为了发展煤炭领域先进生产力，助力煤炭工业高质量发展，研究了近年来我国采场围岩控制技术发展历程，分析了采动应力演化规律及围岩断裂失稳过程，创新提出了超大采高工作面围岩断裂失稳力学模型、控制准则及液压支架合理工作阻力计算方法。系统阐述了我国综采技术装备发展历程，研发了最大采高10 m的超大采高综采成套装备，以及最大支护高度7.0 m的超大采高综放成套装备，解决了西部矿区浅埋深、坚硬、厚及特厚煤层安全高效开采技术难题。系统分析了我国主要煤炭产区煤矿智能化建设现状、关键技术、取得的建设成效及存在的主要问题，提出了智能化超级煤矿的定义、特征及内涵，研究了典型超级煤矿建设成效与经验，并从标准体系、数据体系、技术体系、管理体系、生态体系建设等方面阐述了未来煤炭工业主要发展方向。

为了解决煤炭资源安全高效开发过程中面临的煤层水害问题，基于近20余年间煤层水害事故的统汇分析，提出了“隐蔽突水致灾因素”萌生、煤层水害“三要素”定型、多要素耦合孕灾、突破临界状态激发灾变和灾变后负效应显现等5个煤层水害的主体构成阶段，依据各阶段独立属性特征，将煤层水害概括为顶板水害、底板水害和老空水害3个主类，以及巨厚基岩含水层高势能涌(淋)水、岩溶陷落柱导升突水、同位水平空间侧向涌水等11个子类，并对不同类型煤层水害的孕灾致灾诱因、发育发展过程机理、灾变显现特征等进行阐述。最后，对我国煤层水害的未来发展情势做了简要展望和分析。

为了促进我国大采高综采技术及装备的快速发展，实现煤炭安全高效的开采，分析了我国大采高综采的发展历程，梳理了大采高综采从改革开放初期的技术探索、技术引进、国产化替代再到创新引领的整个过程和成功经验，结果表明，大采高综采是我国能源保供的重要技术支撑，通过持续不断的理论研究支撑了开采技术创新，进而带动了煤炭行业全产业链的技术升级，促进了我国煤机装备制造业的跨越式发展;未来相当长一段时间，技术创新依然是煤炭产业发展的基础，唯有通过工艺创新，方能推动大采高综采技术向高端化、智能化、绿色化方向发展;以能源安全新战略引领发展新质生产力，是我国煤炭行业发展的必由之路。

目前以钻爆法为主的短段掘砌综合凿井技术逐步成熟，煤矿立井建设深度已突破1000 m，逼近1500 m。然而钻爆法凿井依然存在下井作业人员多、作业环境恶劣、作业风险高和设备智能化程度低等现实难题，井筒非爆破破岩智能化建设技术已成为煤矿井筒建设技术发展的重要方向。为探索西部富水软弱地层井筒机械破岩高效智能化建设技术新思路，从井筒建设工艺、地质保障技术、智能钻井装备、协同作业技术4个方面，开展了煤矿冻结井筒机械破岩智能化建设工艺及关键技术分析。基于多工序平行作业快速建井的理念，以地层冻结技术解决地层涌水和软弱地层易失稳的难题，以反井钻机和竖井掘进机为机械破岩钻进的核心装备，提出了冻结井筒机械破岩智能化建设新工艺|提出“冻结+反井钻机钻井+永久支护”的建井工艺，分析了冻结地层反井钻机钻井装备可行性，剖析了冻结地层反井钻机钻井冻结壁控制、扩孔钻进、快速支护等方面的9项关键技术|提出“冻结+竖井掘进机钻井+钻-支平行作业”的建井工艺，分析了冻结地层竖井掘进机钻井装备可行性，剖析了冻结地层竖井掘进机钻井井帮稳定控制、破岩智能钻进和钻支协同作业等方面的9项关键技术，以期推动井筒安全、快速、绿色、智能化建设技术的发展。

为改善综放开采中存在的煤炭采出率低、围岩支护困难、瓦斯排放高和冲击地压频繁等问题，从错层位开采的基础原理、错层位开采灾害防治模型和工程应用等3个方面综述了错层位开采研究进展。总结了综放开采引发矿井灾害的原因为顶煤大范围、高强度垮落使得煤层和顶板中积聚的能量快速释放，连锁引发一系列围岩大变形、瓦斯超限和冲击地压等矿井灾害。阐述了3种基于错层位开采的矿井灾害防治模型，分别从围岩环境与塑性发育的角度阐述了错层位双巷联合支护机制|从孔隙率与流场浓度的角度阐述了错层位开采与综放开采的瓦斯浓度分布特性|从弹性应变能与耗散能的角度阐述了错层位开采与综放开采的能量分布特性。阐述了错层位开采技术实际工程应用，分别以华丰煤矿1411工作面、镇城底煤矿18111工作面和老公营子煤矿5(9)工作面为工程案例进行了分析，现场实测数据表明错层位开采技术能够明显降低工作面开采过程中的超前支承压力和上隅角瓦斯浓度，能够有效防止矿井灾害的发生。未来，基于错层位开采的矿井灾害防治还需要在基础理论方面进行深入研究，研究错层位采空区充填条件下岩层移动和能量演化规律，实现对地表沉陷灾害的治理，研发错层位工作面的全面智能化开采技术，达到安全开采、绿色开采和智能开采的目标。

在全球能源转型与“双碳”目标背景下，采煤行业正经历从传统机械化、自动化向智能化升级的关键阶段。文章详细阐述了国内外滚筒采煤机及其智能化发展历程：国外，以英国安德森公司、德国艾柯夫公司、美国久益公司为代表在采煤机及智能化方面取得了显著突破，尤其是在记忆截割和远程监控等技术领域|我国滚筒采煤机发展相对较晚，但近年来通过自主创新，在采煤机高端装备和智能化技术方面取得了一定的成果。文章从采煤机智能感知技术、智能控制技术、智能通讯技术以及智能诊断运维技术4个方面介绍了采煤机智能化关键技术，指出高效智能采煤机可靠性保障技术、智能化综采工作面高压供电技术、多源信息融合感知与交互技术、采煤机强人工智能技术、采煤工作面数字孪生技术以及采煤机组机器人化技术是未来采煤机的重要趋势，对我国煤矿智能化建设起到指导作用。

为保证矿井提升系统的安全稳定运转，文章对矿井提升系统存在的安全问题进行了详细的分析与总结。主要介绍了矿井提升系统振动冲击限制技术，立井提升系统过卷防治技术，矿井提升系统松绳、跑车事故防治技术，深井提升钢丝绳失效研究及防治技术，立井特大罐笼全无轨运输防偏载及锁罐技术和摩擦式提升系统打滑事故防治技术，最后进行了立井提升系统卡罐事故分析。针对矿井提升系统存在的相关安全事故，分析了各种问题的动力学特性，得出了研究结论，并针对提升系统的安全问题，对国家标准、规范提出了相应的修改建议，给出了具体的对策措施。

矿井智能通风系统是矿井地下开采的主要系统，实现矿井通风智能化是实现智能开采、建设智慧矿山的主要技术保障，主要涉及主通风机系统的倒机智能化、局部通风智能化、矿井巷道通风匹配智能化。为了提升主通风机系统的倒机智能化水平，针对北方寒冷地区煤矿风门被冻住的问题，提出具有加热功能的风门以防止风门被冻住，通过仿真研究对比了单出口结构和多出口结构的内部加热结构散热效果，优选出单出口结构的加热风门为实施方案，为实现一键倒机的自动实现提供基础，在此基础上研究并提出了基于防冻风门的不停风倒机控制工艺。针对局部通风机智能调节，提出了基于机械控制方式的叶片角度控制方式，能够实现两级风叶角度单独控制，增大了风机调控范围。以上研究成果在兴峪煤矿落地实施，实现了上述方案在工业上的应用，并取得良好效果，为矿井智能通风系统及其应用提供了新思路。

三维地质模型的构建对于理解和预测地下结构至关重要。地质钻孔数据能够反映岩体空间分布和地质构造特征，本研究以小保当一号煤矿11盘区内的23个地质钻孔数据为基础，采用添加虚拟地层的方法解决了地层缺失与地层重复现象，构建共计27层地层的三维地质模型以及二维剖面模型。此外，针对传统的克里金方法在处理复杂地质数据参数选择困难的问题，采用粒子群算法对传统克里金插值方法中的块金值(C0)、偏基台值(C)和变程(a)三个关键参数进行寻优，从而克服普通克里金插值参数选择的主观性和不确定性，采用实际验证法选取了研究区内四个钻孔来对比插值结果，结果表明经过PSO优化的Kriging算法在X3-1、X3-2、K3-4、K3-5四个钻孔的RMSE值分别降低至1.184、1.267、1.606、1.560，相比于Kriging的RMSE平均降低了31%，且PSO-Kriging算法在四个钻孔处对2-2煤层的插值结果与实际值相比较误差分别为1.00 m、0.01 m、0.11 m和0.03 m，比Kriging插值结果更接近实际值，表明了所提方法的有效性和优越性。

针对大埋深“三软”条件下厚煤层综放开采的过程中液压支架钻底以及巷道底鼓的问题，以淮北信湖煤矿 818智能综放工作面为研究背景，对液压支架的适用性进行了分析，并介绍了818智能综放采煤工作面的液压支架自动化系统。通过理论计算得出液压支架的最大工作阻力为9940 kN，分析现场实测数据可知中部液压支架的工作阻力最高，其次是下部，上部最小。工作面支架前排立柱受力大于后排立柱，工作面来压时，液压支架前立柱工作阻力平均比后立柱工作阻力大44.5%，前排立柱工作阻力占整架工作阻力的比例大致在0.57～0.74之间，工作面液压支架平均工作阻力为28.11 MPa，因此动载荷计算法更适合818工作面支架工作阻力计算;分析了液压支架钻底的原因，并提出液压支架的管控措施|通过数值模拟得到工作面超前支承压力的影响范围为煤壁前方110 m，工作面中部峰值应力最大，其次是下部，最后是上部，峰值应力出现在煤壁前方12～19 m|由现场实测数据可知煤壁向外105 m范围内，巷道底鼓及两帮变形量相对较大，巷道顶板下沉及底鼓比较明显，在此基础上提出预防巷道底鼓的相关措施，以期为淮北矿区以及类似条件下开采的工作面提供借鉴与参考。

针对我国矿山城市采煤沉陷区土地资源工程建设利用难的问题，在统计采煤沉陷区发展现状、综合治理及其工程建设利用率的基础上，分析了利用采煤沉陷区场地进行工程建设的必要性。从框架结构抗变形原理、共同作用机理、混凝土框架结构及钢框架结构抗变形技术等4个方面，总结分析了框架结构建筑物变形损害与保护技术的研究发展历程与不足之处|并展望了框架结构建筑物抗变形技术的发展方向：地表移动变形下大跨及多高层框架结构附加效应的动态演化规律，地表移动变形下地基-基础-结构共同作用的力学行为及变形协同机制，框架结构建筑物新型抗变形技术，框架结构建筑物抗震抗变形调控技术，以便形成地表移动变形下框架结构建筑物的综合理论与技术体系，为实现采煤沉陷区进行大型框架结构建筑物工程建设利用提供理论和技术支撑。

煤炭洗选是实现煤炭清洁高效利用的前提和基础，洗选过程产生的固体废弃物(矸石和尾煤等)产量逐年增加，其综合治理及利用已经成为亟待解决的重要问题。论文介绍了选煤固废的理化特性，系统总结了选煤固废资源化利用研究进展，就选煤固废综合利用技术的现存问题和发展方向进行了展望。煤矸石和尾煤含有大量的硅铝化物及锂、镓、钛等微量元素，在燃烧发电、充填、建筑材料制备、土壤改良、高值化利用等方面具有广阔的应用前景。相对而言，目前煤矸石的综合利用途径更为全面，尤其是以超高水充填技术、采选充+X技术等技术为代表的矸石充填开采，具有煤矸石大宗处理的巨大潜力。尾煤的资源化利用是近年来的热点，在环境治理、土壤改良等方面取得了突破，可以用来制备吸附剂、土壤改良剂等材料。选煤固废资源化利用未来应着眼于适应市场需求以及可持续发展理念，通过完善技术、引入智能化等进一步实现选煤固废高效、安全、环保、分级梯级利用。

煤炭中混入的各种杂物不仅影响煤炭质量，还会对煤炭加工设备、运输工具造成损害，甚至引发安全事故，有效排除煤中杂物是煤炭生产亟待解决的关键问题。杂质脱除的难易程度随着科学技术的发展而发生着变化，也决定着除杂选用的方法与手段。传统的除杂很大程度上依靠杂质的物理性质，金属类杂物一般采用除铁器清除，跳汰分选与浅槽分选过程可清除部分轻质杂物，拦杂钩和拦杂网也可清除部分轻质杂物，往往多种方法联合使用，发挥各自的优势。随着人工智能技术的发展，通过实时捕获杂物的图像和三维数据，运用计算机视觉算法对杂物进行快速、准确的识别与定位，随后指导机械手进行精准抓取，可实现杂物的精准分离。该方法实施的关键是需要建立较完备的数据集、设计精准识别算法和抓取控制策略。煤炭洗选过程中杂物的智能清除有利于推动煤炭行业的智能化转型、提高生产效率和产品质量、降低劳动强度和成本。

“双碳”战略背景下，我国关停矿山资源开发利用面临着前所未有的机遇和挑战。通过对政策法规、环境治理、社会经济影响及技术管理等多维度的分析，揭示了当前我国关停矿山可持续发展现状，结合典型案例，总结了我国关停矿山在生态环境修复、地下空间利用、其他潜在资源开发等方面的研究成果，指出了当前关停矿山可持续发展中存在的问题。通过对我国在矿山关闭退出、矿井水综合利用、地下热能开发、环境影响评价、土地复垦与生态修复等方面的现有政策法规及标准规范的研究，建议在强化政治引领与完善法规政策、加快建立健全资源标准评价体系、加强部门联动与体制创新、促进政策创新与科技创新相结合等方面持续发力，为关停矿山可持续发展提供政策支持和重要保障。

为协同解决制约煤炭高效开采的矸石处置、灾害治理、生态保护等难题，提出了百万吨煤矸石覆岩隔离注浆充填处废、防冲、减震、保水、减沉的“五位一体”安全绿色开采工艺。研究了台阶式自流型制浆输浆工艺，
解决了制浆输浆系统占地紧张、长距离输送等难题，达到了大规模处理矸石、系统节能稳定的目的。该工艺在葫芦素煤矿进行了现场试验，实现了一期处理矸石能力70万t/a，二期投产后处理矸石能力将达到150万t/a，累计节省矸石处理和水处理费用约1730万元，注浆充填区域地表下沉量降低52.9%～53.2%，工作面平均涌水量降幅17.7%～29.1%，冲击地压能量发生次数减少774次，降幅30.5%，取得了较好的经济、安全环保效果。

制冷降温是深部矿井热害防治的有效技术手段。以核桃峪矿井制冷降温系统建设工程为背景，针对降温管井钻孔深度大，穿过洛河组巨厚强含水层，长距离输送冷媒保冷等技术难题，在分析工程及水文地质条件基础上，确定管井钻孔两次开孔分段设计参数|通过调研管路保冷材料性能，提出复合钢管、静态空气、玻璃微珠增强水泥、钢基复合保温套管四种保冷方法条件下基岩段护壁管设计方案；综合考虑保冷效果、固井可靠性、施工难度等因素，优选工作管采用钢基复合保温套管；并根据套管受力计算，校验护壁管规格参数。工程实施效果表明，井上下降温管始末端温度损失约1 ℃，可以满足冷媒长距离输送冷量损失要求，对于类似工程具有借鉴价值。

排水系统是煤矿井下的关键系统之一，对于排出煤矿井下涌水，保障煤矿安全生产具有重要意义。针对现有矿井排水系统智能化水平较低、系统耗电量较大等问题，提出一种矿井智能化排水系统，系统以可编程控制器PLC为核心，通过模糊控制算法分析井下水仓的液位和涌水变化率，得出排水系统的最佳运行方案，并将该模型结构输入到PLC中，结合排水主管路的流量、水泵压力等数据，达到水泵房智能运行与避峰填谷的目的，并通过随机森林算法解析水泵的振动信号，分析水泵的故障类型和健康状态。该系统有效地提升了井下排水效率，降低了设备磨损率，减少了煤矿排水系统电能消耗，对煤矿智能化排水系统设计具有一定的参考价值。

井下大型排水泵站装机容量大，设备发热量大，散热条件差，为防止泵站内空气温度超限，水泵机组配套水冷电动机，采用外部水冷却系统对电动机进行降温，将电动机工作过程中产生的热量排出至泵站外。文章以雅店煤矿实际工程为例，通过计算冷却系统所需换热能力、冷却水量，提出开式直排和二次换热两种方案，并经技术经济方案对比，确定采用二次换热冷却系统方案。依据确定的技术方案和设计原则，笔者对冷却系统换热、加压、过滤、循环、定压补水、控制等设备进行计算选型。

针对新街台格庙矿区立体煤-气资源矿权重叠导致资源难以统筹规划开发的现状，通过调研检索、理论分析、数值模拟等方法研究了矿权立体重叠区的“煤-气”协同开采模式，研究结果表明“煤-气”交叉开采的不利情景主要分为井下煤层腐蚀气井管、采掘过废弃井、地面沉降管线破损和其他经济技术影响等方面，开采模式可按照时间与空间的关系归纳为先气后煤、先煤后气和协同共采交叉模式等，并据此给出了矿区天然气走廊规划布置方案。“煤-气”协同开采走廊模式下走廊保护煤柱的回收将产生孤岛工作面，孤岛工作面应力分布特征结合矿区的深部开采条件将进一步诱发动力灾害，“短-短-长”工作面布置在最后超长工作面回收时的应力调控有利于弱化煤岩动力灾害。

在我国新质生产力发展的要求下，北京华宇工程有限公司积极响应国家双碳与高质量发展的战略目标，结合地面总体工程、采矿工程与选煤工程综合设计领域，在设计方法、管理流程、技术创新与科创转化等方面进行系统性探索，全面推进数智赋能的绿色零碳矿山建设与发展模式的创新。“绿色化、零碳化与数智化”的新时期新“四化”矿山建设模式创新，是贯彻双碳目标部署的重要基石，是实现矿业转型与持续发展的必然路径，是推进矿业领域生态文明建设与践行煤炭新质生产力的核心保障。文章以模式创新为目标，培育发展新动能，在全生命期贯穿可持续发展理念，多元融入数智化技术、积极整合资源、节能降碳，全方位践行设计模式创新与科创赋能转化，为引领煤炭行业的逐“绿”之路与示范性推广，提供理论参考与技术支撑。

为提升西部地区深大钻井井筒第一段高壁后充填置换效果，提出采用大比重水泥浆作为新型壁后充填材料。首先，通过对比试验，优选重晶石粉作为加重剂、硅酸镁铝为悬浮剂。然后，采用正交试验和极差分析法，分析了水灰比、重晶石粉、硅酸镁铝和膨胀剂掺量对大比重水泥浆的密度、初凝时间、流动度、3 d及28 d抗压强度的影响，采用综合平衡法确定了大比重壁后充填材料的最优配合比为水泥∶水∶重晶石粉∶硅酸镁铝∶膨胀剂∶减水剂=1∶0.55∶0.5∶0.03∶0.025∶0.015。硫酸盐溶液侵蚀对比试验表明，与常用的水泥浆充填材料相比，大比重水泥浆充填材料具有可靠的耐久性能。最后，通过XRD和SEM分析了优选组加重水泥浆在3 d和28 d的水化产物和微观结构，揭示其优异抗渗性和耐久性能的机理。研究结果可为西部地区深大钻井井筒壁后充填提供大比重、高强度、低渗透以及耐久性好的新型壁后充填材料。

柔模混凝土墙沿空留巷技术作为无煤柱开采的一种，现已被应用于我国神东矿区多个煤矿。为解决在留巷复用过程中沿空巷道围岩结构稳定性差、变形剧烈、支护难度大的难题，以大柳塔煤矿52605柔模混凝土墙沿空留巷工作面为工程背景，采用理论分析、数值模拟和现场实测相结合的研究方法，研究了柔模混凝土墙沿空巷道的围岩变形特征，建立柔模混凝土墙沿空巷道围岩结构力学模型，得到从巷道掘进阶段至巷道复用阶段沿空巷道全生命使用周期的应力演化规律，并根据巷道不同的使用阶段提出了对应的支护方案。研究结果表明：上覆岩层作用力直接作用在直接顶与混凝土墙岩层接触位置，有利于侧向支承压力传递，巷道围岩变形较大；二次采动超前支承压力导致留巷段前方顶板发生塑性破坏，塑性破坏与底板塑性区联通，将加剧煤壁侧的破坏|现场工程实践表明对沿空巷道进行合理分时分区支护，可改善应力环境，有效控制围岩变形。

为了解决白芨沟煤矿南翼采区巷道矿用工字钢支架支护能力不足的技术难题，提出采用一种新型波形钢腹板支架技术。通过规范公式计算分析了波形钢腹板支架和传统矿用工字钢支架的承载力，并采用有限元方法探究了波形钢腹板支架的面外稳定性能，设计出波形钢腹板棚梁和棚腿的搭接节点构造方式，开展了支架的现场监测试验。结果表明：用钢量与11#矿用工字钢相近时，波形钢腹板支架的棚梁和棚腿承载力分别比前者提高了74.3%和50%，变形减小78.3%。在支架棚梁和棚腿的两端和跨中各设置3个纵向系杆时有利于支架的面外稳定性。在满足支护强度的前提下，波形钢腹板棚梁跨中变形比矿用工字钢棚梁平均减少54.5%左右，棚腿收敛量平均减少84%左右。波形钢腹板支架支护效果显著优于矿用工字钢，同时由于采用了单棚置换原来的对棚支护方式，减轻了井下劳动强度，保证了现场工作面的接续生产。

为探究软硬复合煤层瓦斯抽采钻孔的变形规律，采用自主研发的“一种全角度瓦斯抽采钻孔稳定性动态监测装置”进行了现场监测，系统分析了硬煤、软煤、软硬复合煤层瓦斯抽采钻孔的变形情况，并采用COMSOL数值模拟手段对试验结果进行验证，结果表明：钻孔浅部竖直方向应变敏感程度滞后于水平方向，且呈交替性增大特征|钻孔应变衰减阶段前，存在一种短暂的伪平衡状态，其实质是煤体内部应力集聚，后突然释放而造成钻孔塌孔|在相同的外部载荷条件下，软弱界面将软硬复合煤层分割为两个相对独立的应力环境，煤层在软弱界面处发生介质突变和应力突变|硬煤层钻孔较软煤层钻孔的各部位变形小，二者均表现为浅部变形大、深部变形小，最终达到稳定环向应变，软硬复合煤层穿层孔在浅部变形与二者相近，穿层孔深部和软弱界面交叉截割形成应力集中区，应力集中区范围沿软弱界面和钻孔径向同时延伸并逐渐衰减，这种衰减呈不明显的非线性特征。

探究煤柱应力向底板传递特征对确定近距离煤层巷道围岩控制方法具有指导作用。以山西杜儿坪矿近距离煤层为原型，开展上煤层开挖相似模型试验，利用DIC技术采集底板深度不同水平层位应变数据，分析垂直、水平、及剪切三种应变的分布特征和应变峰值距煤柱边界水平距离的变化规律，探究上煤层开采后区段煤柱集中应力向底板的传递特征。结果表明：煤柱底板区，三种应变均以煤柱中心为轴呈非对称双峰分布特征，垂直、剪切两种应变峰值为先开挖面煤柱侧小于后开挖面煤柱侧，而水平应变峰值则恰好相反，三种应变峰值均随底板深度增加而减小|采空区底板，垂直、剪切两种应变远离煤柱边界逐渐趋于0，而水平应变则显现出反复增减多变特征。三种应变峰值距煤柱边界的水平距离表现为垂直应变为先开挖面煤柱侧大于后开挖面煤柱侧，但剪切应变则刚好相反，而水平应变则先后开挖面煤柱侧均相等，且三种应变距煤柱边界水平距离均随底板深度增加而增大。垂直、水平应力分别为压、拉应力，而先后采面煤柱侧剪切应力则不同分别为拉、压应力|垂直、剪切两种应力均显现为高应力水平，但水平应力甚小|垂直、水平两类应力峰值均位于煤柱底板区，而剪切应力峰值却位于采空区底板|垂直、剪切两种应力随远离煤柱边界均趋于0，水平应力则显现反复转化增减特征。选择近距离煤层巷道围岩控制方法既应重视垂直应力的作用，也应关注剪切应力对其失稳破坏的影响。

为了解决孟村煤矿冲击地压难治理的问题，开展孟村煤矿401盘区地面水平井分段水力压裂防冲实践，并基于“动静载荷叠加诱发机理”分析了401102工作面冲击地压发生机理，综合考虑关键层判别、覆岩结构、关键层物理力学性质、赋存特点及能量释放规律等因素，确定401102工作面厚硬顶板地面压裂的目标层位，确定了2口水平井的布置位置，并对水平井井身结构参数、压裂方案、压裂参数设计等技术参数进行研究，通过对比421102工作面在压裂区域及非压裂区域的支架监测数据对地面压裂技术的防冲卸压效果进行检验，结果表明：工作面进入地面压裂区域支架压力低、来压规律不明显，支架工作阻力平稳，顶板未产生强烈动载，说明地面压裂对目标岩层起到了较好的卸压效果，保障了421102工作面的安全高效回采。

溜槽堵塞作为工业生产中的一种常见问题，不仅影响生产效率还可能导致安全隐患，因此实时准确地检测溜槽堵塞状态具有重要意义。然而传统的检测方法在实际应用中存在诸多问题与挑战，如精度不高、依赖人工干预等。文章基于音频信息构建结合了WaveNet和GRU的WaveGNet深度网络模型，通过提取分析声音信号寻找溜槽堵塞的特征，以实现准确的堵塞检测。WaveNet能够提取高质量的声音信号特征，而GRU网络则能够捕获声音序列中的时间关系。通过将两者融合以更好地理解声音信号，在时间和频率维度上进行更准确的分析，揭示与堵塞状态相关的模式从而提高检测的准确性和鲁棒性。通过声音信息直接捕获堵塞状态，减少了人工干预的需求且具备实时性。该方法有望为工业生产中的溜槽堵塞检测提供一种创新、高效且可靠的解决方案，在实际应用中具有重大潜力。

针对传统高盐废水处理采用“膜浓缩+蒸发结晶”方法存在的问题，研究了高盐水零排放系统预处理的软化、除硅、除浊环节，指出相较于传统预处理方法，管式微滤膜具有明显的优势。以内蒙门克庆和榆林小纪汗煤矿项目为例，通过小型试验和中型试验对该工艺系统进行了研究和分析，采用管式微滤膜(TMF)替代澄清池进行固液分离。研究应用结果表明，在进水钙离子浓度为712.5 mg/L，镁离子浓度为110.4 mg/L，总硅(以SiO2计)含量为120 mg/L的条件下，通过加入偏铝酸钠、氯化钙、氯化镁等药剂进行混凝后，利用管式微滤膜进行固液分离，SiO2去除率≥95%，出水满足钙离子浓度≤10 mg/L，镁离子浓度≤10 mg/L，总硅(以SiO2计)含量≤10 mg/L的要求，且满足反渗透进水的浊度≤1 NTU和SDI≤5的要求，运行成本相比原有工艺节省10%～20%。

针对矿井离层水研究过程中遇到的突水征兆不明显、瞬时水量大、滞后性、周期性突水等问题，从覆岩移动离层水的形成、致灾机理、防治技术、监测预警等方面总结了离层水的研究进展。首先，离层水害是采动影响下采场覆岩运动和地下水运移的耦合结果，通过挖掘突水事故的表现、覆岩结构及运动特征、地下水运移规律及相关研究现状，总结得到离层水形成基本条件和发育的基本规律，分析了突水引发溃泥溃砂、瓦斯涌出、切顶压架等次生灾害的机制。其次，离层垂向和水平位置预测是离层水害防治的关键，在此基础上，介绍了地面直通式泄水孔、离层注浆充填、井下截流孔、井下导流孔和地面抽排水孔5种离层水的防治方法，并结合工程实际，分析了其特点和问题。最后，利用岩层的岩性组合及地质条件评价离层突水危险性，同时结合回采过程中的多物理场监测数据实现了离层水害的预警，并提出了离层水研究过程中亟待解决的问题。

针对鄂尔多斯地区矿井开采过程中的涌水问题，以核桃峪井田为研究对象，对区域水文地质条件进行梳理，确定合理的概念模型和边界范围，建立了Visual Modflow数值模型，应用模型的排水沟边界模块，预测响应工作面采掘进度的矿井涌水量变化。并对排水沟水力传导系数C与含水层渗透系数K两个影响因子进行了不确定性分析，确定C的取值对工作面涌水量预测的影响更显著。根据临近的雅店井田两个工作面实际涌水量对C值进行反演，确定研究区域C值范围并代入核桃峪井田工作面预测中。结果表明：工作面涌水量预测值会随着C值取值增大而增大，当C取值约6.5×10-5时，雅店井田工作面涌水量接近实际涌水量。基于该值计算出核桃峪井田各工作面矿井涌水量情况，待5个工作面回采结束后，矿井涌水量总量达到2697.2 m3/h。

为了保障工人身心健康，改善矿下环境，利用等离子体技术，搭建等离子体消除CO实验平台，通过实验研究等离子体消除CO的效果及影响因素，实验结果表明：输出电压为50 kV、电极材料为铍铜合金时，等离子体对CO的消除效果最佳。风速越大，消除效果越差|随着氧气浓度和湿度的升高，CO消除量呈现上升的趋势，分别在风速0.6 m/s、氧气浓度为20.5%、湿度为30%RH时，CO消除效果最好。

针对塌陷地动态治理亟需解决地面动态沉陷精准预测这一问题，采用理论分析和实测研究相结合的方法，从分析地面点动态沉陷过程为入手，明确了地面点动态沉陷过程中下沉量、下沉速度和下沉加速的变化规律，在此基础上，建立了符合地面点动态沉陷演化过程的基于Hill函数的动态沉陷预测模型，并采用济三煤矿5316工作面、东滩煤矿3307工作面和义能煤矿CG1301工作面的地表沉陷实测资料对模型进行了验证，验证表明各案例的相对中误差均可控制在3%以内，说明此模型能够很好的实现地面点的动态沉陷预测。

半球形储煤场结构跨度大且覆盖面积广，对风荷载的作用十分敏感，在结构设计中风荷载往往起到控制作用。通过风洞试验研究了半球形储煤场屋盖的风压分布情况，得到了结构在24个风向角下的平均风压系数等值线、脉动风压系数等值线及相应的屋盖分区体型系数。结果表明：在风荷载作用下，半球形储煤场结构屋盖迎风面的平均风压系数分布垂直于来流方向呈等压条带状|迎风面下部的扇形区域主要受风压力，最大值出现在半球形屋盖迎风面最下部边缘|半球形屋盖中上部、两侧及背风区域主要受风吸力作用，最大值出现在受通风口开口影响的檐口区域附近；当转运塔处在屋盖顺风向两侧区域时，转运塔附近的屋盖区域负压力会出现较大值，平均风压系数为-1.40；屋盖顶部通风口区域由于高度最高，各风向角下吸力均为最大，60°风向角下局部分区体型系数达到-2.15，更容易受到破坏。针对试验结果，对半球形储煤场屋盖提出了设计建议。

针对利用传感器采集的管道泄漏信号存在大量异常值，难以准确挖掘其中的泄漏特征值，进而无法准确定位泄漏点的问题，提出了基于IAWF算法和图像数据的煤矿井下供水管道泄漏点定位。根据管道泄漏信号的特点，利用IAWF算法对采集的监测值进行加权融合，采用支持度矩阵计算目标传感器被其他传感器支持的支持度，并将具有最高支持度的传感器测量的数据替代数据集中的异常值，由此提取管道泄漏信号的特征，引入图像数据获取管道图像的显著图，进而确定管道泄漏的范围，基于此，利用压力梯度方法根据管道压力与流量的变化，求取泄漏点与管道入口端的距离，以此确定泄漏点位置。实验结果表明，利用所提方法对管道进行泄漏点定位，得到的定位距离与实际距离一致，定位精度较高。

研究煤中瓦斯解吸-扩散规律，对于充分认识煤中瓦斯运移机理、科学利用瓦斯资源、精准防治瓦斯灾害具有重要意义。采用数值模拟研究方法，对单孔模型、双孔模型及动扩散系数模型在煤粒瓦斯解吸-扩散过程中的适用性进行了对比和分析，研究了双孔模型与动扩散系数模型的瓦斯压力分布规律及模型各参数对煤样变质程度、粒径、吸附平衡压力的敏感性。结果表明，相较于单孔模型，双孔模型与动扩散系数模型可以更加精准描述全阶段瓦斯解吸-扩散规律。双孔模型与动扩散系数模型以不同方式描述了瓦斯解吸-扩散过程，相较于双孔模型，动扩散系数模型中煤粒径向瓦斯压力梯度较大。煤样变质程度、粒径、吸附平衡压力等对模型各参数有较大影响，其本质均为煤中孔隙结构差异。研究结果可为合理选择瓦斯解吸-扩散模型及其参数提供借鉴。