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Effects of thermal treatment on physical and mechanical characteristics of coal rock 被引量:16
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作者 YIN Tu-bing WANG Pin +2 位作者 LI Xi-bing SHU Rong-hua YE Zhou-yuan 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第9期2336-2345,共10页
To study the physical and mechanical properties of coal rock after treatment at different temperatures under impact loading, dynamic compression experiments were conducted by using a split Hopkinson pressure bar(SHPB)... To study the physical and mechanical properties of coal rock after treatment at different temperatures under impact loading, dynamic compression experiments were conducted by using a split Hopkinson pressure bar(SHPB). The stress–strain curves of specimens under impact loading were obtained, and then four indexes affected by temperature were analyzed in the experiment: the longitudinal wave velocity, elastic modulus, peak stress and peak strain. Among these indexes, the elastic modulus was utilized to express the specimens' damage characteristics. The results show that the stress–strain curves under impact loading lack the stage of micro-fissure closure and the slope of the elastic deformation stage is higher than that under static loading. Due to the dynamic loading effect, the peak stress increases while peak strain decreases. The dynamic mechanical properties of coal rock show obvious temperature effects. The longitudinal wave velocity, elastic modulus and peak stress all decrease to different extents with increasing temperature, while the peak strain increases continuously. During the whole heating process, the thermal damage value continues to increase linearly, which indicates that the internal structure of coal rock is gradually damaged by high temperature. 展开更多
关键词 rock mechanical property split Hopkinson pressure bar (SHPB) high temperature coal rock dynamic mechanical property
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Effects of water intrusion and loading rate on mechanical properties of and crack propagation in coal–rock combinations 被引量:12
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作者 陈田 姚强岭 +4 位作者 卫斐 种照辉 周健 王常彬 李静 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第2期423-431,共9页
Tackling the problems of underground water storage in collieries in arid regions requires knowledge of the effect of water intrusion and loading rate on the mechanical properties of and crack development in coal–rock... Tackling the problems of underground water storage in collieries in arid regions requires knowledge of the effect of water intrusion and loading rate on the mechanical properties of and crack development in coal–rock combinations. Fifty-four coal–rock combinations were prepared and split equally into groups containing different moisture contents(dry, natural moisture and saturated) to conduct acoustic emission testing under uniaxial compression with loading rates ranging from 0.1 mm/min to 0.6 mm/min. The results show that the peak stress and strength-softening modulus, elastic modulus, strain-softening modulus, and post-peak modulus partly decrease with increasing moisture content and loading rate. In contrast, peak strain increases with increasing moisture content and fluctuates with rising loading rate. More significantly, the relationship between stiffness and stress, combined with accumulated counts of acoustic emission, can be used to precisely predict all phases of crack propagation. This is helpful in studying the impact of moisture content and loading rate on crack propagation and accurately calculating mechanical properties. We also determined that the stress thresholds of crack closure, crack initiation, and crack damage do not vary with changes of moisture content and loading rate, constituting 15.22%, 32.20%, and 80.98% of peak stress, respectively. These outcomes assist in developing approaches to water storage in coal mines, determining the necessary width of waterproof coal–rock pillars, and methods of supporting water-enriched roadways, while also advances understanding the mechanical properties of coal–rock combinations and laws of crack propagation. 展开更多
关键词 water intrusion loading rate mechanical properties coal-rock combination crack propagation stress threshold
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煤储层流体特征、聚气主控因素及富气模式--以鄂尔多斯盆地中东部上古生界为例 被引量:3
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作者 陈世达 汤达祯 +7 位作者 侯伟 黄道军 李永洲 虎建玲 许浩 陶树 李松 唐淑玲 《石油勘探与开发》 北大核心 2025年第2期385-394,共10页
基于鄂尔多斯盆地中东部探井上古生界岩心的测试化验资料,结合构造、埋深及流体地球化学分析,揭示煤储层流体特征、聚气主控因素及富气模式。研究表明:①1500~1800 m深度段为中浅层开放型流体系统和深层封闭型流体系统的转换深度带,150... 基于鄂尔多斯盆地中东部探井上古生界岩心的测试化验资料,结合构造、埋深及流体地球化学分析,揭示煤储层流体特征、聚气主控因素及富气模式。研究表明:①1500~1800 m深度段为中浅层开放型流体系统和深层封闭型流体系统的转换深度带,1500 m以浅水侵改造强度大,储层压力梯度分布离散,甲烷气存在不同程度的次生生物成因气混入,整体呈富含水、吸附气欠饱和特征;1800 m以深呈现出极低渗储层自封闭特征,水动力侧向封堵和致密盖层围限共同作用形成封闭型流体系统,系统内地表径流入渗微弱,流体次生改造程度低,压力梯度相对统一,大部分层段吸附气含气饱和度超过100%,游离气含量主要为1~8 m^(3)/t,个别层段可超过10 m^(3)/t;②在深部地层温压环境约束下,煤储层聚气能力受控于煤岩煤质、储盖组合和构造位置主导的储集性、润湿性和封闭性,高变质程度、低灰分产率煤和灰岩、泥岩盖层等多因素叠合区聚气优势明显,正向构造高点和宽缓负向构造低点是有利的富气场所,两翼陡坡含气量相对较低。研究成果有助于深化煤储层聚气机理认识,可为深部资源精准选区评价和适应性增产技术创新发展提供有效参数依据。 展开更多
关键词 煤岩气 煤层气 流体系统 封闭性 吸附气 游离气 上古生界 鄂尔多斯盆地
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四川盆地大安区块深层煤岩气储层特征及勘探潜力 被引量:2
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作者 王高成 田文广 +4 位作者 章超 姜振学 牛伟 田禾丰 顾小敏 《天然气工业》 北大核心 2025年第3期68-81,共14页
近期,四川盆地深层煤岩气测试获得高产工业气流,取得煤岩气勘探重大突破,展示出良好的勘探开发前景。为了深入探索该盆地大安区块龙潭组深层煤岩气的勘探潜力,系统开展了该区块龙潭组主力煤层煤岩煤质、储层物性和含气性测试分析,明确... 近期,四川盆地深层煤岩气测试获得高产工业气流,取得煤岩气勘探重大突破,展示出良好的勘探开发前景。为了深入探索该盆地大安区块龙潭组深层煤岩气的勘探潜力,系统开展了该区块龙潭组主力煤层煤岩煤质、储层物性和含气性测试分析,明确了深层煤储层微观孔隙结构等对煤岩气赋存的影响,初步讨论了深层煤岩气的勘探潜力。研究结果表明:(1)研究区龙潭组煤层埋深为2000~3500m,龙潭组19号煤层是主力煤层,其煤岩最大镜质体反射率为2.36%~2.89%,镜质组含量为48.4%~78.26%,灰分产率为10.86%~40.57%,煤体结构以原生结构为主;(2)煤岩孔隙结构非均质性强,有机质孔发育,以微孔发育为主,微孔的平均孔体积和平均比表面积占比分别为76.87%和98.28%;(3)煤岩具备较高的吸附能力,平均兰氏体积为23.28 m^(3)/t,平均兰氏压力为2.29 MPa,储层原位平均理论吸附量为18.68 m^(3)/t,实测平均含气量为21.76m^(3)/t,平均游离气占比13.47%。结论认为:(1)研究区煤岩微孔为煤岩气吸附提供点位,吸附气量随微孔发育呈现增大的趋势;(2)深埋藏条件下,优质煤储层为游离气的富集提供了良好的赋存空间,使该区深层煤岩气具备“高含气、富含游离气”的赋存特征;(3)大安地区龙潭组煤岩气资源量约0.34×10^(12)m^(3),勘探开发潜力巨大。 展开更多
关键词 四川盆地 上二叠统龙潭组 深层煤岩气 储层物性 含气性 吸附性 勘探潜力
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不同应力状态及应变率下组合煤岩体力学特性及能量演化规律
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作者 马智会 马智勇 +1 位作者 潘荣锟 崔峰 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第5期102-113,共12页
深部煤岩体应力环境复杂多变,为进一步揭示动载荷诱发冲击地压的发生机制,采用岩-煤-岩结构试样,利用改进后SHPB试验系统,开展不同应力状态(无轴压及围压、一维动静组合、三维动静组合)及应变率(49.3~137.9 s^(-1))下冲击试验,研究组合... 深部煤岩体应力环境复杂多变,为进一步揭示动载荷诱发冲击地压的发生机制,采用岩-煤-岩结构试样,利用改进后SHPB试验系统,开展不同应力状态(无轴压及围压、一维动静组合、三维动静组合)及应变率(49.3~137.9 s^(-1))下冲击试验,研究组合煤岩体试样的强度、变形、破坏特征及能量演化规律。结果表明:无轴压及围压、一维动静组合下组合体试样应力应变曲线峰后存在应力回弹及应变软化2种类型,三维动静组合下都存在应力回弹现象。3种应力状态下试样峰值强度大致随应变率的增加而增加,表现出明显的率相关性。3种应力状态下,都是反射能占入射能的比例最高,透射能占入射能的比例最低;三维动静组合下,反射能占入射能的比例低于其他2种应力状态;当应变率低于123 s^(-1),能量利用率、耗散能随应变率增加而逐渐增加,耗散能密度随入射能的增加而增加。试样破坏形式表现出明显的率相关性,随着应变率的增加,煤、砂岩碎块尺寸也逐渐变小。无轴压及围压、一维动静组合下试样首先在煤岩界面发生破坏,煤、砂岩产生较多小尺寸碎块是由于峰后二次裂纹造成的。三维动静组合下单次冲击后煤岩体破裂不明显。 展开更多
关键词 动静加载 组合煤岩体 力学特性 能量演化 岩石动力学
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超低摩擦型冲击地压前兆特征及煤岩界面属性影响研究
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作者 胡学锦 李利萍 +1 位作者 潘一山 唐巨鹏 《力学学报》 北大核心 2025年第5期1117-1130,共14页
超低摩擦效应易使煤岩界面处发生侧向滑移,诱发严重的冲击地压事故.为了揭示超低摩擦效应诱发冲击地压机理,以煤岩组合结构为研究对象,采用自行研制的超低摩擦试验装置,应用高速相机及声发射等监测设备,基于实验室角度复现了静、动载组... 超低摩擦效应易使煤岩界面处发生侧向滑移,诱发严重的冲击地压事故.为了揭示超低摩擦效应诱发冲击地压机理,以煤岩组合结构为研究对象,采用自行研制的超低摩擦试验装置,应用高速相机及声发射等监测设备,基于实验室角度复现了静、动载组合扰动下煤层断裂及超低摩擦滑移失稳诱发冲击地压过程.并以煤岩界面粗糙度、夹层含水率和夹层厚度为变量,应力、位移和声发射信号为分析指标,研究了煤岩及巷道动态破坏特征.结果表明:(1)超低摩擦型冲击地压发生过程呈现初始、预滑移、动滑移和滑移终止4个阶段性变化特征,其中,预滑移阶段是煤层临近断裂与滑移前的微小滑动阶段,预示着煤岩体已进入不稳定阶段;动滑移阶段是煤层发生断裂后的剧烈滑动,伴随着较大能量释放和明显的超低摩擦现象;(2)煤岩界面属性对超低摩擦型冲击地压具有重要影响,煤岩界面粗糙度越小,或夹层含水率越大,或夹层厚度越大,煤层滑移启动水平应力临界值越小,煤层滑移量越大,巷道挤压破坏越严重,超低摩擦型冲击地压强度越大;(3)不同煤岩界面属性下,预滑移时间具有明显规律性变化特征,可作为超低摩擦型冲击地压事故滑移预警时间指标;(4)根据声发射前兆信号,给出了超低摩擦型冲击地压风险预测方法,并将超低摩擦型冲击地压风险划分为:无、低和高风险区.研究结果对冲击地压的预测和防治具有重要意义. 展开更多
关键词 超低摩擦效应 冲击地压 预滑移 动滑移 滑移预警 煤岩界面属性
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裂隙煤岩组合结构渐近破坏行为及应力演化特征
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作者 王凯 张翔 +5 位作者 杜锋 鞠杨 李康楠 孙加智 王乙桥 左晓欢 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期432-451,共20页
结构弱面对于岩(煤)体力学性能具有显著影响。在地质构造作用或开采活动的影响下,深部矿井中普遍存在含宏观裂隙的煤岩组合结构形式的围岩。因此,研究裂隙煤岩组合结构试样的力学性能对于深部井巷围岩控制以及煤岩动力灾害防治具有重要... 结构弱面对于岩(煤)体力学性能具有显著影响。在地质构造作用或开采活动的影响下,深部矿井中普遍存在含宏观裂隙的煤岩组合结构形式的围岩。因此,研究裂隙煤岩组合结构试样的力学性能对于深部井巷围岩控制以及煤岩动力灾害防治具有重要意义。研究对比分析了不同裂隙位置和裂隙角度对裂隙煤岩组合结构试样力学特性演变及渐近破坏特征的影响;进一步建立了裂隙煤岩组合结构的离散元模型,分析了裂隙位置与角度变化下的模型应力场演化、裂纹萌生扩展-特征应力值动态演变关系;最后,结合裂隙尖端应力场理论和界面约束效应理论,探讨了裂隙组合结构试样的力学机制。结果表明:裂隙主要作用于结构内的煤体,导致煤岩组合结构试样的强度和变形能力显著降低。试样的裂纹闭合应力、屈服应力、峰值应力、初始变形模量和弹性模量均随裂隙角度的增加而呈指数上升趋势。界面裂隙导致组合结构试样的损伤启动提前,屈服阶段的声发射计数在整个加载过程中占比较高。当裂隙角度靠近水平时,试样在达到峰值应力前裂纹扩展较快,累计损伤程度更大。不同试样的应变集中带均倾向于向煤体内传播,最终导致单材料或跨界面的宏观拉伸裂纹形成。研究还确定了力链场和应力场的特征区域分布,发现裂隙角度的变化会造成特征区域的偏转,其对界面约束效应产生显著影响。裂隙显著改变了常规煤岩组合结构中煤、岩体的极限强度分布。 展开更多
关键词 裂隙 煤岩组合结构 应变场 力学特性 应力演化
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不同浸泡时间下煤岩组合体破坏特征点能量演化机制
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作者 王成 李洋 +3 位作者 刘江斌 张仲杰 于永江 刘佳铭 《辽宁工程技术大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期265-272,共8页
为探究煤岩组合体在不同浸泡时间下变形破坏过程中特征点处的能量演化机制,针对某矿煤岩体开展了不同浸泡时间下单轴压缩试验,研究表明:随着煤岩组合体浸泡时间的增加,弹性模量、抗压强度、脆性指数与浸泡时间呈负相关,峰值应变与浸泡... 为探究煤岩组合体在不同浸泡时间下变形破坏过程中特征点处的能量演化机制,针对某矿煤岩体开展了不同浸泡时间下单轴压缩试验,研究表明:随着煤岩组合体浸泡时间的增加,弹性模量、抗压强度、脆性指数与浸泡时间呈负相关,峰值应变与浸泡时间呈正相关。基于能量计算原理可知,随着浸泡时间的延长,煤岩组合体在线弹性起始点处的弹性应变能占比逐渐增大,在微裂纹形成和孔隙闭合过程中的耗散能占比较低;在峰值应力处,储存弹性应变能与吸收总应变能的能力越弱,耗散能占比反而越高,表明其能量耗散越显著;在峰后完全破坏处,吸收的总应变能呈下降趋势,表明其吸收外界能量的能力在逐渐降低。进一步探究了煤岩组合体冲击倾向性演化规律,当组合体浸泡时间增至21 d时,能量冲击指数I_(ACF)与改进的脆性指数I_(BIM)逐渐降低,但当浸泡时间增至28 d时,即试样达到饱和状态,I_(ACF)与I_(BIM)反而呈上升趋势。研究成果为煤岩矿柱水害预测评价与岩石力学评估提供参考。 展开更多
关键词 煤岩组合体 浸泡时间 能量演化 力学特性 半轴压缩实验 能量耗散
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基于探地雷达与PSO−BP神经网络的煤岩界面预测研究
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作者 张和江 张义平 +2 位作者 侯晨锋 王缪斯 周利治 《工矿自动化》 北大核心 2025年第8期80-87,共8页
针对探地雷达在煤岩界面预测应用中精度不足的问题,利用粒子群优化(PSO)算法对BP神经网络进行优化,构建了基于探地雷达与PSO−BP神经网络的煤岩界面预测模型。采用探地雷达单侧反射法探测煤岩界面,总结不同情况下的雷达图像响应特征,从... 针对探地雷达在煤岩界面预测应用中精度不足的问题,利用粒子群优化(PSO)算法对BP神经网络进行优化,构建了基于探地雷达与PSO−BP神经网络的煤岩界面预测模型。采用探地雷达单侧反射法探测煤岩界面,总结不同情况下的雷达图像响应特征,从而确定煤岩界面特征参数:煤占比、响应位置振幅、煤响应位置振幅平均值、振幅衰减值、反射波所用双程走时、电磁波波速和煤介电常数;根据选择的特征参数开展介电常数测试和模拟煤岩界面识别实验,获取实测样本数据;采用PSO算法对BP神经网络权值与阈值进行优化,得到最优模型;将煤岩界面特征参数输入PSO−BP神经网络模型,实现煤岩界面预测。实验结果表明:与GA−BP和BP神经网络模型相比,PSO−BP模型的均方误差(MSE)分别下降了22.14%和45.54%,平均绝对百分比误差(MAPE)分别下降了22.22%和46.15%,平均绝对误差(MAE)分别下降了31.58%和55.68%,PSO−BP在预测精度、误差控制能力和数据拟合效果上均具有显著优势,预测煤岩界面位置更贴近实际位置,稳定性更好。 展开更多
关键词 煤岩界面识别 探地雷达 BP神经网络 粒子群优化算法 PSO−BP神经网络 特征参数
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智能放煤理论与技术研究进展 被引量:7
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作者 王家臣 杨胜利 +2 位作者 李良晖 张锦旺 魏炜杰 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第9期1-12,共12页
综放开采技术是厚及特厚煤层开采的有效方法,已成为我国在世界煤炭开采行业的标志性技术。综述了“四要素”放煤理论、顶煤采出率与含矸率关系、基于块度分布的采出率预测模型、煤流瞬时含矸率-累计含矸率关系等智能放煤理论研究进展。... 综放开采技术是厚及特厚煤层开采的有效方法,已成为我国在世界煤炭开采行业的标志性技术。综述了“四要素”放煤理论、顶煤采出率与含矸率关系、基于块度分布的采出率预测模型、煤流瞬时含矸率-累计含矸率关系等智能放煤理论研究进展。分析了智能放煤技术难点,指出含矸率是影响顶煤采出率和煤质的关键因素,放煤过程中含矸率的快速、准确计算是智能放煤技术突破的重点和关键。将智能放煤技术分为非图像识别智能放煤技术和图像识别智能放煤技术2类,对不同技术的研究进展、优缺点及使用条件进行了详细分析。非图像识别智能放煤技术包括记忆放煤技术、声音振动信号识别技术、γ射线探测技术、探地雷达技术、微波照射+红外探测技术、激光扫描放煤量监测技术等,图像识别智能放煤技术包括井下照度环境精准控制、放煤图像去尘算法、含矸率计算精度保障策略、煤岩红外图像识别等。 展开更多
关键词 综放开采 智能放煤 “四要素”放煤理论 含矸率 图像识别 非图像识别
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基于改进U-net的少样本煤岩界面图像分割方法 被引量:4
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作者 卢才武 宋义良 +3 位作者 江松 章赛 王懋 纪凡 《金属矿山》 CAS 北大核心 2024年第1期149-157,共9页
煤岩图像语义分割技术是煤岩界面识别的重要研究方向,现有的语义分割模型通常依赖于大样本数据集进行训练,然而目前已标注的煤岩图像数据样本难以获取,并且缺乏公开数据集。针对以上问题,提出了一种基于改进U-net模型的样本煤岩界面图... 煤岩图像语义分割技术是煤岩界面识别的重要研究方向,现有的语义分割模型通常依赖于大样本数据集进行训练,然而目前已标注的煤岩图像数据样本难以获取,并且缺乏公开数据集。针对以上问题,提出了一种基于改进U-net模型的样本煤岩界面图像分割模型。将裁剪后具有更强特征提取能力且结构上更为简单的VGG16替换U-net的原始骨干特征提取网络,提升对图像信息的特征提取能力并获得更快的训练速度,在U-net网络的跳跃连接和解码器上采样部分引入注意力机制模块,对提取的特征层进行处理,提升模型对煤岩界面图像关键特征的提取能力,提高分割精度。使用迁移学习方法对改进的模型进行预训练,提高模型泛化能力同时避免过拟合,使模型更适用于小样本数据集训练。通过使用自制的煤岩界面数据集对所改进的网络模型性能进行验证,并将该模型与经典Unet、DeepLabv3+、PspNet、HrNet网络模型进行了对比。试验结果表明:在同样使用由125幅煤岩界面图片构建的小样本数据集进行训练的情况下,所提改进模型相较于经典U-net模型在分割精确度和检测效率方面都有显著提升,模型精确度提高了1.84%,平均交并比提高了5.34%,类别平均像素准确率提高了0.48%,检测速度增幅为5.3%。同时,与其他网络模型相比,所提改进模型在小样本煤岩界面图像的语义分割中优势显著,表明所提改进思路的有效性。 展开更多
关键词 煤岩识别 语义分割 少样本学习 U-net 深度学习 机器视觉技术
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基于改进门控循环神经网络的采煤机滚筒调高量预测 被引量:4
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作者 齐爱玲 王雨 马宏伟 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第2期116-123,共8页
采煤机自适应截割技术是实现综采工作面智能化开采的关键技术。针对采煤机在复杂煤层下自动截割精度较低的问题,提出了一种基于改进门控循环神经网络(GRU)的采煤机滚筒调高量预测方法。鉴于截割轨迹纵向及横向相邻数据之间的相关性,采... 采煤机自适应截割技术是实现综采工作面智能化开采的关键技术。针对采煤机在复杂煤层下自动截割精度较低的问题,提出了一种基于改进门控循环神经网络(GRU)的采煤机滚筒调高量预测方法。鉴于截割轨迹纵向及横向相邻数据之间的相关性,采用定长滑动时间窗法对获取的采煤机滚筒高度数据进行预处理,将输入数据划分为连续、大小可调的子序列,同时处理横向、纵向的特征信息。为提高模型预测效率,满足循环截割的实时性要求,提出了一种用因果卷积改进的门控循环神经网络(CC-GRU),对输入数据进行双重特征提取和双重数据过滤。CC-GRU利用因果卷积提前聚焦序列纵向的局部时间特征,以减少计算成本,提高运算速度;利用门控机制对卷积得到的特征进行序列化建模,以捕捉元素之间的长期依赖关系。实验结果表明,采用CC-GRU模型对采煤机滚筒调高量进行预测,平均绝对误差(MAE)为43.80 mm,平均绝对百分比误差(MAPE)为1.90%,均方根误差(RMSE)为50.35 mm,决定系数为0.65,预测时间仅为0.17 s;相比于长短时记忆(LSTM)神经网络、GRU、时域卷积网络(TCN),CC-GRU模型的预测速度较快且预测精度较高,能够更准确地对采煤机调高轨迹进行实时预测,为工作面煤层模型的建立和采煤机调高轨迹的预测提供了依据。 展开更多
关键词 采煤机 滚筒调高 煤岩识别 深度学习 门控循环神经网络 因果卷积
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煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出事故自动发现与报警方法研究 被引量:7
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作者 孙继平 程继杰 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第5期1-5,13,共6页
煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出自动感知报警方法是及时发现事故并应急救援,减少人员伤亡,避免或减少瓦斯和煤尘爆炸等次生事故发生,遏制事故迟报、漏报和瞒报的有效措施。煤矿冲击地压事故感知难,目前还没有煤矿冲击地压事故自动发现和报... 煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出自动感知报警方法是及时发现事故并应急救援,减少人员伤亡,避免或减少瓦斯和煤尘爆炸等次生事故发生,遏制事故迟报、漏报和瞒报的有效措施。煤矿冲击地压事故感知难,目前还没有煤矿冲击地压事故自动发现和报警方法,煤矿冲击地压事故主要靠人工发现。目前仅有基于甲烷、风速和风向传感器的煤与瓦斯突出自动报警方法,但存在响应速度慢、甲烷传感器损毁前监测不到甲烷浓度大幅升高等问题。提出了煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法:根据煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出温度、颜色、深度、掩埋等图像特征,识别煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出;再根据巷道空间和采掘工作面的甲烷浓度变化,区分冲击地压和煤与瓦斯突出,如果甲烷浓度大面积迅速升高,则判定为煤与瓦斯突出,否则判定为冲击地压。该方法具有直观、响应速度快、非接触、监测范围广、简单可靠等优点,可直观地记录煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出真实情况;当煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出事故报警后,调度室值班人员可以通过录像,立即确认事故,及时进行应急救援。提出了减少煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出抛出的煤岩对图像感知影响的方法:摄像机多点布置,摄像机设置在较高位置,视频数据及时传输,甲烷传感器多点布置等。 展开更多
关键词 冲击地压 煤与瓦斯突出 煤矿事故感知 灾害报警 图像识别
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长期浸润状态下煤岩损伤机制研究 被引量:1
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作者 张慧梅 夏浩峻 +4 位作者 张嘉凡 杨更社 袁超 申艳军 路亚妮 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1206-1214,共9页
富水状态下煤岩力学性能的持续劣化是导致煤矿水害的重要原因,为探究长期浸润作用下煤岩的渐进损伤特征,以神木地区弱黏煤为研究对象,首先以无压力水浸泡的方式模拟煤岩的长期浸润(15,30,60,120,240 d);然后对干燥及浸润试样进行渐进破... 富水状态下煤岩力学性能的持续劣化是导致煤矿水害的重要原因,为探究长期浸润作用下煤岩的渐进损伤特征,以神木地区弱黏煤为研究对象,首先以无压力水浸泡的方式模拟煤岩的长期浸润(15,30,60,120,240 d);然后对干燥及浸润试样进行渐进破坏试验,辅以声发射(AE)监测,定量分析煤岩的软化特性;最后利用扫描电镜(SEM)和核磁共振(NMR)研究不同浸润时长下煤岩孔隙结构的劣化规律。研究表明:(1)煤岩饱和度随浸润时长的增加而增加,增加速度先快后慢,最后达到稳定。(2)随饱和度的增加,煤岩力学性能劣化;饱和后,随浸润时长的持续增加,煤岩力学性能仍持续劣化,表现为抗压强度、弹性模量的减小和累计振铃数的增加;(3)干燥处理后,原状煤岩表面干燥收缩,浸水后吸水膨胀,随着浸润时间的增加,小孔隙逐渐增多,孔隙结构趋于复杂。研究结果可为浸水煤岩失稳破坏问题提供有益参考。 展开更多
关键词 煤岩 浸润时长 力学特性 多尺度 损伤机制
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基于煤岩界面识别的采煤机智能调高控制方法研究 被引量:1
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作者 刘送永 程诚 +3 位作者 吴洪状 崔玉明 孟德远 司垒 《煤炭科学技术》 CSCD 北大核心 2024年第S2期186-200,共15页
煤岩界面识别及采煤机自动调高作为采煤机智能化的关键技术,是实现采煤工作面的智能化、无人化的重点和难点。实际工作中,多采用人工观测或多种方法结合进行煤岩界面的识别,采煤机通过记忆截割方式和比例-积分-微分(PID)控制等方法进行... 煤岩界面识别及采煤机自动调高作为采煤机智能化的关键技术,是实现采煤工作面的智能化、无人化的重点和难点。实际工作中,多采用人工观测或多种方法结合进行煤岩界面的识别,采煤机通过记忆截割方式和比例-积分-微分(PID)控制等方法进行调高控制,无法适应煤层的复杂变化,且控制算法精度有限。针对采煤机的智能化调高作业问题,设计采煤机自动调高控制系统方案,利用低频脉冲-超宽带(IR-UWB)雷达,采用基于斜投影算子的类最大似然(OPMLL)信号定位方法进行煤岩界面识别,将信号协方差矩阵依次投影到各信号子空间中,得到包含若干单个信号信息的协方差矩阵,进而使用最大似然估计法(ML)进行往返时间延迟估计,并采用迭代方法提高估计精度,获得煤岩界面轨迹;考虑采煤工艺要求、设备限制等具体工况要求,以最大回采率为优化目标,基于有约束优化算法,进行截割轨迹优化;基于采煤机运动学和状态空间模型,采用基于神经网络观测器的间接自适应规定性能控制(NOIAPPC)方法,使用径向基神经网络(RBFNNs)估计系统未知非线性函数,通过二阶滤波器估计反步控制设计中每步的虚拟控制律导数,并使用一种新的神经滑模观测器用于在线估计系统状态变量,只需要已知系统输出,通过调节控制器参数,可使系统瞬态和稳态误差被限制在给定范围内,从而实现采煤机自动调高控制。最后,通过试验验证所提方法的有效性和优越性,为采煤机智能化提供技术支撑。试验结果表明,摇臂转角轨迹跟踪误差百分比约不超过8.2%,截割轨迹最大高度误差约不超过0.01m。 展开更多
关键词 采煤机 煤岩界面识别 轨迹优化 智能调高 现代控制理论
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基于红外热像和振动信号的煤岩识别实验研究 被引量:2
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作者 刘治翔 孙战 +1 位作者 尹家阔 邹康 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第4期78-83,152,共7页
针对现有煤岩识别技术存在的难以实际应用、易受信号干扰、成本高和实现复杂等问题,通过理论分析煤岩截割产热与煤岩硬度的关系,证明通过红外热像获取的截割温度变化来进行煤岩识别的合理性;搭建了掘进机截齿截割煤岩试验台,对不同硬度... 针对现有煤岩识别技术存在的难以实际应用、易受信号干扰、成本高和实现复杂等问题,通过理论分析煤岩截割产热与煤岩硬度的关系,证明通过红外热像获取的截割温度变化来进行煤岩识别的合理性;搭建了掘进机截齿截割煤岩试验台,对不同硬度的普通煤层、煤岩交界处及中砂岩层进行长时间截割试验,通过红外热像仪和振动传感器分别获取截割温度和截割头振动信号并分析其变化规律。研究结果表明:①随着截割时间增加,截割温度逐渐升高;煤岩硬度越高,截割温度越高,且截割温度上升速率越快;在截割起始阶段无法通过截割温度识别煤岩,但在稳定截割时可根据截割温度特性识别煤岩。②截割头振动强度随着煤岩硬度增大而变大,但不随截割时间增加而产生明显变化,因此可弥补在截割起始阶段无法通过截割温度识别煤岩的不足。③通过单一截割温度或振动强度不能对煤岩进行准确识别,因此可在截割起始阶段和频繁出现闪温时通过振动强度来识别煤岩,而在截割稳定阶段通过红外热像获取的温度来识别煤岩。 展开更多
关键词 煤岩识别 红外热像 截割温度 振动强度
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基于MRU-Net++的极薄煤层综采面煤岩界面图像识别 被引量:2
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作者 张传伟 何正伟 +4 位作者 路正雄 李林岳 龚凌霄 张刚强 潘巧娜 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期103-116,共14页
煤岩识别是极薄煤层综采工作面实现智能化开采的核心技术之一。针对极薄煤层开采时煤岩分界线自然裸露在外的特殊情况,提出了一种基于MRU-Net++网络的极薄煤层煤岩图像识别方法。该网络以U-Net++为基础,通过“剪枝”技术对U-Net++结构... 煤岩识别是极薄煤层综采工作面实现智能化开采的核心技术之一。针对极薄煤层开采时煤岩分界线自然裸露在外的特殊情况,提出了一种基于MRU-Net++网络的极薄煤层煤岩图像识别方法。该网络以U-Net++为基础,通过“剪枝”技术对U-Net++结构进行优化,在U-Net++网络性能损失最小的同时减少其复杂度,以提高运算速度;采用MobileNetV2轻量化网络,构建一个基于MobileNetV2的核心骨干网络,替代U-Net++原有的网络架构,显著降低了模型的参数数量,提高了模型分割效率;同时引入含有通道注意力机制的ResNeSt模块来增强对煤岩图像边缘细节特征的提取能力,提高分割精度。利用液压支架上的防爆摄像仪采集极薄煤层综采工作面煤岩图像,获取具有煤岩分布信息的高清煤岩图像并对图像进行预处理,创建含有2 536个样本的极薄煤层综采面煤岩图像数据集。设置消融试验,验证改进部分对网络性能的影响,并将该模型与经典FCN、U-Net、U-Net++网络模型进行对比,利用自适应学习算法训练各网络模型,选择像素准确度(Pixel Accuracy, P_(A))、交并比(Intersection over Union, IOU)及测试时间等关键指标评估模型分割效果。结果显示,MRU-Net++网络模型的平均像素准确度P_(AM)和交并比I_(OUM)分别为97.15%和94.16%,模型占用内存25.71 M,每张图像的平均测试时间28.61 ms,充分证明了该方法在极薄煤层特殊环境下进行煤岩识别任务的可行性与有效性。 展开更多
关键词 极薄煤层 煤岩识别 语义分割 U-Net++网络模型 深度学习
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层状复合夹煤岩石组合体试样强度试验与破坏特征研究 被引量:1
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作者 石建军 贾明琦 +5 位作者 冯吉成 苏士杰 张建伟 闻志雄 吉志海 牛格轩 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2024年第4期9-14,共6页
针对巷道复合夹煤组合结构顶板易冒落问题,以某矿取芯和钻孔窥视探测获得的巷道层状复合夹煤顶板结构组合类型为实验背景,对砂质泥岩、中砂岩以及煤厚度为20、30、40 mm不同结构组合类型的复合试件进行了单轴压缩试验,研究了复合夹煤岩... 针对巷道复合夹煤组合结构顶板易冒落问题,以某矿取芯和钻孔窥视探测获得的巷道层状复合夹煤顶板结构组合类型为实验背景,对砂质泥岩、中砂岩以及煤厚度为20、30、40 mm不同结构组合类型的复合试件进行了单轴压缩试验,研究了复合夹煤岩石组合体的力学特性与破坏特征。试验结果表明:复合夹煤岩石组合体的抗压强度均小于单一岩石,中砂岩夹煤厚度为30mm时抗压强度达到单一中砂岩抗压强度的85.95%,抗压强度随着煤厚变薄而下降;砂质泥岩夹煤厚度为20 mm时仅为单一砂质泥岩抗压强度的32.5%,随着夹煤厚度增加抗压强度也增大,夹煤厚度超过30mm后抗压强度增大不明显。复合夹煤岩石组合体整体呈X状共轭斜面剪切破坏、单斜面剪切破坏、部分拉伸破坏,随着复合夹煤岩石组合类型不同呈现不同的破坏特征等。 展开更多
关键词 层状复合顶板 复合夹煤岩石组合体 单轴压缩 力学特性 破坏特征
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循环水岩作用下煤岩组合体力学响应及劣化机制 被引量:7
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作者 陈光波 李元 +2 位作者 李谭 张俊文 张国华 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期108-119,共12页
煤矿地下水库的建立解决了我国西部干旱-半干旱生态脆弱区的缺水问题。地下水库不断进行着蓄水-抽水,地下水库水位的反复升降对水库坝体产生反复损伤作用,而半煤岩坝体、煤岩夹矸坝体为地下水库常见的坝体。基于此,设计进行了不同“干燥... 煤矿地下水库的建立解决了我国西部干旱-半干旱生态脆弱区的缺水问题。地下水库不断进行着蓄水-抽水,地下水库水位的反复升降对水库坝体产生反复损伤作用,而半煤岩坝体、煤岩夹矸坝体为地下水库常见的坝体。基于此,设计进行了不同“干燥-饱和”循环次数的砂岩-煤组合体不同围压下的轴向压缩试验,分析循环浸水作用下煤岩组合体力学特性劣化规律和劣化机制。结果表明:(1)随着循环次数的增加,组合体的饱和含水率逐渐增大。饱和含水率与循环次数呈对数关系。(2)随着循环次数的增加,应力-应变曲线压密阶段增长,弹性阶段斜率减小,峰值应力降低,峰值应变增大,屈服阶段愈加明显,应力跌落变缓。(3)随着循环次数的增加,组合体抗压强度逐渐降低,循环1~3次,抗压强度劣化幅度较为明显。抗压强度阶段劣化度具有非均匀性。(4)循环1~5次,黏聚力下降了70.87%,内摩擦角下降了60.65%。(5)循环1~3次,组合体弹性模量下降了53.06%,变形模量下降了61.10%。(6)循环浸水作用下,试样微观裂纹逐渐发育,矿物颗粒由原来的棱角分明的多边形向浑圆形逐渐发展,大的矿物颗粒逐渐崩解为小颗粒,颗粒间胶结作用逐渐弱化,由紧凑致密结构向松散软弱结构转变。(7)循环浸水作用下,水岩发生反复的物理、化学、力学作用,对煤岩产生反复损伤,最终导致宏观力学特性的劣化。 展开更多
关键词 循环浸水 煤岩组合体 力学特性 劣化 试验研究
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神府区块深部煤储层力学特性及裂缝扩展机制 被引量:7
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作者 米洪刚 吴见 +2 位作者 彭文春 徐立富 李勇 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期32-43,共12页
【目的】明确煤力学性质和地应力的分布特征及其对人工裂缝形态和扩展行为的控制机制,对深部煤层压裂设计、井网部署和煤层气资源开发至关重要。【方法】以鄂尔多斯盆地东缘北部神府区块太原组8+9号煤为研究对象,基于声波测井、密度测... 【目的】明确煤力学性质和地应力的分布特征及其对人工裂缝形态和扩展行为的控制机制,对深部煤层压裂设计、井网部署和煤层气资源开发至关重要。【方法】以鄂尔多斯盆地东缘北部神府区块太原组8+9号煤为研究对象,基于声波测井、密度测井、注入/压降试井和排采资料,系统分析煤层及其顶底板岩层的力学性质和地应力分布特征,揭示力学性质和地应力对水力裂缝的控制机理。【结果和结论】结果表明:(1)8+9号煤层与顶底板形成了泥岩−煤−泥岩(占77.4%)、砂岩−煤−泥岩(15.5%)等6种组合。(2)基于声波和密度测井计算的力学参数显示,煤弹性模量在4.83~13.69 GPa(平均6.28 GPa),泊松比0.31~0.41(平均0.37),区域上南北脆性高,中部塑性高。(3)注入/压降试井计算结果显示,研究区最大水平主应力介于31.11~39.11 MPa,最小水平主应力变化范围为25.78~29.94 MPa;声波测井计算结果显示,垂向应力(平均49.12 MPa)>最大水平主应力(平均39.50 MPa)>最小水平主应力(平均33.80 MPa),煤层与顶底板最小水平主应力差在0~12.75 MPa。(4)Abaqus和Fracpro PT模拟结果显示,煤弹性模量越大,裂缝高度相对越大,当顶板与煤层的力学强度差较小时防止穿层;煤层水平主应力差增大,容易沿最大水平主应力形成单一裂缝;煤层水平主应力较顶底板水平主应力越小,易在煤层内形成较长、较低、较宽的裂缝,且不易穿层。研究认为实施较大的压裂规模、缝内暂堵技术和控制裂缝净压力等手段是提高神府区块8+9号煤水力压裂效果的主要途径。 展开更多
关键词 深部煤层气 煤−岩组合类型 力学性质 地应力 数值模拟
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