煤田地质与勘探杂志

煤田地质与勘探杂志2026年第2期

• Transformer架构驱动下的综采工作面矿压时序特征智能预测

  杜锋, 陈博, 王文强, 浦海, 杜雪明, 李国栋, 乔瑞, 李鑫磊, 徐杰, 曹煜,

  背景矿压预测是顶板灾害预警和管理的重要手段，是智能化矿井安全生产的前提和基础。开采过程中综采工作面环境复杂多变，导致基于电液控制系统采集的支架压力数据分布差异较大，预测困难。方法基于Transformer的矿压预测模型，使用线性插值填补缺失的矿压值，并使用滑动窗口算法调整训练时的矿压数据结构；针对矿压数据的时序特性，构建融合时序特征的输入序列，利用多头注意力(multi-head-attention)机制动态计算权重，根据数据本身自适应地聚焦关键时间步，从而有效捕捉复杂的非线性时序依赖，显著提升特征表征与预测能力，最后使用迁移学习方法，完成对上、中、下工作面支架工作阻力预测，并搭建基于矿压大数据的智能分析及预测平台。结果和结论使用多头注意力机制代替神经网络捕捉全局矿压数据特征，比循环神经网络(recurrent neural network，RNN)和长短期记忆网络(long short-term memory，LSTM)具有更强长序列依赖能力和特征学习能力，能有效降低模型损失，更加适用于预测矿压，Transformer模型在测试集上的均方误差和平均绝对误差损失精度分别达到0.34%和2.57%。Transformer模型也具有较强的泛化能力，使用迁移学习方法微调后，能够有效降低模型损失，在迁移同工作面其他支架时具有更好的泛化效果，Transformer预测模型进一步验证在矿压预测问题的适用性和可行性。平台可视化显示系统可精准分析预测前后的来压次数、推进距离、来压判据和工作面矿压云图等关键参数，为顶板灾害预警乃至其他灾害预警提供新思路，也为矿井安全高效开采与智能化建设奠定了坚实基础。

• 深部非对称采空区煤层大巷冲击机理及防控

  鲁喜辉, 赵卫卫, 郝英豪, 曹安业, 苏士杰, 吕国伟, 白刚,

  目的随着煤层大巷使用频率的增加，煤层大巷冲击地压灾害发生频率日益递增，特定条件下煤层大巷冲击地压发生机理和差异化防控措施的研究，对深部煤炭安全开采具有重要意义。方法基于内蒙古某矿强冲击煤层大巷，采用现场实测、理论分析、FLAC3D模拟等方法研究了煤层大巷两侧非对称采空区结构演变过程中巷道围岩应力和覆岩结构演化规律，构建了大巷冲击风险判别指标，揭示了大巷冲击失稳机制，提出了针对性防控思路。结果和结论采空区面积和覆岩结构演化是影响煤层大巷区域冲击风险的主要因素，且非对称采空区结构形成会进一步其冲击风险。非对称采空区结构演化过程中垂直应力逐步演变为最大主应力，并在大巷煤柱区呈“双峰”分布；随着大巷西侧采空区面积的增大，大巷围岩垂直应力持续增大，应力增量先增大后减小，其中回风大巷一直位于西侧应力峰值区，峰值应力38.7 MPa；大巷煤柱区覆岩空间结构由“非对称T”形逐步转变为“对称T”形，大巷两侧岩层活动的互馈效应增强。煤层大巷受两侧采空区结构变化影响，大巷围岩应力集中、围岩损伤增大，大巷局部围岩应力超过其临界破坏载荷后向巷道内部瞬间位移，诱发冲击地压。煤层大巷顶、底板冲击破坏临界载荷分别为32.8、24.7 MPa，潜在冲击风险区域随非对称采空区演化逐渐增大。制定了以回风大巷位置优化、顶板深孔爆破等为主的区域与局部一体的“降载−卸压−支护”协同防控方案，经检验可以有效降低冲击风险。研究结果可对类似开采条件下煤层大巷冲击地压防治提供有益借鉴。

• 二叠纪—早三叠世鄂尔多斯盆地南缘与古特提斯洋连通的沉积证据

  李宗霖, 史永升, 李文厚, 陈龙, 孙娇鹏,

  目的鄂尔多斯盆地南缘二叠纪—早三叠世沉积环境及其与古特提斯洋的构造–沉积响应是揭示华北克拉通南缘古地理演化与能源资源潜力的关键。方法以秦岭和鄂尔多斯盆地南缘为研究对象，开展了系统的钻井、野外剖面的沉积学研究，系统梳理已有古生物成果，对鄂尔多斯盆地南缘二叠纪—早三叠世构造–古地理格局进行了重新厘定，探讨鄂尔多斯南缘–北秦岭二叠纪—早三叠世古地理及盆地与勉略洋连通关系。结果(1) 沉积学研究结果表明，鄂尔多斯盆地南缘和北秦岭腰市地区二叠纪—早三叠世主要发育远物源三角洲前缘–滨海沉积体系，石英砂岩普遍发育证明陆源碎屑供给受远物源影响；沉积相以远物源海陆过渡相为主、无明显冲积扇等近物源沉积。(2) 古生物综述证明，鄂尔多斯盆地南缘二叠系太原组上段—三叠系和尚沟组广泛发育海相成因化石，包括腕足、腹足、双壳、菊石、有孔虫、海百合及遗迹化石等，证实大面积海侵或者海陆过渡环境的存在。(3) 重建的沉积格架揭示，鄂尔多斯盆地南缘和北秦岭地区主要发育滨海和三角洲沉积，向南过渡到南秦岭的海相碳酸盐岩台地环境，证明鄂尔多斯盆地与古特提斯洋的连通，北秦岭属于鄂尔多斯盆地南缘三角洲体系的向南延伸。(4) 长期的海陆环境沉积的有机质在咸水条件下生烃能力显著优于淡水环境，二叠系泥页岩生烃潜力优于三叠系及侏罗系，且煤系与海相页岩交互发育形成多煤层结构。(5) 秦岭北侧地区二叠系—下三叠统沉积粒度较鄂尔多斯盆地中北部更细，以细粒泥页岩为主，兼具优质烃源岩与储盖组合条件，为煤与油气勘探提供了新靶区。结论二叠纪—早三叠世鄂尔多斯盆地南缘为古特提斯洋东北侧远岸沉积区，其沉积水体非传统认为的淡水环境，而是受海洋控制的咸水环境，挑战了“陆相为主”的沉积模式。这一认识将为华北克拉通南缘古地理重建、盆山耦合机制及能源勘探靶区优选提供关键依据。

• 采动作用下复合关键层协同破断与覆岩能量演化特征

  武博强, 王晓东, 朱世彬, 许刚刚, 张跃宏,

  目的探究复合关键层协同破断的响应特性及其能量演变机制，为煤层围岩灾变事故的防控提供理论支撑，对保障井下安全开采具有关键意义。方法采用物理相似模拟、数值计算与理论分析相结合的研究方法，在分析复合关键层破断失稳特征基础之上，研究采动作用下覆岩应变能、重力势能的聚集与释放规律，揭示关键层破断激励作用下覆岩能量的演变机理。结果在复合关键层工作面开采中，低位、高位关键层之间的破断运动存在相互制约、相互影响的作用关系，是造成该类煤层矿压显现剧烈的内在原因。工作面开采后，低位关键层的瞬时破断，会对上覆高位关键层形成瞬时卸荷效应；而高位关键层的瞬时破断，则会对低位关键层形成动载冲击作用，导致采动作用下单一关键层形成切落、回转失稳，复合关键层形成协同回转失稳与整体切落两种破断模式，造成对应情况下覆岩能量的聚集与释放特征存在显著差异。当低位关键层发生回转或切落失稳时，采场覆岩释放的弹性应变能基本一致，但重力势能呈现后者大于前者的分布特征，促使覆岩产生“低频次−高能量”微震事件；低位、高位关键层协同破断后，采场煤岩消耗的能量为两者释放能量叠加之和，且覆岩释放的重力势能大于弹性应变能。当采场低位、高位关键层发生整体切落失稳后，采场覆岩释放的重力势能是煤岩消耗能量的主要来源，其对工作面的动力扰动强度显著高于单一关键层破断情况，造成复合关键层工作面形成大、小周期来压现象。结论复合关键层工作面矿压剧烈显现的本质是高低位关键层互馈破断作用，煤矿井下防控核心应切断低位与高位关键层的能量叠加路径，通过微震监测、支架工作阻力监测等分析预判破断模式，采取差异化、前置性干预措施，变被动支护为主动能量管控，阻断复合关键层巨量重力势能及应变能叠加的集中释放，从根源上缓解大、小周期来压引发的剧烈动力扰动。

• 电−化学复合能脉冲致裂煤储层增渗机理

  孟兵兵, 曹运兴, 段宏飞, 张新生, 赵丽娟, 石玢, 余国锋,

  背景电−化学复合能脉冲致裂技术(金属丝电爆炸引爆含能材料)可有效改造煤储层孔隙结构并提升煤层渗透性。阐明其对煤体孔裂隙改造尺度及瓦斯解吸规律的影响机制，可为该技术在煤层增渗领域的推广应用提供理论依据。方法以山西潞安漳村矿煤样为研究对象，依托自主搭建的电−化学复合能脉冲致裂煤岩实验平台，开展了脉冲致裂煤体实验研究。采用高压压汞法、液氮吸附法和 CO2 吸附法，对致裂前后煤体孔隙结构特征进行了定量测试与表征，其中高压压汞法用于表征大孔(>50 nm)，液氮吸附法用于表征介孔(2~50 nm)，CO2 吸附法用于表征微孔(<2 nm)。进一步通过瓦斯吸附−解吸实验，系统研究了脉冲致裂作用前后煤体瓦斯解吸特性的变化规律，并利用扫描电子显微镜(SEM)对比分析了致裂前后煤基质中裂隙的发育形态与分布特征。结果致裂后大孔孔容在特定尺度范围内表现出明显增加，其中孔径约为 140 000 nm的大孔孔容提高了 29.7%。介孔平均孔径整体呈现增大趋势，但其孔容降低了 34.8%，比表面积减少了 16.94%；微孔孔容亦出现一定程度的下降，这主要归因于脉冲致裂后介孔发生扩孔及向大孔的转化作用。在瓦斯吸附压力为 0.5、1.5 和 2.5 MPa条件下，脉冲致裂后煤样在 120 min内的甲烷累计解吸量及解吸速率均明显提高。扫描电子显微镜观察进一步揭示了脉冲致裂后煤体的典型冲蚀破坏特征，主要表现为煤基质剥离及其邻近区域孔隙与裂隙的发育，同时伴随新生锯齿状裂隙的形成以及孔−裂隙连通结构的显著增强。结论电−化学复合能脉冲致裂作用于煤储层后，煤体内部发生了由微孔向介孔、介孔向大孔并进一步向裂隙演化的逐级转化过程，显著提升了孔−裂隙体系的连通性。为瓦斯的解吸、扩散与运移提供通道，从而有效提高了瓦斯解吸速率和解吸量。上述认识从煤孔隙结构演化与瓦斯解吸机理层面揭示了电−化学复合能脉冲致裂的增渗机制，为该技术在煤层增透领域的工程应用与推广提供了可靠的理论支撑。

• 煤炭地下气化技术背景下贵州省气电产业发展潜力

  汪凌霞, 周泽, 易同生, 秦勇, 杨磊, 孔维敏,

  目的和方法为了持续推动煤炭地下气化产业发展，延伸合成气开发利用产业链，以贵州为例，基于该省煤炭地下气化资源评价成果及能源、电力结构现状，分析气电潜量，并运用情景模型，构建贵州气电(UCG-EG)产业情景三维分析原理模型，量化描绘低、中、高、超高4种不同情景条件下的UCG产业发展前景，并提出地下气化−燃气发电技术进步双轮驱动模式下，UCG-EG产业可能经历的发展路径及发展潜力。结果(1) 贵州省可气化煤炭资源总量达413.882亿t，全省UCG合成气潜量82.776 4万亿m3，在50%发电效率情景下发电潜量达80.475 2万亿kW·h；空间分布上，西部三大煤田构成全省煤炭地下气化(UCG)的核心载体，其中六盘水煤田可作为优先开发示范基地，织纳煤田适合构建“产气−发电−输电”一体化产业链，黔北煤田可实现合成气就近利用。(2) 基于贵州省煤炭地下气化产气量测算，单炉产气水平(5万、15万和25万m3/d)与情景炉数(300、600和1 200炉)的双重约束下，UCG年产气量最低为54.75亿m3，最高可达1 825亿m3。(3) 情景分析表明，到产业规模稳定阶段，2 000个UCG炉同时生产运行时，燃气发电量将与火电规模相当，可形成火力、气电、水电＋新能源发电“三足鼎立”的新格局。结论创新性构建了3个核心分析模型，尤其是“政策−技术−市场多维度协同发展情景模型”，通过模型量化分析明确了贵州省UCG发电产业的“四阶段递进式”发展路径，可为地方政府布局能源产业提供理论与数据支撑，推动贵州乃至全国形成多元化能源格局，助力碳达峰碳中和(“双碳”)目标实现。

• 大宁−吉县区块深层煤层气产能影响因素与生产制度优化

  赵海峰, 贾肇洁, 陈萌琦, 杨紫怡, 王斌, 林宏良, 杨彦峰,

  目的深层煤层气“特低孔、特低渗、超饱和”等特性使其不能照搬浅层煤层气与页岩气的产能模型，且深层煤层气不同井段的生产效果差异大，不同因素对产能的影响程度不清。针对大宁−吉县区块地质特征开展深层煤层气产能数值模拟分析，探究其关键产能因素的影响程度，尤其是确定适宜的簇间距与科学排采制度至关重要。方法以鄂尔多斯盆地东缘大宁−吉县区块深层煤层气地质特征为基础，综合考虑煤层气赋存状态转变、多相流体渗流及储层应力应变本构关系，针对排采过程中煤储层变形与流体运移的多物理场耦合机制，通过引入游离气渗流扩散与吸附气解吸扩散的双路径运移模式，建立考虑气−水两相流动与煤体变形耦合作用的产能数学模型；利用COMSOL Multiphysics软件对模型进行求解，并将模拟结果与研究区现场生产实际数据进行比对，充分验证模型的准确性；运用灰色关联法分析产能主控因素，根据产能预测结果，揭示不同井间距和降压速率对产能的影响规律。结果和结论模拟结果显示：初始渗透率k0、Langmuir体积VL、Langmuir应变系数εL、弹性模量E与吸附气产量成正比，初始含水饱和度Sw0、Langmuir压力pL、泊松比v与吸附气产量成反比；k0、pL、εL、E与游离气产量成正比，Sw0、VL、v与游离气产量成反比，其中，VL对游离气产量的影响较小；影响研究区产能的主要因素为煤层的εL和k0；通过对不同簇间距条件下的吸附气产量、游离气产量、产水量进行分析，得出大宁−吉县区块的最优簇间距为20 m，最优降压速率为0.18 MPa/d。

• 新疆含煤盆地煤中主要富集金属元素研究进展

  宁树正, 王晓霞, 黄少青, 严晓云, 徐小涛, 张建强, 张莉, 侯月华,

  背景新疆为我国西北地区重要的煤炭生产基地，其煤炭资源预测储量占全国的40%，主要分布于准噶尔、伊犁、吐哈和三塘湖等聚煤盆地。方法以战略金属(锂、稀土、锆、铪、铌、钽等)、有害金属(砷、汞、钠等)、放射性金属(铀、钍)以及其他重金属(铁、锰等)为出发点，选取新疆典型煤田进行讨论，旨在探讨煤中金属元素的富集机制和成矿潜力。进展(1) 新疆赋煤区不同聚煤盆地煤中金属元素的富集受多因素协同控制：下二叠统煤中稀有金属的异常富集与古特提斯洋闭合相关火山活动及岩浆热液密切相关；准噶尔盆地侏罗系煤中锂主要赋存于硅铝酸盐矿物(高岭石、伊利石等)中，而钠则与深部高矿化度地下水的长期作用有关；伊犁盆地侏罗系煤中铀的富集受控于后期氧化还原环境的改变，此外，砷、汞和铊的协同富集可能与硫化物矿物相关；三塘湖盆地锂异常富集与热液流体活动相关。(2) 同一金属元素在不同煤田/盆地的富集程度和富集机制亦存在较大差异。三塘湖盆地锂元素的富集(高至923 μg/g)明显区别于与中国煤中锂含量相近的准噶尔(0.2~19 μg/g)、伊犁(2.56~27.2 μg/g)和哈密(29.6 μg/g)盆地；伊犁盆地砷、铀元素的富集(分别高达234、7 270 μg/g)高于准噶尔盆地(<5、82 μg/g)。展望整体上新疆煤中金属元素的富集，尤其是战略金属元素，具有一定的成矿潜力。但商业化开发仍面临多重挑战：二叠系−侏罗系煤中多金属组合时空分布不明、勘探程度低等。针对上述问题，需通过融合地球物理、地球化学等学科，明确新疆地区重要聚煤盆地沉积煤层中金属元素的富集程度和富集机制，推动煤中战略金属元素的协同开发，形成煤炭资源综合利用的“新疆模式”。

• 深部煤层气储层割理对水力裂缝扩展行为影响机制研究

  王海洋, 鲁晨, 苏旭, 王郁斐, 周德胜,

  目的利用水力压裂技术构建大规模缝网是实现深部煤层气储层经济效益开发的重要方式。然而深部煤层气储层割理广泛发育，割理充填矿物的胶结强度差异性大，裂缝扩展过程中胶结割理与主裂缝之间交互扩展规律复杂，厘清胶结割理对水力裂缝扩展行为的影响机理对于改善深部煤层气储层压裂改造效果至关重要。方法利用离散元颗粒流方法结合鄂尔多斯盆地宜川区块8号煤岩拟三轴力学实验结果，建立可模拟深部煤层气储层割理与水力裂缝交互扩展过程的流固全耦合数值模拟模型，研究割理倾角、割理充填矿物胶结强度以及压裂液黏度对深部煤层气储层水力裂缝扩展的影响机理，分析主裂缝扩展过程中诱导应力场演化对割理激活与缝网形成的作用机制。结果和结论水力裂缝扩展过程中在诱导应力场作用下会激活胶结强度比小于0.5的割理，产生剪切破坏为主的裂纹。水力裂缝会直接穿越强胶结的高角度割理，或者被强胶结的低角度割理阻挡并产生分叉裂缝。倾角接近最小水平主应力方向的割理更容易被激活，并有利于形成较为均匀的裂缝网络。利用低黏度压裂液压裂时主裂缝与割理相交位置会形成大规模团簇状复杂裂缝网络。高黏度压裂液有利于增大主裂缝缝长，激活更多的弱胶结割理。压裂过程中交替注入不同黏度压裂液，可以增强深部煤层气的渗透性和裂缝的控制体积，为煤层气流动提供更广泛的流动通道。研究结果为深部煤层气储层水力压裂施工设计方案优化设计以及压裂“甜点区”的优选提供理论支撑。

• 煤层本源菌对胍胶的降解特性及作用机制

  李冰, 郭红玉, 周霄, 王海超, 简阔, 陈召英, 张斌,

  背景水力压裂是煤层气商业化开发中常用的增产技术，胍胶已被广泛用作水力压裂的增稠剂。然而，在煤储层低温条件下，常规化学破胶方法存在破胶不充分、残渣含量高等问题，易引发储层伤害并降低煤层气井的开采效率。方法利用煤层本源菌作为功能菌种，开展微生物破胶实验，分析煤层本源菌对胍胶的生物降解特性并确定群落中具有胍胶降解能力的功能微生物。结果和结论煤层本源菌可以彻底降解胍胶，满足黏度≤5 mPa·s的压裂液破胶要求，同时降低残渣含量及其粒径分布水平，可有效减轻胍胶压裂液破胶过程产生的不溶性残留物对煤储层的潜在伤害；胍胶主要被煤层本源菌水解为可溶性多糖，从而降低黏度并实现破胶；微生物群落结构分析表明，拟杆菌门(Bacteroidota)和螺旋体门(Spirochaetota)在胍胶降解中发挥了主要作用；通过PICRUSt2(Phylogenetic Investigation of Communities by Reconstruction of Unobserved States 2)功能预测发现，胍胶降解主要依赖于α-半乳糖苷酶(EC: 3.2.1.22)、β-甘露糖苷酶(EC: 3.2.1.25)和β-甘露聚糖酶(EC: 3.2.1.78)的协同作用，其中β-甘露聚糖酶的基因丰度增幅最大，表明其是胍胶破胶的主要功能酶。此外，环境因素直接影响胍胶的破胶效率，煤层本源菌在45 ℃、pH=6.0降解效率最高；高盐度抑制胍胶降解，但在40 g/L盐度条件下，煤层本源菌仍具有破胶能力。研究成果不仅揭示了煤层本源菌对胍胶的降解机制，还确定了环境因素对煤层本源菌生物破胶的影响规律，为煤层本源菌生物破胶技术在煤层气开采中的应用提供了理论依据。

• 高矿化度矿井水深部存储技术研究进展与展望

  薛建坤, 王双明, 张平松, 王晓东, 周振方, 王甜甜, 张全, 许时昂, 王治宙,

  背景高矿化度矿井水在我国西部矿区分布较为普遍，其排放与处理对生态环境和资源利用构成严峻挑战；深部存储技术作为一种环境友好、资源节约的矿井水处置方法，近年来受到广泛关注。进展围绕高矿化度矿井水的基本特征，系统梳理了深部存储的关键科学问题与技术瓶颈，重点探讨深部存储技术的原理、技术分类及工程应用；全面评述深部存储技术的适用边界，包括地质条件评价、注水井设计、水质预处理、过程监测及存储稳定性评价等核心环节。围绕区域构造、基础地质、储盖层物性及水文地质4方面特征提出深部存储层位选择方法，综合考虑安全环保、注入效率及经济合理3方面因素明确注水井结构设计原则，阐明矿井水预处理技术优缺点及注水水质控制要求，在此基础上构建回注全过程动态监测体系，并形成基于多物理场耦合的矿井水存储稳定性评价方法。进一步总结了现有技术的局限性，如结垢腐蚀、地质扰动及潜在环境风险等。展望提出未来发展应聚焦于高效低耗水质处理技术、结垢与腐蚀防控体系、地质环境影响评估及政策法规完善等，为构建矿井水低碳处理新范式提供科学依据。高矿化度矿井水深部存储技术在解决矿井水排放问题的同时，能够实现水资源循环利用，兼具显著的环境与经济效益。随着高效低耗处理技术和新型功能材料的不断突破，该技术将朝着标准化、智能化和绿色化方向发展。

• 水力耦合下井壁混凝土渗流动态及其损伤特性

  薛维培, 周亚亚, 程桦, 姚直书, 荣传新, 王中建, 吴浩,

  目的井壁混凝土作为煤矿竖井衬砌支护结构材料，其渗流性能及力学特性对结构安全至关重要；且由于井壁混凝土处于地下水位以下，所处应力环境与地表混凝土相比存在极大差别。方法为研究三轴受力状态下地下水渗流对井壁混凝土性能的影响，采用配备渗流装置的伺服压力试验机进行水力耦合加载，获得不同位置的渗透率、弹性体积应变、裂纹体积应变、损伤力学等参数。结果和结论渗透率演化经历下降、平稳和上升3个阶段。下降阶段占峰前6.93%，降幅32.21%~67.14%；平稳阶段试件处于弹性状态；上升阶段伴随内部裂纹增多，渗透率最高增幅达到17.55倍。以弹性阶段为分界线，建立前后两部分渗透率随应力演化的数学模型，分别符合指数函数和幂函数关系。根据体积应变曲线特征，确定井壁混凝土加载过程中的起裂应力点和损伤应力点。同围压下孔隙水压增大时，初始渗透率上升均幅为48.94%；起裂应力、损伤应力和峰值应力平均下降5.60%。同孔隙水压下增加围压时，初始渗透率降低均幅为16.62%；起裂应力、损伤应力和峰值应力平均上升25.55%。三轴压缩过程中渗透率演化与损伤发展轨迹相似，损伤增速点略早于渗透率上升点，据此给出渗透率与损伤、孔隙水压之间的计算模型。研究成果对完善煤矿竖井衬砌工程多场耦合理论及保障工程安全具有重要的参考价值。

• 地下水渗流作用下斜井围岩稳定性演化机制与控制

  张村, 赵翔宇, 陈彦宏, 任赵鹏, 吴润泽,

  背景西部矿区已成为我国的煤炭主产地，处在西部的千万吨矿井中有多个矿井采用斜井开拓。由于斜井斜穿多层含水层，许多煤矿斜井出现了不同程度的井壁破裂与突涌水灾害。方法为探明地下水渗流对斜井围岩稳定性的影响，利用现场调研、理论分析与数值模拟的手段对陕北小纪汗煤矿富水影响段主斜井井壁稳定性进行研究。结果和结论通过理论分析得到支护与地层水压作用下水浸弱化前后井筒周边围岩在不同极角下的塑性区发育规律，分析表明塑性区发育近似为“蝶形”，在0°~45°、135°~225°与315°~360°内塑性区发育较大，在45°~135°与225°~315°内塑性区发育较小，且水浸弱化使得塑性区发育半径从5.8 m升高至8.0 m；建立水浸软化流固耦合模型，阐述井壁−围岩遇水劣化机理，随着井壁强度的弱化，井筒断面塑性区发育并沟通含水层，含水层水进一步弱化井筒围岩，使围岩塑性区和变形量大幅度增加，最终将导致井壁失稳；针对穿含水层斜井，提出不同井壁强度下的注浆治理方案，基于改变注浆范围内围岩力学参数与渗透系数的方法对注浆效果进行模拟，模拟结果表明注浆加固围岩强度和封堵含水层裂隙后显著提升了斜井井壁的稳定性。提出的注浆加固堵水方案通过现场应用实现了井壁涌水大幅度减小。

• TBM穿越深埋断层破碎带突水灾变规律

  李智, 董书宁, 石志远, 童仁剑,

  目的TBM穿越深埋富水断层破碎带时常面临极高突水风险，严重制约工程安全与效率。方法为揭示巷道过断层的突水灾变演化规律，提出超前防控技术，控制突水风险，以华北型煤田某煤矿大巷掘进穿越深埋断层破碎带为背景，考虑围岩应力−损伤−渗流耦合作用，通过FLAC3D软件建立TBM穿越深埋断层破碎带三维数值模型，模拟分析TBM临近深埋断层过程中围岩位移、塑性区、渗透系数及涌水量的时空演化特征及规律。基于灾变机制，提出一套以超前分段注浆为核心的综合加固方案。结果和结论 (1) TBM临近断层时，掘进面后方围岩位移与塑性区呈现显著的3阶段空间分异规律；而前方围岩位移及塑性区破坏深度呈指数增长，同时其渗透系数因损伤加剧而激增约106倍，形成贯通性导水裂隙网络，最终诱发围岩整体失稳与突水灾害。(2) TBM围岩涌水量随水力梯度升高呈指数递增，突水临界距离为3.0 m，此时瞬时涌水量达956.1 m3/h。(3)对深埋断层破碎带影响区范围内围岩实施“地面定向钻孔+超前分段注浆”加固后，位移、涌水量和渗透系数变化均得到了有效的控制，确保了施工安全。研究成果不仅可为TBM安全掘进提供科学决策依据，同时对增强TBM装备在复杂水文地质条件下的环境适应性、完善突水灾害动态预警体系及防控技术具有重要工程价值。

• 基于TLE-UNet的高温水冷岩石裂纹分割与特征提取方法

  付天予, 胡慢谷, 张骁俊, 杨小彬, 吕伏, 吕祥锋, 彭磊,

  目的和方法针对高温岩体经水冷作用诱发的表面宏观裂纹图像中尺度细薄、长度差异显著且类别严重不平衡等问题，提出一种用于岩石裂纹分割任务的TLE-UNet语义分割网络。首先开展花岗岩热处理及单轴压缩试验，采集不同温度条件下的裂纹图像，其次通过自研Lite Edge Fusion模块，在尺度上将浅层高分辨率特征与深层上采样特征进行精细对齐，并结合边缘检测和通道注意力机制，以增强裂纹边界感知能力。此外，设计辅助解码头EWS Head自研模块，通过边缘提示和轻量纹理增强实现浅层与中层编码特征的多尺度融合。同时，在训练中引入Tversky损失作为辅助监督，用于提升对细小裂纹的判别能力，并缓解背景类别不平衡的负面影响。整个架构在保持多尺度语义表达的同时，有效提升了细小裂纹的分割精度和边界连续性。结果与结论与原始U-Net相比，TLE-UNet模型的裂纹类别IoU从38.32%提升至46.32%；像素精度从45.34%提升至65.70%。与其他主流分割模型对比，TLE-UNet在裂纹IoU指标上优于UNet++、Attention UNet、DeepLabv3+等模型，表现出更强的细小裂纹识别能力。消融实验验证了各模块的有效性，热力图可视化分析进一步表明TLE-UNet能更准确地关注裂纹边缘区域。最后基于分割结果及裂纹信息计算方法，得到裂纹长度、最大宽度、平均宽度等特征信息。通过对多幅图像的裂纹信息分析，发现基于TLE-UNet的裂纹信息提取结果与实际情况高度一致，验证了TLE-UNet模型在裂纹信息提取方面的有效性。

• 绕射波GWO-VMD分离成像方法

  林朋, 刘育林, 彭苏萍, 崔晓芹, 郭偿波, 杨婕,

  背景断层、陷落柱和尖灭点等小尺度不连续地质体广泛存在于地下空间，与煤炭、油气等地下资源的安全生产及开发有密切联系。作为小尺度不连续地质体的波场响应，绕射波可以克服传统反射波成像的不足，具备对小尺度地质体高精度识别和定位的能力。目的和方法为实现不连续地质体绕射波成像，以反射波和绕射波在运动学和动力学特征差异为基础，利用变分模态分解(VMD)方法的精准时频域自适应分解能力和灰狼算法(GWO)的高效稳定全局寻优能力，有效避免了经验误差和局部最优问题，同时提高了绕射波分离的精度与方法的自适应性。结果和结论相较于鲸鱼算法(WOA)和蚁群算法(ACO)，粒子群算法(PSO)、麻雀搜索算法(SSA)和灰狼算法(GWO)的最优适应度值较小(3.172)，具有较好的寻优性能。此外，相较于粒子群算法(PSO)和麻雀搜索算法(SSA)，灰狼算法(GWO)具有更小的迭代收敛次数，仅通过6次迭代即可收敛至全局最优。由此证明了GWO算法在寻优性能和寻优速度方面的优越性。通过合成数据和实际数据的测试，验证了GWO-VMD算法在绕射波分离和强反射压制方面的有效性，能够实现对微尺度构造的高分辨率成像。

• 基于高斯过程回归的瞬变电磁信号去噪方法

  王鹏, 史佳兴, 鲁恺, 胡锦儒, 温广源, 翟好杰,

  目的瞬变电磁法是当前探测煤田地下水的主要地球物理方法，探测结果直接影响煤矿防治水工作的开展。针对数据采集过程难以避开输电线路等电磁干扰源，瞬变信号容易混入电磁噪声，而主要的小波变换、经验模态分解去噪技术尚需进一步改进的客观现状，提出一种基于高斯过程回归的瞬变电磁信号去噪新方法。方法对含噪信号进行时间补偿，使信号幅值处于基本相当的幅度；采用径向基函数核对时间补偿后的信号进行非参数回归拟合，捕捉信号非线性趋势并分离噪声；恢复时间补偿得到去噪结果。结果(1)对分别添加正弦噪声、三角波噪声、均匀噪声和高斯噪声4种单类型噪声的瞬变电磁理论信号进行去噪后，信噪比提升24.61 dB~36.03 dB，平均相对误差降低5.93%~9.06%；(2)对分别添加2种混合噪声的瞬变电磁信号去噪后，信噪比分别提升28.05 dB、26.92 dB，平均相对误差分别降低5.22%、8.35%；(3)现场实验数据去噪结果相比含噪信号的信噪比提升18.76 dB，平均相对误差降低175.92%，实验点感应曲线中噪声的振荡影响被大幅消除，实验线反演电阻率断面恢复了地层的纵向地电结构和横向连续性，与无噪实验结果基本一致，相对小波变换结果有明显提升。结论基于高斯过程回归的去噪算法对含有理论噪声或现场实验噪声的瞬变电磁信号，均取得了较为明显的去噪效果，可改进其协方差函数以进一步提高去噪效果，并在生产工作中应用。研究成果为瞬变电磁信号去噪提供了新手段并具有实用价值。

• 土石坝渗漏地−孔电阻率成像探测技术

  谭磊, 胡雄武, 张平松, 江晓益, 董亚, 刘福达, 李纯阳, 徐虎,

  目的电阻率法是水库堤坝渗漏探测的重要手段，但地表电阻率法探测隐患时存在两坝肩盲区与深部分辨率不足等问题，难以精准捕捉全坝段的薄弱区。方法提出大坝渗漏的地−孔电阻率探测方法，通过数值模拟分析渗漏区在横向与垂向变化过程中的地−孔电阻率分布特征。以石壁水库大坝为例，利用地−孔电阻率观测系统获取电极电流以及近地表、跨孔、地−孔电阻率信息，并结合钻孔资料、水库水位、地质剖面和钻孔电视验证探测结果的可靠性。结果和结论随着预设渗漏区逐渐靠近坝肩山体，地表电阻率反映出的异常体深度与中心位置偏差逐渐增大，而地−孔电阻率成像受岸坡山体高阻区影响较小，探测结果与预设模型吻合较好；地表电阻率对浅部渗漏异常较为敏感，但随着深度增加，难以识别深部渗漏区，地−孔电阻率反演结果能清晰揭示不同深度的目标体，并对山体边界具有较强的刻画能力；在石壁水库渗漏区探测试验中，地表电阻率反映出的坝体段渗漏异常范围较大，难以全面揭示坝肩渗漏区，跨孔电阻率提高了钻孔间坝体段的探测精度，但覆盖范围有限，地−孔电阻率反演剖面勘探范围广，有效压制了坝体段的低阻异常，有助于降低地表电阻率的体积效应，实现对深部坝肩接触带低阻异常的精细圈定，为水库大坝隐患的定向处置提供了技术依据，也为土石坝的精准诊断与智能感知提供了新思路。

• 关闭/废弃矿井采空区反射无线电波勘探方法及应用

  庞瑶, 吴荣新, 王锦国, 胡泽安,

  目的和方法关闭/废弃矿井数量庞大，重新开发和利用关闭/废弃矿井具有重大研究意义及生产价值。我国关闭/废弃矿井能源、空间资源的二次开发和利用起步较晚，基础理论和关键技术研究相对薄弱。为研究关闭/废弃矿井采空破坏区地下空间发育特征，提出一种基于反射无线电波的关闭/废弃矿井采空区勘探方法，在关闭/废弃矿井工作面上/下方或两侧岩石巷道中，布设同源检距观测系统的反射无线电波勘探施工。构建三维层状地电数值模型，模拟并分析均匀采空破坏区和含水/瓦斯采空破坏区条件下，多频率和多源检距的反射无线电波响应特征。结果和结论采空破坏区均匀介质中反射无线电波场图像呈直线状，含水/瓦斯异常构造时，其会削弱/增强反射波信号，反射无线电波接收磁场强度曲线呈“凹”/“凸”状。开展了地下隧道物理相似模拟试验，模拟实验结果分为明显的五段，与隧道真实地质条件相符，验证了反射无线电波勘探方法的有效性。结合已有经验，在关闭/废弃矿井工作面展开了反射无线电波探测实验并获取数据，实验结果准确反映了9号煤中异常区可能存在的地质异常，与回采调查资料及钻探结果一致，取得了较好的应用效果。利用反射无线电波探测矿井采空区及异常体的可行性得到了验证，为关闭/废弃矿井地下空间探查提供了一个新方法。

• 多尺度融合的AOT-GAN网络电成像空白条带智能填充

  黄露逸, 王飞, 孔令松, 姜启书,

  目的针对电成像图因仪器极板分布与推靠机制导致的井眼覆盖不全、存在空白条带问题，为克服传统填充方法在强非均质地层中易失真、难以保持裂缝等精细结构的局限，采用基于生成对抗网络的AOT-GAN网络对空白条带进行填充，以实现高精度、高保真的信息重建。方法基于原始电成像图与CIFLog全井眼填充图构建高质量数据集，在GAN网络中引入自适应上下文感知与多尺度特征增强机制，结合4种损失函数动态优化，形成兼顾全局语义与局部细节的AOT-GAN网络。依据图像评价指标优选超参数，采用该网络填充不同缝网形态及纹理特征电成像图，并与经典的GAN网络、Criminisi算法、Bicubic插值法进行效果对比。结果和结论AOT-GAN在峰值信噪比(32.93 dB)与结构相似性指数(77.58%)上均优于经典算法，填充效果自然无痕，能有效保持高角度缝、网状缝的连续性，准确还原包卷层理与燧石结核等纹理细节，为基于电成像图的储层参数计算提供了可靠的数据支撑与理论依据。

• 碎软低透煤层“钻冲护”一体化水力造穴技术

  姚宁平, 郝世俊, 张金宝, 魏宏超, 聂超,

  目的和方法针对碎软低透煤层底板穿层水力造穴增透卸压瓦斯抽采作业中，钻孔煤层段塌孔严重，施工效率低，抽采效果差的问题，提出“钻冲护”一体化水力造穴增透卸压瓦斯高效抽采技术，并研发“钻冲护”一体化造穴装置。在实验室环境下，开展中心通道可控开闭和压力转换实验，优选中心通道封堵方案，确定最优造穴装置水力参数，配套大通孔钻杆和可开闭钻头，开展与传统钻冲工艺的施工和抽采效果对比试验。结果和结论(1)“钻冲护”一体化造穴装置可在3 MPa压力下实现低压钻进向高压造穴的功能切换，当流道孔径≥4 mm、造穴喷嘴孔径≥3.5 mm时，可确保钻进流量≥100 L/min，且高压造穴流量>150 L/min。(2)相较于原水力冲孔造穴技术，采用“钻冲护”一体化技术后，平均筛管下入率从87.1%提高到97.5%，特别是煤孔段平均护孔率由55.9%提高到98.2%。抽采30 d后采用该技术的钻孔瓦斯日抽采纯量和等效百米煤孔段的日抽采纯量分别为原技术的3.8、4.5倍，累计抽采纯量分别为原技术的1.69、2.01倍。(3)此外，该工艺全程只需下一次钻，冲煤效率是原技术的8.35倍，全流程作业效率提高一倍以上。“钻冲护”一体化工艺技术实现了钻孔、水力造穴、筛管护孔的全流程一体化施工，解决了现有碎软低透煤层冲孔造穴施工效率低、工艺繁琐、造穴后无法不提钻下入护孔筛管等技术难题，提高水力造穴增透卸压抽采效果。

• 煤矿采掘工作面的激光雷达与相机跨模态联合标定方法

  杨文娟, 任志腾, 张旭辉, 杜昱阳, 李长鹏, 张超, 许洁, 万继成, 雷孟宇,

  目的煤矿井下采掘工作面光照不足、粉尘干扰和点云稀疏条件下特征难以稳定提取，严重制约了井下非结构化场景特征的相机与激光雷达联合标定的精度与鲁棒性。方法针对综采工作面和掘进巷道等复杂工况，提出一种激光雷达与相机跨深度特征耦合的联合标定方法。在特征提取阶段，改进了随机抽样一致(random sample consensus，RANSAC)的多平面拟合算法，结合法向量预分簇与自适应迭代机制，实现对液压支架顶梁、掘进机外壳等几何结构高效提取；同时提出跨深度边缘融合策略，协同利用曲率不连续与平面交线特征，增强边缘结构的完整性与鲁棒性。在标定框架上，采用两阶段配准策略：粗配准通过轴向循环扰动策略快速估计初始外参，精配准则在李群空间构建点、线联合约束与非线性优化迭代，确保在煤尘干扰和复杂工况下仍能实现高精度对齐。结果和结论在Gazebo仿真平台与实际井下实验场景上对所提方法进行了验证，结果表明，该方法在无噪声时旋转误差小于0.2°、平移误差低于0.02 m，平均重投影误差不超过3.5 px，且在高噪声环境下仍保持优异稳定性，与传统方法相比，所提方法在掘进工作面与综采工作面下的平均重投影误差分别为2.89 px和3.03 px，显著优于对比方法。该方法无需依赖人工标定物，具备良好的环境适应性与稳定性，可满足煤矿井下复杂环境中多模态感知单元的高精度标定需求。