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一种煤矿井下多传感器融合定位与建图算法

煤矿安全 2025年第2期56卷 233-241页

作者：高铭阳张志刚刘其鑫李小波中煤科工集团重庆研究院有限公司

针对煤矿智能化建设对同时定位与建图（SLAM）技术的需求，以及现有SLAM技术在煤矿井下使用中因环境特征退化导致应用受限的问题，提出了一种适于煤矿井下的多传感器融合SLAM算法。算法由视觉里程计系统和激光SLAM系统2部分组成；视觉... 详细信息

针对煤矿智能化建设对同时定位与建图（SLAM）技术的需求，以及现有SLAM技术在煤矿井下使用中因环境特征退化导致应用受限的问题，提出了一种适于煤矿井下的多传感器融合SLAM算法。算法由视觉里程计系统和激光SLAM系统2部分组成；视觉里程计系统由近红外相机与惯导传感器构成；激光SLAM系统基于特征点法激光SLAM框架，利用视觉里程计信息代替IMU预积分，并针对煤矿巷道结构改进激光点云特征分类方法，优化雷达帧间扫描匹配；在视觉里程计系统中设计异常处理机制，避免因点云特征退化造成IMU误差累计，导致定位建图失败。在煤矿模拟巷道中算法测试结果表明：算法能够在巷道环境中可靠运行，并且算法稳定性和鲁棒性相较现有SLAM算法有明显提升。

关键词：煤矿智能化同时定位与建图多传感器融合激光SLAM 视觉里程计

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矿用随钻方位电磁波仪器正交天线响应特征

煤田地质与勘探 2025年

作者：陈刚中煤科工集团西安研究院有限公司

【目的和方法】为掌握煤层水平井中随钻电磁波仪器探测影响因素，通过有限元数值模拟采用多频、多线圈距的正交耦合线圈进行边界探测研究，确定了仪器线圈最佳排布非对称方式，并获得了适合高阻煤层的频率、源距、线圈间距的优化工作参... 详细信息

【目的和方法】为掌握煤层水平井中随钻电磁波仪器探测影响因素，通过有限元数值模拟采用多频、多线圈距的正交耦合线圈进行边界探测研究，确定了仪器线圈最佳排布非对称方式，并获得了适合高阻煤层的频率、源距、线圈间距的优化工作参数选择。【结果和结论】通过正交线圈与倾斜线圈对比研究，发现倾斜线圈时定向信号虽然理论上幅度比信号随着线圈距增大在增强，但实际的倾斜线圈感应电动势的幅值却随着线圈距增大而减小，增大了信号采集的难度。通过研究设计了一种适合煤矿使用的方位电磁波电阻率正交线圈系结构，满足高阻情况下同时具备电阻率和界面探测的功能，获得了适合高阻煤层的频率、源距、线圈间距的优化参数，为煤矿井下孔内顺煤层方位电磁波探测技术提供基础。

关键词：随钻电磁波仪器煤层水平孔有限元模拟线圈系设计

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钻锚一体化锚杆随钻测量岩石强度试验研究

采矿与岩层控制工程学报 2025年第01期 67-85页

作者：姜鹏飞张炜陈志良王子越罗超郭吉昌刘畅孙洋煤炭科学研究总院开采研究分院中煤科工开采研究院有限公司中煤科工(天津)岩层智控科技有限公司天地科技股份有限公司煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室

岩石单轴抗压强度是评估岩石力学性质的重要参数,实时、准确地获取锚杆钻进过程中的岩石单轴抗压强度对于指导巷道顶板支护设计、锚固作业具有重要意义。基于钻锚一体化锚杆和钻臂搭建了钻锚一体化锚杆随钻感知试验系统,试验系统可实时... 详细信息

岩石单轴抗压强度是评估岩石力学性质的重要参数,实时、准确地获取锚杆钻进过程中的岩石单轴抗压强度对于指导巷道顶板支护设计、锚固作业具有重要意义。基于钻锚一体化锚杆和钻臂搭建了钻锚一体化锚杆随钻感知试验系统,试验系统可实时监测液压系统的液压缸、液压马达及钻箱位移等参数。通过对各参数特性、单一参数及组合参数随岩石强度变化的关系进行分析,获得钻进单位体积岩石时液压缸、液压马达及系统所做总功与岩石强度的关系,并对比了各参数的优劣性。研究结果表明:液压系统单一参数及组合参数与岩石单轴抗压强度有一定的相关性,部分参数相关性系数较高,液压缸进油端、回油端拟合函数相关性系数分别为0.840 8和0.849 7;钻箱钻进速度随试样单轴抗压强度变化的拟合函数相关性系数最高,为0.953 3;其次是液压马达做功、系统总功以及液压缸做功,分别为0.921 5、0.895 0和0.855 2。液压缸回油端压力拟合函数效果最好,误差率为14.33%,小于15%;其次是钻箱钻进速度,误差率为16.12%,小于20%;钻进系统所做总功、液压马达做功、液压缸做功误差率分别为20.73%、21.79%和23.78%,均小于25%,预测效果较好。液压马达做功系统做功占主要部分,平均占比99.22%,随着岩石强度的增加,液压马达做功占系统总功逐渐下降。总体来看,液压缸进油端压力、回油端压力、钻箱钻进速度、液压马达做功、系统总功及液压缸做功随试样单轴抗压强度变化的拟合函数相关性系数较高。研究结果为钻锚一体化快速掘进、巷道围岩稳定性评估、锚杆支护方案优化等提供了依据。

关键词：巷道支护快速掘进钻锚一体化随钻测量单轴抗压强度

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无煤柱开采围岩控制技术发展方向

采矿与岩层控制工程学报 2025年第01期 5-9页

作者：康红普王东攀刘跃东中煤科工开采研究院有限公司天地科技股份有限公司煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室中煤科工(西安)开采工程技术有限公司

1研究现状无煤柱开采是通过合理的开拓部署、采煤工作面和巷道布置及采掘顺序,取消护巷煤柱的采煤方法,符合绿色开采的发展理念。其优势主要体现在:减少掘进工程量,降低掘进率,缓解采掘接续的矛盾;减少煤柱损失,提高煤炭资源回收率;消...

1研究现状无煤柱开采是通过合理的开拓部署、采煤工作面和巷道布置及采掘顺序,取消护巷煤柱的采煤方法,符合绿色开采的发展理念。其优势主要体现在:减少掘进工程量,降低掘进率,缓解采掘接续的矛盾;减少煤柱损失,提高煤炭资源回收率;消除煤柱应力集中引起的巷道大变形、煤与瓦斯突出、冲击地压等灾害;改善采煤工作面通风系统,有利于解决瓦斯问题。国外对无煤柱开采技术的研究已近一个世纪,而我国也有70年左右的时间。通过国内外学者持续不断的研究,获得大量研究成果,并在煤矿生产中得到应用,取得较好的效果。无煤柱开采工艺与方法很多,适用于不同条件。

关键词：

基于改进迁移学习的煤矿井下设备音频信号故障诊断方法

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工矿自动化 2025年第02期 91-99页

作者：邱吉尔王琪王鹏中煤科工集团常州研究院有限公司天地(常州)自动化股份有限公司

煤矿井下生产运行环境恶劣，其关键设备如瓦斯泵、通风机、采煤机等长期处于启动状态，易产生缺陷性故障。目前端到端音频数据故障诊断方法的模型训练与更新高度依赖于数据标注，尽管可以获取海量原始数据，但这些数据通常未经标注，难... 详细信息

煤矿井下生产运行环境恶劣，其关键设备如瓦斯泵、通风机、采煤机等长期处于启动状态，易产生缺陷性故障。目前端到端音频数据故障诊断方法的模型训练与更新高度依赖于数据标注，尽管可以获取海量原始数据，但这些数据通常未经标注，难以直接用于模型训练，设备运行工况的突变和设备重组等因素可能导致数据分布发生变化，从而引起模型性能下降。针对上述问题，提出了一种基于改进迁移学习的煤矿井下设备音频信号故障诊断方法。首先，对煤矿设备音频信号进行梅尔频率倒谱系数（MFCC）特征提取，捕捉设备运行状态中的关键信息，得到故障特征二维系数图。然后，构建基于改进迁移学习的故障诊断网络模型，以改进最大均值差异，即多核联合最大均值差异作为度量标准，借助伪标签计算联合分布距离，将标签信息通过多重线性映射进行特征匹配，以减少数据分布差异，实现边缘分布和条件分布同时对齐。实验结果表明：所提方法在无标签条件下能够实现高精度的故障诊断，准确率达到96.99%，标准差为0.014；在模型抗噪性能实验中，基于改进迁移学习的故障诊断模型在低信噪比（如10 dB）条件下仍能保持80%的故障诊断准确率，展现出较强的抗噪鲁棒性。

关键词：煤矿井下设备音频信号故障诊断迁移学习梅尔频率倒谱系数 MFCC 最大均值差异多核联合最大均值差异源域目标域

煤矸石基沸石分子筛的制备及其对废水中Cu2+吸附性能研究

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化工新型材料 2025年

作者：张博超杜飞童辉龙雪颖中煤科工生态环境科技有限公司中国科学院地球环境研究所

摘要煤矸石中富含SiO2和Al2O3，可作为制备沸石分子筛的廉价原料。以陕西府谷地区某典型煤矸石为研究对象，破碎筛分经过高温煅烧除杂后，采用碱熔-水热法在80℃、90℃、100℃条件下制备煤矸石基沸石分子筛。通过X 射线衍射仪、扫描电... 详细信息

摘要煤矸石中富含SiO2和Al2O3，可作为制备沸石分子筛的廉价原料。以陕西府谷地区某典型煤矸石为研究对象，破碎筛分经过高温煅烧除杂后，采用碱熔-水热法在80℃、90℃、100℃条件下制备煤矸石基沸石分子筛。通过X 射线衍射仪、扫描电子显微镜、全自动比表面积和孔隙分析仪、傅里叶变换红外光谱仪对产物晶体结构、组成、微观形貌和比表面积进行了表征。将水热温度90℃制备的沸石分子筛用于吸附废水中Cu2+，并考察沸石分子筛投加量、溶液pH、吸附温度和吸附时间对Cu2+吸附效果的影响。结果表明：水热温度90℃时产物形态较佳且结晶度较高，比表面积为66.27m2/g；沸石分子筛投加量为 0.35g，溶液pH=6，吸附温度为45℃，吸附时间为 55 min时，对Cu2+吸附效果最佳。

关键词：煤矸石沸石分子筛 Cu 吸附效果

煤矿远距离综合物探及透明地质保障系统研发与应用

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智能矿山 2025年第2期 7-12页

作者：刘再斌范涛李萍李贵红雷晓荣李西萍西安煤科透明地质科技有限公司中煤科工西安研究院(集团)有限公司

随着煤矿智能化快速发展，生产效率大幅提高，煤炭行业迎来了以精准探测、智能监测、地质透明化为特色的智能开采地质保障新阶段。地质透明化是煤矿智能化建设的基础和前提，是保障煤矿安全、高效、智能开采的重要举措。现阶段煤矿远距...

随着煤矿智能化快速发展，生产效率大幅提高，煤炭行业迎来了以精准探测、智能监测、地质透明化为特色的智能开采地质保障新阶段。地质透明化是煤矿智能化建设的基础和前提，是保障煤矿安全、高效、智能开采的重要举措。现阶段煤矿远距离综合物探及透明地质保障智能化建设中存在4个主要问题。（1）探掘冲突，常规探掘存在时空冲突，钻探、物探分离，干扰源复杂，探测距离短等问题。（2）数据解译困难，现有探测数据处理解释智能化水平低，多源地质感知数据融合解译困难。

关键词：

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岩石水力压裂力学特性劣化实验研究

煤炭科学技术 2025年

作者：杜涛涛鞠文君卢志国潘俊锋夏永学中煤科工开采研究院有限公司天地科技股份有限公司开采设计事业部煤矿灾害防控全国重点实验室冲击地压室

岩石水力压裂力学性质劣化程度准确测定是水力压裂卸压机理揭示和压裂效果评估的基础，为揭示岩石水力压裂力学特性劣化规律，分别设计了真三轴水力压裂物模实验和岩石力学测试实验两阶段方案，利用CT扫描重构裂缝三维形态，通过真三轴... 详细信息

岩石水力压裂力学性质劣化程度准确测定是水力压裂卸压机理揭示和压裂效果评估的基础，为揭示岩石水力压裂力学特性劣化规律，分别设计了真三轴水力压裂物模实验和岩石力学测试实验两阶段方案，利用CT扫描重构裂缝三维形态，通过真三轴水力压裂物模实验，制备含水力压裂裂缝的岩石试件；对制备的含水力压裂裂缝的岩石试件开展了岩石力学性质单轴、三轴压缩试验和巴西劈裂实验。研究结果表明，刻槽能够有效降低裂缝破裂压力，增大槽的宽度，有利于提高裂缝起裂概率，但槽间距太小裂缝易合并；压裂液粘度越高，泵注压力起压越快，裂缝破裂压力越高；排量越低，液体滤失所占比重越大，裂缝破裂压力越小，排量升高后，裂缝起裂压力显著增大，起裂所需时间越短。水力压裂后，岩石内摩擦角、内聚力、抗拉强度的折减系数分别为0.313、0.706和0.295；得到了弹性模量折减系数关系式，随围压增大，两种试样弹性模量均呈增大趋势，且增长速率逐渐减缓，而折减系数随围压增大呈降低趋势，但降低速率减缓；试样抗拉强度压裂后降幅70.49%，降低量达压裂后试样的2.39倍，试样抗拉强度显著降低表明压裂使试样内部产生裂隙，发生损伤，压裂前后标准差增大1.87倍，表明压裂过程使试样内部产生大量非均匀分布裂隙，微裂隙数量及分布特征存在较大差异，造成试样力学性能差异较大。

关键词：水力压裂压裂裂缝力学特性劣化规律折减系数

基于矩阵位移法的超长工作面顶板挠度分布研究

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煤炭科学技术 2025年

作者：邢有望李明忠张金虎闫汝瑜刘江斌煤炭科学研究总院开采研究分院中煤科工开采研究院有限公司天地科技股份有限公司北京天玛智控科技股份有限公司中国矿业大学(北京) 陕西陕煤曹家滩矿业有限公司

为了探究顶板条件、巷帮条件及支护条件对超长工作面顶板挠度变化的影响，同时将梁模型理论应用于指导液压支架设计，以小保当二号井132202超长工作面为背景，根据实际生产中液压支架、巷帮及顶板关系，建立支持在弹性支座上的二维连续... 详细信息

为了探究顶板条件、巷帮条件及支护条件对超长工作面顶板挠度变化的影响，同时将梁模型理论应用于指导液压支架设计，以小保当二号井132202超长工作面为背景，根据实际生产中液压支架、巷帮及顶板关系，建立支持在弹性支座上的二维连续梁模型，基于位移法对梁模型单元进行编码并计算杆单元的单元刚度矩阵，利用单元集成法计算含有弹性支座的超长梁模型整体刚度矩阵及节点等效载荷，通过矩阵位移法求解全梁挠度分布及杆端内力计算公式，从而得到支架支护反力。在此基础上，分别对支架宽度、数目、等效刚度、工作面长度、巷帮刚度、顶板弹性模量、截面惯性矩及随动岩层产生的载荷大小取不同值，来观察其对全梁挠度分布的影响。使用三次多项式对挠度曲线一侧的起点至最大峰值段进行精确拟合。使用插入了桩结构单元充当支护的3DEC数值模拟结果及现场电液控监测数据进行验证。验证结果做到了理论计算、数值模拟与现场数据三者的统一，表明二维梁模型能够在一定程度上解释超长工作面三峰值来压特征，同时工作面一侧到临近高峰值段的挠度曲线符合三次多项式分布规律。研究深化了梁模型在采场方面的应用，为超长工作面支架工作阻力预测提供了方向，研究结果有助于为超长工作面液压支架设计提供理论指导。

关键词：采矿工程液压支架超长工作面矩阵位移法 3DEC数值模拟