针对李家壕煤矿智慧矿山平台建设中跨厂商、跨代际系统的深度协同问题，提出协同控制系统采用分层递阶结构，在通信接口层设计基于OPC UA的协议转换网关，实现RS485、工业以太网、LoRa等多协议兼容。在数据融合层采用强化学习算法进行多源数据融合，依据数据的动态变化自动调整交互策略。在智能联动层开发事件驱动的动态耦合算法，建立包含32个状态参数的联动决策矩阵。通过在李家壕煤矿的应用测试表明：与之前相比，应急联动响应时间缩短至9.7s，设备综合能效提升19.3%。通过构建统一通信协议栈与数据融合机制，建立跨系统的动态耦合模型，实现了矿山生产系统的智能化协同管控。

针对新能源电力在煤矿生产中占比持续提升，但因新能源发电的间歇性与波动性导致利用率偏低，且对煤矿供配电系统稳定性构成潜在威胁等问题，提出了在煤矿供配电系统中引入智能微电网的解决方案。通过构建煤矿智能微电网的控制系统架构，给出了微电网的控制模型及逻辑流程，并结合工程实例进行了验证。结果表明：实例工程中智能微电网不仅将新能源消纳比例提升1.4%，还通过峰谷电价套利和备用容量优化，为煤矿年均节省用电成本约16.3%。

针对大南湖七号煤矿高盐高硬度矿井水无法回用的情况，对原水水质和回用水水质进行了分析研究，针对性的采用“预沉调节+高效旋流净化器+高密池+浸没式超滤+弱酸阳床+中压反渗透”和“中压反渗透浓水+浓水高压反渗透”处理工艺进行处理，项目投运后运行良好，各单元产水水质稳定。对选用的处理工艺进行了说明，并着重对项目难度最大的高密池主要工艺参数进行了分析介绍。该工艺技术路线和参数可为后续类似项目提供参考。

针对煤炭领域BIM技术多局限于地面选煤厂设计阶段的现状，在煤炭建设项目BIM设计中开展了BIM与新一代信息技术融合应用研究，提出“BIM+互联网”“BIM+GIS”“BIM+IoT”等多技术协同方法，并依托典型工程验证其有效性。在长城五矿储装运系统工程中，基于“BIM+互联网”构建云端协同平台，实现疫情期间跨地域多方高效协同，保障项目顺利推进；在枣矿联创储配煤基地项目中，通过“BIM+GIS”融合技术优化工业场地区域规划与建（构）筑物布局，提升土地利用效率；在陶和煤矿设计中，建立井上下一体化三维矿山系统，实现地形、场地与井巷工程的多维度可视化集成；在郭屯煤矿井口降温系统中，借助“BIM+IoT”技术将实时设备运行数据嵌入轻量化BIM模型，拓展BIM技术在运维阶段的动态监控功能。研究表明，BIM与信息技术深度融合可显著提升煤炭工程全生命周期管理能力，为行业数字化转型提供关键技术支撑。

在“双碳”目标与能源转型的时代背景下，煤炭行业加速向绿色智能高效方向变革。以开滦集团钱家营选煤厂为范例，立足工程设计，系统探索了大型炼焦煤选煤厂的现代化建设路径。针对原选煤厂工艺陈旧、效能滞后等问题，应用智能干选、无压三产品重介旋流器分选、煤泥深度浮选、高效固液分离、高精度在线检测等核心技术，构建“智能感知-精准分选-高效回收”一体化工艺体系；同步搭建智能化管控平台，融合5G、大数据、人工智能技术，实现生产全流程自动化控制与数据实时监测分析。在绿色发展层面，通过优化运输仓储系统降低能耗，部署除尘净化、洗水循环、固废综合利用设施，将绿色安全理念贯穿建设运营全程，实现经济效益与生态效益的双重突破，为煤炭产业与生态环境协调发展提供了可借鉴的实践经验，也为同类选煤厂的转型升级指明方向。

针对钢筋混凝土筒仓结构在工程中易产生开裂、受冲击损伤的现状，提出采用橡胶集料混凝土替代普通混凝土材料用于筒仓结构的方法。引入钢材双折线本构模型及混凝土损伤塑性模型，比较了不同钢筋建模方法对钢筋混凝土结构非线性数值模拟精度的影响。选取简化钢筋模型嵌入混凝土实体单元的方式，建立了气膜钢筋混凝土筒仓及钢筋混凝土筒仓结构有限元模型，分析了不同橡胶掺量的橡胶集料混凝土对筒仓结构静力性能的影响。

针对浅埋坚硬顶板工作面在回采过程中顶板难以及时垮落的问题，以陕北地区某矿517工作面为研究背景，设计了定向长钻孔分段水力压裂方案，并基于微震和现场实测数据对卸压效果进行评价。研究结果表明：在压裂施工过程中微震事件数显著增多，同时出现大能量微震事件，压裂最大破裂压力约为20.6MPa，各压裂段注水量约为45m³/h，压裂曲线出现压降现象，说明水力压裂导致钻孔内部出现裂缝并诱发了大量的顶板破裂现象，且压裂施工结束后顶板破裂仍受水力压裂影响；回采过程中煤柱浅部基点应力明显大于深部，煤柱帮部锚杆受力明显大于顶板及实体煤帮部锚杆，顶板离层量基本保持不变。水力压裂有效弱化了坚硬顶板的完整程度，减小了侧向支承压力对煤柱的影响，切断了应力传递路径，优化了煤柱的受力环境，有效缓解了巷道变形，保证了综采工作面的安全回采。

针对残采厚煤层综放开采工作面回采巷道围岩稳定性控制的难题，提出了“超前掘进面空区注浆充填+破碎顶帮注浆加固+W钢带锚网支护+联合架棚喷浆”的过空区巷道围岩支护方案，并采用理论分析、数值模拟与现场实践验证相结合的方法，验证了该方案的有效性。研究结果表明：注浆充填体可形成再造顶板与实体巷帮，既为回采巷道安全过空区提供必要条件，还能有效支撑加固空区破碎顶板，杜绝回采巷道冒顶的潜在安全隐患；对空区影响范围内的顶板及煤帮进行注浆加固，可提高破碎围岩强度与完整性，改善锚杆（索）的锚固性能及锚杆（索）、钢棚的受力状态；喷浆密闭措施不仅能防止充填体与破碎煤体风化，还可进一步增强回采巷道围岩的护表能力。现场应用表明，所研发的“充填+注浆+W钢带锚网+架棚+喷浆”联合支护技术，能够满足回采巷道安全掘进支护过空区及残采厚煤层安全开采的需求。

针对高瓦斯矿井回采工作面采用“U+U”通风方式下复用巷道存在维护成本高、工期长、安全风险大等问题，以王坡煤矿3号煤层开采为工程背景，研究典型复用巷道全周期矿压显现规律，分析其围岩变形破坏机理及控制原则，提出专用瓦斯治理巷新型布置方案。结合理论分析、数值模拟及现场煤柱应力监测，论证15m煤柱的合理性；在3307工作面开展工业试验，构建“主动支护—切顶卸压—动态调整”三位一体围岩控制技术并完成参数设计。结果表明，掘进专用瓦斯治理巷可有效规避复用巷道维护的不利影响，在施工工期、安全保障及经济效益等方面优势显著。

针对高突矿井存在的瓦斯抽采周期长、截割效率低、支护作业耗时长等技术难题，提出了一种新型智能掘进控制技术。该技术以掘锚一体机为主体，融合定向深孔瓦斯预抽、支护参数优化与瓦斯-截割联动控制，显著提升巷道掘进效率与安全性。应用结果表明：采用定向深孔钻探预抽瓦斯后，掘进工作面瓦斯含量降低46.39%；通过优化顶板支护方式与参数，支护密度降低21.77%，支护成本减少2.23%，并通过工序协同优化使掘进循环效率提高33%；构建的瓦斯涌出-截割速度联动控制系统，实现了截割参数与瓦斯浓度的动态匹配，最终巷道月进尺提高1倍以上，在显著提升掘进效率的同时保障了作业安全，实现了高突矿井巷道安全、高效、智能掘进的建设目标。

针对超现行规范深大槽仓基坑土钉支护稳定性问题，基于现场实测获得深大槽仓基坑施工期变形与土钉受力一般特征。结果表明由于基坑上部粉细砂层较厚，坡顶个别测点水平位移超出了规范允许的3‰开挖深度限值。土钉轴力随基坑开挖不断增大，沿土钉长度方向上，上部土钉最大轴力一般出现在中部，而下部土钉最大轴力往往出现在中深部，个别土钉轴力甚至超出了传感器量程的25%，且上部填方工程将进一步加大边坡的滑塌范围。基于此，提出了在不增加总土钉长度基础上的土钉支护优化设计策略，即在增大上部土钉水平间距和适当减小下部土钉水平间距时，能够充分发挥上部土钉的支护性能，减小下部单根土钉支护面积，进而提高整个边坡的安全性。

针对双巷布置工作面开采中，巷道受重复采动影响导致矿压显现加剧的问题，以黄玉川煤矿226上03工作面回风巷为研究对象，综合采用现场实测、数值模拟与理论分析相结合的方法，系统分析了重复采动下巷道应力的演化特征、围岩破坏规律及底鼓形成机理，进而提出了针对性的控制巷道底鼓的调控措施。研究结果表明：①现场实测围岩变形数据显示，一次采动对巷道的扰动影响范围有限，回采期间巷道整体保持稳定, 未出现明显变形破坏；二次采动则表现出阶段性强扰动特征，工作面超前40m范围内巷道顶底板变形剧烈，扰动影响范围延伸至超前工作面120m处。②明确了重复采动下围岩塑性区的演化规律：巷道掘进稳定后，围岩破坏集中于底板；一次采动期间，底板塑性区仅发生小幅扩展；二次采动显著加剧底板塑性区发育，且底板破坏呈非对称形态，以倒“7”形分布为主。③揭示了重复采动巷道底鼓破坏机理：主应力偏转角主导围岩塑性区的扩展方向，最大主应力幅值决定破坏范围；软弱底板的存在进一步加剧采动应力重分布效应，最终诱发巷道底鼓。④提出并现场实施了底鼓调控对策：在工作面超前区域新增7m段超前支架，同时将每组单元支架间距由原设计值缩短400mm。现场应用结果表明，该措施有效提升了底板与超前支架的协同变形能力，改善了巷道围岩稳定性，保障了工作面安全高效回采。

针对突出煤层复合关键层顶板沿空留巷墙体变形严重、采空区瓦斯漏出量大等问题，以山西沁城煤矿20107工作面为例，通过理论建模、力学分析研究了压裂断裂线位置对应力传播及墙体变形的影响机制，给出了分段压裂切顶水平关键位置的解析解，结合关键层理论分析判识覆岩中、低位承载关键层层位，综合确定定向钻孔分段压裂的水平位置及垂向区间，并指出断裂线与覆岩自然垮落线之间的类三角形区为采空区卸压瓦斯富集区，进而优化裂隙带瓦斯抽采钻孔的合理层位。采用非渗流性压裂理论及地应力现场测试确立分段压裂起裂、扩展压力以及压裂时长、流量等关键参数，并通过工程试验验证。研究结果表明：优化后留巷墙体顶底板移近量比原有的下降65%，定向钻场单孔瓦斯抽采量增加72%、每组总量提升至7.46 m³/min，实现了留巷墙体变形裂隙与采空区瓦斯协同共治。

针对煤层瓦斯抽采半径受多因素耦合作用影响、精准确定难度较大的问题，采用理论分析与现场实测相结合的方法，开展钻孔瓦斯流量衰减特性研究，推导钻孔极限抽采时间，并以煤层瓦斯抽采率≥30%为约束条件，建立钻孔抽采半径计算公式，为煤层预抽钻孔设计提供了理论与实践依据。结果表明：①钻孔瓦斯抽采流量与时间呈负指数衰减关系，钻孔瓦斯流量衰减系数为0.028~0.038d^-1，极限抽采时间为78.9~107.1d，表明研究区域煤层透气性中等；②当抽采时间为120d时，理论计算抽采半径为2.26~2.45m，采用压降法实测得出预抽115d时抽采半径为2.25m，理论值与实测值吻合度较高；③当抽采半径为2.25m，抽采时间为120d时，预抽后残余瓦斯含量为4.96m³/t，抽采率为37.37%，瓦斯压力降幅达57.14%，工作面日产量2780t/d，预抽后可解吸瓦斯含量3.05m³/t，符合瓦斯抽采达标相关规定；④当钻孔直径133mm、间距4.5m、抽采负压15~20kPa且预抽时间120d时，工作面回采期间上隅角瓦斯浓度稳定控制在0.12%~0.43%，无瓦斯超限现象，瓦斯治理效果显著。

为减少水资源环境的污染, 提高煤矿生活污水的回用率, 通过对多个大型煤矿生活污水的来水水质分析，总结出陕北地区煤矿工业场地生活污水的水质特点，针对煤矿生活污水成分组成、可生化性等特点，设计了“机械格栅+沉淀池+A/O池+MBR”的陕北大海则煤矿生活污水处理工艺路线。对生活污水处理的出水水质进行了长期监测, 分析了生活污水的处理效果，并根据出水情况调整运行参数。工程实践结果表明，该工艺对煤矿生活污水中的污染物BOD_cr和NH₃-N去除效果达到90%和80%以上，产水满足矿井回用水水质标准。研究有助于保障煤矿生产期间的生活污水处理稳定运行，降低污水处理成本，产水回用达标。研究以期为煤矿生活污水处理回用技术提供相关案例。

基于柱状药包爆破漏斗理论与相似准则,开展了煤台阶单孔变孔深、变孔距爆破漏斗系列试验设计，获取了试验条件下煤岩体的关键爆破参数，包括弹性变形能系数、临界深度比、最佳埋深比以及合理孔间距等。依据柱状药包平方根相似律进行推导，得出在孔径为200mm的工况下，最佳排距为7.60m，最佳孔间距为8.38~10.44m。结合类似工程经验和现场实际情况，对孔间和排间距进行优化，最终确定孔间和排间分别为9m和8m。运用ANSYS/LS-DYNA构建二维数值模型，对42ms×65ms、42ms×100ms两种延期时序下煤岩损伤演化规律与应力波传播特性进行定量表征。在此基础上，揭示延期时间对破碎均匀性的控制机制，即：42ms×100ms的组合通过应力波叠加，能够显著扩展裂隙网络，使有效破碎区面积更大，进而提升煤岩破碎的均匀性。现场工业试验结果显示，在优化时序下爆堆形态呈缓坡状，爆堆高度适中，自由面可见贯穿的裂纹，松散程度合适，大块率降低。相较于42ms×65ms的延期时间组合，电铲作业效率提高约10%，该结果与数值模拟研究结果相吻合。该研究成果从能量匹配与波动干涉角度出发，完善了柱状药包爆破参数设计理论，为露天煤矿高效开采提供了兼具科学性与经济性的工程解决方案。

为研究煤岩受载后裂隙网络构成特征以及瓦斯流动规律，本研究采用CT扫描技术分析了煤岩受载过程中裂隙微观参数变化以及宏观裂隙形态特征, 结合COMSOL数值模拟软件研究了瓦斯流动过程中煤岩裂隙与瓦斯流体的相互作用规律。结果表明：砂岩、冲积层黏土和煤试件受载破坏后裂隙张开度集中在0.1~0.2mm，裂隙倾角分别集中在80°~90°，55°~70°，50°~90°；裂隙长度尺寸以及扩展方向不同导致裂隙形态不同，砂岩贯通岩石上下表面，整体破坏严重，破坏后呈“双斜面剪切破坏”，煤试件破坏后呈“单斜面剪切破坏”。砂岩裂隙贯通渗透率大，整个截面上流速超过0.01m/s，黏土和煤试件流速增长区域范围小。受瓦斯流动压力影响，砂岩试件内部压力大于0.5MPa的区域最大，体积占比达到21%，冲积层黏土体积占比16%，煤试件体积占比达到11%；裂隙形态改变引起瓦斯压力梯度变化，垂直裂隙区域气压分布形状呈一次函数线性增加，裂隙尖端区域气压分布形状呈二次函数变化。

副立井提升系统的安全运行对煤矿生产至关重要，传统监测方法存在主观性强、监测范围有限等不足。针对这一问题，研究分布式光纤侦听技术在副立井提升系统中的应用，分析了光纤中瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射的原理，并深入介绍了瑞利散射在声音振动监测中的应用。通过相干瑞利散射的分布式光纤传感器（DAS）实现了振动信号的检测与定位。通过构建模拟实验平台与矿井实测场景的双重验证体系，证明系统能捕获常见异常状态造成的振动和声波。该技术能有效监测罐笼运行状态，振动产生的相位偏移与速度、负载呈正相关，系统可靠性高，为副立井提升系统安全监测提供了新方案。

为了解不同因素对煤矿瓦斯蓄热氧化装置能效的影响程度，从而达到提能增效的目的。通过实验数据探讨分析了瓦斯浓度、系统氧化效率、排烟温度、中心氧化温度和进气温度对系统热效率的影响程度，结果表明，除中心氧化温度对系统热效率影响较小外，其他因素变化对系统效率均有显著影响。在实际工程应用中，氧化装置中心氧化温度的设定应当根据设备材料经济性及热力型氮氧化物生成情况综合确定，而为了提高系统整体能效，可通过提高瓦斯进气浓度、提高设备氧化效率、降低低温排烟及锅炉排烟温度、提高系统瓦斯进气温度等措施来实现。当蓄热氧化装置中心氧化床温度稳定在950℃，氧化效率达到99.5%, 进排气端差20℃，系统排烟平均温度70℃，系统瓦斯进气浓度稳定在1.5%时，其系统整体热回收效率可达到85%。

为解决双欣煤矿供热系统智能化程度较低、热力失衡及能耗偏高的问题，构建了由物联网驱动的精准供热智能调控系统。系统设计上集成了回水温度反馈控制与二次管网动态平衡技术，并开发了基于热力学平衡模型的智能调控算法。通过在回水管道部署物联网温控阀门，构建了以回水温度为核心指标的闭环控制体系，采用智能算法对管网水力平衡进行优化，结合无线通信技术实现供热参数的实时监测与动态调节。工程应用结果表明：系统改造后，矿区关键建筑（东库房、联合建筑、实训基地）的回水温度稳定保持在45℃以上，全网回水温度偏差控制在±2℃范围内，管网水力平衡性能显著提升；同时系统综合节能率达50%。研究证实，该系统通过“感知-决策-执行”的多参数耦合调控闭环，可在保障矿井供暖质量的基础上实现能耗的精准管控，为寒区矿山供热系统的节能化升级提供了兼具经济性与环保性的技术方案。

为了探究矿浆浓度对粗煤泥螺旋分选过程的影响规律，通过分选试验评估了不同浓度下粗煤泥螺旋分选特性，进而通过测定不同浓度下流膜空间分布特性、多组分示踪颗粒运移行为，综合分析了粗煤泥螺旋分选过程的浓度效应。分选试验表明：入料流量恒定时，随着矿浆浓度的增加，精煤产率不断增加，而灰分先波动后增加，粗煤泥螺旋分选效果呈先提升后降低的趋势；浓度增加，高密度颗粒（>2.0g/cm³）在螺旋槽内缘的分布宽度增加，低密度颗粒（<1.5g/cm³）在螺旋槽最外缘的占比先增加后减小，中间密度颗粒（1.5~2.0g/cm³）有较为明显的外移趋势，精煤产品产率增加。流场测定结果表明：入料浓度增加，螺旋槽外缘矿浆流膜厚度减小，纵向流速降低，内缘流膜厚度和纵向流速略有增加，但整体分布依然呈现外缘流膜更厚、流速更大的规律。颗粒示踪试验表明：高密度颗粒粒径越细，在螺旋槽外缘的错配现象越严重；低密度颗粒粒径越粗，在螺旋槽内缘的错配现象越严重。

针对大采高工作面厚层砂岩顶板破断矿压显现剧烈难题，基于理论分析、相似模拟实验及现场试验，对小保当煤矿一号井大采高工作面覆岩运移及矿压显现规律进行研究。研究结果表明：液压支架工作阻力P与直接顶悬顶长度L₄成反比，与基本顶悬臂梁长度L₁、回转角度θ及其基本顶上覆载荷强度成正相关；大采高一次采全高工作面一次回采期间采空区岩梁总体呈现“F”型分布，基本顶初次垮落步距约为70m，周期垮落步距约为15m，矿压集中系数约为1.8；二次回采期间留设煤柱周围岩梁总体呈现“T”型分布，基本顶初次垮落步距约为50m，周期垮落步距约为15m，矿压集中系数约为2.2，二次采动期间覆岩顶板应力集中度显著较高；煤柱区域呈现高应力集中；工作面二次采动期间支架载荷强度相较于单一采面采动期间高约21%，来压期间液压支架工作阻力增幅显著小于一次回采，此外，工作面上部临空段应力载荷显著较高；基于研究结果，生产矿井更新新型液压支架，并增大了额定工作阻力，有效提升了工作面的安全回采系数。

为了改善永磁外转子提升机的速度控制性能和对负载扰动变化的鲁棒性能，提出了基于改进扰动补偿的滑模控制器和正弦切换的滑模扰动观测器结合的复合滑模控制方法，对负载变化实时观测，将观测值融入到了控制中，提高了在负载突变时的动态响应能力。之后利用Simulation X建立了永磁外转子提升机多体动力学负载模型进行联合仿真，研究了永磁外转子提升机在多种工况下的动力学特性。联合仿真结果表明，负载观测器能够准确的观测负载变化并对扰动值进行补偿，所设计的复合滑模控制系统相比传统滑模控制具有更好的动态性能，基于复合滑模控制策略的永磁外转子提升机能够满足不同工况下的重载平稳运行。