针对反井钻机液压系统中电机故障难以早期识别、信号特征弱与工况复杂等问题，本文提出一种基于多注意力与多模态融合的卷积神经网络（MAMCNN）电机故障诊断方法。该方法以液压泵驱动电机的电流信号为核心监测对象，通过滑窗分段提取原始时域波形、频域能量谱（FFT）及多维统计量，并采用连续小波变换（CWT）将信号转换为二维时频图像，全面反映故障过程中的能量分布与频率扰动特征。所构建的神经网络由两个并行分支组成：一维分支通过卷积神经网络（1DCNN）、双向门控循环单元（BiGRU）及注意力机制建模电流信号的动态演化过程；二维分支以CWT图像为输入，通过二维卷积层与通道注意力模块提取时频纹理信息。两路特征在融合后输入全连接分类器，实现对液压泵电机常见故障（如转子断条、偏心故障等）与正常状态的高精度识别。实验结果表明，该方法具有良好的抗干扰能力与泛化性能，适用于复杂工况下的反井钻机电机智能监测与早期故障预警。

煤矿提升机长期工作在高负荷状态，其关键旋转部件轴承的早期故障诊断和预测性维护对提升系统的安全高效运行具有重要工程价值。现有诊断方法在提升机复杂工况场景中存在性能下降问题，因此，提出了一种改进的深度迁移学习诊断模型，结合故障响应机理与信号时频分析技术，建立了一种跨工况轴承故障诊断算法模型CTJ-FDM。首先，提出了一种小波格拉姆矩阵组表示方法，构建了振动信号不同频率段信息内部多尺度特征的矩阵表示结构。其次，设计了多个残差块并行的深度特征提取网络结构与特征权重自适应分配机制，完成不同频率段深度特征的融合提取。最后，联合多层最大平均值差异损失与域对抗机制，建立了更稳定的域适应深度迁移诊断网络结构，提升模型的域适应能力。在此基础上，研发了提升机关键部件在线诊断与预测性维护系统。经实验验证，该模型在两种轴承试验台上的跨工况平均准确率分别为99.81%和99.39%，具有更好的跨工况诊断能力。

针对传统故障诊断专家系统存在的知识利用率低、推理方式单一及知识库固化等问题，提出了一种基于模糊故障树与融合推理的专家系统。首先，搭建了带式输送机模糊故障树，结合直觉模糊算法实现了故障的定性与定量分析, 形成规范化的专家系统的知识库与案例库；其次，设计了知识案例融合推理算法作为专家系统推理机，使其能够结合状态监测模块实现对故障的实时监测推理；最后，开发了基于BERT模型的知识库动态更新算法，将案例数据主动转化为知识规则，提高系统的运维效率。通过实验对专家系统性能进行测试，实验结果表明：所提出的专家系统平均诊断准确率可达94.75%，平均推理延迟为167.31ms；所设计的知识库动态更新算法在大型案例库环境下运维人力节省率提升明显；系统关键性能参数随着案例数的增加呈上升趋势，专家系统展现出良好的可扩展性与成长性。

带式输送机托辊在长期运行中易受生锈、磨损等故障影响，其早期故障声学信号微弱且易被工业环境强噪声淹没，传统诊断方法存在特征提取不足与鲁棒性差的问题。文章提出一种基于CNN-Swin Transformer双分支特征融合网络（CSF）的故障诊断方法。通过融合变分模态分解与快速傅里叶变换构建时频域特征矩阵，结合CNN的局部特征提取优势与Swin Transformer的全局注意力机制，设计SE-CGA注意力机制实现深度特征提取。实验表明，该方法在真实工业数据集上达到98.11%的测试准确率，较单一CNN模型性能提升超过9%。在叠加-15dB极端噪声时仍保持65.59%的识别精度验证了其在强噪声场景下的诊断鲁棒性与工程应用价值。

由于井下带式输送机输送带纵向撕裂故障检测往往无法兼顾检测速度与检测精度， 当满足较高的检测精度时，可能导致撕裂未被及时发现而卷入滚筒或托辊中，引发次生安全事故；当满足较快的检测速度时，容易误报触发不必要的停机和未能识别真实撕裂，导致故障潜伏发展，最终引发灾难性破坏，所以文章提出了一种基于改进YOLOv11的AFA-YOLO深度学习算法。通过引入下采样模块（Adown）、共享卷积特征金字塔（FPSC）和辅助检测头（Aux）。在模拟矿井下的输送带纵撕数据集上进行实验，结果表明，AFA-YOLO 模型的mAP@ . 5值达到96.30%，相比YOLOv11提升了3.55%，计算复杂度（GFLOPs）降低了17.19%。AFA-YOLO模型在精度和速度上能够实现最优平衡，满足井下复杂环境的检测需求。

矿井主通风机作为矿井安全作业的核心，其通常由两台同型设备冷贮备构成，在系统运行过程中往往需要定期切换和维护以保证其高效运行。对于此类系统，设备交替运行导致系统故障受设备状态的耦合影响，且不同维修对应不同效果、时间及成本并对系统后续运行产生不同的影响，因此，系统故障特性和切换维修策略直接影响运行可靠性和成本。该研究以矿井主通风机为研究对象，首先在结构及故障模式分析的基础上，定义了离线式切换式维修策略并引入了维修度概念对维修效果、时间、成本、次数进行统一建模；其次推导了硬故障、维修策略及维修度影响下的系统随机故障模型；然后构建了有限时域内的费用率模型以优化维修间隔和维修度。最后通过数值实验验证了模型的正确性和有效性。结果表明所制定的考虑维修度的维修策略可以有效降低系统的运维成本，同时设备报废成本的变化对系统最优费用率的影响较为灵敏，管理者可以通过精细化管理设备的报废成本以进一步提高系统的经济效益。

针对墨龙井田地质构造复杂、煤层倾角大等开采条件，为合理确定开拓方案，实现资源高效开发与矿井均衡生产。依据井田地形地貌、煤层赋存特征及对外运输条件，遵循因地制宜原则，结合拟选工业场地，提出“南区东南工业场地+斜井开拓”“北区东南工业场地+反斜井开拓”“北区东南工业场地+立井开拓”三个方案，同时从井巷工程量、投资规模、技术可行性、煤柱留设、建设工期及运煤路线等方面进行系统比选，结果表明，“南区东南工业场地+斜井开拓（方案一）”投资最少，压占资源量最小，建设工期最短，煤流系统连续性好，且井筒布置于煤层底板，无需留设保护煤柱。该方案可实现资源利用最大化，生产系统集约高效，为同类复杂地质条件下急倾斜煤层开拓设计提供了可借鉴的技术路径。

针对房柱式采空区全充填治理设计盲目、充填量大、治理费用高昂等问题，提出了不接顶充填与墩柱充填的部分充填设计方法，基于矩形煤柱受风化作用逐渐剥离以及剥离体堆积的特性，建立了房柱式采空区矩形煤柱剥离模型，计算出了矩形煤柱的最大剥离深度，采用煤柱极限强度安全系数法，基于煤柱与充填体的协同承载作用，推导了不接顶充填、墩柱充填方式的理论计算公式，可指导房柱式采空区部分充填治理设计，大幅度降低采空区治理费用。研究表明：充填体的设计强度参数（弹性模量、单轴抗压强度）与充填率呈反比例关系，可提高充填材料的弹性模量与单轴抗压强度来大幅度降低采空区充填量，降低治理成本。

针对矸石充填超长工作面沿空留巷参数设计难题, 采用理论分析、力学计算、数值模拟等综合研究方法，创新性提出箱式模板充填体浇筑沿空留巷技术，分析6种沿空留巷方法的技术经济优缺点，优化设计了矸石充填超长工作面沿空留巷关键技术参数。结果表明：理论计算得出巷旁支护体的合理宽度为2.94 m、强度为8. 08 MPa；模拟得出当巷旁支护体宽度超过3m时，沿空留巷断面均为原断面85%以上，可有效抑制沿空留巷变形破坏，与理论计算结果高度吻合，验证参数设计的准确性；进一步量化分析表明，巷旁支护体宽度对围岩变形控制的影响权重显著高于矸石充实率；随着矸石充实率增大，沿空留巷断面收缩率呈现先平缓后减小的趋势，当矸石充实率小于75%时，沿空留巷断面收缩率变化不明显。

为解决大型筒仓耐磨层在高能冲击下的失效问题，提出一种预应力金属微晶陶瓷复合衬板创新方案。该衬板基于消失模铸造工艺，通过精确控制冷却过程，利用材料热膨胀系数差异在陶瓷相中产生10~20MPa预压应力，显著提升了材料抗冲击及耐磨性能。创新设计了分料梁顶部“凹槽-拱面”复合结构，通过滞留细颗粒物料形成自缓冲层，优化了冲击力传递路径。工程应用表明，该衬板在高强度冲击、腐蚀和高湿环境等复杂工况下表现优异，有效解决了冲击破碎、腐蚀脱落及连接件剪切等技术难题，为筒仓耐磨防护提供了有效的解决方案。

针对煤矿奥灰含水层治理过程中因注浆材料选择导致封堵效果不佳的问题，通过流变/ 触变仪、粒度分布仪、Zeta电位仪、有机碳吸附仪与等温量热仪等测试手段，从物理和化学两个角度研究了钻井液对水泥浆与黏土浆流变/触变行为的影响规律，分析了钻井液与注浆材料的相互作用机制，并通过新安煤田孟津煤矿奥灰含水层治理工程验证了不同注浆材料对钻井液的吸附封堵效果。结果发现：①钻井液显著增加水泥浆与黏土浆的流变性能（动态屈服应力、塑性黏度）及触变性，且呈现掺量依赖性。相同掺量下，黏土浆动态屈服应力比水泥浆高35%以上，触变性比水泥浆高2.5倍以上；②通过Zeta电位与吸附量分析，带正Zeta电位的水泥浆（+1.39mV）对带负Zeta电位的钻井液（-35.8mV）通过静电吸引实现高效吸附，而带负Zeta电位的黏土浆（-13.4mV）对钻井液产生静电斥力，水泥浆对钻井液的饱和吸附量（330mg/L）和吸附效率（100%）分别是黏土浆对钻井液的2.4倍和1.25倍，表明了电性匹配对吸附行为的决定性作用；③基于电性匹配特性提出水泥浆早期吸附封堵技术，实际工程监测表明，早期水泥浆吸附钻井液后孔口起压速率（0.045MPa/h）仅为黏土浆封堵体系（0. 86MPa/h）的5%，在大漏失地层（漏失速率>30m³/h）应用中堵漏响应效率提升20倍。本研究从物理与化学角度揭示了注浆材料与钻井液电性匹配、选择性吸附与流变/触变增加的相互作用机制，为煤矿奥灰含水层早期高效封堵材料设计与工程应用提供了理论依据。

巷道围岩塑性区宽度是巷道支护参数设计的重要依据。为揭示巷道围岩变形破坏特征，采用理论分析、数值模拟与现场工业试验相结合的方法，系统研究了不同侧压系数和围岩岩性下巷道塑性区演化规律。结果表明：①随着侧压系数减小，塑性区形态依次从“圆形”向“类椭圆”“类蝶形”演化，最终发展为“蝶形”，不规则程度逐步增强；当侧压系数为0.8时，顶底板与两帮塑性区的分布形态及宽度趋于相近；在侧压系数0.2~1.0范围内，顶底板最大塑性区宽度依次为2.6、0.2、0.5、3.8和2.8m，最大变化率达95%，两帮最大塑性区宽度依次为7.3、4.6、5.8、5.8和2.8m，最大变化率为62%，顶底板塑性区变化幅度明显大于两帮。②围岩岩性主要影响塑性区发育范围，对塑性区形态无明显作用；围岩岩性越优、整体强度越高，塑性区发育范围越小，细粒砂岩中塑性区宽度显著小于煤层；所有岩性条件下，巷道塑性区破坏均以剪切破坏为主，且两帮变形量大于顶底板变形量；不同岩性下，顶底板塑性区宽度最大变化率为65%，两帮为68%，二者变化幅度基本一致。③依据塑性区发育规律，对巷道采用高预紧力锚杆（索）支护，并通过增大杆体直径、延长杆体长度提升支护体系强度与延伸率。现场试验表明：优化支护方案可有效控制围岩离层与破坏变形，围岩变形量控制在300mm以内，巷道围岩稳定性显著提升。

为解决窄煤柱沿空巷道服务期内围岩长时稳定控制难题，综合采用理论分析、数值模拟、工程应用等方法，建立了窄煤柱沿空掘巷采动数值计算模型，分析沿空掘巷及重复采动时期沿空巷道围岩应力演化及变形破坏规律，揭示了窄煤柱沿空掘巷采动应力扰动效应：沿空掘巷时，随着煤柱宽度减小，沿空巷道煤柱内采动支承应力逐渐向煤壁侧煤体转移，煤柱较窄时，邻近工作面采动支承应力主要被沿空巷道煤壁侧煤体承载，本区段工作面回采后，首先于沿空巷道煤壁侧煤体深部顶板岩层出现采动支承应力叠加现象，随着工作面推进，采动支承应力逐渐向沿空巷道浅部围岩转移，在邻近工作面区域，沿空巷道煤壁帮围岩体破坏，其承载能力显著降低，采动支承应力释放至沿空巷道围岩，从而导致明显的沿空巷道矿压显现，基于此，开发了窄煤柱沿空掘巷超前动压区主动控制技术，并进行了现场应用，超前工作面范围内，试验巷道顶板累计变形416mm，两帮累计变形336mm，试验巷道控制效果良好。

为解决厚硬顶板条件下煤柱稳定性控制难题，以榆树泉煤矿1016轨道运输平巷区段煤柱为工程背景，总结推演了厚硬顶板煤柱的失稳特征和机制，提出了切顶卸压煤柱稳定性控制技术，设计了合理切顶参数，确定了最终切顶控制方案。研究结果表明：厚硬顶板作用使煤柱内积聚大量能量，巷道掘进后煤柱表面瞬间片帮破碎且片帮破碎持续发生；煤柱内平均应力与厚硬顶板厚度和抗拉强度呈正相关；采空区厚硬悬露顶板载荷传导至区段煤柱是致使煤柱变形失稳的主要原因；切顶角度和切顶高度越大，厚硬顶板垮落越充分，煤柱变形越小，煤柱与实体煤应力集中程度越小，但当超过临界值后切顶角度继续增加卸压效果反而下降，切顶高度继续增加卸压效果也不再有显著变化；预裂爆破炮孔间距是切顶方案的关键参数，炮孔间距1m时切顶效果最佳。

为探究大倾角工作面矸石支撑条件下顶板应力偏转规律与围岩稳定性特征，采用理论分析与数值计算相结合的方法，研究非均衡充填效应下矸石支撑区域及顶板岩梁的破断演化规律，分析采场煤岩非对称时空变形特征与应力偏转响应机制，揭示矸石支撑对大倾角采场围岩采动力学行为的影响机理。研究结果表明：受重力与倾角耦合作用影响，矸石支撑充填区域范围随煤层倾角及采厚动态改变，工作面矸石有效支撑区域长度为35.44m，顶板在距开切眼75m处易发生破断失稳。煤层开采卸荷致使上、下端头及矸石充填区形成应力集中区，覆岩主应力矢量呈现非对称偏转，主应力偏转角由采场中上部向两侧边界逐步递减，峰值可达70. 05°；岩层主应力差变化率与剪应力随主应力偏转角增大呈递减分布。垮落矸石可有效承担部分覆岩载荷，改变围岩应力传递路径，岩层内形成2条非对称应力偏转界线；工作面超前支承压力整体降低，其中倾向下部区域降幅最为显著，支承压力峰值向非充填区下部转移。

以新疆准东二矿为工程背景，选取典型弱胶结覆岩1101综放工作面为研究对象，通过数值模拟和现场实测的方法，对高强度开采下上覆岩层损伤特征的推进速度效应进行研究。结果表明：数值模拟结果表明1101工作面上覆岩塑性区发育高度181.53m；覆岩损伤度与塑性区发育高度随工作面推进速度的增加而减小。在推进速度由3m/d增大至10 m/d过程中，覆岩损伤度由最初21.66%降低至12.07%，整体降低了9.59%。当推进速度为7m/d时覆岩损伤度变化速率最快。通过现场实测支架工作阻力演化特征得出：在一定范围内推进速度增大， 工作面周期来压步距随之增大平均推进速度2.5m/d和3.5m/d对应平均周期来压步距分别为18m和23.4m，确保支架工作阻力最佳状态的推进速度为5m/d。微震数据表明上覆岩层导水裂隙带最大高度191m，且发育趋势与数值模拟结果基本一致, 覆岩损伤发育经历“低速发育-快速发育-稳定发育”三个阶段。综合数值模拟、工作面矿压显现和微震结果可知，准东二矿1101工作面在开采见方后，工作面推进速度的增加能够有效降低覆岩损伤发育情况、强矿压显现和微震能量响应特征，综合考虑工作面推进速度控制在3.5~5m/d为宜。

针对深部特厚煤层沿空掘巷存在动静载叠加、覆岩结构复杂等致灾风险，以陕西麟北煤业园子沟煤矿1012006工作面为工程背景，综合运用数值模拟、理论分析和现场实测方法，系统研究沿空掘巷冲击地压的致灾机理与分源防控技术。研究结果表明：沿空巷道受侧向采空区“F”型覆岩结构和宽煤柱“弹性核”共同作用，形成高静载与动载叠加的应力环境，这种环境极易诱发冲击地压。基于此，本文提出了“优化设计—分源卸压—强化支护”的多层级防控体系，该体系包含工作面切眼位置优化、大直径钻孔分区卸压以及锚网索协同支护等关键技术。现场应用表明，该防控体系能够显著降低微震能量释放、有效缓解应力集中，进而控制巷道变形，实现了冲击风险的主动防控。该研究为类似地质与开采条件下的冲击地压防治提供了理论依据和实践参考。

为准确预测综采工作面导水裂缝带发育高度，基于综采工作面覆岩结构特征，结合矿山压力、涌水量及微震事件的演化规律，提出工作面覆岩导水裂缝主控岩层的概念，并构建覆岩厚硬岩层“横向三区”复合承载结构模型，推导“三区复合支撑体”支承刚度计算公式，建立工作面覆岩临界破断步距计算方法，最终形成基于主控岩层的导水裂缝带高度预测新方法，并在纳林河二矿31101综采工作面开展工程应用验证。研究结果表明：工作面导水裂缝主控岩层是覆岩中自下向上首个不发生周期性破断的厚硬岩层，该岩层由原岩支撑区、支架控顶支撑区、冒落顶板支撑区构成的复合支撑体共同支承；随着破断岩层碎胀程度及相对压实系数的变化，冒落顶板支撑区刚度呈现“缓慢增长”与“快速增长”双阶段演化特征；工作面覆岩临界破断步距等同于工作面见方步距。工程应用结果显示，31101工作面导水裂缝带裂采比实测值为17.21，《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》中两组经验公式预测裂采比分别为8.51和9.83，而本文提出的基于主控岩层的预测方法计算裂采比为19.58，与现场实测结果更为接近，预测精度显著提升。

针对矿井深部开采高温热害采区通风距离远、地面工业广场制冷井下降温输冷距离远、井下制冷散热源不足等问题，提出了采区上部地面制冷、穿越深地层输冷至井下降温技术方案。通过多层复合保温输冷管结构构建与传热分析、填充保温水泥浆力学性能实验研究及“先钻后找”穿越地层施工工艺工程实施应用，验证了地面制冷穿越深地层复合保温结构输冷井下降温技术的可行性。形成的降温输冷系统安全稳定可靠，井下集中降温系统效果显著，能够满足工作面降温需求，有效解决了井下降温制冷散热难题、缩短了输冷距离、保证了输冷效率，也避免了制冷机组下井煤安防爆问题，制冷系统维护保养方便，获得了良好的经济和社会效益。

为深入研究切顶卸压自成巷无煤柱开采全过程的覆岩运动规律、矿压显现规律、自成巷变形破坏机制等，研发了切顶卸压自成巷三维物理模型试验系统，该试验系统由反力式主体框架系统、液压伺服加载系统、协调控制及监测系统等组成。通过该试验系统和自主研发的单元板、单元条和单元块结构，实现巷道的快速开挖和回采；通过预先安装的内部位移、应力、应变等监测设备，可以实时对切顶卸压自成巷全过程的完整工作面矿压规律进行监测。以我国首个超千米深井煤矿———安居矿为工程背景，开展了110工法的大型物理模型试验，揭示了110工法回采的矿压显现规律，明确了自成巷围岩变形控制机制。模型试验结果显示与现场监测数据基本一致，验证了模型试验系统研发与应用的合理性与有效性。

在胶结充填中，料浆输送性能是评价料浆由地面充填站输送至采空区的关键指标。以水泥在细料中的含量X₁（28%~40%）、细骨比X₂（细料与骨料矸石的比值，0.44~0.76）以及质量分数X₃(78%~80%)为分析因素，采用响应面法（RSM）分析了矸石胶结料浆输送性能在三因素及其交互作用影响下的响应规律。结果表明：料浆流变参数（屈服应力与黏度系数）随上述三个因素的增加而增大，扩展度与泌水率的变化趋势与上述性能相反，整体上来讲，质量分数对料浆性能的影响最显著。建立了各性能对交互作用项（X₁X₂，X₁X₃，X₂X₃）的响应曲面，在交互作用项的影响中，X₁、X₂以及X₃的增加，会促进另一因素对扩展度、流变参数的影响，而弱化另一因素对泌水率的影响，建立了单位沿程阻力损失与各因素的表达式，单位沿程阻力损失随三因素的增加亦增大。

为研究动静组合加载下冲击倾向性煤样的破坏规律，采用分离式霍普金森压杆（SHPB）系统开展不同动静组合加载试验，结合高速相机观测与破碎块度筛分分析，对冲击倾向性煤样的动力响应特征与破碎规律进行系统研究。结果表明：煤样动态强度随冲击气压升高呈显著增大趋势，随轴向静载增大呈现先升高后降低的非线性变化特征；在相同轴向静载条件下，随着冲击气压增大，破碎产物中小粒径块体质量占比不断提高，碎块分形维数随之上升；在相同冲击荷载下，试样破坏程度随轴向静载增大呈先减轻后加剧的规律，分形维数表现为先降低后升高，说明煤体抗动载能力随静载升高先增强后减弱，当静载超过单轴抗压强度的50%时，煤样更易发生动力破坏。

为解决当前煤矿瓦斯灾害预警多侧重于分级预警，致灾因素及相关法律法规、预防措施未能有效关联，导致灾害预警信息内容繁杂、碎片化严重、呈现形式单一，难以形成系统完善的灾害预警防治体系的问题，提出一种基于ISM-BN与知识图谱融合的煤矿瓦斯灾害风险预警方法。首先，利用解释结构模型（ISM）与贝叶斯网络（BN）构建煤矿瓦斯灾害指标体系与风险预警模型；其次，以BN网络结构作为瓦斯灾害知识图谱的模式层，结合瓦斯防治领域的法律法规及规章制度进行知识实体抽取，完成煤矿瓦斯灾害知识图谱的构建。最后，将该模型在山西某矿进行工程应用，依据现场预警指标中的异常现象，对关键致因链路实体进行赋值，计算灾害发生概率，并通过图谱检索致灾路径上各因素的规范要求，形成针对性防治方案，切断致灾链路传播。应用结果表明，该方法可显著降低灾害发生概率，实现对煤矿瓦斯事故的有效预防。

为构建科学、严谨的煤层顶板涌水危险性评价体系，以嘎鲁图矿井2105工作面为背景，采用层次分析法-熵权法（AHP-EWM）优化涌水影响因素的综合权重，确定顶板涌水主控因素。以渗透系数、含水层厚度、孔隙水压力、温度及内聚力等指标为输入参数，结合K近邻（KNN）机器学习算法，构建“数据输入-模型训练-现场验证-性能优化-预测应用”一体化的煤层顶板涌水危险性评价模型。结果表明：含水层厚度对嘎鲁图矿煤层顶板涌水的影响程度最大，渗透系数次之；通过对含水层厚度数据进行清洗与降噪处理，可显著提升模型预测精度，所构建的AHP-EWM-KNN融合模型精确率为0.9598，F₁-score为0.9569，验证了评价指标选取合理、预测方法可行。预测结果显示，2105工作面辅助运输巷距开切眼0~330 m及1620~2210m区段为涌水高危险区域。该研究成果丰富了井下煤层顶板涌水危险性评价方法体系。

多煤层重复采动条件下，地表移动持续时间及残余变形判别较为复杂，为确定适用于大采深、重复采动场景的全生命周期地表移动变形时间函数与沉陷区综合治理分区准则，综合利用地表移动观测站短期~中长期高精度大变形监测数据，以及InSAR技术长时序、小变形、缓慢形变监测优势，融合“常规观测+InSAR残余变形”多源数据，构建了矿井全生命周期地表移动变形-时间函数方程；并结合相关规程规范，建立采煤沉陷区地表植被恢复与治理稳定性分区准则，基于地表移动变形计算结果划定治理适宜性分区，并依据变形演化特征提出沉陷区综合治理时机。研究结果表明：风水沟煤矿地质采矿条件下，地表移动初始期为56d、活跃期为162d、衰退期为167d，地表移动总持续时间约385d；基于该函数，地表移动全过程可划分为初始期、活跃期、衰退期及残余变形期4个阶段；沉陷区划分为不适宜治理区、选择性适宜治理区与适宜治理区三种类型。

煤矿地表沉陷监测对采矿安全与生态评估具有重要意义，为了揭示内蒙古某煤矿工作面地表沉陷时空分布规律，分析沉陷区内外植被覆盖变化比，阐明沉陷对植被的影响，基于无人机倾斜摄影与多光谱遥感，反演时序高程推算动态沉陷盆地，并结合地面控制点验证精度。结果表明：无人机可实现高精度沉陷监测，所有工作面高程反演平均误差为2.04cm；沉陷监测误差为3.46cm；沉陷时空异质性显著，工作面A沉陷中心受采空区扰动北移，最大沉陷速率≥2.281cm/d，沉陷值约1.5m后稳定；工作面B受滞后效应影响，沉陷集中于前一个月的采掘范围，最终沉陷值约2.6m，沉陷盆地质心水平移动速度为8.36m/d，与实际采掘进度吻合；监测沉陷的同时揭示植被生长变化，沉陷区内低植被在开采期增加，中及以上植被呈“先减后增”，采矿导致高植被退化、低植被生长，中、中高植被在采矿活动期间退化，开采结束后自我修复。研究为生态修复与土地复垦方案提供依据。

为探究煤炭开采对土壤水运移的影响，在上湾和布尔台煤矿分别选取采空区与对照区样地，以沙蒿为指示植物，运用氢同位素示踪，结合MixSIAR混合模型，分析了土壤剖面含水率、植物吸水策略与土壤水运移机制。结果表明，采空区因土壤结构破坏形成优先流，致其采空区深层含水率显著高于对照区；植物水分利用策略差异显著：对照区优先吸收深层稳定水源，采空区转向中浅层水源。土壤水运移受蒸发、优先流、下渗及植物吸水协同控制，170 cm放样深度的同位素水可蒸发运移至地表，采空区下渗作用更强、运移深度大于对照区。煤炭开采通过改变土壤结构和水文路径，导致水运移的时空分异并迫使植被调整用水策略。从多维度揭示了煤矿区土壤水运移规律，对促进西北干旱矿区的生态修复与可持续发展具有一定的实践指导意义。

针对黏结性富油煤热解出现的熔融、膨胀现象，研究了催化热解破黏行为和焦油析出规律。将K₂CO₃、CaO、FeCl₂、CoCl₂ 和NiCl₂负载于黏结性富油煤中，通过奥阿膨胀度考察催化剂的破黏效应，通过固定床热解探究焦油产率，并采用元素分析、GC-MS和FTIR等分析焦油和半焦的组成结构性质。结果表明，FeCl₂、CoCl₂和NiCl₂的破黏效果较为显著，2%负载量下可将最大膨胀度由169%分别降至24%、44%和0。催化热解使焦油产率降低、焦油品质提升，其中过渡金属盐使焦油H/C由1.06增至1.2以上，FeCl₂和NiCl₂使轻质馏分含量由34.8%分别提升为53.3%和47.5%。催化热解主要通过降低胶质体数量和黏度实现破黏，综合考虑热解破黏效应和油品提质效应，过渡金属催化剂对黏结性富油煤原位热解更具应用潜力。