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采场正断层损伤活化机理与特征

煤矿安全 2025年第2期56卷 126-136页

作者：陈太勇刘国磊常笑笑吴延成马秋峰郝喜庆赵成博山东理工大学资源与环境工程学院新汶矿业集团有限责任公司孙村煤矿山东能源集团鲁西矿业有限公司郭屯煤矿枣庄矿业集团高庄煤业有限公司

为了探究工作面向正断层推采时断层力学响应特征，基于高庄煤矿1105工作面工程地质条件建立数值仿真模型，获得开采扰动下断层损伤变量演化特征；对模拟结果进行多元线性回归分析并建立下盘岩体力学模型，获得断层损伤变量与煤体应力的... 详细信息

为了探究工作面向正断层推采时断层力学响应特征，基于高庄煤矿1105工作面工程地质条件建立数值仿真模型，获得开采扰动下断层损伤变量演化特征；对模拟结果进行多元线性回归分析并建立下盘岩体力学模型，获得断层损伤变量与煤体应力的关系。结果表明：断层的裂隙损伤由高位岩层向低位岩层发展，当断层损伤变量达到临界值时，断层具备发生活化的条件；工作面采动影响下，断层损伤变量的发展早于煤体支承压力的增长，可将断层损伤变量作为预报断层活化、煤体应力升高的关键指标；通过多元线性回归分析确定的对断层损伤变量的影响因素依次为距断层距离、垂直应力、断层内摩擦角、断层黏聚力；工作面向断层推采过程中，工作面与断层间煤体宽度减小造成了煤体应力增加；同时推采导致了断层面的损伤发展，上下盘岩体之间有效承载面积减小，岩体质量大部分由下方煤体承担，煤体应力进一步增加。

关键词：正断层开采扰动断层活化损伤变量数值模拟多元线性回归分析

“射流+爆轰”微差复合爆破定向造缝机制及其全过程研究

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岩石力学与工程学报 2025年第1期44卷 81-98页

作者：高瑞赵鸿杰徐冰琪于斌姜泽太原理工大学矿业工程学院山西太原030024 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044

定向预裂技术有利于岩体的精准垮落及采场应力分布控制,现有煤岩体定向造缝技术主要有定向水射流、定向水力压裂及聚能定向爆破等,存在裂缝尺度小、定向效果差等弊端。提出一种基于“射流+爆轰”的微差复合爆破定向造缝技术,利用射孔弹... 详细信息

定向预裂技术有利于岩体的精准垮落及采场应力分布控制,现有煤岩体定向造缝技术主要有定向水射流、定向水力压裂及聚能定向爆破等,存在裂缝尺度小、定向效果差等弊端。提出一种基于“射流+爆轰”的微差复合爆破定向造缝技术,利用射孔弹微秒级定向聚能射流和炸药毫秒级爆破高压劈裂作用,形成定向连续的孔缝融合面,实现精准造缝。介绍了复合爆破技术关键设备和工艺流程;建立聚能射流冲击及二次爆破劈裂的力学模型,分析射流侵彻及炸药二次爆破高压定向劈裂机制,给出射流侵彻及二次爆破过程中裂缝定向扩展长度的理论表达式,揭示复合爆破定向造缝机制。采用LS-DYNA数值模拟软件,建立聚能射流破岩的数值模型,获得聚能射流破岩全过程的孔洞扩展规律及岩石损伤特征,揭示不同时段射流形态、射流速度及孔洞长度的演化规律;在一次射流基础上,建立二次爆破数值模型,明确二次爆破高压劈裂的裂缝扩展全过程,获得裂缝长度、扩展速度及岩石损伤随时间的演化规律;揭示“射流+爆轰”复合爆破定向裂缝扩展的全过程特征。进一步,通过地面混凝土靶试验验证了复合爆破技术定向造缝可行性,并在井下巷道进行了工业性试验。采用钻孔窥视观测井下爆破孔内定向成缝情况,得到孔内91%,89%和61%的定向成缝率。研究成果表明了复合爆破技术定向造缝理论的可行性,为煤矿煤岩体定向控制提供了一种新型技术途径。

关键词：岩石力学坚硬顶板复合爆破聚能射流定向造缝

综采工作面风流-煤尘逸散规律及防控技术研究

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工矿自动化 2025年第1期51卷 111-118页

作者：高成刘立仁郑磊吕明杰陕西德源府谷能源有限公司三道沟煤矿陕西府谷719400 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

综采工作面采煤机在截割煤体时会产生明显的湍流风,使得采煤区风速发生变化,诱导煤尘颗粒向人行道区域横向扩散。为探究截割湍流风对截割煤尘横向扩散规律的影响,采用多重参考系(MRF)模型对滚筒旋转割煤进行仿真,对不同割煤状态下综采... 详细信息

综采工作面采煤机在截割煤体时会产生明显的湍流风,使得采煤区风速发生变化,诱导煤尘颗粒向人行道区域横向扩散。为探究截割湍流风对截割煤尘横向扩散规律的影响,采用多重参考系(MRF)模型对滚筒旋转割煤进行仿真,对不同割煤状态下综采工作面风流-煤尘耦合运移规律进行数值模拟,得到工作面风流分布与煤尘浓度分布的关系。为降低截割湍流风对煤尘横向扩散的影响,提出一种采煤机尘源跟踪喷雾降尘系统,通过安装在支架顶梁或前探梁上的喷雾装置在采煤机滚筒与人行道间形成雾幕,削弱截割湍流风的扰动作用,阻隔煤尘颗粒横向扩散,实现对滚筒截割尘源的动态跟踪。仿真结果表明,不同割煤状态下滚筒转动产生的截割湍流风使风流向人行道区域发生偏移,当滚筒转速为29.29 r/min、系统风速为1.40 m/s时,其横向偏移分速度可超过0.54 m/s,并使煤尘颗粒向人行道区域扩散,出现浓度超过300 mg/m3的煤尘团,尤其是顺风割煤时煤尘横向扩散更为明显,人行道处煤尘浓度达385.12 mg/m^(3)。现场测试结果表明,采煤机尘源跟踪喷雾降尘技术的降尘率达83.68%,且单个喷洒点的待机能耗低于10 W。

关键词：综采工作面煤尘治理多重参考系模型截割湍流风截割煤尘横向扩散规律尘源跟踪喷雾降尘 MRF

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特厚坚硬煤层两柱掩护式超大采高综放液压支架适应性研究

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采矿与安全工程学报 2025年第02期 252-263页

作者：许永祥曾明胜蔡逢华丁维波刘俊峰韩会军中煤科工开采研究院有限公司煤炭科学研究总院开采研究院陕西未来能源化工有限公司金鸡滩煤矿陕西陕煤曹家滩矿业有限公司

针对未充分考虑顶板约束反力而造成对两柱掩护式综放液压支架承载特性认识不充分的情况，基于榆神矿区特厚坚硬煤层综放开采实践，提出并采用修正的液压支架承载能力曲线，合理解释了两柱掩护式综放液压支架在特厚坚硬煤层综放开采中承... 详细信息

针对未充分考虑顶板约束反力而造成对两柱掩护式综放液压支架承载特性认识不充分的情况，基于榆神矿区特厚坚硬煤层综放开采实践，提出并采用修正的液压支架承载能力曲线，合理解释了两柱掩护式综放液压支架在特厚坚硬煤层综放开采中承载特性和适应性的优越性。将液压支架顶梁失稳分为承载失稳(滑移失稳)、力矩失稳(旋转失稳)和结构件失效失稳，并用于不同架型结构液压支架承载特性对比分析。对比结果表明：顶板约束反力可有效改善液压支架的稳定状态，将力矩失稳(旋转失稳)向承载失稳(滑移失稳)转变，充分发挥液压支架立柱的额定工作阻力；顶板约束反力对两柱掩护式综放液压支架承载特性的影响远大于对四柱支撑掩护式综放液压支架的影响；考虑顶板约束反力情况下，工作阻力21 MN的ZFY21000/35.5/70D型两柱掩护式综放液压支架承载特性优于26 MN的ZF26000/36/70D型四柱支撑掩护式综放液压支架。顶板约束反力的发挥取决于液压支架顶梁与顶板(顶煤)结构耦合状态及其刚度特征，坚硬完整顶板(顶煤)条件更有利于充分发挥顶板(顶煤)约束反力对液压支架承载性能的提升作用。

关键词：特厚煤层坚硬煤层综放开采超大采高液压支架适应性

小煤柱工作面随采过程中相邻采空区遗煤自燃特性研究

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煤矿安全 2025年第2期56卷 102-108页

作者：孙珍平刘啸潘陶中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室煤矿灾害防控全国重点实验室中煤新集刘庄矿业有限公司

为了尽可能回收煤炭资源，小煤柱留设工作面逐渐增加，然而小煤柱留设会带来煤柱压酥和漏风的问题，从而可能对工作面的防灭火问题产生不利影响。以刘庄煤矿131103工作面为研究对象，针对随采过程中小煤柱对相邻131101工作面采空区的影... 详细信息

为了尽可能回收煤炭资源，小煤柱留设工作面逐渐增加，然而小煤柱留设会带来煤柱压酥和漏风的问题，从而可能对工作面的防灭火问题产生不利影响。以刘庄煤矿131103工作面为研究对象，针对随采过程中小煤柱对相邻131101工作面采空区的影响进行研究。通过小煤柱钻孔并联合闭墙观测孔监测相邻采空区的温度和气体体积分数，通过回风巷预留管道释放SF6示踪气体的方法，研究小煤柱工作面向相邻采空区的漏风特点。结果显示：小煤柱大范围压酥时间主要在顶板周期来压期间，漏风的重点区域为架后20 m以里范围；小煤柱漏风的超前影响范围在135 m左右，这部分煤体可通过提前安装温度传感器或者气体监测的方式有效预防煤炭自燃。

关键词：煤自燃小煤柱 SF6示踪气体漏风规律漏风区域

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联络巷防水密闭墙稳定性评价与位置优化研究

工程科学与技术 2025年第1期57卷 264-273页

作者：杜明泽孔繁龙费宇煤炭科学技术研究院有限公司北京100013 煤矿灾害防控全国重点实验室北京100013 国电建投内蒙古能源有限公司察哈素煤矿内蒙古自治区鄂尔多斯017000 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083

联络巷防水密闭墙受两次采动的影响,其稳定性关系到相邻工作面的安全回采。针对联络巷防水密闭墙稳定性难以确定这一关键问题,以察哈素煤矿联络巷防水密闭墙为例,采用理论分析,计算分析了不受采动影响下防水密闭墙承受的最大安全水头高... 详细信息

联络巷防水密闭墙受两次采动的影响,其稳定性关系到相邻工作面的安全回采。针对联络巷防水密闭墙稳定性难以确定这一关键问题,以察哈素煤矿联络巷防水密闭墙为例,采用理论分析,计算分析了不受采动影响下防水密闭墙承受的最大安全水头高度,阐明了防水密闭墙与煤岩柱易失稳的结构弱面;采用数值模拟,分析了一次、两次采动和不同水头高度(6.0、9.0、12.0和15.0 m)下防水密闭墙的受力状态、位移情况以及接触面滑移状态。基于结构弱面分析,采用自主研发的井下采空区防水密闭墙应力、位移监测系统,对密闭墙测点进行了合理布设和监测,最终确定了采动和水压作用下防水密闭墙的最大安全水头高度。在此基础上,对3–1工作面开采侧向支承压力分布规律进行了实测,并对防水密闭墙的位置进行了优化。结果表明:不考虑采动影响,防水密闭墙的最大安全水头高度为12.4 m,防水密闭墙体顶底角以及与煤柱相嵌的接触面为结构弱面,易发生破坏;采动对防水密闭墙有一定的损伤,水压作用加剧了密闭墙与煤柱接触面间的滑移;采动和水压作用下防水密闭墙所能承受的最大水头高度为9.0 m,警戒水位线的水头高度为7.2 m;工作面侧向压力峰值区约在10.5~12.5 m处,建议防水密闭墙布置在距离采空区侧大于15.0~20.0 m,以避开支承压力峰值。研究结果可为类似矿井防水密闭墙的稳定性评估与位置优化提供理论基础与应用参考。

关键词：矿井水害联络巷防水密闭墙抗水压能力侧向支承压力位置优化

随钻钻进参数优化下煤体原位应力响应特征解析

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煤田地质与勘探 2025年

作者：张琨王珂任建喜冯上鑫常鹏博赵玉桃苗彦平胡俭西安科技大学建筑与土木工程学院陕西陕煤铜川矿业有限公司下石节煤矿陕煤集团神木红柳林矿业有限公司陕煤集团神木张家峁矿业有限公司

【背景】井下煤体应力空间分布状况是影响矿井安全生产和采掘工艺优化的重要因素之一，实现煤体应力定量且超前的原位预测，对于精准调控井下应力场、划分冲击危险区域意义重大。【方法】利用自主研发的随钻监测系统，开展不同钻进工况... 详细信息

【背景】井下煤体应力空间分布状况是影响矿井安全生产和采掘工艺优化的重要因素之一，实现煤体应力定量且超前的原位预测，对于精准调控井下应力场、划分冲击危险区域意义重大。【方法】利用自主研发的随钻监测系统，开展不同钻进工况条件下的煤岩钻孔室内试验，探究不同应力条件下钻进工况对钻进参数（扭矩、钻进位移）的作用规律，进而提出基于钻进参数的煤体应力测定方法，并开展了井下原位工程应用实践。【结果和结论】结果表明：（1）在钻进过程中，随钻监测系统可在干扰钻进工艺下实时监测钻进参数。钻进过程中钻进速度与钻压呈负相关关系，与扭矩呈正相关关系。（2）构建的钻进指标与煤体应力大小的函数关系拟合效果良好，拟合度达R2=0.92。（3）井下原位工程验证发现，基于钻进参数煤体应力预测值和煤体应力实际值差异率小于10%，具有较好的一致性。该研究验证了基于钻进参数测定煤体应力的可靠性，也为实现煤体应力原位数字钻探技术提供了科学参考。

关键词：随钻测试钻进参数煤体原位应力响应特征

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基于线结构光的矿用输送带纵向撕裂检测技术

矿业安全与环保 2025年第01期 180-186页

作者：游磊向兆军孙柳军煤矿灾害防控全国重点实验室中煤科工集团重庆研究院有限公司

针对传统的输送带纵向撕裂检测系统存在光照抗干扰能力差、运算效率低及泛化能力弱的问题，研究了一种基于线结构光的纵向撕裂检测技术。以线结构光作为图像采集系统，应用Topk完成图像预处理，减少数据冗余和内存使用量；对YOLOv5网络... 详细信息

针对传统的输送带纵向撕裂检测系统存在光照抗干扰能力差、运算效率低及泛化能力弱的问题，研究了一种基于线结构光的纵向撕裂检测技术。以线结构光作为图像采集系统，应用Topk完成图像预处理，减少数据冗余和内存使用量；对YOLOv5网络的基础算子进行降维，减少模型参数量和浮点运算量；将该检测技术移植到嵌入式设备中，研制了速度快、精确度高的矿用本安型纵向撕裂检测系统。实验结果表明：降维YOLOv5的运算量和参数量均低于传统方法，在输入特征图分辨率为640 px×2 592 px时，F1score为0.951 1,优于其他方法；仿真实验中检测的精确度P为95.14%,召回率R为92.63%;工业试验中成功检测出输送带的纵向撕裂。

关键词：输送带纵向撕裂带式输送机目标检测计算机视觉降维线结构

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煤矿安全监控系统研究现状与展望

矿业安全与环保 2025年第01期 14-19+29页

作者：邓飞煤矿灾害防控全国重点实验室中煤科工集团重庆研究院有限公司

回顾了我国煤矿安全监控系统的发展历程，系统地阐述了现有安全监控系统感知、传输与应用软件相关关键技术的研究进展。针对煤矿安全生产新需求和技术发展趋势，提出了新一代云边端煤矿安全数智化监控系统架构，该架构明确了系统端侧应... 详细信息

回顾了我国煤矿安全监控系统的发展历程，系统地阐述了现有安全监控系统感知、传输与应用软件相关关键技术的研究进展。针对煤矿安全生产新需求和技术发展趋势，提出了新一代云边端煤矿安全数智化监控系统架构，该架构明确了系统端侧应具备多模精准感知，边缘侧实现区域风险就地判识与管控，云端负责全矿井智能监测预警。探讨了灾害数字孪生、面域化全息感知、全IP传感网构建、多模态学习、同步仿真、风险分析与处置等关键技术的发展方向，为煤矿安全智能化水平的提升提供了新思路。

关键词：煤矿安全监控系统全息感知数字孪生灾害模拟多模态学习隐患风险判识