矿业安全与环保杂志

矿业安全与环保杂志2025年第3期

• 采煤工作面图像超分辨率技术研究

  马英, 雷声

  受煤矿井下不均匀光照及煤尘、水雾等因素影响，井下采煤工作面图像采集往往存在分辨率低、细节缺失、纹理清晰度差等问题，给工作面远程监控、机器视觉等技术的应用带来诸多不利影响。提出了一种基于残差混合注意力机制的超分辨率生成对抗网络模型：在生成器的特征提取过程中加入残差块，提升网络深度和学习效果；引入通道注意力与空间注意力机制，提升对图像边缘纹理特征和局部细节的恢复效果；优化损失函数，保留重建图像细节纹理，提升主观质量；通过判别器识别生成器重建图像，实现生成器与判别器的对抗训练，在小样本数据集上优化模型效果。试验证明了该模型在矿井采煤工作面图像超分辨率方面的有效性：所提出的模型算法相较现有主流算法在矿井采煤工作面设备图像数据集的4倍缩放上实现了明显效果提升，峰值信噪比(PSNR)平均提升8.57%，结构相似度(SSIM)平均提升1.43%。

• 安全智能化体系与矿山智能安全总体解决方案

  崔铁军, 李莎莎, 王鑫阳

  针对矿山安全智能化面临的理论与技术挑战，构建了安全智能化体系及矿山智能安全总体解决方案。首先，分析了安全智能化的核心问题，指出缺乏适应智能环境的安全理论是根本矛盾; 然后，建立了5层安全智能化体系，涵盖理论、方法、技术、装备与系统，强调通过系统故障演化理论(把握总体趋势)与语言大模型(分析细节关联)融合构建智能安全理论，并通过数据流贯穿现场装备、信息平台与核心系统; 最后，针对矿山自然灾害、设备故障和人因事故3条主线，设计了包含理论层(系统故障演化理论与大模型)、技术层(智能装备与信息系统)的总体解决方案，实现数据采集、态势感知、决策协同的闭环管理。为矿山安全智能化提供了从理论到应用的完整框架，强调智能理论与安全原理的深度耦合是实现矿山安全的关键。

• 以孔代巷瓦斯治理技术体系研究与工程实践

  陶云奇, 寇建新, 张鹏伟, 雷聪

  为提高煤层瓦斯治理的效率与效果，实现煤矿瓦斯治理由“治得住”向“治得好、治得快、治得省”的转变，采用理论分析、室内实验、现场实践等方法，总结了以孔代巷瓦斯治理技术体系及应用效果，阐明了以孔代巷瓦斯治理技术涵义，划分了5种以孔代巷瓦斯治理技术类型，提出了5种技术类型选用时的适用条件，明确了5种技术类型现场技术实施要求及其关键技术参数，形成了相对完善的以孔代巷瓦斯治理技术体系。现场工程实践表明，利用以孔代巷瓦斯治理技术，可实现区域突出危险性预测、区域防突措施实施、工作面采动卸压和邻近层瓦斯拦截抽采等目标，进一步验证了以孔代巷瓦斯治理技术体系的可行性与可操作性。研究成果可为以孔代巷瓦斯治理技术在现场的应用推广提供支持与借鉴。

• 预制裂隙对坚硬砂岩力学特征的弱化效应试验研究

  张玉军, 李友伟, 肖杰, 张志巍, 李嘉伟

  为研究预制裂隙对坚硬岩石力学特征和破坏特征的影响规律，采用实验室试验和数值模拟相结合的方法，对不同裂隙长度、角度的坚硬砂岩试样开展单轴压缩试验。从应力—应变、裂隙扩展形态及数量演化、声发射特征等角度分析，揭示预制裂隙对坚硬岩石的弱化效应。研究结果表明：不同裂隙形态对坚硬砂岩强度弱化程度不同，随着裂隙角度的增大砂岩力学强度先降低后升高，随着裂隙长度的增加砂岩力学强度逐渐降低，裂隙长度越长或角度越接近45.0°，更易发生剪切破坏；裂隙尖端易形成应力集中，并衍生出翼裂隙和次生裂隙，从而改变完整岩石的劈裂破坏模式，降低了岩石瞬间破坏的剧烈程度；在裂隙对坚硬岩石弱化规律方面，数值模拟结果与实验室试验结果具有良好的一致性，基于损伤变量计算公式，定量分析了预制裂隙对坚硬岩石强度的弱化改性效应。

• 煤矿井下定向钻杆声波特性研究

  闫保永, 曹柳, 王国震, 张晓泽

  声波传输技术具有信道稳定、传输速度快、不依赖其他传输介质等优点，是未来煤矿井下随钻测量技术的重要发展方向。基于连续钻柱波动方程，采用传递矩阵法对当前煤矿井下使用的不同结构定向钻杆声透射性能进行研究：以不同钻杆长度L、接头长度2l+b、钻杆壁厚R0-r、接头壁厚R0-R1，以及钻杆级联数量N为参数构建频率响应特性计算参数矩阵，搭建钻柱声透射试验平台进行验证，共分析了1 215种参数组合的钻柱频谱特性。研究结果表明：①组成周期性钻柱的单根钻杆长短对信号的通带影响较大，随着单根钻杆长度的增长，钻柱通带变窄，阻带变宽，钻柱通带周期变短；②随着接头长度的增长，计算周期内通带变窄，阻带变宽，影响钻柱信号传递；③直管段壁厚对钻柱信道的影响主要在于截面积的突变情况，随着直管段截面积与接头段截面积比值的增大，钻柱的透射系数波动减小，单一通带内透射系数更为平稳，此时更适合信号传输。

• 基于矿井风流运动特征的逸散粉尘喷雾除尘研究

  李刚, 姜伯洋, 胡方强, 马涛, 郭立稳

  深部矿产资源机械化、规模化开采导致工作面产尘量显著增大，矿井粉尘逸散问题日益严峻。为解决现有降尘措施控尘效果不理想问题，改善工作面作业环境，开展了基于工作面风流运动特征的巷道逸散粉尘喷雾除尘性能研究。分析工作面风流运动特征及粉尘运移规律；综合分析雾化喷嘴宏观喷雾特性并进行喷嘴优选；搭建相似实验模型对喷雾降尘性能参数进行优化。研究结果表明：工作面地质构造会影响风流运动特征，而风流运动特征是决定粉尘颗粒运移路径的关键因素；在测试的5种喷嘴中，空心锥喷嘴在射程、流量及雾化角等参数方面均表现出最优的控除尘性能；在喷嘴布置方式方面，逆向喷雾捕捉粉尘效果更好，当布置角度为120°时，出口处粉尘质量浓度可降至22.7 mg/m3，达到最佳降尘效果。

• 奥陶系峰峰组顶部碳酸盐岩隔水性能研究

  梁庆华, 赵耀华, 曹建军, 朱海坤, 孙文雨, 王春源, 李文鑫

  为实现深部煤炭资源的带压安全开采，基于晋南部分矿区奥陶系灰岩顶部具有显著阻水特性的地质特征，采取增加煤层底板隔水层厚度的技术方案成为奥陶系灰岩水害防治的重要突破口。以王家岭煤矿奥陶系灰岩顶部作为研究对象，采用力学性能测试、扫描电镜、压汞试验、渗透性测试等方法，研究其隔水性能。研究结果表明：王家岭煤矿峰峰组地层顶部0~20 m内，岩石单轴抗压强度为37.32~63.34 MPa，岩石渗透率为1.21×10-5~9.92×10-4 μm2，岩石渗透系数为1.16×10-8~5.99×10-7 cm/s，岩石单轴抗压强度高，孔隙之间连通性差，孔隙发育程度较低，渗透性能较差，渗透等级属于极微透水类型，该岩层可作为相对隔水层加以利用。

• 三进一回Y型通风下瓦斯动态演化规律及风量二次规划研究

  梁运培, 郭亚博, 李全贵, 孙万杰, 李赏, 郑梦浩, 王程成

  为了研究三进一回Y型通风工作面及采空区瓦斯的动态演化规律，探索进风巷风量最优配比，以山西某矿31002工作面为研究对象建立多孔介质模型，基于Fluent实现工作面及采空区的瓦斯流场数值模拟。分析了三进一回Y型通风瓦斯流场中瓦斯浓度、气体压力、风流的基本分布规律，以及3条进风巷不同风量配比下瓦斯浓度的演化规律。通过模拟生成30组样本数据，拟合后生成风量与上隅角瓦斯浓度之间的多元非线性回归函数关系式，根据数值模拟的先验规律对目标函数进行二次规划求解，最终得到最优的风量配比。研究表明：进风巷2、3位置接近，靠近工作面区域会出现涡流，在一定程度上会导致瓦斯富集；当进风巷1的风量大于其余2条进风巷风量之和时，瓦斯富集区域主要集中于沿工作面长度约90 m处至上隅角区域，采空区靠近工作面处瓦斯浓度富集区域为90~220 m，改变进风巷2、3之间的风量配比后瓦斯浓度平均下降约0.19%；目标函数在先验规律约束下，得出3条进风巷最优风量配比为1.08∶1.23∶1.23。研究结果为工作面瓦斯超限治理、矿井瓦斯灾害防治提供了理论支撑。

• 井下顺层多分支定向长钻孔瓦斯抽采特性研究

  王振, 申凯, 林桂玲

  煤矿井下顺层定向钻孔“大孔深、带分支”的特点使其瓦斯抽采特性与普通钻孔存在差异。通过数值模拟分析了试验矿井预抽钻孔有效影响范围随时间的变化特征，并结合矿井实际确定试验定向钻孔布置间距为5 m；设置了1个分支和2个分支2组扇形布置的试验定向钻孔组并实测抽采瓦斯纯流量，实测结果表明，试验定向钻孔抽采瓦斯纯流量随时间呈现“快速降低—较快升高—缓慢衰减”的变化趋势，抽采阶段可划分为“U”形波动期和稳定衰减期，在2个阶段抽采瓦斯纯流量与时间之间的关系分别符合三次多项式和负指数函数关系。通过实测抽采效果对比发现，“U”形波动—稳定衰减模型在预测定向钻孔抽采瓦斯总量和残余瓦斯含量时的误差均比负指数衰减模型小，更适用于定向钻孔瓦斯抽采效果预测与工程设计。

• 末端开敞刚柔障碍物混合环境下瓦斯燃爆特性研究

  程国建

  煤矿巷道瓦斯爆炸事故极易受场域内设施布局和结构特征的诱导而呈现显著差异，一直是防灾减灾工作的难点。利用刚性障碍物和柔性障碍物表征巷道内的固定和非固定设施，探究管道右端开敞刚柔障碍物混合环境下的瓦斯燃爆特性。基于瓦斯爆炸实验平台，将刚性障碍物、柔性障碍物分别置于距离点火端40、50 cm处，设定刚性障碍物阻塞率为0.4、柔性障碍物阻塞率分别为0.2、0.4、0.6，开展管道右端闭口和敞口环境下的火焰传播过程、火焰耗散行为，以及爆炸压力演化过程等实验研究。实验结果表明：敞口环境下的最大火焰速度以柔性障碍物阻塞率0.4时最大，较闭口环境下的火焰速度增幅可达746.07%；刚柔障碍物混合环境下右端敞口时呈现出2个压力峰值现象，第一压力峰值达到后线性下降至最大负压，并呈现出低频、高幅、振荡增加效应形成第二压力峰值；第一压力峰值和第二压力峰值以柔性障碍物阻塞率0.2时达到最大，较闭口空管条件的增幅分别可达112.83%、197.31%；火焰尖端速度的变化诱导了不同程度的燃料和燃烧产物的排出，对爆炸压力的最大值形成负反馈机制，导致管内的最大爆炸压力随柔性障碍物阻塞率增大而呈现先减小后增大的变化趋势。研究结果可为煤矿巷道内防灾减灾工作提供一定的理论指导。

• 不同孔界距煤岩复合体水力压裂裂缝扩展试验研究

  林俊淇, 刘程, 李良伟, 武文宾, 姚壮壮, 宁二强, 秦逢缘

  为揭示煤层顶板水力压裂过程中压裂孔底部与煤岩界面距离对压裂裂缝扩展的影响规律，开展了不同孔界距的水力压裂特性试验。选用孔界距分别为2、5、7、10、12、15 mm的煤岩组合相似试件，利用RTR-4600煤岩力学参数高精度测量试验机与DS5-8B全信息声发射信号分析仪，模拟水力压裂过程并获取声发射特征。结果表明：随着孔界距的减小，起裂压力呈现下降趋势，但并非完全线性；最优孔界距为5 mm，裂缝扩展速率与范围达到平衡，声发射点分布密度和损伤覆盖率分别为5.2个/mm3和83%，该条件下裂缝网络的复杂性与渗透性提升最为显著；孔界距通过调控流体—应力—损伤多场耦合关系主导损伤演化路径，较大孔界距条件下界面主导的裂缝扩展受限于压力场弥散效应，最优孔界距能实现应力集中与结构弱面分布的最佳匹配，超小孔界距因近场应力超限导致裂缝网络失稳退化。

• 基于固液两相流理论的顺层钻孔切缝排渣技术研究与应用

  陆占金

  针对顺层钻孔超高压水力切缝作业过程中易出现由于排渣不畅而导致堵孔、抱钻等问题，基于固液两相流理论，研究了煤体颗粒在钻孔中的4种不同流态，分析了不同流态下煤渣颗粒的受力情况，得出钻孔排渣的临界流速为移动层流态临界流速。通过对不同坚固性系数煤层切缝产渣试验数据分析，得出不同煤层坚固性系数条件下切缝产渣量与切缝压力之间的关系曲线，建立了固液两相流切缝排渣模型，确定了既能满足切缝最大效率又能顺畅排渣的最佳切缝压力。结果表明：固液两相流切缝排渣模型能够在保证切缝效率的情况下有效避免切缝过程中喷孔、堵孔及瓦斯超限问题，可用于指导切缝现场切缝压力参数的设计。

• 温度与有效应力对受载煤体瓦斯渗流及变形规律影响研究

  孙锐

  为探究不同温度与有效应力条件下煤体瓦斯渗流及变形动态演化特征，基于煤岩心三轴渗流测试装置，开展了不同温度与有效应力条件下煤体瓦斯渗流实验。研究结果表明：保持有效应力不变，随着温度升高，煤体渗透率均呈现减小趋势，最大降幅为21.99%；煤体渗透率变化率随温度升高均呈负指数趋势减小，最大降幅为23.01%，温度对煤体瓦斯渗流过程具有明显抑制作用；在相同温度下，煤体渗透率随有效应力增大而逐渐减小，最大降幅为60.56%；随着有效应力增大，渗透率变化率均呈负指数趋势降低，最大降幅为60.08%；煤体轴向应变、径向应变、体积应变均随温度升高呈降低趋势，升温后煤体吸附能力减弱，分子平均动能增大，从而导致煤体变形量趋于减小；有效应力增大，煤体轴向应变逐渐增大，径向应变与体积应变均呈减小趋势，有效应力增大造成瓦斯吸附对煤体的膨胀作用远大于瓦斯解吸对煤体的收缩作用，从而导致煤体总体产生膨胀变形。研究结果可为瓦斯抽采过程中合理布置抽采参数提供一定的理论指导。

• 基于光纤监测的锚杆锚固应力分析与应用研究

  王毅, 范劲松, 肖海, 袁强, 张孟军, 张丁丁, 黄文祥, 李红

  以龙滩煤矿3103运输巷为工程背景，引入光纤传感技术作为监测手段，研究锚杆支护的应力变化。首先，根据光纤与锚杆间的界面应变传递理论分析得出应变传递系数平均值为0.879，并用于解调光纤监测数据；然后，设计不同围岩压力下的光纤锚杆拉拔试验，利用BOTDA监测光纤锚杆在锚固剂凝固过程中及拉拔试验中的应变，监测结果显示光纤能够精准监测到微小应变及应变变化速率，进而分析不同围岩压力与拉拔力在锚杆长度上的应变表征显现；最后，将试验成果应用于工程现场，结果表明光纤传感器在监测周期内能够更好地识别锚杆支护中的异常数据。研究成果可为深部开采环境下巷道锚杆支护监测体系优化提供新思路与新方法。

• 低浓度瓦斯燃烧安全风险分析与探讨

  张群

  在“碳达峰、碳中和”的战略背景下，煤矿瓦斯减排作为我国非二氧化碳温室气体减排的关键领域，其重要性日益凸显。低浓度瓦斯直接燃烧技术凭借其占地面积小、建设投资与运维成本较低、热能回收效率高等优势，已成为当前研究热点。系统阐述了低浓度瓦斯燃烧利用技术理论研究进展及工程应用现状，基于天然气预混燃烧技术的成熟经验，深入分析了多孔介质燃烧技术与金属纤维燃烧技术在低浓度瓦斯应用中的主要安全风险。针对煤矿抽采瓦斯浓度波动大、含水量及含尘量高等技术难点，在低浓度瓦斯安全燃烧模式选择、燃烧头结构设计、瓦斯气体净化、监测控制及管理等方面提出了系统性解决方案，以期为低浓度瓦斯安全燃烧利用技术的深入研究与工程推广应用提供参考。

• 构造控制煤层气开发的研究进展

  郑超, 陈跃, 雷武林, 姜生玲, 蔺亚兵

  为提升构造影响区煤层气开发效能，基于我国煤层气主要开发区域的地质背景，系统梳理前人研究成果，重点研究构造对煤层气富集规律与开发效果的控制作用。研究结果表明：①煤储层高含气性和高渗透性是保障煤层气井高产的关键地质条件; ②构造演化和构造类型影响煤层气的生成与富集全过程，决定了煤储层的含气性; ③构造应力和构造裂隙控制储层原始渗透性，煤体结构影响储层改造效果和煤层气产出。地面煤层气开发应首先考虑煤层气富集程度和储层渗透性优劣，兼顾储层改造的扩缝和卸压效果；其中, 低阶煤应深挖构造对富集程度的影响，中-高阶煤应突出构造对渗透性的制约。基于同一区域构造背景下局部构造特征分析精度不足导致煤层气开发效果差异明显的问题，提出了构造控气的3个研究方向：建立完善构造复杂程度的煤层富气性预测模型；深入剖析深部构造对煤层气富集与开发的影响机制；基于现今构造特征，研究多场耦合对煤层气开发的控制作用。

• 相邻工作面隔离注浆充填开采沉陷影响规律研究

  程永新, 徐大龙, 王成真, 王全明, 姚苏梦, 顾伟

  覆岩隔离注浆充填开采是实现“三下”压煤开采的重要途径。为明确隔离注浆开采因素对地表沉陷的影响规律，以赵庄二号井2307、2309隔离注浆工作面为工程背景，采用理论分析、数值模拟、地表变形监测等方法，对不同开采影响因素下的沉陷变形进行研究。结果表明：工作面开采宽度与地表下沉、倾斜、水平移动及水平变形呈正相关关系，当采宽超过175 m时不能有效控制地表变形；隔离煤柱宽度与地表下沉、倾斜、水平移动及水平变形呈负相关关系，当煤柱宽度超过35 m时继续增大煤柱宽度对地表沉陷的控制效果不明显；增大注采比能够显著降低地表的沉陷变形。工作面地表变形监测结果表明，相邻工作面开采叠加影响下的变形指标均可被控制在合理的范围之内，能满足地表建筑物的抗变形要求。

• 不同加载条件砂岩破坏声发射多通道参数差异性研究

  尹勇, 杨伟, 赵志鹏, 李振雷, 李娜, 杨菲, 卢安良

  岩石损伤破坏过程伴随明显声学特征, 不同声发射(AE)通道的信号特征常常存在差异。为探究岩石破坏过程声发射不同通道信号差异化特征和机制，开展不同加载条件下砂岩受载破坏多通道声发射同步监测实验。结果表明：不同加载条件下砂岩受载破坏全程各通道声发射参数表现出共性规律, 即参数在弹性阶段活动微弱，其余阶段则密集活跃；不同通道的参数演变模式及参数幅值差异显著，部分通道累计振铃计数曲线在压密阶段增速大而在破坏阶段增速小，其余通道增速则相反，且破坏阶段幅值差异达2~6倍。造成这种差异的机制是：砂岩破裂引起的弹性波随传播距离增大而衰减；砂岩的破裂源和传感器的间距不等导致信号强度差异；设定门槛值造成部分通道信号遗漏。

• 阶梯状断层上盘工作面回采期间应力演化规律研究

  李康, 张文轩, 王向来, 周晓峪, 董家旭, 曹安业, 温颖远, 郭文豪

  工作面开采至复杂地质区域时随构造应力变化而形成应力增高区，煤岩体内易积聚大的弹性应变能，其应力场、能量场分布及动态演化对井下冲击地压等动力现象有显著诱导影响。利用UDEC数值模拟软件，研究工作面上盘开采过阶梯状断层(组合正断层)时超前支承应力的分布及演化规律，并结合能量分布、断层活化对阶梯状断层上盘工作面回采期间冲击危险区域及等级进行综合判识。结果表明：工作面向断层开采时具有应力阻隔效应，在开采盘出现应力集中现象，阻隔效应加剧了弹性应变能积聚，是诱导工作面冲击地压发生的重要因素；在过首条断层后向下一条断层开采期间，工作面超前支承应力相对较小，但两断层间顶板区域能量增高，存在潜在冲击危险；工作面向阶梯状断层推进时，工作面前方近断层顶板沉降变形易引起断层活化，当工作面与断层距离小于20 m时，阶梯状断层活化明显。研究结果可为相似阶梯状断层条件下冲击地压预测及危险区域划分、工作面布置、开采顺序选取等提供参考。

• 煤层重复采动下天然气井套管力学演化规律研究

  董俊亮, 王林, 张燊, 翟瑞昊, 王泽伟, 宋宇航

  我国鄂尔多斯盆地存在煤与天然气资源重叠区域开采相互扰动问题。以新街一井为例，研究煤层重复采动下天然气井套管应力演化特征及位移变形规律，分析了不同煤柱宽度下套管损伤破坏区域与应力峰值变化情况。在套管、水泥环、围岩之间设置接触面以模拟实际生产中三者的接触关系，利用FLAC3D数值软件模拟不同保护煤柱宽度时套管的应力峰值与弯曲程度，为套管的正常生产提供新的思路。研究结果表明：煤层回采过程中套管经历向左侧采空区偏移再向中心回正的过程，在煤层及顶底板处弯曲变形剧烈，应预先加固并重点监测该区域套管损伤与破坏情况。开采2-2上煤层时覆岩移动剧烈导致套管峰值应力增长速率较大，在煤层及顶底板等软弱岩层层位应力集中，上煤层开采对2-2煤层产生卸压效果使得下煤层开采时应力上升缓慢，应力仍集中于煤层处。基于套管应力分布及位移情况, 分析保护煤柱留设宽度，主要以套管应力集中情况作为判断依据：当保护煤柱宽度为300 m时套管应力峰值为287 MPa；当保护煤柱宽度为200 m时应力峰值为312 MPa，超出套管屈服应力导致套管破坏进而影响安全生产，留设300 m左右宽度保护煤柱能够保障套管的稳定性，提高煤炭的采出率。

• 不同土壤改良剂对露天煤矿重构土壤养分及酶活性的影响

  杨卓, 盛世博, 辛建宝, 刘娜, 周国驰

  为研究酒糟、玉米芯和腐殖酸钠3种土壤改良剂对露天煤矿重构土壤养分及酶活性的影响，以内蒙古东部地区扎哈淖尔露天矿剥离物为研究对象，分析不同改良剂重构土壤的养分和酶活性变化特征。采用逐步回归分析法，建立不同改良剂条件下土壤养分与土壤酶活性之间的响应关系，通过单因素方差分析法对不同改良剂条件下的土壤养分、酶活性与其影响因子进行差异性分析。研究结果表明，酒糟会显著增大土壤速效态养分含量及酶活性，其中单位质量土壤中酒糟添加量为12.0 g/kg的试验组(C组)为最优，土壤中碱解氮、速效磷及速效钾质量分数分别增高了20.18%、32.10%、13.86%，土壤酶活性变化区间为-16.9%~398.1%。玉米芯是一种较好的矿山剥离物改良剂，其对过氧化氢酶、磷酸酶、蔗糖酶和脲酶共4种土壤酶活性提升均有正向影响，促使酶活性提高，玉米芯与酒糟混合使用可以有效提升4种土壤酶活性。“酒糟12.0 g/kg+玉米芯12.0 g/kg”为最佳的土壤改良剂质量配比，碱解氮含量主要受酶活性影响，土壤在添加酒糟后酶活性主要影响碱解氮含量，在酒糟中加入玉米芯后酶活性主要影响钾元素含量，在酒糟中加入腐殖酸钠后酶活性主要影响速效磷含量。

• 鄂尔多斯盆地东缘煤层生物产气与菌群代谢特征

  张伟, 张继坤, 王泽斌, 张庆丰, 孙晓光, 王英明, 李子玲

  针对鄂尔多斯盆地东缘煤层气井进入生产中后期出现的产量下降的问题，探索采用生物增产技术作为潜在增产措施。采集低产井产出液作为菌源，结合煤样开展生物产气模拟实验，系统分析了代谢中间产物、关键酶活性、微生物群落结构及功能代谢途径等参数的变化特征。实验结果表明，煤样在低产井菌源活化条件下具有一定的产甲烷潜力，单位质量煤甲烷产量达1.15 mL/g；微生物降解煤中有机底物，产生有机酸、醇类和H2等中间产物，作为产甲烷菌底物的酸类物质在体系中被及时降解并相互转化；辅酶F420、氢化酶和纤维素酶活性与生物产气量的变化趋势一致，相关菌群代谢活性同时变化。产气系统中假单胞菌属占比达到57.40%，甲烷八叠球菌属和产甲烷袋菌属占主导地位，其占比合计超过98%，细菌多样性高于古菌，共同作用参与了煤大分子物质的降解与转化。生物产气过程中产甲烷菌参与了甲烷代谢的3种途径，最大程度提高了产甲烷效率。乙酸营养型的甲烷产量占51.5%，氢营养型和甲基营养型甲烷产量分别占30.4%、18.1%。发酵系统中优势古菌菌群能够参与不同的甲烷合成途径，最终产生了生物甲烷。

• 煤矿井下磁场环境对机器人的影响和解决对策

  逄锦伦, 马忠辉, 许艳英

  在煤矿井下的一些危险环境中，矿用机器人已代替人工进行危险或高强度作业。煤矿井下存在较强的磁场干扰，会影响到机器人的导航系统、通信系统及电子设备的稳定性和可靠性。为了避免矿用机器人受煤矿井下磁场环境影响无法稳定工作，采用调研、查阅文献等方法，梳理了地球自然磁场特征及其变化规律，以及井下复杂多变的磁场环境特点及分布特性。分析了磁场环境下煤矿井下机器人的主要影响因素，提出了针对各影响因素的解决对策与技术手段，主要包括：抗磁设计与优化措施；多模态融合导航策略；信号处理与补偿算法；物理隔离与防护手段。研究成果可为矿用机器人的研制、设计和加工提供参考，以期推动我国矿用机器人技术水平向更高的层次发展。

• 面向煤矿安全隐患文本的预训练语言模型构建

  李泽荃, 刘飞翔, 赵嘉良, 祁慧, 李靖

  煤矿各类安全管理信息化平台积累的大量非结构化文本数据目前并没有得到充分利用。为充分挖掘煤矿安全隐患文本知识，提出一种基于领域术语掩码语言建模(DP-MLM)和句子顺序预测建模(SOP)学习机制的煤矿安全领域预训练语言模型(CoalBERT)。利用收集到的110万余条煤矿隐患排查记录数据和自构建的1 328个领域术语词典进行模型训练，并在煤矿安全隐患文本分类和命名实体识别2个任务上分别进行对比实验。研究结果表明：在文本分类实验中，CoalBERT模型总体结果的精准率、召回率和综合评价指标F1值较双向编码器表征法预训练模型(BERT)分别提高0.34%、0.21%、0.27%；在命名实体识别实验中，CoalBERT模型的精准率和F1值较BERT模型分别提高3.84%、2.13%。CoalBERT模型能够有效提升煤矿安全隐患文本语义理解能力，可为煤矿安全领域文本挖掘相关任务场景提供基础参考。

• 煤矿打钻管理系统关键技术研究与应用

  张海峰, 罗明华, 黄春, 朱兴林, 游磊

  针对煤矿探放水和瓦斯抽采治理中“一钻一视频”系统存在的摄像仪迁移不便、远程监钻验钻手段匮乏等问题，研究了基于电缆的远距离传输技术和基于AI视频分析的钻杆自动识别计数技术。从煤矿打钻作业的流程和管理需求出发，结合打钻人员和管理人员的应用痛点，研发了煤矿打钻管理系统，向用户提供实时视频监视、监控画面调节、基础信息管理、打钻业务管理、录像查询、台账及报表管理、双向语音对讲、智能辅助验钻等功能，实现打钻作业的全流程信息化管理。实验及实践应用表明：系统可通过电缆实现视频图像的2 km远距离传输，钻杆自动识别计数准确率大于97.00%。

• 矿井水处理消毒剂智能投加算法研究

  罗小勇

  基于随机森林算法构建水处理智能加氯算法模型，使用Savitzky-Golay滤波法对数据进行平滑处理降噪，通过多轮训练和性能评估得到最佳参数，实现加药量前馈预测，并利用机理模型对反馈调节投药量进行约束。结果表明：智能算法控制药量投加调节更及时，在进厂水量明显降低时呈现出明显的加药总量降低的趋势，同时能有效降低游离氯的离散度，提升出厂水水质稳定性。该方法相比单一AI算法控制下理论上节约次氯酸钠使用量7%~9%，AI算法结合机理反馈控制时节约药剂超过14%，吨水电耗也略有下降。