为提高矿井可利用资源高度集约化利用，文章通过能源系统多元互补利用构想提出了一种可基于煤矿自身基本生产特征和可利用资源情况的能源系统多元互补利用体系，梳理了该系统可应用的关键技术，构建了可持续利用能源供能的量化模型及评价指标。以陈四楼煤矿为工程背景，基于陈四楼煤矿的光伏发电技术、余热利用技术，对涉及的光能、矿井水余热、空压机余热进行量化分析。分析结果表明，部分能源的转化应用每年可节约900.85万元，CO₂年减排10193.2t。证明本文所构建的煤矿能源系统多元互补利用体系，对促进资源高效利用、产业绿色健康发展，助力煤炭行业实现“双碳”目标要求，具有重要工程示范意义。

连采连充工艺可实现采-充平行作业，工作面设计灵活，对回收不规则块段煤炭资源具有显著优势。沙梁煤矿为了回收不规则煤炭资源以及处理矸石固废，采用连采连充矸石固体充填—注浆工艺。对比了全采全充、局采局充两套工艺，综合比较选择局采局充工艺。工作面长度控制在100m以内，支巷宽度按6m设计，其中采-充宽度为4.5m，留设1.5m煤柱。在支巷顶板挂设注浆管路，矸石固体充填完成后进行注浆，提高矸石充填体整体强度与稳定性。设计了充填系统与矸石固体充填-注浆工艺流程，优选了采煤与充填设备。开展了注浆材料流动性与强度测试，确定了注浆材料成分配比与合理浓度；结合注浆后矸石胶结体压缩特性，选用连续级配矸石进行充填。

针对刀柱式采空区遗留资源赋存情况不明、安全高效回收难度大的技术现状，以晋城矿区大桥矿为工程背景，系统研究了刀柱式采空区遗留资源长壁综放复采技术的适应性。首先，分析了单个刀柱的强度-尺寸效应，构建了刀柱式采空区煤柱群-顶板力学模型，研究了煤柱群-顶板系统的整体稳定性；其次，基于刀柱采空区遗留资源赋存特征探测分析，明确了复采工作面直接顶为散体结构、基本顶为块体结构，支架-围岩相互作用关系属于给定载荷状态，并据此构建了块体-散体顶板条件下的支护强度计算模型。现场回采验证表明，支架工作阻力满足回采要求，与理论计算相吻合；矿压显现整体可控，瓦斯非均衡涌出处于安全范围内，工作面资源回收率达到93.4%。研究结果验证了所提技术的合理性与科学性，可为同类刀柱采空区复采提供技术借鉴。

为减少西湾露天煤矿采区转向期间二、三采区二次剥离量，在加高内排土场的条件下，对比分析倒梯形与倒三角两种留沟模式对剥离物料运输系统的影响，构建了留沟内排总费用模型。基于成本费用最小法，建立了留沟高度经济优化模型。研究结果表明：当留沟区域剥离物料量一定时，倒梯形留沟模式相对倒三角留沟模式对剥离物料运输系统影响较小；倒梯形留沟模式相对全压帮内排模式节约成本呈先增大后减小的趋势，相邻采区最佳留沟高度为45m，倒梯形留沟内排相对全压帮内排节约8230万元，具有良好的经济技术效应。

为探究数字经济背景下煤炭企业智能化转型的高效建设路径，文章采用通过案例研究法及清晰集定性比较分析方法，构建了技术层面、组织层面、环境层面、资金层面四维分析框架，在上述4个层面下选取了技术人才、技术开发、城市发达程度、资金投入、领导支持力度5 个解释要素探讨煤炭企业智能化高效转型的多重并发因果关系。结果表明：在技术人才、技术开发、城市发达程度、科研投入以及领导支持力度这五个条件变量中，单一的发展要素难以构成影响煤炭企业智能化转型成效的必要条件；进一步的组态分析生成3条等效路径，具体归结为包括“技术-资金-环境”驱动模式、“技术-管理-环境”驱动模式、“技术-资金-管理”驱动模式，这3种驱动模式符合所有实现智能化转型的煤炭企业。

针对深埋煤层竖井施工过程中围岩稳定性突出问题,以鄂尔多斯某煤田为工程背景，采用FLAC^3D数值模拟，系统研究了井筒开挖对地层的力学响应特征。结果表明，水平位移局部集中于井架底座区域，最大位移达到2.4mm，表现出显著的局部效应；竖向位移受井架设备和施工荷载影响明显，最大值高达36mm，且影响范围和深度较大；应力分布方面，井架底座附近形成明显的应力集中，水平向最大应力约0.14MPa，垂直向应力最高达0.5MPa，体现出垂直荷载在深部地层响应中的主导作用。当前模拟条件下围岩未发生明显塑性破坏，整体结构表现出较高稳定性。

为解决综掘面现有水喷雾降尘技术润湿性能差、降尘效率低的问题，提出一种表面活性剂协同多层螺旋雾幕的增效降尘方法，并开展协同降尘机理分析与试验研究。选取6种表面活性剂，分别设置7种质量分数，通过表面张力、接触角、煤尘沉降及雾滴粒径等润湿特性试验，优选出最佳表面活性剂；采用自主研发的煤矿巷道智能降尘模拟系统，对比分析不同喷射介质与降尘方式对综掘面粉尘治理效果的影响规律。结果表明：多层螺旋雾幕可形成全空间覆盖与负压控尘，表面活性剂可显著降低溶液表面张力，提升粉尘润湿与捕集能力；综合润湿特性试验结果可得，质量分数为0.05%的CDEA溶液表现出最佳的润湿性能；与传统环形喷雾+质量分数为0.05%的CDEA溶液方案以及多层螺旋雾幕+清水方案相比，采用多层螺旋雾幕+质量分数为0.05%的CDEA溶液方案降尘效果最佳，其回风侧全尘及呼吸性粉尘降尘效率整体提升约12%~20%，全尘最高降尘效率达96.45%，呼吸性粉尘降尘效率最高达90.88%，表面活性剂与多层螺旋雾幕具有显著的协同降尘作用。

为探究深部立体交叉巷道围岩稳定性时空演化规律及机理，基于有限元分析方法开展了不同立体交叉倾角下巷道水平交岔口和变坡点处围岩应力场、塑性区及变形演化规律分析。结果表明：随倾角增大，交岔口顶板最大剪应力增大了5.44%，而底板降低了5.75%；变坡点处顶板最大剪应力增大了17.52%，而底板降低了10.90%。顶板应力集中显著增强，并向结构薄弱部位迁移，而底板应力逐步向围岩深部转移。围岩剪应力“壳”的厚度随主应力差的增大而增大，塑性区范围及位移量与剪应力变化呈正相关。立体交叉倾角变化导致顶底板应力场、塑性区和变形增幅并不相同，进而导致巷道局部围岩失稳风险增大。因此，在立体交叉巷道支护时应加强顶底板围岩区域精准协同控制。

针对软岩巷道自身围岩力学性质较差，易引发底鼓、片帮等围岩大变形灾害的工程问题，本文首先通过构建巷道围岩应力分布力学模型，揭示了帮部大直径卸压钻孔通过扩展围岩塑性区、转移应力峰值的卸压作用机理；并采用数值模拟方法，系统分析钻孔深度、孔径及排距等关键参数对围岩应力转移与分布特征的影响规律，确定了大直径卸压钻孔的合理参数，并结合补强支护措施控制围岩变形。研究结果表明：大直径钻孔能够有效扩展围岩塑性区，促使应力峰值向巷道深部转移，应力集中区主要分布于钻孔两侧；随着钻孔孔径增大，卸压效果逐渐增强，但孔径过大易引发过度卸压问题；钻孔排距过小易造成局部应力集中，排距过大则会削弱卸压作用；随着钻孔深度增加，应力峰值降低幅度及向深部转移的距离均增大。综合分析确定现场试验的合理参数为：孔径160mm、孔深10m、排距1.5m。工程应用结果表明，采用“大直径卸压钻孔+补强支护”的围岩控制技术后，巷道两帮变形量降低74.8%，顶底板变形量降低57.8%，围岩稳定性得到显著提升。该研究成果可为软岩巷道卸压设计及围岩控制提供理论依据与技术参考。

为解决断层破碎带施工抽采钻孔时卡钻频发、水力冲孔效率低、封孔不严导致的瓦斯治理进度滞后、抽采效果不佳等问题，以云盖山煤矿22202综采面正断层为工程背景，首先通过地质勘探精确查明断层破碎带位置。在前期负压辅助注浆、常规钻孔注浆等措施因浆液渗透不足、二次透孔重复进尺率高等原因未能达到预期效果的基础上，经技术论证与现场实践，创新提出“变径塔式钻头+分级压力、分级配比注浆+注水胶囊内撑式工艺”协同技术方案。采用变径塔式钻头降低卡钻风险、提升穿层施工效率；浆液按“先稀后稠”分级配比（水灰比1∶1、1∶1. 5 和1∶2），并匹配分级注浆压力（0~4 MPa），增强浆液流动性，扩大渗透面积；再配合注水胶囊“内撑式”注浆工艺，实现对浆液扩散范围的精准控制，减少注浆后二次透孔重复进尺。现场应用表明：断层破碎带经注浆加固后，钻孔单班进尺由22m提高至34 m，工效提升54.5%；水力冲孔煤量由每小时0.8t提高至2.5t，工效提高2.1倍；注浆压力由1.2MPa提升至3.8MPa，单孔注浆量由175kg提升至460kg。抽采1个月后，钻孔瓦斯浓度仍保持在40%以上，较前期普遍低于20%的水平显著提升。该协同技术方案显著提高了钻孔成孔率与瓦斯抽采效果，可为类似复杂地质条件下的瓦斯治理提供技术参考。

工作面回采末期，集中布置的巷道群区域应力高度集中，具有较高的冲击风险。针对工作面回采末期冲击地压防治难题，以文家坡煤矿4105工作面为例，通过微震、地音、应力监测系统分析了末采区域的冲击危险性，并进一步分析了冲击致灾因素, 提出对诱发冲击启动的动静载荷源进行分源防控技术方案，对顶板采取爆破预裂, 对煤层采取大直径钻孔卸压，并进行了工程实践与效果检验。现场应用表明, 微震活动表现为“高频次、低能量”状态，日释放能量降幅达82.5%，地音c和d预警频次占比下降32%，煤体应力集中程度有所缓解，应用效果良好，有效降低了末采区域的冲击危险性。

深部开采过程中，高应力诱发的巷道大变形失稳问题严重威胁矿井生产安全。为控制深埋巷道的大变形灾害，通过Fluent与UDEC模拟了磨料射流割缝效果，分析了割缝-压裂一体化顶板切缝卸压技术的卸压机制，并完成了现场工程实践验证。研究结果表明：在研究参数范围内，随着射流压力与磨料粒径增大，磨料射流的割缝效果显著提升，且射流参数对割缝效果的影响程度高于磨料粒径。割缝-压裂一体化卸压后，隔离煤柱集中支承应力与巷道周边损伤区范围均明显降低。现场工业试验结果显示，采用该技术后试验巷道8003的围岩位移量降低50%以上，验证了割缝-压裂一体化技术控制深埋大变形巷道的良好工程效果。

针对采空区遗煤自燃灾害火源定位精度低、治理周期长等技术难题，研发了集孔内分布式温度感测（DTS）技术、阻燃密闭墙快速构筑和气密性检测为一体的着火区探-阻-验技术体系。采用DTS技术实现着火区三维温度场的精准监测，基于三维面热源辐射模型反演火源位置及空间分布；创新应用地面多分支定向钻孔灌注技术，在火区巷道内构筑阻燃密闭墙，实现对着火区的快速封闭；通过建立“地面-井下”CH₄、CO₂和O₂等气体含量动态协同监测系统，实现对阻燃密闭墙的密封性检验。研究成果在山西卫东矿6114工作面采空区遗煤自燃灾害治理中应用，实践表明该技术体系具有火源定位精准度高、治理速度快的优势，仅用23d便完成火灾治理，37d实现矿井复产。

针对STATCOM在动态无功补偿和谐波治理时，电流检测、采样和数字控制器离散化等环节存在控制延时影响补偿效果的问题，以煤矿低压三相桥式STATCOM为研究对象，在分析其基本工作原理并建立控制系统架构的基础上，探讨STATCOM控制延时产生的原因，并对控制延时产生的影响进行定量分析，研究并提出基于选择控制的STATCOM控制延时补偿方法，通过假设检验的判定方法将算法补偿和周期补偿结合，暂态的时候采用固定时间的算法补偿具有较快的跟踪速度，稳态时采用周期补偿具有较高的控制精度。最后，通过Matlab/Simulink仿真和实验平台验证了所提方法的有效性。

针对复杂中远距离煤层群保护层开采诱发下煤层强矿压问题，以祁南煤矿7244工作面为工程背景，采用理论分析、数值模拟及工程实践方法开展研究。研究表明：随工作面错距增大，走向与倾向最大剪应力呈显著降低趋势，并确定80m为最优错距，该错距下应力传递路径得到有效改善；基于80m错距的强矿压分布特征，提出切顶高度23m、卸压角度0°的协同控制技术，将最大剪应力控制在顶板抗剪强度内；实施深浅孔耦合爆破卸压方案后液压支架工作阻力峰值平均降幅达20%以上，顶板稳定性显著提升，形成“错距优化-卸压控制”协同技术体系。

为阐明顶煤破碎机理并提高顶煤回收率，基于断裂力学，结合伪力法及最大周向应力理论， 建立了特厚煤层顶煤静载下的力学模型。通过引入放煤口宽度d，并根据数值模拟对d 进行修正，推导了顶煤放出体在倾向上更为精确的运移方程。采用离散元法引入不规则颗粒簇团，并基于Python函数进行放出体反演，对充分发育的放出体形态及煤矸分界线进行拟合分析。研究结果表明：裂纹角在0°及54.25°时裂纹扩展应力趋于无穷大，煤体的破碎不再受裂纹扩展的影响。走向上放出体宽度及半弧长随着掩护梁夹角的增大逐渐减小，放煤效率也在逐渐减小；随着掩护梁夹角的不断增大右侧煤矸分界线逐渐靠近采空区一侧；放出量及放出效率上掩护梁角度为30°放煤步距一采一放此时为最优选择。倾向上随着放煤口数量的增加放出体的长短轴比及离心率逐渐减小，放出体形态由竖向椭圆逐步过渡为近似圆形；煤矸分界线两侧的最大曲率均出现在边界附近。此外，研究发现，在两口放煤条件下，顶煤回收率最高可达88.23%，但放出效率最低；随着放煤口数量的增加，在三口及四口放煤条件下， 顶煤回收率分别较前一工况下降2.58%和2.03%。与此同时，放煤效率随放煤口数量的增加而显著提升，后一个工况相较前一个分别提高41.96%和18.01%。

为解决多煤层开采围岩破坏及富水特征不明的工程难题，结合双欣矿业杨家村煤矿多煤层开采背景，综合采用数值计算、理论分析、现场测试等研究手段，建立了多煤层开采FLAC^3D数值计算模型，探究了多煤层开采围岩导水裂隙非线性演化规律，明确了含水岩石“力-电” 信号响应关系，构建了“力-电”耦合监测预警模型，并进行现场实测应用。结果表明：多煤层开采过程的覆岩承载结构演化呈现高位传递特征，重复采动叠加破坏作用下导水裂隙呈现出非线性扩张特征。基于光纤光栅和直流电法耦合的采动岩层破坏及富水特征综合监测预警方法可兼顾围岩破坏范围确定和顶底板富水特征识别，有效预警工作面回采过程中的采动水害风险。351_上07采空区顶板破坏带高度为18m，与4-1煤采空区底板破坏带连通，24109 采空区存在老空水和顶板砂岩水共2处富水异常区域。考虑到351_上07工作面回采过程中涌水量整体较（0.2~1.5 m³/h），推断其顶部砂质泥岩顶板仍具有阻水性能。

为了研究水射流冲击作用下松软煤体的损伤特性及射流参数对破煤性能的影响，采用数值模拟与实验研究相结合的方法，分析了不同射流参数下松软煤体损伤破坏的动态演化特征，探讨了不同射流参数对破煤性能的影响规律。研究结果表明：松软煤体在水射流持续冲击下，锥形、横向和径向裂纹逐渐发育并延伸至煤底，锥形、横向裂纹数量上优于径向裂纹，损伤程度呈现先增长后趋于平稳的态势，冲击时间为5s以后出现平稳区；射流工作压力对射流形态影响最显著，射流工作压力越大，反射角越小、破煤性能越好，工作压力10MPa为松软煤体的裂纹起裂压力，工作压力10MPa以上反射流角度逐渐趋于稳定；水射流冲击破碎松软煤体，有效冲击损伤速度不应小于300m/s，最佳冲击靶距为5mm，最佳喷嘴直径为1.5mm，最佳入射角度为75°。研究结果可为水射流致裂低渗软煤体瓦斯抽采提供理论支撑。

为准确掌握煤层瓦斯含量及其影响因素，破解传统预测方法的局限性，本文以彬长矿区煤层瓦斯含量实测数据为基础，采用弹性网络（Elastic Net）、支持向量回归（SVR）、梯度提升决策树（GBDT）及极端梯度提升树（XGBoost）4种机器学习算法，构建煤层瓦斯含量预测模型; 同时引入SHAP可解释性算法, 验证机器学习模型的预测合理性，揭示输入特征对预测结果的影响机制，识别煤层瓦斯含量的主要影响因素。结果表明：4种预测模型中，GBDT模型的预测性能最优，其在测试集上的决定系数（R²）可达0.9956，具备良好的拟合精度与泛化能力；结合模型内置特征重要性与SHAP全局特征重要性分析发现，砂泥岩比和泥岩厚度是影响煤层瓦斯含量的核心因素，挥发分影响次之，埋深与基岩厚度的影响最小；GBDT与SHAP算法结合可有效捕捉各影响因素间的交互作用，且不同特征对预测结果的影响存在明显依赖性，其中砂泥岩比与泥岩厚度的交互作用突出，泥岩厚度与挥发分也存在明显的交互影响。基于GBDT与SHAP可解释性方法构建的煤层瓦斯含量预测模型兼具高精度与可解释性，能够有效识别瓦斯含量的关键控制因素及其交互关系，为矿井瓦斯含量精准预测与瓦斯灾害防治提供了新思路。

煤矿大规模开采易引发地下水酸化、咸化等水环境问题，威胁矿井安全生产与区域生态安全。为揭示采煤扰动下地下水水化学的演化规律，以贵州省青龙煤矿为研究对象，综合水文地球化学分析与数值模拟，构建地下水动力场及溶质运移模型，系统分析开采条件下区域地下水动力场与水化学场的演变规律。结果表明：采煤疏干排水显著改变原始地下水流场，抽水井周边形成明显地下水降落漏斗，矿区西南部形成新的地下水分水岭；地下水中主要阴阳离子向抽水井方向汇聚，且前5年离子浓度变化幅度显著大于后5年；受溶滤作用与阳离子交替吸附作用共同影响，长兴组含水层水化学类型由由HCO₃-Ca型向HCO₃-Na·Ca型过渡，HCO-₃浓度持续升高，易腐蚀井下金属设施。上述演化过程对煤矿长期安全生产构成潜在威胁， 需加强水质监测与防腐防护。

矿用交流电动机长期工作在高粉尘、高湿度和强震动的恶劣环境中，故障频发（如启动失败、三相电流不平衡等）且传统巡检诊断滞后，难以及时发现隐患。针对上述问题，本研究开发了一种矿用交流电动机智能故障诊断系统。系统以多传感器数据融合监测为基础，结合边缘计算+云协同架构，实现对电机振动、温度、电流等关键参数的在线连续监测，并采用卷积神经网络（CNN）、图神经网络（GNN）和Transformer等深度学习模型对故障特征进行提取与分类识别。系统架构中边缘端负责实时预处理与轻量诊断，云端平台进行大数据分析与数字孪生建模，提供全局故障评估与寿命预测。同时研制了高低压电机综合试验平台对系统进行试验验证，诊断系统能够在故障初期及时预警，提高了故障检测效率、准确性和可靠性，减少停机损失和维护成本，为煤矿设备的智能传感监测和预测性维护提供了有效支撑。

为揭示细粒煤在超高压压滤脱水过程中的渗流规律及药剂调控机理，以平顶山矿区细粒煤为研究对象，开展了不同压力阶段（0~5MPa）及药剂作用（CPAM与SDBS）下的压滤脱水试验。结果表明，试验煤样粒度细、比表面积大、孔径集中于微米级（<5μm），导致其滤饼具有高比阻和强吸附特性，是难脱水的主要原因。压力对滤饼厚度的减小作用在不同体系中具有高度的一致性,均遵循“初始快速压缩、中压非线性过渡、高压线性压实”的阶段性规律。药剂的加入显著强化了滤饼的压缩效应，其影响程度排序为：CPAM>SDBS>不加药。试验数据显示：在2.5MPa条件下，CPAM浓度为40g/t时脱水效果最优，滤饼含水率降至21.3%；SDBS 则通过降低界面张力改善脱水效果，在1000g/t时含水率最低（23.9%）。在初始阶段（0~0.6MPa），CPAM与SDBS分别使压缩速率较不加药组提高25%和30%；进入高压阶段（2.5~5.0MPa）后，CPAM组效果最佳，滤饼厚度从19.85mm降至8.95mm，最终含水率低至22.16%，而SDBS组及不加药组在高压段的变形量则相对受限。

为全面准确地监测、评价海州露天矿生态环境，采用主成分分析法构建了新型遥感生态指数，在遥感生态指数绿度、湿度、热度、干度四个影响因素的基础上结合海州露天矿残煤自燃状况加入了空气质量指标颗粒物差值指数，能够更好地反映海州露天矿近十年来的生态环境质量变化状况。选取2016年、2020年、2024年三期卫星影像数据，分别对单生态评价指标和总体生态环境质量进行了时空变化分析，并结合地理探测器探究NRSEI变化的驱动力。结果表明：2016—2024年间海州露天矿矿区的整体生态质量偏差。但2016—2024年生态环境为“优”“较优”和“中”的面积比例分别增长6.77%、14.97%和9.79%，“差”和“较差”的面积比例分别下降30.22%和1.32%，项目区生态质量变化的整体趋势向好。生态环境好转的区域得益于国家矿山公园的进一步建设、露天矿生态环境修复治理工作不断推进；生态环境变差的区域主要为露天矿坑中心区域。研究结果为下一步露天矿生态环境治理规划提供了依据。

针对矿井复杂环境下四轮独立驱动辅助运输车辆动力性能优化与防滑控制需求，提出了一种基于模型预测控制（MPC）的驱动防滑控制方法。通过建立整车动力学模型，并根据实际作业要求设计控制器目标函数与约束条件，构建了增量式MPC控制器。实验表明，所设计的基于MPC的驱动防滑控制器在实验矿井道路下可以控制车辆四轮实时跟踪目标滑转率，有效提升了矿用辅运车的纵向动力性能。研究成果为矿山运输装备智能化发展提供了理论支持，具有提升井下运输效率与安全性的工程应用价值。

为优化钻割一体化水力割缝系统中滑动阀芯的设计，确保水力割缝系统可靠运行，以保障煤层增透效果。以山东益矿钻采科技有限公司PJL-506型号的水力割缝装置为基础，分别建立了端面受力与高压射流工况三维流域模型，采用理论分析结合Fluent仿真的方法，综合分析了滑动阀芯结构变化对端面受力效果与水射流冲击动力特性的影响；对滑动阀芯进行了优化设计，并利用实验室试验验证了滑阀在实际应用中的稳定性。研究结果表明：滑动阀芯迎水面为弧面加聚能穴综合型的形状为最优结构，其较平面端面滑阀轴向受力与最大反向水流速度分别提升了11.81%与118.52%，且较平面端面靶距100mm处有效扩展面积提高了10.89%，更有利于滑阀的移动且破煤效率更高。