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基于改进YOLOv8m-PSC的露天煤矿危险驾驶行为检测系统

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煤炭学报 2025年

作者：马力雷尧常治国井宇航刘浩强李学斌马宁马龙李临林西安科技大学能源学院新疆工程学院新疆煤炭资源绿色开采教育部重点实验室国家能源集团神延煤炭有限责任公司

露天煤矿环境复杂多变，安全生产面临诸多挑战，其中危险驾驶行为是威胁矿区安全生产的重要因素之一。矿区内重型机械和运输车辆频繁作业，由于道路条件复杂、作业环境恶劣，驾驶员一旦出现疏忽或违规操作，极易引发重大事故，造成严重... 详细信息

露天煤矿环境复杂多变，安全生产面临诸多挑战，其中危险驾驶行为是威胁矿区安全生产的重要因素之一。矿区内重型机械和运输车辆频繁作业，由于道路条件复杂、作业环境恶劣，驾驶员一旦出现疏忽或违规操作，极易引发重大事故，造成严重的人员伤亡和经济损失。目前，矿区通常采用人工巡检和车载视频回放检查等传统安全监控手段，但这些方法存在效率低、实时性差，耗费大量人力且有监控盲区等缺点，难以有效应对由于危险驾驶行为而导致的事故风险。随着深度学习和计算机视觉技术的迅速发展，利用先进技术手段提升矿区危险驾驶行为检测效率成为重要方向。相比传统手段，智能检测系统能够实现对危险行为的实时检测和预警，不仅提高了监控覆盖率，还有效减少了人力资源的投入。因此，设计并开发适用于露天煤矿环境的危险驾驶行为检测系统，不仅是当前矿区安全管理的迫切需求，也是推动矿山智能化发展的重要方向。本文在现有YOLOv8m模型的基础上，针对现有模型的参数量大、计算量高及夜晚车内光线较差导致检测精度低等问题，开展了面向露天煤矿危险驾驶行为检测方法研究，运用对比实验、消融实验及理论分析等方法，提出了一种结合部分卷积、自注意力机制及通道混洗的目标检测改进模型YOLOv8m-PSC。在此基础上，设计并实现了基于改进模型的危险驾驶行为检测系统。系统通过PySide6构建直观简便的图形用户界面，能够快速部署到实际生产环境中，弥补了传统监控手段的不足，对露天矿危险驾驶行为进行快速且准确的监控。实验结果表明，改进后的模型在性能上有显着提升：危险驾驶行为的平均检测精度达到83.7%，参数量减少了40.2%，浮点计算量下降了62.6%，推理速度提升了10.7%，均较原模型有显着提高，实现了在露天矿复杂场景下对疲劳驾驶、分心驾驶等危险驾驶行为高效、实时的检测。改进模型的提出不仅在技术上实现了目标检测模型的进一步优化，也为危险驾驶行为的实时检测提供了理论和实践的参考。此外，系统开发流程中引入了图形界面设计思路，为智慧矿山建设中的人机交互系统设计提供了创新性方案。

关键词：危险驾驶行为部分卷积自注意力机制 YOLOv8m-PSC PySide6

冲击地压矿井科学产能确定及科学提升产能研究

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煤炭科学技术 2025年

作者：崔峰罗钟来兴平陈建强彭宝山邹磊刘旭东西安科技大学能源学院西安科技大学教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室新疆工程学院新疆煤炭资源绿色开采教育部重点实验室新疆工程学院新疆煤炭绿色智能开采工程研究中心国家能源集团国源电力有限公司陕西彬长矿业集团有限公司国家能源集团新疆能源有限责任公司

我国埋深1000m以上的煤炭资源储量占总储量的50%以上，未来将是煤炭资源供应的主要部分，开展冲击地压矿井科学产能及科学提升产能对于保障我国深部煤炭资源的安全高效开采有重要意义。针对冲击地压矿井产能确定与产能提升问题，利用理... 详细信息

我国埋深1000m以上的煤炭资源储量占总储量的50%以上，未来将是煤炭资源供应的主要部分，开展冲击地压矿井科学产能及科学提升产能对于保障我国深部煤炭资源的安全高效开采有重要意义。针对冲击地压矿井产能确定与产能提升问题，利用理论分析、现场监测等研究方法，完成了含有冲击地压煤层的矿井井田范围科学划分，分析了冲击地压矿井不同的采煤方法、开采顺序、开采布局下采煤面扰动响应特征，建立了冲击地压矿井科学产能的确定方法，提出了冲击地压矿井产能科学提升的顶层设计与实践方法。研究结果表明：明确了冲击地压矿井冲击倾向性鉴定与冲击危险性确定的必要性，实现含有冲击地压煤层的矿井井田范围科学规划；研究了采煤方法、开采顺序与布局以及开采参数对采煤面扰动响应特征，得出了冲击地压矿井采煤面科学设计的系统性方法，为冲击地压矿井产能提升创造条件；提出了冲击地压矿井产能确定的技术路径，基于采动力学构建了“分阶段、分区域、分时期、看卸压力度、看历史防控水平”的冲击地压矿井采煤面推进速度确定方法；构建了冲击地压矿井产能提升的顶层设计，明确指出了控制产能的关键是产能提升所带来的冲击危险性，实现采动强度与卸压力度平衡，降低冲击危险性，从而有效的进行产能提升。构建了冲击地压矿井从井田范围科学规划、采煤面科学设计到产能科学确定及科学提升产能的一体化技术路径，为冲击地压矿井科学产能确定及科学提升产能提供了科学指导。

关键词：冲击地压矿井科学产能科学提升产能采动强度卸压力度

东部草原区大型煤电基地开发的生态影响与修复技术

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煤炭学报 2019年第12期44卷 3625-3635页

作者：李全生煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室国家能源投资集团有限责任公司

东部草原区大型煤电基地是我国东部能源保障的重要基地,且位于国家“两屏三带”的北方防沙带东部,区位能源供应和生态功能均十分重要。为实现东部草原区大型煤电基地开发与生态环境保护的协调,国家于2016年启动实施了“东部草原区大型... 详细信息

东部草原区大型煤电基地是我国东部能源保障的重要基地,且位于国家“两屏三带”的北方防沙带东部,区位能源供应和生态功能均十分重要。为实现东部草原区大型煤电基地开发与生态环境保护的协调,国家于2016年启动实施了“东部草原区大型煤电基地生态修复与综合整治技术及示范研究”重点研发计划项目。针对煤电基地开发对区域生态要素(水、土、植被)的影响边界与累积效应机理认识不清,急需开发矿区生态修复技术的问题,开展重大技术攻关和工程示范。依托国家重点研发计划项目,提出了煤电基地生态环境保护的内涵,构建了基于采矿源头主动减损、涵盖采前、采中、采后和闭坑的采矿全生命周期的主动生态减损理念,以煤炭开采生态环境损伤最小化为目标,实现水、土、植被指标达到或优于采前生态本底值,从基础理论、关键技术、集成示范与区域调控模式方面,开展了系统研究,具体包括:一是基础理论研究,厘清了煤炭开采对地下水、土壤理化性质、植被覆盖度的影响边界和程度,提出了景观与区域生态评价方法。二是关键技术研发,提出了基于生态减损的采排复一体化技术,构建了地面和地下相结合的露天矿立体储水技术体系,掌握了覆岩导水裂隙的发育类型及其导水流动特性,提出了井工开采地下水原位保护方法;优化设计了露天矿排土场边坡整形技术,开展了表土替代材料研究;筛选得到适应于东部草原区的本土植被种类,提出了土壤提质增容有机生物改良技术,优化设计了区域景观分布。初步构建了东部草原区煤电基地生态修复与综合整治技术体系,并在典型矿区应用示范,将为该区域生态环境保护提供技术支撑,助推东部草原区生态文明建设。

关键词：东部草原区煤炭开发生态修复采排复一体化

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焦粉超临界水气化实验研究及热力学分析

煤炭转化 2025年

作者：杜永刚熊若宸李依峰葛志伟宣化钢铁集团有限责任公司新能源开发部西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室

焦粉是粒径小于5 mm的焦炭，由于其粒度无法达到工业使用要求，常作为固体废弃物或低级燃料处理。超临界水气化技术作为一种新型高效清洁能源转化技术，为焦粉的处理提供了新的思路。但目前对于焦粉在超临界水条件下气化特性的研究仍鲜... 详细信息

焦粉是粒径小于5 mm的焦炭，由于其粒度无法达到工业使用要求，常作为固体废弃物或低级燃料处理。超临界水气化技术作为一种新型高效清洁能源转化技术，为焦粉的处理提供了新的思路。但目前对于焦粉在超临界水条件下气化特性的研究仍鲜有涉及。利用搭建的高压釜超临界水气化实验系统对焦粉进行超临界水气化实验，获得实验工况对焦粉超临界水气化效果的影响。并且对比煤炭超临界水气化特性和超临界水气化反应热力学平衡模型，对目前焦粉超临界水气化技术提出了改进思路。结果表明：在改进反应条件的情况下，当850 ℃，30 min，1 wt.%，K2CO3:焦粉=1.0时，碳气化率（CE）为83.00%。气体产物中H2，CO2的产率远高于其他气体的产率。高产率的H2证明了超临界水气化技术对焦粉进行资源化回收是科学可行的。但焦粉固定碳含量高而挥发分含量低，其完全气化比煤炭所需的条件更为苛刻。热力学平衡分析表明，当反应达到平衡时，CE几乎达到100%。因此，改进反应器或开发更为高效的催化剂以加快反应进程是提高焦粉超临界水气化效果的关键。

关键词：焦粉超临界水气化特性碳气化率热力学平衡

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煤矿地下水库不同人工坝体结构抗震性能研究

煤炭科学技术 2020年第12期48卷 237-243页

作者：曹志国国家能源集团煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室北京100011

作为新型地下工程构筑物,煤矿地下水库工程在西部神东矿区已得到成功应用。长期安全稳定运行是煤矿地下水库技术的核心要素之一。作为煤矿地下水库挡水构筑物的水库坝体,尤其是人工坝体,是煤矿地下水库安全运行的重要组成部分。为保证... 详细信息

作为新型地下工程构筑物,煤矿地下水库工程在西部神东矿区已得到成功应用。长期安全稳定运行是煤矿地下水库技术的核心要素之一。作为煤矿地下水库挡水构筑物的水库坝体,尤其是人工坝体,是煤矿地下水库安全运行的重要组成部分。为保证煤矿地下水库在极端条件(如矿震、地震等条件)的安全性,需对人工坝体结构进行抗震安全分析。人工坝体结构一般为平板型,考虑到矿震或地震条件下坝体结构的破坏通常为剪切破坏,为提高人工坝体的抗震性能,提出新型煤矿地下水库人工坝体结构—拱形人工坝体,对比分析了平板式和拱形人工坝体的受力状态;采用有限元方法,得到了震级烈度分别为7、8、9、10时的平板式人工坝体和拱形人工坝体的剪切应力与位移分布云图,对比分析了2种坝体的整体安全系数及可能破坏模式。结果表明:人工坝体的薄弱部位是其与煤岩体的接触部位;地下水库人工坝体受顶底板和周边煤岩体约束,在极端特殊工况条件下仍能保持较好的安全性能,地震烈度达到10时,拱形和平板式人工坝体安全系数分别为22.6和6.4;拱的作用使得煤柱对人工坝体的反作用力中产生了部分压应力,拱形人工坝体受到的部分矿震荷载传递至煤柱坝体,减少了由于矿震引起的人工坝体剪切应力,提高了拱形人工坝体的抗震性能,地震烈度10时拱形人工坝体安全系数是平板式人工坝体的3.5倍以上。

关键词：煤矿地下水库平板式人工坝体拱形人工坝体数值模拟抗震安全性评价

基于钻孔数据的断层带结构数值模型构建及应用探索

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煤炭学报 2025年

作者：赵金海朱伟龙孙文斌马海龙乔洋山东科技大学能源与矿业工程学院山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地枣庄矿业集团高庄煤业有限公司

断层带数值模型的准确构建和参数赋值一直是煤矿地质工作者面临的难题，采动断层带涌水量预计存在结构复杂、渗透系数获取困难等问题。本研究以采动影响下断层带涌水量计算为背景，基于钻孔探测数据进行断层带数值模型的构建与涌水量研... 详细信息

断层带数值模型的准确构建和参数赋值一直是煤矿地质工作者面临的难题，采动断层带涌水量预计存在结构复杂、渗透系数获取困难等问题。本研究以采动影响下断层带涌水量计算为背景，基于钻孔探测数据进行断层带数值模型的构建与涌水量研究。首先运用随机裂隙生成方法结合COMSOL Multiphysic有限元数值模拟软件，探究了单位面积内和单位体积内不同裂隙数量对孔隙水压力、渗流速度和渗透性的影响，获得了裂隙岩体中单位面积和单位体积裂隙数量与渗透率之间的关系，建立了二维与三维岩体中随机裂隙与渗透率之间的关系。然后基于钻孔探测数据，建立了裂隙岩体质量指标RQD与岩体渗透率之间的函数关系。同时根据钻探数据建立了断层裂隙带三维数值分析模型，研究了不同RQD的岩体在煤层开采过程中，断层带导水和采空区涌水量规律。研究表明：（1）裂隙数量与渗透率之间符合指数函数关系，且相较于二维裂隙模型，三维裂隙岩体中渗透率受裂隙数目增加所提升的幅度更为显著。（2）通过钻孔控制区域范围内实体裂隙的线性延展和未探测区域RQD值参数赋值相结合的方法，构建了含断层带结构的数值分析模型，结合岩体多点钻孔分析，建立了岩体质量指标RQD与渗透率之间的指数函数关系，实现了应用矿井岩体质量指标进行涌水量预测分析。研究成果在矿井涌水预测、突水灾害防治及安全评价方面具有重要意义。

关键词：钻孔数据断层带:裂隙数量渗透率 RQD 涌水量

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煤矿覆岩裂隙地下水渗流特征的试验研究

煤炭科学技术 2023年第6期51卷 168-176页

作者：李海祥曹志国吴宝杨池明波张保北京低碳清洁能源研究院煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室北京102209

覆岩裂隙地下水渗流特征是采煤和采空区后期维护需考虑的重点因素,特别是煤矿地下水库修建区,覆岩裂隙场经沉积作用形成稳定形态,具有良好的储水和导水能力,也是煤矿地下水库重要的组成部分。在浅层地下水丰富区域或夏季极端降雨条件下... 详细信息

覆岩裂隙地下水渗流特征是采煤和采空区后期维护需考虑的重点因素,特别是煤矿地下水库修建区,覆岩裂隙场经沉积作用形成稳定形态,具有良好的储水和导水能力,也是煤矿地下水库重要的组成部分。在浅层地下水丰富区域或夏季极端降雨条件下,地下水库形成垂向补给,分析地下水在覆岩裂隙中的渗流特征为煤矿地下水库安全运营及地下水资源保护提供科学依据。此次研究通过固−液耦合相似模型试验获得开采区覆岩裂隙发育稳定规律及导通含水层后地下水渗流特征,分析得出延伸远空间大的离层裂隙和微裂隙多以储水为主,贯穿多个岩层的垂向裂隙具有很强的导水能力,离层裂隙间的水力联系主要靠两侧区域的垂向裂隙形成。垂向补给条件下,地下水先以非饱和方式沿垂向裂隙进行入渗,由上及下覆岩裂隙逐渐区域饱和,最终形成稳定的饱和入渗形式。在此基础上建立饱和渗流状态的地下水渗流数学模型,并依靠数值法求解,与相似模拟试验相互验证得出垂向裂隙是主要的导水通道,其导水量占比最大可达到97%,与此同时垂向裂隙中地下水的运移速度也远超出离层裂隙中的多个数量级。最后通过敏感性分析得出垂向裂隙渗流量与裂隙发育程度和总涌水量成正相关,与岩石渗透性成负相关。覆岩裂隙中地下水的运移时间与裂隙发育程度、岩石渗透性和总涌水量均呈负相关。

关键词：地下水库覆岩裂隙地下水渗流运移时间优势通道

煤系砂质泥岩和细砂岩对Mn(Ⅱ)吸附特性研究

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中国矿业大学学报 2020年第3期49卷 411-418页

作者：姚强岭王伟男夏泽朱柳王傲于利强国家能源集团煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室北京100011 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116

探讨了西部矿区侏罗系煤层覆岩典型煤系沉积岩(砂质泥岩和细砂岩)对Mn(Ⅱ)的等温吸附和解吸特性,分析了温度、pH值和固液比对岩样吸附特性的影响.结果表明:随着温度升高,细砂岩的饱和吸附量明显增大,而砂质泥岩的饱和吸附量增大程度较小... 详细信息

探讨了西部矿区侏罗系煤层覆岩典型煤系沉积岩(砂质泥岩和细砂岩)对Mn(Ⅱ)的等温吸附和解吸特性,分析了温度、pH值和固液比对岩样吸附特性的影响.结果表明:随着温度升高,细砂岩的饱和吸附量明显增大,而砂质泥岩的饱和吸附量增大程度较小;Mn(Ⅱ)溶液的pH值由2增至4时,砂质泥岩和细砂岩对Mn(Ⅱ)的吸附效率分别增大4和2倍;而当pH值大于4时,砂值泥岩和细砂岩对Mn(Ⅱ)的吸附效率无明显变化;溶液固液比由1∶800增加至1∶50的过程中,砂质泥岩和细砂岩的吸附效率分别由32.9%和44.8%增加至90.6%和99.2%;砂质泥岩对Mn(Ⅱ)的解吸过程缓慢,且无法完全解吸;细砂岩对Mn(Ⅱ)的解吸量极低,具有较强的化学吸附性.

关键词：侏罗系煤系沉积岩采空区矸石重金属吸附与解吸特性

蒙东草原区大型露天煤矿减损开采与生态修复关键技术

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采矿与安全工程学报 2023年第5期40卷 905-915页

作者：李全生煤炭开采水资源保护与利用国家重点实验室国家能源投资集团有限责任公司北京100011

基于蒙东草原区生态功能重要、气候酷寒、半干旱、土壤瘠薄的本底生态特征和国家能源安全作用突出、煤炭储量大、开采条件好的资源开发特征,以生态减损为主线,提出了“开采源头减损与系统修复一体化”的大型煤电基地生态修复理念与模式... 详细信息

基于蒙东草原区生态功能重要、气候酷寒、半干旱、土壤瘠薄的本底生态特征和国家能源安全作用突出、煤炭储量大、开采条件好的资源开发特征,以生态减损为主线,提出了“开采源头减损与系统修复一体化”的大型煤电基地生态修复理念与模式;针对蒙东草原区生态数据采集与监测难题,创建了酷寒草原区“地下-地表-空-天”全空间多尺度煤炭开采生态影响监测技术体系,可实现对酷寒地区(最低-47℃)多生态要素实时监测和数据传输;基于监测系统数据采集和分析,从宏观、中观、微观尺度研究了大型露天开采对多生态要素的影响特点,揭示了大型露天煤矿开采对水、土、植被等草原生态要素及系统的影响规律;根据露天开采的特点,结合蒙东草原区生态本底特征,研发了蒙东草原区露天煤矿节地增时减损型开采、大型露天矿生态减损型排弃、露天开采生态多要素系统修复等关键技术。通过技术体系的实施,解决了蒙东草原区露天开采水资源保护和利用问题。

关键词：蒙东草原区大型煤电基地露天开采生态减损型开采生态修复

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