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基于U-Net模型的矿井电阻率反演方法研究
1
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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基于PLC和改进YOLOv11模型的矿井风门监控系统研究
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作者 张磊 白涛 +2 位作者 陶虹京 王飞宇 郑奥 《工矿自动化》 北大核心 2026年第1期56-63,共8页
针对传统基于PLC的矿井风门监控技术存在检测速度慢、自动化控制水平低等问题,提出一种基于PLC和改进YOLOv11模型的矿井风门监控系统,通过在传统基于PLC的矿井风门监控系统架构中嵌入改进YOLOv11模型,实现井下人车目标的实时精准识别与... 针对传统基于PLC的矿井风门监控技术存在检测速度慢、自动化控制水平低等问题,提出一种基于PLC和改进YOLOv11模型的矿井风门监控系统,通过在传统基于PLC的矿井风门监控系统架构中嵌入改进YOLOv11模型,实现井下人车目标的实时精准识别与风门启闭的智能联动控制。以YOLOv11为基础模型,提出EAW−YOLO模型:首先,在C3k2模块中引入指数平均数指标(EMA)注意力机制,组合成C3k2−EMA模块,增强模型特征提取能力;然后,引入ADown卷积,在通道降维的同时保留关键信息;最后,引入WIoU损失函数,通过动态调节不同锚框的重要性,增强模型回归收敛的速度。实验结果表明:①EAW−YOLO模型的准确率较YOLOv11提升了1.6%,mAP@0.5提升了1.9%,模型参数量下降了19.2%,推理速度提升了9.7%,达到86.7帧/s。②EAW−YOLO模型较YOLOv11,Faster−CNN,EfficientDet,RT−DETR的准确率分别提升了1.6%,0.6%,2.0%,0.2%,mAP@0.5分别提升了1.9%,0.7%,1.6%,1.1%,参数量分别降低了0.5×10^(6),135.0×10^(6),1.8×10^(6),40.7×10^(6)个,推理速度分别提升了7.7,51.2,9.8,35.1帧/s,模型大小分别减少了0.4,102.9,11.1,80.9 MiB。③面对近距离大目标的不同车辆,EAW−YOLO模型的检测精度更高;面对小目标、远距离的不同车辆,EAW−YOLO模型的检测精度略有提升;面对远距离、边缘特征模糊的人员小目标,EAW−YOLO模型的检测精度提升幅度更大,且能正确识别人员目标;在遮挡且高逆光的场景中,EAW−YOLO模型的检测精度更高。为验证基于PLC和改进YOLOv11模型的矿井风门监控系统的可行性,在实验室进行验证,结果表明:当摄像头捕获到车辆模型时,识别信号实时传输至PLC,从而精确控制风门装置的开启与关闭动作。 展开更多
关键词 矿井通风系统 矿井风门控制 多目标检测 YOLOv11 EAW−YOLO EMA注意力机制
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我国西部煤矿矿井水保护利用现状及对策研究
3
作者 贺安民 马朝猛 +4 位作者 许多 程伟 张勇 李井峰 张海琴 《中国矿业》 北大核心 2026年第2期126-137,共12页
针对我国煤炭资源与水资源逆向分布的核心矛盾,聚焦西部矿区矿井水资源化利用关键问题,系统开展矿井水保护利用政策框架、技术路径与实施机制的集成研究。通过文献计量、政策文本分析、典型案例研究及多维度数据交叉验证,综合运用系统... 针对我国煤炭资源与水资源逆向分布的核心矛盾,聚焦西部矿区矿井水资源化利用关键问题,系统开展矿井水保护利用政策框架、技术路径与实施机制的集成研究。通过文献计量、政策文本分析、典型案例研究及多维度数据交叉验证,综合运用系统分析法、对比研究法与实地调研法,解析我国西部煤炭产能分布与矿井水保护利用现状,构建“政策-技术-经济”三维评估模型。研究结果表明:我国西部晋陕蒙疆四省区煤炭资源储量占全国73.80%,但水资源总量仅占全国7.90%,煤水矛盾突出;沿黄流域矿井水涌水量约65亿m^(3),综合利用率不足45%;现行政策体系存在水质标准缺失、财税激励不足、市场机制不健全等制度性缺陷;技术层面呈现矿井水保护技术标准缺失、技术推广受限、矿井水处理技术经济性差等突出瓶颈。基于矿井水保护利用存在的问题,本文提出“政策-经济-技术”协同解决方案:政策方面需完善矿井水利用标准体系、加强财税激励、健全市场机制、强化监管等;矿井水保护技术方面提出加大“堵截法”和“导储用”技术推广力度,依托“2030-煤炭清洁高效利用”重大专项突破矿井水保护技术瓶颈;矿井水处理技术方面提出推广新能源及井下处理技术,开发高盐废水资源化技术,构建“分质分级利用”体系及管网和联调系统。研究成果为破解西部矿区煤水矛盾、实现煤炭绿色开发提供了理论支撑和技术路径。 展开更多
关键词 西部矿区 煤矿矿井水 矿井水保护技术 矿井水处理技术 资源化利用
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基于LSTM-Transformer模型的突水条件下矿井涌水量预测 被引量：1
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作者 李振华 姜雨菲 +1 位作者 杜锋 王文强 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2026年第1期77-85,共9页
目的矿井涌水量精准预测对预防矿井水害和保障矿井安全生产具有重要意义,为精准预测矿井涌水量,构建适用于华北型煤田受底板L_(1-4)灰岩含水层和奥陶系灰岩含水层水害威胁的矿井涌水量预测模型。方法以河南某典型矿井的水文监测数据为基... 目的矿井涌水量精准预测对预防矿井水害和保障矿井安全生产具有重要意义,为精准预测矿井涌水量,构建适用于华北型煤田受底板L_(1-4)灰岩含水层和奥陶系灰岩含水层水害威胁的矿井涌水量预测模型。方法以河南某典型矿井的水文监测数据为基础,提出LSTMTransformer模型。利用LSTM捕捉矿井涌水量的动态时序特征,通过Transformer的多头注意力机制分析含水层水位变化和矿井涌水量之间的复杂时序关联,构建水位动态变化驱动下的矿井涌水量精准预测框架。结果结果表明,LSTM-Transformer模型预测精度显著优于LSTM,CNN,Transformer和CNN-LSTM模型的,其均方根误差为20.91 m^(3)/h,平均绝对误差为16.08 m^(3)/h,平均绝对百分比误差为1.12%,且和单因素涌水量预测模型相比,水位-涌水量双因素预测模型预测结果更加稳定。结论LSTM-Transformer模型成功克服传统方法在捕捉复杂水文地质系统中水位-涌水量动态关联上的局限,为矿井涌水量动态预测提供可解释性强、鲁棒性好的解决方案,也为类似地质条件下矿井涌水量预测提供了新方法。 展开更多
关键词 涌水量预测 水位动态响应 LSTM-Transformer耦合模型 时间序列预测 注意力机制 矿井安全生产
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基于空气焓值的高温高湿矿井热环境评价方法
5
作者 甄正 万志军 +3 位作者 于振子 师鹏 赵万里 王明利 《煤炭科学技术》 北大核心 2026年第3期161-173,共13页
向地球深部进军是必须解决的战略科技问题,深部煤炭资源开采中高地温导致的矿井高温热害问题日益突出,严重威胁井下作业人员身心健康和矿井安全高效生产。热环境评价对于矿井降温设计和作业工时安排具有指导意义。空气焓值作为矿井降温... 向地球深部进军是必须解决的战略科技问题,深部煤炭资源开采中高地温导致的矿井高温热害问题日益突出,严重威胁井下作业人员身心健康和矿井安全高效生产。热环境评价对于矿井降温设计和作业工时安排具有指导意义。空气焓值作为矿井降温设计中的重要指标,具有成为热环境评价指标的潜力。搭建了矿井高温高湿热环境模拟实验平台,开展了多工况人体生理与心理热反应实验,分析了温湿耦合指标对于人体热反应的表征性能,研究了空气焓值、受试时间与人体指标的函数关系,提出了热环境评价分区,建立了基于空气焓值的热环境评价模型,开展了矿井降温设计工程应用。结果表明,高温高湿环境会导致人体生理与心理指标迅速上升突破限值,高湿环境更容易引起热不适,人体生理与心理指标受到温湿度的交互影响;热环境指标与热反应特征的相关性由强到弱分别为空气焓值、温度、湿球温度、湿度;空气焓值、时间与热反应特征可以用Logistic Cumulative模型拟合。根据生理安全限制可将矿井热环境分为热舒适、热安全、热危险与热极限,“三八制”工作模式下对应的空气焓值上限分别为67.923、80.519、98.944 kJ/kg,基于标准焓湿图建立了基于空气焓值的矿井热环境评价模型;将热安全对应的空气焓值应用于平煤十矿现场降温设备设计,系统装机冷负荷计算为2000 kW,应用后使工作面热环境由热极限降低为热安全,降温后月产量增加了12万t左右,取得了良好的安全与经济效益。 展开更多
关键词 热害矿井 热反应 空气焓值 热环境评价 矿井降温
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智能化矿井提升系统健康监测关键技术
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作者 周坪 杨同光 +5 位作者 闫晓东 侯天宇 李子润 李庆 江帆 周公博 《工矿自动化》 北大核心 2026年第2期42-58,68,共18页
目前矿井提升系统健康监测存在以下问题:系统跨度大、部件分布离散,难以实现对关键部件的全域覆盖、连续在线与高性价比监测部署;关键部件故障早期劣化往往表现为弱特征,在多源扰动与强噪声背景下,微弱故障信息易被掩盖,导致特征提取难... 目前矿井提升系统健康监测存在以下问题:系统跨度大、部件分布离散,难以实现对关键部件的全域覆盖、连续在线与高性价比监测部署;关键部件故障早期劣化往往表现为弱特征,在多源扰动与强噪声背景下,微弱故障信息易被掩盖,导致特征提取难度显著增加;服役工况恶劣、可靠性要求高。介绍了矿井提升系统的结构组成及功能,重点分析了滚筒、主轴、钢丝绳、轴承等关键部件在长期服役过程中对健康状态监测的核心需求。在此基础上,详细阐述了当前矿井提升系统健康监测中的2类核心感知技术:一类是基于振动、声音、视觉、温度等多元监测信号的定点感知技术,阐明了各类信号的采集方式、感知原理及适用场景;另一类是基于移动机器人巡检、提升容器集成式巡检的移动感知技术,分析了各技术特点、运行流程及应用局限。同时,分析了健康状态评估方法在矿井提升系统各关键部件状态监测中的应用,探讨了基于信号处理、机器学习、深度学习的智能评估方法原理、效果及特点。总结了传统矿井提升系统监测平台与数字孪生平台的发展现状及技术特点。基于当前矿井提升系统健康监测技术存在的问题与挑战,指出矿井提升系统应从复杂工况感知优化、移动感知智能化、评估模型高效化、监测系统融合化等方面发展。 展开更多
关键词 矿井提升系统 健康监测 定点感知 移动感知 健康状态评估 矿井提升系统数字孪生平台
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基于火灾烟流演化的矿井防火分区划分与联动调控系统研究
7
作者 王凯 卢锋 +4 位作者 王纪硕 马砺 张嘉勇 王建华 师嘉毅 《煤炭学报》 北大核心 2026年第2期1404-1422,共19页
针对矿井火灾烟流不可控蔓延易导致重大事故,现场应急调控难度大缺乏联动排烟系统的问题,基于火灾烟流演化规律确定了传感器布设位置,提出了灾变烟流调控的原则方法、控风目标和求解模型。以转龙湾煤矿运输巷为例建立模型,模拟分析了火... 针对矿井火灾烟流不可控蔓延易导致重大事故,现场应急调控难度大缺乏联动排烟系统的问题,基于火灾烟流演化规律确定了传感器布设位置,提出了灾变烟流调控的原则方法、控风目标和求解模型。以转龙湾煤矿运输巷为例建立模型,模拟分析了火灾蔓延、烟气运移、CO与温度场分布等规律,确定了传感器布设最佳位置,并以转龙湾煤矿通风系统建立火灾烟流应急联动调控模型,使用短路排烟法模拟研究了一水平Ⅱ-3煤运输巷与西部巷道有无控风措施的火灾烟流演化规律,探讨了不同火源位置的风烟流演化特征及联动控风排烟方法,提出了矿井大防火分区与小防火分区结合的划分策略,开展了不同防火分区模式下火灾烟气演化模拟并对比控风排烟效果,揭示了矿井复杂通风网络火灾风烟流的联动调控机制。结果表明:风速对烟气运移影响较大,风速在2.0~2.5 m/s时,烟流逆退消失,风速大于2.5 m/s,高温烟气不再逆流,火灾初期巷道顶部出现高温区,依风速在巷道顶部多区域布置传感器;一水平运输巷后部起火,烟流180 s后将蔓延至一水平尾部与232采区,控制烟流时70 s时烟气被导入回风巷,西部巷道中后部起火,1500 s时整个采区被高温烟气侵袭,控制烟流时烟气被导入西部回风巷;将转龙湾矿井划分为了4个大防火分区和9个小防火分区,开展了灾变时期网络解算,证明划分的防火分区可有效控制火灾烟流且满足关键巷道的用风需求。基于传感器精确感知、研发了矿井火灾烟流智能应急联动控制系统,集成了备用电源和压风动力,保障了灾变停电、压风动力破坏条件下风门(风窗)的自动控制,实现了巷网风烟流联动控制,为井下人员逃生和灾情的应急处置创造了安全条件。 展开更多
关键词 矿井火灾 烟流演化 防火分区 联动控制 网络解算
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基于优化VMD和RF的矿井小电流接地选线方法
8
作者 朱军 李嘉诚 +3 位作者 赵国统 王晓东 杨明 韦祥远 《工矿自动化》 北大核心 2026年第2期177-184,共8页
井下小电流接地供电系统中基于变分模态分解(VMD)的单相接地故障选线方法的分解性能高度依赖惩罚因子和分解模态数等参数的选取,不同信号下难以统一设定。针对该问题,提出一种基于优化VMD和随机森林(RF)的矿井小电流接地选线方法。利用... 井下小电流接地供电系统中基于变分模态分解(VMD)的单相接地故障选线方法的分解性能高度依赖惩罚因子和分解模态数等参数的选取,不同信号下难以统一设定。针对该问题,提出一种基于优化VMD和随机森林(RF)的矿井小电流接地选线方法。利用冠豪猪优化算法(CPO)对VMD的关键参数(惩罚因子及分解模态数)进行自适应优化;在PSCAD/EMTDC平台搭建井下供电线路仿真模型,通过改变接地电阻、故障初相角、故障线路及故障位置获取不同故障工况下的零序电流数据;采用优化后的VMD对故障零序电流信号进行分解,提取各线路的模态分量,并计算其样本熵,构建能够反映信号复杂度和非线性特征的多维特征向量;将特征向量输入RF分类器进行训练与识别,实现故障线路的准确判别。仿真结果表明,RF分类器准确率为98.3%,高于卷积神经网络(CNN)、长短期记忆网络(LSTM)、极限学习机(ELM)。实验结果表明,所提方法的故障识别准确率达97.5%,不受过渡电阻、初相角、故障点位置等因素影响,具有较高的准确性和适用性。 展开更多
关键词 矿井供电 故障选线 变分模态分解 随机森林 冠豪猪优化算法 样本熵
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矿井瓦斯超限事故的多维度分析与防控策略
9
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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矿井耐腐蚀控湿除尘实验平台建设与实践应用
10
作者 王兆会 陈建旭 +2 位作者 郑春 张子豪 梁国庆 《中国煤炭》 北大核心 2026年第3期185-192,共8页
矿井粉尘严重危害采矿从业者的身体健康,是尘肺职业病的直接诱因。为达到掘进工作面控湿高效除尘目的,揭示粉尘扩散运移和沉积降消规律,给矿井除尘教学研究及工程实践提供平台支撑,研制了一套综掘工作面耐腐蚀控湿除尘实验平台,包含“... 矿井粉尘严重危害采矿从业者的身体健康,是尘肺职业病的直接诱因。为达到掘进工作面控湿高效除尘目的,揭示粉尘扩散运移和沉积降消规律,给矿井除尘教学研究及工程实践提供平台支撑,研制了一套综掘工作面耐腐蚀控湿除尘实验平台,包含“巷道方舱、扬尘、通风、除尘、监测”5个子系统。实验平台借助耐腐蚀金属材料和表面喷涂材料实现矿井高湿环境防腐目的,采用泡沫除尘方式达到掘进工作面控湿效果;通过实验平台揭示了无除尘措施条件下综掘机附近粉尘运移速度先升高、后降低的扩散特征;设计了除尘剂浓度、扬尘气压、喷头压力和粉尘粒径4类因素对除尘效果的影响实验,综掘工作面粉尘浓度变化曲线分为扬尘和除尘2个阶段,除尘阶段粉尘降消速度随着除尘剂浓度升高、扬尘压力减小、粉尘颗粒增大而增强;喷头压力为0.5 MPa时,泡沫喷射扩散角度和比表面积最大,穿透能力最强,除尘效果最佳。耐腐蚀控湿除尘实验平台可为教学研究及矿山技术人员直观呈现综掘工作面粉尘产生、运移和降消过程,为矿井控湿除尘方式选择提供参考。 展开更多
关键词 掘进工作面 矿井粉尘 逸散规律 粉尘治理 实验平台建设
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基于双重注意力机制的时空图神经网络矿井管网瓦斯浓度预测
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作者 赵安新 张晨阳 黎梁 《矿业安全与环保》 北大核心 2026年第1期223-229,共7页
针对煤矿井下瓦斯浓度预测精度受限的问题,提出一种基于双重注意力机制的时空图神经网络(DASTNN)模型,旨在提高煤矿井下抽采管网中瓦斯浓度的预测精度。该模型结合图卷积网络(GCN)和门控循环单元(GRU),通过时间和空间注意力机制,增强对... 针对煤矿井下瓦斯浓度预测精度受限的问题,提出一种基于双重注意力机制的时空图神经网络(DASTNN)模型,旨在提高煤矿井下抽采管网中瓦斯浓度的预测精度。该模型结合图卷积网络(GCN)和门控循环单元(GRU),通过时间和空间注意力机制,增强对管网拓扑结构与时间序列变化的特征提取能力。以gasnet-data1和gasnet-data2数据集为实验对象开展验证,结果表明,DASTNN模型的预测性能优于传统的HA、SVM、GCN、GRU等方法。在gasnet-data1数据集中,DASTNN模型的平均绝对误差(eMA)为0.310,均方根误差(e_(RMS))为1.069,决定系数(R^(2))为0.975;在gasnet-data2数据集中,DASTNN模型的eMA为0.181,e_(RMS)为0.745,R^(2)为0.990。实验结果表明,双重注意力机制能有效捕捉瓦斯浓度的时空依赖关系,显著提高了预测精度。 展开更多
关键词 矿井安全 瓦斯浓度预测 图神经网络 门控循环单元 注意力机制
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冲击地压矿井“零冲击”防治研究
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作者 潘一山 高学鹏 +1 位作者 肖永惠 任何 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期159-180,共22页
针对我国冲击地压矿井的安全需求,为落实国家无人员伤亡、无巷道破坏、无设备损坏的“零冲击”管理目标,提出了“零冲击”防治分级目标及技术路径。(1)最高目标为“冲击不发生”,技术路径为“应力不超限”。理论推导得到了煤体压缩型冲... 针对我国冲击地压矿井的安全需求,为落实国家无人员伤亡、无巷道破坏、无设备损坏的“零冲击”管理目标,提出了“零冲击”防治分级目标及技术路径。(1)最高目标为“冲击不发生”,技术路径为“应力不超限”。理论推导得到了煤体压缩型冲击地压、顶板拉伸型冲击地压和断层剪切型冲击地压等3类冲击地压的临界应力公式。对“应力不超限”进行分析,系统地研究了3类冲击地压的实际应力与开采条件和地质条件的影响关系,以及临界应力与煤岩变形系统的几何参数和自身物理力学参数的关系。“应力不超限”可通过降低实际应力和提高临界应力实现,并系统地梳理了3类冲击地压降低实际应力和提高临界应力的工程措施。(2)基本目标为“冲击不破坏”,技术路径为“能量无剩余”。理论推导得到了3类冲击地压的能量释放和能量吸收公式。对“能量无剩余”进行分析,系统地研究了3类冲击地压的最大释放能量和吸收能量,开展了岩石试样及支护结构的冲击试验,结果表明:岩石试样钻孔结构能够吸收冲击能量,减少岩石试样的整体破坏。吸能装置能够大幅度提高支架吸能能力,吸能装置吸能量占支架总吸能量的78.6%。“能量无剩余”可通过减小冲击地压释放能量和增大围岩与支护吸收能量实现。系统地梳理了减小3类冲击地压释放能量的工程措施,以及增大围岩吸收能量和增大支护吸收能量的工程措施。(3)底线目标为“冲击不伤人”,技术路径为“空间有保障”。分析得到冲击伤人的巷道变形量为:断面收缩率超过20%,支护变形量超过20 cm。“空间有保障”可通过吸能装置实现,吸能装置通过让位变形分担液压支架的冲击变形量可达70%,对巷道支护结构形成保护并将支护变形量控制在20 cm以内。工程措施为:巷道采用吸能液压支架进行加强支护,根据冲击地压最大释放能量、冲击载荷方位以及巷道条件选取合适类型及型号的吸能液压支架。研究证实,“零冲击”防治目标可通过控应力、控能量、控空间实现,为冲击地压矿井实现“零冲击”提供理论与技术支撑。 展开更多
关键词 冲击地压矿井 “零冲击”防治 分级目标 实际应力 临界应力 释放能量 吸收能量 巷道收缩率 吸能装置
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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
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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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面向智能开采的矿井水灾智能化防控关键技术
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作者 董书宁 王皓 +2 位作者 刘再斌 郭小铭 陈宝辉 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期561-575,共15页
随着煤炭行业智能化开采的快速发展,传统煤矿水灾防治技术因效率低、精度不足等问题,难以满足复杂地质条件下的精准防控需求。为此,提出了面向智能开采的矿井水灾智能化防控关键技术,构建了数据感知-模型构建-动态评价-综合治理-应急防... 随着煤炭行业智能化开采的快速发展,传统煤矿水灾防治技术因效率低、精度不足等问题,难以满足复杂地质条件下的精准防控需求。为此,提出了面向智能开采的矿井水灾智能化防控关键技术,构建了数据感知-模型构建-动态评价-综合治理-应急防控全流程闭环管理系统,显著提升了水灾防治的主动性与可靠性。首先,通过“长掘长探”智能物探、随采地震动态探测以及“井-地-孔”联合电法、微震、水文监测等多源全空间多物理场耦合监测网络,提升了异常体边界识别精度,结合实时数据处理与动态成像,实现工作面前方导水构造的精准探查;其次,基于智能化探测与监测成果,提出了多属性高精度建模技术,融合钻孔、地震及随钻数据,基于矿井区域地层沉积相分析,结合分段式激光雷达扫描与全局标定算法、隐式迭代插值算法与TIN-GTP网格建模技术,通过参数化建模技术映射含水层、陷落柱等致灾要素,构建了厘米级精度的三维巷道模型和多属性综合水文地质模型,支撑矿井水灾风险的空间关联分析,实现了静态地质模型的动态更新与透明化;再次,基于矿井综合水文地质模型中含(隔)水层及其顶底板厚度、标高等属性信息及水文动态监测数据,采用LSTM-GCN混合网络与贝叶斯模型,利用时空信息关联耦合算法,智能评价水灾风险,实现了矿井涌水量水源判识和涌水量的实时预测,并通过风险热力图实时分析,构建了水灾风险动态评价系统;然后,开发了基于三维地质模型的钻孔轨迹智能设计算法、基于AI视频的探放水钻杆智能识别算法以及自然语言的报告模板化生成算法,研发了水文地质信息数字化动态管理系统和致灾水体智控疏放与智能注浆系统,通过三维轨迹与煤层结构的空间叠合分析、多目标优化模型与自适应调控算法,实现了钻孔轨迹智能生成及集成自主施工、远程监控与轨迹优化、设计报告台账的自动化动态更新,提升了水灾隐患治理工程施工效率;最后,基于矿井工程地质、水文地质数据同步映射驱动信息更新,并结合人员定位、巷道模型动态模拟突水蔓延过程,采用防治水治理工程地质信息和水文地质信息双重实时解析反馈机制,利用多约束路径动态优化算法,实现灾情推演与救援方案的快速生成。未来,研究将聚焦物联网智能集控平台与全流程综合智能系统,推动矿井水灾防控向“感知-分析-决策”自主化方向演进,为煤矿安全生产与智能化建设提供核心支撑。 展开更多
关键词 矿井水灾 透明地质 智能防控 管控平台 应急响应
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黄河流域煤矿矿井水资源保护与利用战略研究
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作者 武强 高俊莲 +2 位作者 曾一凡 程洋 王宇璇 《煤炭学报》 北大核心 2026年第1期93-111,共19页
黄河流域生态保护和高质量发展是重大国家战略,但水资源短缺已成为其发展的最大制约因素。矿井水作为重要的非常规水资源,充分挖掘其资源属性,不仅具有缓解区域水资源紧张的战略潜力,而且通过减少矿井水直接排放,减缓对地表水环境污染威... 黄河流域生态保护和高质量发展是重大国家战略,但水资源短缺已成为其发展的最大制约因素。矿井水作为重要的非常规水资源,充分挖掘其资源属性,不仅具有缓解区域水资源紧张的战略潜力,而且通过减少矿井水直接排放,减缓对地表水环境污染威胁,但目前矿井水总体利用水平不高且区域不均衡。通过系统剖析黄河流域矿井水资源特征与开发利用现状,探索构建了矿井水资源保护与利用的战略框架。研究发现:黄河流域矿井水资源目前呈现明显的区域差异性,涌水强度沿流域呈现自西向东逐级递增的梯度分布格局,涌水总量总体表现为中部高、两翼低的空间格局,水质呈现上游高矿化度、中游类型复杂、下游水质相对较好的梯度特征;根据煤炭产量与矿井涌水量的相对关系,形成了“高产低排型”“低产高排型”“产排均衡型”和“低产低排型”4种典型模式;矿井水利用率从不足30%到90%以上不等,利用结构以工业用途为主,生态与农业用途拓展不足。借鉴国际先进经验,构建了“空间-功能-时序-体制”四维协同的战略框架,形成“源头减量化、过程无害化、末尾资源化、终端回灌化”的全链条分层治理体系,部署了精准减排控污工程、矿井水智能监控网络、分质分级处理体系、矿井水创新利用模式、区域性回灌储存与地下水修复等重点工程,以及政策法规、协同治理、科技创新等保障措施,推动黄河流域矿井水从“环境负荷”向“战略资源”转变,为区域生态保护和高质量发展提供坚实的水资源保障。 展开更多
关键词 黄河流域 矿井水 资源保护 利用战略 全链条治理
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高矿化度矿井水深部存储技术研究进展与展望
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作者 薛建坤 王双明 +6 位作者 张平松 王晓东 周振方 王甜甜 张全 许时昂 王治宙 《煤田地质与勘探》 北大核心 2026年第2期124-135,共12页
【背景】高矿化度矿井水在我国西部矿区分布较为普遍,其排放与处理对生态环境和资源利用构成严峻挑战;深部存储技术作为一种环境友好、资源节约的矿井水处置方法,近年来受到广泛关注。【进展】围绕高矿化度矿井水的基本特征,系统梳理了... 【背景】高矿化度矿井水在我国西部矿区分布较为普遍,其排放与处理对生态环境和资源利用构成严峻挑战;深部存储技术作为一种环境友好、资源节约的矿井水处置方法,近年来受到广泛关注。【进展】围绕高矿化度矿井水的基本特征,系统梳理了深部存储的关键科学问题与技术瓶颈,重点探讨深部存储技术的原理、技术分类及工程应用;全面评述深部存储技术的适用边界,包括地质条件评价、注水井设计、水质预处理、过程监测及存储稳定性评价等核心环节。围绕区域构造、基础地质、储盖层物性及水文地质4方面特征提出深部存储层位选择方法,综合考虑安全环保、注入效率及经济合理3方面因素明确注水井结构设计原则,阐明矿井水预处理技术优缺点及注水水质控制要求,在此基础上构建回注全过程动态监测体系,并形成基于多物理场耦合的矿井水存储稳定性评价方法。进一步总结了现有技术的局限性,如结垢腐蚀、地质扰动及潜在环境风险等。【展望】提出未来发展应聚焦于高效低耗水质处理技术、结垢与腐蚀防控体系、地质环境影响评估及政策法规完善等,为构建矿井水低碳处理新范式提供科学依据。高矿化度矿井水深部存储技术在解决矿井水排放问题的同时,能够实现水资源循环利用,兼具显著的环境与经济效益。随着高效低耗处理技术和新型功能材料的不断突破,该技术将朝着标准化、智能化和绿色化方向发展。 展开更多
关键词 矿井水 高矿化度 深部存储技术 地质条件评价 动态监测 发展趋势
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煤矿矿井水中Fe^(2+)、Mn^(2+)在冷冻条件下的迁移规律及植物毒性
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作者 王悦 段蓉宇 +1 位作者 桑楠 李广科 《中国环境科学》 北大核心 2026年第3期1376-1386,共11页
含有高浓度的Fe^(2+)、Mn^(2+)等重金属离子的酸性煤矿矿井水(AMD)利用冰晶净化效应的冷冻法来处理.AMD通过单因素与正交实验,优化了冷冻法去除模拟AMD中Fe^(2+)与Mn^(2+)的工艺参数,并确定了其最佳条件(Fe^(2+):冷冻温度为-12℃、初始... 含有高浓度的Fe^(2+)、Mn^(2+)等重金属离子的酸性煤矿矿井水(AMD)利用冰晶净化效应的冷冻法来处理.AMD通过单因素与正交实验,优化了冷冻法去除模拟AMD中Fe^(2+)与Mn^(2+)的工艺参数,并确定了其最佳条件(Fe^(2+):冷冻温度为-12℃、初始浓度为0.9mg/L、冷冻半径为4.25cm;Mn^(2+):冷冻温度-6℃、初始浓度1.2mg/L、冷冻半径5.00cm),将优化工艺应用于实际AMD处理.结果表明,实际AMD中Fe^(2+)和Mn^(2+)的去除率分别达到60%和59%,证实了该技术的有效性.此外,我们使用大麦种子和幼苗作为模型植物,对处理前后AMD的植物毒性进行了评估.结果表明,与未处理的AMD相比,处理后的AMD未抑制大麦种子的发芽和大麦幼苗的生长.本研究证实,冷冻法不仅能有效去除AMD中的重金属污染物,还能显著消减其生物毒性. 展开更多
关键词 铁离子 锰离子 酸性煤矿矿井水 植物毒性
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基于YOLO-MSD的矿井烟雾检测模型
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作者 贾时东 王静宇 +1 位作者 任国印 任鹏举 《金属矿山》 北大核心 2026年第2期218-228,共11页
针对矿井烟雾检测存在粉尘、金属反光、光照不均、目标尺度不一致等复杂情况,导致检测速度慢、精度不高的问题,提出一种改进YOLOv8n的矿井烟雾检测模型YOLO-MSD。首先,在主干网络中引入Rep VGGBlock以提升复杂干扰下的检测表现。其次,... 针对矿井烟雾检测存在粉尘、金属反光、光照不均、目标尺度不一致等复杂情况,导致检测速度慢、精度不高的问题,提出一种改进YOLOv8n的矿井烟雾检测模型YOLO-MSD。首先,在主干网络中引入Rep VGGBlock以提升复杂干扰下的检测表现。其次,设计了共享卷积金字塔(FPSC)替代SPPF,有效提升多尺度特征感知能力并降低计算量。最后,采用Bi FPN的加权融合思想改进多分枝辅助特征金字塔网络(MAFPN)作为网络结构,通过设计浅层辅助加权融合(SAWF)和深层辅助加权融合(AAWF)模块,在提升小目标烟雾检测精度的同时有效减少参数量。试验结果表明,YOLO-MSD在保持255帧/s推理速度的同时,达到91.7%的AP50与74.5%的AP50-95,较YOLOv8n分别提升4.0和6.1个百分点,在复杂的矿井环境下仍能保持稳定的烟雾检测性能。 展开更多
关键词 矿井烟雾检测 RepVGGBlock YOLOv8n 多尺度特征融合 MAFPN
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高温矿井围岩隔热巷道非稳态温度场研究
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作者 游波 王思奇 +3 位作者 高科 唐明云 韩巧云 宋昱辰 《中国安全科学学报》 北大核心 2026年第1期81-87,共7页
为探究铺设泡沫浆体隔热层对高温矿井围岩温度场的影响,利用傅里叶定律建立围岩-隔热层-巷道非稳态传热微分方程及泡沫浆体隔热层-巷道二维非稳态传热微分方程,运用有限差分法离散求解微分方程,以探究铺设泡沫浆体隔热层后的围岩温度变... 为探究铺设泡沫浆体隔热层对高温矿井围岩温度场的影响,利用傅里叶定律建立围岩-隔热层-巷道非稳态传热微分方程及泡沫浆体隔热层-巷道二维非稳态传热微分方程,运用有限差分法离散求解微分方程,以探究铺设泡沫浆体隔热层后的围岩温度变化及初始温度对泡沫浆体隔热层的影响。结果表明:由于泡沫浆体隔热层导热系数小,随着时间的变化,温度易趋于稳定;与泡沫浆体隔热层相邻的岩层间的温度差值较大,且泡沫浆体隔热层厚度越大岩体温度越高,可见铺设泡沫浆体隔热层阻碍了一定热量向巷道传递,使岩体温度梯度增加;当泡沫浆体隔热层初始温度更接近风流温度时,泡沫浆体内部温度变化梯度较小,可在较短时间内达到稳态。 展开更多
关键词 高温矿井 围岩 隔热巷道 非稳态 温度场 泡沫浆体
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关闭/废弃矿井采空区反射无线电波勘探方法及应用
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作者 庞瑶 吴荣新 +1 位作者 王锦国 胡泽安 《煤田地质与勘探》 北大核心 2026年第2期214-225,共12页
【目的和方法】关闭/废弃矿井数量庞大,重新开发和利用关闭/废弃矿井具有重大研究意义及生产价值。我国关闭/废弃矿井能源、空间资源的二次开发和利用起步较晚,基础理论和关键技术研究相对薄弱。为研究关闭/废弃矿井采空破坏区地下空间... 【目的和方法】关闭/废弃矿井数量庞大,重新开发和利用关闭/废弃矿井具有重大研究意义及生产价值。我国关闭/废弃矿井能源、空间资源的二次开发和利用起步较晚,基础理论和关键技术研究相对薄弱。为研究关闭/废弃矿井采空破坏区地下空间发育特征,提出一种基于反射无线电波的关闭/废弃矿井采空区勘探方法,在关闭/废弃矿井工作面上/下方或两侧岩石巷道中,布设同源检距观测系统的反射无线电波勘探施工。构建三维层状地电数值模型,模拟并分析均匀采空破坏区和含水/瓦斯采空破坏区条件下,多频率和多源检距的反射无线电波响应特征。【结果和结论】采空破坏区均匀介质中反射无线电波场图像呈直线状,含水/瓦斯异常构造时,其会削弱/增强反射波信号,反射无线电波接收磁场强度曲线呈“凹”/“凸”状。开展了地下隧道物理相似模拟试验,模拟实验结果分为明显的五段,与隧道真实地质条件相符,验证了反射无线电波勘探方法的有效性。结合已有经验,在关闭/废弃矿井工作面展开了反射无线电波探测实验并获取数据,实验结果准确反映了9号煤中异常区可能存在的地质异常,与回采调查资料及钻探结果一致,取得了较好的应用效果。利用反射无线电波探测矿井采空区及异常体的可行性得到了验证,为关闭/废弃矿井地下空间探查提供了一个新方法。 展开更多
关键词 关闭/废弃矿井 无线电波勘探 反射无线电波 采空区 多频
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