TOP15| 《煤炭科学技术》2023年度安全专业最受关注论文

2023年为《煤炭科学技术》创刊50周年。截至目前，《煤炭科学技术》2023年第1—9期已正式出版，包括《煤炭科学技术》创刊50周年纪念专辑（上下）、“矿井水防治与资源化利用”专题等。安全专业方面，邓军教授团队的“瓦斯对煤低温氧化过程微观结构及热反应性的影响研究”、周福宝教授团队的“矿井智能通风理论与技术研究进展”等成果收到了广泛关注和研究。为了协助读者了解当前领域内的研究热点和前沿问题，促进学术交流与合作，期刊整理了2023年度刊登的安全专业最受关注论文（数据来源于中国知网，统计时间为2023-10-11）。

行业视野: 安全
类别; 68个
关键词; 68位
专家; 14篇
论文; 4032IP
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瓦斯非均衡赋存煤层精准冲孔增透技术及应用

作者(Author)：刘厅, 林柏泉, 赵洋, 翟成, 邹全乐

摘要：为实现瓦斯非均衡赋存煤层的精准卸压增透，基于理论建模、数值模拟和现场试验的方法研究了水力冲孔关键工艺参数的判定准则和优化方法。构建了卸压煤层多场耦合模型，分析了冲孔最优出煤量的判定指标体系，提出了冲孔最优出煤量的判定准则及方法，绘制了水力冲孔关键工艺参数优化图谱，提出了瓦斯非均衡赋存煤层梯级精准增透强化抽采技术。结果表明：①抽采时间一定时，随着冲孔出煤量的增加，煤层残余瓦斯含量逐渐降低，而由于孔间应力集中程度的升高，残余瓦斯压力先降低后升高；②冲孔最优出煤量的判定准则包括瓦斯抽采达标约束和巷道失稳风险和施工成本最小化约束，当残余瓦斯含量和压力均小于临界值时，认为抽采达标，在满足抽采达标的前提下，应尽量减小冲孔出煤量以保证煤巷稳定、降低工程成本；③冲孔最优出煤量随地应力的升高而降低，随黏聚力、瓦斯压力和钻孔间距的增大而升高。对于给定煤层，冲孔出煤量存在最大值，抽采达标时间存在最小值；④综合考虑煤层瓦斯压力、出煤量、钻孔间距及抽采达标时间之间的关联关系，绘制了冲孔关键参数的优化图谱，提出了瓦斯非均衡赋存煤层梯级精准增透强化抽采技术，融合煤层瓦斯赋存特征和冲孔关键参数的优化图谱，确定不同瓦斯赋存区域对应的冲孔工艺参数，实现瓦斯非均衡赋存煤层的精准卸压增透。

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煤炭科学技术

2023年第02期

316

353
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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煤炭科学技术

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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煤炭科学技术

2023年第02期

201

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瓦斯对煤低温氧化过程微观结构及热反应性的影响研究

作者(Author)：邓军, 周佳敏, 白祖锦, 刘乐, 王彩萍

摘要：为研究瓦斯气氛下煤低温氧化过程中微观理化特性及宏观煤氧复合热效应，选择不同变质煤及二次氧化煤样作为研究对象，利用傅里叶红外光谱仪和C80微量量热仪，研究在不同瓦斯气氛下煤低温氧化过程物理化学结构特性、动力学参数、热效应等变化特征。通过分析不同瓦斯气氛下煤自燃氧化过程中微观结构以及宏观放热特性，明确瓦斯对煤氧化特性的最终影响。结果表明：瓦斯通过抑制煤低温氧化过程中关键活性基团相对含量，延缓煤低温氧化进程，4%瓦斯具有最为明显的抑制效果，其对4种活性基团的抑制程度为：含氧官能团(66.5%)>芳香烃(47.0%)>脂肪烃(29.7%)>羟基(24.7%)。在快速放热阶段，由于煤对瓦斯分子的吸附能力较大，瓦斯气体占据煤分子中的吸附位点，阻碍了煤氧复合反应进程，导致放热效应受到瓦斯抑制；同时瓦斯含量显著影响煤氧复合进程活化能的大小。对于较高变质程度的不黏煤、瘦煤和无烟煤，瓦斯对其低温氧化反应的抑制作用较为显著；对较低变质程度的长焰煤影响较小。对于二次氧化煤样，瓦斯对于煤样的抑制作用随着瓦斯含量的增加而增强，而瓦斯对一次氧化煤样的影响随变质程度降低而减弱，且瓦斯含量2%时的抑制程度强于4%。研究结果对防治瓦斯与煤自燃耦合致灾事故的理论研究有重要意义。

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煤炭科学技术

2023年第01期

232

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矿井智能通风理论与技术研究进展

作者(Author)：周福宝, 辛海会, 魏连江, 时国庆, 夏同强

摘要：矿井智能通风是我国矿山智能化建设的安全保障。为实现矿井通风智能化，基于“平战结合”原则提出了井下通风人-机-环综合信息流智能感知与交互控制的理念。并从矿井智能通风理论及架构、矿井智能通风精准监测预警、矿井通风网络实时解算、矿井通风故障诊断与智能决策等4个方面论述了矿井智能通风系统平台架构，通风参数精准监测新型传感器研制与布置策略优化，通风参数信息流处理方法，风网解算方法，矿井气候与通风网络耦合解算，风网解算响应与控风决策，矿井通风故障源和故障原因诊断，智能通风灾变决策关键模型等基础理论与核心技术研究进展；同时提出了全断面风量直测新方法，消除井巷断面风速分布不均导致的点风速测风误差；发展了热湿耦合的风阻自适应调节风网实时解算模型，提高了风网实时解算精度与智能通风日常运行的稳定性；建立了基于全尺寸灾变试验数据的场-区-网耦合数值解算方法，构建了煤与瓦斯突出、火灾与瓦斯爆炸的灾变演化模型，突破了矿井智能通风系统的灾变自主决策与控制的方法瓶颈；结合矿井智能通风实施案例，详细阐述了矿井智能通风在精准测风、通风设施与装备联动控制、智能防火防尘等方面的现场实施与运行过程，指出了矿井智能通风建设存在的问题与发展趋势。

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煤炭科学技术

2023年第01期

586

719
矿井粉煤灰基防灭火技术研究进展

作者(Author)：秦波涛, 蒋文婕, 史全林, 徐镱桢, 邵旭

摘要：煤炭是我国的主体能源，是国家电力供应安全稳定和经济社会发展的重要保障，但煤炭燃烧发电过程会产生大量的粉煤灰固体废弃物，长期堆放会严重污染土壤、水源、大气等生态环境，但粉煤灰也可作为原材料应用于矿井煤自燃灾害的防治。然而，现阶段粉煤灰在矿井防灭火领域的应用存在少量分散利用、技术含量和附加值较低等不足，当前对于粉煤灰的无害化预处理及防灭火利用规模仍无法满足国家“双碳”目标下对固废资源化利用与绿色矿山建设的相关要求。为进一步推动粉煤灰在矿井煤自燃防治领域的高效、高值及规模化利用，实现以粉煤灰为原料的防灭火材料及技术的快速发展，较全面地总结了粉煤灰浆液、粉煤灰凝胶、粉煤灰泡沫等防灭火技术的原理、分类、最新发展及应用效果；从粉煤灰预处理前端、浆液管路运输中端、防灭火利用末端等方面为出发点，凝练了粉煤灰固废物中有害物质和有价组分的分离、高浓度粉煤灰浆液长距离输送时的沉淀堵管、粉煤灰基防灭火材料在采空区的渗流堆积规律等3个亟待解决的关键问题。为提高粉煤灰固废物对矿井煤自燃的防治效果，满足“双碳”目标下国家对绿色矿山及智能化矿井建设的要求，提出粉煤灰固废在防灭火技术领域“长效防火—协同固碳—智能调控”的发展方向，未来重点围绕低成本长效防灭火的粉煤灰固废基材料、矿化封存CO2与防灭火一体化的粉煤灰防灭火技术、智能化粉煤灰防灭火材料制备及应用系统等方面开展研究，有助于推进粉煤灰工业固废在矿井防灭火领域的高价值、规模化再利用，提高矿井煤自燃的防控能力，保障矿井的安全高效开采。

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煤炭科学技术

2023年第01期

269

333