摘要：水射流自驱钻头修孔技术是针对井下失效钻孔的高效修复技术,提高自驱钻头修孔效率是提高煤矿安全生产效率的关键.自驱钻头修孔效率同时受到钻进效率和钻孔内煤屑运移效率影响,而钻进效率与煤屑运移效率相互制约.为达到最佳修孔效率,实现最大钻进效率的同时保证基本煤屑运移能力,采用CFD-DEM耦合研究了不同参数下的修孔过程,分析了不同环空比、射流压力、煤屑粒径及钻孔倾角下的煤屑运移规律,建立了不同环空比下煤屑运移临界质量流量理论模型,明确了不同射流压力、煤屑粒径及钻孔倾角下环空比的选取范围,并开展了环空煤屑运移规律试验,试验结果与数值模拟结果一致.得到以下主要结论:环空比、射流压力、煤屑粒径及钻孔倾角均影响环空煤屑运移,其中环空比是主要影响因素,环空流场流速和液固两相流压降是决定环空煤屑运移能力的关键参数.随环空比增大,流场流速先增大后减小,同时降低了液固两相流压降,导致煤屑运移能力先提升后下降.煤屑运移能力与射流压力呈正比,与煤屑粒径和俯孔钻孔倾角呈反比.确定了不同条件下最优修孔效率参数:当射流压力为 0～10 MPa时,选取环空比 0.53,当射流压力为10～15 MPa时,选取环空比 0.44,当射流压力大于 15 MPa时,选取环空比 0.39～0.44;煤屑粒径为 0.5～3.0 mm时,选取环空比 0.53～0.60;钻孔角度为-60°～0°时,选取环空比 0.44.最优修孔效率参数为井下修孔时不同条件下的钻头及管径的参数选择提供依据.

摘要：逆断层活化会加剧冲击地压发生危险,断层的倾角与刚度对冲击地压发生的能量积聚与释放具有控制作用.为分析不同断层倾角与刚度对煤矿冲击地压的影响,以义马矿区耿村煤矿赋存的F16逆断层为工程背景,综合运用理论分析、数值模拟、现场监测等方法,分析不同断层倾角和刚度对回采工作面应力场演化及断层活化失稳的影响规律.结果表明:当逆断层倾角超过 60°时,逆断层剪应力与垂直应力显著集中,导致滑移风险系数β增加,断层易进入活化状态;当断层刚度比<1/5时,工作面超前支承应力峰值升高,同时水平位移呈现非线性增长,在工作面前方形成"应力屏障"效应,加剧了煤体能量积聚,增加冲击地压危险.以F16 逆断层为例,耿村煤矿 13200工作面处于F16 断层影响范围内.通过对F16 断层活动性进行监测可知,在监测期间内,13200工作面回采期间内,由于F16 受采动影响,断层发生活化,导致煤岩体内积累能量集中释放,诱发了 5次大能量微震事件.为断层型冲击地压的预测与防治提供了理论依据与参考价值.

摘要：长径比对岩石试样在冲击载荷下的力学特性和能量演化规律具有重要影响,目前针对同时考虑长径比和应变率因素耦合的岩石损伤本构模型尚需完善.采用分离式霍普金森压杆(SHPB)系统,开展了 4组长径比(0.4、0.6、0.8、1.0)和 5级冲击气压水平(0.2～0.6 MPa)的动态压缩试验.分析了强度、变形、能量等参数与长径比的关系,推导了反射能、透射能、破碎耗能与入射能理论斜率,并基于韦伯分布和D-P准则建立了考虑长径比和应变率因素耦合的损伤本构模型.结果表明:① 冲击载荷下砂质泥岩试样动态应力-应变曲线可分为压密阶段、类弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段;在试验涉及的冲击气压范围内,动态增强因子与长径比呈正相关,软化系数与长径比呈负相关.② 随长径比增加,试样破碎耗能密度呈降低趋势;随试样长径比由 0.4增至 1.0,反射能占比由 19%增至 31%,透射能占比由 37%减至 21%,破碎耗能占比在 43%～48%;对试验数据进行拟合,发现反射能、透射能、破碎耗能与入射能均呈一次正相关关系;基于应力波从入射杆传至试样的界面反射系数λ,理论推导得到反射能、透射能、破碎耗能与入射能理论斜率分别为λ10、(1-λ6)2、1-λ10-(1-λ6)2.③ 基于试验获取的动态强度与应变率和长径比的函数关系,对采用韦伯分布和D-P准则推导的初始本构模型进行修正,得到的损伤本构模型与试验曲线一致性良好,可用于表征砂质泥岩动态力学特性.

摘要：井工煤矿现场条件对绝大多数基于激光惯性紧耦合的同步定位及建图系统(Simultaneous Loc-alization and Mapping,SLAM)欠约束,导致煤矿机器人对环境地图的测绘失败,进而使其难以直接进入作业一线.研究分析退化环境中导致里程计漂移的因素,揭示点云非结构化对里程计进入漂移状态的作用机理,提出非结构化的针对性检测方法和尘雾的滤波-插值两步降噪方法,构建基于非结构化状态描述因子的自适应紧耦合里程计.在由WHU-TLS公开数据集Tunnel场地逆向构建的测试环境中,每百米绝对位置误差的均方根误差(EAP-ERMS)约为 0.40 m、平均值(EAP-Mean)为 0.37 m,相对位置误差的均方根误差(ERP-ERMS)为 0.015 m、平均值(ERP-Mean)为 0.011 m,总体指标显著优于其他方法.针对挂载超宽带设备的工程化应用需求,采用非线性优化方法维护里程计全局位姿,基于因子图构建非结构化状态约束松弛的里程计因子、UWB(Ultra Wide Band)因子和回环因子.通过对全部因子进行并行全局优化,实现高精度的全局定位及建图.在具备UWB信号的千米级模拟巷道场地中,连续建图 EAP-ERMS为 1.48 m、EAP-Mean为 1.32 m,ERP-ERMS为 0.026 m、ERP-Mean为0.013 m.在国家能源集团寸草塔煤矿某巷 2 000 m长无回环的现场测试中,连续建图的EAP-ERMS为15.64 m,EAP-Mean为 14.53 m,ERP-ERMS为 0.198 m,ERP-Mean为 0.037 m,验证了系统的工程应用潜力.利用符合防爆要求的 16线激光雷达和 6轴IMU构建退化场景下精准建图的SLAM系统,对快速推广煤矿机器人的实际应用具有重要意义.

摘要：传统型钢拱架质量大、承载力低、安装劳动强度高,难以满足复杂条件下地下工程安全高效的建设要求.以深井软岩巷道为工程背景,采用高强高韧钢材研发了新型轻质高强拱架,利用全比尺拱架力学性能试验系统开展了新型拱架与传统U36型钢拱架的承载性能对比试验,明确了拱架变形破坏模式和承载特性.在拱架钢材性能方面,与传统U36型钢拱架相比,新型拱架所用钢材屈服强度提高了97%,屈服延伸率提升了41.9%;在拱架承载性能方面,新型拱架整体质量减轻了33.3%,但其极限承载力提升了 20.1%,稳定滑移阻力提升了 111.5%;在变形破坏特征方面,与传统U36型拱架相比,新型拱架极限承载状态下的面内平均变形量降低了 16.4%,新型和U36型拱架的应变最大位置均在拱顶或拱腿处.新型拱架具有轻质、高强、高阻、稳滑的特点.在此基础上,开展了现场应用研究,持续跟踪监测结果表明,单榀新型拱架的平均安装时间较U36拱架缩短了 40.5%,新型拱架最大变形量为 63 mm,最大应力为 101.3 MPa,且没有出现明显局部屈曲和面外失稳现象,安全储备高;围岩收敛变形在 30 d后基本稳定,整体受力由大到小为拱顶、拱肩、拱腰.新型拱架在承载能力和施工效率方面具有明显优势,为深部矿井拱架支护提供了一种轻质高强的材料选择.

摘要：采空区漏风是诱发遗煤氧化、自热及自然发火的关键因素,漏风风速的变化直接影响氧气供应、热量积累和气体迁移过程,从而决定采空区自然发火的发展强度与空间分布特征.为揭示漏风风速对遗煤氧化行为的影响规律,在 6组不同漏风风速条件下,利用程序升温氧化动力学测定装置,对蒲河煤矿褐煤的耗氧速率、放热强度及表观活化能等自燃特性参数进行了系统测定,分析其随温度变化的规律.同时,依托尺寸为 10 m×5 m×1 m的采空区物理相似试验平台,在进风巷入口风速保持为 0.52 m/s时,布置 25个测点,分析采空区内部风速、温度及CO体积分数的空间分布特性,探讨采空区内部非均匀漏风场对气热耦合场的影响.结果表明:漏风风速对煤的耗氧速率、放热强度及表观活化能具有显著影响.综合分析本次试验设定的 6组风速发现,风速为 0.37 m/min时煤的氧化与热积累特性最为显著,在 170℃时耗氧速率达到 2.80×10-7 mol/(cm3·s),放热强度为 1.66×10-2 J/(cm3·s),其他风速条件下的响应则表现出不同程度的弱化或延迟.物理相似试验结果显示,当工作面进风巷入口风速为 0.52 m/s时,采空区高温点最早出现在靠近进风隅角的邻近工作面区域,随后随时间逐渐向回风侧扩展,并向采空区深部迁移,最终在采空区内部形成相对稳定的高温区,稳定区域风速为 0.33 m/min.CO体积分数场与温度场表现出较高的一致性,高CO体积分数区域主要分布在高温点及其下风侧附近,呈现热源-CO富集的协同分布特征.上述结论从氧化动力学参数变化和采空区气热场演化 2个方面揭示了漏风风速对遗煤氧化及采空区自然发火发展的关键影响规律,为矿井回采工作面采空区火灾的预测、预警与防控提供了科学依据.

摘要：在矿井作业中极易产生大量煤尘,为了降低煤尘对作业环境、工人身体健康及机械设备的潜在危害,基于声波-水喷雾协同增效降尘模拟试验平台,通过多通道声功率测试系统、TSI8533气溶胶监测仪、矿用粉尘采样器以及电镜扫描仪,分析了不同角度下声场的分布特性、全尘及PM10 煤尘降尘效率,以及煤尘质量浓度随声波角度变化的规律,探究声波传播角度对煤尘降尘效果的影响,同时,对比分析了不同角度影响下,喷雾液滴对煤尘的团聚特性.结果表明:随声波角度的增加,声场分布先向巷道上方聚集,当声波角度大于等于 60°时,声场声压级开始向下方偏移;全尘主要分布在模拟巷道中部区域,而PM10 颗粒物主要分布在模拟巷道中上部区域;随声波角度的增加,全尘质量浓度先增大后降低,当声波角度为 0°时降尘效率最高,从仅水喷雾的 74.80%提升至 85.97%;随声波角度的增加,PM10 质量浓度先降低后增大,当声波角度为 30°时PM10 质量浓度最低,声波联合水喷雾团聚除尘效果最佳,PM1、PM2.5、PM4、PM10 的降尘效率相较于仅水喷雾的降尘效率分别提高了 31.10%、31.87%、33.49%、30.90%;通过对比PM10 降尘前后形态可知,加入声波之后煤尘颗粒团聚在一起形成大的团聚体,并且团聚体周围附着很多小颗粒.不同声波角度下团聚效果不同,当声波角度为 30°时,PM10 的团聚效果最好,附着小颗粒物最多,团聚体粒径可达 36 μm.研究成果揭示了声波角度对水喷雾降尘作用机理,为声波联合水喷雾现场应用提供理论基础.

摘要：在煤炭资源消耗量大、含油污泥处置困难且造成的环境污染严重的背景下,为实现含油污泥的资源化、清洁化利用,将煤与不同比例的含油污泥混合、压制成型,制备型煤燃料,在安全高效处置含油污泥的同时,能够综合利用煤炭资源,减少污染物的排放.以含油污泥和煤混合制备的型煤燃料为研究对象,以松弛密度、松弛比、抗破碎性、抗渗水性为物理性能指标,探究含油污泥型煤的最佳成型条件,通过热重分析法研究含油污泥型煤在不同添加比例及升温速率下的燃烧特性,并使用烟气分析仪分析燃烧烟气中主要污染物的排放特征.结果表明:当添加含油污泥 20%～40%(质量分数)、成型压力20 MPa、混合原料含水率为10%时,含油污泥型煤的松弛密度增大至1 g/cm3以上,抗破碎性超过 90%,型煤的物理性能变优,成型效果更佳.含油污泥的添加有效改善了型煤的着火性能、燃烧特性,当添加 40%的含油污泥时,制得型煤燃料的热值为 19.43 MJ/kg,稳燃特性指数最大,为 3.10×10-5%/(min·℃2).另外,升高反应温度会促使NO和SO2 的生成,当反应温度在 900℃及以下时,可以更好地控制NO和SO2 的排放,同时不影响多环芳烃、重金属的排放,排放浓度低于污染物排放标准限值.含油污泥和煤的混合是实现节能减排的有效方法,含油污泥的加入,降低了型煤的着火温度、燃尽温度,改善燃烧性能的同时能够有效控制污染物的排放.

摘要：针对厚松散层矿区单侧采空条件下导水裂隙带时空演化规律复杂、现有预测方法适应性不足等问题,探究单侧采空条件下覆岩变形演化规律,建立考虑采空区预破坏效应的导水裂隙带发育高度预测方法.以淮北矿区某煤矿 866工作面为研究对象,采用理论分析与现场监测相结合的方法,构建了基于分布式光纤的"待采工作面-煤柱-邻近采空区"三位一体覆岩变形监测体系,建立了基于覆岩变形梯度分布的导水裂隙带发育高度量化判定指标,提出了单侧采空条件下的导水裂隙带发育高度预测模型.结果表明:采场覆岩空间分异特征显著,采空区沉陷呈现残余沉降与采动沉降先后主导的复合变形模式,工作面区域受强动态开采扰动控制,煤柱区表现为应力滞后传递特性;基于光纤累积绝对变形贡献率曲线拐点判据,结合不同深度区间的覆岩变形分布特征,确定导水裂隙带发育极限高度为 77 m,开采稳定后导水裂隙带内岩层绝对变形量占总绝对变形量的 87%;已有采空区在-280 m深度形成上压缩-下拉伸双区变形模式,导致下方岩层离层.结合关键层理论和板理论提出了考虑单侧采空区预破坏效应的导水裂隙带预测方法,根据关键层理论将覆岩划分为高位、低位岩层,结合板理论建立破坏判定模型,预测 866工作面的导水裂隙带高度为 71 m,与实测值的相对误差仅8.4%.

摘要：矿山特种车辆橡胶实心轮胎或聚氨酯填充轮胎多为非标准化定制轮胎,给轮胎模型的参数辨识过程造成了诸多不便,车辆固有的复杂非线性特性也对轮胎力的获取造成了诸多限制.为此,针对矿用铰接式特种车辆,采用了一种降阶-级联结构的滑模观测器,在更低成本和占用更少运算资源的前提下实现对矿用铰接式车辆纵向和侧向轮胎力的准确、稳定估计.通过整理和解耦铰接车 8自由度水平动力学模型以实现对铰接车动力学特性的描述,以此为基础逐级构建轮胎力观测器,结合滑模控制算法设计了降阶-级联滑模观测器,并引入饱和函数以减少抖振.针对矿用铰接式支架搬运车的典型作业场景,设计了稳态圆周转向综合测试以及动态综合测试试验工况,以铰接车试验平台为对象进行了试验验证,通过采集和记录相关数据实现在Matlab/Simulink环境下对轮胎力进行重构和估计,并进行对比.同时,引入ERMS和ERMS,P指标以评价和分析轮胎力级联观测器的精度.结果表明,基于滑模算法的轮胎力降阶-级联观测器收敛速度快,在 2种工况下各轮胎力估计结果的均方根百分比误差均在 15%以内,后车体侧向力估计结果的均方根百分比误差不超过 8%,整体能够较为有效地捕捉和重现轮胎力的动态变化.

摘要：在煤矿开采活动中,周期性的采掘扰动导致裂隙岩体承受循环载荷的作用,开展了不同加卸载幅值条件下裂隙砂岩的循环加卸载试验,分析了裂隙砂岩在循环加卸载下的力学特征、变形破坏与声发射响应特征以及损伤演化规律,从宏细观结构变化方面揭示了循环载荷对裂隙砂岩力学特性强化与劣化机制.结果表明:① 随着循环加卸载幅值的增大,循环加卸载后裂隙砂岩的峰值载荷、弹性模量、峰值应变均呈先增大后减小的趋势;经过以 40%单轴抗压强度(σ0)与 60%σ0 为幅值进行循环加卸载后的砂岩强度较高,变形局部化带错动量突增的时间相对较晚,砂岩最终破坏程度剧烈;当循环幅值增加至 80%σ0 时,在加卸载过程中局部化带错动量表现相对活跃.② 40%σ0 与 60%σ0 为幅值进行加卸载的试样由于颗粒间的滑动摩擦,导致声发射事件较多;当循环幅值增加至 80%σ0 时,由于试样内部产生了大尺度新生裂隙,发生了高振幅的声发射事件;试样的AF/RA值表明随着循环幅值增加试件循环加卸载后的最终破坏类型由拉伸破坏转变为剪切破坏.③ 结合对砂岩破坏后断面的SEM分析,提出了循环加卸载下裂隙砂岩强度强化与劣化机制概化模型:在中低幅值扰动下薄弱结构断裂效应和压密嵌固效应导致裂隙砂岩密实和剧烈破坏;高幅值扰动下砂岩加载时剪切裂纹扩展,卸载时张拉裂纹发育.④ 在 60%σ0～80%σ0 存在一个门槛值,当循环幅值超过此门槛值,砂岩的损伤变量增长迅速,随着循环幅值的增加耗散能及耗散能占比逐渐增加.研究成果可为煤岩动力灾害监测预警与防控提供数据参考.

摘要：封孔材料力学特性及注浆参数对瓦斯抽采钻孔密封段煤-封孔材料耦合变形的影响尚不清楚,是制约深部煤层钻孔密封性能提升的主要因素.基于钻孔密封段煤-封孔材料结构特征,通过引入煤-封孔材料耦合强度因子χ,运用莫尔-库仑准则建立钻孔密封段煤-封孔材料耦合力学模型,推导得出封孔材料和煤体的应力、位移、塑性区半径及破碎区半径的解析解,并得到钻孔密封段漏气圈面积的计算方法;研究了封孔材料黏聚力、支护力及钻孔半径等因素对密封段煤-封孔材料塑性区半径和破碎区半径的影响规律,探讨了支护力、封孔材料黏聚力与煤-封孔材料耦合强度因子χ对漏气圈面积和钻孔密封性能的影响,阐明了煤-封孔材料耦合强度因子χ影响钻孔密封性能的机理;再采用数值模拟方法对密封段煤-封孔材料总塑性区面积进行了验证,最后通过瓦斯抽采钻孔密封工程实践对比分析了总漏气圈面积的现场测试与理论计算结果,并根据瓦斯抽采纯量和瓦斯抽采浓度的变化规律提出了钻孔密封参数优化方案.结果表明:封孔材料黏聚力、支护力、钻孔半径对封孔材料破碎区半径的影响程度较小,而对煤体破碎区半径的影响程度较大.密封段煤体的漏气圈面积显著大于封孔材料的漏气圈面积,并且封孔材料黏聚力、支护力、钻孔半径及煤-封孔材料耦合强度因子χ等因素对煤体漏气圈面积的影响程度更大,煤体漏气圈面积是影响钻孔密封性能的主要因素.随着封孔材料黏聚力、支护力的增加和煤-封孔材料耦合强度因子χ的增大,煤体漏气圈面积减小,钻孔密封性能提升.煤-封孔材料耦合强度因子χ与封孔材料的弹性模量和泊松比有关,当En/μn＞Em/μm时,封孔材料对煤体的约束应力因子λ>0,煤体在接触带发生压缩变形,此时χ>1,引起接触带内煤体能承受的极限压缩应力增加,导致煤体破碎区半径和漏气圈面积减小,钻孔密封性能提升.封孔材料弹性模量越大、泊松比越小,钻孔密封性能越高.总塑性区面积的模拟结果和漏气圈面积的现场测试结果与理论计算结果基本一致,理论模型具有较高的可靠性.基于瓦斯抽采纯量和瓦斯抽采浓度分析提出当钻孔半径为 47 mm时,应选择耦合强度因子为 1.25、黏聚力为 1.5 MPa的封孔材料,注浆封孔压力应不低于 1 MPa;当钻孔半径为 56.5 mm和 66.5 mm时,应选择耦合强度因子为 1.46、黏聚力为 2.5 MPa的封孔材料,注浆封孔压力应不低于 1.5 MPa,为保证钻孔密封性能提供有力保障.

摘要：针对长期以来煤矿综掘工作面控尘参数人工调节,带来无法持续保障最佳控除尘效果的技术难题,采用理论分析、实验室试验以及煤矿现场试验测试验证相结合的研究手段,对综掘工作面最佳控尘参数轴向与径向风量、轴向与径向出风口距工作面煤壁距离的监测方法以及控尘参数轴向与径向风量智能化调控算法、智能化调控机理进行了研究;研发出基于控尘总风量和轴向风量在线监测与轴向通风面积自动调节相耦合的轴向与径向风量智能化调控技术、激光传感器测距与气动单轨吊滑动小车自适应移动风筒出风口位置相耦合的轴向与径向出风口距工作面煤壁距离的智能化调控技术,解决了煤矿综掘工作面最佳控尘参数智能化持续保障难题.实验室及煤矿现场测试试验研究表明:煤矿综掘工作面控尘参数轴向与径向风量比的智能化可调节范围为 0.29～2.94,轴向与径向出风口距综掘工作面煤壁的距离的智能化调控误差在-0.09～0.04 m;综掘工作面最佳控尘参数轴向与径向风量比为 0.3,轴向与径向出风口距综掘工作面煤壁的距离分别为 6m及 16m时,综掘机的司机位置及机后 10m处的控降尘效率分别持续保持在 97.0%～97.5%及 96.4%～97.1%内,综掘工作面控降尘效率均值分别达到 97.2%及 96.8%,取得良好的控除尘效果,为煤矿综掘工作面粉尘职业危害的治理提供新的控尘参数智能化调控技术.

摘要：高抽巷瓦斯抽采是治理高瓦斯综放工作面瓦斯涌出的有效手段,但随着智能化改造后工作面开采强度不断提升,上隅角积聚瓦斯涌出量显著增大,常规高抽巷难以有效解决上隅角瓦斯积聚问题.提出采用反向孔联通高抽巷技术治理高瓦斯涌出工作面瓦斯,基于阳泉矿区常顺煤业 15号煤层特点建立了数值模型,研究确定了反向孔联通高抽巷的抽采特点,并与常规高抽巷的瓦斯治理规律进行对比,分析了该技术下的采空区漏风规律、工作面瓦斯运移规律,阐明了联通钻孔对瓦斯治理的影响,同时在 15101综放工作面开展了现场试验.结果表明:采用常规高抽巷瓦斯治理技术,通过增加抽采负压,可以强化瓦斯治理效果,使上隅角瓦斯体积分数从 4.68%降低到 0.94%,且在采空区内部形成"凹"型瓦斯体积分数带,但该技术无法完全解决上隅角瓦斯积聚问题;采用反向孔联通高抽巷瓦斯治理技术后,瓦斯抽采效果明显加强,上隅角瓦斯体积分数显著降低,工作面瓦斯体积分数急速增长区由 164～200 m缩减至 192～200 m,采空区回风侧的瓦斯体积分数上升区由0～100 m增加至 0～130 m,上隅角瓦斯体积分数最大值由 0.980%降低到 0.441%;反向孔联通高抽巷钻孔能实现工作面回风侧的全周期瓦斯抽采,既可在采前预抽局部煤层瓦斯,又可在开采期间对回风隅角引流,还可在采后对采空区进行短期抽排.现场试验结果表明,采用反向孔联通高抽巷瓦斯治理技术后,工作面瓦斯体积分数降低明显且效果稳定,上隅角甲烷传感器T0 和回风巷甲烷传感器T2 的日最高体积分数的均值,分别由 0.70%、0.51%降低为 0.20%、0.33%,降幅分别达 71.43%、35.29%;高抽巷平均抽采纯量由26.81 m3/min增加到29.86 m3/min,增幅达11.38%.

摘要：在露天矿开采作业中,安全开采是保障生产流程顺利推进的关键,然而露天矿障碍物检测面临复杂环境带来的严峻挑战.传统视觉算法难以满足露天矿复杂的生产场景需求,因其道路环境复杂,暗光致使道路状况难辨,恶劣天气频发等严重干扰检测精准度,杂乱矿场背景中有各类机械设备、堆积物与起伏地形交织,且存在多种不同类型障碍物,传统算法局限性显著,已有改进算法在露天矿环境下的适应性与鲁棒性也有待提升.为实现精准、高效检测露天矿障碍物,保障矿山运输安全,突破传统算法瓶颈,基于YOLO架构提出跨模态检测模型——Mamba-YOLO-World.该模型采用多模态信息,将文本信息与图像信息相结合来提升检测精度和复杂情况下的障碍物检测能力.引入MambaFusion-PAN架构深度剖析,优化融合多模态数据,精准提取道路障碍关键特征,借助状态空间模型捕捉各模态内在关联,全方位检测复杂的露天矿生产环境;融入金字塔增强网络(PENet),通过拉普拉斯金字塔将输入图像分解为不同分辨率的子图像来捕捉全局语境和边缘分支强化纹理,并大幅提升昏暗光线条件下检测能力;引入文本-图像的组合损失函数推动模型训练精度提升.经筛选整理6000张图片,同时制作对应文本信息,二者结合构建数据集基础,运用图像增强、降噪、剪裁缩放等技术为试验提供高质量数据支撑.试验将融入PENet的Mamba-YOLO-World模型与YOLOv8x、YOLOv9e等主流算法进行对比测试,结果显示该模型在mAP@50、准确率、召回率等核心指标上优势突出,其中mAP@50为 64.8%.深入分析发现,PENet显著提升了暗光检测效果,而组合损失函数则为多模态数据的训练提供有力支持.结果表明,融入PENet的Mamba-YOLO-World模型虽计算复杂度略高,但精度优势明显,相较于传统算法,通过多模态数据融合增强了模型的适应性与鲁棒性,为露天矿开采提供了一种跨模态的障碍物检测方法.

摘要：在当今能源格局中,煤炭作为我国工业化进程中的关键支撑性能源,其地位举足轻重,且以煤为主的能源结构将在相当长的时期内持续稳固.因此煤矿安全生产的保障工作至关重要,而煤矿智能化建设成为实现这一目标、保障高效安全生产的核心路径.在此进程中,煤矿安全生产视频分析与识别技术占据着不可或缺的重要地位,其深度发展是确保煤炭工业迈向高质量发展阶段的关键技术支柱.然而,井下特殊的环境条件带来了严峻挑战.由于人造光源的不均匀照明,致使视频监控采集的图像普遍呈现出照度低、对比度差、噪声干扰严重以及细节缺失等不良状况.这些问题严重干扰了后续诸如目标检测、语义分割等关键任务的精准执行,进而对煤矿安全生产的实时监测与有效预警构成了巨大威胁,成为煤矿智能化建设道路上亟待攻克的关键难题.鉴于此,全面且深入地对矿井低照度环境下图像增强方法展开综述具有极为重要的战略意义.该研究首先对传统的低光照图像增强方法进行了系统梳理,涵盖直方图均衡化、伽马校正、小波变换、Retinex分解以及基于融合等多种方法,并依据其原理、实施过程及应用效果进行了细致分类,同时深入剖析了每种方法的优势与局限性,为后续研究提供了重要的经验借鉴与理论基础.进而,着重聚焦基于深度学习的矿井低光图像增强方法,依据学习范式将其精准划分为有监督和无监督 2类.针对每类方法中的典型算法,详细阐述其创新点、优势及不足,为该领域研究提供了全面而深入的技术剖析.此外,对低光图像增强常用的数据集和评价指标进行了详尽总结,明确了不同数据集的特点及适用范围,总结了矿井低光数据集的构建,并在此基础上对传统方法以及基于深度学习的方法进行实验对比分析.最后,紧密结合煤矿智能化发展的迫切需求与行业趋势,从多个维度分析了当前矿井低光图像增强面临的困境与挑战,并对未来发展方向进行了合理展望,旨在为煤矿低照度图像增强技术的持续创新与广泛应用提供全方位的指导与引领,助力煤炭工业在智能化时代实现安全、高效、可持续发展.

摘要：视频监控是煤矿安全监测的重要手段之一,由于受到光照、粉尘和水雾的影响,视频监控图像的质量不佳,影响了视频监控系统的准确性,因此研究矿井低照度图像增强算法具有重要意义.针对煤矿井下极暗低照度图像增强过程中出现的纹理特征丢失、色彩失真问题,提出一种基于改进EnlightenGAN的无监督矿井低照度图像增强算法(Efficient Multi-scale Generative Adversarial Network,EMGAN).首先,在生成器网络中,采用ResU-Net模型替换原始的U-Net模型,加入残差连接机制,增强特征的传递能力,有效缓解训练中的梯度消失问题,保留图像中的细节信息,并在网络的下采样阶段引入跨空间学习的高效多尺度注意力(Efficient Multi-scale Attention,EMA)模块,提高网络在复杂环境中的特征提取能力;其次,基于PatchGAN构建双鉴别器网络,分别对图像的全局区域和局部区域进行鉴别,有效平衡图像的整体亮度和对比度;最后,设计联合损失函数,结合感知损失和色彩一致性损失,避免出现颜色失真现象.基于自建煤矿井下数据集进行验证,改进算法的均值、标准差、信息熵、平均梯度、峰值信噪比(Peak Signal-to-Noise Ratio,PSNR)和结构相似度(Structural Similarity Index Measure,SSIM)平均分别提高了 6.84%、24.88%、7.54%、8.30%、27.40%、10.85%.试验结果表明,该算法在提高矿井极暗低照度图像亮度和对比度的同时保留了图像的纹理特征信息,避免了色彩失真现象,有效提高了图像的质量,为后续视频监控和分析提供了更可靠的基础.

摘要：针对煤矿井下传统接触式跑偏检测方法无法检测跑偏量、二维图像检测方法受井下恶劣环境影响导致跑偏定量检测准确性不高问题,提出一种基于三维点云的煤矿带式输送机跑偏定量检测方法.针对点云数据量大导致跑偏检测效率低的问题,通过ROI(Region of Interest)局部区域采样方式采集带式输送机点云数据,并对点云数据进行体素质心下采样实现点云数据精简.针对点云数据中噪点和托辊、机架等多余信息点滤除问题,提出改进的快速欧式聚类(Fast Euclidean Clustering,FEC)与区域生长结合的点云分割方法,实现托辊等多余点云信息的滤除和输送带面点云数据快速准确分割.针对输送带三维点云边缘点信息提取准确度和效率低的问题,提出引入序贯概率比检验(Se-quential Probability Ratio Test,SPRT)和赤池信息准则(Akaike Information Criterion,AIC)的自适应随机抽样一致算法(Random Sample Consensus,RANSAC)内点提取方法获取输送带边缘直线最优模型参数,实现输送带边缘直线的高效准确拟合.针对输送带跑偏精确定量检测问题,提出一种输送带中线与机架中线之间空间位置偏差的跑偏定量检测方法,实现输送带跑偏方向与跑偏量的准确检测.搭建带式输送机跑偏检测试验平台,设计正常光照、不同带速、模拟雾尘 3种不同试验环境进行带式输送机跑偏定量检测方法试验验证.试验结果表明:在正常光照条件下,该方法于输送带空载时测量跑偏的整体平均误差为 0.05 cm,平均检测速度为每帧 0.551 s;而在输送带带负载时,测量跑偏的平均误差增加至 0.12 cm,平均检测速度减缓到每帧 0.729 s;较低带速下,测量跑偏量的平均误差不超过 0.103 cm,而较高带速下,测量跑偏量的平均误差不超过 0.12 cm,满足实际测量精度需求;模拟雾尘环境下,测量跑偏量的平均误差为 0.11 cm,平均检测速度为每帧 0.565 s,实现了点云缺失严重情况下跑偏量高精度实时检测.综上所述,该方法在不同工况下测量跑偏量的最大平均误差为 0.12 cm,平均检测速度最快可达每帧 0.551 s,其测量精度与检测速度均满足煤矿实际生产场景中对输送带跑偏检测的需求.

摘要：煤矿巷道点云语义分割是矿井环境空间语义理解的一项关键技术,但煤矿巷道点云具有多尺度目标共存、类别样本不均衡等特点,导致矿井点云小尺度目标分割的效果较差.对此,提出一种面向煤矿巷道的方向性分组点云语义分割方法.首先,针对煤矿巷道内典型小尺度目标(如管道、线缆等)具有沿单一方向分布的特点,提出方向性分组策略(Direction-Guided Grouping,DIG),通过优化点云分割网络中分组包络面的形状,提升分组内小尺度目标点云的比例,增强模型对其特征的提取能力;基于该策略,提出 2种方向性分组方法:一种是保留更强近邻性的基于椭球查询的方向性分组方法(Ellipsoid Query-based Directional Grouping,DIG-EQ),另一种是计算效率更高的基于空间填充曲线的方向性分组方法(Space-Filling Curve-based Directional Grouping,DIG-SFC),这 2种方法可灵活适配不同网络架构,显著提升了小尺度目标识别性能.其次,针对数据类别样本不均衡的问题,构建联合损失函数,进一步提高模型对小尺度目标的感知能力.最后,构建来自不同煤矿巷道的煤矿巷道点云语义分割数据集,对所提方法进行验证.结果表明:所提方法在PointNet++、PointNeXt-L和 Point Transformer V3骨干网络框架上针对所有类别的平均交并比分别为 61.84%、69.49%、76.63%,较原始骨干网络提高了 15.83%、6.25%、0.35%;针对小尺度类别的平均交并比分别为22.28%、28.61%、47.30%,较原始骨干网络提高了 29.99%、42.34%和 5.33%,验证了此方法在煤矿巷道场景中的有效性.

摘要：煤矿井下环境复杂,光照条件差,高湿度与悬浮粉尘易形成水雾和辉光,导致高频信息缺失与边缘细节模糊,同时叠加噪声干扰.为提升矿井图像质量,解决矿井场景下超分辨率重建中噪声抑制与细节恢复的协同难题,提出一种基于多路径自适应信息增强的矿井图像超分辨率重建方法.方法上,首先设计残差多路径特征聚集块(Residual Multi-path Feature Aggregation Block,RMFAB),通过残差学习和多路径自适应卷积网络(Multi-path Adaptive Convolution Network,MACN)充分利用不同路径的特征,增强全局与局部高频信息建模能力;其次,引入多注意力融合模块,在通道和空间维度聚焦图像中的高频信息,提升特征表达能力;最后,构建大核感知块(Large Kernel Perception Block,LKPA),利用多尺度卷积扩展感受野并实现层次特征融合,从而优化图像纹理与结构细节.实验在公开矿井数据集CMUID上开展,结果显示该算法在峰值信噪比(Peak Signal-to-Noise Ratio,PSNR)和结构相似性(Structural Similarity,SSIM)指标上优于其他主流先进算法.尤其在缩放因子为4时,该算法在PSNR指标上较Bicubic、CRAFT-SR、PAN、ESRGCNN、DiVANet及SMAFNet分别提升2.88、2.04、1.94、1.52、0.53、0.36 dB;SSIM指标分别提升4.32%、3.37%、3.20%、2.74%、3.19%、1.08%.实验结果表明,该方法实现了对矿井图像多层次特征的精细化提取与融合,在抑制噪声干扰的同时有效恢复了复杂纹理特征,提升了矿井图像的超分辨率重建质量,为煤矿井下智能感知提供了技术支持.