我国煤层气资源丰富，但地质和工程条件复杂，天然气井排采工艺技术在煤层气井中的适用性受限, 特别是深部煤层气（埋深大于1500m的煤层气资源），其排采特征与浅层煤层气存在显著差异。为了促进深部煤层气排采技术发展，系统分析了深部煤层气储层特征、排采阶段及主控因素、排采工艺的发展方向。结果表明：①深部煤层气资源：普遍具有储层压力温度高、地层能量充足、煤层厚度大、含气量高、游离气丰富等储层特征，同时有基质渗透率低、孔隙连通性差、有效应力大及压裂液返排率低等特征。②排采主控因素有：排水降压初期，煤粉对排采效果影响较大；见气至稳产阶段，应力敏感性显著，应减少关井次数，避免排采不连续导致的地层污染。③建议深部煤层气井采用精细化、定量化的五段式或六段式的阶段划分，有利于控制井底压力平稳下降，制定排采制度是为了延长稳产期，稳产阶段的持续时间决定最终产能。④气井全生命周期一体化排采、地质工程一体化排采机器学习与智慧排采等技术是未来排采工艺的发展方向。

无线通信系统是信息基础设施建设的重要组成部分，煤矿采用5G移动通信网络在煤矿智能化建设中具有先天优势和巨大应用潜力。文章针对富县矿业开发有限公司芦村二号煤矿分公司薄煤层井下主运巷道的实际环境，建立相应的巷道模型，分析信号的无线传输特性，建立巷道内电磁传播模型，在此基础上，对电磁传播特性进行仿真。针对芦村二号矿主运巷道特点，建立矿井巷道基站等腰三角形节点覆盖模型，并设计合理的5G基站部署方案，在井下巷道中完成基站的布置。最后，在主运巷道中对信号接收功率、信号接收质量和信号的信噪比进行测试，对测试结果进行分析，结果表明，5G基站部署方案能达到要求。

随着选煤厂入洗原煤压力增加，煤炭高效分选的重要性日益凸显。针对传统原煤分选装备处理能力不足、分选效率低、铁屑回收率差等问题，研制了一款智能自控型两级组合原煤分选装置，并在选煤厂进行了试验研究。结果表明：智能自控原煤分选装置在各项技术指标上都有显著的改进和优势，设备处理能力提升12.2%，分选效率提升10.6%，能耗降低6.7%，铁屑回收率提升13.4%。为煤炭洗选提供了一种经济有效、可持续的解决方案。

针对选煤厂圆筒仓储量缺少精确计算方法及储量估算误差大等问题，深入分析了圆筒仓内部煤炭的堆积形态，以小直径单排料口圆筒仓储量模型研究为基础，采用削切法并通过参数变换，成功推导出单点入料条件下多种卸料形式的圆筒储量精确计算模型，并通过BIM模型验证。该研究成果简易、易读、快速、准确、适应性强，有效提高了圆筒仓储量估算的准确性及设计效率，推动圆筒仓储量设计从“粗放型”向“精确型”的转变，对提升行业整体设计水平具有重要意义。

针对平煤十二矿千米深井小煤柱沿空巷道矿压显现剧烈的问题, 在研究工作面端部覆岩结构及其力学影响、爆破切顶卸压技术特征的基础上，提出了深浅孔组合爆破方法，并在己₁₅-31040工作面进行现场应用。研究得到：基本顶断裂位置位于煤柱外侧且悬臂长度较小时煤柱及沿空巷道受载荷最小；提出了“深孔（装药）-浅孔（装药）-深孔（不装药）”循环布置的深浅孔组合定向控制爆破方法，在深孔和浅孔聚能爆破能量和控制孔导向作用下可实现坚硬顶板定向造缝；结合工作面地质特征和切顶技术要求, 确定切顶参数为切顶高度30.7m、切顶角度15°（偏向采空区）、深孔直径94 mm、浅孔直径55mm、钻孔间距0.8m、深孔孔深32.5m、浅孔孔深15m。现场应用效果表明，采用深浅孔组合定向控制爆破方法成缝率超过90%，巷道围岩矿压及变形均得到有效控制，为类似条件矿井安全高效开采提供借鉴和参考。

针对小康矿软岩动压巷道出现大变形的难题，通过物理力学实验、地应力测试、锚索锚固力测试、围岩结构窥视及数值模拟等现场和实验室实验，从初次支护强度、巷道关键部位、围岩特性等角度，揭示了影响巷道稳定性控制的主控因素。据此提出了深部特厚煤层、软岩、动压巷道稳定性控制的方案。采用“高预紧力锚杆锚索+壁后混凝土+U型钢圆棚+注浆锚索+底角钢管混凝土”联合支护技术来控制深部软岩巷道围岩的变形与破坏。现场试验结果表明：在原支护基础上增加注浆锚索和底角钢管混凝土后，巷道围岩的变形量降低了95%以上，为类似煤矿软岩巷道大变形的治理提供了宝贵经验。

为解决全充水采空区注浆治理过程中面临的质量控制难题，以济宁岱庄煤矿充水采空区为研究对象，对注浆充填过程中地下水位变化规律及其影响因素进行了研究，借此来即时分析采空区注浆效果。依据钻孔水位、冲洗液漏失位置、注浆量等实时数据，并结合区域水文地质条件，查明了研究区地下水位动态变化特征，掌握了注浆充填对充水采空区地下水位影响规律，同时提出采用水位变推法即时评价采空区注浆效果，并动态调整注浆工艺参数，以改善注浆充填质量。结果表明：在注浆之前，采空区勘查钻孔水位埋深基本相同，导水裂缝带有较好的水力联系；在注浆前期，采空区地下水位变化不明显，注浆所引起的地下水位抬升具有滞后性。随着持续注浆，采空区钻孔水位不断升高，且区域之间差别明显，这表明采空区覆岩导水裂隙有所减少，采空区岩层渗透性显著降低，注浆效果逐渐显现，钻孔水位与采空区注浆效果密切相关。更进一步可根据后序钻孔水位变化特征，预测钻孔可注性，即时分析注浆效果，优化后续注浆方案。

针对新登煤矿F_22-1断层突水点附近围岩破碎、隔水层薄、岩层泥化、承载能力差的特点，结合“线状”导水通道的特殊补给形式，从加固围岩和控制导水通道水压、水流两个方面，采用巷道充填、围岩加固、疏水降压、返流注浆及引流注浆等技术，解决了注浆堵水期间导水通道垮塌、隔水层承压能力差以及围岩裂隙发育的难题，成功实现了在断层破碎带注浆堵水的目的，取得了较好的效果。

针对倾斜综采工作面倾角、采长频繁变化等问题，以华亭煤矿250107-1工作面回采为工程背景，分析了工作面实际采长变化对工作面正常生产的影响，得出了实现工作面等采长回采的前提条件，即按照工作面回采巷道最大高程差位置处的正倾斜工作面长度来设计切眼以及确定液压支架、刮板输送机中部槽数目。研究了工作面回采巷道高程差、工作面采长、伪斜调整距离Δl之间的空间几何关系，推导得出了伪斜调整距离与工作面倾角之间的定量化关系，提出了实现综采面等采长回采的插帮割煤调斜、调正回采工艺，为同类工作面安全高效回采提供了参考。

针对古叙矿区叙永一矿软基岩薄煤层开采工作面回采期间顶板频繁涌水的问题，综合运用现场实测、相似材料模拟实验以及数值模拟等多种方法，对1599工作面覆岩破坏范围开展了全面且深入的现场探测工作，探究了1599工作面顶板覆岩破坏特征与工作面“竖三带”的演化规律，揭示了软基岩薄煤层工作面覆岩涌水通道的发育特征以及顶板涌水的内在机制。研究结果显示：C19煤层走向分布起伏不平，当1599工作面回采至80m低洼段时，受采动影响，覆岩中的两层关键层发生破断，纵向裂隙向上发育，进而形成涌水通道并导通长兴组含水层；大量地下水在压力作用下涌向工作面，导致该工作面频繁涌水。为此，有针对性地提出采用深浅孔结合的注浆方式与超前疏排水措施对1599工作面低洼段顶板岩层进行联合控制，从而有效解决顶板涌水问题。

为了给工作面的安全生产创造有利条件，采用了理论分析、现场实测、数据分析等方法对深部厚硬岩层定向水力压裂的弱化减灾机理展开研究。研究结果表明：基于理论分析，发现压裂层位厚硬岩体不同破裂形式，均能减小厚硬岩层的破断步距，有效破坏大能量事件的发生条件。通过现场钻孔窥视，观测到水力压裂后的目标岩层发育了多种不同形态的裂隙，目标岩层的完整性以及连续性遭到了破坏。对比分析未压裂区与压裂区微震频次及能量分布，发现压裂区大能量微震事件（ >10000 J）数量为1次，相较于未压裂区的大能量微震事件个数（44次）减少了97.7%。压裂区能量峰值相较于压裂前降低了2个数量级。研究成果充分证明，定向水力压裂在厚硬岩层弱化减灾方面发挥着极其显著的作用。

为解决煤矿主生产系统人工调度滞后、无法从全局考虑等问题，提出采用智能矿山综合管控平台实现全矿井主生产过程的综合管控的思路。通过对包括采煤、掘进、采区胶带运输、采区煤仓、大巷胶带运输、井底煤仓、提升、地面原煤仓、洗选加工、产品仓等环节在内的主生产过程进行分析，提出现存的原煤生产能力和运输能力不均衡、设备兼容性与稳定性、生产环节中的暂存点与协调性等问题，依托管控平台数据整合与处理能力、跨设备与系统的协同能力、决策支持与优化功能，提出包含感知层、数据层、应用层的三层生产协同管控体系，并重点阐述生产协同所依赖的大数据及云计算、边缘计算、数字孪生、人工智能及决策算法等关键技术，分辅助决策及应急控制、智能决策及自主管控对生产协同管控应用路径进行了论述。

煤矿开采过程会产生大量矿井水，若不进行合理利用，造成宝贵水资源浪费的同时，还会污染环境。传统处理工艺回用路径较为单一，难以满足矿区多层次用水需求。本研究以邯郸-邢台煤矿区冀中能源集团矿井水为研究对象，采用“高密度澄清-超滤”工艺对矿井水进行处理，根据出水水质分别进行井下用水、生活用水和农灌用水方面的回用。结果表明，PAC为最优混凝药剂，最佳投加量为80mg/L；阴离子PAM为最优絮凝剂，最佳投加量为2mg/L，超滤组件可进一步去除水中的剩余悬浮物。在矿井水回用途径中，农灌时期，矿井涌水全部进行农灌，井下用水和生活用水采用自来水补充，吨水总成本为2.59元；非农灌时期，矿井涌水全部进行井下回用和生活用水回用，剩余部分外排，吨水总成本为0.49元，具有显著社会效益和经济效益。

大采高孤岛面煤柱留设的合理尺寸确定是影响煤炭回采率与安全回采的关键因素之一，以黄岩汇矿15115大采高孤岛面为研究对象，运用理论计算与数值模拟方法，构建了厚硬岩挠曲-煤体协同压缩与硬岩悬臂附加应力耦合作用的煤柱叠加承载模型，确定了合理柱宽。主要结论如下：煤柱帮荷载主要由厚硬岩层挠曲与煤体自重压缩变形效应决定，而采空区侧荷载来源于悬臂岩层附加应力。煤柱荷载与极限承载力在其宽度上变化呈反向趋势，得到了煤柱最小宽度9.4m，确定了等效断裂角对降低煤柱荷载强度的作用敏感点为82°。模拟中随煤柱宽度增加，煤柱塑性破坏范围占比与煤体扩容程度降低，中部应力集中程度趋于稳定，整体承载性能增强，综合考虑宽度设置为10.0m。现场表明，巷道两侧实施压裂后，岩层裂缝贯通弱化了厚硬岩层的完整性。煤柱保留了中部2.0m弹性区，顶底板及两帮变形量均控制在520mm内，有效实现了孤岛面安全护巷。

以陕西榆林凉水井矿431301工作面运输巷为工程背景，基于回采过程顶板运动特征，分别构建直接顶弯曲下沉、垮落以及基本顶回转下沉、稳定等四个阶段下巷旁支护体上方围岩时空演化的力学模型，推算出在不同阶段中沿空留巷顶板运动对巷旁支护体施加的侧向载荷的表达式，确定了顶板影响因素与支护体侧向受载大小的耦合关系。结果表明：巷旁支护体侧向受载程度与直接顶厚度成反比，与岩梁弯曲旋转角度成正比，同时与基本顶“悬臂梁”长度呈正相关。基于数值模拟结果，通过切顶缩短巷旁支护体上方顶板长度，增大巷旁支护体宽度增强其强度，最终提出沿空留巷巷旁支护体减载控制方案，确定切顶高度为10.73m，切顶角度为20°，巷旁支护体合理宽度为1.6m。

液压支架是工作面和超前巷道常用的支护手段，在工作时其顶梁常承受来自顶板的冲击载荷，自身稳定性面临威胁。为确保自移式单元支架在多次动载冲击下的工作安全，以赵楼煤矿5304工作面超前巷道自移式单元支架ZQ2000/22/48A为研究对象展开研究，首先运用SOLIDWORKS建立模型，然后借助动力学软件ADAMS模拟在梯度冲击载荷条件下单元支架的动态响应特征，进而研究顶梁和立柱的位移及应力变化规律。研究结果显示：在梯度冲击载荷1000 kN作用下，单立柱最大应力为1850kN，最大下沉量为100mm，此时顶梁相对偏移量最大，数值为5.84mm；随着冲击荷载按200、600和1000kN梯度依次增大，立柱和顶梁的下沉量、应力和偏移量等参数呈非线性变化，其增量和变化率逐渐增大。该研究成果为液压支架的强度选择和冲击试验分析提供理论依据。

为了厘清煤矿井下水平钻孔压裂裂缝的复杂起裂行为，以煤矿井下地应力回归公式、钻孔孔壁应力分布以及最大拉应力准则为基础，构建了煤矿井下水平孔压裂裂缝起裂的理论计算模型，进而对地层埋深和钻孔方位对裂缝起裂特征参数的影响规律进行了研究。同时采用三维离散格子数值模拟方法，对水平钻孔压裂裂缝的起裂动态演化过程进行了模拟。结果表明：水平孔压裂裂缝的起裂压力会受到地层埋深与钻孔方位角的共同作用。起裂压力与地层埋深呈正相关关系，当埋深从150m增加到1100m时，起裂压力峰值的增幅约为46.47MPa。在埋深小于1100m的情况下，起裂压力随钻孔方位角的增加呈现先增大后减小的趋势。起裂参数突变点所对应的钻孔方位角会随埋深的增加而单调递减，在突变点附近，起裂压力达到峰值，并且起裂位置从90°突变为0°。裂缝的方向角由约0°突增至某一正值，随后呈现出类似抛物线的变化特征，在埋深1100m以内，裂缝方向角均小于27.08°。钻孔压裂裂缝起裂演化过程表现为微破裂点的萌生、孔壁破裂线的发育以及宏观裂缝椭圆形的自相似扩展等多个阶段的演化过程。研究结论能够为煤矿井下水力压裂水平钻孔的布置方案优化提供参考和借鉴。

为研究单一性质与复合煤层钻孔初始瓦斯涌出曲线的差异性，采用Comsol Multiphysics模拟钻孔过程中的初始瓦斯涌出曲线，运用煤层模拟装置与连续流量法测定设备监测了三组钻孔初始瓦斯涌出数据，研究了不同性质煤层钻进过程中瓦斯涌出量随钻进深度的变化规律。研究结果表明：破碎带内瓦斯瞬时流速为正常流速的19倍；钻孔瓦斯集中于钻杆前部，且在暴露2s后涌出速度迅速下降；整体钻进距离与钻孔初始瓦斯涌出量曲线存在明显的单调递增函数关系，不过随着时间推移，其增长速率逐渐减缓，这一结论在后续海孜煤矿和威奢煤矿的实验中也得到了验证。采用汇丰煤样对复合煤层（硬煤内部局部存在软煤）进行钻孔初始瓦斯涌出量测定，发现瓦斯曲线异常区域初始瓦斯涌出量的变化趋势与数值模拟相似，异常区域峰值高于正常值2.96倍，这表明该参数对复合煤层具有敏感性。

为科学且有效地加强煤矿安全的监管监察工作，明确关键影响因素以降低事故发生概率，基于系统动力学视角并结合当前研究现状，深入剖析了“互联网+”煤矿安全监管监察的各类影响因素。通过问卷调查法，结合Vensim软件构建了“互联网+”安全执法平台、政府安全监察执法效能、企业安全管理水平、人员安全水平、第三方与社会公众系统的因果关系图和存量流量图,进而实现这些影响因素的具体化与量化。根据模型分析，“互联网+”执法平台的应用显著提升了监管监察效率，而信息反馈与推送机制是“互联网+”煤矿安全监管中的核心影响因素。该模型为煤矿实施具有针对性的监管监察措施、提升监管监察效率提供了科学依据。

为探究不同因素对胶结砂岩质类岩石材料强度特性的影响，以水泥、砂岩骨料、石英砂等为原材料，经不同配比制成类岩质圆柱形试样，借助YAW-150B全自动液压试验机测试系统,探究各因素对类岩石材料强度的影响并阐明试件损伤破坏机理。研究结果表明：水灰比、砂岩骨料-水泥比及砂胶比均会对类岩石材料的强度产生一定影响，其中类岩石材料的抗压强度随水灰比的增大呈先增后减趋势，当水灰比为0.42时，材料强度达到最大值，随后缓慢下降；砂岩骨料-水泥比与类岩石材料强度的提升呈负相关关系；砂胶比会使类岩石材料抗压强度先增大后减小，当砂胶比在约为0.9时，材料强度达到峰值，之后快速下降，且最终强度值均低于初始强度值。类岩石材料试样在轴向荷载作用下会呈现拉伸破坏、剪切破坏及摩擦破坏三种破坏模式，且以拉伸破坏为主，剪切破坏和摩擦破坏为辅。

以扩稳性能良好的逆角向缝机匣处理为基础，通过在缝的不同轴向位置增设周向槽，得到三种逆角向缝-周向槽耦合机匣处理，并将其应用于FBCDZ-No20型矿用对旋式主通风机。通过数值模拟，对比分析了逆角向缝和三种缝-槽耦合机匣处理对风机扩稳性能的影响。结果表明：逆角向缝机匣处理可有效提高对旋风机的稳定裕度，采用三种逆角向缝-周向槽耦合机匣处理，都可进一步提高风机的稳定裕度，但也会引起峰值效率不同程度的降低。其中， 当周向槽位于逆角向缝的前端时，扩稳效果最好，但效率损失也最大。随着周向槽向缝的尾端移动，扩稳能力逐渐减弱。实施缝-槽耦合机匣处理后，前级叶片吸力面与压力面之间压差的显著变化使得叶顶泄漏流的驱动力增大，而且由于对前级叶顶通道内气流的抽吸和喷射作用，吹除了叶顶通道内的低速气流，减轻了流动堵塞，增大了叶顶泄漏流的轴向速度，改善了叶顶区域流场，延缓了失速的发生，因而提高了风机的稳定裕度。然而，气流在缝-槽耦合机匣处理内部产生的流动损失，以及由机匣处理产生的射流与叶顶通道内气流之间的掺混所引起的流动损失，都导致风机峰值效率降低。

针对煤矿井下电网电压不平衡等工况下，矿用变频器系统可能出现单相电流过大、输入电流谐波增大等问题，以单向能流三相三电平矿用变频器前级整流器为研究对象，在分析该整流器拓扑工作原理和数学模型基础上，结合不平衡电网下的正、负序电压电流双闭环独立控制和相内电压均衡控制策略，研究并提出了一种采用零序电压反馈和负序电流前馈控制相结合的三层控制策略，实现了整流器单位功率因数运行，并解决了相间直流母线电压均衡问题。最后通过Matlab/Simulink仿真，验证了所提控制策略的有效性和可行性。

矿物表面粗糙度的特征影响着液-固和气-固相互作用，从而影响矿物颗粒的疏水性以及气泡矿化过程。尽管已经有很多研究对矿物表面粗糙度与浮选过程的关系进行了探索，但仍然存在一些待解决的问题，如矿物表面粗糙度的准确表征方法以及粗糙度对不同疏水性矿物浮选过程的影响。针对上述问题，从矿物表面粗糙度的定义、测量方法和制备方法出发，深入分析了粗糙度对表面润湿性、浮选药剂吸附、气泡-矿物表面接触面积和粘附力、诱导时间以及浮选效果的影响，旨在探讨矿物表面粗糙度对浮选过程的影响，揭示不同粗糙度对液滴-矿物相互作用和气泡-矿物相互作用的影响机制，为提高矿物浮选效率提供理论支持。

为了研究富油煤不同显微组分分子结构特征差异，深度理解其结构特性，以神府煤田大保当煤为研究对象，通过等密度梯度离心法分离出富镜质组和富惰质组两种显微组分，分别采用傅里叶变换红外光谱分析（FTIR）、固体核磁共振波谱分析（¹³C-NMR）、X射线衍射光谱分析（XRD）和X射线光电子能谱测试（XPS）技术对富集的显微组分进行分子结构分析研究。¹³C-NMR的结果显示，富镜质组中含有较多与脂肪碳相关的结构，而富惰质组中含有较多与芳香碳相关的结构；FTIR 结果表明,富镜质组中含有丰富的含氧官能团，其脂肪烃结构更短，支链化程度高，而对于富惰质组，苯环三取代和五取代成为了芳香氢的主要取代方式，占比均接近37%；XRD结果显示神府大保当煤富镜质组和富惰质组的微晶结构相差不大，物理结构差异较小。XPS结果表明镜质组的含氧官能团多以酚羟基氧和醚基氧、羧基氧存在，氮元素的主要赋存形态是吡啶型氮和吡咯型氮，为热解焦油产率的提升提供了可能。研究成果可为富油煤开发利用和转化技术研发提供理论参考。

为治理瓦斯抽放干式钻孔施工过程中产生的大量粉尘，基于碎软煤层钻孔产生的呼吸性粉尘占比较高的特点，提出干式孔口除尘的新技术，即以煤矿井下压风作为除尘装置的动力，首先利用旋风除尘技术进行初级除尘后，再通过布袋除尘技术进一步过滤净化，进而实现高效除尘。重点研究了除尘装置的结构参数，根据旋风除尘和布袋除尘的阻力，对除尘装置的动力进行了优化设计，并在碎软煤层钻孔进行现场试验，结果表明：干式孔口除尘装置总粉尘除尘效率达98%以上，呼吸性粉尘除尘效率达96%以上，能有效解决碎软煤层钻孔过程中的粉尘污染。

为解决传统井下密闭墙浇筑效率低，施工难度大的难题，研发了新型井下双动力防爆混凝土泵送车。由于井下有限空间整车不能满足巷道上料高度要求，泵送车臂架采用回转伸缩式,能够承受混凝土及输送管重量强度，井下双动力混凝土泵送车拥有创新的尺寸外形与臂架设计室。混凝土泵送车的控制方式采用无线遥控电比例的负载敏感多路阀，通过电气控制系统实现双动力之间的切换，将外部电源和底盘电源融合，从而保证行车状态时泵送及臂架锁止。煤矿井下混凝土密闭墙等工程采用混凝土泵送技术，能够显著节约人力与物力，提高生产效率，增强安全性，为提升井下复杂环境密闭墙浇筑作业效率提供了有价值的技术参考。

针对机载锚杆钻机钻臂质量过大会影响机动性和工作稳定性等问题，以JMZ型机载锚杆钻机钻臂为研究对象，采用响应面法进行结构优化。以钻臂的尺寸参数为设计变量，强度和刚度为约束条件，质量为优化目标，采用中心组合设计法，建立响应面模型，分析各变量对钻臂最大等效应力、最大变形和质量的影响规律，运用多岛遗传算法对响应面模型进行寻优求解，得到最优参数组合。结果表明：固定臂内筒截面尺寸对钻臂最大等效应力的影响最大，伸缩臂内筒截面尺寸对钻臂最大变形和质量的影响最大；优化后钻臂强度和刚度均满足要求，钻臂质量下降了7.83%，最大等效应力下降了14.58%，达到了优化目的。