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2025年 第35卷 第S1期    刊出日期：2025-06-30

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安全科学理论与安全系统科学

化工安全复合型人才知识体系和能力结构调查

郗朋, 王家盛, 丛广佩, 孟庭宇, 孙春峰, 纪红兵

2025, 35(S1):  1-8.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0001

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为优化化工安全工程专业人才培养目标、课程结构和教学大纲,分析化工安全技术及管理人员知识体系和专业能力的现状。采用问卷调查和访谈等方法,调查研究化工企业安全技术及管理岗位招聘需求、入职培训要求、任职需求及校企合作模式等。结果表明:当前化工安全复合型人才培养数量不足,专业知识体系不完善,专业能力结构不匹配,化工安全技术及管理人员需着重掌握安全管理技能(设备完整性、过程安全管理等)、化工工艺、法律法规、化学反应、压力容器与管道、仪表与自动控制、电气等专业知识,并强化风险评估(装备、工艺、仪表系统等)、化学反应分析、自动控制系统校核与测试分析、化工工艺模拟分析、压力容器与管道强度校核与模拟分析、电气自控系统设计等专业能力。

安全社会科学与安全管理

安全生产视域下安全评价模型的演绎与解析

谢宏, 于悦, 谢剑飞

2025, 35(S1):  9-13.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0002

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为建构安全系统概念模型,提高人们对安全系统的认识,通过分析具象化的瓦斯抽采达标评判的实际需求,归纳瓦斯抽采达标评判模型的要素和结构,抽象出单灾种安全评价模型和多灾种耦合安全评价模型,继而概括形成具有普遍意义的“二元结构三元体系安全模型”(简称二三模型);结合二三模型演绎过程进行解析,提出基于二三模型的安全系统体系公理、预测公理和映像公理。结果表明:二三模型和基于二三模型的安全系统公理,清晰界定了安全系统的三元构成,明确了各要素作用机制,揭示了相关规律特点,提供了模型转化路径。

外卖骑手交通事故风险承担机制的博弈分析与改进

冯博, 刘龙

2025, 35(S1):  14-20.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0003

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为有效配置外卖骑手交通事故风险,减少外卖骑手配送途中的交通安全事故,构建博弈模型,研究外卖骑手和外卖平台利益的对立统一关系,深入分析外卖骑手与外卖平台围绕“谁承担交通事故风险”展开的博弈,并结合博弈分析结果,对我国外卖骑手交通事故责任的法律规定提出建议。结果表明:如果外卖骑手承担交通事故风险的预期损失小于外卖平台承担交通事故风险的预期损失,外卖平台不会承担交通事故风险,外卖骑手被迫承担交通事故风险;如果外卖骑手承担交通事故风险的预期损失大于外卖平台承担交通事故风险的预期损失,外卖平台会承担交通事故风险;如果外卖骑手承担交通事故风险的预期损失与外卖平台承担交通事故风险的预期损失均较大且前者与后者相差较大,外卖平台应对交通事故风险的行动不利于外卖骑手福利、社会总福利,此时法律为实现外卖骑手福利最大化、社会总福利最大化,应规定工资水平较低的外卖平台承担骑手交通事故责任,工资水平较高平台的外卖骑手承担交通事故责任。

基于风险量化评价的冶金企业安全生产综合防控体系

廖光东, 于世雷

2025, 35(S1):  21-28.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0004

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为提升金属冶炼企业安全生产管理水平,构建基于风险量化评价的冶金企业安全生产综合防控体系,从人员、设备、物料、环境和管理5要素出发,结合安全生产标准化要求,设计集现场管控、风险查管、体系运管、安全监管四维防控机制,并开发安全生产综合防控系统。另外,基于影响现场风险态势变化的因素,构建安全风险评估模型,结合系统监测的各类准静态和非结构化的多源异构数据,实现企业安全风险的动态量化评价。结果表明:根据四维防控机制设计开发的安全生产综合防控系统,能有效保障企业安全生产标准化合规运行;根据生产安全风险综合评判模型及系统监测的多源异构数据,可实时量化计算企业安全指数,指数越高证明网格点安全状态越好,反之则安全状态越差。这种方法依赖于系统监测的各类实时的多源异构数,能实时、客观、全面且准确地反映企业的安全状态。

关于风险、危险及危险源三者之间的逻辑关系

朱世阳

2025, 35(S1):  29-31.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0005

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为提升从业人员的认知,加强安全风险管控,切实降低事故发生风险,系统梳理风险分级管控和隐患排查治理的相关理论成果,深入挖掘概念偏差导致的实践问题,厘清风险、危险、危险源之间的逻辑关系。结果表明:事故是危险失控的终极产物,每起事故必存潜在危险;危险源于危险源的固有危害性,是对其的主观评价;风险是价值与危险的主观统一体,获得价值必然要承受危险;风险程度由危险程度决定,危险源危害性越大,风险越高。

基于自然语言处理的航行通告风险识别方法

瞿也丰, 辜汝桐, 黄文强, 陈东玲, 邓李明

2025, 35(S1):  33-39.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0006

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为实现海量航行通告文本数据的高效精准风险识别,满足现代航班运行对航行通告风险解析的需求,提升民航领域风险识别能力,提出一种融合知识增强的语义表示(ERNIE)模型、卷积神经网络(CNN)以及双向长短期记忆神经网络(BiLSTM)的航行通告风险识别模型;借助ERNIE模型进行词向量的训练,利用CNN捕捉文本局部结构的特性,并结合BiLSTM理解文本的深层次上下文关联;并开展对比试验进行验证。结果表明:相较于其他同类模型,该方法对国内中文和国际英文航行通告的识别精度分别高达92.01%和93.85%。该成果可以为航空公司在航行情报的风险解析和安全管理提供一定的数据支撑。

安全工程技术

基于多特征融合的火源视觉识别方法研究

孟广雄

2025, 35(S1):  40-46.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0007

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为解决煤炭开采过程中因火源视觉识别精度低而导致的安全隐患问题,提出一种基于多特征融合的火源视觉识别方法。首先,构建复杂的监控系统网络拓扑结构采集火源图像,采用高斯滤波和改进的帧差法预处理图像,以去除噪声并捕捉火焰亮度的动态变化特征,获取高质量的图像;其次,在预处理后的图像中,提取火源的关键特征,包括颜色特性、运动轨迹和形状轮廓等,采取多图像特征融合策略,利用高斯核函数和加权求和机制,将不同特征融合为更具表达力和判别力的特征表示;最后,结合支持向量机分类和基于区域的卷积神经网络目标检测算法,实现对火源的准确识别。结果表明:提出的方法的火源识别精度在87%以上,识别精度比较高;能够在多种复杂场景中准确捕捉火源特征,且在煤炭火灾的识别中精度高。

变压器油浸没鹅卵石层燃烧试验研究

张佳庆, 程宜风, 黄玉彪

2025, 35(S1):  47-51.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0008

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为明确垫层鹅卵石尺寸对KI25X变压器油火灾特性参数的影响,开展小尺度KI25X变压器油浸没不同尺寸鹅卵石垫层的燃烧试验,测量燃烧质量损失速率、火焰高度、羽流轴向温度等燃烧特性参数,并分析KI25X变压器油初始液面高度和垫层尺寸对燃烧特征的影响。结果表明:当KI25X变压器油初始液面高于垫层时,准稳态燃烧阶段KI25X工况组质量损失速率整体上呈现随尺寸增大而逐渐减小的趋势,煤油工况组质量损失速率随初始液面高度降低而下降。准稳态火焰高度呈现随着鹅卵石尺寸的增加先增大后略微减小的趋势,这可能是由于毛细效应和隔热效应的共同作用。轴向温升与鹅卵石尺寸的关系体现为羽流轴向温升修正系数K的变化,随着鹅卵石尺寸的增加,K先减小后逐渐增大。

地下变电站火灾风险分析与应对措施

钱家庆

2025, 35(S1):  52-58.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0009

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为防止城市地下变电站的火灾事故,首先,归纳地下变电站不同于地面变电站的特殊性,分析逃生困难、进出通道少、无自然采光、烟气排出难、水位线以下、通信信号差、消防通道不畅等方面风险,并探讨各类风险的主要表现;然后,根据现行消防法律法规、标准规范及导则指南,从消防责任人、消防管理人、维保单位3个方向分析消防安全管理类火灾风险,从防火分区、防火措施、火灾自动报警系统、自动灭火系统等方向分析消防安全设施类火灾风险;最后,探讨提升安全管理能力、建筑防火能力、消防安全设施、火灾救援能力等几方面的应对措施。结果表明:采取相应措施能够防止地下变电站火灾事故,火灾风险能够得到控制。火灾风险防控的预防与准备、监测与预警、应急处置与救援等各阶段的专业发展提升方向是持续实现从人防、技防向智防转化。

浅埋深近距离煤层群采空区防灭火协同治理技术

侯文彬, 李少鹏, 李伟, 姚吉, 李志权

2025, 35(S1):  59-63.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0010

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为解决浅埋深近距离煤层群采空区遗煤自燃问题,以唐山沟煤矿13号煤层83101工作面及其上覆12号煤层8201采空区为工程背景,构建“启封前-启封后-邻面预防”多阶段协同治理技术体系。综合运用现场布点监测、SF₆示踪漏风诊断、红外热像+光纤测温、压能-气温耦合数值模拟、普瑞特系列材料立体注浆以及均压控风等技术手段,实现对自燃危险区域的精准识别与动态调控。结果表明:浅埋深煤层昼夜气温变化驱动“呼吸”漏风机制及近距离煤层群贯通型供氧通道,建立以“注氮惰化-注浆隔氧-均压抑漏-灌水窒息”为核心的协同治理技术链,83101工作面启封后平均CO体积分数由峰值600×10^-6%降至≤24×10^-6%,高温点温度最大降幅达500 ℃,实现慢采(≤2 m/d)条件下的安全回采与回撤,83102邻面回采前CO背景浓度稳定在0,验证了协同治理技术的区域防控有效性。

基于IWOA-LightGBM的煤自燃程度预测方法研究

臧燕杰

2025, 35(S1):  64-70.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0011

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为提升煤自燃预测精度,提出基于改进鲸鱼优化算法(IWOA)与轻量级梯度提升机(LightGBM)融合的预测模型。首先,通过 SPSS 27 分析煤自燃程序升温试验中指标气体浓度的相关性,采用核主成分分析法(KPCA)提取主成分数据;然后,针对传统鲸鱼算法(WOA)易陷入局部最优的问题,引入 Circle 混沌映射、自适应权重及最优领域扰动策略改进其全局搜索能力,进而优化 LightGBM 超参数以提升预测精度并抑制过拟合;最后,将该模型应用于新疆沙吉海煤矿实际预测场景。结果表明:IWOA- LightGBM模型相较于其他模型,在测试样本中的准确率A分别提高13.33%、26.66%、20%、20%、13.33%;精确率P分别提高12.23%、24.45%、18.89%、18.89%、12.23%;召回率R分别提高13.1%、23.02%、18.1%、16.07%、10.56%;F₁分别提高12.56%、23.79%、18.52%、17.58%、13.15%。模型在复杂条件下的可靠性与稳定性,展现出优于传统模型的泛化性与鲁棒性,能够为矿井煤自燃灾害预警提供了新的技术方案。

无人机在炸药库房区域智能巡检的应用研究

李波

2025, 35(S1):  71-77.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0012

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为提升煤矿炸药库房的安全管理水平,解决传统人工巡检方式存在的总行程距离长以及总行程耗时长等问题,提出采用无人机智能巡检炸药库房区域。首先,采用三维栅格化建模方法分析炸药库房的复杂空间环境,构建炸药库房三维环境模型;然后,综合巡检效率与巡检成本2个关键指标,利用无人机智能巡检目标函数,分析炸药库房区域智能巡检的核心问题;最后,在炸药库房区域无人机巡检过程中,利用贪心遗传混合算法在炸药库房三维模型空间内对目标函数进行寻优求解,检验炸药库房区域无人机的巡检质量,并采用所提方法进行试验。结果表明:该设计方法的总航行距离较试验对比方法分别减少0.14、0.13 km;总航行时间较试验对比方法分别缩短6.0、4.0 min,即完成巡检的总航行距离最短、总航行时间最低,表明该设计方法的巡检效率高。此外,采用该设计方法的无人机能在高风险环境下进行非接触式巡检,显著提升了安全性和巡检效率。

煤基固废对巷道路面混凝土性能的影响与安全调控研究

宋亚新, 陈凯, 于明生, 刘龙, 张子龙, 刘春江

2025, 35(S1):  78-85.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0013

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为控制矿井下巷道路面建设成本并实现大宗煤基固废的近原位高值化利用,开发了以粉煤灰和煤矸石分别等质量取代水泥和天然碎石骨料的巷道路面混凝土材料。首先,通过坍落度试验评估新拌混凝土的工作性能;然后,采用抗压强度、抗折强度试验及干燥收缩测试研究硬化混凝土的力学性能与体积稳定性;最后,利用核磁共振技术分析混凝土内部的孔隙结构特征。结果表明:煤矸石掺量超过40%显著降低坍落度,适量粉煤灰可改善流动性但部分强度下降;10%粉煤灰可增强混凝土密实度,而20%掺量则恶化孔结构;核磁共振结果揭示了粉煤灰掺量对微观孔隙的显著影响;煤矸石增加了干燥收缩,但粉煤灰与适量三乙醇胺(TEA)(最佳掺量0.03%)能有效优化其抗干燥收缩性能。

麦垛山煤矿地应力测量及影响因素分析

张顺峰, 兰天伟, 张跃恒, 翟振荣, 郭维强, 张奇

2025, 35(S1):  86-92.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0014

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为了揭示地应力对采矿工程围岩稳定性及矿井动力灾害(如冲击地压)演化机制的关键作用,以麦垛山煤矿为工程实例,首先,通过水压致裂法测量地应力;然后,结合有限元分析软件Ansys构建断层模型;最后,结合数值模拟与地质力学分析,探讨地应力场的分布特征及其影响因素。结果表明:麦垛山煤矿地应力场以水平压应力为主导,应力值随埋深增加呈线性增长趋势;断层是影响地应力方向变化的主要因素,断层端部和中部的地应力方向可分别偏转35~50°和7~12°,且断层规模与断距显著影响应力扰动范围;此外,边界应力比和地层倾角对地应力状态具有显著影响,其中,边界应力比的增加使断层附近应力方向趋于稳定,而地层倾角的增大会导致差应力减小。

基于DBN的桥梁顶升改造施工安全风险分析

吴昊, 董凯, 王成虎, 尤洋

2025, 35(S1):  93-96.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0015

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为合理控制桥梁顶升改造施工风险,提出一种基于动态贝叶斯网络(DBN)的桥梁顶升改造施工安全风险分析方法。考虑到桥梁顶升改造施工中存在的多变风险因素及其随时间的动态变化特性,从“人、物、环境、管理”4个方面建立风险指标体系,并引入时间维度构建DBN模型,利用模糊理论和专家评分法量化网络节点的概率,随后通过Leaky Noisy-or Gate扩展模型修正条件概率;通过建立的DBN网络模型进行双向推理,动态分析桥梁顶升改造施工的安全风险。结果表明:桥梁顶升施工的关键风险因素是环境因素,而物的因素影响较小;天气、千斤顶故障、现场施工管理水平以及下部结构不稳定是敏感度最高的风险因素,应该在桥梁顶升改造施工过程中进行重点防范。

基于深度神经网络的概率积分法沉陷预计模型参数反演

胡秋萍, 马智, 王建敏, 蒋建民

2025, 35(S1):  99-106.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0016

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为解决矿区地表形变监测中传统参数反演方法收敛速度慢、预测精度不足的问题,构建具有物理机制约束的深度学习框架,实现矿区工作面走向和倾向地表移动参数的精准估计。方法上,基于概率积分法沉陷预计模型的理论基础,分别构建面向工作面走向4参数反演的Trend-Net网络和倾向6参数反演的Tendency-Net网络。以地表移动预测值与实测值的均方根误差构建损失函数,进行梯度优化,动态修正沉陷预计参数。结果表明:相较于最小二乘法、粒子群优化算法及贝叶斯算法,在走向参数反演中收敛迭代次数大幅降低,倾向参数反演的均方根误差降低;该方法将深度学习网络的非线性拟合能力与概率积分法的物理约束相结合,既保障反演过程的理论合理性,又提升参数寻优的全局性。

InSAR监测数据的地表沉陷深度学习预测模型研究

李刚, 支梦辉, 李斌, 杨帆, 彭志伟, 李东亮

2025, 35(S1):  107-113.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0017

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为研究地下采矿引发的地面沉降预测问题,以山西省晋城市阳城县为背景开展地表沉降监测与预测方法研究。首先,获取2018年1月至2020年12月期间的Sentinel-1 SAR影像(81景),结合数字高程模型(DEM)、大气校正在线服务(GACOS)及精密轨道数据,采用小基线集干涉合成孔径雷达(SBAS-InSAR)技术精细化监测区域地表形变情况,揭示其时序演化与空间分布特征(最大沉降速率达27.84 mm/a);然后,构建基于变分模态分解(VMD)与反向传播(BP)神经网络相结合的混合预测模型(VMD-BP);最后,将该模型预测性能与传统长短期记忆网络(LSTM)模型及变分模态分解与长短期记忆网络(VMD-LSTM)模型进行对比分析。结果表明:VMD-BP模型显著提升了预测精度,在测试点位(点位a)的均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)和平均绝对百分比误差(MAPE)分别低至0.278 01 mm、0.234 29 mm和0.39%,远优于LSTM及VMD-LSTM模型。

基于喷射注浆自填充工艺的巷道围岩变形安全防控技术研究

陈凯, 于明生, 刘龙, 王帅, 张子龙, 武鹏飞, 张浩然

2025, 35(S1):  114-121.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0018

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为有效控制煤矿巷道围岩失稳变形,保障安全生产,开展喷射注浆自填充技术的应用研究。首先,通过理论分析、实验室测试与现场试验,剖析该技术的强度适应性破坏特征,确定注浆液的基本组成配比;然后,基于微观结构观测与力学性能测试,揭示其控制围岩变形的作用机理,发现自填充喷射注浆试样的抗压强度主要受水胶比及微观特征影响,水胶比通过调控水化产物的致密性与钙矾石晶体形态影响强度;最后,结合巷道围岩实际位移特征,提出喷注浆联合支护优化方案,构建“喷浆-注浆-支护”协同控制技术体系,并开展现场工业性试验。结果表明:最优注浆液配比为固体质量分数65%、水胶比0.6;该配比下试样养护28 d抗压强度满足设计要求,微观结构显示水泥基体与飞灰颗粒相容性良好;现场应用使巷道两帮变形量最小减少11%,围岩应力分布趋于稳定,验证了该技术在围岩变形控制中的有效性。

基岩裂隙水工作面的顶板疏放水研究

董华东, 乔龙, 刘鸡维, 许杰, 雷凯春

2025, 35(S1):  122-129.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0019

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为解决锦界煤矿工作面顶板侏罗系直罗组风化基岩裂隙水导通后可能引发的突水风险,以31302工作面为研究对象,构建集地球物理探测与定向钻探于一体的顶板水害防控技术体系。首先,基于导水裂隙带发育高度判据(正常基岩厚度<58.6 m),采用音频电穿透和无线电波透视技术识别含水层富水异常区;然后,利用井下电视成像技术,进一步研究导水裂隙带的空间分布特征和发育特性;最后,在探测结果的基础上,部署61个顶板疏放钻孔(总进尺8 652 m),实现静储量规模化疏排。结果表明:疏放初期峰值涌水量达3 032.10 m³/h,稳定阶段涌水量为889 m³/h,累计泄水量349.5万m³,含水层水位最大降深达8.58 m。

哈尔乌素露天煤矿采场风流分布特征研究

张禹, 赵蒙, 王飞宇, 王瑞鑫

2025, 35(S1):  130-136.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0020

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为探究哈尔乌素露天煤矿采场风流分布特征,采用CFD数值模拟方法构建了哈尔乌素露天煤矿简易模型,模拟风向为南风、西北风、西南风,风速为3、5、7 m/s条件下的采场风流结构,探究不同风向风速对哈尔乌素露天煤矿坑内风流分布的影响。结果表明:哈尔乌素露天煤矿全年主要风向为南风、西北风及西南风,主要风级为二级、三级及四级;矿坑内部以直流风区域为主,环流区域集中在坑底—背风帮一侧;当风向来自排土场时,采场内部无显著环流;当风向来自端帮时,环流区域集中在背风帮一侧;随地表风速的增加,采场底部风速也在匀速增长,但其增长幅度并不大。

智能机械臂运动稳定性分析及轨迹规划

马鹏飞, 高宇, 李宏刚

2025, 35(S1):  137-143.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0021

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为解决露天煤矿加水机械臂在加水作业过程中因震动带来的安全问题,提高露天煤矿加水机械臂运行稳定性,选取三自由度加水机械臂作为研究对象,探究加水机械臂运动特性及轨迹规划。首先,采用改进的D-H参数法建立运动学模型,并对运动学模型进行正逆运动学分析,建立加水机械臂模型;然后,通过Matlab软件验证加水机械臂正逆运动学所得结果;最后,利用Bresenham 插补算法,在笛卡尔坐标下对加水机械臂进行轨迹规划,并通过Matlab Robotic Tool 对加水机械臂各关节进行仿真分析,探究露天煤矿加水机械臂各关节的位置、速度、加速度随机时间的变化趋势。结果表明:露天煤矿加水机械臂各关节速度、加速度呈现出先增后减的变化趋势,变化过程平稳,避免了加水机械臂变化过程中的冲击和震动现象;轨迹规划显示加水机械臂速度变化平稳,保证了露天煤矿加水机械臂高效率的同时具有良好的稳定性。

李家壕煤矿巷道混凝土道路底板动力响应稳定性数值模拟研究

于明生, 陈凯, 黄飞, 刘龙, 张子龙, 石占山

2025, 35(S1):  144-150.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0022

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为解决煤矿井下车辆循环重载引发道路结构破坏,从而影响巷道底板的稳定性,威胁安全生产的问题。采用有限元软件模拟方法分析李家壕煤矿混凝土巷道底板在无轨胶轮车移动荷载作用下动力响应,探究巷道无轨胶轮车动力荷载对李家壕煤矿混凝土巷道的影响。首先,运用ABAQUS软件模型对李家壕煤矿巷道底板进行建模;然后,分析车辆移动荷载作用下李家壕煤矿巷道底板模型中不同位置的竖向位移以及应力的动力响应;最后,探究不同轴载下李家壕煤矿巷道底板最不利位置的动力响应。结果表明:不同轴载下,面层顶面竖向位移与基层底面水平应力为最不利动力响应位置,这为李家壕煤矿巷道混凝土道路结构设计提供了指导。

基于分子模拟的复合泡沫抑尘剂微观作用机制研究

赵鑫璐

2025, 35(S1):  151-157.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0023

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为研究复合泡沫抑尘剂在不同复配比例下的微观作用机制及功效,以阴离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)与非离子型表面活性剂三聚乙二醇单十四醚(C₁₄E₃)所构建的泡沫液膜模型为研究对象,采用分子动力学的方法,研究SDS/C₁₄E₃泡沫抑尘剂在不同复配比例体系下的微观动态演变过程与热力学特性。结果表明:SDS与C₁₄E₃复配进一步提升了SDS头基对水分子的束缚,当SDS/C₁₄E₃的比例为12∶24时,SDS头基与水分子间的相互作用最强;复合泡沫液膜结合水与SDS头基的扩散系数随复配比例呈先“V”字型变化特征;SDS/C₁₄E₃复合时SDS头基束缚结合水的能力明显强于单一表面活性剂的泡沫液膜,且复配比例为12∶24时头基与水的扩散能力最弱;复合泡沫液膜的表面张力随SDS比例的升高,先减小后增大,当SDS/C₁₄E₃的比例为12∶24时,泡沫液膜的润湿性最好。

砂岩循环加/卸载下能量演化及破坏特征研究

宋永明

2025, 35(S1):  158-165.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0024

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为揭示循环荷载过程砂岩的宏-细观结构、力学特性、能量演化特征和破坏形式间的关联性,以粉砂岩与粗砂岩为研究对象,开展细观观测和循环加/卸载试验,分析2种砂岩的细观结构、应力-应变特征、能量演化特征及破坏形式。结果表明:粉砂岩颗粒粒径较粗砂岩更小,结构更致密,微观成分之间接触面积更大,胶结作用更强,其单轴抗压强度较粗砂岩增大22.15%;随着循环次数的增加,粉砂岩的滞回环迁移现象不明显,而粗砂岩的滞回环持续向应变增大的方向迁移;随着峰值应力的提高,粉砂岩的单位体积能呈二次函数趋势上升、单位体积弹性能线性增长,粗砂岩的单位体积能和单位体积弹性能均呈线性增长趋势,粉砂岩与粗砂岩的单位体积耗散能均呈先下降后上升的二次函数增长趋势;粉砂岩的破坏形式为拉伸破坏,破坏后试件的整体性较差,粗砂岩的破坏形式为单斜面剪切破坏,破坏后试件沿剪切破坏面分裂,整体性较好。

弓网摩擦力影响因素试验研究

杨泽斌

2025, 35(S1):  166-172.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0025

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为保障电气化铁路中接触网与受电弓之间的有效接触,进而保障列车运行的安全与稳定,提出在载流条件下对弓网摩擦接触特性开展系统性研究的思路与方法。首先,基于滑动电接触试验平台,开展不同工况下(涵盖压力波动幅度、压力波动频率、接触电流和滑动速度)弓网滑动电接触摩擦力试验;然后,结合试验数据,筛选出能够分别表征压力波动幅度、接触电流和滑动速度影响的单因素数学模型,模型构建方法采用曲线估计,具备较高的拟合精度;最后,通过多元回归分析,建立一个综合考虑压力波动载荷与接触电流共同作用的弓网摩擦力预测模型,并通过对比试验数据验证模型的可靠性与适用性。试验结果表明:弓网间滑动摩擦力随接触电流的增大呈递减趋势;而压力波动幅度和滑行速度的提高,会造成摩擦力增大;相比之下,压力波动频率对弓网摩擦力的影响较为微弱。

矿用自卸卡车安全维修的机械臂运动特性分析

王伟, 朱健伟, 王世龙, 王蒙

2025, 35(S1):  173-179.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0026

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为解决矿用卡车维修不安全、效率低的问题,开发专用于卡车轴销拆卸作业的机械臂并分析其运动性能。首先,利用SolidWorks三维软件建立矿用自卸卡车轴销拆卸机械臂模型,分析矿用轴销拆装机械臂结构及其性能参数;其次,基于改进的D-H建模法,求解机械臂各关节之间的变化矩阵以及运动关系;然后,借助Matlab机器人工具箱以及Adams运动学仿真软件,分析矿用轴销拆卸机械臂的运动性能;最后,对矿用轴销拆装机械臂进行工程实践,验证机械臂工作性能。结果表明:矿用轴销拆装机械臂拆卸安装时间总计为11~15 min,相对于传统的人工拆装大大减少了维修时间。

基于机械臂最优轨迹规划理论的电铲安全特性研究

刘桐, 于涛, 贾建宇

2025, 35(S1):  180-186.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0027

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为保证油缸拆装机械臂作业安全,提出基于改进灰狼算法(IGWO)的机械臂最优轨迹求解方法。首先,引入Logistic-Tent映射算法、查分进化算法、种群淘汰进化机制改进标准灰狼(GWO)算法,构建一种用于油缸拆卸机械臂轨迹优化作业的IGWO算法;然后,对比分析IGWO算法与PSO算法和GWO算法在基函数求解问题的准确度,以验证IGWO算法的求优性能;最后,将IGWO算法用于机械臂轨迹优化,并将其与3-5-3多项式轨迹规划作对比。结果表明:采用IGWO算法相较于3-5-3多项式进行轨迹规划作业,最大关节角加速度降低48.3%,提升了机械臂的作业稳定性。

面对5G-A商用的应急通信基站车配置规划方法

王天赐, 白杨, 袁富强, 安青青, 刘亚光

2025, 35(S1):  187-191.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0028

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为解决现有应急通信基站车配置规划难以适应技术变革和市场需求的问题,结合5G-A商用节奏,系统设计一种应急通信基站车配置规划方法;该方法通过提炼关键信息、梳理配置原则、确定关键节点和细化柔性法则,为应急通信基站车的购置与改造提供科学依据;通过模拟案例分析,验证该方法的可行性。结果表明:提出的应急通信基站车配置规划方法能够系统性地提炼关键信息、梳理配置原则、确定关键节点以及细化柔性法则,构建一个完整的规划框架。该方法能够有效指导电信运营商制定应急通信基站车配置计划,优化资源配置,提升应急通信保障能力,满足不同场景下的通信需求。

矿山边坡机载LiDAR数据采集三维建模研究

李斌, 邹阳, 彭志伟, 武文霖, 刘佳宁

2025, 35(S1):  192-198.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0029

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为解决机载激光雷达系统(LiDAR)技术在复杂矿山地形三维建模中的参数优化问题,提高建模精度与效率,开展了系统性研究。首先,分析机载LiDAR数据采集原理、测量系统组成及数据处理过程,明确技术应用的基础逻辑;然后,结合矿山边坡复杂地形特点,提出机载LiDAR数据采集的飞行路线、航高及重叠度等参数要求,形成最佳数据采集方案以获取高精度矿山边坡数据;最后,通过某露天矿边坡的三维建模试验,验证所提方案的可行性和有效性。结果表明:优化的数据采集方案可提高数据采集及三维建模的精度与效率;所建模型能为边坡稳定性分析、变形监测等提供数据支持。

研究论文

管道内湍流火焰发展与加速特性分析

李帅东, 张健

2025, 35(S1):  199-204.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0030

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为降低煤矿管道火灾事故发生的概率,探索抑制火焰加速诱发灾害的途径,分析管道内火焰发展与加速的主要特性,采用代数二阶矩-概率密度函数湍流燃烧模型,构建描述管内湍流火焰发展与加速的理论模型,并利用数值模拟研究甲烷-空气混合气在一端封闭、一端开口的燃烧管内的火焰发展与加速过程。结果表明:在管内中心线上,气体温度与燃料浓度梯度较大的火焰面即反应区,湍流平均反应率也较高;反应区出现气体轴向速度的跃升,同时出现湍能分布的峰值;气体平均反应率受湍流影响;反应区内湍流的逐渐增强导致反应区范围逐渐扩大,从而促进火焰加速。

基于YOLOv8的煤泥水外溢检测方法与应用

田璐璐, 耿延兵

2025, 35(S1):  205-209.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0031

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为解决煤泥水外溢检测中传统方法响应速度慢、误报率高及环境适应性差的问题,提出一种基于标志物的煤泥水外溢检测方法。通过设置地面标志物,使用YOLOv8深度学习模型实时监测标志物的可见性,当标志物被煤泥水覆盖时,系统自动触发泄漏警报;该方法采集60张选煤厂现场煤泥水图像,其中,40张图像为倾倒煤泥水覆盖标志物生成的模拟数据;通过亮度调节、对比度调节及噪声添加等数据增强技术模拟环境变化,扩充40张图像数据,共100张图像即可完成YOLOv8模型训练;对比图像分类方法,验证该方法的有效性,研究表明:该方法有效减少对大量标注数据的依赖,成功解决数据量不足的难题,检测准确率可达95%,且显著降低对光照、天气等环境变化的敏感性,特别适用于选煤厂工业环境复杂多变的场景。

面向山岳风景区旅游用大型载人eVTOL的运行风险研究

李佳音, 谭德强, 钱祎祎

2025, 35(S1):  210-216.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0032

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为提升山岳型风景区低空旅游场景中大型载人电动垂直起降航空器(eVTOL)的运行安全性,以广西贺州姑婆山为运行场景,以亿航EH216-S型无人驾驶航空器为例,基于风险管理理论并结合该型航空器的专用条件,系统识别与分析其运行风险。首先,运用文献研究法和类比推理法,从人为因素、设备因素、环境因素及管理因素4个方面识别并分析eVTOL的运行风险;然后,将模糊综合评价法和层次分析法引入贝叶斯网络(BN)模型,开展风险评价;最后,依据BN计算事故诱因后验概率。结果表明:在控制失效发生时,导航失效是首要致因,事件发生概率为79.41%,导致导航失效的主要原因是指挥控制链路故障,概率为97.02%;采用多重信道加密技术和复杂高速跳频技术,依托数据链干扰程度预测模型和抗干扰通信方案可降低eVTOL的运行风险。

考虑联邦学习分类极不平衡的窃电检测研究

张政越, 曹建涛, 祁云

2025, 35(S1):  217-226.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0033

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为提升电力系统的运行安全及保障电力市场的正常运作,针对用能安全防护中的窃电检测能力不足问题,提出一种基于异构联邦学习(HeteroFL)的框架检测方法。首先,结合CKKS全同态加密技术和数据不平衡处理策略,以提升检测的准确性与数据安全性;其次,在不共享用户敏感信息的前提下,通过为每个售电商建立本地模型并协同训练,构建统一的窃电检测模型;最后,考虑诚实用电与恶意窃电数据比例严重不平衡的现实情况,引入特征平衡及注意力原型机制,以增强模型对电力消耗时间序列中异常模式的识别能力。结果表明: 基于HeteroFL检测框架在确保用户数据全程隐私安全的前提下,可显著提升窃电行为识别的准确性与稳健性,并在应对严重数据不平衡挑战时展现出出色的泛化能力,为同类隐私敏感且类别分布偏差明显的应用场景提供可推广的高效范式。

基于动态耦合仿真模型的古祠堂火灾及人员疏散研究

于海莹, 杨爽, 陈敏志, 熊杨, 刘玉勇

2025, 35(S1):  227-233.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0034

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为明确古祠堂多进院落空间火灾中有毒气体扩散规律,提高人员疏散效率,以徽式祠堂中的舒光裕堂为例,基于集成建筑信息模型(BIM)建模、火灾动力学模拟工具(FDS)烟气动力学模拟与Pathfinder疏散仿真技术,构建古建筑三维建模-火灾演化-有毒气体扩散-人员疏散动态耦合仿真模型,设计3个典型火灾场景进行数值仿真,分析CO浓度时空分布与人员疏散路径的动态交互关系。结果表明:通过优化空间布局与烟气控制(如增设垂直防火隔断、半开窗户、关键区域正压送风)并合理设计疏散路径,可有效抑制古祠堂火灾中有毒气体CO浓度、延缓烟气蔓延、延长可用安全疏散时间(ASET),显著提升人员疏散成功率与文物安全保障水平。

基于数据增强的道路塌陷风险评估方法

王一兆, 柏文锋, 何青伦, 王飞, 陈龙, 贺森

2025, 35(S1):  234-238.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0035

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为预防道路塌陷事故发生、减轻事故后果,需科学有效地评估城市道路风险。针对地面塌陷数据集不平衡问题,引入合成少数过采样技术(SMOTE)和生成对抗网络(GAN),以增强原始正样本事故数据,并基于卷积神经网络(CNN)、多层感知机(MLP)等深度学习模型进行训练,训练的模型可用于城市道路的风险识别。选取佛山市2014—2018年塌陷事故数据进行试验。结果表明:数据增强的方法能够使模型对少数类样本识别能力大幅提升(平均召回率提升最高可达20%),并解决不平衡数据训练模型时存在的过拟合问题。

强电磁扰动环境变电站无人机自主高精巡检研究

邹彪, 朱晓康, 任伟达, 高煜博, 方腾

2025, 35(S1):  239-245.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0036

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为解决变电站复杂结构和强电磁干扰对无人机巡检产生的定位、建图及路径规划难题,提出一种基于因子图优化的多传感器融合定位与多层次轨迹规划的无人机自主高精巡检方法。在定位层面,利用因子图优化框架将激光里程计、惯性单元(IMU)预积分、全球导航卫星系统(GNSS)/实时动态测量(RTK)及回环检测深度耦合,形成具备稳定抗干扰能力与高精度特性的多传感器同步定位与地图构建(SLAM)系统;在规划层面,通过最小急动度多项式生成平滑全局航线,并引入基样条对轨迹进行细化与调整,并在系统中融合实时避障和动力学可行性约束。结果表明:该方法在室内与户外不同电压等级的变电站环境中均能保持厘米级定位精度与低地图配准误差;相比于单一传感器或常规卫星导航方案,该方法在稳定性、飞行效率和鲁棒性方面均有显著提升;因子图优化驱动的多传感器深度融合与多层次轨迹规划相结合,可为强电磁干扰场景中无人机的自主巡检提供兼具高精度和高鲁棒性的全新路径。

基于ISSA-BP的地震灾害救援装备需求预测

刘浩, 石福丽, 罗雷, 李文博, 李文渊

2025, 35(S1):  246-251.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0037

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为提高地震救援装备调配保障效率,分析国内历史地震救援信息,以受灾人数为预测对象,选取震级、震源深度、地震烈度等8个灾情信息为影响因素,提出一种基于反向传播(BP)神经网络并融合空间金字塔匹配(SPM)混沌映射、正余弦算法和Levy飞行策略的改进麻雀搜索算法(ISSA)的预测模型,结合受灾人数与救援装备间的数量关系,间接预测地震救援装备需求量,并以“12·18积石山地震”救援实例进行验证。结果表明:ISSA-BP模型在预测受灾人数方面精度更高,可有效预测震后受灾人数,从而推算所需救援装备数量。“12·18积石山地震”救援实例验证了模型对震后救援装备需求预测的实用性。

智慧型应急预案的探索与应用

孟凡华

2025, 35(S1):  252-255.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0038

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为解决传统应急预案存在的响应速度慢、决策科学性不足等问题,结合大数据、人工智能、物联网、云计算等新兴信息技术,构建智慧型应急预案,全面分析在自然灾害、公共卫生事件、安全生产事故等不同领域的具体应用策略。结果表明:构建智慧型应急预案实时监测突发事件的相关信息,通过数据分析和模型预测技术精准评估事件发展态势,利用信息实时采集与自动分析生成优化后的应急处置策略,具备更强的动态适应性和科学性;智慧型应急预案可实现应急资源的智能调配和协同指挥,克服传统应急预案的静态性和局限性,构建具有智能化感知、分析、决策和执行能力的应急管理方案。

高海拔低氧低温环境下新能源建设人员的安全健康管理

杨建明, 郑志龙, 李屹南

2025, 35(S1):  256-262.  doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2025.S1.0039

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为提高高海拔地区新能源项目在低氧低温环境下的安全管理水平,以青藏高原某光伏项目为研究背景,通过样本人群血氧浓度、心率测试,调查初进高原、习服超过1个月后高原反应症状的变化,以及低温冻伤、感冒发生情况等,分析世居平原建设人员安全健康所受影响程度。结果表明:建设人员在4 854.5 m已处于轻度缺氧和心率异常状态;初进项目人员在入睡困难、头痛/头晕、难以进食/食欲明显下降方面发生人群比例超过80%,即使现场习服超过1月,仍有高达88.51%人群睡眠质量受影响;新增出现记忆力减弱、反应力降低影响人群在50%左右;平均温度低于5 ℃后,感冒发生人群超过50%;在有保护情况下,低温仍造成部分人员的手部、脚部、耳朵发生冻伤。高原低氧、低温环境已对建设人员安全健康造成影响,应加强进场控制、完善过程管理、提升应急保障。