煤炭学报杂志

煤炭学报杂志2026年第1期

• 我国煤炭工业“十四五”科技创新进展及“十五五”发展思考

  刘峰, 郭林峰,

  “十四五”时期是我国煤炭工业履行保障能源安全核心使命，并加速向智能化、绿色化、融合化转型，实现高质量发展的关键阶段。系统总结了“十四五”时期我国煤炭工业科技创新取得的主要进展，分析了行业发展面临的新形势与新挑战，统筹国家战略要求与产业演进规律，提出了对“十五五”时期科技创新方向的思考。“十四五”时期，煤炭行业科技创新体系不断完善，在地质勘查、矿井建设、绿色开采、灾害防治、煤机装备、煤矿智能化、清洁高效利用、生态修复、节能环保、职业健康10个关键领域取得了一系列重大突破与标志性成果，行业整体实现了从跟踪模仿到部分领域并行乃至领跑的重大转变。当前国际能源格局深刻变革，国内能源结构加速调整，面向“十五五”时期建设能源强国与现代化产业体系的新要求，提出“十五五”时期煤炭科技创新在国家安全保障、能源体系建设、行业转型升级3个方面的发展目标：以推进煤炭科技自立自强保障巩固国家能源安全，以发展煤炭清洁高效利用支撑构建新型能源体系，以拓展AI应用驱动智能化建设引领行业转型升级。结合3个目标并梳理国家相关产业政策要求，提出对“十五五”时期煤炭科技创新的6个方向思考：① 深部煤炭资源开发。重点攻关 深部开采基础理论、 安全开采保障技术、 颠覆性前沿技术；② 产业链自主可控。全力推进开采装备、运输装备、自主可控工业控制系统及智能运维平台的国产化攻关与产业化应用；③ 煤炭清洁高效利用。重点加强绿色开采、清洁利用、低碳转化、新型煤基材料等方面的技术攻关；④ 煤与新能源协同融合发展。通过盘活矿区空间资源、推动生产用能清洁替代、构建源网荷储一体化系统，将矿区升级为多能互补的综合能源基地；⑤ 煤矿智能化技术升级。围绕智能掘进、智能采煤、露天智能采剥、智能选煤、辅运及其他系统，突破常态化稳定运行技术瓶颈，实现少人无人化开采；⑥ 人工智能+煤炭场景。大力推动AI技术在安全生产、煤炭转化、煤机制造、知识图谱、具身智能、辅助编程等领域的深度应用。提出构建高水平科技创新体系的5个方面举措，从而形成推动煤炭工业实现高质量发展、支撑中国式现代化建设的持续创新合力。

• 月球采矿前沿技术与发展趋势

  谢和平, 李存宝, 谢亚辰, 刘一飞, 李聪, 郝海春, 王俊, 张国庆, 龙西亭, 鲁义强,

  月球蕴藏着极其丰富且具有战略价值的空间和物质资源。随着人类月球探测逐步进入开发与利用的新阶段，月球采矿正从战略构想转变为现实可能。然而，月球岩土体的特殊性与深空环境的极端复杂性给月球采矿带来了极大的挑战，探索建立适用于月球原位环境条件的采矿基础理论与关键技术已势在必行。从采矿工程视角，系统梳理了月球矿产资源类型及其分布特征，对比地球采矿环境分析了月球采矿条件的复杂性与挑战性；重点围绕月球采矿涉及到的“勘−采−用”关键技术环节，详细总结了月球资源原位勘探与识别、开采与提取、转化与利用、月球基地建造及原位能源供给五大环节的主要技术现状，讨论了其核心机理与适应性挑战；在此基础上针对月球采矿关键理论与未来技术需求，提出了从微观到宏观的深空岩土力学理论研究架构，以及面向月球岩土力学性质的全月尺度遥感预测理论攻关方向，进一步凝练了月球大深度原位保真取心探矿技术、月球温差原位发电技术、月球地下盾构技术等关键技术内涵与攻关方向，并给出了理论构建和技术实现建议，有望为未来月球采矿工程、原位资源开发与利用、月面基地建设与月球地下空间开发等前沿领域提供理论与技术指导。

• 煤与共伴生能源矿产无人数智化共采研究

  袁亮, 张通, 吕鑫, 张村, 王玥晗, 王新中, 黄鑫, 王雅亭,

  煤与共伴生能源矿产作为国家战略性保障资源，具有广泛的共生赋存特征，其绿色、安全、高效、智能协同开发是实现国家能源安全与资源稳定供应的关键保障。系统分析了煤与共伴生能源矿产开发在工程地质保障、矿权划分、共采地质响应、数智化开发技术装备方面的创新挑战，指出能源矿产共采过程中存在地层多相多场耦合响应感知、工艺工序协同部署、地下水扰动径流分布、污染物迁移管控与灾变应急处置等工程技术难题，明确“人工智能+”矿产共采范式是未来资源开发的发展之路。提出共伴生资源无人数智化共采模式，即针对高温、高渗流压、高地应力、低渗透性和互馈式强开采扰动共伴生资源储层响应特征，依托智能感知、数据融合与智能决策技术，构建多模态范式模型与多场景灾害预测−应急防控模型，揭示不同条件下多场耦合的灾害孕育与演化机理；发展具身机器人+边缘计算终端智能集群，构建双向传输的数据链网络，并通过多源机器学习算法训练形成韧性、自愈型分布式与集中式相结合的异构数据体系，实现人机协同远程+自主一体化的精准决策，形成“矿心+矿脑+矿体”的数智化范式。围绕资源共采扰动多场耦合致灾机理、资源一体化开发工艺技术、生态环境修复与链式灾害应急处理、协同开采数智网络与装备范式结构4大关键科学问题，开展共伴生能源矿产高效开发与安全保障、共采区域协同降扰技术方法、地下水调控与污染物迁移防控、矿井水污染防治与净化利用、无人数智共采未来矿区建设及矿井立体环境功能化开发利用6大方向攻关，加快推进煤与共伴生能源矿产共采先导示范工程，为煤系共伴生资源规模化共采提供技术支撑。

• 煤矿深部巷道围岩协同控制理论与成套技术

  康红普, 姜鹏飞, 杨建威, 黄炳香, 管学茂, 王志根, 吴拥政, 张镇, 李文洲, 高富强, 李嘉峰,

  我国深部煤炭资源丰富，随着浅部煤炭资源不断枯竭，深部煤炭开采势在必行。我国煤矿已有40余对矿井开采深度达到和超过1 000 m，最深达1 510 m，主要分布在中东部和东北矿区。此外，西部一些矿区，如鄂尔多斯、陇东、彬长等矿区也相继进入深部开采。与中浅部矿井相比，深部矿井具有高地应力、强采动、大变形(软岩)及强冲击(硬岩)等显著特点，巷道围岩变形表现为强扩容性、强流变性和冲击破坏严重。深入分析了深部巷道应力环境、围岩地质力学特性，研究了深部软岩巷道围岩变形破坏特征，发现深部软岩巷道围岩大变形主要由3种变形引起：扩容变形、煤岩体流变及结构性流变，揭示出深部软岩、高应力、强采动巷道围岩大变形与失稳机理。提出深部巷道围岩支护−改性−卸压协同控制理念，阐述了深部巷道围岩协同控制的本质内涵，分析了各种围岩控制方式时空协同作用，阐明了深部巷道围岩支护−改性−卸压“三主动”协同控制原理。提出深部巷道不同的围岩协同控制方式，研发出围岩支护−改性−卸压“三位一体”协同控制技术，包括高预应力锚杆锚索及薄喷主动支护、高压劈裂注浆主动改性与水力压裂主动卸压技术；研发出高预应力、高压锚注协同控制技术，用于工作面超前段加强支护，形成深部工作面全域巷道(包括巷道、开切眼、超前段)围岩控制成套技术。研发出700 MPa级超高强度、超高延伸率(断后延伸率30%)、高冲击韧性新型锚杆材料；开发出纳米改性亲煤、亲岩单液无机有机复合注浆材料及微纳米双液无机有机复合注浆材料等3款高可注、高黏结、高强度注浆材料，及高强度、高韧性巷道表面喷涂护表材料。研发出高预应力、高压注浆锚杆与锚索。研制出35 MPa级气动高压注浆泵、45 MPa级液压高压注浆泵与压力−流量−密度多参数注浆监测系统；研制出井下直孔水力压裂装备与井下定向长水平钻孔高压大流量水力压裂装备。系统集成深部巷道围岩协同控制成套技术，在新集、新汶、淮北、皖北、彬长等深部矿区的复杂困难巷道得到成功应用，包括千米深井软岩巷道、超千米高应力巷道、千米深井强采动巷道、深部松软破碎围岩巷道及厚硬顶板强冲击巷道等。巷道围岩变形大幅降低，围岩稳定性显著提高，有力支撑了深部矿井的安全高效生产。最后，对未来深部巷道围岩控制理论、技术、材料及装备等的发展方向进行了展望。

• 黄河流域煤矿矿井水资源保护与利用战略研究

  武强, 高俊莲, 曾一凡, 程洋, 王宇璇,

  黄河流域生态保护和高质量发展是重大国家战略，但水资源短缺已成为其发展的最大制约因素。矿井水作为重要的非常规水资源，充分挖掘其资源属性，不仅具有缓解区域水资源紧张的战略潜力，而且通过减少矿井水直接排放，减缓对地表水环境污染威胁，但目前矿井水总体利用水平不高且区域不均衡。通过系统剖析黄河流域矿井水资源特征与开发利用现状，探索构建了矿井水资源保护与利用的战略框架。研究发现：黄河流域矿井水资源目前呈现明显的区域差异性，涌水强度沿流域呈现自西向东逐级递增的梯度分布格局，涌水总量总体表现为中部高、两翼低的空间格局，水质呈现上游高矿化度、中游类型复杂、下游水质相对较好的梯度特征；根据煤炭产量与矿井涌水量的相对关系，形成了“高产低排型”“低产高排型”“产排均衡型”和“低产低排型”4种典型模式；矿井水利用率从不足30%到90%以上不等，利用结构以工业用途为主，生态与农业用途拓展不足。借鉴国际先进经验，构建了“空间−功能−时序−体制”四维协同的战略框架，形成“源头减量化、过程无害化、末尾资源化、终端回灌化”的全链条分层治理体系，部署了精准减排控污工程、矿井水智能监控网络、分质分级处理体系、矿井水创新利用模式、区域性回灌储存与地下水修复等重点工程，以及政策法规、协同治理、科技创新等保障措施，推动黄河流域矿井水从“环境负荷”向“战略资源”转变，为区域生态保护和高质量发展提供坚实的水资源保障。

• 5G+工业互联网智能化矿井及智能放煤关键技术研究与实践

  王国法, 孟庆勇, 侯林, 崔耀, 呼守信, 孟杰, 李旺年, 蒲阳, 李晨鑫, 任晓文,

  基于国能神东保德煤矿智能化煤矿建设任务，提出“统一数据、统一模型、统一平台、统一方案”5G+工业互联网智能化矿井建设总体方案，构建“四层+两翼”井下5G综合承载网架构：感知层部署多类传感器采集生产安全数据，传输层以5G+N×100G FlexE硬切片网络为核心实现高效传输，平台层承担数据存储与深度分析，应用层支撑多场景智能化应用；“两翼”为统一数据标准与工业安全防护体系，保障数据互通与网络安全。采用中频满足工作面大带宽需求、低频实现巷道长距离覆盖，通过TDD时隙翻转与SUL技术增强上行传输；依托FlexE切片技术划分5类切片，满足不同业务时延、带宽需求，有效支撑综采巡检、梭车远程驾驶等各类智能化场景。研发四大核心技术：① 多行为时序规划快速掘进技术，创新“掘锚一体机+梭车+自移机尾”装备，融合GA−BP神经网络自适应截割、激光雷达路障感知及电力载波通信，解决“最后100 m”运输瓶颈，掘进效率与进尺分别提升 10%、15%；② 5G+数字孪生长距离定向钻探技术，结合动态方位伽马地质导向提升钻探精准度；③ 特厚煤层“自动+记忆+智能”三级放煤系统，通过异步递进调度、PID闭环控制与AI(视频+声纹)煤矸识别，平衡煤质与资源回收率；④ 区域多灾种融合预警技术，整合多源安全隐患监测数据，采用CNN−LSTM架构构建模型，预警吻合度超95%。现场应用显示，研究实现保德煤矿全场景5G覆盖，成功预警水害、甲烷超限等事件，缩短灾害预警响应时间，提升了矿井安全管理水平。该研究通过5G+工业互联网技术与煤矿核心业务深度融合，实现矿井从单一监测向“智能判识、精准预警、联动处置”跨越，为煤矿智能化高质量发展提供技术范式与实践案例。

• 深地煤炭流态化开发的爆轰发电技术创新路径

  葛世荣, 郭靖,

  在全球能源结构加速转型、需求持续攀升的背景下，深地煤炭资源因其丰富储量与巨大能源潜力，日益成为矿业工程领域关注的重点方向。为应对开采难度与环保压力，兼顾经济可行性与可持续发展，深地煤炭资源的开发应在确保高效利用的前提下，推动自身实现减排降碳与绿色转型。基于“深部煤炭资源流态化开采”“煤炭化学开采”与“煤基电”等技术思路，系统梳理并介绍爆轰−发电式深地煤炭资源开采模式与技术结构。该模式以煤粉爆轰燃烧技术为核心，结合爆轰燃烧−机械/磁流体前沿发电技术，构建爆轰−涡轮/磁流体(Magnetohydrodynamics，MHD)联合发电系统，为实现煤炭资源的高效转化与清洁利用提供方案支撑。通过对爆轰发电模式及技术架构分析，提出煤粉爆轰能量高效释放机制、爆轰−发电式耦合方案、全生命周期爆轰−发电式动态管理机制以及爆轰−发电式深地采煤新理论与新方法4项基本理论，并围绕煤/瓦斯气固两相稳定爆轰技术、爆轰模型构建与动态过程优化技术、爆轰−发电式发电效率及效益评估、爆轰−发电式采煤方法综合设计4项关键技术展开论述，阐明其在深部煤炭开采实践中的转型升级价值。在此基础上，提出系统化的工程应用策略，阐明开采工艺与爆轰发电模式的协同机制，明确各关键环节的安全管理与过程优化重点，完善爆轰−发电式深地煤炭资源开发的总体路径，为“煤基电”能源体系建设及我国深地煤炭资源的清洁高效利用提供参考。

• 冲击地压矿井“零冲击”防治研究

  潘一山, 高学鹏, 肖永惠, 任何,

  针对我国冲击地压矿井的安全需求，为落实国家无人员伤亡、无巷道破坏、无设备损坏的“零冲击”管理目标，提出了“零冲击”防治分级目标及技术路径。① 最高目标为“冲击不发生”，技术路径为“应力不超限”。理论推导得到了煤体压缩型冲击地压、顶板拉伸型冲击地压和断层剪切型冲击地压等3类冲击地压的临界应力公式。对“应力不超限”进行分析，系统地研究了3类冲击地压的实际应力与开采条件和地质条件的影响关系，以及临界应力与煤岩变形系统的几何参数和自身物理力学参数的关系。“应力不超限”可通过降低实际应力和提高临界应力实现，并系统地梳理了3类冲击地压降低实际应力和提高临界应力的工程措施。② 基本目标为“冲击不破坏”，技术路径为“能量无剩余”。理论推导得到了3类冲击地压的能量释放和能量吸收公式。对“能量无剩余”进行分析，系统地研究了3类冲击地压的最大释放能量和吸收能量，开展了岩石试样及支护结构的冲击试验，结果表明：岩石试样钻孔结构能够吸收冲击能量，减少岩石试样的整体破坏。吸能装置能够大幅度提高支架吸能能力，吸能装置吸能量占支架总吸能量的78.6%。“能量无剩余”可通过减小冲击地压释放能量和增大围岩与支护吸收能量实现。系统地梳理了减小3类冲击地压释放能量的工程措施，以及增大围岩吸收能量和增大支护吸收能量的工程措施。③ 底线目标为“冲击不伤人”，技术路径为“空间有保障”。分析得到冲击伤人的巷道变形量为：断面收缩率超过20%，支护变形量超过20 cm。“空间有保障”可通过吸能装置实现，吸能装置通过让位变形分担液压支架的冲击变形量可达70%，对巷道支护结构形成保护并将支护变形量控制在20 cm以内。工程措施为：巷道采用吸能液压支架进行加强支护，根据冲击地压最大释放能量、冲击载荷方位以及巷道条件选取合适类型及型号的吸能液压支架。研究证实，“零冲击”防治目标可通过控应力、控能量、控空间实现，为冲击地压矿井实现“零冲击”提供理论与技术支撑。

• 超临界CO2压裂深部煤体的显微裂缝分布特征及其控制机理

  王香增, 吴金桥, 张锋三, 曹文琦, 阎纪伟, 朱帝杰,

  深部煤层埋深大，煤岩结构致密，裂隙相对不发育，成为制约深部煤层气高效开采的重要因素。水力压裂主要在煤层中形成较宽大的裂缝，而超临界CO2 (ScCO2)由于其分子结构较小，黏度低，能够渗透到煤体微纳米尺度的孔裂隙内，从而产生较复杂的显微裂缝网络，有效增加气体运移空间。结合显微CT、声发射仪、形貌扫描仪研究了ScCO2压裂延安区块深部煤体后显微裂缝的分布特征及扩展规律，获得了不同应力约束条件下煤中压裂裂缝的分布特征，分析了煤体结构、地应力、ScCO2特性等因素对显微裂缝起裂与扩展的控制机理，定量表征了显微裂缝的形貌特征及其非均质性，揭示了显微裂缝扩展与分布的控制机理。研究结果表明，1～3号样的垂向应力差系数(Kv)均为0.4，4号样的Kv为0.6时，1～3号样的破裂压力均在25 MPa附近，而4号样的破裂压力仅为16 MPa，即Kv增加有利于煤体破裂。ScCO2压裂后煤体中显微裂缝发育，其形态复杂且连通性增强，有利于气体运移。ScCO2进入煤体，沿着较大孔裂隙通道逐步进入显微尺度的孔裂隙，随着注入气体量增大，ScCO2对煤体的挤压强度不断提高，煤体先发生显微破裂，随着ScCO2聚集压力增大，煤中裂缝被撑开发生整体破裂。由于ScCO2能够进入不同尺度的煤体内且其分布较均匀，因此形成的裂缝分布范围较广。1～4号样裂缝面的粗糙度分形维数分别为1.915、1.828、1.814和1.797，表明煤体的破裂压力越大，裂缝面的分形维数越高，裂缝的非均质性越强。煤体结构、地应力和ScCO2性质是影响深部煤体压裂裂缝展布的主要因素。研究结果为ScCO2压裂改造深部煤体渗透率提供了指导。

• 弱胶结覆岩下顶分层综放面强矿压机理及拱形工作面控制技术

  王家臣, 陈建强, 潘卫东, 彭宝山, 邓藏,

  弱胶结覆岩可导致工作面强矿压，甚至压架事故，严重威胁安全和影响生产。以准东二矿55 m巨厚煤层顶分层综放开采为研究背景，采用现场实测、理论分析、室内试验以及数值模拟等方法对弱胶结覆岩下特厚综放面矿压规律及控制技术进行研究。结果表明：准东二矿首采区覆岩赋存表现为基岩厚度大，整体胶结程度弱，软或极软岩层占比87%；顶分层首采1101综放面推进期间，基本顶砌体梁在高位岩块回转的动荷载下二次破断失稳，原砌体梁承载结构被破坏，支架由给定载荷转为与直接顶共同承担体系变形，导致强矿压；据此，建立了支架上方拱结构岩块段的稳定方程并揭示了不同位置的受力规律，进而提出工作面“拱形”布置及回采工艺，以便顶板形成倾向承载结构从而控制强矿压，并揭示其将部分覆岩载荷转化为拱块段之间的相互作用力的矿压控制机理；数值模拟结果进一步得出新工艺下工作面顶板塑性区发育程度降低，顶板下沉量减小33.1%，支架上方拱结构将部分上覆载荷转化为内力，结构的应力水平上升，垂直应力高于原来的18%，最终降低了支架整体承受的载荷。现场实践表明，该技术对强矿压控制发挥着重要作用，支架受力最高峰值下降12%，较强来压范围由20～120号支架缩小至40～100号支架，同时，拱脚处最大挤压力有利于工作面两端三角煤及顶板及时折断垮落。

• 从离层注浆到覆岩隔离注浆充填的创新与发展

  许家林, 轩大洋, 李建, 王秉龙,

  建筑物压煤开采一直是困扰煤矿的重大技术难题，为了解决我国这一问题，20世纪80年代开始在近10个煤矿开展了离层注浆减沉试验，取得了一定效果，但由于其实际减沉率达不到建筑物保护的要求，通过离层注浆开采建筑物压煤的技术可行性受到质疑而逐渐被弃用。基于岩层控制的关键层理论和全柱状学术思想研发的覆岩隔离注浆充填技术，2009年率先在淮北矿区成功应用，解决了建筑物压煤开采的难题，应用范围、规模、领域不断扩大。当前，覆岩隔离注浆充填热度有增无减，为促进行业技术健康发展，有必要科学回顾、全面审视发展历程，清晰厘定理论、技术层面的差异，系统论述覆岩隔离注浆充填在理论、技术、实践等方面的创新。在原理层面，鲜明地将技术实质由离层注浆的“寻找离层”扭转到隔离注浆的“压实注浆”，坚定了正确的指导思想与理论方向。从采动覆岩卸荷膨胀累积效应审视发现，离层受到抑制作用，最大量通常小于采高的10%，有些条件下甚至没有，离层注浆将重心放在“离层空间”并加以灌注，实践证明其充填量少、注采比小，难以阻止关键层破断下沉，这是离层注浆减沉效果不及预期的根本原因。覆岩隔离注浆的压实注浆方法，变被动“寻找离层”为主动“挖掘空间”，通过注浆压力的“托上压下”作用，在关键层破断前将其下部卸荷膨胀岩层重新压实，从而产生可注浆充填空间，大幅提高注采比，在采空区中部形成压实支撑体，对关键层结构产生支撑并保持长期稳定性。在原理创新的基础上，从技术层面攻克了往哪注、注多少、怎么注等3方面难题，将压实注浆由抽象理论转化为工艺方法。在注浆层位方面，创新提出了主层位概念，从根本上确保了注浆充填的控沉效果；通过基于关键层位置的裂隙带高度预计等理论方法的运用，确保了注浆充填隔离层的安全性；尤其是在全柱状学术思想的指导下，针对薄基岩厚松散层条件下覆岩结构由基岩关键层向松散层拱结构转移，覆岩隔离注浆的层位也由基岩进化到松散层底界，并取得了实践创新。围绕充填量与注采比的关键技术问题，从理论上阐明了充填物料由固相浆材到液态浆体再到压实固结的过程，进而根据岩层移动规律确定了充填体在空间上呈梯台状的赋存形态，并提出了考虑岩体碎胀与地表沉陷的注采比计算式，回答了能够注多少以及需要注多少的问题，彻底颠覆了以离层量预计充填量的认知。进而，提出了以注采匹配为核心的注浆控制技术，使压实注浆转化为可控的导向注浆，从源头保障了减沉效果；加之注浆钻孔布置等系列设计方法，与钻孔压力、密度、流量参数监测调控的运用，实现了采动黑箱地层中钻孔注浆的长周期健康运行，以及地表沉陷控制效果的稳定性。在系列理论与关键技术支撑下，覆岩隔离注浆将注采比提高到50%以上，地表下沉系数控制在0.1以下，满足了建筑物保护的要求，实现了村庄不搬迁开采(减沉)，以及百万吨级煤基固废的综合利用(减排)、含水层保护(减漏)和矿震防治(减震)。发展方向是，针对煤矿固废充填材料不足和“双碳”目标，将CO2作为注浆充填材料，达到减沉、减排、减漏、减震、减碳的“一注五减”效果，实现煤炭资源绿色开采与低碳利用。

• 浅埋煤层大采高工作面覆岩结构研究

  黄庆享, 高锦龙, 韦业豪,

  基于神东和陕北煤炭基地的覆岩条件，通过对大采高工作面实测来压特征和覆岩垮落高度统计分析，结合物理相似模拟，研究了大采高工作面覆岩垮落特征，提出了大采高工作面等效直接顶的定义。根据等效直接顶对采空区的充填程度，将顶板结构分为充分充填型和非充分充填型，分析了等效直接顶短悬臂梁结构对工作面支架的静载。研究得出：大采高工作面覆岩单一关键层一般形成“高位斜台阶岩梁”结构，该结构滑落失稳是工作面强来压的主要原因。大采高工作面覆岩双关键层下组关键层破断后可以形成稳定的“砌体梁”结构或易发生滑落失稳的“斜台阶岩梁”结构，上组关键层一般形成“砌体梁”结构，即覆岩双关键层形成“双砌体梁”结构或“斜台阶岩梁−砌体梁”结构，常见的是来压较强烈的“斜台阶岩梁−砌体梁”结构。上、下2组关键层关键块的同步与异步失稳是工作面大小周期来压的原因。根据大采高工作面“斜台阶岩梁−砌体梁”顶板结构模型，给出了工作面支架工作阻力理论计算方法，并通过了实例验证，可为大采高工作面顶板控制和支架选型提供理论依据。

• 厚松散层下煤层开采全地层移动变形时空演化特征

  张平松, 许时昂, 吴海波, 李圣林, 傅先杰, 郭立全, 鲁海峰,

  煤炭资源井工开采会引发上覆地层的移动变形，对工业广场建(构)筑物运维、采区规划及矿井安全生产造成严重影响。揭示基岩、松散层与地表三者之间的移动变形差异性及其垂向形变传递特征，对于矿区安全开采与沉陷控制具有重要实践意义。以两淮新集矿区为研究对象，采用分布式光纤感测技术构建全地层监测系统，通过开展三维物理相似模型试验与工程原位测试相结合的方法，利用应变表征数据研究了煤层开采过程中全地层垂向移动过程及其变形分布与演化特征。研究表明：基岩、松散层与地表的移动变形呈现非整体、不连续特征，基岩与松散层内部变形表现出典型的分段性。在变形时序特征上，基岩表现为“陡沉—慢沉—稳沉”的快速传递模式，松散层呈现“缓沉—陡沉—慢沉—稳沉”的含隔水层分段变形模式，而地表则表现为“慢沉—缓沉—稳沉”的非均速渐变移动模式。进一步分析发现，基岩段变形传递速率是松散层段的4.8倍，而基岩段变形传递时间仅为松散层段的0.27倍。现场监测结果表明：全地层下沉构成中，基岩段下沉贡献率为78.4%，松散层段下沉贡献率为21.6%。回采阶段上覆地层受沉积层状结构及疏水共同作用，内部拉伸变形主要集中于采空区上方离层发育区及采空区边界附近，而压缩变形则集中于煤壁前方支承压力影响区。研究结果深化了厚松散层下煤层开采覆岩移动变形传递机制的认识，可为开采过程中从被动沉陷控制转向主动减沉、减损提供数据支撑与科学指导。

• 我国煤矿冲击地压的现状、问题与思考

  齐庆新, 桂来保, 李海涛, 赵善坤, 郑建伟, 张修峰, 王旭东, 王守光, 韩军, 欧阳振华, 王爱文, 何团, 张俊文, 杜伟升, 李一哲, 张海宽, 郑伟钰, 刘驰, 李云鹏, 朱小景, 张宁博, 薛珊珊,

  近10年来，我国冲击地压防控事业成效显著，科学防冲理念已深入人心，成体系的政策制度与技术方案为煤炭资源开发筑牢了安全屏障。然而，随着煤矿开采深度不断增加、开采强度持续提升，全国冲击地压矿井数量已达177座(不完全统计)，且呈逐年上升趋势。与此同时，矿井产能“整体西移”至“晋−陕−蒙−新”核心产煤基地，“单矿集中”的现代化矿井模式让防冲工作面临全新挑战，缺乏现成经验可借鉴，冲击地压已成为制约这些区域产能科学合理释放的关键因素。当前，煤矿深部开采与千万吨级产能的工程背景，大幅压缩了防冲工作的容错空间与试错机会，传统“经验尝试、先干后调”的模式已无法应对现有挑战，尤其是地面压裂、井下超长孔等覆盖大范围采掘空间的区域性措施，对差异化与精准化的要求达到了新高度。尽管行业内已公认从源头实现冲击地压有效防控是最优路径，但如何将这一理念转化为可执行、能落地的科学理论、工程技术与专用装备，仍缺乏清晰解决方案。值得关注的是，近年来数字化、智能化技术的飞速发展，为冲击地压防控带来了新机遇，数字化源头防控等全新技术范式呼之欲出。在此承前启后的关键时期，系统梳理我国冲击地压的现状与问题，深入解析核心矛盾，不仅能为煤炭行业高质量发展提供必要的认知基础，更能为构建精准化、数字化的防冲体系提供方法论支撑。

• 冲击地压的煤岩动力学物理模拟相似原理

  窦林名, 阚梓豪, 曹安业, 鞠明和, 王桂峰, 何江, 康建宏, 黄传甫, 马衍坤, 王恩元, 王汉鹏, 张志镇, 闫晨龙, 李浩丙, 南天琦, 彭程阳, 简磊磊,

  冲击地压是一种在动、静载荷叠加作用下发生的突发性动力灾害，具有破坏过程剧烈、能量释放集中、发生机制复杂等特点，对矿井安全生产构成严重威胁。为在实验室中真实再现冲击地压的破坏过程并揭示其动力学本质，仅依赖现有静力学相似原理的物理模拟方法难以全面揭示冲击地压的动力学特征。为此，以冲击地压的动力致灾机理为研究对象，提出了一种以加速度相似比为核心的煤岩动力学相似准则体系，旨在构建可真实反映冲击地压动力学响应特征的物理模拟理论框架。通过量纲分析的方法，对冲击地压过程中的关键指标进行了系统分析。以加速度相似比作为核心控制参数，推导建立了冲击地压动力学相似准则的理论方程组，构建了包含应力相似比、弹性模量相似比、时间相似比及应变率相似比在内的动力学相似准则系数体系。通过引入动力学相似准则系数，分析了其与各相似比之间的耦合关系与约束条件，形成了物理模型的冲击倾向性相似判据体系。结合相似理论推导结果，对不同几何相似比条件下的模型强度曲线演化规律进行了归纳分析，明确了动力学相似准则的适用范围与参数取值区间。研究表明：动力学相似准则系数是控制动力学相似关系的关键参数，其取值直接决定模型惯性响应与能量传递的相似性，确定了动力学相似准则适用的最优几何相似比与物理模型的波速相似比。提出的冲击地压煤岩动力学相似原理突破了传统静力学相似理论的局限，实现了对惯性效应和能量释放行为的量化描述，为冲击地压动力学物理模拟试验提供了理论依据。

• 煤岩张剪裂隙震源机制及应力反演方法

  王恩元, 张力, 王笑然, 刘晓斐, 李楠,

  精准监测与定量反演煤岩裂隙形态及应力场分布特征，是揭示冲击地压演化过程及致灾机理的科学基础，更是解决深地工程动力灾变演化问题的重要手段。以位移不连续理论为基础建立不同破裂类型的裂隙震源模型，通过修正Bott假设，提出适用于张剪裂隙类型的应力反演模型，并融合格里菲斯与摩尔−库仑准则构建复合破裂判据，实现真实裂隙面的有效识别，并以震源机制参数及应力场参数的最优适配为目标，进一步提出裂隙震源与应力联合迭代反演方法，并开展了实验室尺度的煤岩破坏监测反演的实践应用。结果表明：偏移角α可有效区分张拉、剪切及压缩等破坏类型，提出基于张剪复合失效准则的裂隙面与应力迭代求解方法，有效选取真实裂隙面提高应力反演精度，建立裂隙震源与应力的联合交替迭代模型，可有效减少理论滑移方向与真实滑移方向的偏差。在煤岩三点弯曲试验过程中，偏移角α主要处于0°～20°，表明破裂微裂纹主要为张剪复合类型，利用应力反演模型求得最大主应力σ1为拉应力，中间主应力σ2和最小主应力σ3为压应力，应力形状比平均值为0.87，表明σ1占主导作用，σ2和σ3几乎相等，符合三点弯曲试样的受力状态，应力分布影响了试样裂纹运动方向主要为沿X轴方向的张拉分离，并促进了裂纹取向为沿Y轴方向的发育扩展。另外，应力旋转作用导致裂纹面取向在Y轴方向的分量被减小，裂纹运动方向与X轴方向的夹角增大，而这一改变随着应力旋转角度的增大得到加强。利用裂隙震源与应力联合迭代反演方法对应力反演过程进行优化，理论滑移方向与真实滑移方向之间的平均滑移偏差角依次降低了33.91%、79.86%和94.12%。将提出的张剪震源应力反演方法与VAVRYČUK方法进行对比，应力的形状比噪声误差率最大降低了6.49%，三向应力反演精度平均提升了15%～40%，研究成果可为煤岩体动力灾变演化研究提供一种科学方法，为深地工程冲击地压孕育机制解析与灾害预警提供新的理论支撑。

• 近距离煤层群覆岩结构致灾机理与防控技术

  谭云亮, 李学斌, 刘学生, 范德源, 宋世琳, 张宇, 宋虎,

  与单一煤层开采相比，近距离煤层群开采时因受上部煤层开采后覆岩结构运动影响，其下煤层开采诱发覆岩结构“重复性”运动及矿压显现规律更加复杂，对下煤层采动巷道围岩控制带来很大不确定性。基于近距离煤层群开采条件下层间坚硬岩层赋存特征与承载结构演化规律，提出了完整承载型、局部承载退化型、局部承载失效型和退化失效复合型4类覆岩结构模型，分析了4类覆岩结构在工作面初次与周期来压过程中的动态演化，揭示了不同开采阶段顶板结构对采场支护与巷道围岩稳定性的影响机制，获得了煤层群开采条件下裂断拱延展倾角演化规律及其影响因素，并综合考虑关键块间的水平挤压力、煤层开采高度、层间距以及覆岩碎胀特征等因素，给出了4类煤层群开采覆岩结构力学与工程转化条件。然后，以双马一矿近距离煤层群开采为实例，通过相似材料试验与数值模拟相结合的方法，获得了双马一矿煤层群开采覆岩结构类型，并分析了下煤层采动巷道围岩变形破坏及能量演化规律。进一步地，围绕围岩承受能量总值与峰值能量阈值之间的关系，揭示了下煤层采动巷道围岩变形破坏失稳机理，并考虑不同覆岩结构运移对下煤层产生的附加应力影响，提出了围岩失稳判识系数计算方法，给出了围岩失稳能量判据。经计算，双马一矿4-2煤层Ⅰ0104205工作面采动巷道顶板失稳判识系数为0.246，帮部失稳判识系数为0.962，有一定失稳风险。在此基础上，提出了适用于不同覆岩结构类型的“远场卸压—近场加固”递进式控制技术体系，在对Ⅰ0104205工作面运输巷进行应用后，锚索受力降低了17.3%，顶底板和两帮移近量分别减小了60.5%和61.9%，围岩控制效果显著。最后，对不同影响因素与近距离煤层群开采覆岩结构类型之间的关系进行了讨论。

• 煤矿采动巷道冒顶机理及其关键控制技术与装备

  王卫军, 赵志强, 贾后省, 张盼栋, 马念杰,

  针对由于煤矿采动巷道围岩条件复杂、开采强度大、矿压显现强烈，导致巷道冒顶、大变形等动压现象频发的难题，深入探讨了煤矿采动巷道冒顶机理，揭示了煤矿采动巷道冒顶的直接原因和力学本质，建立了裂隙危岩坠落、松散岩体垮落、弱黏结复合顶板垮落、大变形巷道蝶叶型冒顶等巷道顶板灾害的情景模式，阐明了先天缺陷型和采动影响型2种巷道冒顶类型。在巷道冒顶机理的指导下，开发了系列覆盖巷道服务全周期、拥有自主知识产权的煤矿采动巷道冒顶控制的关键技术和装备：巷道顶板灾害隐患分级定位排查方法、巷道围岩状态感知技术和支护设计智能决策系统、配备有集束式架载锚杆钻机群的综掘液压支架临时支护系统、以“悬臂式掘进机+综掘掩护支架+架载有轨锚杆钻机”为核心的掘进工作面“三机”配套新模式、异形变孔径钻进锚固增效技术、大变形抗冲击韧性锚索、可折叠无反复支撑超前支架等，阐明了各项自主技术的研发背景、关键创新和良好应用效果，解决了复杂条件煤巷冒顶机理、冒顶隐患定位排查预警、全周期顶板安全支护与控制等关键难题，实现了冒顶隐患可视化智能分析和巷道差异化支护设计，对于从源头上消除掘进空间和采动影响期间巷道冒顶安全隐患，提升我国煤矿灾害防治水平，保障国家能源安全具有重要意义与广阔应用前景。

• 深部固体资源流态化开采原位多场多相岩体力学理论研究前沿

  周宏伟, 张茹, 薛东杰, 李存宝, 高富强, 巨峰, 范建国, 陈磊, 谢和平,

  随着地球浅部能源资源逐步开采殆尽，提升人类对深部固体资源获取能力是全球科学前沿和技术发展的必然趋势，也是确保我国长久能源安全的战略选择。煤炭禀赋固体资源与能源属性，深部煤炭资源流态化开采是突破固体矿产资源开采深度极限的颠覆性技术，其关键是要构建能考虑深部煤炭资源流态化开采原位赋存环境影响的深部工程科学全新理论与技术。现有岩石力学理论与方法难以考虑深部原位环境的影响(现有强度准则、本构方程等与深度无关、与深部原位环境无关)，无法有效指导流态化技术研发和灾害防控，亟需发展考虑深部固体资源流态化开采原位多场多相环境影响的原位岩体力学新理论、新方法。建立深部原位多场多相岩体力学理论是实现深部固体资源流态化开采的基础，针对考虑深部煤炭资源原位流态化开采赋存环境影响的岩体力学理论新体系，凝练了四大关键科学问题：① 深部固体资源流态化开采不同深度赋存环境本真参数与岩体物理力学行为差异性规律；② 考虑深部固体资源流态化开采多场多相赋存环境影响的原位岩体力学理论；③ 深部固体资源流态化开采围岩稳定与岩层控制机制及动力灾害孕灾机理；④ 深部固体流态化开采负碳充填体的拓扑结构与构建。并相辅相成地提出五大关键技术问题：① 深部固体资源流态化开采不同深度原位多场多相赋存环境本真信息获取技术；② 深部固体资源流态化开采环境重构下岩体形变多参量同步测试技术；③ 深部固体资源流态化开采围岩多场耦合破坏智能数值仿真技术；④ 深部固体资源流态化开采负碳充填材料改性及性能调控技术；⑤ 深部固体资源流态化开采负碳高效充填技术。最后，结合科学问题和技术问题细分出七大重点研究内容：① 深部固体资源流态化开采不同深度岩体力学行为原位测试原理与技术；② 深部固体资源流态化开采环境重构下多场多相岩体形变规律同步测试方法与技术；③ 深部固体资源流态化开采下原位岩体力学理论与灾变预测方法；④ 深部固体资源流态化开采下围岩稳定技术与安全评价方法；⑤ 深部固体资源流态化开采巷道前方灾害源随掘声波精细探测技术；⑥ 深部固体流态化开采下负碳充填及其岩层控制技术；⑦ 深部开采动力灾害防控方法及工程示范。基于以上内容构建深部固体资源流态化开采原位多场多相岩体力学理论，为未来深部固体资源流态化开采提供理论基础和技术支撑。

• 煤体多尺度孔裂隙结构改性多场耦合作用理论

  梁卫国, 陈跃都,

  不同尺度孔裂隙的发育与赋存是煤储层矿体的基本特征，也是储层气体储集与运移的核心场所。原位改性采矿技术施行的载体与成效也恰在于不同尺度孔裂隙之中。深部煤与煤层气资源安全高效开采的关键，始终在于不同尺度孔裂隙结构的改造，以及其中流体吸附运移特性的改善。针对传统改造技术对深部煤储层适应性不足、改造机理不明等问题，系统阐述了从微纳米孔隙、微裂隙到宏观裂缝的煤体多尺度孔裂隙结构特征，分析了不同尺度孔裂隙结构对煤层气解吸、扩散与渗流过程的影响机制，提出了以“流体赋存运移状态改性”(增强解吸与流动性)与“煤体孔裂隙结构改性”(提高渗透性)为核心的2种改性原理。在此基础上，进一步阐述了2类多尺度孔裂隙结构改性技术方法：一是基于竞争吸附和热效应作用的强化解吸型改性，即通过注入其他强吸附性流体或高温流体来降低煤体对CH4的吸附能力，强化气体解吸；二是基于物理–化学改性作用的结构增渗型改性，即依靠溶蚀扩孔与压裂造缝来改造孔缝系统，提高气体渗流能力。以超临界CO2流体(ScCO2)为例，通过系列试验揭示了 ScCO2 作用下煤体在吸附膨胀、溶蚀增孔、力学弱化与压裂造缝等多机制共同作用下的多尺度结构演化特征，以及其对煤体吸附解吸能力与渗流特性影响规律，进一步建立了煤体多尺度孔裂隙结构改性与渗透性演化的多场耦合理论框架，为深部煤储层精准改性、超临界流体强化增渗及 CO2 地质封存提供理论依据。

• 关键域充填协同地下气化复采浅层难采遗煤的科学内涵

  冯国瑞, 李剑, 白锦文, 邵明仁, 王喆, 王鹏,

  我国煤矿残采区内遗存大量难采煤炭资源(后文简称“遗煤”)，浅层遗煤储量可观且开采价值巨大，安全回收能够助力我国煤炭资源持续供给；同时，遗煤长期滞留易自燃，威胁环境安全且难以处置。因此，基于绿色开采和科学开采学术思想，结合充填开采和煤炭地下气化开采工艺，提出了一种关键域充填协同地下气化复采浅层难采遗煤的技术构想。该技术体系通过遗煤地下气化关键域全过程识别、充填材料优选及结构设计、遗煤地下气化空间重构、遗煤资源地下气化复采、复采区监测及充填综合调控等步骤，实现遗煤资源的安全低碳高效开采。关键域充填协同地下气化复采浅层难采遗煤需要解决四大关键科学问题：遗煤赋存空间煤岩失稳破坏特征及关键域判别原理、关键域充填材料热损伤机制及耐高温机理、遗煤地下气化煤岩充结构体承载−渗流特性及失稳机理、关键域充填结构设计及参数优化准则等。关键域充填协同地下气化复采浅层难采遗煤面临的四大关键技术包括：残采区关键域多参量识别技术、关键域充填材料优选技术、遗煤地下气化燃空区链式灾变模拟技术、关键域充填协同地下气化“充填−气化”参数调控技术等。关键域充填协同地下气化复采浅层难采遗煤需要完成的研究内容有：残采区关键域精准判别与充填位置科学确定、关键域充填材料优选与结构设计、遗煤地下气化分布式燃空区失稳特征与灾变机理、关键域充填协同地下气化复采岩层稳定性控制方法等。该技术有望同步实现浅层难采遗煤回收和矿山固废再利用，推动煤炭地下气化和岩层控制技术的发展，保障我国的能源供给安全。

• 隧道工程地震动响应研究综述：从岩体动力特性到结构抗震分析

  蒋宇静, 王兴达, 张学朋,

  尽管隧道工程结构被周围地层所约束，地震荷载作用下结构与地层之间的相对运动并不明显，抗震性能显著优于地面结构，但其并不是完全“免震”的。伴随隧道及地下工程建设的深度和广度持续拓展，结构抗震设防面临着日益严峻的挑战，深入研究地下工程结构的抗震性能并提升其抗灾韧性具有重要意义。首先，回顾了国内外已建立的隧道震害数据库，结合典型的隧道震害案例，归纳了震害的主要特征，并分析了震害影响因素及震害机理。其次，为有效认识工程岩体地震动特性，从岩石和节理的速率效应和循环加卸载下的力学行为、应力波在节理岩体中传播规律等3个方面进行综述。再次，围绕地下工程结构抗震分析方法，深入开展调研，探讨模型试验、动力时程分析法、简化抗震分析法、波动解析法、地震易损性评估取得的研究进展及亟待解决的关键问题。最后，梳理了目前常见的地下工程的地震防护措施，以期为隧道及地下工程抗震设防提供借鉴。研究表明：在地震烈度达到一定级别后，衬砌结构不可避免地出现不同程度的损伤。典型破坏类型主要包括轻微裂缝、剥落、渗漏水甚至错台、垮塌，破坏特征与地震动参数、结构特征、地质条件密切相关；工程岩体表现出很强的速率敏感性，循环加卸载条件下的应力−应变曲线呈现明显的滞回特性，形成封闭的塑性滞回环，并出现不可逆的累积损伤，开发可表征岩土和混凝土材料速率效应和循环荷载性质的动态本构模型并嵌入数值仿真中值得重视；不良围岩条件会加剧衬砌结构的加速度、动土压力与应变响应，穿越断裂带等部位的衬砌结构动力响应更趋剧烈，强震与断层错动、高地应力等多因素耦合下结构响应规律研究值得关注；由于刚度突变和应力集中效应，隧道群之间的连接节点以及空间上交叉、重叠的复杂部位往往是隧道抗震薄弱环节，考虑群洞效应的简化抗震分析方法需深入探索；融合地下结构的地震易损性与使用功能恢复能力是实现其抗震韧性提升的关键途径；多重防护策略融合、新材料和新型结构体系的引入是未来抗震防护设计的重点。

• 煤体裂隙应力敏感性及其对渗透率的控制作用

  程远平, 赵长鑫, 李伟,

  研究高应力敏感性煤体裂隙在外部载荷作用下的演化机制及其对渗透率的控制作用，是揭示深部煤层瓦斯运移规律的关键。针对传统图像分析在煤体CT图像裂隙表征中的局限，研究采用深度学习算法自动分割裂隙，并基于0～25 MPa围压下的原位CT实验数据，重构了裂隙网络的三维结构与拓扑模型，量化了其结构参数的演变规律。在理论模型表征方面，不同于传统的裂隙平均化处理方式，引入币状裂隙假设来等效表征裂隙在应力下的逐级闭合行为。进而构建了反映裂隙系统基本闭合应力条件的临界应力模型。基于该理论，进一步推导出适用于高应力条件的渗透率演化模型。结果表明，深度学习模型对分布外图像的预测精度达84.14%，显著优于传统方法的40.96%，有效提升了裂隙提取准确性。当围压从0 MPa增至6 MPa时，裂隙平均开度由136.96 μm降至75.29 μm，平均迂曲度由2.87升至3.32，而表征连通性的平均配位数从2.45降至1.21。围压达25 MPa时，裂隙率平均下降98.99%，表明裂隙基本闭合。基于静水压缩实验力学数据及试错迭代算法，获得临界应力分别为24.16 MPa和23.86 MPa，对应渗透率低至8.78×10−7 μm2和4.20×10−6 μm2，其换算的扩散系数与煤粒解吸实验中测得的量级一致，间接地证明了临界应力条件对于渗流通道的封闭作用。与传统模型相比，考虑裂隙闭合和弹性压缩的渗透率演化模型预测精度显著提升，尤其在高于20 MPa的高应力条件下，平均误差降低51.14%。

• 静磁场协同微生物降解烟煤孔隙结构演化及甲烷促解机制

  薛生, 张迅, 柳炳俊, 陈瑞锋, 蒋祥卿, 周天尧, 成棵杨,

  为探究静磁场协同微生物作用下烟煤煤体孔隙结构演化特征及甲烷促解机制，研究在常规厌氧培养体系基础上增设高低强度磁场处理组(0、20、40 mT)，系统开展实验室甲烷析出速率试验、16S rRNA高通量测序、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜试验(SEM)和低温液氮吸附−脱附试验(BET)。结果表明：20 d培养周期中，低磁场厌氧培养组(20 mT)的析出甲烷速率最高，为4.61 μmol/(g·h)，较普通培养组提高了2.73倍；属水平群落分析显示，低磁场处理显著富集Clostridium_sensu_stricto_1菌种，丰度较对照组提升15%，乙酸营养性产甲烷古菌Methanosarecina占比达76%；功能基因注释指出，低磁场组脂肪酸代谢、甲烷代谢和苯甲酸代谢通路表达显著增强；红外光谱数据显示，静磁场的加入增加煤中脂肪类官能团—CH、—CH2、—CH3的占比，提高微生物作用位点数量，从而提高煤中原位微生物分解每种有机质速率；煤液氮吸附数据表明，低磁场组的氮气吸附量为原煤的2.25倍、普通培养组的1.48倍，微孔孔容占比达到76.68%，分形维数亦明显增大，孔隙结构趋于复杂；辅助SEM电镜观察煤样表面显示，在低磁场组表面可见更明显的煤体褶皱，且在同倍数下可见细菌附着，相比于其他组煤样，煤样裂隙发育更明显。研究结果揭示了煤样在不同静磁场强度影响下微生物菌群演变和孔隙结构的变化规律，以期为煤层瓦斯高效开采提供理论依据。

• 基于多源信息融合与深度学习的煤岩瓦斯复合动力灾害风险等级预警方法

  王凯, 李康楠, 杜锋, 赵伟, 赵瑜, 张俊文, 赵明昊,

  深部开采条件下，煤岩瓦斯复合动力灾害致灾机理复杂且因素多重耦合，精准预警对保障矿井安全生产具有重要意义。提出了一种多源信息融合的深度学习预警方法，构建了SCSSA−MSDA−TFT时序智能预警模型，其中，采用改进麻雀搜索算法(Sine-Cosine and Cauchy-enhanced Sparrow Search Algorithm，SCSSA)自适应优化模型超参数，引入多源域自适应(Multi-Source Domain Adaptation，MSDA)实现异构监测数据的分布对齐与特征统一表征，并以时间融合Transformer(Temporal Fusion Transformer，TFT)高效提取多源时序指标的动态演化特征，完成风险等级预警。针对微震监测、瓦斯参数等多源信息，构建数据驱动的复合动力灾害风险等级标定流程：以复合风险指数(Composite Risk Index，CRI)为核心，对其实施时序平滑，并基于受试者工作特征(Receiver Operating Characteristic，ROC)曲线分析确定高风险等级阈值；随后通过聚类有效性检验评估划分等级与数据内在结构的一致性。构建复合动力灾害预警指标体系，以XGBoost训练多分类基线并计算全局SHAP重要性，结合滑动时窗稳健性检验与子集筛选准则，形成兼具物理指向性与判别效率的紧凑指标子集。结果表明：模型在测试集的宏平均F1达到0.965、准确率为0.961，较对比模型与消融模型均有显著提升，能够准确捕捉复合动力灾害的多尺度前兆并实现对风险等级的精准预测与预警。所提出的深度学习融合预警方法能够有效整合多源信息并建立等级标定与指标体系，对提升复合动力灾害风险等级预警的准确性与可靠性具有重要工程应用价值。

• 循环应力−孔隙压力耦合作用煤体力学渗流响应及损伤本构模型

  李树刚, 王崇智, 周斌, 杨瀚, 林海飞, 张东明, 双海清, 程亮,

  煤层采动过程中，孔隙瓦斯压力与地应力呈多周期同步加载或卸载的动态耦合特征，两者共同驱动煤体变形及瓦斯运移，诱发矿井煤岩瓦斯动力灾害。为了深入揭示地应力与瓦斯压力多周期耦合作用下的煤体力学渗流响应特征及其主控机制，开展了固定孔隙压力仅应力(stress-only, OS)循环、固定应力仅孔隙压力(pore pressure-only, OPP)循环和应力−孔隙压力耦合(stress-pore pressure coupled，SPPC)循环加卸载的三轴渗流试验，基于统计损伤理论构建了SPPC作用下煤体损伤本构模型。结果表明：应力与孔隙压力对煤体轴向压缩和径向膨胀变形均有促进作用，二者对体积应变影响呈相反的竞争关系，由此导致其对渗流通道的差异化影响(应力促进体积压缩从而抑制瓦斯渗流，孔隙压力导致体积膨胀从而促进瓦斯渗流)。随循环周期增加，3种循环路径煤体轴向应变均呈波动式增长，径向应变波动减小。SPPC循环煤体在应力场与渗流场的耦合作用下，变形响应更敏感、损伤更易累积，至试验结束时，其累积残余应变最大(轴向0.203×10−2，径向−0.059×10−2)。此外，3种循环路径煤体在加载结束时的渗透率随循环周期增加均呈指数型衰减，表明循环损伤累积使孔裂隙难以恢复至初始开度，渗流能力减弱；OS和SPPC循环煤体在卸载结束时的渗透率随循环周期增加逐渐减小，而OPP循环则相反，高压瓦斯将裂隙表面附着的松散煤颗粒或黏土矿物反复冲刷，导致裂隙通道扩展。贡献率数据表明煤体应变演化受应力主控，其在轴向、径向及体积应变中的平均贡献率分别为97.5%、64.9%和79.7%；渗透率演化则由孔隙压力绝对主导，其贡献率 > 97.6%。最后，基于煤体微元强度服从Weibull分布特征，考虑孔隙压力对煤体强度的劣化作用，提出耦合损伤变量，构建了SPPC作用下基于D-P(Drucker-Prager)准则的损伤本构模型，该模型在加−卸载阶段可较好地描述煤体在SPPC作用下的变形响应特征。研究结果为进一步揭示矿井煤岩瓦斯动力灾害的力学作用机理提供了理论支撑。

• 柔性刀具冲击破煤应力场演化及裂纹扩展规律

  魏建平, 郜英俊, 徐向宇, 陈长江, 张慧栋, 刘勇, 刘昊, 谢鹏,

  柔性刀具扩孔是煤层卸压增透的新式技术手段，为解决现阶段柔性刀具破煤能力不足难题，基于动能一定的前提条件下，通过优化柔性刀具结构参数提高破煤性能。为此，建立了二维柔性刀具破煤数值模型，明确了破煤过程煤体应力场演化和裂纹扩展特征，从细观尺度研究不同安装角度、刀齿数量和刀齿间距对煤体应力演化和裂纹发育规律的影响，明确了动能统一条件下刀齿数量对煤体破坏过程能量演化规律的影响，揭示了安装角度和刀齿间距对煤体裂纹扩展影响机制。结果表明：煤体应力波受刀齿安装角度影响表现为不规则传播，安装角度为0°～20°时为冲击破煤，中间裂纹和侧向裂纹以冲击点为中心向周围辐射，裂纹数量分布均匀；安装角度为25°～40°时为冲击−磨削破煤，冲击作用占主导地位，侧向裂纹发育，刀齿载荷出现双峰值，安装角度35°时破碎面积最大；在动能一定条件下，随着刀齿数量增加能量转化时间缩短、煤体破碎面积增大，双刀齿冲击煤体应变能峰值和应变能集中程度更高，更利于裂隙的快速发育和连通；双刀齿冲击在煤体内部形成连通弧形压应力区，2个冲击点之间力链相互沟通为颗粒间裂隙形成提供前提条件，进而提高煤体破坏效果；存在最优刀齿安装角度，能够改善力的传递效果使煤体破碎面积最大，存在最优刀齿间距，使破碎区域相互连通，充分发挥双刀齿协同破煤作用。

• 量子计算在矿井智能通风领域的应用探索

  邓军, 李志强, 闫振国, 李川, 栾龙源, 王振平, 王延平, 黄玉鑫, 张龙成, 阮佳宁,

  矿井智能通风作为煤矿智能化建设的重要一环，长期面临着井下生产现场环境感知“测不准、测得慢”导致矿井生产态势信息失准，通风网络解算“算不快、算不准”导致矿井安全管理决策偏离实际，灾害预测模拟“仿真慢、成本高”导致灾害预测结果滞后三大难题，难以实际指导工程现场。量子计算以其与指数级并行计算等优势，为解决“测不准、算不快、仿真慢”的核心难题提供了全新的技术路径。分析了量子计算在模型保真、全局寻优与计算加速、量子算力方面的优势，首次构建了量子测量、量子算法、量子模拟在解决矿井智能通风底层数据的“测不准”、网络解算“算不快”、灾变模拟的“仿真慢”三大难题的映射框架，并初步构建了基于量子微服务架构的云−边−端协同矿井智能通风服务平台架构。同时分析了当下量子计算自身发展存在的技术瓶颈，指出量子计算在矿井通风领域的工程应用面临着环境干扰导致量子退相干、复杂环境难以部署、量子测量结果难以验证、多参数量子态映射难与量子算法鲁棒性差、经济成本高昂等现实挑战。利用量子牛顿法(QCGA)与变分量子线性求解器(VQLS)的混合量子算法进行了初步矿井通风网络解算，计算速度分别提升了约11.9倍与12.8倍，初步验证了量子计算在解决矿井智能通风领域问题上的加速可行性，为量子计算赋能矿井智能通风技术变革、智能矿山的建设提供了理论参考。

• 煤自然发火颗粒尺度效应的定量分析方法

  梁运涛, 宋双林, 胡沛裕, 王继红, 王树刚, 蒋爽,

  煤自然发火涉及多尺度研究，单煤颗粒是连接微观机理和宏观表征的关键尺度。现有研究在微观尺度和宏观尺度上均开展了大量的工作，但仍缺乏对颗粒尺度效应在煤自然发火中影响的定量分析和评价。首先基于等效球对称模型和煤氧化反应方程建立了第3类边界条件下单煤颗粒内部温度和氧气浓度扩散控制方程，对数学模型进行无量纲处理，推导得到单煤颗粒内部无量纲氧气浓度和温度分布的解析解，定义并得到判断颗粒尺度效应强弱的效率因子数学表达式。进一步，通过对比数值方法与解析解的计算结果验证了解析解的正确性。最后，分析了几个关键无量纲准则数对颗粒内部无量纲氧气浓度、温度分布和效率因子的影响。结果表明：颗粒内部无量纲浓度分布是蒂勒模数和传质毕渥数的函数，而无量纲温度分布则涉及蒂勒模数、传质毕渥数、传热毕渥数以及新得到的准则数4个无量纲准则数；效率因子与蒂勒模数和传质毕渥数有关；当蒂勒模数小于0.1且传质毕渥数大于0.1时，效率因子接近于1.0，此时完全可以忽略颗粒效应；当蒂勒模数大于2.0时，效率因子总是低于0.8，应考虑颗粒效应的影响。工程上可以依据所提出的表征颗粒尺度效应强弱的效率因子计算式进行估算，从而决定是否需要考虑颗粒尺度效应。研究成果为定量分析单煤颗粒微观特性对宏观表征的影响以及后续多尺度仿真模型的建立奠定了基础。

• 矿井CO化学消纳新方法：理论模型与试验

  周福宝, 李佳, 洪瑶, 申志远, 温国祥, 陈星百, 王骁,

  柴油机运输、爆破作业、煤自燃、外因火灾和瓦斯/煤尘爆炸是矿井CO的主要来源，导致井下CO浓度超限报警频发，严重影响矿井安全生产。现阶段矿井CO防控主要依赖呼吸防护与物理通风，其本质为被动隔离或稀释CO，应急处置效率和响应能力有限，难以实现CO危害的根本性控除。针对上述问题，团队于2017年提出了矿井CO化学消纳新思路，并在消纳材料研制、理论模型构建、装备研发及工程应用方面取得系列突破。基于前期研究成果，阐述了“分源治理、环境适配”的矿井CO化学消纳技术内涵，提出了CO化学消纳效果量化评估的3项关键指标：CO消纳率、CO消纳速率和CO消纳量；基于过滤式与喷洒式CO消纳的物理特征，结合消纳材料表面CO氧化反应机理，建立了矿井CO化学消纳过程动力学演化理论模型，实现了CO化学消纳规律的定量刻画；开展了无轨胶轮车尾气与高温腔室CO消纳试验，8.03 L消纳材料可将怠速工况下尾气CO排放体积分数降低至23×10−6以内，100 g消纳材料喷洒量可将200 ℃腔室内CO体积分数在60 s内从2.5%降低至0.09%，CO消纳率均超过93%，证实了CO化学消纳法的有效性。此外，构建的理论模型预测的CO体积分数演化过程及CO消纳率、CO消纳速率和CO消纳量与试验结果吻合良好，误差在20%以内。矿井CO化学消纳法具有较好的应用前景，研究成果可为CO致灾风险的超前化解与灾害应急处置的实践应用提供理论基础。

• 巷道围岩与风流不稳定换热准数计算方法

  秦跃平, 王鹏, 唐飞, 郭铭彦, 王世斌,

  围岩放热是深部高温矿井最主要的热源，其关键参数不稳定换热准数Kuτ直接决定风温预测精度。现有获取Kuτ的方法(解析级数、查图、查表、分段回归、逐巷数值模拟)或计算繁琐，或插值误差大，或无法批量实施，难以满足工程快速、准确、统一计算的需求。为解决上述问题，对巷道围岩与风流不稳定换热准数计算方法展开研究。研究以圆形巷道为对象，建立极坐标下无量纲瞬态导热微分方程，将Kuτ表征为毕渥数Bi与傅里叶数Fo的函数；采用有限体积法离散，节点半径与时间步长按等比级数布置，兼顾剧烈非稳态阶段的精度与后期计算效率，基于Visual Studio自主开发求解程序，在不同Bi、0.01≤Fo≤1000的范围内计算高精度离散解；通过变量转换发现(Bi−Kuτ)−1与Fo−0.5呈高度线性关系，据此构建统一的二次多项式回归公式。计算结果与经典理论解相吻合，验证了数值模型与程序的正确性；回归公式形式简洁、无分段；回归公式平均相对误差1.8%，最大相对误差 4.2%，优于既有分段回归；算例显示，巷道通风5 d、1 a、10 a后，不稳定换热准数分别降至初始值的29.0%、7.7%、5.0%，与现实规律一致。该研究给出了 Bi、Fo 全域连续变化条件下Kuτ的统一显式表达式，突破了分段拟合的局限，形式简洁，可直接嵌入风温预测软件，实现上百条巷道围岩散热秒级精确计算，为深部矿井热害快速评估及降温设计提供了可靠、高效的工具；该方法可扩展至非圆形断面及非均质围岩，后续将耦合风流温湿过程，实现全矿井热环境动态预测。

• 面向智能开采的矿井水灾智能化防控关键技术

  董书宁, 王皓, 刘再斌, 郭小铭, 陈宝辉,

  随着煤炭行业智能化开采的快速发展，传统煤矿水灾防治技术因效率低、精度不足等问题，难以满足复杂地质条件下的精准防控需求。为此，提出了面向智能开采的矿井水灾智能化防控关键技术，构建了数据感知−模型构建−动态评价−综合治理−应急防控全流程闭环管理系统，显著提升了水灾防治的主动性与可靠性。首先，通过“长掘长探”智能物探、随采地震动态探测以及“井−地−孔”联合电法、微震、水文监测等多源全空间多物理场耦合监测网络，提升了异常体边界识别精度，结合实时数据处理与动态成像，实现工作面前方导水构造的精准探查；其次，基于智能化探测与监测成果，提出了多属性高精度建模技术，融合钻孔、地震及随钻数据，基于矿井区域地层沉积相分析，结合分段式激光雷达扫描与全局标定算法、隐式迭代插值算法与TIN-GTP网格建模技术，通过参数化建模技术映射含水层、陷落柱等致灾要素，构建了厘米级精度的三维巷道模型和多属性综合水文地质模型，支撑矿井水灾风险的空间关联分析，实现了静态地质模型的动态更新与透明化；再次，基于矿井综合水文地质模型中含(隔)水层及其顶底板厚度、标高等属性信息及水文动态监测数据，采用LSTM-GCN混合网络与贝叶斯模型，利用时空信息关联耦合算法，智能评价水灾风险，实现了矿井涌水量水源判识和涌水量的实时预测，并通过风险热力图实时分析，构建了水灾风险动态评价系统；然后，开发了基于三维地质模型的钻孔轨迹智能设计算法、基于AI视频的探放水钻杆智能识别算法以及自然语言的报告模板化生成算法，研发了水文地质信息数字化动态管理系统和致灾水体智控疏放与智能注浆系统，通过三维轨迹与煤层结构的空间叠合分析、多目标优化模型与自适应调控算法，实现了钻孔轨迹智能生成及集成自主施工、远程监控与轨迹优化、设计报告台账的自动化动态更新，提升了水灾隐患治理工程施工效率；最后，基于矿井工程地质、水文地质数据同步映射驱动信息更新，并结合人员定位、巷道模型动态模拟突水蔓延过程，采用防治水治理工程地质信息和水文地质信息双重实时解析反馈机制，利用多约束路径动态优化算法，实现灾情推演与救援方案的快速生成。未来，研究将聚焦物联网智能集控平台与全流程综合智能系统，推动矿井水灾防控向“感知−分析−决策”自主化方向演进，为煤矿安全生产与智能化建设提供核心支撑。

• 关闭煤矿采空区矿井水水质演化与硫酸盐去除的微生物作用机制

  孙亚军, 郭娟, 张莉, 徐智敏, 何环, 张雯, 华景帆, 雷江青, 郇博程, 刘嘉欣,

  近年来，我国煤矿关闭数量逐渐增多，废弃矿井采空区成为潜在地下水污染源，以高硫酸盐矿井水为主要特征。采空区内原生微生物群落在一定条件下可驱动硫循环，激发采空区矿井水硫酸盐自然削减的潜力。为探究关闭煤矿采空区矿井水水质演化控制机理及硫酸盐去除的微生物机制，以西北典型煤矿为研究对象，通过设计5种不同条件下的长期室内微宇宙试验(试验组、煤多组、加培养基组、加培养基和微生物组、灭菌组)，利用水化学测试、16S rDNA高通量测序等测试手段，系统探究了矿井水硫酸盐去除的水化学特征与微生物作用机制。水化学特征研究结果表明：试验组与煤多组体系内的\mathrmSO_4^2- 含量先升后降，加培养基组\mathrmSO_4^2- 含量降低96%，加培养基和微生物组\mathrmSO_4^2- 含量降低95%，灭菌组\mathrmSO_4^2- 含量降低57%，水化学指标说明在保持无氧并提供可利用碳源情况下，关闭煤矿采空区具备实现矿井水中硫酸盐低成本生物去除的潜力。微生物测序研究结果表明：外源微生物可能破坏土著微生物生态代谢网络，采空区体系中存在降解煤中大分子有机物的菌属，与硫酸盐还原菌形成协同体系，3组(加培养基组、加培养基和微生物组、灭菌组)硫酸盐还原菌相对丰度显著升高，最高可达70.1%、79%，说明微生物还原过程是控制硫酸盐去除的关键。根据上述研究成果，阐明了关闭煤矿采空区矿井水水质演化机制：在无外源小分子碳源条件下，土著SRB处于低活性或休眠状态，采空区矿井水水质演化由黄铁矿氧化、矿物溶解及黏土矿物吸附等水化学作用所主导；而添加外源碳源后，微生物作用成为主要控制因素；碳源的类型与质量浓度决定了关闭煤矿采空区矿井水水质演化过程水化学场−微生物场相互转化、相互耦合的方向。若能驯化或富集具有煤有机质降解能力的土著菌群，可实现矿井水低成本处理。

• 深部煤层(岩)气压后焖井及控压排采机理与实践

  周立宏, 闫霞, 陈明, 王伟, 张纪远, 尹泽松, 马千理, 孙俊义, 李宜广, 李春虎, 冯延青,

  深部煤层气(又称煤岩气)已成为我国天然气增产的重要增长极。实践证实深部煤层(岩)气必须通过大规模水力压裂获得高产，其排采规律和开发特征与中浅层煤层气存在显著差异，但背后产气关键机理和定量化排采指标界限尚不明确。与中浅层煤层气相比，研究提出了深部煤层(岩)气井因其地质特殊性决定了二者在压裂改造强度及资源动用范围、渗吸置换效应、排采理念及方式等开发领域的三大差异，基于物理模拟试验、数值模拟、机理剖析、现场试验等多种方法，首次揭示了深层煤层气压后焖井及控压排采的内在机理，明确了科学焖井时间、返排及投产后的控制制度关键定量指标与优化策略，建立了深部煤层(岩)气井全生命周期“五步六阶段”制度体系与开发模式，现场验证效果显著。结果表明：① 深部煤层(岩)气科学开发理念是通过“合理焖井、控压生产、保持气液两相流、延长自喷期”，充分发挥压裂改造“缝控范围”(SRV)内压裂液的“压驱−渗吸−置换”效应，最大化泄气体积(DRV)内气液两相协同高效产出，从而使单井最终可采储量(EUR)最高；② 深部煤层(岩)压裂焖井过程中存在显著的气水置换效应，基于渗吸置换核磁共振试验、长岩心压力传导试验及矿场尺度数值模拟，估算压裂液焖井时间下限为2.5 d、上限为15 d，结合大吉区块深部煤层(岩)气现场开发实践，综合确定深部煤层(岩)气井合理焖井时间为3～11 d；③ 微流控试验和在线核磁共振试验均表明，若生产过程中排采过快，气相极易沿优势大通道“窜流”突进，导致大量水相滞留于次级裂隙，且有效应力越大，水相滞留量越大、产出效率越低，进而堵塞与次级裂缝相连的基质孔隙中气体产出通道；核磁试验表明，相比“快速降压”方式，采用“逐级降压”控制方式的深部煤层(岩)气采收率提升了39.1%(从41.6%至80.7%)，表明“逐级降压”控制方式既能避免气相突进、保障气水稳定协同产出，也能通过“吸附态解吸补充−游离态持续供采”的良性循环，大幅提升采收率；④ 速敏和应敏试验表明，自支撑裂缝和支撑裂缝导流能力在有效应力5～20 MPa区间内呈指数型急剧下降(降幅超94%)，且流速超过某临界值后会因煤粉运移或支撑剂嵌入、返吐等导致导流能力严重损伤，表明需通过控压排采方式防控渗流通道导流能力损伤，综合多种方法确定返排阶段直井单层合理返排液量为20～23 m3/d，推广至水平井(以压裂10段为例)最大日产液量不超过230 m3/d；⑤ 综合数值模拟与动态监测，明确了大吉区块不同排采阶段的合理排采制度，定量确定了千米日产气量(日配产量)为4×104 ～5×104 m3/d，建议返排阶段、上产阶段、稳产阶段、递减阶段的压降速度分别控制在0.60、0.70、0.04、0.07 MPa/d阈值以内；⑥ 基于深部煤层(岩)气焖井与控压排采试验和模拟结果，构建了以“焖井扩散促解吸、控压稳流防闭合、调控促排提产量、精细管控延自喷、举升解堵保稳产、补能解吸控递减”为核心的“五步六阶段”新型全生命周期排采制度体系。理论指导应用大吉区块31口井，实践证实新试验井的产液、产气、压力等生产指标均显著优于同生产阶段“几乎未主动焖井+快速返排放产的生产井”，实际焖井时长7～10 d，返排阶段的返排率由20.0%提升至30.1%，投产时的初始井口压力由6.45 MPa提升至11.64 MPa，相比增幅80.5%，预测自喷稳产周期延长至400～500 d，单井EUR预计提升30% 以上。研究成果可为深部煤层(岩)气井排采制度优化、提升单井产量和提高采收率等提供科学理论依据。

• 煤岩气全域支撑压裂的几个关键问题与思考

  郭建春, 曾杰, 赵志红, 路千里, 周航宇, 任文希, 张涛, 刘彧轩, 张涛, 吴天宇,

  我国煤岩气资源丰富，水力压裂是有效开发煤岩气储层的关键工程技术。由于深层煤岩岩石力学特征、微构造、煤岩气赋存状态和产能控制因素等有别于中浅层煤储层且区块间储层差异大，当前压裂改造技术的适应性仍面临挑战，压裂改造技术创新是煤岩气高效开发的必由之路。首先结合煤岩气储层的地质特征，论述了由此带来的压裂改造技术难题。针对地质特征的特殊性和压裂技术难题，提出了“点解吸，线疏通，面促缝，体支撑”的基质孔缝—割理裂隙协同改造的高效开发理念，并根据其内涵梳理了以下关键问题：①压裂诱导基质孔隙结构和表面性质改造促解吸、渗吸置换以及吸附−游离多态甲烷协同高效供气；②激活割理裂隙，缩短气体扩散距离，疏导基质释放储量；③促进裂缝均匀扩展，“控近扩远”造“长缝网”，精准调控裂缝形态；④实现“多级缝宽与支撑剂粒径精准匹配、层理缝平面支撑、割理缝和主缝立体支撑”的煤岩储层压裂缝网全域支撑。结论认为：需要基于深层煤岩的赋存特征和生产特征，进一步研究裂缝参数和生产动态的关系，明确能够满足吸附气和游离气 “连续−协同”供气的裂缝参数，为裂缝调控和施工优化提供支撑。深入开展煤层水力裂缝网络扩展规律和裂缝扩展数值模拟技术研究，结合施工净压力双对数图版，实现煤岩气体积缝网的有效调控。采用前置高黏降滤失、造主缝，后置低黏造复杂缝实现“控近扩远”造“长缝网”。针对深层煤岩气压裂对裂缝网络体积和导流能力的更高要求，在有限砂液量下使裂缝体积最大化与流动能力最优化，是实现降本增效的有力途径。研发适用于深层煤岩的全域支撑压裂技术，实现“主缝+层理缝+割理缝”长效连通，提高裂缝有效支撑体积。通过多级裂缝、不同铺砂模式下的长效导流能力测试，优化不同支撑剂、纤维的组合模式和配比等。完善现有压裂液体系，探索减水、高砂比低成本压裂液和清洁促解吸剂。

• 煤系天然氦、氢战略性气体资源地质研究进展

  桑树勋, 何俊杰, 韩思杰, 刘世奇, 周效志, 皇凡生, 郑司建, 郭玉良,

  天然氦、氢战略性气体资源评价与勘探开发是国家的重大需求，煤系中天然氦气、氢气的赋存分布、成因、富集规律研究具有重要意义。系统梳理了国内外相关成果，综合分析了典型盆地的地质条件、战略性气体体积分数高异常分布特征及控制因素，针对松辽盆地徐家围子断陷、渤海湾盆地沾化凹陷与鄂尔多斯盆地东缘三交北等代表性实例开展了对比研究，总结阐释了煤系氦气、氢气的成因机理、赋存分布特征与富集模式。已有研究结果表明：① 煤系氦气、氢气资源具有多源供给和广域分布特征；煤系氦气以壳源辐射成因氦为主，具有“内源−外源”多源供氦特征；煤系氢气由有机质热解、水岩反应、深部脱气及微生物作用共同形成，松辽、鄂尔多斯、四川和准噶尔等含煤盆地普遍具有富铀源岩、良好储层和有效盖层等有利条件，具备氦、氢异常形成与富集的地质基础。② 富集过程受源−储−盖组合与断裂输导系统耦合控制，煤层和泥页岩既是储集层又可成为局部供源，厚泥岩、膏盐岩等为关键盖层，深大断裂在活跃期导通深部壳源或幔源气体，在构造稳定期形成封闭体系。③ 煤系氦气、氢气富集模式在不同盆地展现出供源强度、断裂输导能力、盖层封闭性和储层条件的差异化组合特征，以及盆地边缘构造带与盆内凹陷区的差异化聚气机理。④ 气体赋存状态多样，氦气以游离态为主，主要赋存于孔隙和裂隙中，并可少量溶解于地层水，氢气以游离、吸附和溶解状态并存，气体富集多见于向斜核部、断陷洼地和盖层发育区，构造稳定性和盖层完整性是保存与形成资源潜力的关键。

• 煤矿区煤层气“一井三用”抽采模式与关键技术

  李国富, 边强, 张碧川, 王争, 胡澎旺, 李超, 徐云, 周显俊, 张晋峰, 郑飞, 付军辉, 冯震,

  针对煤矿规划区地面超前预抽井在煤炭采掘引发覆岩运移致使其井筒失稳、报废率高等问题，研究基于煤矿区“四区联动”井上下联合抽采模式开展煤层气地面井“一井三用”抽采技术研发与示范，旨在实现同一地面井在采前预抽、采中协同抽采与采空区残余煤层气回收过程中的全生命周期，提高煤层气地面井井筒服役年限与抽采效率。依托晋能控股集团岳城矿高瓦斯厚煤层分层开采工程，选取该矿2301工作面地面预抽井为对象，开展覆岩运移与井筒响应协同研究，分析“一井三用”条件下地面井井身结构受力与抽采通道演化特征。基于采空区覆岩“横三区、竖三带”运移理论，揭示不同采动阶段井筒所处应力区段与潜在破坏部位，提出井筒局部防护与筛管段保护组合技术，形成由安全防护筛管及割缝套管组成的井筒防变形体系。结合上分层回采后覆岩移动与裂隙演化特征，构建地面预抽井改造再利用工艺流程。工程应用结果表明：将地面井布置于地表沉降拐点连线并适当偏向采场中心的位置，可有效规避采动核心影响区，保障井筒稳定性；通过在井口悬挂、并在覆岩裂隙带内布设割缝套管的改造方式，构建了“井筒－割缝套管－射孔套管－覆岩裂隙”四位一体的高效瓦斯运移通道；在上分层回采后，位于“O”形圈内、背斜构造处以及距回风巷0.2～0.4倍工作面倾向长度范围内的预抽井可实现“一井三用”。应用该技术，岳城矿改造地面井累计抽采煤层气5 856.5×104 m3，甲烷平均体积分数达51.1%，实现了采前预抽井向采中与采后抽采的功能延伸。通过“一井三用”，2301工作面上隅角瓦斯浓度最大值由0.77%降至0.45%，最小值由0.22%降至0.06%，平均浓度由0.34%降至0.25%，上隅角瓦斯超限现象得到了有效控制，为岳城矿的安全生产与瓦斯减排提供了技术支撑。研究形成的“一井三用”抽采模式与井筒保护—通道构建一体化技术，为高瓦斯矿区地面井多阶段连续利用和煤—气协同开发提供了可借鉴的技术思路。

• 不同煤阶热压型煤的孔隙结构及其力学与渗流特性

  许江, 彭守建, 王旭, 贾立, 韩后琴, 王忠晖, 甘青青,

  为解决物理相似模拟试验用型煤强度及渗透性与原煤差异较大的问题，探究不同煤阶煤样热压成型后的孔隙结构、力学与渗流特性，揭示煤阶对热压型煤性能的影响机理，采用自主研发的热压型煤成型系统，制备了4种不同煤阶的热压型煤试样，基于高压压汞与低压液氮吸附试验，系统表征并对比了热压型煤与原煤的孔隙结构异同；通过开展单轴压缩与三轴渗流试验，分析了煤阶对热压型煤力学与渗流特性的影响规律；综合获取的关键参数，应用基于欧式距离的相似性度量方法，定量评估了热压型煤与原煤的相似程度。结果表明：在孔隙结构方面，随着煤阶升高热压型煤的最可几孔径先增大后减小，孔隙连通性先增强后减弱；在力学与渗流特性方面，随着煤阶升高，热压型煤的单轴抗压强度及弹性模量逐渐减小，初始渗透率先增大后减小；相似性分析表明，褐煤热压型煤与其原煤的相似度最高，其最可几孔径为原煤的0.8倍，单轴抗压强度达13.04 MPa，弹性模量为其原煤的1.012倍，主应力差峰值为原煤的0.98倍，初始渗透率为其原煤的1.3倍，其余煤阶热压型煤与相应原煤仍存在一定差距。然而，与常规冷压型煤相比，所有煤阶热压型煤的强度皆有所提升，渗透率也均有所减小，且该改性效果随煤阶升高而逐渐减弱，说明煤阶是影响热压型煤性能改善效果的关键因素。

• ScCO2作用下含水性对煤化学组成和结构的影响

  张小东, 孙泽源, 张瑜, 张硕, 李勇, 杜志刚,

  深部煤层封存CO2过程中，CO2常处于超临界状态(ScCO2)，与水、煤存在复杂的物理化学反应，促使煤的化学组成和结构发生变化，进而影响CO2地质封存的效果。为研究不同含水条件下ScCO2对煤化学组成和结构的影响，以焦煤为研究对象，开展了不同含水率下ScCO2−煤反应试验，对比反应前后煤的化学组成和结构的差异，探讨含水性对ScCO2−煤反应的影响机制。结果表明：ScCO2对煤中碳酸盐矿物溶解性较强，其次是黏土矿物，随含水率增大，反应残余煤中碳酸盐矿物的质量分数先增后减；较大含水率时，ScCO2与煤中碳酸盐矿物的反应强于黏土矿物，故碳酸盐矿物减少更为显著。ScCO2与H2O对煤化学结构中含氧官能团的影响较大，而对芳香烃、脂肪烃的影响较小；ScCO2导致煤中含氧官能团含量降低，随水分增加，富氧指数(I2)显著增大，而富氢指数(I1)、芳香度(I3)和缩聚度(I4)变化较小。ScCO2的溶胀作用，使芳香层间距(d002)增大，同时延展度(La)、芳香层数(Nc)、芳碳率(fa')和脂碳率(fal)均减小；随水分增加，d002、La和fa'先增后减，Lc、Nc和fal的变化趋势则相反。水分在一定程度上可提升ScCO2对煤低分子化合物的萃取效果，促进煤芳香结构无序化，但随水分含量进一步增大，水分将会阻止CO2进入煤体，煤中碳酸盐矿物先一步与ScCO2反应，进而弱化ScCO2对煤有机质的萃取效应，表现为空气干燥基态时ScCO2对煤有机质的溶出量和化学结构破坏的影响更明显，饱水态时矿物质的溶蚀更显著。

• 深部特殊空间探测−评价−利用技术研究进展

  杨科, 袁亮, 王同, 易晓峰, 张乐乐, 刘凯, 黄艳利, 熊清蓉, 贾云中, 王同涛, 韩家章,

  以关闭矿井地下空间、盐穴、孔隙性含水层、深部不可采煤层为代表的深部特殊空间安全高效开发是保障国家深部资源能源安全的重要途径和重大战略需求。聚焦深部特殊空间探测−评价−利用中瓶颈背后的科技难题，系统梳理深部特殊空间探测、评价、利用研究现状，凝练构建深部特殊空间探测−评价−利用亟待突破的关键技术体系。研究结果表明：高精度探测与反演建模是实现深部特殊空间利用的前提；深部空间结构形态与灾害的精准探测与智能判识技术处于从单项突破向系统集成转变的阶段，但复杂环境适应性仍是主要挑战。多场多资源动态识别并科学评价开发潜力，是深地空间开发利用的核心挑战；机器学习与智能算法在深部地下空间评价与利用中正引发技术范式变革。矿山地下空间资源化、能源化、功能化再利用已成为推动资源型城市转型、实现“双碳”目标的关键路径；评价模型、适配体系、技术体系缺失，再利用案例较少是标准制定的最大障碍。深部煤层CO2地质封存、盐穴储氢、沉渣扩容与压缩空气储能、含水层储气、废弃巷硐物理储能是现阶段深部特殊空间的主要利用方式，但缺乏系统性、权威性的国家标准/行业标准，示范工程建设处于起步阶段。突破“精准探测与封存空间精细表征”“多资源多物理场动态智能识别评估”“矿山地下空间再利用全场景智能监测与安全保障”“深部煤层 CO2存储全生命周期安全监测与检测”“多场扰动下深部地下空间物理储能动态密封性评价”五大技术体系，可为国家深地战略实施提供科技支撑。

• 深部煤炭地下气化产物调控与气化腔封存CO2的研究进展及主要挑战

  秦波涛, 李怀展, 申建, 冯乐乐, 董脉帆,

  煤炭地下气化(UCG)是将地下煤炭通过可控燃烧原位转化为可燃气体(H2、CH4、CO等)的化学采矿方法，是深部煤炭资源实现清洁高效利用的重要技术手段。煤炭地下气化结束后会形成大量气化腔，是实现二氧化碳地质封存的优质天然空间。然而，目前煤炭地下气化存在反应过程控制难、产气品质和稳定性差、气化腔稳定性难以保证、盖层长效密封性不佳等问题，制约了该技术的推广应用。论文聚焦深部煤炭地下气化耦合二氧化碳封存(UCG−CCS)的发展前景，系统地梳理了三方面的国内外研究进展：一是地下气化产物生成规律与调控方法；二是多场耦合条件下气化腔三维演化特征；三是气化腔封存CO2热烧变围岩密封性动态演化机制。在此基础上，凝练出了目前需要迫切解决的3个核心科学难题：① 原生致密煤体热质输运条件下高效产气调控机制不清；② 多场耦合条件下煤炭地下气化腔围岩次生弱面形成机制不明；③ 化学−力学耦合作用下气化腔密封性动态演化机制不清。进而，总结了UCG−CCS面临的三大关键挑战：如何实现煤炭地下气化长期稳定高效产气、如何实现高采出率条件下气化腔结构稳定性控制、以及如何实现煤炭地下气化腔CO2长效安全封存。最后，展望了未来研究的攻关方向，为实现深部煤炭资源的清洁高效开发利用与二氧化碳的长效安全封存提供参考。

• 循环流化床锅炉发电机组与垃圾、污水处理一体化耦合能效分析

  李建锋, 张少杰, 周子渊, 马倩倩,

  为降低燃煤发电过程中的CO2排放、水资源消耗，提高垃圾焚烧发电效率，同时提高采用生物法处理污水时的速度和效率，提出将垃圾、污水处理与循环流化床发电机组相结合的耦合系统。在循环流化床锅炉机组旁边分别建设厌氧发酵、生活和工业污水处理系统，其中厌氧发酵系统用于处理食品工业及农林畜牧等行业废弃物；生活和工业污水处理系统则分别用于处理生活污水和工业污水，发酵及污水处理过程中需要的热量来源于汽轮机低温抽汽或排汽余热。发酵产生的沼气耦合燃煤机组发电，沼渣用于生产有机肥料，生活污泥可与燃煤在流化床锅炉内混烧，工业污泥可根据其成分选择入炉混烧或无害化处理。不适合发酵降解的可燃垃圾经过预处理后直接送入流化床锅炉与燃煤进行混烧。对某2×350 MW超临界循环流化床机组耦合垃圾焚烧与污水处理系统后的项目进行了能效计算、应用场景以及收益分析，结果表明：对于人口规模达100万的城市，年生活垃圾焚烧可减少机组标煤消耗11.59万～19.32万 t，减少二氧化碳排放30.83万～51.39万t；在沼气利用方面，可与燃煤在炉内直接混烧发电，或利用燃机与燃煤机组进行排烟耦合或蒸汽耦合发电。随着燃机容量的增大，耦合系统的发电效率不断提高，同等条件下，排烟耦合的效率高于蒸汽耦合。该耦合系统还具有节约水资源、降低发酵设施建设成本、节约土地及总投资以及申请财政补贴等多方面收益。综上，循环流化床机组耦合垃圾焚烧、污水处理系统后环境及社会效益显著，尽管该种方式可能面临跨行业、跨部门等现实困难，但仍然值得进一步研究，特别是在新城区的规划建设方面，更具实施潜力。

• 240 t/h循环流化床锅炉超低负荷试验研究

  朱建国, 韩会忠, 吕清刚, 刘敬樟, 李栋, 李怀坡,

  循环流化床锅炉在超低负荷运行时，存在煤耗高、主汽温度低和NOx排放值无法满足50 mg/m3以下环保限值的技术瓶颈，严重制约了循环流化床锅炉的深度灵活调峰应用。在1台240 t/h高温高压循环流化床锅炉的炉膛两侧墙，各耦合了1支24 MW煤粉流态化自预热器，通过循环流化床主炉膛给粒煤和预热器给粉耦合燃烧方式，提升循环流化床低负荷燃烧的炉膛上部温度，并利用预热燃料还原循环流化床密相区已生成NOx的技术思路，破解循环流化床锅炉低负荷燃烧的技术难题。结果表明：煤粉自预热温度达到800 ℃以上，实现了锅炉负荷25%(预热给粉15%+主炉膛给煤10%)和锅炉负荷20%(预热给粉10%+主炉膛给煤10%)的稳定运行，且在超低负荷下，仅通过炉内喷氨，NOx原始排放分别为38.2和47.5 mg/m3，均达到了超低NOx排放标准，锅炉热效率分别为91.52%和91.09%。锅炉负荷25%和20%时，循环流化床主炉膛密相区温度均高于750 ℃，且锅炉负荷25%时，主炉膛出口温度达到670 ℃，形成了循环流化床锅炉超低负荷稳定、高效、清洁燃烧的技术方案和运行方式。试验研究结果为循环流化床锅炉深度灵活调峰技术研发和工程应用提供了重要支撑。

• 细粒煤高效干法分选研究进展与展望

  段晨龙, 徐扬帆, 张博, 董良, 周恩会, 王维楠, 潘淼, 周晨阳,

  煤炭是我国的主体能源，是保障我国能源安全的压舱石和稳定器。我国 2/3 以上的煤炭分布在干旱缺水地区，低品质煤约占全国煤炭储量的40%。随着综合机械化采煤技术的大范围推广应用，细粒煤( < 6 mm)的产量达到了原煤的40%以上，≥6 mm粗粒煤的干法分选技术已在许多矿区实现稳定工业应用，但是针对 < 6 mm细粒煤的干法分选分选精度有限。同时，原煤开采过程中的水力致裂、喷水降尘等导致开采出的原煤水分较高，达到15%以上，颗粒间易团聚。亟需开展潮湿低品质细粒煤高效干法分选理论与技术的研究。研究聚焦于已实现工业应用的气固流态化分选、振动−气流协同分选技术提质瓶颈，依据其在潮湿低品质细粒煤工况下的流态响应、界面形成机制及装备适应性等研究现状，归纳了“气固流态化分选密度离析调控与跨尺度流动耦合机制”“振动−气流协同分选低品质细粒煤稳定力场的可控构建”“颗粒−水分−热力非均衡耦合脱水热质传递机制”等关键科学问题，梳理了微细加重质气固分选流态化、振动−气流协同分选、流化床干燥与蒸汽瞬态闪蒸技术等方面的试验研究、数值模拟与理论模型工作，针对微细加重质气固流化床，汇总了床层膨胀、压力波动、气泡动力学、电容层析成像 (Electrical Capacitance Tomography，ECT) 等表征结果及相应的流型判据、密度调控关联式与非稳定性定量指标；针对振动−气流协同分选，归纳了床层振动加速度响应、团涌结构演化、颗粒三维动力学与界面形成规律，以及高频振动配合梯级布风的参数组合特征；针对干燥过程，整理了含湿颗粒液桥力学、振动−气流耦合下的传热传质规律和基于非平衡态热力学的干燥动力学模型，以及饱和蒸汽加压−瞬时释压闪蒸工艺的能量分布与水分迁移特征。在上述研究基础上，将干燥脱水、干筛分级与干法分选等环节进行过程重组，总结并讨论了面向 < 6 mm细粒煤的“干燥−干筛−干选”联合提质工艺思路：通过适度脱水削弱液桥黏附，利用干筛构建窄粒级物料体系，再结合气固流化床或振动−气流协同装备实现干法分选，以拓展干法提质的适用煤种与粒度范围。总体而言，现有研究在跨尺度耦合机理、流态稳定性定量表征与干燥−分选一体化设计方面已形成一定基础，但在复杂工况下的多场耦合建模、智能监测与自适应控制、与余热利用和减碳目标的协同耦合等方面仍有待进一步探索。研究可为后续细粒煤高效干法提质理论研究和工艺优化提供参考。

• 两级溶剂分次萃取研究神东煤中可溶小分子的溶出行为

  王淑军, 钱姿谭, 韩新杰, 李秀峰, 张矗, 沈中菊, 秦志宏,

  为进一步深入理解煤中小分子的组成结构、赋存方式对其溶出行为及溶出规律的影响，以及小分子溶出后对煤体孔隙结构可能产生的变化，采用石油醚和CS2 2种溶剂对神东煤进行分级分次索氏萃取，并分别对萃取物进行FTIR分析，对萃余物进行孔结构表征。结果表明：累积萃取率与萃取时间关系曲线可较清晰地反映游离态、微孔嵌入态和网络嵌入态3种赋存形态的小分子在不同溶剂中依次溶出的阶段；CS2溶剂渗透性强、溶解性大，对煤中脂肪类和芳香类物质均有效，而石油醚溶剂主要作用于脂肪类物质；对于解离网络嵌入态小分子，CS2溶剂比石油醚溶剂更有效；对于游离态小分子，石油醚溶剂优先溶解具有长侧链结构或长链脂肪烃类小分子，随后CS2溶剂溶解短侧链结构的小分子；对于微孔嵌入态小分子，CS2溶剂优先溶出多环芳烃，随后是多环、两环及单环结构小分子伴生共溶；对于网络嵌入态小分子，石油醚因难以渗入而不能有效解离，CS2溶剂则先解离短侧链结构，经长时间后才能解离长侧链结构或长链脂肪烃；氢键缔合的—OH(—NH)及酚类结构与脂肪族结构基本不存在相伴共生关系；一般只有在脂肪族结构被大量溶出后，氢键缔合的—OH(—NH)及酚类结构才能顺利溶出；溶剂萃取过程中因存在多种效应，孔径演化过程变得十分复杂，但总体上萃余煤总孔容随脂肪族小分子溶出量减少(芳香族小分子溶出量增加)而增大。

• 富油煤原位热解安全预控基础理论与技术研究进展

  罗振敏, 周尚勇, 王双明, 周安宁, 王涛, 苏彬, 李睿康, 孟凡东, 李一鸣, 王佳璇, 张利冬, 杨曦, 吴刚,

  在全球能源危机愈演愈烈的大背景下，立足增加国内油气供给的国家能源安全战略需求，富油煤原位热解技术在我国受到空前的重视，该技术具有污染少、扰动小、规模化潜力高的特点。然而，钻井式富油煤原位热解过程的高度不可视性、人员不可抵近性以及复杂的地下反应条件给煤炭安全生产带来了新的挑战，是富油煤原位热解技术推广应用中不得不考虑的重要因素。充分掌握油气产出特征及其燃爆特性、原位热解反应调控机制、热解过程裂隙扩展规律及油气运移机制、富油煤原位热解环境影响及其防控技术是保障富油煤原位热解稳定运行和安全风险防控的重要基础。但目前还存在富油煤原位热解油气产出特征及其燃爆风险不明确、原位热解区域热量传递规律及输运模型不完善、多场耦合作用下油气产物迁移规律尚未明晰的问题。在完善上述理论的基础上，开发兼具防止油气外逸和上覆岩体增稳功能的裂隙封堵材料、探索不连续裂隙空间封堵工艺、研发热解反应腔体的屏蔽隔离技术、发展空−天−地一体化多维度监测体系和高效数据汇集处理系统、建立智能化与自动化富油煤原位热解反应控制体系，可为富油煤原位热解技术推广应用提供安全保障。尽管世界各国都已开展了相关理论、技术及装备的研究和探索，但仍未能满足富油煤原位热解过程安全预控的需求。

• 煤矿智能化开采协同控制理论与关键技术研究及应用

  范京道, 闫振国, 李川, 黄玉鑫, 杨明, 黄克军, 宋岳,

  针对煤矿智能化开采中作业环境感知不足、智能装备适应性较差、协同作业能力有限等导致的“智”与“能”无法相互支撑，存在“智而不能，能而不智”的难题，深入探讨了煤矿智能化开采协同控制理论与技术应用。基于三元空间融合理论(HPC)，以第二生产空间为视角，明确了智能化开采的基本特征，构建了智能化开采协同控制原理，分析了多智能体特性，明晰了包含任务分配、路径规划、资源优化3方面的数据驱动多智能体协同控制策略；深入剖析了智能化开采协同控制的“环境预感知−工艺自匹配−装备自组织”等关键技术，具体涉及基于图神经网络算法的多元环境感知融合分析技术、基于自组织映射算法的作业自匹配与精准控制技术、基于大规模图计算的采煤装备自组织多目标协同控制技术，实现了对环境、工艺及装备的多元感知融合、作业参数自适应调整、作业匹配智能决策与作业单元智能精准控制，确保了采煤活动的高效连通及作业环境的自适应。相关技术在黄陵矿区工作面智能化综采和延长矿业巴拉素煤矿基于5G技术的智能化开采中进行了工程实践，显著提升了采煤作业的智能化水平，优化了资源配置，突破了“远程控、自动采、有人巡、无人守”的智能生产模式，为煤矿智能化开采协同控制提供了理论指导与实践参考。

• 基于数字孪生的矿井辅助运输机器人动态调度策略

  寇子明, 王国荣, 邓海顺, 黄志祥, 闫宣宣,

  矿井辅助运输物资调度是煤矿安全高效生产的重要环节。煤矿运输环境复杂、事故多发、物资需求分布广泛，主要依靠人工排班，车辆调度难度大、信息透明程度低，已成为煤矿智能化建设的重要方向。随着辅助运输机器人的研发与应用，物资配送逐步实现连续运输，正朝智能调度方向推进。针对矿井辅助运输物资调度问题，将其映射为自动化码头水平运输，提出一种基于数字孪生的辅助运输机器人集中式动态调度方法。以辅助运输机器人最大运输时间最小和运行路径无冲突为目标，考虑机器人续航、载荷、故障等约束，建立任务均衡分配与路径无冲突规划两阶段调度模型，并设计文化遗传算法和带时间窗的Dijkstra算法组成双层算法对模型进行求解。调度方案经孪生系统仿真验证后，由调度系统集中控制运输机器人与固定设备共同完成调度任务。以贵州某矿井实际辅助运输为研究背景，设计并开发辅助运输数字孪生系统，经虚实一致性验证后，对所提模型与算法进行仿真分析与试验测试。结果表明：辅助运输机器人动态调度策略能够合理分配调度任务，检测和消解机器人冲突，任务分配均衡率达到94.5%；分析订单数、车辆数、区段利用率等因素与运输机器人调度的关系，提高机器人利用率，优化井下资源配置；相比人工调度，动态调度策略规划的订单最大完工时间减少了34.4%、抗扰动稳定性达到了98.3%，机器人设备利用率达到92.79%，验证了所提模型与算法在规避井下机器人运行冲突与抗干扰调度的有效性，显著提高辅助运输机器人的调度效率。

• 采煤机滚筒截割煤岩载荷谱综合与幅值序列数字化方法

  刘春生, 程硕, 任春平, 王磊, 刘若涵, 刘延婷, 李德根,

  采煤机工作条件存在强随机复杂多变因素，其全寿命周期历程的随机性载荷谱获取与离散序列处理，以及全域载荷谱综合数字化是高端装备可靠性设计分析及其疲劳寿命预测的关键基础工程技术共性问题。构建采煤机传感器与检测量、检测量与特征量的关联度矩阵，采用综合关联度矩阵行列系数叠加处理，给出传感器与特征量的综合关联度和重要度，提出了多传感器信息检测过程中特征量关联度定量评价方法；综合考虑滚筒参数、采煤机工作参数、煤岩性质及分布参数，提出载荷谱纵向幅值和横向时程累计归一化算法与滚筒截割煤岩分段和全域载荷谱比例综合方法，给出截割电机电流、摇臂振动和调高液压缸压力信息融合算法与近似估算比例系数算法等；建立滚筒截割煤岩的瞬时载荷模型与载荷谱随机分布叠加算法，将单截齿截割煤岩实验载荷谱与理论模型相结合，获取滚筒截割煤岩分段理论载荷谱，并通过自适应权重EMD-IECM载荷谱最优降噪光滑算法处理含噪声信息的数值模拟和实验载荷谱，给出滚筒截割煤岩分段载荷谱幅值分级累计时程占比统计算法，提出了全域载荷谱综合数字化方法。结果表明：截割载荷和煤岩强度与各传感器检测信息关联度较显著，振动传感器、电流传感器和压力传感器检测信息更能反映出截割特征量和截割状态；自适应权重EMD-IECM载荷谱最优降噪光滑算法，可依据数据本身自动调整指标权重，获得相似性与光滑性达到均衡状态的重构载荷谱；通过实例应用获知全域载荷谱的幅值分级累计时程占比呈现正态分布规律，符合工程实际情况，验证了滚筒截割煤岩全域载荷谱综合与数字化方法的有效性和完整性。

• 基于深度相机与双能X射线双模态数据融合的煤矸识别和密度预测

  郭永存, 骆启生, 王爽, 李德永, 何磊,

  为削弱DE-XRT(Dual Energy X-Ray Transmission)系统的厚度效应，实现宽厚度范围内煤矸的精准识别和密度预测，深入总结了DE-XRT的成像原理，并在数据层面上融合了深度相机和DE-XRT。依据煤矸目标尺寸和区域相似性，针对性分区DE-XRT图像和厚度图像，并通过将单像素扩展为多像素集合的方式，实现2类信息更加准确、高效地利用。进一步地，以各分区对应的X射线信息与厚度信息作为依据，利用射线能量衰减公式计算融合信息，并将各分区的融合信息统计为分块矩阵。通过分块矩阵和DE-XRT图像提取多维异构特征，结合Relief特征选择算法及GA(Genetic Algorithm)优化后的SVM(Support Vector Machine)分类器构建了一种适应性强的预识别模型。此外，通过对分块矩阵的变换计算和对大规模样本的统计分析，获取了各密度级煤的模糊区间，并构建了一种基于模糊区间的密度预测模型。该模型充分考虑了使用单一公式计算不同密度级煤的影响，通过建立模糊区间将煤密度的预测问题拆分成多个密度级的预测问题。同时，以待预测目标与区间下限的偏离度表征其与下限密度级的接近程度。试验结果表明：在处理煤密度范围为1.30～1.80 g/cm3、矸石密度范围为>1.80 g/cm3、平均厚度范围为5～100 mm的数据集时，预识别模型的精确率Pre和F1分别为97.522%和0.962。相比现有X射线算法、灰度纹理法及深度学习算法，Pre、F1分别至少提高6.433%和2.888%。密度预测模型的平均误差不超过5.882%，且46.993%的目标预测误差小于4%，93.233%的目标误差小于10%。所提模型可有效减少厚度效应对分选系统的影响，提高宽厚度范围内煤矸的识别和密度预测精度，为智能光电煤矸分选技术研发提供了理论依据。

• 选矸机器人柔顺机械抓手机构设计及抓取控制

  陈凯云, 赵文雅, 张琛阳, 龚范康,

  机械抓手是智能选矸机器人实现煤矸分选的关键。在煤矸智能分选过程中，存在矸石粒度差异大、表面湿滑，动态抓取冲击力大、长时间连续作业机械疲劳等问题，导致煤矸综合分选率低。针对上述问题，采用被动柔顺机构与主动柔顺控制相结合的方法，设计了一种新型的柔顺机械抓手。首先，分析选矸机器人分选流程，基于矸石运动学特征及物理特性，提出具有被动柔顺机构的机械抓手方案。采用柔性传动元件替代传统刚性结构，在爪片接触面设置橡胶缓冲垫片，并集成万向球螺柱、扭簧与包胶轴承构建多级缓冲体系。通过优化机械抓手结构参数，进一步提高机械抓手系统刚度，延长其使用寿命，增强其抓取稳定性。其次，基于力、位移和速度等多源实时反馈数据，集成导纳−阻抗混合控制器，实现矸石抓取过程中的自适应柔顺控制。最后，通过搭建视觉识别定位系统获取矸石位置和粒度参数，设计多变量矸石分选试验：选取3类材质、3种粒度等级的样本开展50组对比试验，测试柔顺机械抓手的抓取性能，验证柔顺抓取控制算法的有效性。试验表明：设计的柔顺机械抓手能够适应较大的矸石粒度范围，降低动态抓取冲击力，减少机械损耗，提高矸石抓取可靠性，矸石综合分选率达94%。结果表明：柔顺机械抓手机械机构设计合理，基于参数优化的机械抓手刚度提升方法可行，基于导纳−阻抗混合控制的柔顺抓取控制算法有效。研究成果将为提升选矸机器人综合分选率和延长机械抓手使用寿命提供技术支撑。