我国煤矿矿井水全生命周期保护与利用研究 被引量：2

1

作者 武强 高俊莲 +1 位作者 曾一凡 程洋 《中国工程科学》 北大核心 2025年第2期184-204,共21页

煤矿矿井水既是宝贵的战略性水资源,又是重要的隐蔽致灾因素,其科学保护与高效利用对保障煤矿安全生产、推动煤炭行业绿色低碳转型和助力国家“双碳”目标实现具有重要意义。本文基于煤炭行业高质量发展需求,系统研究了矿井水全生命周... 煤矿矿井水既是宝贵的战略性水资源,又是重要的隐蔽致灾因素,其科学保护与高效利用对保障煤矿安全生产、推动煤炭行业绿色低碳转型和助力国家“双碳”目标实现具有重要意义。本文基于煤炭行业高质量发展需求,系统研究了矿井水全生命周期保护和利用问题。从系统工程视角出发,明确了矿井水全生命周期保护和利用的科学内涵,即统筹矿井水“产生-运移-利用-循环”全过程,形成源头减量化、过程无害化、末尾资源化、终端回灌化(“四化”)的综合治理模式;梳理了我国煤矿矿井水在“四化”各环节保护与利用的技术发展现状,总结了面临的技术创新不足、市场机制不完善、政策标准与技术规范缺失等挑战。在此基础上,构建了以资源战略、产业战略、生态战略为导向的矿井水资源保护和利用战略体系,提出了源头控制提效、处理过程提质、综合回用提值、终端处置提容的治理思路,系统部署了核心技术攻关、全链条示范引领、市场化产用协同、生态安全保障、智慧管理平台建设等五大工程体系,以形成技术创新驱动、工程建设支撑、市场运营保障、生态安全护航、智慧管理赋能的协同推进格局。研究建议,构建现代化治理体系、突破核心技术瓶颈、推进产业转型升级、完善标准评价体系、强化协同治理机制,为推动煤炭行业绿色转型和矿井水由废水管理向战略性水资源转变提供系统性解决方案。 展开更多

关键词 矿井水 全生命周期管理 源头减量化 过程无害化 末尾资源化 终端回灌化

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基于深部煤炭地下气化的CO_(2)地质封存潜力及研究进展

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作者 王炜彬 刘淑琴 +4 位作者 戚川 刘岳明 杨瑞召 蒋斌斌 李井峰 《洁净煤技术》 北大核心 2025年第4期14-23,共10页

深部煤炭地下气化耦合CO_(2)封存(UCG-CCS)是实现煤炭清洁开发与碳减排的关键技术,在提高燃空腔利用率的同时,将CO_(2)进行地质封存,具有注入性好、密闭性复杂、节约运输成本和埋存潜力巨大等特点,近年来成为CO_(2)封存研究的热点。从... 深部煤炭地下气化耦合CO_(2)封存(UCG-CCS)是实现煤炭清洁开发与碳减排的关键技术,在提高燃空腔利用率的同时,将CO_(2)进行地质封存,具有注入性好、密闭性复杂、节约运输成本和埋存潜力巨大等特点,近年来成为CO_(2)封存研究的热点。从机理研究、稳定性评价、封存效能及泄漏监测4个维度系统综述其研究进展:①深部煤炭地下气化燃空腔深度、温度有利于超临界CO_(2)封存,燃空腔的高渗透性可保证CO_(2)良好注入;气化残焦、灰渣和垮落的岩石具有吸附和矿化能力;与燃空腔内咸水层的长期相互作用有利于CO_(2)溶解封存。②空腔密闭性与气化煤层厚度、气化面宽度、留存煤柱宽度、地层深度和地质构造等因素有关,通过气化炉结构综合设计确保密闭性;需控制CO_(2)注入压力避免突破盖层压力;CO_(2)地质封存长期运移依赖于长周期数值模拟及工程观测;注入井和生产井是CO_(2)泄漏的重要途径。③地下气化燃空腔封存能力取决于燃空腔形貌、产气量和产气组分,目前亟需一种准确的煤炭地下气化燃空腔封存CO_(2)封存能力评价模型。④泄漏监测是工程封存CO_(2)必不可少的风险管控环节,CO_(2)封存需长期监测地表变形、井筒泄漏及污染物迁移,但面临地层非均质性、高温腐蚀、信号衰减等挑战,需构建多相渗流模型及环境可持续性指数评估体系保障安全。 展开更多

关键词 深部煤炭地下气化 燃空腔 CO_(2) 地质封存 封存机理

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回采速度对深部厚煤层正断层活化特征影响研究

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作者 边华 赵毅鑫 +3 位作者 王渊 赵良辰 杨哲 郝建 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第3期500-510,共11页

为了探究回采速度对正断层活化特征的影响规律,以新巨龙煤矿8302工作面为工程背景,分析正断层上盘开采扰动下的活化机制,基于数值模拟方法探究回采速度和工作面到断层的距离对断层面活化倾向性的影响特征。结果表明:正断层高位岩层为断... 为了探究回采速度对正断层活化特征的影响规律,以新巨龙煤矿8302工作面为工程背景,分析正断层上盘开采扰动下的活化机制,基于数值模拟方法探究回采速度和工作面到断层的距离对断层面活化倾向性的影响特征。结果表明:正断层高位岩层为断层面活化的高风险区域,其活化倾向性指标(T_(s))受断层倾角(θ)和工作面回采速度(v)的共同影响,据此可将上盘工作面回采过程中断层活化划分为准静态和活化2个阶段;随着v的增大,围岩应力峰值呈现先减小后增大的趋势,当v为3 m/d时应力峰值最小(28.12 MPa),可有效缓解围岩的应力集中;当工作面与断层距离为30 m以内时,断层面活化风险显著升高;而此回采速度下,断层面的活化倾向性最小,此时引发断层活化的距离减小至40 m,优于其他回采速度。 展开更多

关键词 回采速度 深部特厚煤层 正断层上盘开采 断层活化 围岩应力

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矿井突水巷道涉水人员稳定性物理模拟试验研究

4

作者 武强 姚义 +5 位作者 杜沅泽 李会平 赵颖旺 徐华 刘守强 王潇 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期13-22,共10页

考虑矿井水害中多因素影响下涉险人员危险性的科学评价是人员应急疏散救援工作的重要研究内容。目前在水害中涉险人员的危险判断主要依赖经验,带有一定的盲目性,试验研究却鲜有报道。鉴于此,构建矿井突水巷道涉水人员稳定性物理模拟试... 考虑矿井水害中多因素影响下涉险人员危险性的科学评价是人员应急疏散救援工作的重要研究内容。目前在水害中涉险人员的危险判断主要依赖经验,带有一定的盲目性,试验研究却鲜有报道。鉴于此,构建矿井突水巷道涉水人员稳定性物理模拟试验模型,开展不同巷道坡度上多种水流条件下圆柱体模型力学监测、人员涉水站立稳定性和涉水行走速度测试研究。通过试验数据分析,提炼矿井水害应急逃生过程中人员涉水稳定性和涉水行走安全速度潜在关系,以揭示矿井突水巷道中人员涉水逃生和巷道坡度、水流等因素的规律。试验研究结果表明:①圆柱体模型力学监测试验中,随着进入巷道模型来流的单宽流量增大,距坡面5 cm高处传感器其60 s监测力的时均值和最大值均呈正相关性;其中力学监测值以一个范围“带”的方式出现,在均值水平上下波动变化,服从近似正态或正态分布;而45 cm高处的传感器出现被拉伸状态,表明人体在巷道水流作用下会出现滑移失稳的危险可能;②人体站立稳定性测试中,在涉水逃生中同一水流条件人员不同站立姿态下,涉水稳定性差异明显,表明人体的有效迎流面积大小变化对稳定性影响关键且敏感;③巷道10°、15°和20°斜坡上人员涉水行走试验分析中,人员涉水行走平均速度下降为0.2 m/s左右时,人体涉水站立相当困难,可称其为涉水行走安全速度阈值;同时,提出“上游水位×拟合斜率+无水速度截距”式表征涉水行走安全速度与进水水位之间的线性负相关性,并可拟合确定预测函数;④在巷道斜坡上人员进行逆水上坡行走、顺水下坡行走和无水上坡、无水下坡多种测试,通过数据统计分析揭示人员在巷道斜坡上逆水上坡和顺水下坡与坡度的线性负相关性,提出“坡度×拟合斜率+水平速度截距”式拟合确定具体预测函数。开展矿井水害中巷道上涉水人员稳定性物理模拟试验,揭示人员涉水疏散的稳定性和安全速度阈值潜在规律,以期推动水害智能应急救援的理论优化和定量模型研究发展,为矿井水害智能应急救援系统辅助决策等研究建设提供科学支撑。 展开更多

关键词 矿井水害 涉险人员 物理模拟试验 涉水稳定性 涉水行走安全速度

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矿山三维地质建模研究进展:原理、方法与应用

5

作者 张村 贾胜 +1 位作者 华埜 宋启 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期222-238,共17页

矿山三维地质建模通过直观呈现地下地质结构,有助于提升矿业开发的精准性和效率,减少风险并优化资源利用。笔者归纳了现有三维地质建模技术的原理和方法,总结了三维地质建模技术在矿业开发领域的应用现状,探讨了当前三维地质建模技术面... 矿山三维地质建模通过直观呈现地下地质结构,有助于提升矿业开发的精准性和效率,减少风险并优化资源利用。笔者归纳了现有三维地质建模技术的原理和方法,总结了三维地质建模技术在矿业开发领域的应用现状,探讨了当前三维地质建模技术面临的挑战与未来的发展趋势。三维地质建模是利用计算机三维图形技术将散布的勘探数据整合为反映地质构造及属性变化的数字化模型。这些模型可分为面模型、体模型和混合模型,同时根据用途和数据来源,又可细分为静态模型(构造模型、地层模型、属性模型)和动态模型。建模过程包括数据获取、处理和模型构建,涉及地质勘探数据、遥感数据和工程数据等多种数据来源,并通过多种插值方法弥补数据不足,国内外已经开发出多种建模软件。在矿山三维地质建模应用方面,三维建模的应用集中于矿产资源开发、采矿工程设计和矿山安全生产,通过建立准确的三维模型,提升对地下结构的认识,实现资源量计算的智能化与动态管理。三维通风模拟与可视化技术能够优化通风方案,节约成本,三维地质建模技术与自动化设备和传感技术结合,可以实现矿区实时监控、精确定位和动态调整。在矿山灾害监测中,三维地质建模技术能够进行矿山灾害的分级评价,并结合数值仿真为矿山灾害的预防和风险规避提供有效支持,保障工作人员的安全。当前三维地质建模技术存在数据处理效率低、自动化程度不足等问题,未来应结合人工智能,推动三维地质建模技术向智能化、自动化方向发展。 展开更多

关键词 矿业开发 三维地质建模 资源预测 开采设计 灾害预警 人工智能

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煤炭企业碳排放核算方法研究综述 被引量：3

6

作者 郑玉蓉 孙文彬 +2 位作者 杜守航 朱林烨 黄宇祺 《煤炭学报》 CSCD 北大核心 2024年第S2期1143-1153,共11页

煤炭企业碳排放核算是制定合理碳减排措施的基础和前提。国内外学者采用多种方法对煤炭企业碳排放量进行核算,目前针对不同方法的核算流程、适用范围和优缺点尚未有系统的总结归纳。基于此,通过梳理国内外文献,总结了煤炭企业碳排放核... 煤炭企业碳排放核算是制定合理碳减排措施的基础和前提。国内外学者采用多种方法对煤炭企业碳排放量进行核算,目前针对不同方法的核算流程、适用范围和优缺点尚未有系统的总结归纳。基于此,通过梳理国内外文献,总结了煤炭企业碳排放核算的流程:确定目标任务、确定核算边界、识别排放源、建立核算模型、收集数据、计算碳排放量、评价核算精度。整理归纳了不同煤炭企业(井工煤矿和露天煤矿)碳排放核算方法,明确了不同核算方法的优缺点和适用范围,完善了核算模型:排放因子法计算过程简单,应用最广,能源消耗数据和排放因子的获取是准确进行碳排放核算的关键,考虑了降尘用水消耗、煤层氧化和土地用途改变带来的碳排放,完善了排放因子的核算模型;物料平衡法基于质量平衡原则进行碳排放核算,可区分具体设施或流程的碳排放,数据需求复杂,数据获取困难;实测法通过实时监测烟气排放参数或CO_(2)通量,并借助相关模型进行碳排放量反演估算,该方法是反映煤炭企业碳排放变化特征的有力工具,但无法对碳排放来源进行区分;生命周期法扩展了煤炭企业碳排放核算的边界,可反映煤炭企业生命周期排放量,明确了煤炭企业全生命周期及其内不同子系统的核算边界。立足当下煤炭企业碳排放核算需求,指出煤炭企业能源消耗数据的精细化观测和记录、排放因子的修正或测定是提升煤炭企业碳排放核算精度的关键;分别选取有代表性的井工煤矿和露天煤矿完善优化碳排放核算模型并将其作为煤炭企业碳排放核算的蓝本,更有利于把握不同类型煤炭企业的碳排放特征;同步完善能源消耗数据的碳排放核算体系和“固定观测-卫星观测-无人机巡查-走航监测”的碳排放实时监测体系,实现煤炭企业碳排放数据序列化、格网化是未来煤炭企业碳排放动态变化监测的重要发展方向。 展开更多

关键词 煤炭企业 碳排放 核算方法 研究进展 综述

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从浮选尾矿中综合回收钨的试验研究 被引量：1

7

作者 李利滔 邓久帅 《中国矿业》 北大核心 2024年第12期251-260,共10页

浮选尾矿中WO_(3)的含量为0.130%,具有综合回收价值。该尾矿中矿物成分较多,其中,钨矿物主要为黑钨矿,其次为白钨矿、钨华,其他金属矿物主要为黄铁矿,以及微量的闪锌矿、方铅矿、褐铁矿、菱铁矿、磁铁矿等。脉石矿物主要为石英,其次为... 浮选尾矿中WO_(3)的含量为0.130%,具有综合回收价值。该尾矿中矿物成分较多,其中,钨矿物主要为黑钨矿,其次为白钨矿、钨华,其他金属矿物主要为黄铁矿,以及微量的闪锌矿、方铅矿、褐铁矿、菱铁矿、磁铁矿等。脉石矿物主要为石英,其次为钙铁榴石,少量的方解石、伊利石、钾长石等。在各粒级钨金属分布中微、细粒级的钨占有率高,若此类微、细粒级不能脱除,将严重影响钨的回收效果。试验研究了浮选方案和重选方案,均获得较好效果。采用浮选方案,开路试验获得产率1.32%、WO_(3)品位2.94%、回收率29.68%的钨总精矿,对该钨总精矿,经过三次开路加温精选试验,获得作业产率3.18%、作业回收率66.71%、WO_(3)品位61.15%的钨精矿,全流程闭路试验获得产率0.06%、WO_(3)品位60.62%、回收率34.82%的钨精矿;采用重选方案,其全流程试验获得产率0.24%、WO_(3)品位19.53%、回收率36.65%的钨总精矿,其中,产率约0.01%的钨精矿WO_(3)品位达到66.58%。由于浮选方案工艺流程较复杂、药剂成本高且回水残留药剂对主流程浮选有比较严重的影响,对环境也造成一定影响。因此,为了达到高效、低成本且环境友好的效果,研究推荐采用重选的原则方案。 展开更多

关键词 钨矿 重选 浮选 尾矿 综合回收

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我国不同类别煤层底板水害致灾机理与防控远景导向 被引量：7

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作者 曾一凡 朱慧聪 +9 位作者 武强 王厚柱 傅先杰 王铁记 王玺瑞 樊九林 胡荣杰 才向军 阚雪冬 高生保 《煤炭学报》 北大核心 2025年第2期1073-1099,共27页

我国成煤条件苛刻,赋煤环境复杂多变,资源呈全域性跨多地质类型、点散式分布,导致回采共(伴)生地质灾害频现。同时,伴随煤炭资源开发布局优化调控,煤层底板水害负面导向性越趋显著,高承压水水力驱动及强敏感性缺陷构造活化的协同作用导... 我国成煤条件苛刻,赋煤环境复杂多变,资源呈全域性跨多地质类型、点散式分布,导致回采共(伴)生地质灾害频现。同时,伴随煤炭资源开发布局优化调控,煤层底板水害负面导向性越趋显著,高承压水水力驱动及强敏感性缺陷构造活化的协同作用导致煤层底板水害宏观动力学表象威胁性显著提升,成为我国煤炭资源高质量转型发展的内生阻力。为全方位掌握我国煤层底板水害发展形势,探讨未来基于新技术开展防控作业的重点攻关方向,从时间、空间、突水量等多维视角下全方位展示了近年来我国煤层底板水害动态演变趋势,对类型进行了“总−分”式细划,并通过建立地质力学模型探讨了我国煤层底板水害力学互馈响应机制,基于灾害宏观表象等揭示了其内生致灾机理,指出了防控技术理念的新发展路径和远景导向。研究发现:统计分析了我国煤层底板水害多维视角下的演变规律和特征,探讨建立了我国煤层底板水害主体架构,依据事故核心致因体系及宏观致灾表象等将煤层底板水害划分为岩溶陷落柱突水、断层活化突水及裂隙导升(复合)灰岩水突涌3大类,进一步细化为全路径贯通增量导升型突水(岩溶陷落柱)、贯穿煤层型突水(断层)、单层随采卸荷直接型突水(裂隙)等12个子类,并针对性的独立分析了3个大类煤层底板水害地理空间分布规律;分析了地应力和承压水水压对岩溶陷落柱突水过程承压水导升路径异化发育作用机制,提出了覆岩顶板动/静载扰动诱发底板岩溶陷落柱突水模式,阐明了其力学启动条件及致灾机理;建立了煤层底板断层宏细观地质力学构造概化模型,基于诱发断层活化突水的核心致灾诱因识别并建立了不同类别煤层底板断层活化突水力学判据;以裂隙为基础单元,“由1至n”式建立了单一层位和复合层位承压含水层诱发裂隙型导升(复合)灰岩水突涌的临界判别条件,揭示了该类型底板水害全过程致灾机理;在总结现行煤层底板水害探查、预测及控制技术理念基础上,结合前沿发展方向,指出并建议在煤层底板本底地质基因的全生命周期采动诱变特征三维动态重构、适用于时空分异动态地质环境的煤层底板突水预测预报理念升级、低扰动强干预的随采随治保/控水互馈注浆治理技术应用、修复后地质生态系统长效监控诊断诊疗平台建立等方面展开攻关,构建煤层底板水害全时空防控大体系,紧跟新质生产力大背景下全煤行业新业态发展步伐。 展开更多

关键词 矿井水防治 底板水害 岩溶陷落柱 断层 致灾机理

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地表动态沉陷对废弃露天矿坑建设抽水蓄能电站的影响评价 被引量：1

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作者 李杨 雷兴海 +9 位作者 王楠 任玉琦 金向阳 王可 蒋逵超 葛鹏 夏雪 李铁峥 石孝明 王玉亮 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第4期56-69,共14页

地表动态沉陷是废弃矿山建设抽水蓄能电站亟待解决的关键科学问题之一。为探究地表动态沉陷对废弃露天矿坑抽水蓄能电站建设和运行期间稳定性的影响,以废弃海州露天矿为研究背景,揭示了露井联合开采地表沉陷机理和特征,建立了基于Knoth... 地表动态沉陷是废弃矿山建设抽水蓄能电站亟待解决的关键科学问题之一。为探究地表动态沉陷对废弃露天矿坑抽水蓄能电站建设和运行期间稳定性的影响,以废弃海州露天矿为研究背景,揭示了露井联合开采地表沉陷机理和特征,建立了基于Knothe时间函数的地表动态沉陷预测模型;对海州露天矿区岩土体蠕变参数进行反演和敏感性分析,研究了露井联合开采不同时期地表沉陷规律;分析了2020—2120年抽水蓄能电站所在剖面沉陷灾害分布,最后对抽水蓄能电站建设和运营期间的稳定性进行了评价。研究结果表明:地表沉陷受煤层倾角、煤层埋深、开采厚度、边坡角度和采空区空间分布等因素影响,最大沉陷值、影响范围和持续时间均大于单一的井工开采方式;综合考虑井工和露天开采相互影响的修正Knothe时间函数模型能更准确地预测地表动态沉陷;基于CVISC蠕变模型建立的露井联合开采三维数值计算模型,具有较好的适用性和准确性;上水库和抽水管路距影响区域的最小距离分别为254.9、15.1 m,半地面厂房位于采空区的影响范围内;注浆充填治理采空区能有效控制地表动态沉陷(平均减小85%沉陷值),废弃海州露天矿坑建设抽水蓄能电站具有可行性。研究成果对于废弃露天矿区的地表动态沉陷可持续预测、地质灾害防治和剩余资源开发具有重要意义。 展开更多

关键词 露井联合开采 废弃露天矿坑 抽水蓄能电站 地表动态沉陷 稳定性评价

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基于KP-DDPG的矿山运载机器人路径规划实验平台设计 被引量：1

10

作者 杨健健 程琪 +2 位作者 章腾 黄先诚 韩子毅 《实验技术与管理》 北大核心 2025年第1期143-151,共9页

针对深度确定性策略梯度(DDPG)在路径规划中的不足,提出一种融合运动学分析和经验回放机制的深度确定性策略梯度(KP-DDPG)算法,在对移动的机器人运动学建模和分析的基础上,在DDPG奖励函数中增加了方位角奖励因子和转弯惩罚因子,同时改... 针对深度确定性策略梯度(DDPG)在路径规划中的不足,提出一种融合运动学分析和经验回放机制的深度确定性策略梯度(KP-DDPG)算法,在对移动的机器人运动学建模和分析的基础上,在DDPG奖励函数中增加了方位角奖励因子和转弯惩罚因子,同时改变了随机采样经验池策略,建立积极经验重放缓冲区,优先采样时序差分误差大的样本进行训练。在仿真平台上比较了传统路径规划算法与所提算法的性能,结果表明KP-DDPG算法可以有效地克服DDPG方法训练周期长、路径规划技术差等缺点。同时设计了基于数字孪生的矿山无人运输仿真系统,在数字孪生仿真平台上验证了规划路径转角的合理性。 展开更多

关键词 路径规划 强化学习 KP-DDPG 数字孪生仿真平台

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放顶煤开采导水裂缝带高度确定的关键问题分析

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作者 崔希民 车宇航 +7 位作者 孙帅辉 李培现 孙灏 许志华 袁德宝 蒋金豹 赵玉玲 MALINOWSKA A 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第4期573-583,共11页

导水裂缝带高度是保障水体下煤炭资源安全开采的重要指标。针对水体下厚煤层放顶煤开采引用经验公式计算导水裂缝带高度存在的条件不符问题,梳理了经验公式的产生基础,强调了经验公式的适用条件是大采场、单层采厚1~3 m、累计采厚不超过... 导水裂缝带高度是保障水体下煤炭资源安全开采的重要指标。针对水体下厚煤层放顶煤开采引用经验公式计算导水裂缝带高度存在的条件不符问题,梳理了经验公式的产生基础,强调了经验公式的适用条件是大采场、单层采厚1~3 m、累计采厚不超过15 m的厚煤层分层开采。基于放顶煤开采顶煤冒放性和采出率的现场实测结果,提出了厚煤层放顶煤开采的有效采厚概念,有效采厚与顶煤采出率密切相关,且导水裂缝带发育高度随有效采厚的增加而增大,基于有效采厚的导水裂缝带高度可以有效避免因顶煤采出率提高而引发的欠估计情况发生。基于覆岩与地表沉陷从非充分采动到充分采动的发展演化事实,引入描述采动程度与导水裂缝带发育高度关系的Boltzmann函数,给出了基于采动程度系数的导水裂缝带最大高度计算方法。 展开更多

关键词 放顶煤开采 导水裂缝带高度 顶煤采出率 采动程度 有效采厚

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岩石粒径和浆液浓度影响下的采空区充填浆液扩散规律试验

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作者 曾一凡 袁子龙 +11 位作者 李昊 武强 赵刚毅 周安琪 高翔 张帅 白彦飞 梁进 杨虎雄 盛新丽 杨东辉 赵艺霞 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第7期80-89,共10页

【目的】研究浆液扩散规律并预测注浆范围,对采空区煤矸石基注浆充填工程设计注浆孔距和排距、指导注浆施工、把握注浆充填密实度,进而保证注浆效果意义重大。【方法】以破碎岩石为被注介质,以煤矸石基浆液为注浆材料,开展不同破碎岩石... 【目的】研究浆液扩散规律并预测注浆范围,对采空区煤矸石基注浆充填工程设计注浆孔距和排距、指导注浆施工、把握注浆充填密实度,进而保证注浆效果意义重大。【方法】以破碎岩石为被注介质,以煤矸石基浆液为注浆材料,开展不同破碎岩石粒径、浓度的破碎岩石注浆试验,对采空区矸石基浆液流动规律进行研究。【结果和讨论】(1)当浆液质量分数为50%时,3~5、>5~7、>7~9mm粒径岩体的扩散距离分别为5.0、5.5、6.2cm,粒径改变导致的扩散距离最大差异1.2cm;当质量分数降至40%时,扩散距离分别增至10.2、14.5、18.0cm,粒径梯度差异导致的扩散距离变化扩大至7.8cm;当质量分数进一步降至30%时,扩散距离呈非线性增长,分别达到20.5、28.0、34.0cm,粒径差异导致的扩散距离变化激增至13.5cm;扩散距离随浆液浓度降低、破碎岩石粒径增大而增大,浆液浓度变化对扩散距离的影响相较于破碎岩石粒径更加显著。(2)煤矸石浆液在破碎岩石中流动可以分为快速、平稳、堵塞3个阶段,随浓度降低3阶段时间增长;煤矸石浆液在破碎岩石中的扩散距离随浓度减小而增大,破碎岩石粒径越大,浓度对扩散距离影响越显著,呈现明显的非线性特征。(3)通过分析粒径、浓度对颗粒扩散距离的影响规律,确定了扩散距离与浓度的基本关系,并结合粒径、浓度二者基本关系进一步量纲分析,建立了适用于采空区煤矸石基注浆充填的双参量浆液扩散距离预测方程。(4)本研究成果在陕北某矿采空区矸石注浆地面充填工程设计中应用,为采空区煤矸石规模化充填提供了全链条技术支撑,对实现“双碳”目标下的矿井固废协同处置具有显著示范意义。 展开更多

关键词 采空区 注浆充填 浆液浓度 破碎岩石粒径 双参量 扩散距离预测

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基于自适应差分混合蝴蝶粒子优化算法的渗透系数反演

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作者 杨曌 董东林 +1 位作者 陈宇祺 王蓉 《水文地质工程地质》 北大核心 2025年第4期134-144,共11页

准确获取渗透系数等含水层水文参数是矿井水害防治的前提,但传统配线法、图解法等反演方法在计算速度、结果精度等方面表现略差。为提升含水层参数反演计算的可靠性,此次研究针对水文地质参数本身特性,设计了一种新的渗透系数反演模型,... 准确获取渗透系数等含水层水文参数是矿井水害防治的前提,但传统配线法、图解法等反演方法在计算速度、结果精度等方面表现略差。为提升含水层参数反演计算的可靠性,此次研究针对水文地质参数本身特性,设计了一种新的渗透系数反演模型,即自适应差分混合蝴蝶粒子算法(adaptive differential hybrid butterfly particle algorithm,ADHBPA)。模型采用拉丁超立方采样策略、双曲余弦自适应函数、差分变异策略以及逐维变异策略进行算法优化,克服了水文地质参数反演过程中的空间异质性和时间动态性等问题,提高全局搜索与局部搜索间的平衡能力。以板集矿区24?口钻孔抽水试验数据为例开展验证,结果显示,ADHBPA模型计算降深与观测降深拟合最大误差为0.93?m,平均误差率仅0.15%,其余算法平均误差率均在30%~50%,表明多策略协同优化显著增强了算法跳出局部最优的能力,实现了有限数据前提下对含水层渗透系数的快速高精度反演。该算法为矿井水害风险评价与防治水方案制定提供了高效可靠的技术支撑。 展开更多

关键词 渗透系数 裘布依公式 拉丁超立方采样 差分变异策略 双曲余弦函数 混合优化策略

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井下机器视觉系统表面自清洁技术现状与展望

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作者 杨胜利 陈勇升 +4 位作者 王家臣 李良晖 刘凤琪 宋世雄 惠鼎恒 《煤炭学报》 北大核心 2025年第6期2802-2822,共21页

井下机器视觉系统在煤矿智能化中具有信息采集和智能决策的作用,但面临煤尘、水雾和光照的影响,导致图像质量不稳定,影响智能装备的决策,研究高效可靠的清洁技术对保证井下机器视觉系统稳定运行至关重要。介绍了井下机器视觉系统表面自... 井下机器视觉系统在煤矿智能化中具有信息采集和智能决策的作用,但面临煤尘、水雾和光照的影响,导致图像质量不稳定,影响智能装备的决策,研究高效可靠的清洁技术对保证井下机器视觉系统稳定运行至关重要。介绍了井下机器视觉系统表面自清洁技术的概念、原理和清洁过程,分析了井下机器视觉系统的工况与组成,指出粉尘质量浓度、光照条件等工作面环境因素对自清洁技术路径有影响,应明晰煤尘产尘机制,从而制定精确的自清洁策略。综述了表面自清洁技术在井下与常规条件实践中的研究进展,基于防污机制的不同,重点总结射流自清洁技术、超声波自清洁技术、激光自清洁技术3种清洁技术的研究现状,对其自清洁特性进行分析,指出高压水射流、表面声波适合清洁大面积污渍,气体射流、超声波振动、激光冲击适合颗粒清洁,辅助多功能表面会提升清洁效率。基于接触方式的不同,对比了直接接触式自清洁技术和间接接触式自清洁技术2类清洁技术的优势和劣势,指出直接接触式自清洁技术简单高效,但会损伤镜头膜基底,间接接触式自清洁技术对基地无损伤,但清洁效率较慢。从综合自清洁策略、优化防爆设计和镜头膜材料多功能化3方面指出了井下机器视觉系统面临的技术挑战,针对多技术协同和清洁质量控制的科学难题,提出了远近场协同控制方法,可为井下机器视觉系统表面自清洁技术提供相关技术支撑。进一步展望了机器视觉系统表面自清洁技术在采矿中的发展趋势,随着无人矿车应用到深地、深海和深空(月球)采矿中,开采变得更为复杂,势必将安装更多机器视觉、激光雷达等智能感知系统,利用视觉系统自清洁装置,能够有效提高视觉系统图像质量,从而保障无人采矿的准确性。 展开更多

关键词 煤矿智能化 厚煤层开采 机器视觉 图像采集 表面自清洁

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融合概率积分法与SBAS-InSAR的开采沉陷计算方法

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作者 丁星丞 李培现 +3 位作者 康新亮 王明亮 张涛 郝登程 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第1期48-56,共9页

针对开采沉陷概率积分法参数反演过程中存在容易陷入局部最优解、反演结果无法准确预计边缘沉降的问题,提出将蜣螂优化算法应用于概率积分法参数反演,结合SBAS-InSAR沉降监测值获取矿区整体沉降信息。首先依据SBAS-InSAR技术监测形变的... 针对开采沉陷概率积分法参数反演过程中存在容易陷入局部最优解、反演结果无法准确预计边缘沉降的问题,提出将蜣螂优化算法应用于概率积分法参数反演,结合SBAS-InSAR沉降监测值获取矿区整体沉降信息。首先依据SBAS-InSAR技术监测形变的梯度信息获取可靠的矿区小梯度形变区域沉降值;然后将寻优能力强、准确度高的蜣螂优化算法应用于概率积分法参数反演,计算获取矿区大梯度形变区域沉降值;最后基于距离平方加权法将概率积分法预计沉降值与SBAS-InSAR沉降监测值融合计算,得到开采沉陷变形信息。以山西省古交市马兰矿10604工作面作为研究对象,采用实地62个水准监测点数据与25景Sentinel-1A数据进行实验分析。结果表明,蜣螂优化算法参数反演结果优异,数据融合后可获取准确的沉降信息,计算精度相对于单独使用SBAS-InSAR和概率积分法分别提高59%与32%。 展开更多

关键词 开采沉陷 概率积分法 蜣螂优化算法 SBAS-InSAR 数据融合

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基于无人机遥感多特征的单木地上生物量反演模型

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作者 张宇娇 赵恒谦 +3 位作者 付含聪 刘哿 皇甫霞丹 刘轩绮 《林业科学》 北大核心 2025年第8期129-141,共13页

【目的】针对北方森林,协同无人机激光雷达和无人机RGB影像进行单木地上生物量估测,以彰武县樟子松和杨树为研究对象,探究应用组合数据和单一数据对针、阔叶林单木地上生物量估测的影响,为彰武县防风固沙人工林单木地上生物量的精准预... 【目的】针对北方森林,协同无人机激光雷达和无人机RGB影像进行单木地上生物量估测,以彰武县樟子松和杨树为研究对象,探究应用组合数据和单一数据对针、阔叶林单木地上生物量估测的影响,为彰武县防风固沙人工林单木地上生物量的精准预测提供技术参考。【方法】从LiDAR点云和基于RGB光学影像获取的数字正射影像图(DOM)中提取单木尺度高度、强度、密度、冠层结构、光谱、纹理和植被指数多特征,采用置换重要性(PI)和Boruta优选特征子集,结合地面实测单木地上生物量数据,使用随机森林(RF)、极端梯度提升树(XGBoost)和分类提升算法(CatBoost)3种典型机器学习方法构建樟子松和杨树地上生物量估测模型,对仅用LiDAR数据、仅用DOM数据以及联合二者的建模结果进行比较。【结果】1)点云高度和冠层结构是估测2个树种单木地上生物量的关键特征;纹理特征仅对樟子松地上生物量估测产生积极影响。2)对于樟子松,基于组合数据的单木地上生物量估测精度最高,优于单一LiDAR和单一RGB影像;3种数据集的最优模型分别为ALL-PI-XGBoost、LiDAR-PI-XGBoost和DOM-PI-RF,测试集R^(2)分别为0.77、0.69、0.67,RMSE分别为10.94、12.75、13.16 kg·plant^(−1)。对于杨树,基于组合数据和单一LiDAR数据的单木地上生物量估测精度相当,且优于单一RGB影像;3种数据集的最优模型分别为ALL-PI-XGBoost、LiDAR-Boruta-XGBoost和DOM-Boruta-CatBoost,测试集R2分别为0.85、0.85、0.59,RMSE分别为17.63、17.11、28.99 kg·plant^(−1)。【结论】基于低成本无人机遥感技术获取的高密度点云和高分辨率影像可以实现彰武县防风固沙人工林单木地上生物量高精度、快速且无损估测;应用组合数据和单一数据对针、阔叶林单木地上生物量估测有不同影响,组合数据可以显著提高樟子松单木地上生物量估测精度。 展开更多

关键词 无人机激光雷达 无人机光学影像 单木尺度 地上生物量 机器学习

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基于自注意力机制的矿井次光照图像语义分割研究 被引量：3

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作者 杨克虎 龙启航 +3 位作者 汪嘉文 彭宝山 金波 杨学孟 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2023年第5期9-18,共10页

引入图像语义分割技术,对矿井次光照环境中的目标物进行分割,将图像分成原始清晰图像和次光照图像两类,采用基于深度学习的图像增强方法对次光照条件下拍摄的图像增强细节后替换,再利用单应变换算法对数据集进行扩充,进而构建矿井巷道... 引入图像语义分割技术,对矿井次光照环境中的目标物进行分割,将图像分成原始清晰图像和次光照图像两类,采用基于深度学习的图像增强方法对次光照条件下拍摄的图像增强细节后替换,再利用单应变换算法对数据集进行扩充,进而构建矿井巷道图像语义分割标准数据集。提出一种基于自注意力机制的轻量级编码—解码结构网络:以DeepLab V3+编码—解码网络为基础网络,在编码结构中,提取矿井图像深、浅层语义特征信息,将深层语义特征信息经由轻量级自注意力机制模块进行特征激活,而浅层语义特征信息直接送入解码器中,在解码结构中拼接深、浅层语义特征信息,恢复原始图像尺寸,输出分割结果。与传统算法就图像预测进行对比实验,结果表明:在网络复杂度方面,对于3通道512×512像素大小的图像,算法的网络理论计算量FLOPs仅48.80 G,参数量仅11.90 M;在网络分割精度方面,平均交并比76.50%,平均像素精度87.75%,领先其他主流网络;在速度方面,推理一张图像的速度能达到0.032 s,可满足轻量级网络的要求。 展开更多

关键词 矿井图像语义分割 编码解码结构 轻量级网络 自注意力机制

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考虑厚硬岩层的采场覆岩压力拱模型及其应用

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作者 张村 任赵鹏 +1 位作者 何军 马健起 《中国矿业》 北大核心 2025年第3期113-124,共12页

采动压力拱模型与厚硬岩层梁结构模型是分析矿山压力与岩层控制的重要空间结构模型,两者相互作用,共同影响开采扰动下覆岩运移和工作面矿压显现特征。基于此,本文结合压力拱理论与厚硬岩层梁结构理论,基于厚硬岩层破断和压力拱发育高度... 采动压力拱模型与厚硬岩层梁结构模型是分析矿山压力与岩层控制的重要空间结构模型,两者相互作用,共同影响开采扰动下覆岩运移和工作面矿压显现特征。基于此,本文结合压力拱理论与厚硬岩层梁结构理论,基于厚硬岩层破断和压力拱发育高度的相互关系,构建了厚硬岩层-压力拱统一理论模型。同时基于厚硬岩层-压力拱模型分析了开采条件和厚硬岩层对覆岩损伤发育和矿压显现的影响。进一步构建了工作面来压预测计算模型,提出了不同影响因素下覆岩损伤发育范围计算方法。研究结果表明:由于厚硬岩层的滞后破断,悬顶上方由于应力集中导致压力拱的非对称式发育现象,其与厚硬岩层的联动破坏导致了强矿压的产生;厚硬岩层初次破断步距随着岩层厚度增加呈线性增长,并且由剪切破坏逐渐转为拉伸破坏;工作面推进速度的增加使得厚硬岩层初次破断步距增长,但当推进速度增长到一定程度后对破断步距的影响将变小;当存在多层厚硬岩层时,随着厚硬岩层层间距的增加,低位厚硬岩层初次破断步距呈非线性减小趋势。采用本文提出的模型对上湾矿12401工作面来压步距进行了理论计算,并与现场实测进行了对比验证,当推进速度较慢时,平均周期来压步距为11.76 m;当推进速度较快时,平均周期来压步距为18.33 m,与现场实测结果基本一致。 展开更多

关键词 压力拱 厚硬岩层 覆岩破断 开采参数 矿压预测

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煤炭工业互联网技术研究综述 被引量：7

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作者 杨军 张超 +1 位作者 杨恢凡 郭一楠 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2023年第4期23-32,共10页

煤炭工业互联网是加速煤炭领域高质量发展的重要引擎,可有效驱动能源领域设备智能化、产业数字化。给出了煤炭工业互联网体系架构,从感知层、传输层、赋能平台、工业APP、信息安全5个方面分析了煤炭工业互联网技术研究现状和发展方向。... 煤炭工业互联网是加速煤炭领域高质量发展的重要引擎,可有效驱动能源领域设备智能化、产业数字化。给出了煤炭工业互联网体系架构,从感知层、传输层、赋能平台、工业APP、信息安全5个方面分析了煤炭工业互联网技术研究现状和发展方向。感知层在实现超低功耗、精准感知、高可靠性、能量自动捕获等方面取得进步,但仍存在感知手段单一、易受环境因素影响等问题,目前还无法充分满足矿井泛在感知需求,可从新型传感器研发、低功耗和能量收集技术、抗电磁干扰技术、智能感知技术等方面进一步提高感知层智能化水平。传输层现有的以太网、4G、WiFi等技术无法满足智慧矿山高可靠、高带宽、低延迟的传输要求,5G技术可满足全矿井泛在感知需求,但在井下应用中仍存在最大射频功率受限、无法可靠应对井下应急场景等问题,因此目前井下还不能完全使用5G替代传统通信网络。赋能平台是煤炭工业互联网推动智能化的中枢和核心,指出大数据是赋能平台的关键要素,煤炭工业机理模型和诊断决策模型是赋能平台的灵魂,数字孪生技术可为煤炭行业生产、决策、管理等环节赋能。工业APP可为煤炭产业链各环节提供服务,帮助煤炭行业攻克高风险、工艺继承创新难、产业链协同难等难题,但是煤炭领域工业APP的发展应用仍不成熟。信息安全是煤矿智能化建设的保障,需要从物理信息安全、网络信息安全、系统信息安全、数据信息安全和应用信息安全等方面采取措施,提升安全防护水平。 展开更多

关键词 煤炭工业互联网 智能感知 5G 赋能平台 工业APP 信息安全 大数据 数字孪生 设备智能化 产业数字化

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露天煤矿无人驾驶运输系统应急管理体系研究 被引量：6

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作者 薛棋文 丁震 +2 位作者 孙振明 李腾飞 杨健健 《工矿自动化》 北大核心 2022年第10期107-115,共9页

随着智能化矿山的发展,露天煤矿无人驾驶运输系统已逐步开展实验应用,但新技术的应用带来新的管理挑战,已有的应急管理体系无法满足新的现状需求。针对上述问题,从现状分析、体系框架设计、体系构建、未来发展趋势等4个方面,对露天煤矿... 随着智能化矿山的发展,露天煤矿无人驾驶运输系统已逐步开展实验应用,但新技术的应用带来新的管理挑战,已有的应急管理体系无法满足新的现状需求。针对上述问题,从现状分析、体系框架设计、体系构建、未来发展趋势等4个方面,对露天煤矿无人驾驶运输系统应急管理体系进行了研究。首先,分析了露天煤矿无人驾驶运输系统应急管理现状,总结了应急管理工作中可能面临的新挑战:新技术应用经验不足、缺乏针对性应急管理内容、信息共享及协调能力弱导致事件处置流程与内容不够明确。其次,对露天煤矿无人驾驶运输系统的突发事件进行了分类(包括运输事故类、气象灾害类、通信事故类、火灾类及其他类),并结合露天煤矿企业安全及应急管理的总体要求,针对性地设计了露天煤矿无人驾驶运输系统的应急管理体系框架,涵盖了生产作业过程中对突发性危机事件的预防、监控、处理和恢复整个环节。然后,从应急准备与演练、监测预警、应急响应、处置管理4个方面对露天煤矿无人驾驶运输系统应急管理体系建设内容进行了详细分析。最后,基于智能化矿山发展背景,探讨了露天煤矿应急管理体系未来发展趋势,包括调度管理与应急处置一体化、应急预案编制智能化、信息安全重视高度化。研究成果为进一步完善露天煤矿无人驾驶运输系统突发事件应急管理理论、制定切实有效的应急预案提供了参考。 展开更多

关键词 煤矿智能化 露天煤矿 无人驾驶运输系统 应急管理体系

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