《煤炭科学技术》“创刊五十周年”纪念专辑（上、下辑）

《煤炭科学技术》创刊于1973年，这50年是我国煤炭行业起步、加速、稳定发展的50年，也是我国煤炭科学技术持续发展的50年。《煤炭科学技术》见证了我国煤炭工业从人工采煤、炮采、普采到综采的具有里程碑意义的技术革命。

在1973年2月至2023年1月这50年间，《煤炭科学技术》共出版了50卷580期，刊登了煤田地质与勘探、煤矿开采、矿山测量、矿井建设、煤矿安全、煤矿机电与自动化、煤矿信息化、煤炭加工与利用、煤矿环境保护等专业的学术性或技术性论文共计18100余篇，营造了百花齐放、百家争鸣的学术氛围。

50年披荆斩棘，50年砥砺奋进。《在全国奋力建设世界一流科技期刊目标的推动下，《煤炭科学技术》将继续肩负起时代赋予的使命和任务，坚持守正创新，重点报道煤炭领域及相关交叉学科领域的前沿和先进实用性成果，引导社会重新认识煤炭行业、煤炭科学家和煤炭高科技创新贡献，向全世界讲好中国煤炭故事，提升我国在世界能源与矿业领域的科技话语权，助力实现中国科技期刊强国梦。（引自王国法，杜毅博，徐亚军，等：中国煤炭开采技术及装备 50 年发展与创新实践——纪念《煤炭科学技术》创刊五十周年）

行业视野: 高端智库
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专家; 84篇
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线圈耦合距对坑道瞬变电磁场的影响与校正方法

作者(Author)：胡雄武, 陈人峻, 张平松, 吴荣新, 郭立全, 付茂如

摘要：水害是我国煤层开采面临的主要灾害之一，坑道瞬变电磁方法作为一种有力的坑道水害探测手段，近年来已广泛应用于我国各大煤矿区，但受坑道空间限制，线圈与围岩表面存在不等的耦合距，导致不同测点观测的瞬变场存在差异，进而影响岩层富水性的判定精度。为此，基于数值仿真技术研究了坑道内有和无金属支护条件下耦合距对瞬变场的影响，其结果表明：①坑道内无金属支护时，耦合距对瞬变场的影响主要集中在早期，且随瞬变场时间延迟而快速减小，对实测瞬变场数据的影响基本可以忽略。②坑道内存在金属支护时，瞬变场曲线存在明显的拐点，其对应时间因围岩电阻率增大而延长；与无金属支护的瞬变场相比，拐点前瞬变场响应幅值受金属影响显著增大且无明显规律；拐点后瞬变场幅值有较大变化，但衰减趋势一致；耦合距对瞬变场响应的影响大，尤其是坑道掘进正前方观测点，其对耦合距的变化更为敏感；不同探测方位不同围岩电阻率及不同耦合距条件下获得的瞬变场曲线相关系数趋向于1，曲线之间具有对数平移特性。据此提出了瞬变场晚期数据平移校正方法，并针对坑道掘进前方低阻球状模型进行了数值验证，与校正前的数据对比表明，校正后的瞬变场数据对低阻体的判定精度更高，有效降低了耦合距对瞬变场观测的影响。现场试验进一步佐证了该方法的可靠性，可为坑道水害防治提供技术支撑。

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煤炭科学技术

2023年第02期

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多层浅埋煤层开采触发岩溶坡体动力崩滑机制研究

作者(Author)：崔芳鹏, 武强, 李滨, 熊晨, 刘新荣, 李江山, 刘小瑜

摘要：因内外动力地质作用活跃和人类工程活动频繁致使我国西南岩溶山区坡体灾害频发，进行该类灾害防控的相关研究必要而迫切。采用原位地质详查、全域块体离散元数值模拟和工程地质力学理论分析，选择贵州纳雍张家湾普洒滑坡为研究对象，系统提出了该类“井工开采诱发型”滑坡的致灾特征、主控触发因素和动力成灾机制。结果表明：①该滑坡动力崩滑的影响因素包括高陡坡体微地貌、“上硬下软”岩性组合、斜坡岩体结构和物理化学风化等主导因素和多层浅埋采空区、强降雨和采掘爆破振动等触发因素，其中前者的存在或长期作用较为明显地降低了原始坡体的稳定性，而后者的存在或短期作用急剧地劣化了坡体地质条件并最终触发了坡体的“ 临界崩滑” ；②该滑坡在采空区和强降雨作用下形成的“渐进变形”具有明显的“整体下座”和“顺时针旋转”特征，其中“整体下座”为“井工开采诱发型”滑坡的典型特征，其为受区内井工开采引起的地表开采沉陷所致；③邻近坡体的采掘爆破振动最终触发该滑坡形成“临界崩滑”后，其后续动力响应可细化为“解体破碎→铲刮滑床→碎屑流动→堆积稳定”4 个阶段。最后，基于分析驱动该滑坡各阶段动力响应的力学作用类型及其效应，即：坡体岩溶裂隙渗透压力、竖向和水平爆破振动应力、坡脚处剪切应力、采空区边界卸荷应力和采空区中冒落岩块压实过程产生的侧向膨胀应力等及其岩体破裂效应，系统提出了考虑其崩滑全程力学模式演变的动力崩滑机制。

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煤炭科学技术

2023年第02期

533

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煤矿智能地质保障系统研究进展与展望

作者(Author)：李梅, 毛善君, 赵明军

摘要：煤矿地质保障系统是智能化煤矿建设和生产的重要内容，地质透明化是智能地质保障的努力方向。首先从地质勘探设备、地质建模软件、地质数据处理、智能工作面装备等多方面回顾了国内外煤矿地质信息技术发展；然后重点分析了我国智能地质保障系统的技术进展，包括隐蔽致灾地质因素探测技术、地测数据动态获取与地质灾害监测技术、多源数据融合与地质大数据技术、煤矿GIS“一张图”与地质云技术、透明化地质建模与可视化技术、地质保障智能分析技术等。在此基础上，对我国智能地质保障系统建设中的难点问题进行了分析，指出煤岩层识别、地震智能解释和点云三维重建等动态地质测量数据获取技术尚未取得突破性进展，各类地质软件在数据开放性上存在不足，数据格式不能兼容和统一，多源地测数据共享与融合处理能力有待提高，基于大数据和人工智能技术开展地质预测预报和地质隐患防控还需要深入研究。最后探讨了煤矿智能地质保障系统的发展方向，认为地球物理探测装备与基于深度学习的智能解释、全要素多尺度动态地质模型及数值模拟、隐蔽致灾因素智能分析与预测、基于地质模型的矿山动态生产规划等四大方向将在智能矿山建设中发挥重要作用。综上所述，本研究能为矿山智能化地质保障系统建设和采掘应用提供有益的参考。

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2023年第02期

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煤矿安全生产视频AI识别关键技术研究综述

作者(Author)：程德强, 钱建生, 郭星歌, 寇旗旗, 徐飞翔, 顾军, 高亚超, 赵金升

摘要：煤矿安全生产视频分析与识别技术是保障我国煤矿智能化建设和煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。为及时对煤矿井下安全隐患进行实时监测和预警，视频AI（Artificial Intelligence，人工智能）识别关键技术已经成为煤矿安全生产领域的研究热点。阐述了我国煤矿智能化建设过程中安全监测与监控的发展现状，分析了当前矿井视频监控与安全隐患识别预警存在的效率低、响应慢、效果差等问题，结合计算机视觉、边缘计算、大数据处理、云服务、智能终端等先进技术手段、进行了煤矿安全生产视频AI 识别的顶层设计，提出了煤矿“人−机−环”全域视频AI 感知的“云−边−端”协同计算系统架构，构建了视频识别端节点传感器、边缘计算设备、视频识别场景云服务应用体系，明确了智能识别与预警联动控制响应机制，打通了“云−边−端”信息交互感知与联动控制数据链，实现了数据共享联动和预警协同。同时，围绕矿山“人−机−环”全域AI 视觉信息智能感知和全息泛化景象平台的构建，梳理了矿井安全隐患视觉感知及识别预警的技术处理流程，归纳了AI 识别过程中的各类预处理−增强−重建−检测−识别方法的优点和缺点，明确了煤矿安全生产视频AI 识别关键技术发展的主流方向和趋势。其次，结合王家岭煤矿、鲍店煤矿等代表性矿井的应用案例，示范展示了煤矿安全生产过程中实际典型应用场景等方面的最新进展和应用效果。最后，针对煤矿安全生产视频AI 识别关键技术的特点，总结了现有煤矿安全生产视频AI 识别系统存在技术理论薄弱、智能终端规格不一且应用场景混乱、数据兼容性及联动闭环能力较差、数据库安全性较弱、评价机制不统一、应用标准不完善等问题，指明了未来的发展方向是加强对视频AI 识别关键技术及理论的研究，建立健全智能终端硬件规格及适用体系，构建标准统一、机制完善、实时互联、动态预测、协同控制、安全可靠的煤矿信息多维度主动感知新模式和工业互联网应用平台，逐步形成全矿井全息泛化的高精度智能感知场，实现对井下“人−机−环”全域视频信息的精准感知和危险源协同管控。

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2023年第02期

316

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基于声谱图和SVM的煤矿瓦斯和煤尘爆炸识别方法

作者(Author)：孙继平, 余星辰, 王云泉

摘要：为提高煤矿瓦斯和煤尘爆炸感知准确率，提出了基于声谱图和SVM 的煤矿瓦斯和煤尘爆炸感知方法：在煤矿井下重点监测区域安装矿用拾音器；实时监测煤矿井下设备工作声音及环境音；将采集到的声音提取由MFCC 构成的声谱图，通过计算声谱图的灰度共生矩阵得到0°、45°、90°、135°的能量、熵、对比度、相关性，分别求其均值和标准差作为声谱图图像纹理特征，构成该声音的特征量，输入到SVM 中建立煤矿瓦斯和煤尘爆炸声音识别模型；对待测声音同样提取其MFCC声谱图图像纹理特征，输入到训练好的识别模型中进行声音识别分类；并进行了试验验证。首先，提取了采掘工作面设备运行、瓦斯和煤尘爆炸等不同声音的MFCC 特征值，分析了不同声音的MFCC 特征值分布情况；提取不同声音的MFCC 声谱图，分析了不同声音的声谱图的特征参数：能量、熵、对比度、相关性的均值和标准差，可见通过提取MFCC 声谱图的灰度共生矩阵特征参数构成的特征量可有效表征声音信号；其次，将待测声音输入建立的识别模型中，完成识别分类。结果表明：所提方法的识别率达到95%，整体识别性能高于其他算法；最后，通过贝叶斯参数优化试验结果可知，优化后的SVM 识别模型的召回率、识别率分别提高10%、3%，优于优化前的识别模型，能够满足煤矿瓦斯和煤尘爆炸感知和报警需求。

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2023年第02期

201

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激光煤流量测量中光斑条纹过饱和问题研究

作者(Author)：胡而已, 张耀

摘要：为解决煤流量三维扫描过程中亮度过饱和激光条纹中心线提取精度的问题，提出了一种对应的中心线提取算法。根据斜射式激光三角法测量原理，搭建了视觉测量系统平台，获取亮度过饱和的煤堆表面激光条纹数字图像并进行预处理。探究激光光强的分布规律，深度剖析激光光条亮度产生过饱和的原因。在分析传统结构光中心线提取方法不适用于本研究的基础之上，针对部分过饱和提出了基于高斯曲线拟合法的中心点提取算法，而针对全部过饱和则提出了一种基于邻域块思想的中心点提取算法。最后确定以激光条纹截面上过饱和采样点数量作为判别依据的中心线提取策略，得到亚像素级坐标精度的条纹中心线。通过设置与灰度重心法、曲线拟合法的对照模拟试验，发现该算法绝对偏差均值更小，提取精度要优于传统算法。最终在煤堆激光条纹图像上开展了试验验证，表明该算法在实际工作环境下抗噪声干扰性能力更强，减少了亮度过饱和现象给煤堆表面激光条纹中心线提取所带来的影响。

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2023年第02期

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171
煤矿掘进装备光纤惯导多源异构噪声降噪方法研究

作者(Author)：毛清华, 安炎基, 马宏伟, 张飞

摘要：煤矿掘进装备光纤惯导在井下掘进工作面易受振动与电磁等多源异构噪声干扰，导致掘进装备位姿检测准确性降低。因此，为消除噪声干扰对组合惯导定位检测影响，提出了一种改进经验模态分解(EMD) 的光纤惯导多源异构噪声降噪方法。首先，根据井下掘进工作面环境噪声特性，分析多源异构噪声构成。然后，利用改进的EMD 降噪方法对光纤惯导多源异构噪声进行降噪，该方法通过计算连续均方误差(CMSE) 自适应筛选出有效本征模态函数(IMF)，并通过设定阈值函数对各层有效IMF 分量进行优化，重构优化后的有效IMF 分量，从而获得降噪后的信号。为验证改进EMD 方法的降噪效果，运用小波降噪方法、变分模态分解(VMD) 降噪方法和改进EMD 降噪方法进行了降噪对比试验，结果表明：改进EMD 降噪方法降噪效果优于小波降噪和VMD 降噪方法。为验证改进EMD 方法对掘进装备位姿检测准确性的提升效果，对降噪前以及利用3 种降噪方法降噪后的光纤惯导与位移传感器组合定位结果进行对比分析，结果表明：改进EMD 方法对光纤惯导信号降噪后组合定位的位姿误差最小，且相较于降噪前大幅降低，与降噪前相比，俯仰角误差从0.113 1°下降到0.028 6°，横滚角误差从0.010 1°下降到0.003 8°，航向角误差从2.705 1°下降到0.027 2°，北向位置误差从36.887 2 m 下降到0.082 2 m，东向位置误差从0.499 0 m 下降到0.016 1 m，天向位置误差从0.914 1 m 下降到0.014 3 m。提出的改进EMD 降噪方法能够有效地滤除煤矿掘进装备光纤捷联惯导信号的多源异构噪声，为煤矿掘进装备精确定位奠定了良好基础。

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2023年第02期

236

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矿用刮板输送机垂直冲击下负载电流特性研究

作者(Author)：司垒, 李嘉豪, 谭超, 王忠宾, 李小玉, 霍小泉, 袁增云

摘要：矿用刮板输送机在运行过程中易受液压支架推移不齐、采煤机截割底板不平的影响，承受着多种类型冲击，其中垂直方向的冲击作用最为明显，造成刮板输送机传动系统磨损严重、驱动电机功率不平衡等问题。笔者通过分析刮板输送机垂直冲击的形成原因，计算了不同垂直冲击作用下刮板输送机的运行阻力，建立了刮板输送机传动系统的垂直冲击仿真模型，并对刮板输送机在中部槽间隙、中部槽凸起弯曲、中部槽凹陷弯曲等工况下的冲击负载电流情况进行了仿真分析，结果表明：中部槽间隙越大，中部槽与中板发生的撞击就会越强烈，对刮板输送机传动系统的冲击越明显；垂直冲击产生的负载电流峰值与中部槽凹陷或凸起弯曲程度呈正相关；相邻中部槽最大弯曲角是决定刮板输送机冲击负载电流突变峰值及冲击稳定后负载增量的主要因素；中部槽凸起和凹陷弯曲产生的冲击对系统运行阻力的影响程度最大约为12%，是影响驱动系统电机功率不平衡的主要因素。在煤矿井下搭建了刮板输送机冲击负载监测平台，开展了不同垂直弯曲角度下的冲击负载电流监测试验，结果表明：不同程度的垂直冲击均使刮板输送机传动系统电机负载电流产生明显波动，且在短时间内，冲击电流峰值最高可达正常工作电流的1.5 倍，对刮板输送机的链条、电机等零部件造成严重损害；现场采集的刮板输送机受到冲击后的电机电流曲线与仿真曲线变化趋势基本保持一致，平均绝对误差范围为0.435~1.342 A，验证了刮板输送机垂直冲击仿真模型的正确性与合理性。研究成果为提升刮板输送机的智能控制水平、保障煤矿运输装备的负载稳定和功率平衡提供了理论依据，进而降低综采工作面的运输成本，延长运输装备的使用寿命。

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2023年第02期

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