特约专栏

• 矿井瓦斯超限事故的多维度分析与防控策略

  袁亮;张庆华;徐腾飞;王麒翔;聂百胜;张俊文;李建功;李志恒;

  通过统计分析2023—2024年我国煤矿发生的瓦斯超限事故，从矿井类型、事故发生地区、发生月份、企业类型、事故诱因等多个维度分析事故发生规律。结果表明：突出矿井、高瓦斯矿井发生瓦斯超限事故比例最高，分别达到54%、28%;全国瓦斯超限事故发生起数排名前三的地区为西南地区、华北地区、西北地区，瓦斯灾害严重地区更易发生瓦斯超限事故；3—5月、8—12月是瓦斯超限事故的高发期，这主要受煤炭企业生产组织影响；非国有企业发生瓦斯超限事故占比达67.90%;采掘管理不善是瓦斯超限事故发生的主要诱因，温差影响下矿井“呼吸”现象是导致西北地区矿井发生瓦斯超限的原因之一。为减少矿井瓦斯超限事故发生，必须提高重视程度，从技术和管理两方面清除危险源，采用“风险超前研判与分级管控—大区域超前瓦斯治理—通风抽采系统稳定运行—高可靠性监控系统”和气压波动监测的精准防控策略，保障矿井安全高效生产。

  2026年01期 v.53;No.285 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 1027K]
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• 矿山钻孔应急救援生命信息探测技术研究进展及展望

  文虎;燕星宇;张铎;刘茂霞;郑学召;焦成成;徐彭;

  针对矿井灾变导致井下受困人员位置不明、精准定位难的问题，综述了生命探测技术在矿井救援中的应用进展，重点探讨质子转移反应质谱(PTR-MS)的发展方向，为灾害受困人员的精准搜救提供新方案。基于各种生命探测技术不同的工作原理，对比分析电子鼻、质谱-色谱(GC-MS)、选择离子流管质谱(SIFT-MS)等技术的优缺点，发现PTR-MS具备实时监测、灵敏度高及可辨别化合物等优势，适用于矿井灾变环境中人体特征VOCs的痕量检测。提出矿井钻孔救援的PTR-MS探测技术：研究灾变环境本底气体特征，建立受困人员特征气体指标体系；利用地面定向钻孔，引入预浓缩吸附采样系统，提高VOCs痕量气体富集比；探究灾区受限空间气体扩散规律，构建气体浓度梯度，提出溯源方法。PTR-MS生命信息探测技术可实现受困人员的精准定位，创新搜救思路，重构“精准感知—快速决策—高效处置”的矿井钻孔救援技术装备体系。

  2026年01期 v.53;No.285 9-22页 [查看摘要][在线阅读][下载 1763K]
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青年编委专栏

• 酸化砂岩三轴压缩变形局部化时空演化规律研究

  彭守建;罗利威;许江;陈奕安;李艾峰;

  为探究酸化作用后砂岩破坏过程中的变形局部化时空演化规律，利用可视化三轴压缩伺服控制试验系统，开展了酸性化学腐蚀后砂岩的三轴压缩试验，基于三维数字图像相关技术，对砂岩变形局部化时空演化特征进行研究。试验结果表明：在三轴压缩荷载作用下，砂岩变形局部化具有渐进性，应变值处于前5%的应变点逐步集中于试件宏观破裂面；在相同围压下，砂岩表面宏观断裂出现的变形局部化带宽度随着浸泡时间的延长呈现先增大后减小的趋势；基于三维数字图像相关技术可获取砂岩在三维空间中的表面变形数据点，通过分析砂岩受载过程中前5%较大应变点的时空演化特征，发现变形局部化带与试件轴向的夹角整体上随着浸泡时间的延长而减小，且随着浸泡时间延长，破裂面呈现由曲面向平面转化的趋势。

  2026年01期 v.53;No.285 23-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 1802K]
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• 基于渗透系数动态演变的断层导水演化规律研究

  孙文斌;刘倩慧;王晓;李林;陈其勇;杨辉;

  为探究采动过程中围岩渗透系数演变及断层导水演化规律，采用理论分析手段，基于莫尔-库仑准则和最大拉伸准则进行推导，获得应力、水压影响下的渗透系数突变数学模型，将其引入FLAC~(3D)数值模拟软件，建立了渗透系数动态演化的FLAC~(3D)渗透性突变表征模型；采用数值模拟模型方法，以山东某矿区为工程背景，对底板断层活化及最终形成突水的过程进行模拟，分析了采动过程中断层渗透系数阶段演化及承压水导升规律。结果表明：承压水导升相较于断层活化存在显著滞后效应，采动停止后，水力劈裂作用仍持续；断层初始渗透性越好，水体导升势能损耗越小，承压水导升速度越快；承压水导升速度与煤层埋深及断层初始渗透系数呈正相关关系，埋深越浅，渗透系数变化越小，导升速度越慢。研究成果可为存在断层活化及底板滞后突水事故风险的工作面水害防治提供参考。

  2026年01期 v.53;No.285 31-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 1849K]
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• 煤层钻孔脉动空气爆冲致裂煤体数值模拟研究

  杨涛;李雨龙;胡嘉英;谢紫琦;张书超;陈学习;王辰;

  针对深部煤层低渗难抽的问题，提出一种脉动空气爆冲高效增透技术，可以显著提升煤层渗透率及瓦斯抽采效率。主要阐述了高压脉动空气爆冲卸压机理，利用LS-DYNA软件，在不同强度煤体、埋深、起爆压力、脉动次数等条件下进行数值模拟，并分析高压脉动空气爆冲致裂效果。结果表明：通过对RHT模型中p-a状态方程、RHT本构方程的参数进行理论研究与计算，得出RHT模型参数，使得RHT损伤本构模型能更好反映煤的动力变形与破坏过程。对于脉动空气爆冲致裂，通过控制单一变量，得出有效致裂范围整体上与煤体强度呈负相关关系，对中硬煤体的致裂效果最佳，其有效致裂范围为2.52 m;有效致裂范围与煤体埋深呈负相关关系，其在埋深为300 m时对硬煤体的有效致裂范围为0.47 m;有效致裂范围与煤体起爆压力呈正相关关系，其在起爆压力为100 MPa时对硬煤体的有效致裂范围为2.83 m;有效致裂范围与煤体脉动次数呈正相关关系，其在脉动3次时对硬煤体的有效致裂范围为2.72 m。建立各因素对影响有效致裂范围的回归模型，进一步分析了不同因素对有效致裂范围影响的相关性。

  2026年01期 v.53;No.285 40-50页 [查看摘要][在线阅读][下载 1786K]
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• 煤矿智能化掘进工作面全断面快速成巷方法及系统实践研究

  张科学;魏子钦;李小磊;马述起;王晓玲;李鑫磊;侯典臣;闫星辰;郇恒恒;朱俊傲;杨海江;吴永伟;李举然;尹宇航;李中旭;吕鑫淼;李成章;李艺萌;周龙;崔乐;冯瑞垚;柴宝春;刘嘉慧;

  针对煤矿智能化掘进工作面中存在的全断面成巷掘进速度缓慢、一次成巷准备较为困难、全断面掘进智能化水平较低等问题，提出了煤矿智能化掘进工作面全断面快速成巷方法，因地制宜地对截割轨迹进行优化调整，减少掘进机磨损及掘进工作面顶板两端资源的浪费；开发了煤矿智能化掘进工作面全断面快速成巷系统，根据掘进机信息采集装置得到的数据，自动调整截割速度并选择对应的截割模式，通过预先设定好的优化掘进方案及惯性导航进行自主截割，同时也可以进行远程干预。该方法及系统在赵固二矿14010工作面开展应用，经历学习探索、初步应用及正式应用3个阶段，实现了智能化掘进机的记忆截割、单轨吊六臂锚杆钻车的自主锚护，以及煤巷快速修复装备的智能控制，工作面每天掘进进度增加2 m,单班劳动人员减少8人，真正意义上实现了智能化掘进工作面的减人提效。研究成果可为煤矿智能化掘进工作面全断面快速成巷提供技术支持与理论依据。

  2026年01期 v.53;No.285 51-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 2091K]
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• 碎煤瓦斯初期解吸规律与解吸瓦斯膨胀能模型

  曹偈;

  探究碎煤瓦斯初期快速解吸规律，是准确评估煤与瓦斯突出过程中瓦斯膨胀能释放量的关键前提。基于碎煤颗粒群分形粒度分布规律，构建了瓦斯解吸等效粒径计算模型，通过煤样冲击破碎实验与碎煤瓦斯解吸实验，分析了煤体坚固性系数与等效粒径的关系，探讨了等效粒径对瓦斯解吸量的影响，建立了碎煤初期解吸瓦斯膨胀能模型。结果表明：瓦斯解吸等效粒径随着煤体坚固性系数的增大先增大，当达到约0.5后逐渐趋于稳定；不同时间段内瓦斯累计解吸量与等效粒径呈幂函数递减关系，拟合系数为0～1,随着时间延长逐渐趋近于0;对比多种形式的单孔扩散模型发现，幂函数形式的时变扩散模型拟合效果最优，且能够满足长时间的碎煤瓦斯解吸量的预测；瓦斯解吸等效粒径对煤与瓦斯突出解吸瓦斯膨胀能影响最为显著，瓦斯膨胀能随等效粒径的减小先缓慢增大，当等效粒径减小至0.5 mm后，瓦斯膨胀能显著增大。

  2026年01期 v.53;No.285 62-70页 [查看摘要][在线阅读][下载 2223K]
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• 可控电脉冲作用煤岩冲击损伤演化特征研究

  闫发志;曾韬;许江;杨永丹;彭守建;杨雪林;杨萌萌;高长炯;

  可控电脉冲技术能够有效改善煤岩孔裂隙结构，提高煤层透气性，在煤层增透领域具有较好的应用前景。采用自主研制的可控电脉冲致裂煤岩增透试验系统，开展电容分别为2、4、6、8μF条件下煤岩试样的冲击测试，研究煤岩体内冲击波传播规律及结构损伤特征，并利用扫描电镜和低温N_2(77 K)吸附法对煤样的微观结构进行测试分析。结果表明：可控电脉冲作用煤岩冲击压力持续了数微秒，且在煤岩试样相同位置产生的冲击波峰值压力随电容的增大而显著增大，峰值压力最大增加6.23倍；电容为2、4、6、8μF条件下可控电脉冲作用煤岩试样产生的裂纹密度分别为1.407 72、2.064 64、9.123 04、16.700 19 m~(-1),煤岩试样裂纹密度与电容之间呈指数函数关系；随着电容的增大，煤样中产生了大量的新生孔裂隙，煤样的总孔容和比表面积最大分别增加了2.3、3.6倍，孔隙分形特征明显，可控电脉冲击穿煤样后对其微观孔裂隙结构具有明显的改善作用，可为煤中瓦斯运移提供良好的通道。

  2026年01期 v.53;No.285 71-81页 [查看摘要][在线阅读][下载 2263K]
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安全科学

• 基于IPIO算法的瓦斯抽采管网调控方法研究

  周爱桃;陆涛;王东旭;张喜;安靖宇;范席辉;

  为解决当前煤矿瓦斯抽采工况不合理的问题，实现矿井瓦斯抽采管网负压智能调控，提出一种阀门开度优化负压调控新方法，以提升管网的瓦斯抽采能力。基于瓦斯抽采管网结构及气体流动特性，建立管网解算模型，结合优化算法优化阀门开度；同时改进鸽群优化算法，引入整体学习因子提升算法全局搜索能力；融合个体历史最优项并调整中心位置强化局部寻优。以安徽刘庄煤矿抽采西区为例，优化后所有气源端负压稳定在设定范围，管网入口漏风量减少2.323 kg/s,瓦斯质量浓度提高至原方案的1.63倍。通过模拟实验与现场实际相结合，为煤矿瓦斯管网高效抽采提供可行方案。

  2026年01期 v.53;No.285 82-90页 [查看摘要][在线阅读][下载 2150K]
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• 煤层瓦斯赋存不均衡特征及地质控制机理

  闫江伟;张嘉恒;李学臣;郭艳飞;时歌声;张乘语;

  受地质条件控制，煤层瓦斯赋存具有不均衡性。揭示其赋存规律及地质控制机理，是矿井实施“一矿一策、一面一策”瓦斯治理方案的重要依据。基于瓦斯地质理论和方法，利用实测的瓦斯含量和相关地质资料，对赵固二矿二_1煤层F_(17-1)和F_(18)断层夹持区域的瓦斯赋存规律及其地质控制机理进行了系统研究。结果表明：受上覆基岩厚度、埋深，以及断层、向斜等地质因素的影响，研究区二_1煤层瓦斯赋存呈现出明显的不均衡性，不同区域的控制因素存在显著差异。在埋深790 m以浅区域，薄基岩叠加F_(30)及其分支断层、FS_3等浅部断层，利于瓦斯逸散，是该区域瓦斯含量整体较低的主要原因；同时受埋深的影响，瓦斯含量随埋深的增加呈缓慢增大趋势；在埋深790 m以深区域，基岩厚度是控制瓦斯赋存整体分布的主控因素，基岩厚度随埋深增加先增大、再减小是导致煤层瓦斯含量随埋深增加先快速增大再降低的主要原因，F_(17-1)断层尖灭处和S_4向斜区是瓦斯含量受基岩厚度整体控制下的局部增高区；F_(18)断层瓦斯逸散作用及由F_(18)断层靠近F_(17-1)断层方向上基岩厚度逐渐增大是相同深度条件下，由F_(18)断层靠近F_(17-1)断层方向上煤层瓦斯含量逐渐增大的主要原因。

  2026年01期 v.53;No.285 91-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 2301K]
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• 真三轴采动应力作用下含瓦斯煤岩损伤演化及渗流特性研究

  张东明;刘辰曦;林云;

  为揭示采动应力作用下含瓦斯煤体渗透率演化规律，通过真三轴试验模拟了不同垂直与水平应力升降比(4.75∶1、3.50∶1、2.25∶1)加卸载路径下煤体变形及渗透特性。研究结果表明：水平主应力相对卸载速率减缓可增强煤岩承载能力并提升峰值应力，而较快的相对卸载速率会导致水平应变显著增大造成煤体破坏。渗透率演化呈现3个阶段：初始阶段垂直应力增大促使裂隙闭合，渗透率保持稳定或降低；裂隙扩展阶段伴随垂直应力趋近峰值，渗透率缓慢上升；裂隙贯通阶段因煤样破坏导致渗透率急剧升高，损伤含瓦斯煤体该现象尤为显著。基于气体压力与煤体应变耦合关系，构建了引入损伤因子D和修正因子C的渗透率预测模型，该模型计算结果与试验数据拟合度较高，有效表征了渗透率随应变及气体压力的动态响应机制。

  2026年01期 v.53;No.285 99-108页 [查看摘要][在线阅读][下载 2175K]
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• 基于AHP-RCA根源分析法的煤矿瓦斯爆炸事故风险评价研究

  张景钢;刘鹏飞;何鑫;孙静雯;

  为预防煤矿瓦斯爆炸事故的发生，需确定事故危险源，分析事故发生的根源，并对其致因加以控制。探究RCA(根源分析法)在煤矿瓦斯爆炸事故分析中的优势、实施过程，引入AHP-RCA分析法，并结合实际案例运用头脑风暴、鱼骨树等分析工具，分析煤矿瓦斯爆炸事故发生的规律和共性问题，排查事故成因；在此基础上运用AHP(层次分析法)构造煤矿瓦斯爆炸事故成因层次模型，通过构造判断矩阵对事故成因进行定量分析，确定各判断矩阵的特征向量与权重，得出造成瓦斯爆炸事故的主要成因。研究结果表明：AHP-RCA分析法突破了传统事故树分析的局限性，通过权重量化可实现致因要素的优先级排序，其中人为因素与管理因素为主要致灾因子，基于此对在岗人员的安全管理提出整改措施和建议，可更好地预防事故发生。

  2026年01期 v.53;No.285 109-115页 [查看摘要][在线阅读][下载 2006K]
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• 小煤柱及沿空留巷柔性有机-无机杂化喷涂堵漏材料研制

  黄学满;饶吉来;

  小煤柱及沿空留巷开采过程易产生裂隙造成采空区漏风，喷涂堵漏材料是巷道密封的关键，但是现有喷涂材料存在韧性差、易开裂等问题。为解决这一问题，研发了一种有机无机杂化的柔性喷涂堵漏材料。阐述了该柔性喷涂堵漏材料的制备原理及方法；进行了材料流动性、析水率、韧性测试，以及微观结构分析，确定了新材料的最佳配比；搭建了能够模拟矿山来压的堵漏风性能试验平台，在不同来压导致支撑墙体发生形变的条件下对柔性喷涂堵漏材料的巷道密封效果进行了验证。实验结果表明：无机水泥基材料经过有机杂化后降低了材料的析水率，增强了材料的流动性和韧性；当有机乳液添加量达到20%时，断裂伸长率增大至约8%,这主要归因于材料内部形成的三维互穿网状结构，从而显著提升了其韧性；新材料的最佳配方为水灰质量比为0.6∶1、水玻璃添加量为2%、聚乙烯醇添加量为3%、VAE乳液添加量为20%。与传统水泥基材料相比，柔性喷涂堵漏材料内部有机网状结构可以发生一定的形变，促使堵漏性能提升超30%,且受矿山来压影响较小，对小煤柱及沿空留巷等易受矿山来压影响而产生裂隙的漏风起到更好的堵漏作用，降低煤自燃的发生概率。

  2026年01期 v.53;No.285 116-123页 [查看摘要][在线阅读][下载 2219K]
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• 埋深对煤与瓦斯突出能量演化规律的影响研究

  顾海涛;张超林;王恩元;张宇昊;李忠辉;

  随着煤矿开采深度逐年增加，煤与瓦斯突出的危险性和危害程度愈加严重。为研究埋深增大条件下煤与瓦斯突出的能量演化规律，以平煤十二矿为工程背景，选取浅部(407 m)、中部(731 m)及深部(1 108 m)开采过程中发生的典型突出事故案例，通过构建突出能量计算模型，分析不同埋深条件下煤与瓦斯突出的能量演化与释放规律。研究结果表明：在煤与瓦斯突出过程中，煤岩体弹性能和瓦斯膨胀能均随着埋深的增加而增大，在同一埋深下瓦斯膨胀能高于煤岩体弹性能1～3个数量级，是突出的主要能量来源；突出能量主要用于突出煤体的破碎与运移，而随着埋深的增加，煤体破碎功和运移功分别呈对数增长与指数增长趋势；此外，通过引入有效解吸比，定量表征实际参与膨胀做功的瓦斯能占突出煤层中总瓦斯能的比例，发现有效解吸比随着埋深的增加呈线性增大趋势，表明埋深越大，有效瓦斯膨胀能占比越高，突出危险性越高。

  2026年01期 v.53;No.285 124-130页 [查看摘要][在线阅读][下载 2128K]
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采矿工程

• 浅埋多煤层开采过上覆煤柱强矿压致灾机理研究

  梁运培;李其罡;刘思辰;王冬冬;武兆鹏;

  随着陕北浅埋多煤层矿区开采深度不断增加，下部工作面回采过上覆煤柱时，易诱发强矿压动力灾害，严重威胁矿井安全生产。针对龙华煤矿302盘区工作面在出煤柱阶段发生的压架事故，以该盘区30208工作面为工程背景，综合采用理论分析与数值模拟的方法，研究了覆岩位移场、裂隙场、关键岩层应力演化规律及力链分布特征，明确了工作面过上覆煤柱覆岩运移特征，并在矿井现场实施了针对性的防治措施，通过矿压监测验证了防治成效。研究结果表明：上部关键层形成“三铰式”结构，上覆煤柱作为“转载体”向下传递应力。当工作面出上覆煤柱边缘时，上部关键层铰接结构失稳破坏，上覆垮落岩层回转下沉，导致煤柱内应力发生偏移，诱发下部关键层异常周期破断，二者释放的能量在短时间内汇集并迅速释放，最终导致强矿压灾害。

  2026年01期 v.53;No.285 131-140页 [查看摘要][在线阅读][下载 2930K]
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• 不同应力状态砂岩破裂机制对其应变能演化的影响规律

  邓博知;蒯振敏;聂百胜;莫连红;蒋长宝;彭守建;柳先锋;刘鹏;焦冰洋;

  深部岩石处于真三轴应力环境，岩石的应力状态主导其变形破坏特征。为研究砂岩在不同应力状态下的破坏形式和能量演化规律，开展了不同最小主应力下的砂岩加载试验，并监测其声发射信号，分析砂岩的应力—应变关系和能量演化规律，讨论砂岩破裂机制对应变能类型及其演化的影响规律。结果表明，随着最小主应力的增大，砂岩峰值强度和残余强度随之增大，破坏前总应变能、弹性能和耗散能也随之升高，其中耗散能的比例随之增大。通过计算并绘制声发射波形上升时间与振幅的比值(RA值)、声发射计数与持续时间的比值(AF值)之间的关系曲线，以及观察裂隙形态发现，在最小主应力较低时砂岩为拉—剪复合破坏，随着最小主应力的增大逐渐以剪切破坏为主。在砂岩开始加载至破坏全过程中，耗散能和塑性剪切应变能曲线呈正相关关系，破坏前随着最小主应力的增大，曲线由非线性向线性转化，意味着塑性剪应变能逐渐主导能量的耗散；破坏后曲线呈线性增长趋势，这可能是因为此时能量耗散都由宏观破坏面滑移摩擦所导致。研究成果揭示了深部动力灾害的能量演化机制，可为灾害预警及防控提供理论基础。

  2026年01期 v.53;No.285 141-150页 [查看摘要][在线阅读][下载 2537K]
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• 浸水条带煤柱蠕变损伤机理及加固措施研究

  王小兵;余洋;李学良;

  浸水条带煤柱在长期承载过程中受到采空区积水的水蚀软化作用，易发生不同程度的损伤与劣化，加剧煤柱的蠕变破坏。为深入研究浸水条带煤柱的长期稳定性问题，基于现有本构模型，采用OpenGeoSys软件对多因素影响下的浸水条带煤柱蠕变损伤过程进行模拟分析，剖析了浸水条带煤柱蠕变损伤机理，并针对性地提出了一种条带煤柱加固方法。研究结果表明：(1)条带煤柱长期处于应力集中状态，在水蚀软化作用下，煤柱塑性区宽度逐步变大，破坏程度不断加剧；(2)煤柱蠕变损伤呈现持续扩展特征，增大的倾角、采深、采厚、采宽，以及降低的蠕变强度，均会加剧应力集中或扩大应力集中范围，进而加快损伤扩展；(3)提出的混凝土注浆与长锚索协同加固技术能减缓或阻止煤柱蠕变损伤扩展，有效增强条带煤柱稳定性。

  2026年01期 v.53;No.285 151-159页 [查看摘要][在线阅读][下载 2663K]
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环境保护

• CO₂-水-岩相互作用下饱和煤矸石力学行为及微观结构演变研究

  丁洋;张一正;李树刚;林海飞;王梦迪;张艳;周煜尧;

  深部煤矿采空区CO_2地质封存是缓解温室气体排放的重要途径。围绕CO_2-水-岩相互作用下饱和破碎煤矸石的力学行为及微观结构演变开展系统研究。基于采空区CO_2封存模拟实验平台，对不同CO_2反应压力(0、2、4、6、8 MPa)下的饱和破碎煤矸石的颗粒破碎特性、压实特性进行系统研究，并通过X射线荧光光谱仪和扫描电子显微镜等测试手段，分析CO_2-水-岩相互作用后煤矸石的微观结构变化，探讨煤矸石颗粒的破碎微观机理。结果表明：随着CO_2反应压力的增大，破碎煤矸石的相对破碎率由36.07%增至45.49%,增幅为9.42%;分形维数由2.677 7增大至2.736 3,对比初始分形维数增幅为14.01%;在25 MPa应力下，试样的应变从0 MPa时的0.309增至8 MPa时的0.354,增幅为14.56%。X射线荧光分析显示，Ca元素含量由65.455%降低至15.531%,降低了76.27%,表明含Ca矿物在反应过程中发生了强烈的溶蚀作用。扫描电子显微镜结果显示，随着CO_2反应压力从0 MPa增大至8 MPa,煤矸石表面孔裂隙占比从1.446%增至2.641%,表面孔隙分形维数从0.993 2增至1.143 1。基于实验结果，提出了考虑CO_2反应压力的改进经验模型，该模型能够准确描述高CO_2压力下饱和破碎煤矸石的力学行为。研究成果为评估煤矿采空区CO_2封存的稳定性和安全性提供了理论依据。

  2026年01期 v.53;No.285 160-169页 [查看摘要][在线阅读][下载 2423K]
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• 应对气候变暖煤炭清洁高效利用技术路径

  张安明;刘雄;严一贲;窦一凡;侯志华;李晶;

  在全球气候变暖趋势持续与我国“碳达峰碳中和”战略全面实施的双重背景下，推动煤炭清洁高效利用已成为平衡能源安全与气候治理的关键环节。基于我国能源消费结构与碳排放特征，构建了以“源头预处理—过程高效转化—末端碳管控”为核心的煤炭清洁利用技术体系，对煤炭洗选、煤气化、现代煤化工(包括煤制油、气、烯烃等)、洁净煤发电(超(超)临界、循环流化床、整体煤气化联合循环及多联产),以及碳捕集、利用与封存(CCUS)等关键技术进行了系统性梳理，分析了各种技术的原理特征、发展现状、存在的问题及未来趋势。研究表明，我国在多种煤炭清洁利用技术上已达到或接近国际先进水平，具备工程示范与推广条件。通过对“洗选—气化—发电与化工—捕集”等全链条技术进行系统集成与协同优化，可显著提高煤炭利用效率，实现污染物与二氧化碳排放的有效控制。为实现碳中和目标，我国应在持续发展清洁能源的同时，将煤炭清洁高效利用作为重要的过渡支撑，通过技术迭代、政策配套与产业协同，逐步推动煤炭由传统燃料向低碳原料与零碳能源载体转型，从而为构建清洁低碳、安全高效的能源体系提供切实可行的技术路径。

  2026年01期 v.53;No.285 170-177页 [查看摘要][在线阅读][下载 2455K]
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地质保障

• 矿井涌水量预测方法的适用性探讨

  吕玉广;张强;吕文卿;

  为探究适用于生产矿井的涌水量预测方法，首先，从大井概念模型出发，分析了煤矿“大井”需数十年才能形成，地下水流场时效性参数难以获取，吉哈尔经验公式存在过度延伸引用、少量的参数代表性不足等问题，综合导致大井法预计误差高达84%～398%。其次，基于矿井涌水量历时曲线特征是井田水文地质条件综合反映的观点，提出了基于趋势线的矿井涌水量预测方法；通过建立新型涌水量台账计算得到的吨煤富水系数更接近实际情况，提升了富水系数法预测的准确性。最后，以同一矿井为例，分别采用富水系数法和趋势线法对矿井未来3年的涌水量进行了预测，2种方法所得结果的相对误差为14.2%～17.3%。综合对比上述3种方法，大井法适用于矿井初设阶段和投产初期阶段，而生产矿井宜采用富水系数法或趋势线法，其前提是涌水量数据采集需具备连续性和完整性。

  2026年01期 v.53;No.285 178-184页 [查看摘要][在线阅读][下载 2421K]
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• 基于U-Net模型的矿井电阻率反演方法研究

  胡运兵;王胡日查;易洪春;段天柱;崔少北;

  针对矿井电阻率反演中传统方法依赖初始模型、边界模糊及现有深度学习反演存在伪影干扰的问题，提出物理约束的U-Net反演方法。该方法融合电性敏感特性与深度聚焦机制，基于U-Net网络的多尺度特征融合架构构建加权交叉熵损失函数，通过编码器—解码器跳跃连接实现异常体与背景场的电性差异强化；基于三类典型异常体定义电阻率分布的参数化空间，采用有限元法对6 000组模型进行正演计算，通过偶极—偶极装置获取视电阻率剖面数据，构建地质模型—电性响应匹配数据集并用于监督学习训练。实验结果表明：该方法Dice系数为0.950±0.018,单次反演耗时由传统最小二乘反演方法的65.2 s降至1.0 s,效率提升98.5%。通过物理先验与深度学习的协同优化，为煤矿水害隐蔽致灾体精准探测提供了解决方案。

  2026年01期 v.53;No.285 185-192页 [查看摘要][在线阅读][下载 2687K]
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• 基于废弃油气井的地热资源及其构造聚热机制研究

  罗玮琦;何骁;文绍牧;杨文博;赖芳;岳雯秀;陈敏;李忠权;

  四川盆地泸州地区石油天然气开发已进入成熟期，拥有大量的废弃油气井，且含水率较高，研究其地热资源的转型开发对实现区域“双碳”目标具有战略意义。研究区位于印支期泸州—开江古隆起之上，二叠系栖霞—茅口组是最主要的岩溶型热储层，具备典型的盆地型岩溶层控中低温地热系统特征。基于废弃油气井丰富的地质、地震、钻井及测井资料，开展储盖组合、温度分布与构造样式分析，揭示了研究区古隆起范围内地热聚热机制属“热传导+隐伏断裂热对流+热辐射反射聚热”叠加型聚热机制，并采用体积法对地热资源量进行了定量评价。研究表明：印支期发育的泸州古隆起导致地壳隆升，喜山、燕山期构造运动导致断裂发育，诱导深部热流向地处隆起区的泸州地区聚集，共同组成了构造聚热机制。栖霞—茅口组地热资源总量为2.894×10~(20) J,折合标准煤9.87×10~9 t,资源潜力巨大。

  2026年01期 v.53;No.285 193-204页 [查看摘要][在线阅读][下载 3491K]
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机电与智能化

• 智能采掘设备振动信号降噪方法研究

  秦朝中;甘涛;彭博;李勇;孙传猛;赵云飞;梁勇;

  准确采集各种信号及提取特征是实现采掘装备自动控制的关键。电动机轴承的振动信号是采掘装备自动识别煤岩的重要信号之一，其在复杂工况条件下受到环境噪声及部件摩擦的严重干扰，易导致信号特征模糊，影响采掘设备信号特征提取。提出一种基于改进型自适应噪声完备集合经验模态分解(ICEEMDAN)与遗传算法优化多尺度排列熵(MPE)的联合小波降噪方法，并通过信噪比、均方误差和降噪误差比来评价其有效性。研究表明：相较于EEMD-MPE、CEEMDAN-MPE与ICEEMDAN-MPE等传统方法，联合小波降噪方法在仿真信号和机械设备轴承振动数据集中的信噪比最大、均方误差最小、降噪误差比最大，该方法不仅展现出优异的噪声抑制能力，同时有效保留了表征机械状态的特征信息。通过研究煤矿采掘设备的电动机轴承信号，可为研究整个采掘设备的信号特征提供前置研究，并为后续煤岩自动识别与工矿设备自动化、智能化奠定了一定的基础。

  2026年01期 v.53;No.285 205-214页 [查看摘要][在线阅读][下载 2948K]
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• 激光三维轮廓数据驱动的轨式输送机轨道表面异常检测方法研究

  牟宗磊;范振杰;陈殿生;贾传宝;梅启明;明树平;张媛;范保胜;

  在轨式输送机的长期运行过程中，轨道表面易出现磨耗和异物堆积，若不及时处理，将引发托车运行不稳甚至脱轨等问题。为解决人工巡检存在的响应滞后、检测精度低等问题，提出一种基于主成分法向量迭代最接近点算法(PCA-NICP)的轨道三维轮廓配准偏差检测方法，以实现对轨式输送机轨道表面异常的高时效、高精度检测：(1)首先进行数据有效性检测和离群点剔除；(2)采用主成分分析法(PCA)和法向量迭代最接近点算法(NICP)完成轮廓粗配准和精配准；(3)将轨道轮廓可视化处理，并输出轨道表面异常状态。实测数据验证结果表明，该方法在轨道磨耗和异物厚度检测中的误差小于0.3 mm,有效提升了检测效率与精度。

  2026年01期 v.53;No.285 215-222页 [查看摘要][在线阅读][下载 2798K]
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• 基于双重注意力机制的时空图神经网络矿井管网瓦斯浓度预测

  赵安新;张晨阳;黎梁;

  针对煤矿井下瓦斯浓度预测精度受限的问题，提出一种基于双重注意力机制的时空图神经网络(DASTNN)模型，旨在提高煤矿井下抽采管网中瓦斯浓度的预测精度。该模型结合图卷积网络(GCN)和门控循环单元(GRU),通过时间和空间注意力机制，增强对管网拓扑结构与时间序列变化的特征提取能力。以gasnet-data1和gasnet-data2数据集为实验对象开展验证，结果表明，DASTNN模型的预测性能优于传统的HA、SVM、GCN、GRU等方法。在gasnet-data1数据集中，DASTNN模型的平均绝对误差(e_(MA))为0.310,均方根误差(e_(RMS))为1.069,决定系数(R~2)为0.975;在gasnet-data2数据集中，DASTNN模型的e_(MA)为0.181,e_(RMS)为0.745,R~2为0.990。实验结果表明，双重注意力机制能有效捕捉瓦斯浓度的时空依赖关系，显著提高了预测精度。

  2026年01期 v.53;No.285 223-229页 [查看摘要][在线阅读][下载 2622K]
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• 瓦斯涌出异常预警仪研制及应用

  朱墨然;

  针对现有瓦斯灾害预警系统存在的数据传输稳定性差、延迟高、预警响应不及时等问题，通过研制一种具备多参数监测、多模通信、独立运行能力的瓦斯涌出异常预警仪，实现瓦斯灾害的实时就地监测与精准预警。瓦斯涌出异常预警仪集成环境参数监测模块、电源模块、多模通信模块、分析预警模块和事故报警模块，能够同时采集甲烷、风速等7种环境参数，具有5种数据传输方式，适应井下127～660 V的宽范围电压，可以不依赖安全监控系统独立运行，实现瓦斯灾害的实时就地监测预警。构建了基于长短时记忆人工神经网络的瓦斯超限预警技术、基于瓦斯监测统计数据的瓦斯涌出异常预警技术，以及煤与瓦斯突出预警指标体系，实现瓦斯涌出异常、瓦斯超限、煤与瓦斯突出等灾害的精准监测预警。在陕煤韩城矿业有限公司象山矿井完成预警仪工业性试验，结果表明：预警仪对工作面未来5 min瓦斯浓度预测的平均绝对百分比误差为0.98%;煤与瓦斯突出指标A能够有效反映钻屑瓦斯解吸指标K_1值的变化趋势；对瓦斯超限和煤与瓦斯突出均表现出良好的预警效果。

  2026年01期 v.53;No.285 230-236页 [查看摘要][在线阅读][下载 2419K]
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• 基于改进YOLOv8n的煤矸石识别检测方法研究

  闫存富;段天航;乔雪涛;郭铸锋;赵增效;李远洋;

  针对当前煤炭行业中煤矸石分选识别效果差、效率低等问题，提出一种基于YOLOv8n改进的煤矸石识别检测方法：(1)用Ghost卷积替换YOLOv8n中的标准卷积，将Ghost卷积融入C2f模块，构建C2fGhost模块，减少网络参数量；(2)设计多尺度自适应融合模块，取代YOLOv8n拼接模块，优化多尺度特征信息融合策略，提升特征融合整体质量和识别精度；(3)采用动态检测头，提高模型对尺度、空间和任务3个维度的处理能力。实验结果表明，与YOLOv8n模型相比，改进后模型的平均精度均值P提升了3%,检测帧率快了8.4帧/s,参数量减少了24%,浮点运算量降低了16%,模型体积缩减了25%。

  2026年01期 v.53;No.285 237-242页 [查看摘要][在线阅读][下载 2623K]
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