标是弥补传统RFID定位精度欠佳的短板。该系统借助车载设备采集机车的运行... 为了更深入地探索煤矿单轨吊机车定位精度的优化方向,依据现场应用需求,提出融合捷联惯性导航与射频识别(RFID)技术的煤矿单轨吊机车定位系统设计方案,其核心目标是弥补传统RFID定位精度欠佳的短板。该系统借助车载设备采集机车的运行状态数据,经WiFi传输至上位机进行运算处理,从而达成高精度定位;硬件架构包含主控单元、惯性测量组件及RFID位置校准模块,软件层面则设计了核心标签识别程序、测距算法,以及基于捷联惯性导航的定位功能模块。现场测试数据显示,该系统在100 m×21 m的矿井轨道场景下运行状态稳定:单次测距误差在3 m以内,平均累积误差仅为0.6 m。这一精度水平有效增强了单轨吊机车的运输安全性与调度效率,为煤矿运输的智能化发展提供了坚实的技术保障。 展开更多
关键词 单轨吊机车 定位系统 系统设计 功能调试
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煤自然发火颗粒尺度效应的定量分析方法
14
作者 梁运涛 宋双林 +3 位作者 胡沛裕 王继红 王树刚 蒋爽 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期530-538,共9页
煤自然发火涉及多尺度研究,单煤颗粒是连接微观机理和宏观表征的关键尺度。现有研究在微观尺度和宏观尺度上均开展了大量的工作,但仍缺乏对颗粒尺度效应在煤自然发火中影响的定量分析和评价。首先基于等效球对称模型和煤氧化反应方程建... 煤自然发火涉及多尺度研究,单煤颗粒是连接微观机理和宏观表征的关键尺度。现有研究在微观尺度和宏观尺度上均开展了大量的工作,但仍缺乏对颗粒尺度效应在煤自然发火中影响的定量分析和评价。首先基于等效球对称模型和煤氧化反应方程建立了第3类边界条件下单煤颗粒内部温度和氧气浓度扩散控制方程,对数学模型进行无量纲处理,推导得到单煤颗粒内部无量纲氧气浓度和温度分布的解析解,定义并得到判断颗粒尺度效应强弱的效率因子数学表达式。进一步,通过对比数值方法与解析解的计算结果验证了解析解的正确性。最后,分析了几个关键无量纲准则数对颗粒内部无量纲氧气浓度、温度分布和效率因子的影响。结果表明:颗粒内部无量纲浓度分布是蒂勒模数和传质毕渥数的函数,而无量纲温度分布则涉及蒂勒模数、传质毕渥数、传热毕渥数以及新得到的准则数4个无量纲准则数;效率因子与蒂勒模数和传质毕渥数有关;当蒂勒模数小于0.1且传质毕渥数大于0.1时,效率因子接近于1.0,此时完全可以忽略颗粒效应;当蒂勒模数大于2.0时,效率因子总是低于0.8,应考虑颗粒效应的影响。工程上可以依据所提出的表征颗粒尺度效应强弱的效率因子计算式进行估算,从而决定是否需要考虑颗粒尺度效应。研究成果为定量分析单煤颗粒微观特性对宏观表征的影响以及后续多尺度仿真模型的建立奠定了基础。 展开更多
关键词 煤炭自然发火 分析解 颗粒尺度 效率因子 多尺度
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煤炭产业共性技术发展预测与创新路径研究
15
作者 王国法 庞义辉 +6 位作者 任怀伟 张吉雄 孟令宇 丁华 尹希文 程健 孙海涛 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第1期1-19,共19页
煤炭共性技术是贯穿煤炭开采、加工、利用全产业链的“技术底座”,是支撑煤炭产业升级和高质量发展的基础性、通用性核心技术,对推动煤炭产业高端化、智能化、绿色化转型发展具有重要意义。本文分析了全球能源转型的大趋势、格局变化、... 煤炭共性技术是贯穿煤炭开采、加工、利用全产业链的“技术底座”,是支撑煤炭产业升级和高质量发展的基础性、通用性核心技术,对推动煤炭产业高端化、智能化、绿色化转型发展具有重要意义。本文分析了全球能源转型的大趋势、格局变化、中国能源生产和消费结构,提出了通过先进技术移植和共性技术创新实现煤炭产业转型与可持续高质量发展的技术路径;全面阐述了煤矿智能绿色高效开采与煤炭清洁高效低碳利用技术取得的重要进展,提出了煤-电-化-新多种能源耦合发展的创新技术路径,通过“新能源为煤炭开发降碳、煤炭为新能源兜底”的双向赋能,推动煤炭产业绿色转型升级。围绕煤炭开发基础科学难题、煤炭安全生产共性技术、煤炭智能化无人/少人开采技术难题、煤炭绿色开发共性技术难题、煤炭清洁高效利用、人工智能+资源+能源+生态智慧综合体等行业六大共性技术维度,全面梳理煤炭产业实现高质量发展面临的重大难题,提出共性技术突破方向、攻关重点和系统性解决方案。基于目前我国煤炭开采、加工、利用共性技术发展现状,提出了“十五五”期间煤炭共性技术发展预测:实现地质模型与矿井生产系统的全息交互与智能决策;突破煤矿多模态垂直大模型构建,推进工作面10 kV技术装备研发与工程示范,升级迭代惯性导航、人员精确定位等技术装备,开展薄及较薄煤层工作面常态化无人/少人开采示范、厚煤层500 m超长工作面年产20 Mt工程示范及深井复杂条件冲击地压煤层无人/少人智能开采工程示范,攻克露天煤矿连续开采工艺及成套装备、半连续开采智能化成套技术装备的难题;实现绿色开采技术推广应用和智能洗选装备全面升级。提出2030—2050年中长期煤炭共性技术发展预测:到21世纪中叶,逐步建成完善的智能绿色开发技术与装备体系,实现煤炭高端化转化利用技术新突破,推动煤炭智能绿色柔性开发供给体系高效运行,形成煤-电-化-新全面融合的新业态,煤炭产业高质量发展进入新阶段。提出了煤炭共性技术创新体系架构,通过建立“政策引导—资源供给—应用反馈—服务支撑”的闭环创新生态体系,推动煤炭产业实现高端化、智能化、绿色化转型发展,为煤炭产业可持续高质量发展提供共性技术供给和保障。 展开更多
关键词 煤炭共性技术 智能绿色开发 清洁高效利用 创新体系 煤-电-化-新耦合发展
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露天煤矿智能开采技术装备进展与展望
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作者 王忠鑫 刘英璐 +7 位作者 孙鑫 丁小华 赵红泽 李来平 宋波 黄俊婷 李广贺 周游 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第1期424-444,共21页
为推动露天煤矿领域新质生产力发展,服务煤炭行业高质量转型升级,支撑国家“双碳”战略目标,系统梳理了我国露天煤矿智能开采技术与装备的最新进展,阐述了全生命周期设计、绿色高效开采、智能开采、安全开采等方向基础理论与应用技术的... 为推动露天煤矿领域新质生产力发展,服务煤炭行业高质量转型升级,支撑国家“双碳”战略目标,系统梳理了我国露天煤矿智能开采技术与装备的最新进展,阐述了全生命周期设计、绿色高效开采、智能开采、安全开采等方向基础理论与应用技术的创新成果,提出了无人智能航测、智能设计与管控一体化、智能穿爆与安防、无人化运输、设备远程智能操控、边坡工程地质灾害防控、人员-设备全域安全监管等7项智能化开采关键技术,解决了我国露天煤矿智能化建设面临的安全智能高效开采技术难题。系统总结了我国露天煤矿工艺技术创新与装备自主可控的发展进程,分析了大切割力轮斗挖掘机、大型矿卡动力传动系统等关键装备的突破,以及世界首台百吨级无驾驶室双向行驶纯电无人自卸车,纯电矿卡、换电矿卡、氢能矿卡等新能源装备的创新应用,构建了以连续化工艺创新应用、绿色动力系统升级、开采装备机器人化为标志的露天矿智能开采新模式。凝练了典型智能化露天煤矿建设成效与经验,研究表明未来露天煤矿智能化发展需深化“绿色、安全、高效”三大核心目标,突破高端装备及关键零部件自主可控“卡脖子”难题,积极应对柔性生产、双碳目标及无人矿山等挑战,推动构建AI大模型驱动的一体化智能决策新体系,为行业高质量发展提供理论支撑与技术路径。 展开更多
关键词 露天煤矿 智能采矿 无人化矿山 绿色开采 采矿装备
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深部复杂工作面围岩-支架动态耦合关系及智能调控策略
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作者 任怀伟 巩师鑫 +2 位作者 刘凯 韩哲 张帅 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2026年第1期187-201,共15页
深部复杂条件煤层开采地应力高,围岩变形破坏严重,走向和倾向倾角起伏变化大。工作面不同位置的围岩压力、空间形态差异显著,支护技术条件复杂。现有工作面支护装备多为单一、固定功能参数设计,对围岩动态变化的适应能力不足,难以满足... 深部复杂条件煤层开采地应力高,围岩变形破坏严重,走向和倾向倾角起伏变化大。工作面不同位置的围岩压力、空间形态差异显著,支护技术条件复杂。现有工作面支护装备多为单一、固定功能参数设计,对围岩动态变化的适应能力不足,难以满足复杂条件煤层智能化开采需求。以淮南矿区某示范煤矿千米深井厚煤层超长工作面为例,提出了工作面围岩-支架力耦合(大小、方向和作用点)分析和空间态势、位移耦合分析方法,揭示深部超长工作面覆岩分区破断、压力动态迁移时空演化特征及规律,构建了基于深度学习神经网络的“压力-位姿”融合预测模型,提前预测和判断工作面围岩和装备的力位状态;基于非参数聚类算法提出了液压支架工作阻力和位姿分区准则,建立了不同分区的支护和位姿控制方法;研发了复杂条件工作面“三测两控一平台”智能分析决策系统,实现围岩状态、装备压力和空间信息的综合感知及决策控制,大幅提升装备适应煤层条件渐变或突变扰动的能力。示范工作面应用结果表明:系统有效提升复杂条件工作面支护装备的适应性和灵活性。在采用超长工作面布置,采高范围5.0~6.2 m、倾向平均倾角14°、走向最大倾角17°条件下,平均每天割煤5刀,开采速度提升38.29%。示范应用3个月,推进210.2 m,采煤总量近60万t,实现了淮南地区深部“三软”煤层大采高安全高效开采。本研究提出了适应深部复杂煤层特征的智能化开采方法,为深部煤炭资源的安全高效开采提供了技术支撑。 展开更多
关键词 千米深井 智能开采 液压支架群组 数据分析 分区协同
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基于钻孔综合物探的透明掘进地质导航系统构建方法
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作者 范涛 刘再斌 +7 位作者 程建远 李卫 郝跃 代振华 段啸风 刘文明 李贵红 高耀全 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第2期387-400,共14页
煤矿巷道快速掘进是保障煤炭安全高效开采的关键环节,针对煤矿智能化掘进中面临地质信息获取精度不足与导航决策依赖经验的双重挑战,提出基于综合钻孔物探的透明掘进地质导航系统构建方法。采用钻孔物探协同超前探测技术、多源地质数据... 煤矿巷道快速掘进是保障煤炭安全高效开采的关键环节,针对煤矿智能化掘进中面临地质信息获取精度不足与导航决策依赖经验的双重挑战,提出基于综合钻孔物探的透明掘进地质导航系统构建方法。采用钻孔物探协同超前探测技术、多源地质数据融合解释和导航路线规划算法相融合的方式,构建了“探-导-掘”一体化架构。首先,建立了钻孔-物探数据链协同机制,创新集成了孔中瞬变电磁立体探测、孔中地质雷达精细成像及随钻自然伽马岩性识别技术,利用定向长钻孔实现了对巷道前方1 000 m超前距离、径向30 m范围内隐伏含水体、断层构造及煤层顶底板起伏的单孔多参数同步精细化探测。其次,提出了基于贝叶斯框架的多参数联合反演模型与时空协同克里金-STL数据融合算法,有效解决了多源异构数据在统一时空基准下的深度融合问题。最后,构建了结构约束-物性填充的掘进工作面高精度动态三维地质模型,设计了基于改进A^(*)算法的地质适应性导航策略,该策略将地质模型中的水害、构造等风险区域量化为路径搜索的代价函数,结合数字孪生系统的互馈更新机制,实现了掘进路径的自主规划与实时纠偏。经工程实践验证,在某矿24104工作面成功识别隐伏采空积水异常区1处,巷道掘进周期由107 d减少至67 d,效率提高了约37%。该系统突破了传统“探-掘”分离模式,为煤矿巷道快速掘进的长距离超前探测和高精度地质导航提供了地质数据保障。 展开更多
关键词 钻孔物探 掘进地质导航 多源地质数据融合解释 导航路线规划算法 数字孪生
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钻井液对不同注浆材料流变触变行为的影响研究
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作者 崔勇 尹希文 +2 位作者 于秋鸽 樊振丽 孙晓冬 《煤炭工程》 北大核心 2026年第3期85-93,共9页
针对煤矿奥灰含水层治理过程中因注浆材料选择导致封堵效果不佳的问题,通过流变/触变仪、粒度分布仪、Zeta电位仪、有机碳吸附仪与等温量热仪等测试手段,从物理和化学两个角度研究了钻井液对水泥浆与黏土浆流变/触变行为的影响规律,分... 针对煤矿奥灰含水层治理过程中因注浆材料选择导致封堵效果不佳的问题,通过流变/触变仪、粒度分布仪、Zeta电位仪、有机碳吸附仪与等温量热仪等测试手段,从物理和化学两个角度研究了钻井液对水泥浆与黏土浆流变/触变行为的影响规律,分析了钻井液与注浆材料的相互作用机制,并通过新安煤田孟津煤矿奥灰含水层治理工程验证了不同注浆材料对钻井液的吸附封堵效果。结果发现:①钻井液显著增加水泥浆与黏土浆的流变性能(动态屈服应力、塑性黏度)及触变性,且呈现掺量依赖性。相同掺量下,黏土浆动态屈服应力比水泥浆高35%以上,触变性比水泥浆高2.5倍以上;②通过Zeta电位与吸附量分析,带正Zeta电位的水泥浆(+1.39 mV)对带负Zeta电位的钻井液(-35.8 mV)通过静电吸引实现高效吸附,而带负Zeta电位的黏土浆(-13.4 mV)对钻井液产生静电斥力,水泥浆对钻井液的饱和吸附量(330 mg/L)和吸附效率(100%)分别是黏土浆对钻井液的2.4倍和1.25倍,表明了电性匹配对吸附行为的决定性作用;③基于电性匹配特性提出水泥浆早期吸附封堵技术,实际工程监测表明,早期水泥浆吸附钻井液后孔口起压速率(0.045 MPa/h)仅为黏土浆封堵体系(0.86 MPa/h)的5%,在大漏失地层(漏失速率>30 m^(3)/h)应用中堵漏响应效率提升20倍。本研究从物理与化学角度揭示了注浆材料与钻井液电性匹配、选择性吸附与流变/触变增加的相互作用机制,为煤矿奥灰含水层早期高效封堵材料设计与工程应用提供了理论依据。 展开更多
关键词 注浆材料 钻井液 流变触变性 ZETA电位 吸附特性
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我国煤矿区定向钻进轨迹控制关键技术及发展趋势
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作者 杨冬冬 张幼振 +2 位作者 李泉新 陈龙 陈刚 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第2期60-78,共19页
我国煤炭资源储量丰富,但地质条件复杂,煤层赋存条件差异显著。随着煤炭资源开采难度与安全风险增加,煤矿区定向钻进技术在矿井灾害防治及隐蔽致灾因素探查中的重要性愈发显著,钻进轨迹精准控制成为定向钻进技术保障煤炭安全高效开采过... 我国煤炭资源储量丰富,但地质条件复杂,煤层赋存条件差异显著。随着煤炭资源开采难度与安全风险增加,煤矿区定向钻进技术在矿井灾害防治及隐蔽致灾因素探查中的重要性愈发显著,钻进轨迹精准控制成为定向钻进技术保障煤炭安全高效开采过程中的开采效率、降低成本及保障安全的核心技术环节。21世纪以来,定向钻进技术通过融合物联网、大数据、人工智能等科技,实现了从人工经验主导到科学化、精确化,再到自动化、智能化发展的技术演进。详细阐述了钻进轨迹控制的关键技术的发展现状及不足,包括基于单弯螺杆马达的定向钻进技术、旋转导向钻进技术、随钻测量技术。基于单弯螺杆马达的定向钻进技术应用广泛,滑动造斜过程中未充分利用钻机能力,而复合钻进过程中无法调整钻进轨迹。旋转导向技术作为前沿技术,通过井下智能系统实时调整钻头姿态,实现了“随钻调整”,显著提高了钻进速度和控制精度,但是煤层应用造斜率不足。随钻测量技术的发展为轨迹监测与预测提供了有力支持,但该技术存在信号衰减、信号延迟及地层干扰等问题。通过国内外在定向钻进技术及其装备研发方面的最新成果综述分析,探讨了技术发展趋势,包括钻进轨迹控制的自动化与智能化融合、旋转导向技术优化创新、多参数随钻测量与传输技术革新以及装备与工艺协同创新,将为未来钻进轨迹控制技术的发展指明方向,推动该领域技术水平的不断提升。 展开更多
关键词 定向钻进 轨迹控制 旋转导向 随钻测量 地质导向 工程参数 随钻陀螺 发展趋势
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