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工矿自动化

工矿自动化

2025年10期

本刊1978年创刊，公开发行。现为中国科技论文统计源刊，全国中文核心期刊，中国煤炭学会煤矿自动化专业委员会会刊。是集中报道我国煤矿及工矿企业通信、生产过程自动化、安全监测监控、计算机应用等国内外新技术、新成果、新工艺、新动向的专业性技术期刊。

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科研成果 | 矿山人工智能大模型标准研究制定

科研成果 | 矿山人工智能大模型标准研究制定

摘要：目前，煤矿摄像仪平均数量达500多个，人工无法连续监视，大屏难以全面展示;事后查看视频，不能及时发现事故隐患，难以避免事故发生。因此，煤矿人工智能视频是“无视频不作业”的必然选择。普通人工智能模型存在泛化性差、异常事件难以识别等问题。人工智能大模型可解决该问题,应具有数据收集和索引、大模型预训练、大模型微调和部署、大模型迭代等功能，支持图像、视频、文本、音频等多模态数据。通用人工智能大模型通过大规模矿山行业数据训练，形成矿山人工智能大模型。矿山人工智能大模型具有功能强、泛化性好、通用性强、可靠性高等优点。矿山大模型应具有生成场景模型功能，支持用户使用少量标注数据，通过工作流自动生成场景模型，满足矿山生产、安全、地测、运销、选煤、经营和管理等应用需求。针对煤矿安全生产需求，提出了矿山人工智能大模型功能要求、接口要求、数据要求、软硬件平台要求和部署要求，以规范矿山人工智能大模型的规划设计、工程建设、运营管理和运行维护，促进人工智能在煤矿应用。
科研成果 | 基于多源时序数据的煤矿入井人员风险预警研究

科研成果 | 基于多源时序数据的煤矿入井人员风险预警研究

摘要：针对煤矿多变量时序数据非线性耦合强及空间异构性显著的问题，提出了一种融合多源时序数据的煤矿入井人员风险预警模型。采用基于同向双指针滑动窗口的多模态数据同步方法，结合卡尔曼滤波，引入延迟补偿机制提高插值精度，实现了不同采样频率信号的高精度时间对齐;构建十维特征向量，利用 SHAP方法进行全局重要性与局部重要性分析，剔除冗余特征，实现了高效降维，在保证预测性能的同时显著提升了模型决策的可解释性与鲁棒性；引入多头优化注意力机制(MOA)捕捉多源信号的非线性依赖与潜在耦合特征，构建MOA-Transformer模型,利用Transformer编码器结构进行特征工程等级预警分类，再通过MOA构建分类的特征表示。现场实测结果表明，该模型在准确率、精确率、召回率分数等指标上显著优于循环神经网络、卷积神经网络等模型,在少量异常事件的条件下亦具备较高检出率与低误报率，为煤矿入井人员风险识别与分级预警提供了可行的技术路径。
科研成果 | 双煤层重复采动下覆岩运移-裂隙演化的光频域反射响应机制研究

科研成果 | 双煤层重复采动下覆岩运移-裂隙演化的光频域反射响应机制研究

摘要：目前光频域反射(OFDR)技术在多煤层应力监测中取得一定进展，但针对双煤层重复采动场景，采用OFDR技术对覆岩裂隙动态演化的研究仍较少。以中煤新集能源股份有限公司新集一矿360608工作面为工程背景，通过布设水平与垂直光纤网络，结合OFDR技术，分析6-1煤层在8煤层已采与未采区域的覆岩变形光纤响应差异，揭示上煤层已采区域与未采区域对下煤层回采覆岩破坏特征的作用机理。研究结果表明： ① 上行8煤层回采完毕覆岩裂隙呈“不规则梯形”状态，切眼侧垮落角为 48^° ，终采线侧垮落角为 36^° ，裂隙发育高度为32.5cm 。 ②8 煤层未采区域，6-1煤层开采时覆岩呈典型“砌体梁”结构演化，裂隙发育高度为 53cm ，光纤应变变化平缓(峰值 ?55.5μg) 。 ③ 8煤层已采区域，重复采动导致覆岩结构弱化，裂隙发育高度增至 76.25cm （较未采区增加 23.25cm? ,光纤应变剧烈波动(峰值达 9987με) ，关键层破断诱发“阶梯式”裂隙贯通，煤壁侧裂隙发育高度及应变增幅均显著大于切眼侧。 ④ 现场监测8煤层未采状态裂隙发育高度约 53m ，与相似模拟结果一致。研究证实上煤层采空区通过应力转移与结构弱化，使下煤层裂隙发育高度提升 43.9% ，应变量级增大 3～5 倍，为多煤层安全开采及灾害防控提供理论依据。
科研成果 | 煤矿井下UWB定位数据跳变抑制研究

科研成果 | 煤矿井下UWB定位数据跳变抑制研究

摘要：精准位置服务是煤矿智能化的基础支撑，目前大部分煤矿安装使用了基于超宽带(UWB)的精准定位系统。井下UWB定位数据跳变是影响定位可靠性和准确性的主要因素，目前主要通过增加辅助测量手段、调整硬件或基于多次测量的连续性滤波数据抑制跳变，实际操作难度大、成本高，且当定位标签跨定位区域移动时无法判断数据跳变。以煤矿井下UWB定位系统中常用的基于飞行时间(TOF)的双边双向测距(DS-TWR)方法为研究对象，提出了TOF4-WR通信定位法，在3次往返测距(3-WR)协议基础上增加测距检验帧Check，解决了传统TOF3-WR方法中Response 通信过程因缺乏参照而无法判断是否受到干扰的问题。在此基础上提出了融合多重干扰校验机制的UWB信号跳变识别方法，在单次定位过程中识别跳变数据。针对连续干扰及定位目标运动状态剧烈变化的极端情况，引入连续多次定位结果的异常判断机制，进一步校验定位数据的可信性。针对识别出的跳变数据，采用卡尔曼滤波最优估计值代替，实现UWB定位数据跳变抑制。在金凤煤矿的现场测试结果表明,该方法能有效识别出煤矿井下UWB定位跳变信号，采用卡尔曼滤波最优估计值能够很好地跟踪实际定位轨迹，保证了定位数据的准确性和连续性。
科研成果 | 基于多阶段去噪与双分支时序网络的井下RSSI定位方法

科研成果 | 基于多阶段去噪与双分支时序网络的井下RSSI定位方法

摘要：井下接收信号强度指示(RSSI)信号在多径、遮挡与电磁干扰作用下呈尖峰突变、高频抖动与趋势漂移等非平稳特征，导致定位误差较大。现有定位方法缺乏对多源干扰的协同抑制，且对信号的特征提取不充分、多尺度特征融合不足。针对上述问题，提出了一种基于多阶段去噪与双分支时序网络的井下RSSI定位方法。多阶段去噪通过异常值剔除与插值修复、自适应卡尔曼滤波和小波域自适应门控分别抑制尖峰干扰、高频抖动与趋势漂移,输出更稳定且保留细节的RSSI序列;双分支时序网络引入一阶差分作为辅助扰动先验，采用趋势分支与扰动分支并行提取特征，通过通道注意力机制自适应加权融合特征，并结合双向长短时记忆网络(Bi-LSTM)捕捉前后文时序依赖，从而在复杂动态环境中保持轨迹的平滑性与连续性。测试结果表明：RSSI信号经过多阶段去噪后整体波形更稳定，且保留了局部动态特征而不出现过度平滑;双分支时序网络的准确率分数、精确率和召回率高且收敛快，在不同场景测试下的准确率和 F₁ 分数均超过 85% ，具有良好的泛化能力；在动态环境下的连续定位任务中，该方法平均定位误差仅为 0.12m 。
分析与研究 | 基于改进YOLOv11n模型的输送带异物检测方法

分析与研究 | 基于改进YOLOv11n模型的输送带异物检测方法

摘要：针对煤矿输送带异物尺寸差异大、背景复杂、小目标和细长目标检测效果不佳的问题，提出一种基于改进YOLOvlln模型的输送带异物检测方法。YOLOvlln模型核心改进包括3个方面：在颈部网络引入顺序化尺度交互融合(SSFF)模块，用顺序化的尺度交互增强不同尺度信息的有效捕获与融合;构建并行化的C3K2PPA模块,引入空间维度的并行补丁感知注意力(PPA)模块，以突出关键区域表征，提升召回率;在同尺度横向融合处设计带向对比融合(BACF)模块，结合带向先验、高通边缘指示，用逐像素门控替代简单拼接,可在不增加通道数的前提下抑制沿带向的周期性背景噪声并强化跨分支差异，从而提升模型在复杂工况下的判别能力与鲁棒性。实验结果表明：改进YOLOv1ln模型的精确率与召回率分别达0.914与0.892,mAP@0.5与 mAP@0.5:0.95 分别为 93.1% 62.2% ,较YOLOvlln有显著提升，在准确性和鲁棒性方面优于YOLOv5s,YOLOv8n,YOLOv10n等主流轻量模型；模型推理速度达96帧/s，实时性较高，能高效执行煤矿输送带异物检测任务；热力图分析表明，改进YOLOvlln模型有效增强了目标区域聚焦能力，减少了冗余框，提高了小目标检测精度。
分析与研究 | 基于改进YOLOv11n的轻量化刮板链条检测算法

分析与研究 | 基于改进YOLOv11n的轻量化刮板链条检测算法

摘要：针对现有基于深度学习的刮板输送机刮板链条检测方法在煤矿井下低照度条件下存在检测精度低、模型过于复杂、部署与维护难度高等问题，提出一种基于改进YOLOvlIn的轻量化链条检测算法—YOLO-Chain。首先，构建图像边缘信息增强模块对YOLOvlln的C3k2模块进行优化，有效提取链条图像中的边缘特征。然后，采用加权双向特征金字塔网络(BiFPN)替换YOLOvlln的颈部网络，从而有效减少模型的参数量，降低模型复杂度。最后，引入轻量化检测头，捕捉井下复杂场景中链条尺度变化的细微特征，进一步减少冗余参数和模型复杂度，提高轻量化模型检测性能，为后续链条的故障检测提供支持。在山西某煤矿单一场景刮板链条图像数据集上的实验结果表明，相较于原始YOLOvlln模型，YOLO-Chain在 mAP@0.5:0.95 指标上提高了 3.7% 参数量和运算量分别降低了 35% 和 10% ，模型大小减少了 31% 。与目前主流的YOLO系列,SSD,FasterRCNN,RT-DETR-R18等模型相比，YOLO-Chain在多项指标上均具优势。在来源于多家煤矿、具备低照度、烟雾干扰、粉尘遮蔽及部分遮挡等复杂工况下的多场景链条图像数据集上的实验结果表明，YOLO-Chain的 F₁ 和分别较YOLOv1ln模型提高了 0.2% 和 0.5% ，且运算速度提高8帧/s，表现出良好的通用性和泛化能力。
分析与研究 | 基于MPC-FAPID的复杂工业场景轮式巡检机器人轨迹跟踪控制

分析与研究 | 基于MPC-FAPID的复杂工业场景轮式巡检机器人轨迹跟踪控制

摘要：目前针对巡检机器人轨迹跟踪控制的研究主要存在以下问题： ① 在应对非对称负载扰动时，双电动机同步控制精度不足。 ② 单一控制结构难以兼顾预测优化与动态抗扰能力。 ③ 在复杂多变路况(道路坡度、路面状态发生较大变化等)下，控制算法的自适应性与鲁棒性仍有待提升。针对上述问题，提出了一种基于模型预测控制（MPC)与模糊自适应PID(FAPID)算法（即MPC-FAPID)的分层双闭环轨迹跟踪控制方法。基于四轮差速巡检机器人运动学模型，在控制量及控制增量中加入相应的约束，完成了基于MPC的轨迹跟踪控制器设计。针对四轮差速巡检机器人轮速易受干扰导致控制不协调的问题，通过引入FAPID算法，减少四轮差速巡检机器人运动过程中的电动机转速误差，仿真结果表明：FAPID算法能有效降低同步偏差，其精度及鲁棒性均优于PID控制与鲸鱼PID控制算法。针对单层控制结构难以兼顾预测能力和抗干扰性的问题，设计了基于MPC-FAPID的分层双闭环控制器：主环MPC实现轨迹跟踪误差补偿和多约束处理，从环FAPID抑制负载扰动影响。仿真结果表明：在直行上缓坡仿真工况下，MPC-FAPID的调整时间为 0.87s ，相比MPC-PID,MPC-鲸鱼PID，能更迅速地调整机器人位姿靠近原始轨迹;在连续转弯仿真工况下,相较于MPC-PID与MPC-鲸鱼PID,MPC-FAPID能更好地捕捉原始轨迹的变化趋势，横向、纵向与航向角的最大误差分别为 -0.051m,0.000 47m,0.040 8rad 1。实机试验结果表明：相比MPC-PID,MPC-FAPID在多目标点轨迹跟踪实机试验中横向最大误差降低了 88.24% ，纵向最大误差降低了 87.76% 。
分析与研究 | 综采工作面整体三维空间直线度评估研究

分析与研究 | 综采工作面整体三维空间直线度评估研究

摘要：现有综采工作面直线度评估方法采用平面直线度，通过液压支架或刮板输送机单一装备信息描述直线度，且未考虑外部因素和装备间的相对关系，无法准确、全面反映实际工况下综采工作面的直线度情况。针对上述问题,提出了一种综采工作面整体三维空间直线度评估方法。在三维空间条件下，基于三级坐标体系，利用刮板输送机、液压支架群自身轨迹与自身直线度基线的偏差程度评估单一综采装备直线度，在此基础上，融合煤层曲面与装备偏差、浮动连接机构推进误差，完成对综采工作面整体三维空间直线度的评估。该方法采用三维空间直线度，相较二维平面直线度可减小误差，有效消除平面投影导致的形态失真效应；采用整体装备直线度，可以有效解决单一装备直线度无法全面表达综采工作面整体情况的问题;考虑煤层装备耦合关系、刮板输送机窜动量，可使直线度求解与评估更接近实际工况，显著提高直线度求解与评估的精度。实验结果表明，采用所提方法得到的直线度评估结果与标准差方法较为接近，验证了其准确性，此外，通过多方面偏差评估，可实时动态分析某时刻可能对直线度造成影响的因素所在并及时调整。
分析与研究 | 基于改进小波阈值的TDLAS系统一次谐波降噪算法研究

分析与研究 | 基于改进小波阈值的TDLAS系统一次谐波降噪算法研究

摘要：煤矿井下环境复杂，光源波动、噪声及环境干扰等因素均会对可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)系统造成影响，导致其一次谐波光谱信号信噪比降低，严重制约气体检测的精度与稳定性。针对上述问题，提出一种基于改进小波阈值的TDLAS系统一次谐波降噪算法。首先，通过枚举算法确定最优小波基与分解层数，得到适配一次谐波光谱信号的最优参数。然后，构建连续可导的阈值函数，解决硬阈值突变与软阈值细节损失的问题。最后，结合一次谐波光谱信号的局部方差设计自适应阈值，使阈值随信号局部特征动态调整，实现噪声与有效信号的精准分离。仿真实验结果表明：与传统小波阈值算法相比,改进小波阈值降噪算法的信噪比提升19.03dB，均方误差降低 98.75% ，波形相似系数提升0.0833，降噪性能优于传统小波阈值算法。甲烷检测结果表明：降噪信号在频段上的噪声能量大幅度减少，有用信号集中于目标频段，说明改进小波阈值降噪算法能够有效抑制一次谐波信号噪声。
分析与研究 | 岩巷掘进工作面除尘系统联动风幕隔尘技术研究

分析与研究 | 岩巷掘进工作面除尘系统联动风幕隔尘技术研究

摘要：目前矿井掘进巷中常用的抽出式除尘系统运行时导致局部风量损失，风幕发生装置存在分风问题，影响掘进工作面风流供给。针对岩巷掘进工作面的粉尘治理与风流调控问题，研发了一种抽出式除尘系统联动风幕隔尘装置，可将除尘系统的净化风流直接形成阻尘风幕。在风幕隔尘装置风筒弯曲部位安装月牙形导流片，通过数值模拟验证了其可减小 17.11% 的流体速度损失，从而降低因除尘系统运行造成的局部风量损失。推导了抽出式除尘系统联动风幕隔尘装置的阻力计算公式，为除尘系统风机选型提供依据。建立巷道几何模型、流体运动数学模型与粉尘颗粒的离散相模型，对掘进巷中流体运动与粉尘运移规律进行数值模拟研究，结果表明：当风幕隔尘装置距掘进工作面 6m ，压抽比为1:1.1且风幕隔尘装置射流口形状为渐宽条缝时，经风幕隔尘后，粉尘浓度由 4×10^-5kg/m³ 降至 5×10^-6kg/m³ ，降尘率为 87.5% ，喷射风流均匀充足且不会相互干扰，将高浓度粉尘封锁在更小的空间内，防止高浓度粉尘扩散。
分析与研究 | 综掘工作面粉尘污染演化数值计算及综合除尘系统研究

分析与研究 | 综掘工作面粉尘污染演化数值计算及综合除尘系统研究

摘要：现有综掘工作面粉尘运移规律研究多针对简化工况或短距离巷道，对长距离、全尺寸、包含复杂设备的真实综掘工作面模拟研究不足，粉尘治理多侧重于单一除尘技术的优化，缺乏将源头抑尘与通风控尘技术深度结合的综合治理方案。针对上述问题，以公乌素煤矿某掘进工作面为研究背景，构建全尺寸、等比例几何模型，对煤矿井下综掘工作面的粉尘污染和扩散规律进行数值模拟；研发了由高效泡沫雾化抑尘装置和新型自分风附壁风筒组成的综合除尘系统，通过源头捕获与通风控尘的协同作用提升除尘效果。数值模拟分析结果表明：粉尘的分布与风流的运移方向有关，由于大量风流经过产尘区，使得含尘风流流向掘进机区域，导致掘进机附近聚集着高浓度粉尘，随着时间的增加，高浓度粉尘几乎弥散到整个工作面，巷道末端的平均粉尘浓度为 105.9mg/m³ ；在呼吸带处，巷道两侧行人道区域形成了高浓度粉尘区，使井下作业人员的呼吸环境受到严重污染。现场应用结果表明，综合除尘系统的总粉尘和呼吸性粉尘除尘率分别为 86.6%～89.7% 和 86.6%～88.3% ，大幅降低了巷道掘进现场粉尘浓度，改善了长距离综掘工作面的作业环境。
分析与研究 | 不同爆炸条件下瓦斯-煤尘爆炸冲击波传播规律研究

分析与研究 | 不同爆炸条件下瓦斯-煤尘爆炸冲击波传播规律研究

摘要：针对当前瓦斯-煤尘爆炸冲击波传播规律的实验与数值模拟研究多局限于实验室小尺寸管道或局部巷道的问题，采用分段接力模拟法，将瓦斯-煤尘爆炸冲击波传播的模拟过程分为2个区段，即瓦斯-煤尘爆炸区段和冲击波传播区段，并按照矿井实际巷道尺寸建立几何模型，利用Fluent软件模拟不同爆炸条件下瓦斯-煤尘爆炸冲击波传播规律。研究结果表明： ① 爆炸当量对爆炸冲击波超压变化曲线有一定影响，对超压峰值影响较大，冲击波超压峰值随爆炸当量增大而显著提高;在爆炸区段超压峰值因能量累积效应先升后降，在冲击波传播区段超压峰值呈幂函数形式衰减，且爆炸当量越大，超压衰减越快。 ② 不同爆炸地点发生瓦斯-煤尘爆炸，冲击波传播路线长度、巷道尺寸及巷道连接形式对超压变化曲线影响不显著，超压变化曲线沿传播路径呈“多峰振荡 $$ 单峰 $$ 多峰振荡”的动态演化特征，但对超压峰值衰减具有重要作用，冲击波传播路线越长、分支巷道越多，超压衰减越显著，表明分支巷道具有良好的泄压效果。 ③ 不同爆炸地点、爆炸当量条件下冲击波超压沿程衰减规律基本一致，超压衰减速度随冲击波传播距离增大逐渐减小;爆炸当量越大，初始超压越高，压力梯度增大导致超压衰减更快;分支结构可显著促进超压衰减，冲击波经过第1个开口分支的超压衰减幅度最大，后续分支的超压衰减幅度依次递减。
分析与研究 | 基于电-振信号联合的电动机故障诊断研究

分析与研究 | 基于电-振信号联合的电动机故障诊断研究

摘要：针对煤矿井下电动机复杂工况下单一信号(电流、振动)故障诊断精度有限、多故障并存导致识别困难的问题,基于机电耦合特性及多传感器信息互补性，提出基于电-振信号联合的电动机故障诊断方法。分别对电动机电流信号和振动信号在时域、频域和时频域内捕获故障信息，在通道维度上融合生成包含多域信息的特征彩色图像，丰富故障表征信息。构建了一种嵌入改进卷积块注意力模块(ICBAM)的双通道残差网络(DCResNet)模型ICBAM-DCResNet,通过多层残差块和ICBAM的注意力机制，挖掘图像样本的深层特征，最后进行融合并实现分类，实现电-振信号联合的故障诊断。对比实验结果表明，多域融合相比单一分析域诊断精度更高，ICBAM-DCResNet模型比深度残差网络(ResNet)模型性能更好，对信号样本的特征提取能力更强。在公开数据集上的实验结果表明，基于电-振信号联合的电动机故障诊断方法的准确率达 99.8% ，对转子故障和轴承故障均能取得不错的识别效果，泛化性较好。
分析与研究 | 矿用高压电缆局部放电信号去噪方法

分析与研究 | 矿用高压电缆局部放电信号去噪方法

摘要：目前矿用高压电缆局部放电(PD)信号易埋没在噪声中难以提取，在PD降噪中使用变分模态分解(VMD)是一种有效手段，但VMD算法的分解层数K和惩罚因子α难以确定。针对该问题，提出基于自适应螺旋飞行麻雀搜索算法（ASFSSA)-VMD-KSVD的矿用高压电缆局部放电信号去噪方法。采用ASFSSA优化VMD，利用混沌映射策略使种群分布更加均匀,避免陷入局部最优解;通过VMD获得一系列本征模态函数(IMF),再用复合多尺度模糊散布熵(CMFDE)来筛选IMF分量的性质，将IMF分量分为信号主导分量和噪声主导分量；对筛选后的噪声主导分量构建KSVD字典学习的训练样本，通过稀疏编码和字典更新进一步抑制噪声;对处理后的系数进行重构并将信号块叠加即可得到去噪后的信号。采用信噪比(SNR）均方根误差(RMSE）归一化互相关系数(NCC)来评估去噪效果，实验结果表明：在不同SNR条件下，采用ASFSSA算法去噪后的SNR远大于灰狼优化(GWO)算法和改进鲸鱼优化算法(IWOA),在噪声抑制方面有明显优势；采用ASFSSA算法去噪后的RMSE远小于GWO算法和IWOA,去噪时的真实值与预测值差别最小;采用ASFSSA算法去噪后的NCC十分接近1，在波形相似度上表现良好。
分析与研究 | 深部多层坚硬顶板动-静载耦合致灾机制与监测

分析与研究 | 深部多层坚硬顶板动-静载耦合致灾机制与监测

摘要：因地质赋存、采掘布局等存在差异，冲击地压机制需要结合矿井和工作面的具体条件进行针对性研究。以河南大有能源股份有限公司耿村煤矿12240工作面为研究对象，从微震能量事件、工作面前方动静载能量叠加致灾和坚硬顶板应力在线监测的角度确定了上覆坚硬顶板对工作面冲击地压的影响。通过微震能量事件分布特征确定了坚硬顶板失稳活动的时空规律;建立了充分采动条件下工作面超前支承压力力学模型,提出了基于能量叠加原理的动静载耦合分析方法，计算了上覆各坚硬岩层破断传递至工作面的能量叠加;建立了坚硬岩层活动在线监测方案，通过锚索监测数据，定量揭示了工作面开采过程中煤岩体应力动态演化规律。研究结果表明：低位坚硬岩层、中位坚硬岩层1和中位坚硬岩层2协同破断传递至工作面的叠加能量达 1.22×10⁴J ，显著超过耿村煤矿冲击地压临界能量；锚索监测数据显示，测点在距开切眼 132～143m 区间出现显著应力增幅异常，该异常区与微震能量事件时空演化具有高度相关性，确定为冲击地压产生的主要诱因;基于锚索应力动态响应特征，将工作面推进过程中前方煤岩体活动特征划分为缓慢影响阶段、显著影响阶段和影响急速下降阶段3个典型阶段。
分析与研究 | 支护应力对巷道围岩临界应力影响的数值模拟研究

分析与研究 | 支护应力对巷道围岩临界应力影响的数值模拟研究

摘要：冲击地压扰动响应失稳理论推导了冲击地压发生的理论公式和失稳判据，但针对巷道围岩临界应力的解析解未考虑非均一岩层等复杂地质结构及多变的载荷条件等因素。针对该问题，将冲击地压扰动响应失稳理论与岩层运动并行计算系统 StrataKing-3D相结合，从简化的均质模型和工程实际模型（以龙家堡煤矿某巷道为例)2个方面，研究了巷道支护应力对临界应力的影响，并通过计算工程实际模型中巷道的安全系数，评估了巷道围岩安全性。研究结果表明：对于均质模型，巷道围岩临界应力的数值计算值较理论计算值大，与全国20个冲击地压矿井的调研数据定性相符；对于工程实际模型，当支护应力为 0.4MPa 时，巷道围岩临界应力的数值计算值为 35.61MPa ，与现行煤层临界应力( 基本一致，验证了理论与数值计算相结合方法的准确性，而当支护应力提升至 0.8MPa 时，临界应力达到 44.69MPa ，安全系数为1.05，判断巷道基本安全。研究结果为确定巷道支护应力提供了新的方法。
分析与研究 | 厚煤层沿空掘巷下小煤柱宽度及切顶卸压控制研究

分析与研究 | 厚煤层沿空掘巷下小煤柱宽度及切顶卸压控制研究

摘要：厚煤层深部开采条件下沿空掘巷留设小煤柱是解决宽煤柱护巷资源损失率高问题的有效途径，然而，由于煤柱尺寸减小导致的高应力集中和采动扰动仍不可忽视，需综合考虑煤柱强度特性、承载阶段变化及切顶卸压对塑性区演化的影响，以确定合理的小煤柱宽度。以某煤矿工作面沿空掘巷留设小煤柱为工程背景，基于考虑煤体残余强度的理想弹塑性本构模型计算煤柱内部塑性区宽度，对不同宽度煤柱下切顶卸压前后煤柱塑性区的变化规律进行了分析，结果表明：工作面回采阶段小煤柱的塑性区扩展程度最显著；塑性区宽度随着煤柱宽度的增大呈先增大后降低的变化趋势；切顶卸压可显著降低煤柱塑性区宽度，相较未切顶卸压时降幅最大可达43.2% ；切顶卸压条件下 5m 宽小煤柱在工作面回采后内部塑性区仅占 46.7% ，仍有超过一半的弹性区用于承载，由此可确定小煤柱的合理宽度为 5m 。在此基础上，开展了切顶卸压条件下 5m 宽小煤柱护巷数值模拟，结果表明：与未切顶时相比，切顶卸压后煤柱内部垂直应力峰值降幅超过 36% ，顶底板最大变形量分别降低了 8.4% 和9.8% ，煤柱帮与实体煤帮最大变形量分别降低了 48.8% 与 46.7% 。工业性试验结果表明：切顶卸压下留设 5m 宽小煤柱的巷道顶底板与两帮移近量较未切顶时降幅分别超过 52% 和 63% ，能够确保工作面的安全、高效回采。
分析与研究 | 柔模墙沿空留巷及爆破防治巷道底鼓研究

分析与研究 | 柔模墙沿空留巷及爆破防治巷道底鼓研究

摘要：小煤柱巷道底鼓破坏涉及多学科交叉、影响因素多且耦合，当前对其破坏机理的认识尚不够全面深入，现有研究在解释复杂地质条件与开采工艺下的底鼓现象时存在一定局限性。针对上述问题，综合运用理论分析和数值模拟，研究小煤柱巷道底鼓破坏机理：巷道实际承受的应力超过底板岩层极限强度，致使底板发生剪切与拉伸断裂;受上覆工作面侧向基本顶破断结构水平推力及煤柱变形影响，底板承受复杂应力，煤柱底部两侧与底板接触层面出现较大剪切应力，同时加上岩层软弱，协同促进了底鼓。基于底鼓破坏机理，针对性提出了“柔模墙沿空留巷 .+ 爆破卸压 .+; 起底 + 底角锚索 + 铺设混凝土固化”技术：柔模墙沿空留巷分担小煤柱承受的上覆岩层载荷，同时使原本集中在巷道底板的应力向柔模墙及周围岩体转移;在底角爆破卸压可分散应力，缓解集中应力程度；起底可清除巷道底部杂石，恢复巷道断面，为支护提供空间;底角锚索深入稳定岩层,抵抗底鼓;铺设混凝土固化形成承载层，提高底板抗剪强度和抗压强度。现场应用结果表明，应用该技术后现场底鼓量下降了 92.04% ，且柔模墙表面几乎无变形。
分析与研究 | 基于组合赋权的煤矿采空区岩体完整性模糊综合评价

分析与研究 | 基于组合赋权的煤矿采空区岩体完整性模糊综合评价

摘要：目前针对煤矿采空区岩体完整性评价研究主要依赖岩体质量指标(RQD)作为核心参数，缺乏将裂隙发育程度、空间分布特征及RQD等参数融合的多维度评价体系。仅依靠RQD评估岩体质量不能全面表征裂隙的空间分布特征，导致评价结果的可靠性和普适性存在局限。针对该问题,提出了一种基于组合赋权的岩体完整性模糊综合评价方法。该方法通过改进的YOLOv8网络模型从孔内电视图像中提取出裂隙密度、裂隙总长度、裂隙最大宽度、裂隙率及RQD等5项关键参数，构建了岩体多维度评价指标体系；利用层次分析法（AHP)与熵权法(EWM)分别确定主客观权重，通过组合赋权实现权重的合理分配;建立各指标对应于裂隙发育等级的隶属度函数，运用模糊矩阵运算实现岩体完整性的等级划分。以山东某煤矿采空区 349～350m 深度区间数据为例开展验证分析，结果表明：基于组合赋权的岩体完整性模糊综合评价方法在 96.3% 的钻孔深度区间内与专家判定结果一致，优于AHP方法( 94.9% 和EWM方法（ 94.4% )的评价效果，有效提升了岩体完整性评价的准确性与可靠性。

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