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煤矿深部巷道碎胀大变形灾害控制及大变形灾变环境下TBM快速成巷技术 被引量：3
1
作者 刘泉声 刘滨 +14 位作者 唐彬 康永水 卢海峰 朱元广 黄兴 潘玉丛 邓鹏海 孙磊 唐永志 卢兴利 张程远 余宏淦 李培涛 雷一鸣 贾浩男 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期224-244,共21页
随着浅部煤炭资源逐步枯竭,煤炭开采不断向深部发展,我国东部矿区和中西部部分矿区已经进入深部开采阶段。然而,由于深部岩体的高地应力环境及采掘过程的强扰动效应,深部巷道大变形灾害频发,严重制约了深部煤炭资源的安全高效开发。如... 随着浅部煤炭资源逐步枯竭,煤炭开采不断向深部发展,我国东部矿区和中西部部分矿区已经进入深部开采阶段。然而,由于深部岩体的高地应力环境及采掘过程的强扰动效应,深部巷道大变形灾害频发,严重制约了深部煤炭资源的安全高效开发。如何有效控制巷道围岩稳定及提升掘进效率已成为深部煤炭开发面临的重大技术挑战,主要体现在:对深部巷道米级大变形灾变的机理认识尚不清晰;缺乏适用于深部巷道大变形灾害控制的理论与技术;缺乏适应大变形灾变环境的快速成巷技术。针对以上问题,围绕中东部典型矿区深部巷道米级大变形灾变机理、深部巷道大变形灾害控制理论及技术体系、大变形灾变环境下的快速成巷技术等方面展开了系统研究,取得了以下进展:提出了深部巷道围岩应力场和变形破裂导致的围岩结构扰动演化过程的探测表征方法,发展了深部巷道大变形灾变过程模拟分析的FDEM方法,揭示了深部巷道米级大变形灾害孕育形成的破裂碎胀-大位移运动机理;提出了由“应力恢复、围岩增强、固结修复、应力转移-承载圈控制”四项控制原理构成的深部围岩稳定性分步联合控制理论,建立了精准介入围岩结构与扰动应力场演化过程、多重手段分步协同的灾害控制理论与技术体系;研发出深部巷道大变形灾变环境下TBM安全高效掘进关键技术,发展了TBM掘进过程挤压变形卡机灾害预测控制方法,建立了深部煤系地层TBM系统适应性设计理论与评价决策体系。研究成果实现了典型矿区深部巷道碎胀大变形灾害的有效控制和安全高效掘进,解决了深部矿井采掘接替的技术难题。 展开更多
关键词 煤矿深部巷道 碎胀大变形灾害 灾变机理 控制理论与技术 TBM快速成巷
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基于PSO−SVR的掘进工作面风温预测 被引量：1
2
作者 李延河 万志军 +6 位作者 于振子 苟红 赵万里 周嘉乐 师鹏 甄正 张源 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期183-191,共9页
随着我国浅部煤炭资源的逐渐枯竭,矿井开采深度日益增大,热害问题也随之加剧。采掘作业空间是井下的主要热害场所,对其进行热害防治是矿井安全高效生产的重要基础。矿井热害治理的前提是明确其冷负荷,因此对采掘作业空间风温进行精准预... 随着我国浅部煤炭资源的逐渐枯竭,矿井开采深度日益增大,热害问题也随之加剧。采掘作业空间是井下的主要热害场所,对其进行热害防治是矿井安全高效生产的重要基础。矿井热害治理的前提是明确其冷负荷,因此对采掘作业空间风温进行精准预测意义重大。建立了基于PSO-SVR(基于粒子群的支持向量回归)的掘进工作面风温预测模型,利用模型中的惩罚因子C和核函数参数g对模型进行了寻优。通过现场实测及文献调研,建立了掘进工作面风温预测训练样本集。通过与最小二乘法估计MLR模型和经“试错法”标定参数的常规SVR模型进行对比,分析了PSO-SVR算法的优势。将PSO-SVR算法模型应用于平煤十矿己-24120保护层风巷风温预测,并依据风温预测结果,指导了制冷机组的选型和降温方案设计。结果表明:PSO-SVR模型预测性能最优,模型绝对误差百分比仅为1.85%,较常规SVR模型减小了55.9%,可见PSO优化模型参数对于提高SVR拟合度、泛化性及预测精度具有重要作用。巷道每掘进100m,工作面风流平均温升0.16℃,掘进至2000m时巷道迎头风温升至35.8℃。己-24120保护层风巷需冷量为1083.28kW,设计制冷机组总制冷量为1085 kW。己-24120保护层风巷实施降温后,工作面平均温降8.6℃,降温效果显著,表明了PSO-SVR掘进工作面风温预测模型的可靠性和可行性。 展开更多
关键词 掘进工作面 风温预测 粒子群 支持向量回归 矿井降温
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基于机器学习的煤系地层TBM掘进巷道围岩强度预测 被引量：1
3
作者 丁自伟 高成登 +6 位作者 景博宇 黄兴 刘滨 胡阳 桑昊旻 徐彬 秦立学 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第1期49-60,共12页
为研究全断面掘进机(TBM)掘进参数与煤系地层岩体力学参数之间的互馈关系,准确、实时预测巷道围岩强度特征,基于TBM掘进过程中的现场监测,通过岩-机互馈关系分析,确定模型的输入特征参数,并建立了对应的数据库;将梯度提升决策树(GBDT)... 为研究全断面掘进机(TBM)掘进参数与煤系地层岩体力学参数之间的互馈关系,准确、实时预测巷道围岩强度特征,基于TBM掘进过程中的现场监测,通过岩-机互馈关系分析,确定模型的输入特征参数,并建立了对应的数据库;将梯度提升决策树(GBDT)、随机森林(RF)、支持向量回归(SVR)3种机器学习算法作为基学习器,线性回归(LR)算法作为元学习器,提出了一种基于Stacking集成算法的预测模型,并对比分析了Stacking集成算法与单一机器学习算法模型的预测性能。结果表明:二值判别与箱线图可有效对原始数据进行预处理;模型的主要输入特征参数为刀盘推力F、刀盘扭矩T、贯入度FPI、刀盘转速RPM、刀盘振动加速度A;Stacking模型在测试集上的拟合优度可达0.976,而均方误差、平均绝对误差、平均绝对百分误差分别仅有0.031,0.148和0.092,与其他3种模型相比,其拟合优度最高,误差指标数值最小,集成模型具有更高的预测精度,能够有效地预测煤矿TBM掘进巷道围岩点荷载强度。研究验证了Stacking模型的准确性,可为煤矿TBM掘进参数控制和巷道支护参数调整提供科学的参考依据。 展开更多
关键词 煤矿全断面掘进机 TBM掘进参数 Stacking集成算法 数据预处理 围岩强度预测
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吸能锚杆支护设备研究现状及展望 被引量：1
4
作者 肖晓春 徐政茂 +3 位作者 樊玉峰 张文萍 李子阳 陈晓燕 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期54-64,共11页
吸能支护是地下岩体工程领域中用于提高围岩稳定性和避免冲击地压等灾害发生的一种重要的防治技术。吸能支护技术的核心原理是通过特定的结构设计,使支护体系在岩体发生位移或变形时能够有效吸收或消耗能量,从而减少由冲击载荷引发的工... 吸能支护是地下岩体工程领域中用于提高围岩稳定性和避免冲击地压等灾害发生的一种重要的防治技术。吸能支护技术的核心原理是通过特定的结构设计,使支护体系在岩体发生位移或变形时能够有效吸收或消耗能量,从而减少由冲击载荷引发的工程破坏和事故。吸能锚杆是吸能支护的一种常见形式,此技术通过锚杆将表面围岩与深部稳定岩体相结合,并在围岩内部产生预应力吸收或耗散能量从而避免矿山灾害的发生。吸能锚杆这种柔性支护方式适用于多种环境的巷道支护,现已被广泛应用于矿山灾害的防治。综述自1968年以来30余种具有代表性意义的吸能锚杆设计方式,以结构和材料2大类型为切入点进行划分,着重分析8种典型吸能锚杆的工作原理与设计优势,并以此指出现有吸能锚杆支护在应用中存在的安全性与智能性等方面的不足。结合前人研究成果与目前深部矿井支护高强度与智能化等需求,提出一种智能预警负泊松比结构吸能锚杆。该锚杆利用负泊松比吸能结构实现增阻效果,具有双向恒阻吸能与双向监测预警等特性,能够满足复杂的非线性软岩巷道强阻支护、可视化预警等需求,有助于加快支护体系一体化,促进安全、智慧矿山的发展。最后,对吸能锚杆支护设备的优化革新趋势进行了展望。 展开更多
关键词 矿山灾害 巷道支护 吸能锚杆 监测预警 智慧矿山
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激光雷达和IMU融合的煤矿掘进巷道三维重建方法
5
作者 毛清华 柴建权 +2 位作者 陈彦璋 薛旭升 王川伟 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第2期351-362,共12页
针对煤矿掘进巷道存在典型非结构化、特征退化、大尺度环境,巷道三维重建易出现位姿估计精度低、累计漂移误差大等问题,提出了一种激光雷达和惯导(Inertial Measurement Unit,IMU)融合的煤矿掘进巷道三维重建方法。该方法通过迭代卡尔... 针对煤矿掘进巷道存在典型非结构化、特征退化、大尺度环境,巷道三维重建易出现位姿估计精度低、累计漂移误差大等问题,提出了一种激光雷达和惯导(Inertial Measurement Unit,IMU)融合的煤矿掘进巷道三维重建方法。该方法通过迭代卡尔曼滤波将激光雷达观测模型的残差函数和IMU预测模型的先验状态偏差紧耦合,经状态更新得到更为精确的后验状态,提升了退化环境下的位姿估计精度。为降低巷道三维模型重建过程中的累计漂移误差,提出基于体素化广义迭代最近点(Voxelized Generalized ICP,VGICP)的回环检测算法,以基于体素的单分布到多分布的方式进行配准,完成对回环帧的选取及精确匹配,实现回环帧的全局位姿校正,有效降低煤矿巷道三维重建的累计漂移误差。相比于A-LOAM、LEGO-LOAM、LINS算法,所提算法在位姿估计精度和全局一致性方面显著提升。公开数据集试验结果表明:所提算法的RPE和APE均方根误差分别为0.271 8和0.500 8,与其他算法相比分别降低了53.14%、50.97%、48.31%,和50.41%、47.99%、47.49%。开展了2种模拟巷道场景三维重建试验,结果表明所提算法构建的室内长廊模型各区域在长度、宽度和高度方向的误差均在1.2%以内;所提算法构建的煤矿巷道三维模型与真实巷道空间分布一致,总体距离退化误差仅为2.46%,较其他3种算法重建性能分别提升了66.12%、65.30%、70.43%。在煤矿主体实验室掘进巷道进行三维重建试验,结果表明三维重建结果在长度、宽度和高度方向的平均误差百分比分别为0.47%、0.75%和0.67%,可以实现掘进巷道三维精确建模。 展开更多
关键词 煤矿巷道 三维重建 激光雷达 惯导 迭代卡尔曼滤波 回环检测
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公路隧道穿越小倾角高压瓦突煤层瓦斯抽排技术研究
6
作者 杨洪 曾仲毅 +1 位作者 吴铭芳 田娇 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第5期982-991,共10页
为解决小倾角高压瓦突煤层底部瓦斯抽排困难,改善瓦斯抽排效果,依托贵州正安至习水高速公路桃子垭隧道,对穿越小倾角高压瓦突煤层段瓦斯抽排进行研究。基于隧道开挖过程中开挖断面与煤层空间位置关系的变化特点,提出分步、分区的煤层瓦... 为解决小倾角高压瓦突煤层底部瓦斯抽排困难,改善瓦斯抽排效果,依托贵州正安至习水高速公路桃子垭隧道,对穿越小倾角高压瓦突煤层段瓦斯抽排进行研究。基于隧道开挖过程中开挖断面与煤层空间位置关系的变化特点,提出分步、分区的煤层瓦斯抽排方案;并利用热传导理论与瓦斯流动理论的相似性,采用热力学有限差分计算软件模拟分析隧道小倾角煤层的瓦斯防突抽排过程和实施效果。研究表明:1)分步、分区的煤层瓦斯抽排方案可避免底部煤层超长抽排钻孔打设,较整体一次性抽排方案,钻孔长度减少31%,且施工更便捷、消突更可靠;2)煤层断面抽排钻孔均匀布设时,中间钻孔抽排区域提早达到消突目标,而边缘区域滞后,采用边缘密、中间疏的抽排钻孔布设方式更合理;3)对比沿煤层倾向打设的抽排钻孔和以斜交打设穿透煤层面的抽排钻孔模拟效果,前者抽排效率较后者提高约1/3,且瓦斯压力消散更均匀;4)瓦斯抽排工期可根据抽排模拟计算进行预估,其值大致介于抽排区域平均瓦斯压力和最大瓦斯压力降至瓦斯突出临界压力的时长之间。 展开更多
关键词 瓦斯突出隧道 小倾角煤层 揭煤防突 瓦斯抽排 数值模拟
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基于深度学习的高铁矿山法隧道衬砌类型智能设计方法与应用
7
作者 杨剑 吴佳明 +4 位作者 戴林发宝 田力 刘修国 孙杰 孙文昊 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第9期1742-1755,共14页
在高速铁路建设中,矿山法隧道衬砌类型的确定是一个重要环节,其决策显著受制于地理与地质条件,且当前高度依赖设计人员的主观经验。为解决这一难题,提出隧道衬砌类型智能设计整体框架,建立隧道衬砌类型智能设计方法。系统分析隧道洞身... 在高速铁路建设中,矿山法隧道衬砌类型的确定是一个重要环节,其决策显著受制于地理与地质条件,且当前高度依赖设计人员的主观经验。为解决这一难题,提出隧道衬砌类型智能设计整体框架,建立隧道衬砌类型智能设计方法。系统分析隧道洞身衬砌设计影响因素,收集248座隧道共4 100个洞身衬砌节段的设计资料,搭建隧道洞身勘察设计数据库。在此基础上,分别搭建随机森林、支持向量机、梯度提升树3种机器学习模型,采用贝叶斯与交叉验证的手段优化机器学习模型超参数,提出基于CNN、CNN+LSTM、CNN+EPSAnet的3种深度神经网络衬砌类型预测模型。主要结论如下:1)基于CNN+EPSAnet的隧道衬砌类型智能设计模型预测效果整体最优,预测准确率为86.8%,该模型充分考虑了隧道洞身勘察设计数据特征,同时也可以有效提取多尺度空间信息;2)研发出隧道洞身智能决策系统,可实现隧道洞身衬砌类型智能决策模型的参数实时调整与可视化训练;3)通过BIM技术将智能决策得到的衬砌类型设计参数进行三维展示,实现隧道衬砌类型的智能化设计和数字化呈现的深度融合。 展开更多
关键词 高速铁路隧道 矿山法隧道 衬砌类型 深度学习 智能设计 BIM技术
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论“掘进就是掘模型”的学术思想
8
作者 马宏伟 孙思雅 +16 位作者 王川伟 毛清华 薛旭升 刘鹏 田海波 王鹏 张烨 聂珍 马柯翔 郭逸风 张恒 王赛赛 李烺 苏浩 崔闻达 成佳帅 喻祖坤 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期661-675,共15页
为了实现煤矿巷道安全、高效、智能掘进,提出了“掘进就是掘模型”的学术思想,给出了“掘进就是掘模型”学术思想的内涵和体系架构,凝练了“掘进就是掘模型”的关键技术问题,即融合多源信息的多元巷道模型构建技术、基于巷道模型的智能... 为了实现煤矿巷道安全、高效、智能掘进,提出了“掘进就是掘模型”的学术思想,给出了“掘进就是掘模型”学术思想的内涵和体系架构,凝练了“掘进就是掘模型”的关键技术问题,即融合多源信息的多元巷道模型构建技术、基于巷道模型的智能截割技术、基于巷道模型的智能临时支护技术、基于巷道模型的智能永久支护技术、基于巷道模型的智能导航技术和基于巷道模型的机群智能并行协同控制技术。针对巷道模型构建问题,提出融合地质勘探、巷道设计、超前探测等多源数据的巷道模型构建方法,为掘进系统各子系统模型构建提供统一基准;针对基于巷道模型的智能截割问题,建立了待掘巷道模型与截割子系统模型的耦合子模型,提出了智能截割轨迹规划以及截割参数优化方法,制定了巷道智能截割策略,实现了截割子系统自适应规划截割;针对基于巷道模型的智能临时支护问题,建立了截割巷道模型与临时支护子系统耦合的临时支护子模型,提出了临时支护位姿与支护力自适应调整方法,实现了临时支护子系统安全可靠作业,提高了围岩的稳定性,为掘锚并行协同作业奠定了时空基础;针对基于巷道模型的永久支护问题,建立了临时支护巷道模型与永久支护子系统耦合的永久支护子模型,提出了受限时空下永久支护子系统内部各钻锚设备的协同控制方法,实现了永久支护子系统的高效协同控制;针对基于巷道模型的智能导航问题,建立了巷道模型与导航子系统耦合的导航子模型,提出了“惯导+全站仪”的智能掘进系统精确导航方法,提高了巷道掘进精度和成型质量;针对基于巷道模型的机群智能并行协同控制问题,建立了巷道模型与机群协同控制子系统耦合的并行协同控制子模型,制定了多机并行协同控制策略,提出了多任务多系统智能掘进系统协同控制方法,实现了智能掘进系统安全高效掘进。基于“掘进就是掘模型”的学术思想,研发了护盾式煤矿巷道掘进机器人系统,成功应用于陕煤化集团陕西小保当矿业有限公司,破解了夹矸厚、硬度大、片帮严重等复杂地质条件煤矿巷道掘进难题,有效提高了巷道掘进的安全性、高效性和智能化水平。 展开更多
关键词 煤矿智能掘进 掘进就是掘模型 智能掘进机器人 智能导航 智能支护 多任务协同控制
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煤矿井下锚网特征掘进机视觉定位方法
9
作者 张旭辉 迟云凯 +6 位作者 杜昱阳 姜俊英 杨文娟 赵友军 万继成 王彦群 田琛辉 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第6期259-270,共12页
【背景】煤矿井下掘进装备精确定位是实现综掘工作面自动化、智能化导控的重要基础。但因井下巷道狭长封闭、光照不足、纹理稀疏等因素,传统的视觉定位方法应用受限,基于此提出一种基于锚网特征的煤矿井下掘进机视觉定位方法。【方法】... 【背景】煤矿井下掘进装备精确定位是实现综掘工作面自动化、智能化导控的重要基础。但因井下巷道狭长封闭、光照不足、纹理稀疏等因素,传统的视觉定位方法应用受限,基于此提出一种基于锚网特征的煤矿井下掘进机视觉定位方法。【方法】采用三分支深度可分离卷积的图像增强网络,分别估计图像的反射、光照和噪声,在调整光照分量的同时抑制噪声的影响,得到了光照均匀、纹理清晰的图像,提升了视觉定位系统在复杂光照条件下的适应性;设计了适用于锚网线特征提取与匹配的方法,通过自适应阈值的EDLines(edge drawing lines)增强了对锚网线特征的提取能力,并利用结构相似度(structure similarity index measure,SSIM)提高了线特征的匹配的准确性;构建了最小化线特征重投影误差的位姿解算模型,结合位姿图优化,实现了掘进机的精确定位。搭建实验平台,对图像增强、线特征处理以及定位性能分别设计实验进行定量分析。【结果和结论】TSCRNET图像增强方法相较于MSRCR和Zero-DCE取得了更高的PSNR值与SSIM值;线特征处理方法相对于传统算法提取特征数量与匹配精度显著提高,为后续定位过程奠定了基础;定位实验部分,在EuRoC数据集以及实际巷道场景中将TSCR-NET算法与其它基于线特征的视觉定位方法进行对比,该算法在EuRoC数据集的9个数据序列中表现优于PL-VINS算法,在60 m范围内的巷道锚网环境中对机身进行连续跟踪,观测到该视觉定位方法最大误差为163 mm,与PL-VINS的最大误差213 mm相比,降低了23.5%,均方根误差由0.531降低至0.426,降低了19.8%,可见TSCR-NET算法具有更高的精度与稳定性,对掘进机在井下巷道锚网环境中的长距离位姿检测具有重要借鉴作用。 展开更多
关键词 掘进机 视觉定位 图像增强 线特征提取与匹配 运动估计 锚网特征 煤矿
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隧道洞口智能化设计方法研究 被引量：2
10
作者 戴林发宝 吴佳明 +3 位作者 杨辉 陈韶平 杨剑 孙文昊 《铁道标准设计》 北大核心 2025年第3期130-137,147,共9页
矿山法隧道洞口人工设计工作繁琐、生产效率低,如何迅速而准确地设计出隧道洞口方案,是一项十分有意义的任务。为解决这一难题,研究提出融合多种人工智能技术的隧道洞口智能设计框架,并发展一种隧道洞口智能化设计方法。通过深入分析影... 矿山法隧道洞口人工设计工作繁琐、生产效率低,如何迅速而准确地设计出隧道洞口方案,是一项十分有意义的任务。为解决这一难题,研究提出融合多种人工智能技术的隧道洞口智能设计框架,并发展一种隧道洞口智能化设计方法。通过深入分析影响隧道洞口设计的因素,并收集超过1400个隧道洞口的设计案例,构建隧道洞口设计知识图谱。在此基础上,有针对性地搭建隧道洞口主要设计参数的智能决策模型,实现了隧道洞门类型及洞口边仰坡坡率的智能决策。采用智能推荐生成的洞口设计参数,并结合搜索优化算法,建立隧道洞口边仰坡和排水系统的智能化设计方法。在此基础上,基于国产BIM平台自主研发了隧道洞口智能设计系统,实现了数据驱动、设计方案智能决策、二三维联动详细设计、成果自动输出的隧道洞口智能设计全流程服务。最后依托实际工程验证了本方法和设计系统的可行性和适用性。 展开更多
关键词 矿山法 隧道洞口 人工智能技术 智能决策 数字设计 BIM
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三维激光扫描技术在地下矿山中的应用综述与展望 被引量：1
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作者 任助理 朱红洋 +1 位作者 袁瑞甫 王伸 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期89-100,共12页
意义为了解三维激光扫描技术在地下矿山领域中的研究进展,探讨其在实时监测、安全管理和精准采矿等方面的应用,并分析移动式激光扫描(MLS)与地面式激光扫描(TLS)技术在不同矿山环境中的优势,以便能够更好地服务地下矿山开采。通过检索... 意义为了解三维激光扫描技术在地下矿山领域中的研究进展,探讨其在实时监测、安全管理和精准采矿等方面的应用,并分析移动式激光扫描(MLS)与地面式激光扫描(TLS)技术在不同矿山环境中的优势,以便能够更好地服务地下矿山开采。通过检索中外文数据库,综述了学者们近年来在三维激光点云技术及其在矿山领域中的应用研究成果,探讨了该技术的研究现状和未来发展方向。进展结果表明,三维激光扫描技术在地下矿山的多个领域发挥了关键作用,特别是在快速三维建模、岩体结构面识别、巷道监测、支护质量评价、采空区探测、定位导航和数字矿山建设等方面。结论与展望尽管三维激光扫描技术展现了强大的潜力,但在实际应用中仍面临一些挑战。首先,三维激光扫描获取的数据量庞大,如何高效处理和分析数据,尤其是在实时动态监测和大规模数据处理方面,仍是技术发展的难点。其次,矿山环境复杂多变,恶劣的工作条件对激光扫描设备的性能和稳定性提出了更高要求,如何保证设备在地下矿山环境中的适应性和耐用性是技术发展的瓶颈之一。最后,如何实现多传感器融合技术,进一步提高数据采集的精度和全面性,也是当前研究的重点。 展开更多
关键词 地下矿山 三维激光扫描 三维点云 数字矿山 巷道监测 定位导航
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复杂地下巷道场景三维点云两阶段去噪方法
12
作者 任助理 袁瑞甫 +3 位作者 王李管 邓浩坤 王文 张金龙 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第S1期327-337,共11页
矿山智能化进程持续推进,三维激光扫描技术为感知矿山提供了基础,为高质量获取矿山三维点云数据,提出了一种鲁棒性的复杂地下巷道场景三维点云两阶段去噪方法。首先,利用三维激光扫描技术获取井下巷道场景的3D点云信息,并分析巷道点云... 矿山智能化进程持续推进,三维激光扫描技术为感知矿山提供了基础,为高质量获取矿山三维点云数据,提出了一种鲁棒性的复杂地下巷道场景三维点云两阶段去噪方法。首先,利用三维激光扫描技术获取井下巷道场景的3D点云信息,并分析巷道点云中不同噪声特点;其次,设计两阶段巷道去噪模型,在第1阶段,通过计算点云法向量,同时构建巷道轴线,探明点云法向与巷道轴线夹角关系对噪声的影响并去除;在第2阶段,优化巷道点云,通过分析巷道待优化点云和噪声点云的距离变化,将距离相近的点整合回第1阶段的去噪后点云中,最终得到去噪后的完整点云,该方法基于开源软件Cloud Compare进行二次开发实现;最后,以某地下矿山主运大巷和回风巷道为具体案例,详细分析了点云去噪过程中各阶段的处理时间、角度阈值、去噪数量、点云法线计算,以及邻近点选择等,系统验证了该方法的有效性。研究结果表明,设计的地下巷道场景三维点云去噪方法能够实现对噪声的有效去除,当角度阈值小于1°时,可以获得最佳的去噪效果,并通过二阶段优化算法,实现对巷道表面孔洞的有效修复。该研究为井下巷道点云去噪的实际应用提供了有力的指导,展示了在提高数据质量和可靠性方面的潜力,可实际应用于矿山智能化、地质勘探以及安全监测等领域。 展开更多
关键词 地下矿山 智能矿山 巷道 三维激光 点云去噪
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矿山法隧道衬砌施工缝防水材料试验研究
13
作者 何永义 上官宇文 +3 位作者 刘大刚 王洋洋 王志龙 王明年 《铁道工程学报》 北大核心 2025年第5期104-108,121,共6页
研究目的:目前二次衬砌环向施工缝的防水问题,主要采用中埋式止水带防水材料治理,但施工过程中往往会出现止水带扭曲、上浮、位移、倾倒等问题,导致施工质量难以保证。因此,本文采用室内试验手段,对矿山法隧道二次衬砌施工缝水泥基渗透... 研究目的:目前二次衬砌环向施工缝的防水问题,主要采用中埋式止水带防水材料治理,但施工过程中往往会出现止水带扭曲、上浮、位移、倾倒等问题,导致施工质量难以保证。因此,本文采用室内试验手段,对矿山法隧道二次衬砌施工缝水泥基渗透结晶型防水涂料和非渗油型蠕变橡胶防水涂料两种新型防水材料的防水效果进行了研究。研究结论:(1)防水涂料的类型和施作方式与水压强度密切相关,需依据水压强度合理选择;(2)灰尘会影响防水涂料与基材的粘结性,有尘情况会明显降低防水性能;(3)凿毛工艺对非渗油型蠕变橡胶防水涂料施工缝的抗渗性能影响较小;(4)研究成果可为矿山法隧道防水技术的发展以及隧道支护结构安全性的控制提供参考。 展开更多
关键词 矿山法隧道 二次衬砌 施工缝 防水材料 室内试验
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交流牵引地铁隧道对油气管道电磁干扰影响的仿真分析
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作者 龙意仁 李易 +2 位作者 李鲲鹏 陈霞 曹晓斌 《城市轨道交通研究》 北大核心 2025年第3期113-117,122,共6页
[目的]目前,我国数个城市开始规划25 kV交流供电制式地铁线路,不可避免地会有油气管道与地铁隧道并行区段,地铁运行期间的交流干扰易造成油气管道发生电解腐蚀,从而造成安全事故,为了地铁与油气管道的安全运行,需对交流牵引的地铁隧道... [目的]目前,我国数个城市开始规划25 kV交流供电制式地铁线路,不可避免地会有油气管道与地铁隧道并行区段,地铁运行期间的交流干扰易造成油气管道发生电解腐蚀,从而造成安全事故,为了地铁与油气管道的安全运行,需对交流牵引的地铁隧道与油气管道间的耦合作用进行研究。[方法]使用CEDGS接地仿真计算软件对隧道进行仿真建模,研究不同方法施工的隧道对油气管道交流干扰的影响规律。[结果及结论]仿真研究结果发现:矿山法施工的隧道对油气管道的交流干扰抑制效果要高于盾构法施工的隧道;油气管道首末端感应电压压差主要和其与接触网位置耦合关系有关;油气管道涂层耐受电压受地表电位和管道感应电压的双重影响。 展开更多
关键词 地铁隧道 盾构法 矿山法 油气管道 交流牵引 电磁干扰
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复杂山区铁路隧道施工安全风险致因分析
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作者 王兴鹏 籍仲轩 王学辉 《铁道工程学报》 北大核心 2025年第7期104-109,共6页
研究目的:为揭示复杂山区铁路隧道施工事故的致因机制,收集2013—2023年的652起铁路隧道施工事故案例数据,采用FP-growth算法挖掘出161条具有较高支持度的关联规则,基于关联规则利用超图构建铁路隧道施工事故致因网络模型,并利用超图的... 研究目的:为揭示复杂山区铁路隧道施工事故的致因机制,收集2013—2023年的652起铁路隧道施工事故案例数据,采用FP-growth算法挖掘出161条具有较高支持度的关联规则,基于关联规则利用超图构建铁路隧道施工事故致因网络模型,并利用超图的拓扑特性对其进行分析。研究结论:(1)基于超图的事故致因网络模型更清晰地展示了风险事件和因素之间的多对多关系,为进一步分析铁路隧道施工中风险事件与因素间的复杂关系提供了有力工具;(2)在六大类风险因素中,人员安全行为、装备配置和使用、材料检测等因素对事件的发生有重要影响,而围岩稳定性和地质构造对施工安全的影响更为直接;(3)岩爆、塌方和突泥涌水是复杂山区隧道施工中最为突出的风险事件,超前地质预报、爆破方法、围岩稳定性和复杂地质构造等因素对这三类风险事件都有重要影响;(4)本文研究可为复杂山区铁路隧道施工事故的致因分析提供参考。 展开更多
关键词 铁路隧道施工 事故致因 关联规则挖掘 超图模型
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隧道穿越煤矿采空区帷幕注浆圈堵瓦斯技术——以华蓥山隧道工程为例
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作者 刘磊 郝生炜 +5 位作者 黄飞 罗太友 罗亚飞 钟小凤 龙其毕 谭钢 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第5期992-1000,共9页
为解决公路隧道穿越煤矿采空区面临的采空区瓦斯涌出难题,依托华蓥山隧道正穿高顶山煤矿采空区工程,剖析瓦斯来源、涌出规律及潜在风险,提出采用超前帷幕注浆圈堵瓦斯技术方案并进行优化设计,并对帷幕注浆的瓦斯封堵效果进行检验。研究... 为解决公路隧道穿越煤矿采空区面临的采空区瓦斯涌出难题,依托华蓥山隧道正穿高顶山煤矿采空区工程,剖析瓦斯来源、涌出规律及潜在风险,提出采用超前帷幕注浆圈堵瓦斯技术方案并进行优化设计,并对帷幕注浆的瓦斯封堵效果进行检验。研究结果表明:1)隧道掌子面连通采空区后,采空区内的瓦斯气体在压差作用下涌入隧道内部,同时邻近采空区和煤岩层不断解吸瓦斯气体对采空区进行补给,导致隧道内部瓦斯体积分数持续升高;2)帷幕注浆采用全孔一次性注浆工艺和分段前进式注浆工艺,隧道掌子面布置8圈注浆孔,注浆形成4段喇叭状帷幕圈,帷幕注浆填充率达80%,帷幕圈能有效填堵围岩裂隙、固结破碎岩石、隔离瓦斯气体;3)在应用帷幕注浆圈堵瓦斯技术后,在采空区孔内检测瓦斯体积分数,其最大值由帷幕注浆前的80%降低至注浆后的9.6%。该技术成功应用于华蓥山隧道穿越高顶山煤矿采空区,有效防治了隧道穿越采空区的瓦斯灾害,提高了采空区瓦斯的排放效率。 展开更多
关键词 隧道 瓦斯治理 瓦斯圈堵 超前帷幕注浆 煤矿采空区
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盾构隧道穿越在建PBA车站风险控制技术研究 被引量：1
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作者 余鹏 《铁道标准设计》 北大核心 2025年第4期148-156,共9页
为解决有限地下空间范围内不同工程间空间位置冲突、施工工期矛盾等问题,新建工程近距离穿越既有或在建工程成为常态。以北京地铁某新建盾构隧道穿越在建PBA暗挖车站为背景,对盾构穿越施工自身风险和既有结构风险进行梳理并提出一系列... 为解决有限地下空间范围内不同工程间空间位置冲突、施工工期矛盾等问题,新建工程近距离穿越既有或在建工程成为常态。以北京地铁某新建盾构隧道穿越在建PBA暗挖车站为背景,对盾构穿越施工自身风险和既有结构风险进行梳理并提出一系列结构加固措施,制定并实施专项监测方案以验证结构加固和风险控制效果,采用有限元软件模拟盾构隧道穿越PBA车站施工过程,得到穿越工程对既有结构造成的变形结果,采用现场监测数据对数值模拟结果进行验证,进而分析盾构穿越引起的PBA车站结构变形规律。研究表明,穿越前对PBA车站钢管柱顶端进行C35素混凝土回填、对小导洞拱部初支背后反复补偿注浆,穿越过程中动态优化盾构机施工参数,严格控制盾构姿态和推进速度,穿越后对第二层横通道初支下部进行注浆加固等工程措施可以有效降低盾构施工对周围土体和既有结构的扰动,确保施工风险安全可控。监测结果显示,钢管柱累计沉降3.8 mm,累计平面位移3.5 mm,小导洞初支向上隆起5.8 mm,拱顶累计最大沉降7.4 mm,各项变形指标均在安全可控范围内。 展开更多
关键词 地铁 盾构隧道 暗挖车站 PBA法 数值模拟 监控量测
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基于改进2DGS的煤矿井下巷道三维重建
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作者 孙蒙 杨超宇 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第22期9327-9334,共8页
煤矿井下作业面临瓦斯爆炸、煤尘爆炸及火灾等安全隐患,这使得依赖三维重建技术的安全机器人研究成为重点方向。三维重建在复杂环境中的精准导航和检测至关重要,但传统探测方法在数据质量、精度及成本方面存在不足。为此,提出了一种名为... 煤矿井下作业面临瓦斯爆炸、煤尘爆炸及火灾等安全隐患,这使得依赖三维重建技术的安全机器人研究成为重点方向。三维重建在复杂环境中的精准导航和检测至关重要,但传统探测方法在数据质量、精度及成本方面存在不足。为此,提出了一种名为2DGS-DbTrans的煤矿井下巷道三维重建方法,这是一种基于纯视觉的三维重建技术。为提升图像分辨率,设计了一个Transformer模块对输入图像进行增强处理,其中包含两个核心组件:多头深度卷积轴注意力机制和深度卷积门控网络。在处理流程中,首先利用Colmap生成稀疏点云,并通过二维高斯曲面来表示煤矿井下巷道环境,每个高斯曲面包含物体的坐标、颜色、大小和方向信息。此外,定义了两个损失函数,即颜色损失函数和道路平滑度损失函数。实验结果表明,2DGS-DbTrans方法在煤矿井下巷道环境的三维重建中,获得了优于其他方法的性能。 展开更多
关键词 煤矿井下巷道 三维重建 TRANSFORMER 点云 二维高斯曲面
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下伏大面积采空区桃坪隧道变形规律研究
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作者 王旭 《铁道标准设计》 北大核心 2025年第5期117-123,159,共8页
为探究下伏大面积采空区铁路隧道受采动影响,分析隧道变形规律,以侯月铁路桃坪隧道为研究对象,在查明区域地质勘察资料、隧道既有病害和采空区分布情况的基础上,分析洞内沉降监测和InSAR地表形变,探明现有采动条件下隧道结构及地表沉陷... 为探究下伏大面积采空区铁路隧道受采动影响,分析隧道变形规律,以侯月铁路桃坪隧道为研究对象,在查明区域地质勘察资料、隧道既有病害和采空区分布情况的基础上,分析洞内沉降监测和InSAR地表形变,探明现有采动条件下隧道结构及地表沉陷变形基本特征及其分布规律;通过概率积分法计算分析现有开采工作面残余沉降影响下隧道变形情况,计算冒落裂隙带高度,预测计算全回采后隧道变形量,判断隧道潜在变形破坏方式;借助数值模拟手段,验证隧道结构在下伏采空区残余变形影响下变形基本特征,分析潜在失稳破坏位置及方式。研究结果表明,桃坪隧道下伏采空区残余沉降主要发生在隧道入口至K154段,最大水平压缩变形量6.96 mm/m,最大水平拉伸变形量4 mm/m,最大水平移动量391.57 mm,剩余最大下沉量1 340.76 mm;桃坪隧道下伏采空区变形仍未稳定,隧道存在宏观拉伸及压缩现象,变形破坏模式为隧道结构在不均匀分布应力作用下的拉、压变形,潜在破坏表现方式为衬砌拉张开裂和地表挤压隆起。 展开更多
关键词 铁路隧道 煤矿采空区 概率积分法 沉降预测 变形规律
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煤矿智能化掘进工作面研究与建设实践
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作者 王善良 张科学 +15 位作者 杨继兴 李举然 李功 王晓玲 骆生荣 刘昇 张喜 杨海江 朱俊傲 吴永伟 闫星辰 尹宇航 魏子钦 李成章 李中旭 吕鑫淼 《中国煤炭》 北大核心 2025年第9期103-114,共12页
智能化掘进工作面建设是矿井智能化转型以及智慧矿山建设的重要一环。为提高煤矿智能化掘进工作面建设效率,以煤矿智能化掘进工作面建设现状和中煤华昱公司元宝湾煤业智能化掘进工作面的建设实践为依据,针对煤矿智能化掘进工作面建设过... 智能化掘进工作面建设是矿井智能化转型以及智慧矿山建设的重要一环。为提高煤矿智能化掘进工作面建设效率,以煤矿智能化掘进工作面建设现状和中煤华昱公司元宝湾煤业智能化掘进工作面的建设实践为依据,针对煤矿智能化掘进工作面建设过程中工作面各系统之间联动困难等关键问题,重点在矿井信息基础设施改造建设、智能化掘进关键技术及核心装备系统应用方向开展了深入研究,得出了煤矿智能化信息基础设施改造建设的基本路径,完成了煤矿智能化掘进工作面智能掘进系统、智能运输系统、智能通风除尘系统及其关键设备的建设和应用,确定了关键设备之间的协同工作与联动机制。研究成果在中煤华昱公司元宝湾煤业煤矿智能化掘进工作面建设过程中成功实践,制定了适用于矿井智能化建设的人员培训和管理的整体规划,基于工作面基本情况和智能化建设需求设计完成了万兆工业环网建设、掘进机及控制系统智能化改造、工作面运输系统智能化和智能除尘系统建设应用。 展开更多
关键词 智能化掘进工作面 协同工作与联动机制 运输系统 智慧矿山建设
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