基于矿山物联网的矿井突水感知关键技术研究 被引量：40

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作者 孟磊 丁恩杰 吴立新 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第8期1397-1403,共7页

从感知矿山理念与物联网三层架构出发,以网络化测量、智能传感器、地球信息科学、数据挖掘等新兴学科与水文地质、采矿、地球物理等传统矿山学科相互交叉为手段,分析了矿井突水信息采集、传输、处理与预警技术现状,论述了矿山物联网条... 从感知矿山理念与物联网三层架构出发,以网络化测量、智能传感器、地球信息科学、数据挖掘等新兴学科与水文地质、采矿、地球物理等传统矿山学科相互交叉为手段,分析了矿井突水信息采集、传输、处理与预警技术现状,论述了矿山物联网条件下实现矿井突水感知的关键技术。在感知层,以网络化测量与智能传感器为关键技术,构建多物理场网络化分布式监测系统;在网络层,利用空间数据仓库、三维地学模拟系统和云计算搭建突水云服务平台,实现矿井突水多源异构信息的高效存取与三维复合分析,为构建突水专家云提供基础;在应用层,以多源信息融合为关键技术,提出了一种多模型组合的矿井突水预警方法,将静态预测与实时预警相结合,充分利用历史与实时数据,增大突水预警判据的信息量。最后指出了建设整个系统需要分3个阶段逐步实施。 展开更多

关键词 矿山物联网 突水感知 分布式监测 云计算 信息融合 预警

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矿山信息化发展及以数字孪生为核心的智慧矿山关键技术 被引量：115

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作者 丁恩杰 俞啸 +4 位作者 夏冰 赵小虎 张达 刘统玉 王卫东 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期564-578,共15页

矿山信息化建设在经历了单机自动化、综合自动化、数字矿山几个阶段之后,在物联网、人工智能、大数据技术的推动下,正朝着矿山智能化和智慧矿山的方向发展。以数字孪生技术为核心,围绕矿山生产场景和智能装备的知识服务体系是智慧矿山... 矿山信息化建设在经历了单机自动化、综合自动化、数字矿山几个阶段之后,在物联网、人工智能、大数据技术的推动下,正朝着矿山智能化和智慧矿山的方向发展。以数字孪生技术为核心,围绕矿山生产场景和智能装备的知识服务体系是智慧矿山下一步需要重点研究的方向。首先回顾了矿山信息化技术的发展,然后分析了智慧矿山的核心关键技术,从智能感知与智能装备、边缘计算与网络服务、数字孪生知识建模、平台与应用系统4个方面进行阐述。智能传感装置和智能装备的不断涌现,为智慧矿山前端感知和执行提供了基础,而即时的感知、分析和决策是智能装备自治、自主工作的前提;随着边缘网关计算能力的提升,需要设计面向应用场景的轻量级算法模型和高效云边协同机制,以满足智能装备即时服务的需求,同时,围绕5G的通信技术在矿山的应用,将进一步提升知识服务的快速响应能力;矿山运行机理、经验知识、大数据分析与数字孪生建模技术融合的矿山生产场景可信数字孪生模型,将成为智慧矿山知识服务的核心;面向大数据和知识模型的平台技术是矿山数字孪生和智能化服务的载体,大数据高效存取、分析和利用能够有效的促进矿山智能化应用服务的融合。矿山数字孪生及相关智能化技术的突破,将实现对矿山物理世界实时可测、可观、准确控制、精确管理和科学决策,从而建立少人化或无人化的矿山生产模式,为智慧矿山的发展奠定基础。 展开更多

关键词 智慧矿山 物联网 数字孪生 人工智能 大数据

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基于物联网的矿山机械设备状态智能感知与诊断 被引量：70

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作者 丁恩杰 俞啸 +4 位作者 廖玉波 吴传龙 陈伟 郁万里 王威 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期2308-2319,共12页

矿山生产机电设备是机械、电气、液压、控制等多形式系统的复杂耦合结构,工作过程中环境和工况条件变化多样,缺乏有效的技术手段解决矿山设备运行健康状态的实时感知问题。借助物联网、工业互联网、人工智能和大数据挖掘技术,研究矿山... 矿山生产机电设备是机械、电气、液压、控制等多形式系统的复杂耦合结构,工作过程中环境和工况条件变化多样,缺乏有效的技术手段解决矿山设备运行健康状态的实时感知问题。借助物联网、工业互联网、人工智能和大数据挖掘技术,研究矿山设备状态知识建模与在线诊断方法,将传统的“人-机”交互监控模式提升为“传感—机器认知—机器决策”的智能化监控模式。分析了基于物联网的矿山设备状态感知系统架构,定义了多源信息感知层、边缘智能层、大数据分析层和数据与知识共享迁移层的4个层次的作用,提出了设备状态知识共享与迁移模式;结合本体语义、置信规则库和数字孪生技术,设计了面向矿山机械设备系统状态知识建模的信息描述、知识表示、决策融合方法,提出了面向矿山设备运行全过程的实时感知、演化分析与智能交互的“虚实融合”感知模型,实现虚、实系统运行过程的“精准映射、信息对偶、融合交互、协同演进”。分析了数据驱动的矿山机械设备状态诊断方法研究现状、技术架构、存在问题和研究趋势,提出结合数字孪生、深度学习、迁移学习等方法,构建机理模型、经验知识与数据深层特征相融合的矿山设备状态诊断模式,研究矿山设备状态大数据分析与应用技术,研发矿山设备状态诊断与全生命周期管理等智能化应用服务系统。形成了矿山设备运行信息感知、知识建模与状态在线判识方法体系,以实现矿山机械设备故障状态自诊断、早期隐患预知维护、智能调度与协同管控,为矿山生产智能化、无人化提供技术支撑。 展开更多

关键词 矿山设备 物联网 知识建模 状态诊断 大数据分析

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矿井微震与电法耦合监测技术 被引量：9

4

作者 刘盛东 杨彩 +2 位作者 章俊 李纯阳 任川 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期586-600,共15页

随着煤炭资源开采区域、深度及强度的增加,矿井工作面采掘扰动极易诱发矿井突水事故,严重威胁我国煤炭资源安全开采。矿井水害事故的发生主要是岩体采动破裂与矿井水渗流共同作用的结果。研究表明,微震信号的纵横波到时、幅值、频率等... 随着煤炭资源开采区域、深度及强度的增加,矿井工作面采掘扰动极易诱发矿井突水事故,严重威胁我国煤炭资源安全开采。矿井水害事故的发生主要是岩体采动破裂与矿井水渗流共同作用的结果。研究表明,微震信号的纵横波到时、幅值、频率等参量可有效表征岩体破裂位置、强度及其震源机制,地电场信号中的电阻率、激励电流及自然电位等参量可有效表征岩体渗流演化过程。透水通道形成对应微震场特征,地下水渗流对应地电场特征,因此微震电法耦合方法对矿井水害孕育发展过程具有监测预警的功能,可有效对采动破坏过程中形成的突水通道、水源位置及渗流过程等水害三要素进行精准捕捉;减少单一地球物理方法多解性,提高水害监测预警精度,对煤矿防治水意义重大。当前,微震与电法耦合监测技术在煤矿水害实时动态监测中开始得到应用,突破传统微震与电法独立采集的局限,课题组自主研发了国内外首款煤安认证的微震与电法耦合并行监测系统,该系统以微震场与地电场并行采集基站为核心,集被动源微震波场与主被动地电场为一体,通过连接矿井物联网,实现远程数据采集控制、传输及云端存储;其一体化网络服务器主机可连接多个采集基站,并将微震检波器、电法激励电极与电位测量电极进行相互隔离、并行采集,形成微震事件密度与能级分布、电阻率分布、自然电位分布等时空云图来监测预判水害三要素。微震与电法耦合监测技术仍需在微震事件智能识别与定位、地电场的电阻率三维反演以及自然电位渗流反演方面进行专项攻关;结合并行监测的微震电法大数据集,重点在微震电法数据联合反演、智能化监测预警方向开展进一步研究。微震与电法耦合监测技术,作为矿井水害的主动预警监测新方法,可为我国智能化矿井建设发挥重要作用。 展开更多

关键词 微震与电法耦合 主被动一体化 监测预警 煤矿水害 智能矿山

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矿山动态协同作业场景无线通信关键技术 被引量：9

5

作者 孙彦景 霍羽 +3 位作者 陈岩 王博文 周家思 张晓光 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期321-332,共12页

随着智能化装备和工业机器人技术的发展,矿山开采过程逐渐趋向无人/少人化,亟需解决数据的高效连续传输问题,如矿山动态协同作业场景下大量的数据采集和传输、多样的用户设备接入以及低时延的控制操作等。深入剖析了矿山动态协同作业场... 随着智能化装备和工业机器人技术的发展,矿山开采过程逐渐趋向无人/少人化,亟需解决数据的高效连续传输问题,如矿山动态协同作业场景下大量的数据采集和传输、多样的用户设备接入以及低时延的控制操作等。深入剖析了矿山动态协同作业场景的通信技术需求、矿山无线通信技术的应用现状与发展趋势,分析了当前矿山无线通信的关键技术瓶颈、相关解决方案及其应用效果。得出分布式多源、多目标动态业务的激增及其并发式的传输是矿山高可靠、低时延多业务交互协同网络所面临的最大问题。如何利用矿山用户、设备群体的协同作业特点和对应的动态业务属性,有针对性地对通信网络的物理信道、物理资源进行管理和分配,则是从根本上有效优化网络可靠性,提高传输效率的关键。为此,提出了多业务属性驱动的矿山动态协同作业场景无线通信模式:在提取矿山非高斯脉冲干扰特征及无线信道空-时-频域统计特性的基础上,面向作业场景深入挖掘业务特性与物理层传输的内在关联,利用超图匹配、图论、博弈论、非正交多址接入等方法,从信道-链路-业务快速多维匹配的角度解决多用户协同交互传输通信链路和信道的匹配、多跳用户链路匹配、多业务QoS要求与链路匹配等快速匹配问题。 展开更多

关键词 井下通信 协同作业 业务属性 超图匹配 资源分配

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岩层控制的全柱状学术思想与实践 被引量：3

6

作者 许家林 朱卫兵 +11 位作者 轩大洋 王晓振 秦伟 金洪伟 鞠金峰 胡国忠 谢建林 屈庆栋 吴仁伦 汪锋 何昌春 李竹 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期166-179,共14页

岩层控制是通过控制采动岩层破断运动来减轻或消除采动损害的一门科学,目的是为了保障煤炭安全、高效、绿色开采。传统岩层控制研究思想与方法存在2方面局限:对覆岩进行均化而不能抓住主要矛盾,仅关注局部岩层运动而缺乏对全地层覆岩运... 岩层控制是通过控制采动岩层破断运动来减轻或消除采动损害的一门科学,目的是为了保障煤炭安全、高效、绿色开采。传统岩层控制研究思想与方法存在2方面局限:对覆岩进行均化而不能抓住主要矛盾,仅关注局部岩层运动而缺乏对全地层覆岩运动的研究。针对这些问题,在关键层理论应用研究过程中,形成了岩层控制的“全柱状”学术思想,其内涵包括2方面:一是“抓主要矛盾”,找到对岩层运动起主要控制作用的关键层(即主要矛盾),避免对覆岩均化处理。二是“关注全局”,将采动覆岩作为整体研究,充分考虑关键层所处的复杂地层场景条件可能对关键层破断的影响,从整个岩层移动角度研究矿压显现、水与瓦斯运移、开采沉陷等。按照全柱状学术思想研究岩层控制时,首先需要获取研究区域内不同开采尺度(矿井、采区、工作面及块段)地层的钻孔“全柱状”,即包含从开采煤层直到地表所有岩层信息的全取心完整柱状,根据研究区域内多个钻孔柱状的关键层判别,形成研究区域内岩层赋存特征的整体画像,避免仅采用局部柱状或综合柱状,也不能对全柱状进行均化处理。充分考虑原岩应力、地质构造、地形地貌、水体载荷、开采部署等多种具体场景因素可能导致的关键层受载差异与破断异常,以及不同区域柱状关键层位置的变化可能对岩层运动产生的影响。在此基础上,建立关键层运动与各种采动损害的联系,据此分析问题发生机理并提出针对性的岩层控制方法。全柱状学术思想推进了岩层控制理论发展与实践创新,解决了压架、突水、沉陷等灾害防控的系列工程难题,取得了显著成效。利用全柱状学术思想取得的岩层控制理论创新主要包括:揭示了采动覆岩卸荷膨胀累积效应,建立了采动覆岩“关键层-松散层拱”结构模型,提出了基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法,建立了基于关键层结构的地表沉陷预计方法,为工程应用奠定了基础。全柱状学术思想在工程应用方面的典型实例包括:找出了浅埋煤层沟谷上坡段、松散承压含水层下等特定条件下开采压架的根本原因,彻底解决了压架防治工程难题;量化关键层位置对“导高”的影响,解决了顶板异常突水防治难题;提出了煤层群卸压瓦斯的“三带”分布,指导了卸压瓦斯抽采实践;研发了覆岩隔离注浆充填技术,创建了地面钻孔一注式高效充填绿色开采新模式,解决了地表沉陷控制等难题,已得到全面推广应用。 展开更多

关键词 全柱状 关键层 卸荷膨胀累积效应 岩层控制 绿色开采

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酸性水对含铁破碎岩体降渗特性的实验研究 被引量：7

7

作者 鞠金峰 许家林 方志远 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期3388-3395,共8页

针对采动破坏岩体在某些水、岩化学环境下常易出现水渗流能力降低的自修复现象,以含铁质矿物的砂质泥岩破碎岩样为研究对象,就酸性水溶液浸泡与过流过程中岩样的降渗过程及其产生机理开展了实验探索与理论研究。结果表明:酸性水对含铁... 针对采动破坏岩体在某些水、岩化学环境下常易出现水渗流能力降低的自修复现象,以含铁质矿物的砂质泥岩破碎岩样为研究对象,就酸性水溶液浸泡与过流过程中岩样的降渗过程及其产生机理开展了实验探索与理论研究。结果表明:酸性水对含铁破碎岩样的降渗现象除了与传统认识的黏土矿物遇水膨胀作用有关外,还与水、岩离子交换化学反应形成的铁质沉淀物和次生矿物对渗流通道的封堵作用密切相关;且随着实验过程中水溶液逐步由酸性向中性转变,破碎岩样的降渗趋势也呈现一定的分区特征。在水溶液pH值较低的初期阶段,岩石矿物受溶解、溶蚀作用显著,长石等铝硅酸盐矿物与H^+发生离子交换生成次生高岭石、绢云母、石英等矿物,引起岩样渗透率小幅下降,并促使水溶液pH值逐步升高;由此,绿泥石、伊利石等矿物中析出的Fe^2+氧化生成Fe(OH)3化学沉淀的进程大幅提高,引起实验中期岩样渗透率呈快速下降趋势;说明铁质沉淀物对破碎岩样的封堵降渗作用明显强于次生矿物。当水溶液的溶解、溶蚀作用因其pH值升高而快速衰减时,铁质沉淀物与次生矿物的生成进程也随之降低,水溶液对岩样的降渗作用随即进入尾声。研究结果为"人工调节地下水、岩化学环境促进破坏岩体修复"的保水对策制定形成了重要启示,可为煤炭开采水资源保护与生态修复等提供理论参考。 展开更多

关键词 水-岩相互作用 酸性地下水 含铁矿物 水渗透率 铁质沉淀物 保水采煤

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煤矿井巷自适应多天线理论与关键技术研究 被引量：4

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作者 霍羽 张毅 +1 位作者 徐钊 高敏 《工矿自动化》 北大核心 2017年第10期48-53,共6页

在分析煤矿井巷无线信号传播环境特点及多天线辐射特性的基础上,提出了融合巷道波导理论和自适应阵列天线相关技术的自适应多天线技术,介绍了煤矿井巷自适应多天线的基本组成和原理,并探讨了其需进一步研究的关键技术。煤矿井巷自适应... 在分析煤矿井巷无线信号传播环境特点及多天线辐射特性的基础上,提出了融合巷道波导理论和自适应阵列天线相关技术的自适应多天线技术,介绍了煤矿井巷自适应多天线的基本组成和原理,并探讨了其需进一步研究的关键技术。煤矿井巷自适应多天线可根据信道传输特征有选择地控制导引波模的数量、类型和强度,从源头上改善井下无线通信覆盖状况,提高煤矿无线通信系统性能。 展开更多

关键词 煤矿井巷 矿井无线通信 自适应多天线 自适应阵列天线 巷道波导理论 波束成形

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基于PLUS与InVEST模型的高潜水位矿区土地利用与生境质量时空变化及预测研究:以邹城市为例

9

作者 朱琳 刘培睿 +2 位作者 马明宇 王哲 徐嘉兴 《中国矿业》 北大核心 2025年第9期185-195,共11页

分析矿区时序土地利用变化及其生境质量时空演变特征,设置自然、经济和可持续等多情景预测土地利用变化,评价未来生境质量演变,对缓解煤炭资源开采与生态环境保护的矛盾,促进矿业城市绿色转型发展具有重要意义。本文以邹城市为例,利用1... 分析矿区时序土地利用变化及其生境质量时空演变特征,设置自然、经济和可持续等多情景预测土地利用变化,评价未来生境质量演变,对缓解煤炭资源开采与生态环境保护的矛盾,促进矿业城市绿色转型发展具有重要意义。本文以邹城市为例,利用1990—2020年土地利用数据,耦合PLUS模型和InVEST模型,分析近三十年土地利用及生境质量时空变化特征及变化趋势,设置多情景预测2040年土地利用变化对生境质量的影响。研究结果表明:①1990—2020年邹城市林地、草地和未利用地面积总体上呈减少趋势,水域小幅上升,耕地因草地的大量转入而增多,受煤矿资源开采和城镇高速发展的影响,塌陷积水区和建设用地的面积持续增长。②1990—2020年邹城市生境质量总体呈下降趋势,空间上呈东南部高、西北部低,并存在空间集聚性,与城镇建设用地与塌陷积水区的持续增加密切相关。③2040年邹城市在自然发展情景(S1)、经济发展情景(S2)和可持续发展情景(S3)下耕地、草地、未利用地面积均呈下降趋势。2040年在三种发展情景下邹城市生境质量随经济发展和城市扩张规模的不同呈现差异化的下降趋势,但在S3情景下,二者扩张速率减缓,有利于缓解研究区生境质量的下降趋势。未来邹城市应合理调整城市规划,加大采煤塌陷区的复垦与生态修复治理,同时权衡经济发展与生态保护,走绿色转型发展之路。 展开更多

关键词 生境质量 InVEST模型 多情景模拟 高潜水位矿区 邹城市

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用于智能矿山移动边缘计算的二维动态匹配算法 被引量：4

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作者 赵端 申澄洋 +1 位作者 史新国 刘柯 《工矿自动化》 北大核心 2022年第4期89-95,共7页

针对智能矿山井下移动边缘计算(MEC)应用中存在的由于资源分配不合理,移动用户将任务卸载到非最优边缘服务器,导致额外的传输时间和执行延迟,从而造成总任务完成率下降的问题,提出了一种基于偏好的二维动态匹配算法,优化MEC系统中资源... 针对智能矿山井下移动边缘计算(MEC)应用中存在的由于资源分配不合理,移动用户将任务卸载到非最优边缘服务器,导致额外的传输时间和执行延迟,从而造成总任务完成率下降的问题,提出了一种基于偏好的二维动态匹配算法,优化MEC系统中资源分配决策。将1个时隙内MEC系统中移动用户的位置、任务所需计算量等数据发送至边缘服务器,根据设定的偏好值大小,形成边缘服务器对移动用户的偏好表,同时移动用户根据物理距离的不同,对所有边缘服务器也形成偏好表,2张偏好表相结合形成一张二维动态偏好表,进而抽象为一个二维矩阵,通过基于偏好的二维动态匹配算法对二维矩阵进行处理,得到移动用户和边缘服务器的匹配优化结果。仿真结果表明:与常规MEC场景卸载算法相比,基于偏好的二维动态匹配算法能够有效缓解大量突发任务场景下总任务完成率下降的问题,在极端情况下总任务完成率能够达到60%以上。 展开更多

关键词 智能矿山 移动边缘计算 边缘服务器 移动用户 二维动态匹配 偏好 总任务完成率

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应力值变化方向约束下的非线性地震成像实验设计

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作者 陈卿 刘强 魏明 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2021年第6期42-47,共6页

地震成像是获取煤矿井下地质结构和应力分布的有效工具,但在实际应用中往往面临初值和多解性问题。为解决该问题,针对二维地震成像提出一种新型反演方法,即以非线性方法PSO进行寻优,避免了对初值的讨论,同时引入应力值变化方向对成像过... 地震成像是获取煤矿井下地质结构和应力分布的有效工具,但在实际应用中往往面临初值和多解性问题。为解决该问题,针对二维地震成像提出一种新型反演方法,即以非线性方法PSO进行寻优,避免了对初值的讨论,同时引入应力值变化方向对成像过程进行约束以降低多解性。数值实验结果显示,新方法将反演结果与真值间平均距离降低了5.1%,距离方差降低了99.2%;反演结果与频域截断后的真值间平均距离降低了18.8%,距离方差降低了98.7%,表明新方法有效提高了成像结果的可靠性和稳定性。文中所述方法源码以GPL协议开源,可为地震成像教学、科研提供参考。 展开更多

关键词 地震成像 应力值变化方向 快速傅里叶变换 粒子群

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基于WiFi的人员动作识别实验演示系统 被引量：1

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作者 张雷 张跃 +3 位作者 鲍蓉 胡局新 田传耕 朱永红 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2022年第10期45-48,141,共5页

为了帮助学生了解物联网前沿技术,针对“物联网技术”课程前沿性实验设备不足问题,开发基于WiFi的人员动作识别实验系统。系统由信号采集模块和动作判识模块两部分组成,信息采集模块负责采集不同行为信号,并将信号传输到判识系统进行人... 为了帮助学生了解物联网前沿技术,针对“物联网技术”课程前沿性实验设备不足问题,开发基于WiFi的人员动作识别实验系统。系统由信号采集模块和动作判识模块两部分组成,信息采集模块负责采集不同行为信号,并将信号传输到判识系统进行人员动作判识。判识模块通过信号处理、标注学习、模型训练等步骤实现人员行为判识。 展开更多

关键词 行为识别 信道状态信息 实验教学

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基于生态安全格局的资源枯竭型城市生态保护修复关键区识别:以徐州市贾汪区为例 被引量：6

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作者 赵华 周舒恬 +4 位作者 徐嘉兴 马明宇 陈鉴安 裴基龙 张炜 《中国矿业》 北大核心 2024年第10期119-130,共12页

科学构建生态安全格局、识别生态保护修复关键区是系统推进生态修复目标,实现资源枯竭型城市绿色转型发展和生态安全的基本保障与重要途径。本文以东部典型资源枯竭型城市徐州市贾汪区为例,通过定量评估土壤保持、碳存储、生境质量、产... 科学构建生态安全格局、识别生态保护修复关键区是系统推进生态修复目标,实现资源枯竭型城市绿色转型发展和生态安全的基本保障与重要途径。本文以东部典型资源枯竭型城市徐州市贾汪区为例,通过定量评估土壤保持、碳存储、生境质量、产水量和固碳释氧五种生态系统服务功能变化,分析了绿色转型中的贾汪区生态修复治理成效。在此基础上,基于热点分析、最小累计阻力模型和电路理论等方法,识别了生态源地、生态廊道、生态“夹点”、障碍区等生态安全格局要素,分析了2000—2020年生态安全格局及其动态变化,并识别生态保护修复关键区域。研究结果表明:①2000—2020年贾汪区生态系统服务总体呈增加趋势,生态环境逐步得到改善,生态源地斑块数量逐渐减少但总面积持续增加,廊道分布由“西多东少”转变为“较为均衡”的格局。②确定生态保护修复关键区包括重要生态源地10处,重要生态廊道39处,障碍修复关键区5.53 km^(2),廊道保护关键区1.70 km^(2),多位于主城区西南部和潘安湖南部生态流动强度高且廊道狭窄处,应加强重点修复和保护。③根据生态保护修复关键区覆被类型,建议重要生态源地树立红线观念、加强生态用地和非生态用地有效连接、拓宽生态廊道范围、增加廊道沿线植被恢复等保护修复策略。研究结果可为资源枯竭型城市的生态修复规划确定优先修复事项提供有效技术支撑。 展开更多

关键词 生态安全格局 生态系统服务 最小累计阻力模型 电路理论 资源枯竭型城市

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基于改进YOLOv5s的煤矿机电设备维修指导系统 被引量：1

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作者 徐俊 赵小虎 +2 位作者 候念琦 王杰 刘昱麟 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第5期151-156,共6页

针对煤矿机电设备辅助维修中二维码标注工作量大、通用性低及现有免注册识别方法实现复杂、难以部署等问题,提出了一种基于改进YOLOv5s的煤矿机电设备维修指导系统。该系统由设备免注册识别模块、故障维修指导模块、远程专家接入指导模... 针对煤矿机电设备辅助维修中二维码标注工作量大、通用性低及现有免注册识别方法实现复杂、难以部署等问题,提出了一种基于改进YOLOv5s的煤矿机电设备维修指导系统。该系统由设备免注册识别模块、故障维修指导模块、远程专家接入指导模块组成。设备免注册识别模块通过HoloLens眼镜上的摄像头采集故障设备图像,并通过改进YOLOv5s图像识别算法进行分析和处理,识别出故障设备型号;故障维修指导模块根据故障设备型号自动匹配调用预设好的混合现实拆装模型,形成维修指导解决方案;远程专家接入指导模块通过音视频会话、虚拟标注等方式实现远程专家与现场维修人员的交互。为保证用户使用混合现实设备时的沉浸感体验,针对混合现实设备自身算力不足问题,采用ShuffleNetV2替换YOLOv5s中的Backbone,得到YOLOv5s−SN2网络,从而减少模型参数量,降低计算开销。实验结果表明:YOLOv5s−SN2相较于YOLOv5s精度略有下降,但每秒浮点运算次数(FLOPS)从16.5×10^(9)下降到7.6×10^(9),参数量从15.6×10^(6)个下降到8.2×10^(6)个;在YOLO系列模型中,YOLOv5s−SN2性能最优。以三叶罗茨鼓风机为例验证系统整体效果,结果表明,YOLOv5s−SN2可快速识别出电动机型号,调用与之匹配的虚拟模型及维修流程,远程专家可通过音视频接入和标注等方法辅助现场工作人员进行机电设备维修。 展开更多

关键词 煤矿机电设备 辅助维修 免注册识别 YOLOv5s 混合现实 HoloLens

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煤矿瓦斯智能抽采理论与调控策略 被引量：53

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作者 周福宝 刘春 +2 位作者 夏同强 刘应科 孙玉宁 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期2377-2387,共11页

基于瓦斯抽采的安全原则与效率原则,提出了瓦斯智能抽采的原理;建立了瓦斯抽采管网中瓦斯-空气混合气体流动控制方程,以最大瓦斯抽采纯流量为目标函数,建立了瓦斯抽采管网参数的优化模型,分别从瓦斯体积分数、流量以及效能比等参数约束... 基于瓦斯抽采的安全原则与效率原则,提出了瓦斯智能抽采的原理;建立了瓦斯抽采管网中瓦斯-空气混合气体流动控制方程,以最大瓦斯抽采纯流量为目标函数,建立了瓦斯抽采管网参数的优化模型,分别从瓦斯体积分数、流量以及效能比等参数约束条件定量判定瓦斯抽采安全与效率;以上述模型为基础,针对钻孔抽采区域温度高于临界温度、钻孔抽采纯量低于抽采纯量下限,以及钻孔抽采浓度低于瓦斯安全浓度下限等工况条件展开理论分析和数值计算,提出了相应的瓦斯抽采系统优化策略,通过协同调整不同抽采钻孔的阀门开度和抽采泵转速,有效提高了抽采瓦斯体积分数、效能比和抽采纯流量,并提出了相应的瓦斯抽采系统优化策略。最后,设计了由数据感知模块、通信传输模块、数据处理与决策模块、控制模块等部分组成的瓦斯智能抽采系统,开发了基于物联网的智能调节阀门,阀门的感知模块包括温度传感器、瓦斯浓度传感器和气压传感器等,通讯模块将数据上传至云存储端,通过电脑网页和手机客户端实现监测与控制;发明了采用高分子减阻剂提高水环真空泵效率的技术方法,以高分子减阻溶液作为水环真空泵的工作介质,有效降低了液环的湍流损失和流体与泵体过流部件的摩擦损失,并开发了地面全封闭式和井下直注式2种瓦斯抽采泵节能系统,该项技术在山西潞安集团余吾煤业成功应用,节电率和节水率分别达到22.5%和66.7%,为瓦斯智能高效抽采提供了借鉴。 展开更多

关键词 煤矿瓦斯 智能抽采 调控策略 抽采效率

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关键层运动监测及岩移5阶段规律——以红庆河煤矿为例 被引量：47

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作者 鞠金峰 许家林 +6 位作者 刘阳军 马祥 王晓振 王业征 刘乐 谢建林 赵富强 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期611-622,共12页

煤炭开采引起的岩移规律一直是采矿领域难解的“黑箱”问题,研究揭示其内部作用机制与演变过程是科学解决采矿工程系列问题的理论基础。基于岩层控制的关键层理论,采用地面钻孔原位监测方法,开展了红庆河煤矿深井特大采高开采条件下覆... 煤炭开采引起的岩移规律一直是采矿领域难解的“黑箱”问题,研究揭示其内部作用机制与演变过程是科学解决采矿工程系列问题的理论基础。基于岩层控制的关键层理论,采用地面钻孔原位监测方法,开展了红庆河煤矿深井特大采高开采条件下覆岩内部移动规律的实测与反演研究。结果表明,覆岩由下向上逐步运移发展的过程呈现5阶段典型分区特征,分别为覆岩超前受压变形阶段、逐层向上断裂运移阶段、覆岩整体快速沉降阶段、上位岩层向下压实阶段以及覆岩整体稳沉阶段。依据5阶段岩移特征,拟合形成了覆岩超前运移的“类指数”岩移边界线,对应井上下超前影响范围分别为地表的340 m以及煤层的99 m;推演得到了关键层逐层向上断裂发展的83°断裂延伸角,对应320 m埋深以下关键层发生超前断裂、以上为滞后断裂。同时,对覆岩“横三区”的具体分布进行了划分;沿走向推进剖面,“类指数”岩移边界线与关键层断裂线之间的区域为超前变形区(煤壁支撑区),对应于岩移阶段1;关键层断裂线之后、直至井上下分别滞后工作面煤壁410和190 m的区域为离层区,对应于岩移阶段2~4;再后方的采空区为重新压实区,对应于岩移阶段5。覆岩关键层运动表现出对地表沉陷的显著控制作用,随着其逐层向上断裂运移,地表沉陷活跃度不断攀升,在主关键层结束其正向回转并开始反向回转时,地表沉陷开始进入峰值状态,且这种峰值的持续对应于覆岩整体的快速沉降;当上位岩层逐步压实下位岩层时,地表沉陷活跃度开始降低;直至主关键层运移稳定,地表沉陷活跃期结束、开始进入衰退期;表明地表沉陷盆地的最终形态直接受控于主关键层的运移状态。 展开更多

关键词 岩层移动 钻孔原位监测 关键层 分区运移 岩移边界 地表沉降

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浅埋煤层开采压架类型 被引量：105

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作者 许家林 朱卫兵 鞠金峰 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第8期1625-1634,共10页

浅埋煤层长壁开采工作面矿压显现有时很强烈,在支架工作阻力和支护强度很大时仍发生严重的压架事故。据不完全统计,神东矿区自2007年以来先后发生十多起严重的压架事故,造成了巨大的经济损失。压架灾害是目前影响神东矿区浅埋煤层安全... 浅埋煤层长壁开采工作面矿压显现有时很强烈,在支架工作阻力和支护强度很大时仍发生严重的压架事故。据不完全统计,神东矿区自2007年以来先后发生十多起严重的压架事故,造成了巨大的经济损失。压架灾害是目前影响神东矿区浅埋煤层安全高效开采的重要因素之一。为了有效防治压架灾害,通过大量的工程实测,并结合模拟实验和理论分析,对神东矿区浅埋煤层开采压架机理与类型开展了系统深入的研究,结果表明:当浅埋煤层覆岩呈现复合单一关键层结构和上煤层已采单一关键层结构时,在下列4类特定条件下上覆岩层直至地表的荷载易直接作用到该单一关键层结构上,导致关键层结构的滑落失稳,引发工作面压架:1厚风积沙复合单一关键层条件;2过沟谷地形上坡段条件;3采出上覆集中煤柱条件;4上覆房采煤柱下开采条件。揭示了上述4类条件下关键层结构失稳机制与压架机理,并提出了相应的防治对策,指导了神东矿区浅埋煤层开采压架灾害的防治实践。 展开更多

关键词 浅埋煤层 压架灾害 关键层 神东矿区

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采动岩体裂隙自修复的水-CO2-岩相互作用试验研究 被引量：18

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作者 鞠金峰 李全生 +1 位作者 许家林 杨磊 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期3700-3709,共10页

采动破坏岩体易与采空区水、气发生一系列物理化学作用,促使裂隙发生导水能力降低的自修复现象;研究揭示导水裂隙的自修复机理对于科学评价地下水生态恢复能力、合理制定裂隙限流的保水采煤对策等具有重要的指导意义。基于砂质泥岩裂隙... 采动破坏岩体易与采空区水、气发生一系列物理化学作用,促使裂隙发生导水能力降低的自修复现象;研究揭示导水裂隙的自修复机理对于科学评价地下水生态恢复能力、合理制定裂隙限流的保水采煤对策等具有重要的指导意义。基于砂质泥岩裂隙岩样在酸性和碱性水溶液条件下的水-CO2-岩相互作用实验,揭示了裂隙在黏土矿物遇水膨胀以及次生矿物或沉淀物充填作用下的自修复机理和规律。结果表明:无论酸性或碱性水溶液条件,裂隙均具备自修复能力,但酸性水溶液条件下的自修复效果更好。裂隙自修复过程中存在渗透率“先快后慢”的分区特征;首先出现以裂隙面黏土矿物遇水膨胀作用为主引起的渗透率快速下降现象,其下降速度在碱性水条件下更快;其次随着时间的累积,裂隙面岩石矿物溶解、溶蚀形成的离子与水溶液中的阴阳离子、游离CO2发生离子交换化学反应,引起高岭石等衍生矿物或Fe(OH)3等沉淀物的生成,这些新的物质在裂隙面逐渐吸附堆积,不断降低裂隙的导水能力。由于实验砂质泥岩中铝硅酸盐矿物含量偏低,无法充分消耗加大通入量的CO2,导致多余的CO2会以碳酸的形式对裂隙面矿物形成溶蚀作用,从而引起裂隙开度及其水渗流能力的提高,表现出对裂隙岩石自修复进程的阻滞作用。 展开更多

关键词 导水裂隙 自修复 水-CO 2-岩相互作用 岩石矿物 保水采煤

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化学沉淀修复采动破坏岩体孔隙/裂隙的降渗特性试验 被引量：17

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作者 鞠金峰 李全生 +2 位作者 许家林 李娟娟 曹志国 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期89-96,共8页

针对覆岩采动破坏含水层的生态修复难题,以化学沉淀物封堵采动导水通道为思路,开展了铁/钙质化学沉淀对采动破坏岩体孔隙/裂隙的修复降渗特性试验。采用单一裂缝岩样模型和石英砂管模型分别模拟地下水在破断岩层裂隙通道和破碎岩体孔隙... 针对覆岩采动破坏含水层的生态修复难题,以化学沉淀物封堵采动导水通道为思路,开展了铁/钙质化学沉淀对采动破坏岩体孔隙/裂隙的修复降渗特性试验。采用单一裂缝岩样模型和石英砂管模型分别模拟地下水在破断岩层裂隙通道和破碎岩体孔隙通道中的渗流状态,通过注入可与地下水发生铁/钙质化学沉淀的试剂,评价沉淀物对采动岩体孔隙/裂隙的封堵降渗特性。结果表明:在为期近42 d的水渗流试验中,两试验模型降渗趋势显著,且均呈现先快后慢的分区降渗特征。裂隙岩样模型选用铁质化学沉淀进行封堵降渗,绝对渗透率由初始的15.1μm^2降低为0.01μm^2;试验初期受裂隙面岩石黏土矿物遇水膨胀作用的叠加,降渗速度快、时间短。石英砂管模型选用钙质化学沉淀开展降渗试验,绝对渗透率由初始的62.3μm^2降低为0.1μm^2;由于其宏观孔隙通道尺寸大、初始孔隙率高(32.8%),导致初期快速降渗阶段持续时间明显偏长,且试验末期对应绝对渗透率值也相对偏大。试验结果证实了铁/钙质化学沉淀对采动破坏岩体孔隙/裂隙的封堵修复效果,同时也为利用化学沉淀方法进行采动覆岩导水通道封堵的含水层生态修复研究与实践提供了重要参考。 展开更多

关键词 含水层修复 铁/钙质化学沉淀 裂隙岩体 石英砂管 自修复 降渗特性

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煤层顶底板采动破坏同步动态监测电性特征分析 被引量：13

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作者 杨海平 刘盛东 +1 位作者 杨彩 章俊 《工程地质学报》 CSCD 北大核心 2021年第4期1002-1009,共8页

随着煤炭开采深度的增加,深部复杂条件下开采的水害问题日益严重。复杂条件下煤层回采过程顶底板破坏动态监测对于工作面突水预测、采煤方法改进等具有重要意义。本文基于并行电法监测技术,结合双模式电极数据采集方式,同时在采煤工作... 随着煤炭开采深度的增加,深部复杂条件下开采的水害问题日益严重。复杂条件下煤层回采过程顶底板破坏动态监测对于工作面突水预测、采煤方法改进等具有重要意义。本文基于并行电法监测技术,结合双模式电极数据采集方式,同时在采煤工作面进行煤层顶、底板全空间地电场特征监测研究,获得了煤层围岩顶底板采动前后电阻率及自然电位同步响应特征。研究表明:顶底板跨孔电阻率监测动态变化可以显示孔间电阻率随采煤工作面逐步推进的动态变化情况,可有效表征顶底板破坏带发育范围,同时顶板垮落造成的电阻率变化程度大于底板破裂引起的电阻率变化程度;自然电位数据可分辨顶、底板岩层及裂隙张合形态、以及破裂程度,研究区域内顶板自然电位值明显高于底板自然电位值,且顶板的破裂引起的自电位变化强度明显大于底板破裂引起的自电位变化。采用多参数对煤层顶底板采动破坏进行同步动态监测,对保障采动工作面安全回采具有现实应用价值。 展开更多

关键词 采动破坏 同步动态监测 电阻率 自然电位 煤层顶底板

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