- 王国法;巩师鑫;申凯;
概述了我国煤炭生产安全保障技术发展成效，总结了目前煤矿生产安全及灾害防治面临的挑战，对煤矿灾害智能化防治发展需求进行了分析。详细介绍了AI视频监测、智能高精度传感及瓦斯、顶板、水灾智能防治等支撑灾害超前治理和源头管控的煤矿智能安控关键技术。阐述了基于现代能源与矿业治理体系的煤炭产业治理与安全保障体系标准建设思路与规划，并进一步提出终端类、平台应用类、信息传输类和公共类四大类建设内容。分别从建设理念、数字化生态、技术装备、产业链及生态环保等方面剖析了煤矿智能化发展过程中存在的问题并提出对策，助力煤矿智能化建设实现高质量发展。
2023年05期 v.50;No.271 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 2424K] [下载次数：884 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：50 ] |[阅读次数：2 ] - 杨克虎;龙启航;汪嘉文;彭宝山;金波;杨学孟;
引入图像语义分割技术，对矿井次光照环境中的目标物进行分割，将图像分成原始清晰图像和次光照图像两类，采用基于深度学习的图像增强方法对次光照条件下拍摄的图像增强细节后替换，再利用单应变换算法对数据集进行扩充，进而构建矿井巷道图像语义分割标准数据集。提出一种基于自注意力机制的轻量级编码—解码结构网络：以DeepLab V3+编码—解码网络为基础网络，在编码结构中，提取矿井图像深、浅层语义特征信息，将深层语义特征信息经由轻量级自注意力机制模块进行特征激活，而浅层语义特征信息直接送入解码器中，在解码结构中拼接深、浅层语义特征信息，恢复原始图像尺寸，输出分割结果。与传统算法就图像预测进行对比实验，结果表明：在网络复杂度方面，对于3通道512×512像素大小的图像，算法的网络理论计算量FLOPs仅48.80 G,参数量仅11.90 M;在网络分割精度方面，平均交并比76.50%,平均像素精度87.75%,领先其他主流网络；在速度方面，推理一张图像的速度能达到0.032 s,可满足轻量级网络的要求。
2023年05期 v.50;No.271 9-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 1899K] [下载次数：298 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：10 ] |[阅读次数：1 ] - 樊荣;郭江涛;王飞;
针对现有定位终端大多只具有精确定位、撤离报警、紧急求救等功能，而不能实现生命体征监测功能的问题，设计了一种基于UWB技术、具备健康监测功能的定位手表。该手表采用TOF定位算法实现矿井巷道精确定位，将井下人员精确定位数据和生命体征健康数据传输至服务器，实现对人员位置信息和健康数据的实时监测。健康定位手表的关键技术主要有：矿井巷道线型TOF定位算法，心率、血氧和体温等生命体征监测技术，三轴传感器检测运动状态及低功耗休眠机制。测试结果表明：该手表定位精度小于等于±0.30 m、定位距离可达400 m,对心率、血氧和体温等生命体征的监测功能正常，平均工作电流小于2 mA,最小休眠电流小于500μA,满足了定位终端智能化、多样化需求。
2023年05期 v.50;No.271 19-23页 [查看摘要][在线阅读][下载 1860K] [下载次数：337 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：6 ] |[阅读次数：1 ] - 李全贵;李建波;胡千庭;吴江杰;郑梦浩;李赏;周俊江;
为充分汲取煤与瓦斯突出历史事故经验，发挥事故调查报告中专家意见的价值，构建了一种基于案例推理的CBR突出预警模型，并依据历史案例数据库搭建了突出预警系统。以突出的多类别指标数据作为输入，运用K最近邻算法计算当前案例与历史案例的局部相似度。同时，为进一步提高案例检索准确度，采用灰狼优化(GWO)算法优化各指标的特征权重，计算得到全局相似度。通过当前案例与历史案例的相似匹配，对突出危险进行预警，并提出突出防治决策方案。利用河南鹤煤六矿突出事故进行验证，结果表明所搭建的预警系统可实现突出危险的有效预警与决策。
2023年05期 v.50;No.271 24-29+36页 [查看摘要][在线阅读][下载 1603K] [下载次数：560 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：10 ] |[阅读次数：1 ] - 孔彪;朱思想;胡相明;杨涛;赵旭帅;斐达特;万姝含;
为实现煤自燃的高效预测预警，提出了一种改进鲸鱼优化算法结合BP神经网络(MSWOA-BP)的煤自燃温度预测模型。根据煤自燃升温实验进行了模型算法的有效性验证，进一步对比分析了粒子群优化(PSO-BP)模型、灰狼优化(GWO-BP)模型及标准鲸鱼优化(WOA-BP)模型的预测效果和性能，结果显示，MSWOA-BP、GWO-BP、WOA-BP和PSO-BP模型预测结果训练阶段平均百分比误差(MAPE)为1.735 9%、2.651 8%、6.165 5%、6.570 1%,测试阶段MAPE为3.039 3%、6.072 3%、6.734 1%、7.603 5%,表明MSWOA-BP预测模型具有更高的预测精度和稳定性。应用MSWOA-BP模型进行煤矿现场的温度预测，得到预测温度与现场实测温度的相对误差为2.3%～12.1%,实现了煤矿井下温度的快速预测，可为实现煤自燃的高效预测预警提供一种新方法。
2023年05期 v.50;No.271 30-36页 [查看摘要][在线阅读][下载 2138K] [下载次数：1310 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：33 ] |[阅读次数：6 ] - 张景钢;王清焱;何鑫;
矿井智能通风是智慧矿山建设的重要内容。通过对现有的矿井智能通风技术研究进行总结和分析，深入探讨了智能通风的基本理论，明确了目前矿井智能通风存在的问题与关键技术，并进一步对智能通风的关键技术进行了创新性的探索。最后基于关键技术开展智能模块与智能系统的研究，成功构建了一个综合性的矿井智能通风与灾变应急控制系统，为矿井的通风提供了更加智能和高效的解决方案。
2023年05期 v.50;No.271 37-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 1684K] [下载次数：802 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：17 ] |[阅读次数：1 ] - 肖粲俊;刘红梅;石发强;邓从阳;赖建;
为完成煤矿智能化升级转型，对煤矿智能开采现状进行了分析，提出基于数字孪生的煤矿智能管控平台的概念。该平台以数字孪生技术为核心，结合GIS、建模、仿真等关键技术，融合应用物联网、大数据、云计算及人工智能，赋予数据空间维度信息，使数字矿山与物理矿山之间进行实时交互，忠实地复现物理矿山整个生命周期的运行状态与轨迹，推动煤矿传统生产全面升级，向数字化、智能化转型。实际应用测试表明，该平台提高了煤矿数据采集、存储、传输和分析的能力，降低了安全事故发生概率，能有效为数字孪生和智能管控煤矿生产各个环节的深度融合提供服务。
2023年05期 v.50;No.271 43-49页 [查看摘要][在线阅读][下载 2783K] [下载次数：1279 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：42 ] |[阅读次数：1 ] - 张玉财;王毅;郭凯岩;
为了提高瓦斯涌出量预测的科学性和准确性，提出一种基于鲸鱼优化算法(WOA)和长短期记忆网络(LSTM)的瓦斯涌出量多步预测模型。该模型首先采用皮尔逊(Pearson)相关系数法进行瓦斯涌出量影响因素的特征分析，筛选了9个主要影响瓦斯涌出量变化的特征作为模型的外部输入特征；其次采用鲸鱼优化算法对LSTM神经网络的隐藏层神经元个数、时间步长、批处理数进行优化；最后，构建WOA-LSTM模型进行瓦斯涌出量预测，实验研究了不同时间步长下模型的预测精度并对比分析了LSTM、RNN、BP模型的预测效果。结果表明：基于WOA-LSTM的瓦斯涌出量多步预测模型在3个时间步长的预测模型误差值达到最小，其平均绝对误差相较于LSTM、RNN和BP神经网络模型分别降低了41.6%、46.6%、65.8%,具有较强的鲁棒性，可为矿井瓦斯的防治提供参考。
2023年05期 v.50;No.271 50-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 1523K] [下载次数：722 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：31 ] |[阅读次数：1 ]
- 张童;张鑫;张玉龙;尹海;杨建敏;陈国伟;
为了探讨煤中水分作用于煤自燃过程的反应机制，创新性地引入同位素标记方法，利用元素示踪原理探讨水分子中各元素的迁移转化规律。将实验煤样用3种同位素水(蒸馏水、D_2O、H_2~(18)O)进行浸泡、干燥、浸泡等一系列过程处理，得到同位素标记的不同形态水分煤样。通过程序升温氧化实验模拟煤自燃反应过程，利用气相色谱仪测定气体产物体积，同时借助于在线质谱仪测定同位素原子参与生成各类气体的离子流强度，研究水分子中H、O原子作用于气体生成的迁移规律和生成机制。在煤自燃气相产物中检测到了C~(18)O_2、C~(18)O和CH_3D等同位素气体，说明水分子中H、O原子可以直接参与煤自燃反应过程。煤中不同形态水分在煤自燃反应不同阶段发挥作用：外在水分在煤自燃反应缓慢氧化阶段初期开始参与反应，在快速氧化阶段后期作用减弱；内在水分在煤自燃反应的加速氧化阶段与快速氧化阶段参与反应，在140℃左右作用效果最强。水分子中H与O原子在煤自燃反应过程中参与方式不同，H原子会与煤分子中甲基类自由基反应生成CH_3D,而O原子可以参与到含羰基类化合物的生成。
2023年05期 v.50;No.271 56-62页 [查看摘要][在线阅读][下载 1566K] [下载次数：266 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：3 ] |[阅读次数：1 ] - 许光义;李海艳;吴磊;张凯;
为研究石灰岩在多次冲击荷载作用下的安全性，采用直径为50 mm的分离式霍普金森压杆装置对石灰岩试件开展不同应变率及不同冲击次数下的单轴冲击压缩试验，并结合超声波检测装置测量多次冲击荷载作用下岩体纵波波速，分析岩体纵波波速、损伤因子、峰值应力及能量耗散变化规律。结果表明：石灰岩试件纵波波速随冲击次数的增加而降低，波速降幅不断增大，损伤因子随之增大；0.25 MPa冲击气压作用下试件破碎需要6次，0.35、0.40 MPa冲击气压作用下试件破碎需要4次，冲击气压的增大使岩体产生破坏所用冲击次数减少；0.40 MPa冲击气压第2、3、4次冲击作用下试件峰值应力降幅分别为6.23%、14.00%、25.92%,冲击作用使试件峰值应力降低，且后期冲击作用下试件应力降幅增大；冲击荷载作用下岩体能量时程曲线分为3个阶段，岩体破碎耗能密度与冲击次数之间呈现良好的二次线性正相关关系，0.40 MPa冲击气压第2、3、4次冲击作用下岩体耗能密度是第1次的1.06、1.38、1.78倍，后期冲击作用对岩体的破坏作用更加显著。
2023年05期 v.50;No.271 63-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 1709K] [下载次数：367 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：1 ] - 郝英豪;赵乾;丁国利;黄振飞;
为解决葫芦素煤矿21105工作面临空宽煤柱冲击地压治理难题，提出了超高压水力割缝卸压防冲技术。采用理论分析研究了高压水射流对煤层的切割深度，以及煤柱切割后的应力转移规律，提出了基于卸荷减载、增加塑性屏障区的超高压水力割缝卸压防冲机制。通过FLAC~(3D)模拟了临空煤柱在不同割缝工艺条件下的煤岩体应力分布规律，获得了煤柱区域割缝工艺参数。在葫芦素煤矿21105工作面进行了工业性应用，试验区域内微震事件、应力水平及钻屑量较相邻对比区域均得到明显降低。研究结果表明：采用超高压水力割缝技术切割煤层能有效改变煤岩体应力分布状态，使高应力区向深部煤岩体转移，增大采掘空间附近的塑性屏障区范围，有效防治煤矿冲击地压事故。
2023年05期 v.50;No.271 70-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 1918K] [下载次数：233 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：8 ] |[阅读次数：1 ] - 郄建宇;
通过建立二元气体扩散场—渗流场—传热场的耦合方程，利用COMSOL模拟了不同温度和压力下CO_2驱替CH_4过程中驱替效果、CO_2储存量、CH_4产量及煤体渗透率等的变化规律。结果表明：CO_2驱替作用会导致煤体部分区域出现CH_4压力上升高于原始储层压力的现象。随着驱替压力的增大，CO_2储存量与CH_4产量增加，当驱替压力由2 MPa增高到6 MPa时，驱替比由2.85增大到4.38。而当注入温度从20℃增高至100℃时，驱替比由4.38降低至4.34。在驱替开采过程中，驱替压力是影响驱替效果的主要因素。随着驱替的进行，CO_2影响范围逐渐增大。在CO_2影响区域，CO_2的注入对煤层渗透率影响较大，煤基质对CO_2的吸附使煤层渗透率迅速下降；而在CO_2未影响区域，煤体渗透率随着CH_4的解吸而增大。
2023年05期 v.50;No.271 76-81页 [查看摘要][在线阅读][下载 1551K] [下载次数：404 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：6 ] |[阅读次数：1 ] - 邢婧;
为了探究不同变质程度煤样中活性基团与传热性质的变化与联系，利用红外光谱技术和激光导热技术研究了4种不同变质程度煤样的活性基团和热物性参数变化。结果表明：随着煤变质程度的增高，煤中的芳香族化合物和脂肪族化合物的百分含量逐渐升高，含氧官能团的百分含量逐渐降低；煤中的含氧官能团以醇、酚和醚为主；随着温度的升高，煤的热扩散系数先降后升，而比热容和导热系数整体呈不断升高的趋势；煤的热物性与煤的变质程度和工业分析数据有关。皮尔逊相关系数计算结果表明，—C＝C—、—CH_3、—CH_2—、脂肪—CH与热扩散系数和导热系数的负相关性较强，而—C＝O与热扩散系数和导热系数的正相关性较强，—OH则与比热容存在良好的负相关关系。
2023年05期 v.50;No.271 82-87页 [查看摘要][在线阅读][下载 1694K] [下载次数：435 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：13 ] |[阅读次数：1 ] - 李亮红;谯永刚;张泽宇;孙磊;王海杰;秦鹏飞;
为探索灰岩顶板条件下的瓦斯赋存状态及抽采方案，开展了灰岩的X射线衍射实验，研究了灰岩的物理化学特性，分析了灰岩对顶板瓦斯赋存和瓦斯抽采的影响。以山西沁源常信煤矿90107工作面为工程背景，先用经验公式理论计算顶板“两带”高度，再结合3DEC数值模拟软件分析回采过程中顶板破坏形态及裂隙发育特征，根据顶板裂隙发育优势区设计高位定向钻孔瓦斯抽采方案，最后通过现场实测验证。研究表明：随着工作面的推进，顶板初次垮落步距为40 m,周期垮落步距为40 m,垮落带高度为11.4 m,裂隙带发育高度为50 m,裂隙发育优势区为11.4～25.0 m;现场实测发现上隅角和工作面瓦斯超限问题得到有效解决。抽采后，上隅角瓦斯浓度始终保持在0.8%以下，上隅角瓦斯浓度降幅最大可达87.5%。研究结果为相似灰岩地质条件下瓦斯高效抽采提供了参考依据。
2023年05期 v.50;No.271 88-93+98页 [查看摘要][在线阅读][下载 2301K] [下载次数：187 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：4 ] |[阅读次数：1 ]