煤矿矿井水处理技术现状与展望

煤矿矿井水是重要的非常规水源,矿井水的资源化利用对缓解矿区水资源短缺和环境保护具有重要意义。分析了矿井水的来源和水质特点,综述了含悬浮物、高矿化度、酸性和含特殊污染物等不同类型矿井水的主要处理技术,总结了各处理技术的特点和存在问题。大部分矿井水都含有一定量悬浮物,且水质水量变化较大,应着力提高井下水仓和地面调节池的预沉作用,开发和完善矿井水井下处理技术,结合自动化、智能化,实现无人值守;随高矿化度矿井水数量不断增加,其处理技术已成为矿井水处理领域的研究重点,应强化预处理,开发高效除硅除硬技术,引入能量回收装置,结合新能源和可再生能源开发绿色节能耦合脱盐技术,整体优化零排放工艺,降低浓盐废水处理成本;酸性和含特殊污染物矿井水是目前矿井水处理中的难点,应采取分布式高效定向处理技术,探索耦合工艺和自然修复治理。在国家政策引领下,矿井水处理技术将朝着更加节能、高效、智能和环保的方向发展。

矿井水防治学科基本架构及内涵

我国矿井水防治学科整体经历了20世纪的起步发展期和21世纪的成长成熟期2个大的发展历程,其基本架构及内涵已然成熟。按照系统论,拓展了矿井水广义内涵,规范了矿井水防治术语及科学范畴,提出了矿井水系统,即从水源补给到涌水排泄所涉及范围为边界且内部介质结构时变的高度复杂系统,水源输入和涌水输出齐备,采矿扰动激发而系统及时响应;构建了矿井水防治基本架构,即理论技术体系及技术管理体系等两大核心体系;理论技术体系涵盖理论基础、技术依托及工程支撑,致灾机理、条件评价、预测预报为理论基础,条件探查、预防治理、地质保障为技术依托,探水、防水、堵水、疏水、排水、截水、监水等七类为工程支撑;技术管理体系包括先进理念、总体思路和工作体系,按照“预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采”十六字总体思路,以源头预防区域治理井上下结合工程治理治保结合先进理念为引导,建设理念先进,基础扎实,勘探清楚,科技攻关,综合治理,效果评价及应急救援“七位一体”水害防治工作体系,实现减少矿井水影响、防止水害事故、减轻环境影响的总体目标。展望未来,水灾变物理机制,数据驱动的灾变规律,或者二者融合,是基础理论突破的重点方向,将带动技术及工程全面突围。

基于深度学习的LSTM-GRU复合模型矿井涌水量预测方法研究

为了解决矿井涌水预测问题,引入深度学习理论,将长短期记忆网络(LSTM)和门控循环单元(GRU)进行结合,选取矿井涌水量为研究对象,建立一种LSTM-GRU的矿井涌水预测模型。以陕西某矿的矿井涌水量为样本数据,采用7∶3的比例将数据集划分为训练集和测试集,选择模型训练效果较好的梯度下降算法确定网络模型参数和正则化参数,为了证明LSTM-GRU模型的预测精度,同时将结果分别与传统的ARIMA模型和LSTM模型预测矿井涌水所得到的预测结果进行对比。结果表明:LSTM-GRU复合模型的平均绝对百分比误差(RMSE)为70.51,均方根误差(MAE)为53.4,平均绝对误差(MAPE)为2.80%,可决系数(R^(2))为0.86,具有较高的预测精度和可靠性,预测效果优于传统的ARIMA模型和LSTM模型。

内蒙古母杜柴登煤矿3^(-1)煤充水条件及矿井涌水量预测

母杜柴登煤矿矿井涌水量大,且属于高矿化度水,面临着大量疏排矿井涌水和矿井水地面处理的压力。在分析矿区地质及水文地质条件的基础上,认为开采3^(-1)煤层时,矿井水来源于3^(-1)煤顶板─直罗组底界砂岩含水层,包括直罗组底部中、粗粒砂岩含水层和3^(-1)煤顶板延安组三段砂岩含水层。运用大井法和达西定律计算的30209工作面涌水量分别为931m^(3)/h、919m^(3)/h,与实际接近。研究可为工作面侧向注浆封堵(含水层改造)、帷幕截流减量的可行性和减量程度提供依据。

改进的FA-FCE模型在矿井水质评价中的应用

酸性矿井水会对水环境造成严重污染,对遭受污染的矿井水质进行评价是矿山环境保护与治理的重要前提。因此,以贵州省内的酸性矿井水分布区为研究区,采用因子分析(FA)、模糊综合评价法(FCE)和加权平均法,并引入级别特征值构建了FA-FCE水质评价模型,对矿井水质和水环境质量进行综合评价。结果显示,所评价的水样中V类水的占比达到70.37%,水质整体偏向于V类水,各地区的平均级别特征指数均大于2,矿井水水体环境遭受污染的程度较高。相较于传统的评价模型,文中提出的水质评价模型在选取评价指标及权重分配等方面有显著的优势,并综合考虑了所有评价指标在整体评价中的影响,使得评价结果更加科学合理。

机器学习方法在矿井水防治理论体系研究中的应用思考

致灾机理、危险性评价、灾变预测共同构成矿井水防治理论体系基本内容,其在过去20多年里快速发展,目标是理解矿井水行为特征,预测演化趋势,服务矿区水害防治工作。机器学习是大数据时代进行数据分析和挖掘的有力工具。将机器学习应用于矿井水防治理论体系研究,已得到相对广泛的关注。针对理论体系的3项基本内容,重点讨论了机器学习在各内容建设中的具体应用,主要包括:根据不同水害类型分类简述致灾机理研究现状,指出机器学习应用暂为空白的原因为其不具备做出假设的能力。认为未来致灾机理研究方法依然以传统方法(理论分析、数值模拟、相似模拟等)为主,机器学习促进地质数据获取与处理,对机理研究作出贡献;分析方法优势,指出机器学习作用于危险性评价的主要方式为非结构化数据的处理及丰富评价方法;分析基于物理和基于数据的单一预测模式弊端,论述物理模型与数据驱动相结合的必要性,相应给出“模型-数据”双驱动预测模式的3种实现形式,并讨论了基于图像的灾变预测方法可行性。随着生产数据及地质数据的丰富,机器学习方法可推动理论体系研究快速发展,并为矿井水防治学科系统方法论研究作出贡献。

关闭/废弃矿井抽水蓄能开发利用现状与进展

探索清洁能源发展的创新途径是实现我国“双碳”目标的重要推动力。为解决大规模可再生能源电力供应不稳定的难题,新型电力系统的提出与加速成长促进了抽水蓄能电站的建设与发展,但生态保护与地形等因素制约了传统抽水蓄能电站发展。关闭/废弃矿井,由于具有丰富的地下空间及水资源,可创新性地开发抽水蓄能并延长矿区的经济寿命,降低对环境与经济的负面影响。为助力建立适合我国国情的废弃矿井抽水蓄能利用模式和管理体系,通过文献分析法综述了国内外废弃矿井抽水蓄能技术研究与应用进展。详细阐述了关闭/废弃矿井抽水蓄能技术原理、分类及其优缺点;总结了关闭/废弃矿井抽水蓄能电站利用模式,并在前人研究基础上对选址要素进行了修订;梳理了关闭/废弃矿井改建抽水蓄能电站的水-气两相流动特性、水泵水轮机工况特性、地下空间围岩稳定性及地下蓄水空间体积测算等的研究现状,明确了水泵-水轮机关键技术、地下空间稳定性控制关键技术等亟待解决的技术难题。此外,对关闭/废弃矿井抽水蓄能相关的生态与环境保护、市场需求与经济效益、政策与法规等研究成果进行了广泛的文献综述。发展关闭/废弃矿井地下空间抽水蓄能技术可为我国井下空间资源利用提供思路,为保障国家能源安全与经济社会高质量发展提供新途径。

基于双极膜电渗析的膜集成技术的高矿化度矿井水资源化处理

在当前煤矿矿井水“零排放”及煤炭与水资源逆向分布背景下,西部矿区的高矿化度矿井水如若不进行合理处置便直接排放,不仅对当地生态环境造成不可估量的破坏,而且造成严重的水资源浪费,最终将制约煤炭绿色开发与生态文明建设。传统的高盐废水零排放技术主要是利用蒸发结晶技术将无机盐由溶液态转变为结晶态进行回收。从经济性方面分析,该技术受投资高、运行成本高、无机盐附加值低等问题制约。基于此,以西部某矿井水为原水,以矿井水资源化零排放利用及脱盐低碳化为目标进行膜集成工艺设计,并在此基础上重点探讨电渗析和双极膜电渗析工序不同操作条件(操作电压、进料液浓度、温度、酸碱度、电流密度等)对电渗析脱盐性能及双极膜电渗析制酸碱性能的影响规律,之后以实验数据及经济评估模型,探究其经济可行性,旨在探索出适用于西部矿区高矿化度矿井水处理的膜集成技术,为高矿化度矿井水绿色资源化处理工艺的开发提供新的研究思路。通过对电渗析−双极膜电渗析实验过程探究,发现双极膜系统进料液质量浓度应不超过80 g/L、适宜的操作电压为18 V、适宜的进料液温度为25℃、进料液pH保持中性、更适合采用恒电压操作。此外,证实了以双极膜电渗析为核心的膜集成系统可实现高矿化度矿井水绿色资源化处理,以电渗析系统进料液总含盐量20 g/L为例,总的净收益为18604299元/a,且在耦合光伏电力供应系统时具有明显的二氧化碳减排效应,二氧化碳减排将超过3162 t/a,具有良好的经济效益和社会效益。

矿井废水治理产生沉淀物的处理技术研究与应用

兴隆县平安矿业有限公司是由原兴隆矿务局马圈子煤矿、原兴隆县平安矿业有限公司平安堡煤矿以及周边15个小煤矿等有采矿许可证矿山企业整合而成。矿井技改后,井下排出的矿井水酸性超标,按照矿井设计要求,公司在工业广场范围内建造了矿井水处理池,采用酸碱中和的方式进行治理。因治理过程中沉淀物和废弃物日产量较大,经分析研究,采用掺入矿井粉煤灰或黄土注浆材料进行防火注浆处理,既处理了废弃物,又防止了煤层自燃,取得了良好应用成效。

煤矿矿井水水质形成及演化的水动力场-水化学场-微生物场耦合作用与数值模拟

煤矿矿井水的水质形成与演化过程机理复杂,受水动力场、水化学场和微生物场等多场作用影响显著。深入研究并揭示煤矿矿井水水质形成机理与演化趋势、阐明采空区封闭后矿井水的多场耦合作用机制是矿井水污染防控与修复的理论基础。以鄂尔多斯盆地某煤矿采空区为水文地质原型,在前期研究的基础上,进一步建立了煤矿采空区积水水位回升、蓄满后水动力-水化学-微生物场(HCB)多场耦合室内相似模拟和数值模型。采空区水动力场研究结果表明基质-裂隙双孔隙模型能有效模拟采空区水位回升过程,模拟误差为9.9%,其模拟精度远高于理论预测和单孔隙模型。水化学场模拟结果与试验较为吻合,SO_(4)^(2-)、HCO_(3)-和p H模拟相对误差分别为3.0%、21.0%和6.2%,模拟结果较为可靠。模拟结果显示采空区蓄水过程中水岩反应和微生物作用不明显;而蓄满后水动力几乎停滞,但水化学场和微生物场较为活跃,2号煤和3号煤层中黄铁矿的氧化反应使得SO_(4)^(2-)质量浓度提升约24.6%;后期采空区水环境演化为弱酸性、厌氧还原条件,微生物降解作用凸显,将SO_(4)^(2-)有一定的“自净”能力。通过调整微生物代谢速率常数,可将SO_(4)^(2-)降解比例提高到61.6%。实际工程场景中可通过补充碳源、人工建立密闭厌氧环境等强化手段实现这一目标。将多场耦合室内试验和数值模拟技术拓展到煤矿采空区积水水质形成与演化规律研究,研究结论可为煤矿区矿井水污染防治提供指导。

矿井积水与破碎煤岩体水-岩相互作用研究

矿井积水与采空区破碎煤岩体的长期相互作用将会导致水质发生变化,并有可能成为污染地下含水层的直接因素。为探究二者相互作用过程中的水质变化规律,试验分析了不同温度,不同风化程度条件下的离子变化规律与内在机理。结果表明:随着温度以及煤岩体风化程度的增加,Na+与K+的释放总量与速度均会表现为正相关的演化规律;Ca^(2+)浓度变化受到溶蚀与沉淀的综合作用结果,表现为先上升后下降的趋势;水体总碱度变化过程可分为初期溶蚀阶段,中期吸附阶段,后期稳定阶段;水体总硬度变化过程可分为初期溶蚀阶段,中期吸附阶段,后期溶蚀阶段;破碎煤岩体净化水体的过程中存在溶蚀、沉淀与吸附的竞争过程,并且具有明显的时效性,对水质具有重要影响。

基于LMIENet图像增强的矿井下低光环境目标检测方法

煤矿井下工作环境复杂,存在人造光源亮度低、粉尘多和水气密度大等不利因素,导致现有的目标检测算法在应用到煤矿井下时,存在提取特征困难、目标识别和定位精度低等问题。提出一种煤矿井下低照度环境目标检测算法,由矿井低光图像增强模块LMIENet和目标检测模块组成,使用图像增强模块对原始图像进行画质提升,恢复各类图像信息,再使用目标检测网络对增强图像进行特定目标检测,有效提高检测的精确度。在图像增强模块中,改进Zero-DCE算法设计轻量级增强参数预测网络,计算像素级增强参数矩阵,用于低光照图像的亮度调整和画质增强,该网络通过设计的非参考损失函数隐性衡量图像的增强效果,引导网络进行无监督学习,使网络能够不依赖配对数据集对原始图像进行自适应的画质增强。目标检测模块中,采用YOLO v8n目标检测模型,其轻量化的模型尺寸和高灵活性可避免模型整体复杂度过高;采用Focal-EIoU Loss改进回归损失函数,有效加速模型收敛并提升模型检测精度。实验结果显示:与经典目标检测算法Faster R–CNN,SSD,RetinaNet,FCOS等相比,提出算法在自建矿井人员数据集上表现出色,低光照环境下目标检测的mAP@0.5达到98.0%,mAP@0.5∶0.95达64.8%,在实验环境中单帧图像推理时间仅11 ms,优于其他对比方法,证明提出算法能够有效实现在煤矿井下低照度复杂环境下的目标检测,且耗时短、计算效率高。

考虑采动效应的闭坑矿井水硫酸盐污染规律

高硫煤矿闭坑后成为埋藏在地表以下深部的产酸污染场,对相邻含水层和周边环境造成了潜在危害,且因采动效应影响和矿井空间分布复杂导致相邻含水层的污染过程与污染程度评价困难。以某闭坑矿区为研究对象,选取SO_(4)^(2-)作为特征污染物,考虑多煤层采动裂隙对含水层结构的破坏影响,运用数值模拟技术对闭坑矿区酸性矿井水中SO_(4)^(2-)污染迁移特征进行研究,并分析流体扩散系数对含水层污染物运移的影响。结果表明:SO_(4)^(2-)在二叠系童子岩组砂岩含水层中水平迁移面积随时间增大而增大,增大速率逐渐减小,垂向渗透系数扩大10倍,空间变异性增强;闭坑5、10、15a后,最大水平迁移距离分别为215、414、612m,最大垂向迁移距离分别达到50、65、70m;而扩散系数越大,产酸时间越长,SO_(4)^(2-)迁移距离和污染范围将随之增大,相较于水平方向,垂向上SO_(4)^(2-)浓度变化对扩散系数的敏感度更高。基于模拟结果,结合闭坑矿区实际条件,针对性提出了“源头减量-过程阻断-末端治理”的综合防控与治理方案。研究结果将为该闭坑煤矿酸性矿井水污染治理与防控提供理论基础,也为其他同类矿井提供科学借鉴。

基于改进YOLOv7的矿井人员检测算法

矿井人员的实时检测是建设智慧矿山必不可少的内容,通过视频监测井下人员,从而实现危险区域预警及联动控制,对于矿井安全生产具有重要意义。现阶段可见光图像识别技术针对井下昏暗环境中人员的辨识还有待完善。针对井下光照不均、煤尘干扰严重导致监控视频存在噪声多、图像模糊等问题,提出一种改进YOLOv7的矿井人员检测算法。首先,针对ELAN模块直接拼接形成通道隔离的问题,提出基于通道重组与特征关注的复杂场景检测方式;其次,针对特征融合结果未侧重预期目标且模型缺乏针对性策略提升小目标检测性能,在颈部多尺度融合网络添加ACmix模块,兼顾全局特征和局部特征,提升了算法对小目标的检测能力;最后,引入Efficient IOU Loss提升算法收敛速度的同时减小目标框及先验框高度和宽度的差值,实现更加精准的定位。通过公开行人数据集及自建矿井人员检测数据集验证表明:该算法较YOLOv7模型相比,检测精度提升了3.1%,达到89.4%;召回率提升了3.8%,达到86.4%;速度提升了15.8%,达到68.8FPS;满足矿井人员实时检测的工作要求。

相空间重构后矿井涌水量序列地质学含义及其应用研究

目的为了确定相空间重构矿井涌水量序列的地质学含义并提高涌水量预测精度,方法以王行庄矿为例,在涌水量序列相空间重构后,对重构后相空间列向量与涌水量主控因素进行相关性分析,并在此基础上建立混沌理论与人工神经网络耦合(Chaos-ENN)的涌水量预测模型。结果结果表明:相空间的嵌入维数等于矿井涌水量主控因素个数;相空间的第1,2,4,5,6列向量分别与C_(2)tL_(7-8)含水层水位埋深、O_(2)m+Є_(3)ch含水层水位埋深、采空区面积、C_(2)tL_(1-4)含水层水位埋深、开拓长度具有较高的相关性,第3列与不易量化的其他综合因素有关;构建的Chaos-ENN涌水量预测模型在王兴庄矿的预测精度达到97.91%。结论涌水量序列重构后相空间的列向量具有明确的地质学含义。利用混沌理论可以量化涌水量预测模型中ENN输入层的个数及取值,所以仅需涌水量序列值就可以建立矿井涌水量预测的Chaos-ENN模型,该模型解决了涌水量预测中存在的主控因素难以确定和不易量化的难题,且预测精度高,具有较高的推广价值。

矿井无线电波防爆安全发射功率研究

5G,5.5G,WiFi6,WiFi7,UWB,ZigBee等矿井移动通信系统及人员和车辆定位系统等发射的大功率无线电波有点燃瓦斯和煤尘的风险。因此,需要合理设置防爆无线电设备发射的无线电波防爆安全功率阈值,限制防爆无线电设备发射的无线电波功率。欧洲标准CLC/TR 50427:2004《Assessment of inadvertent ignition of flammable atmospheres by radio-frequency radiation-Guide》规定了爆炸性气体环境中无线电波防爆安全接收点火功率阈值,但缺少无线电波防爆安全发射功率阈值的内容。国家标准GB/T 3836.1—2021《爆炸性环境第1部分:设备通用要求》和国际标准IEC 60079-0:2017《Explosive atmospheres-Part 0:Equipment-General requirements》虽然有无线电波防爆安全发射功率阈值的相关规定,但错误地将欧洲标准CLC/TR 50427:2004中的无线电波防爆安全接收点火功率阈值修改为无线电波防爆安全发射功率阈值,大大降低了爆炸性环境中无线电设备所能允许的最大发射功率。由于煤矿井下没有能作为接收天线的起重机这类细长结构物体,且现有矿井无线通信及定位系统工作频率均远大于30 MHz,所以,无线电波防爆安全接收点火功率阈值应为8 W,而不是国家标准GB/T 3836.1—2021和国际标准IEC 60079-0:2017规定的无线电波防爆安全发射功率阈值6 W。在发射天线发射的无线电波能量全部被等效天线吸收的最不利于无线电防爆的传输和耦合情况下,无线电设备工作频率为等效天线谐振频率时,接收点火功率达到最大,为等效天线接收的总功率的一半,即发射功率的一半。在实际工程中,无线传输效率和耦合效率均不会为1,因此,无线电波防爆安全发射功率阈值应是无线电波防爆安全接收点火功率阈值2倍以上。煤矿井下无线电波防爆安全接收点火功率阈值为8 W,因此,煤矿井下无线电波防爆安全发射功率阈值应大于16 W。

基于“深地-井下-地面”联动的煤矿矿井水处理利用模式初探

煤矿矿井水的高效低耗处理有助于推动煤炭资源的安全、高效开采。现有矿井水井下处理工艺选择受限、处理量小,地面处理占地面积大、运行成本高,矿井水处理后外排至地表又会产生高额的排水费。本文在总结分析煤矿矿井水处理技术现状基础上,提出了“深地-井下-地面”联动的煤矿矿井水处理利用模式:对矿井涌水通过“井下-地面”协同的方式进行高效低耗处理,处理后的矿井水部分用于矿区生产和矿区居民生活,其余部分则进行深地回灌或外排。首先介绍了该模式的基本原理;然后从水质、水量、水文、地质、地下建筑结构和回灌工程可行性对矿井水回灌工程的适用性进行评估和分析;最后介绍了不同水质矿井水处理技术和“井下-地面”协同处理技术体系,尤其针对回灌含水层选择、回灌施工作业、回灌试验、回灌水质模拟、回灌安全性分析等进行总结。

煤矿矿井水资源化绿色短流程关键技术与装备

煤炭是我国重要的工业原料,与我国经济发展关系密切。煤炭开采过程中会产生大量矿井水,是重要的非常规水资源,需妥善处理。然而现有矿井水处理技术普遍存在占地大、流程长、需加药、运行维护复杂和出水水质不稳定等问题,为缩短处理流程、提高处理效率和保证出水水质,亟需研发新的关键技术与装备。采用聚瓷膜直滤技术处理矿井水,通过对膜通量、膜比通量、运行压力和循环流量等条件的对比分析,确定最佳运行参数为:运行压力0.2 MPa,循环流量18 m3/h,处理过程无需加药,出水悬浮物质量浓度稳定<1 mg/L,浊度稳定<1 NTU。采用广泛应用的膜堵塞模型来探讨膜污染机制,膜污染分析结果表明,膜污堵主要以滤饼层污堵为主,并伴随中间污堵,具体表现为膜的表面污染和膜孔的堵塞。通过水力反洗及时清除膜表面污染,最佳反洗时间为60 s,通量恢复率为85.12%;通过定时化学清洗清除膜孔污堵,用复配制剂清洗3 h,通量恢复率可达95%以上。工程案例表明,聚瓷膜直滤可直接取代“混凝沉淀-过滤-超滤”(一代三),且已连续稳定运行2 a,满足设计产水量要求,系统回收率均在90%以上,处理后水质达到GB 3838—2002地表水环境质量III类24种标准限值要求,且自动化程度高,可无人值守,实现了矿井水资源化利用绿色短流程、节能高效和智能化新要求,可为该技术大规模推广应用提供技术参考。

基于数字孪生和深度强化学习的矿井超前液压支架自适应抗冲支护方法

受深部开采冲击地压等地质灾害扰动的影响,存在矿井超前支护系统自感知能力差、智能抗冲自适应能力弱、缺乏决策控制能力等问题。针对上述问题,提出了一种基于数字孪生和深度强化学习的矿井超前液压支架自适应抗冲支护方法。通过多源传感器感知巷道环境和超前液压支架支护状态,在虚拟世界中创建物理实体的数字孪生模型,其中物理模型精确展现超前液压支架的结构特征和细节,控制模型实现超前液压支架的自适应控制,机理模型实现对超前液压支架自适应支护的逻辑描述和机理解释,数据模型存储超前液压支架实体运行数据和孪生数据,仿真模型完成超前液压支架立柱仿真以实现超前液压支架与数字孪生模型虚实交互。根据基于深度Q网络(DQN)的超前液压支架自适应抗冲决策算法,对仿真环境中巷道抗冲支护进行智能决策,并依据决策结果对物理实体和数字孪生模型下达调控指令,实现超前液压支架智能控制。实验结果表明:立柱位移与压力变化一致,说明超前液压支架立柱仿真模型设计合理,从而验证了数字孪生模型的准确性;基于DQN的矿井超前液压支架自适应抗冲决策算法可通过调节液压支架控制器PID参数,自适应调控立柱压力,提升巷道安全等级,实现超前液压支架自适应抗冲支护。

基于HSV空间的煤矿井下低光照图像增强方法

针对煤矿井下采集到的图像对比度低、光照不均和细节信息弱等问题,提出一种基于色相-饱和度-明度(Hue-Saturation-Value,HSV)颜色空间的煤矿井下低光照图像增强方法。该方法基于图像的HSV空间,通过对低光照图像的亮度通道V通道的主要结构和边缘细节分别进行对比度增强,这样可以更好地抑制图像细节丢失,同时可以较好地再现原图中的轮廓和纹理细节。首先,将输入的煤矿井下低光照图像转换到HSV空间,利用相对全变分滤波(RTV)与改进的边窗滤波(SWF),分别对提取的V通道图像进行主要结构提取和轮廓边缘保留,对其非线性灰度拉伸后利用主成分分析融合技术(PCA)重构V通道图像,即融合V通道图像的主要结构和精细结构,最后合成图像,完成图像增强。通过实验验证,提出的基于HSV空间的煤矿井下低光照图像增强方法,在色彩和边缘模糊处理等方面表现良好,在煤矿井下工作面等环境中,对图像进行定量和定性实验,结果表明,与6种方法相比,增强图像的对比度、自然度和图像细节方面表现更好。