地面水力压裂是蒙陕矿区深部硬厚顶板矿井冲击地压防治新技术，如何确定地面压裂目标岩层是该技术的关键。根据工作面硬厚顶板岩层与垮落带的位置关系，提出两种承载结构，并构建相应的承载力学模型，进而给出硬厚顶板破断步距、破断释放能量及能量传递的计算方法; 同时给出顶板断裂引起煤巷冲击的力学判据；结合彬长矿区、大海则矿区等地面水力压裂防冲工程实践，从目标岩层可压裂性、能量传递致灾性以及岩层层位三个角度提出地面水力压裂防冲目标的岩层判别方法。采用该方法确定孟村煤矿401102工作面地面压裂卸压的目标岩层，结果表明：401102工作面地面压裂目标岩层为距煤层65.95m和99.31m的粗砂岩岩层。运用地面压裂技术对401102工作面目标岩层实施压裂后，工作面及煤巷压裂区域的周期来压步距、来压持续时间、来压强度、微震总频次以及释放总能量均大幅下降，地面压裂防冲效果明显，这表明所提出的地面压裂目标岩层确定方法具备合理性，为深井厚硬顶板工作面地面压裂防冲目标岩层的确定提供了理论计算方法。

针对地面水力压裂技术在煤矿顶板弱化领域应用时所面临的浅埋深、地层应力复杂、构造发育、煤层起伏以及邻近采空区等诸多难题, 展开地面压裂弱化煤层厚硬顶板的关键技术与工程应用研究。研究结果显示：从岩层结构改造层面来看，借助预制缝网破坏局部岩层，以此降低其结构承载力；从岩层物性改性角度而言，通过压裂注入压力的辐射作用消除岩层局部应力集中区域，促使岩层朝着应力均质状态发展。研究提出了基于理论计算与裸眼测井实测相结合的压裂目标层位判别方法；结合地层描绘以及漂浮接箍工具的应用，对钻井轨迹高精度控制及大水垂比套管下放技术予以改进；采用定向射孔、缝网高效暂堵与转向技术，达成近井筒区缝网方向及规模的控制；同时构建缝网动态监测与回采期间井地数据融合分析方法。在工程实践过程中，分别开展多目标层垂直井、浅埋深大水垂比水平井压裂弱化应用，成功达成多目标层位动态优化、缝网单侧暂堵转向、煤层间钻孔轨迹精准控制、2.82大水垂比套管完井以及缝网方向与规模控制等技术目标，最终构建起煤矿厚硬顶板地面压裂弱化技术体系。

针对核桃峪煤矿在千米埋深、特厚煤层以及厚硬顶板条件下沿空工作面的高冲击地压风险，开展了针对煤层上方低、中、高位顶板的水力化卸压技术体系构建及应用研究。研究表明，沿空巷道冲击地压受侧向采空区悬顶、本工作面采动应力及双工作面开采引发的上覆高位顶板断裂动载叠加作用的影响；提出构建“局部+区域”的水力化顶板卸压技术体系，采用磨砂射流侧向切顶、井下长孔分段水力压裂和高位顶板地面区域压裂措施，实现沿空工作面侧向切顶、走向断顶及高位顶板区域弱化的目标。结合2803工作面实际情况，开展了水力化顶板卸压技术工程实践，并通过钻孔窥视、瞬变电磁探测以及微震监测手段，对压裂及防冲效果进行了系统分析。实践结果显示：与邻近未采取水力化卸压措施的实体煤工作面相比，2803工作面的微震释放能量及现场动力现象均明显降低，防冲效果显著，最终形成了核桃峪煤矿沿空工作面厚硬顶板水力化卸压技术体系。

针对深孔断顶爆破弱化厚硬顶板的防冲技术存在的工程量大、卸压范围小、风险性高等问题，以大海则煤矿20101首采工作面为工程背景，采用理论分析与现场实测相结合的方法，开展地面压裂防冲机理分析、合理压裂层位确定及压裂效果与防冲效果评估工作，结论如下：①水力压裂可促使厚硬顶板形成裂缝网，进而破坏其完整性，提前释放弹性能、转移高应力并减小顶板破断长度L，最终降低顶板破断对煤层的动载影响；②压裂曲线、工作面顶板孔出水情况及微震监测结果显示，压裂液已成功促使目标层位产生裂隙并形成裂缝网，该裂缝网沿工作面走向延伸255.1m、倾向延伸72.0m，垂直高度达61.9m；③与非压裂区域相比，压裂后微震事件总频次和总能量分别降低58.95%和67.84%，周期来压步距和动载系数分别下降6.3%和10.8%，来压强度基本保持稳定。研究结果表明，地面水力压裂技术可有效弱化厚硬顶板，显著降低工作面冲击地压危险性，实现厚硬顶板区域卸压，为榆横矿区深部工作面冲击地压防治提供参考。

针对厚硬顶板开采过程中破断易引发动力灾害的问题，以门克庆煤矿11-3107工作面为工程背景，综合运用理论分析、数值模拟与现场实践等研究手段, 深入探究厚硬顶板区域压裂顺层水平钻孔的布置方法。首先，通过顶板岩性分析、关键层判别、能量传递研究及微震监测等多维度手段，明确该工作面上覆岩层存在关键层Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ, 其破断向煤体传递的能量较高，综合判定煤层上方15~30m（中低位）、45~60m（中高位）为优选压裂层位，且回采阶段需根据岩层柱状图变化动态调整。其次，结合数值模拟与现场注水漏失量分析，明确不同采动破坏范围内的岩层特性，确定水平方向钻孔布置参数，同时完成顶板爆破预裂影响范围评估。基于上述研究，针对性提出3107工作面区域压裂方案，为该工作面后续安全高效开采提供可靠的技术支撑。

为深入探讨地面压裂措施对沿空工作面冲击危险性的影响及其防冲机制，以陕西大海则煤矿20103工作面作为工程背景，采用理论分析与现场探测方法，研究两相邻工作面间实施地面压裂措施对降低上、下工作面回采期间冲击危险性的防冲机制及防治效果，得出如下结论：在两相邻工作面间实施地面压裂措施，可在上工作面回采前弱化岩层的整体力学性能，进而降低压裂区域下方的整体静载水平；在下工作面回采阶段，沿空巷道围岩整体处于相对较低的静载应力环境，且地面压裂后侧向悬臂长度缩短，其断裂产生的动载能量可得到一定程度的削弱，最终降低动静载叠加引发的冲击危险性。现场侧向悬顶探测结果表明，通过对比压裂区域与未压裂区域的侧向悬臂结构可知，地面压裂效果良好，对侧向悬臂的弱化程度显著，有效实现“长臂变短臂”；地面压裂措施对降低沿空工作面冲击危险性具有良好作用，可为同类型矿井沿空工作面冲击地压防治提供参考。

针对蒙陕深部矿区煤层上方坚硬顶板大面积破断失稳，引发采场强矿压显现，严重时诱发冲击地压的问题，以巴拉素煤矿2202工作面为工程背景，采用理论分析、现场实测等方法，开展蒙陕深井厚硬顶板地面水力压裂弱化防冲机理与应用研究。结论如下：①水力压裂使厚硬岩层内部形成裂缝网，弱化其物理力学性质并减小断裂块体尺寸，进而削弱厚硬岩层的能量积聚能力，降低破断时的动载；同时通过增加能量耗散，减轻压裂层上方动载对下方煤体应力的影响。②在不破坏原有巷道支护结构、且能弱化厚硬岩层能量积聚能力的基础上，综合确定了压裂目标层位与关键参数。③水力压裂过程中压力-时间、流量-时间变化曲线，及井下疏水孔出水情况表明，地面压裂可使厚硬岩层产生裂缝，压裂效果良好；压裂后，微震事件总能量、总频次，能量高于5000J微震事件频次，平均来压步距及平均动载系数均明显降低。研究结果表明，水力压裂能显著减弱工作面矿压显现，可为该矿区相似地质条件矿井的冲击地压防治提供借鉴。

厚硬顶板是煤矿开采中诱发冲击地压的关键因素，采用井下超长水平孔分段压裂技术对厚硬顶板进行卸压处理已成为一种行之有效的冲击地压防治手段。为分析超长水平孔分段压裂技术对厚硬顶板型冲击地压的防治效果，以鄂尔多斯某矿11-3107工作面为研究对象，综合运用微震监测、支架工作阻力监测和地表沉降监测方法进行全面分析。结果表明：超长水平孔分段压裂具有显著的卸压释能和弱化降载作用，厚硬顶板实施超长水平孔分段压裂后工作面微震能量、频次及工作面支架压力均大幅降低，地表沉降量呈增大趋势。微震日均能量、频次分别降低1.1×105 J、27个，分别降低约67.50%、33. 75%，工作面支架压力降低约21.5%，地表沉降量增大约87.59%。厚硬顶板实施超长水平孔分段压裂后顶板完整性被弱化，强度降低，工作面采后能及时破断、垮落, 顶板内不易积聚能量，悬顶面积减小，降低了回采期间动载荷，继而降低厚硬顶板破断诱发冲击地压风险。井下超长水平孔分段压裂对降低厚硬顶板型冲击地压风险具有积极作用，研究结果可为厚硬顶板型冲击地压防治提供借鉴。

为明确煤矿水力压裂切顶卸压过程中岩石水力裂隙的时空演化规律，研究采用离散元方法构建水力压裂裂隙扩展与颗粒运移耦合模型，系统分析裂隙数量及形态、颗粒运移特征、损伤区面积对水压、内聚力、孔隙率及杨氏模量的响应规律。结果表明: ①水压增大促使裂隙从线性扩展向复杂网状或分支形态转变，为颗粒运移提供更多通道，进而扩大损伤区面积；但过高水压会引发压实效应，降低裂隙通道有效性并抑制损伤区扩展。②内聚力提升使裂隙扩展更趋规则，颗粒位移模式由无序转为有序；孔隙率影响裂隙扩展复杂性与颗粒位移幅度，中等孔隙率条件下颗粒位移范围与幅度最优；杨氏模量增大使裂隙扩展路径更集中，颗粒位移的方向性显著增强。③裂隙时间演化过程可划分为起裂阶段（无裂隙增长）、微裂纹扩展阶段（裂隙缓慢增长）及裂纹快速扩展阶段（裂隙稳定快速增长），且不同变量条件下的水力裂隙时间演化曲线均呈指数函数分布。研究成果可为煤矿顶板水力压裂切顶卸压工艺参数优化及卸压效果提升提供理论支撑。

为实现深部低渗高瓦斯煤层高效卸压增透，提出地面井掏煤造穴卸压增透技术，构建了造穴卸压强化瓦斯运移多场耦合模型，分析了不同参数对煤体损伤区面积、渗透率与瓦斯压力的影响规律。研究表明：煤体黏聚力越小，煤体受扰动产生的损伤区面积越大，增渗效果越显著；内摩擦角增大时，损伤区域和渗透率降低。钻孔间距减小促进损伤区域连通，存在最优钻孔间距使得损伤面积最大；此外，初始渗透率低时，有效抽采半径减小。井下瓦斯参数考察结果表明，实施地面钻孔大直径掏煤造穴施工工艺体系后，瓦斯压力和含量显著降低，透气性系数提高约10倍，实现了区域低渗煤层高效卸压。

切顶卸压自成巷技术在突出煤层工作面应用时采空区密封性较差，加大了工作面采空区瓦斯防治难度。针对该问题, 以沙曲二号矿井4303综采工作面为工程背景，通过关键层理论数值计算、FLAC^3D软件数值模拟分析以及现场钻孔双端封堵分段测漏探测的方法，结合裂隙带钻孔工程实践，对工作面采空区覆岩裂隙发育特征进行研究，分析采空区卸压瓦斯的富集层位，以确定定向钻场的最佳抽采层位。研究结果表明: 4号煤层开采后，煤层顶板发生大范围塑性破坏，发生整体下沉，且在采空区中央下沉幅度最大。工作面采空区垮落带高度为10.7~12.6m，裂隙带高度为32~34m，顶板41.68m范围外的岩层属于弯曲下沉带；经对比分析顶板裂隙带试验钻孔及工作面原高位抽采钻场同时期抽采数据可知，4303工作面采空区卸压瓦斯富集层位约在距煤层顶板层高17~33m之间，应将裂隙带钻孔终孔端垂高控制在6~11倍采高范围内以实现瓦斯的高效抽采。

为解决高硬、高矿化度及铁锰超标的复杂矿井水井下就地深度处理回用工程的工艺选择问题，提出了一种工艺链短、处理效果好、出水水质稳定的“曝气氧化+絮凝沉淀+多介质过滤器+锰砂过滤器+反渗透”处理工艺，并通过中试试验验证该工艺的处理效果。实验结果表明，利用该处理工艺后系统稳定产水浊度小于0.5NTU，铁、锰含量小于0.1mg/L，余氯含量小于0.1mg/L，电导率小于60μs/cm，达到井下生产设备用水水质要求；利用该处理工艺，反渗透产水率稳定在50%左右。对井下布置的高硬高矿化度复杂矿井水就地处理回用项目工程设计的工艺选择具有指导意义。

为解决制冷机房水系统运行能耗高及设备参数难以动态调节的问题，提出了一种基于实测数据驱动的建模与优化方法。首先，利用TRNSYS软件构建包含螺杆式冷水机组、冷冻水泵、冷却塔及管网等关键设备的制冷机房水系统运行模型。随后，通过实验测量某煤矿制冷机房冷冻水系统的实际流量数据，对TRNSYS模型进行校准与调整， 确保仿真模型精确反映实际运行状况。接着，采用粒子群优化算法（PSO）对系统中的关键运行参数（包括冷冻水供水温度、冷冻水泵的运行台数及转速比等）进行迭代搜索与优化，实现能耗最小化和系统能效优化。研究结果显示，应用粒子群优化算法后，系统在不同负荷区间的总体能耗平均降低了13.97%，验证了所提方法的有效性。该方法不仅显著降低了制冷机房水系统的运行能耗，提升了系统能效，还为类似系统的能效优化提供了可行的技术手段，具有重要的节能减排和可持续发展意义。

鄂尔多斯盆地白垩系具有强富水、含泥质、弱胶结等特征，具有显著的工程环境效应，给盆地竖井施工带来显著的地质挑战。通过总结调研鄂尔多斯盆地竖井施工过程中的问题发现：盆地白垩系地层中冻结壁厚度与井筒最大荒径比最大相差50%以上；竖井井筒实际揭露涌水量与预测涌水量相差大，冻结、注浆、掘砌等施工参数难以把握；盆地竖井建设呈现出普通法无法通过，注浆法收效甚微，冻结法存在风险的尴尬局面。受燕山期和喜山期两期构造应力作用和地层非均质影响，鄂尔多斯盆地内部发育两组区域性构造裂缝；盆地周围构造应力表现为先期不均匀挤压和后期不对称剪切（扭转）作用，使得盆地内部构造裂缝具有压扭特征；竖井围岩构造裂缝不同于宏观断层和微尺度裂纹，其具有和竖井井筒直径相同的尺度量级，导致水-岩-缝-井间的强非线性耦合规律，严重时诱发井壁破裂甚至淹井。研制压扭裂缝CT可视化实验系统和强富水、含泥质、弱胶结砂岩重塑制备方法，揭示压扭裂缝形成特征和受扰演化致灾机理，建立原位精细监测方法，将为建立基于水-岩-缝-井耦合作用的井壁荷载模型，创新发展竖井井壁防灾理论体系，克服西部竖井建设、运维面临的地质挑战提供科学依据。

水力压裂技术能有效改善煤炭开采的应力环境，研究应力对水压裂缝的细观起裂扩展规律是深化压裂控制理论，优化压裂位置选择的前提。利用MatDEM软件开展不同等围压和应力差两种条件下水力压裂模拟试验，结果表明：等围压时水压裂缝受到孔壁不均匀度以及单侧裂缝优先起裂的影响呈120°分布，应力差存在时主裂缝平直且单一。在裂缝两端分布的压应力集中区的范围与应力差呈负相关，尖端呈现拉应力断裂模式。泵注压力增速波动呈现出先增大又平稳的水压裂缝贯通表征，同步于微裂隙累积增速波动，依此将压裂过程划分为无微裂隙、微裂隙缓慢增长、稳定增长、急速增长4个阶段。高围压促进裂缝起裂，抑制断裂过程区发育，高应力差增强了对裂缝的控制作用，体现为分支裂缝的贯通与闭合现象。选择满足工况要求的最小水平主应力和应力差存在的压裂区域，实现对主裂缝、分支裂缝的控制，避免在高应力差的区域进行压裂施工时出现应力扰动的不良影响。

为了促进煤矸石等煤基固废资源化利用，减少碳排放，以煅烧煤矸石粉末、粉煤灰为原料部分替代水泥并掺入纳米二氧化硅制备一种新型的充填注浆材料。采用X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）对原料的组成与微观结构进行分析。利用响应曲面法，结合Box-Behnken试验设计，确定各组分对浆体单轴抗压强度和流动性的影响规律，得到最佳配合比，同时建立了一种新的损伤本构模型，可以完全描述应力-应变曲线，为工程实践的应用提供参考。试验结果表明：各关键因素对注浆材料流动性的影响顺序为：粉煤灰替代率>煅烧煤矸石粉替代率>纳米SiO₂添加率；对单轴抗压强度的影响顺序为：粉煤灰替代率>纳米SiO₂添加率>煅烧煤矸石粉替代率。各因素的最佳比率为：煅烧煤矸石粉替代水泥率21.16%，粉煤灰替代水泥率30.3%，纳米SiO₂添加率0.511%。

为了定量统计分析切顶卸压沿空留巷覆岩裂隙发育情况，并以此确定合理的切顶高度，提出了基于Avizo软件的定量统计分析切顶卸压沿空留巷覆岩裂隙的方法。以碾焉煤矿8104回风巷道沿空留巷为工程背景,综合采用理论分析、数值模拟与现场工业性试验等，基于Avizo软件研究了不切顶及不同切顶高度下留巷覆岩运移规律及裂隙发育情况，并分析了切顶卸压沿空留巷矿压显现规律及其效果，结果表明：留巷巷道切顶卸压后对比不切顶而言，垮落带高度随切顶高度升高而升高，裂隙带高度与不切顶情况相同。切顶条件下，随切顶高度升高，巷内顶板裂隙面积及采空区矸石压实空隙面积均呈指数式降低，当切顶高度为12m时，切顶效果最好，与不切顶相比，巷内顶板裂隙面积及采空区矸石压实空隙面积降幅分别为49.2%和33.5%。切顶卸压沿空留巷巷道顶底板移近量及两帮移近量均呈现出缓慢变形、快速变形和变形趋于稳定3个阶段的显著特征，其中滞后工作面300m之后顶底板移近量和两帮移近量均稳定在400mm以内。

传统采煤机组合定位方法主要依赖惯性导航系统和里程计，但在复杂综采工作面环境下，惯性导航易受累积误差影响，同时采煤机运行过程中可能发生打滑等异常情况，导致里程计数据失真，进一步降低定位精度。针对此问题，提出了一种基于抗差容积卡尔曼滤波的组合定位方法，通过捷联惯导系统和里程计松耦合，将里程计提供的速度和位移数据与惯导系统的解算结果相结合，作为误差观测值输入滤波算法进行修正。同时在滤波算法中引入基于新息卡方检验的抗差处理，通过构建方差膨胀因子，自适应调整观测协方差矩阵，以增强容积卡尔曼滤波的抗差性和误差抑制能力。将滤波后的结果作为误差反馈输入到系统中，实现反馈校正，最后在整个解算完成后对组合状态进行有效性判断。仿真和实验结果显示，该算法可以有效降低野值影响，采用该组合导航算法后，定位精度可达0.1m。

为实现井下作业场景中3D目标的精准识别，围绕煤矿井下辅助作业机器人目标检测与控制系统展开研究。首先，研究基于三维激光雷达与视频图像数据的融合分析方法，实现了激光点云数据与图像数据的时空同步与位置的匹配分析。然后，设计了基于Slim-neck特征融合网络的改进YOLOv8s图像目标检测算法模型和基于PointPillars的3D点云目标检测算法模型，在保持识别精度的同时降低了模型的复杂度。在此基础上，提出了基于兰氏距离的改进DS证据理论，建立了视频图像与3D点云数据的融合目标检测模型YOPilaNet。使用KITTI数据集开展实验验证，实验结果表明，提出的YOPilaNet融合模型在Car、Pedestrian 和Cyclist目标的检测精度分别达到了92.12%、64.68%和72.71%，明显优于单一模态数据下的目标检测性能。此外，在煤矿井下辅助接管作业环境中，YOPilaNet能够精准识别管道、金属管架及管道连接部位，并在复杂工况下保持稳定的检测性能，进一步验证了其适应性和工程应用价值。

为解决煤炭行业缺乏高效实时大数据支撑和AI基础平台导致综采设备故障率高、维护滞后的问题，构建了一个集云原生、边缘计算、大数据与人工智能于一体的工业互联网远程运维平台。平台采用灵活、模块化、高可用的架构，支持多源数据接入与智能分析，重点引入图谱大模型与文档大模型技术，结合BERT-BiLSTM-CRF模型实现知识抽取与知识图谱构建，显著提升了语义理解与知识推理的准确性。基于此构建的AI智能问答系统实现了知识驱动的交互式诊断与决策支持。平台在多个煤矿现场应用后，维护效率明显提升、成本显著下降，为煤炭行业智能化与无人化采煤提供了重要技术支撑。

为了提高矿井水综合利用率，缓解矿井水处理和净化耗资较大的问题，根据“地下水库”理念，开展了采空区垮落煤岩堆积物对矿井水净化吸附效果的研究。选取了三组不同粒径煤颗粒填充过滤装置，分别导入不同浓度煤矸石粉配置的悬浮物矿井水，分析在不同填充粒径、流量、时间以及流通距离等条件下，垮落煤岩堆积物对矿井水悬浮物的过滤吸附效果。结果表明：较小粒径的填充物对矿井水中悬浮物的吸附效果较好，较低流量、较长运移距离以及长时间过滤均对悬浮物有较好的吸附效果。在理论研究的基础上，选取山西凌志达煤矿15102工作面作为工程实践对象，研究发现采空区垮落煤岩堆积物对矿井水具有良好的过滤净化效果。该成果可为矿井水井下处理提供良好的理论基础并起到工程示范作用。

为了精确预测浮选尾煤灰分实现浮选自动化控制，基于近红外光谱分析与图像处理技术，提出了一种基于近红外图像分析的浮选尾煤灰分预测方法，构建了多项式回归初步预测（PR）与随机森林（RF）补偿预测混合的浮选尾煤灰分智能检测模型。从尾煤图像的灰度直方图及灰度共生矩阵提取其灰度、纹理共计12个特征数据，经过特征筛选后利用PR建立了的线性预测模型，其均方根误差（RMSE）为2.752，决定系数（R2）为0.977。为了提高预测效果，在PR的基础上引入RF补偿模型，筛选后的灰度、纹理特征数据作为输入，初步预测值与真实值的差值为输出，最终将初步预测值与补偿预测值相加得到浮选尾煤灰分，建立了基于RF-PR混合的浮选尾煤灰分预测模型。该模型具有较高的精度，在低灰分区间（11.1%~21.3%）以及高灰分区间（68.9%~76.2%）段内较初步预测值与尾煤离线化验值的差值减小；在中灰分区间（21.3%~68.9%）段内，较初步预测值的平均绝对误差（MAE）下降0.07。结果表明: RF-PR模型比PR模型和RF模型具有更高的精度，可满足浮选尾煤灰分检测要求。

煤泥滤饼的孔隙结构对过滤效率起着至关重要的作用, 但现有的三维表征技术测试成本较高, 限制了对滤饼动态脱水机制的深入研究。针对上述问题, 利用ImageJ软件结合滤饼多点采样和扫描电子显微镜检查法（SEM）进行了煤泥滤饼的孔隙形态三维重构。通过对三维重构滤饼切片并采用Dijkstra 算法进行路径分析, 量化了微米尺度分辨率下的孔隙度梯度（20.0%~43.6%）、无效孔隙（2.19%~9.49%）和曲折度（1.64~2.05）。结果表明, 粗颗粒沉降提高了底部孔隙度, 而靠近进料口的细颗粒则增加了无效孔隙, 使有效渗透率降低了30.6%。该方法在滤饼异质结构、孔隙连通性和脱水效率之间建立了空间联系, 传统的二维理论模型较该方法, 低估了总孔隙度12%~18%。研究结果证明了三维分析的必要性和方法的有效性。

针对传统浮选尾矿灰分检测多依赖表层矿浆颜色、相关性不高且易受环境干扰等问题，提出并实现了一种基于机械臂辅助分层的尾矿灰分检测新方法。首先，利用物理力学原理分析煤与矸石在静置及流动倾倒过程中的沉降速度差异，为尾矿中煤矸分层提供理论支撑。随后，基于DH参数法建立六自由度机械臂模型，并借助MATLAB Robotics Toolbox对其运动学和工作空间进行仿真，验证了所选机械臂在选煤厂空间环境下可达且运行平稳。为了实现快速高效的在线监测，进一步采用TOPP-RA算法对机械臂的时间最优轨迹进行规划，在满足速度与加速度约束的同时，显著缩短操作周期。实验过程中，机械臂通过合理的倾斜角度与振动动作，使尾矿中煤与矸石产生明显分层；随后利用图像处理技术提取分层后煤、矸石的面积占比，将其与实际化验得到的灰分值进行对比分析。结果表明，在多煤种、多工况条件下，煤矸占比与尾矿灰分的皮尔逊相关系数可达0.42，显著优于传统基于表层矿浆颜色的检测方式。

矿用防爆车辆在设计上通常只能用于特定的运输任务，改变用途时必须进行换装转载，为了解决现有车辆普遍存在的工艺不连续、转载环节多、用工占比高、智能化程度低等问题，对自适应胶轮运输拖车系统进行了深入分析。结合煤矿井下使用工况，重点剖析了其关键技术特性，提出了基于三点式提升机构的自适应控制方案。为评估该系统性能，采用MATLAB/Simulink对关键部件进行了建模仿真，并开展了系统的现场试验验证。仿真和试验结果表明，自适应胶轮运输拖车系统设计方案满足使用要求，通过搭建标准平台及工作装置便捷更换技术实现了人员、材料和设备无转载运输，大大提升了搬运效率，增强了煤矿专用底盘的通用化和智能化水平，对促进煤矿井下运输技术的发展具有重要意义。

为了解决溜煤槽运输中的蓄堵现象，提出了一种基于荷叶疏水性仿生机理的溜煤槽结构优化设计方法。首先，应用最速降线结合溜煤槽整体高度计算出滑道曲线，根据梯度下降原理标记了斜率剧变点与滞变点, 根据直线方程计算出溜煤槽底板参数并建立相关物理模型；其次，基于荷叶表面微纳结构建立了溜煤槽优化模型；最后，选取三因素三水平设置正交实验，基于Fluent-Rocky DEM耦合仿真模拟煤炭颗粒的运动情况，并通过极差分析确定了优化结构的最优参数：当孔径为20mm，孔间距为100mm，风速为100m/s时物料颗粒的流动性最高，不存在蓄堵现象。同时，对优化后的溜煤槽进行了有限元分析，结果表明，在1500t/h的流量压力下, 溜煤槽未出现变形现象，其结构强度满足正常溜煤需求。