深部煤炭资源安全高效开采科学问题及关键技术 被引量：10

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作者 袁亮 张通 +3 位作者 王玥晗 王新中 王雅亭 郝宪杰 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期1-12,共12页

在百年未有之大变局加速演变国际大背景下,我国能源行业面临“双碳”战略目标实现与能源资源稳定供给的双重挑战,向地球深部进军成为我国能源资源开发的必由之路。系统梳理了地质勘测、智能开采、灾害预警、生态修复等领域的技术发展现... 在百年未有之大变局加速演变国际大背景下,我国能源行业面临“双碳”战略目标实现与能源资源稳定供给的双重挑战,向地球深部进军成为我国能源资源开发的必由之路。系统梳理了地质勘测、智能开采、灾害预警、生态修复等领域的技术发展现状,分析了现有技术针对深部资源开发的适用性。基于现有技术现状及深部矿产资源原位贮存及采动特性,提炼出了深部矿井建设运营全过程面临的关键理论及技术问题,进一步指出了实现深部煤炭资源安全高效开采未来的技术攻关方向。通过分析数字孪生、人工智能、大算力模型等新兴技术的发展趋势,明确了地质透明化、智能开采工艺、灾害预警体系、生态环境修复等重要领域的技术突破路径,构建了深部资源安全−高效−智能−绿色开采的可行技术发展战略。未来,通过逐步在跨尺度地质体演化动态表征、非线性煤岩多相多场耦合致灾机理研究、耐高温高压多功能材料与新型勘探开采装备研发、泛适应性无人开采工艺构建、地质生态高效绿色精准修复、矿区建设−生产−修复区域智能决策大模型孕训等方向形成突破,奠定深部矿产资源稳定、高效、智能、绿色开采的基础技术保障,深部资源开采必将实现少人/无人开采及全网络分布式智能调控开采,为国家能源安全战略保障提供核心支撑。 展开更多

关键词 深部煤炭资源 安全、高效、智能、精准、绿色开采 关键技术 多相多场响应 人工智能 泛工艺

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掘进机截割部实验台数字孪生监测系统研究

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作者 马天兵 杨启程 +2 位作者 李长鹏 史瑞 彭猛 《煤炭工程》 北大核心 2025年第4期131-137,共7页

掘进机截割部实验台在模拟截割过程中,粉尘浓度高,会引起掘进机截割状态实时监测的可视化效果差、安全性低等问题,为此,提出了一种基于数字孪生的掘进机截割实验状态实时监测方法。首先,绘制了数字孪生掘进机截割部实验系统五维模型架构... 掘进机截割部实验台在模拟截割过程中,粉尘浓度高,会引起掘进机截割状态实时监测的可视化效果差、安全性低等问题,为此,提出了一种基于数字孪生的掘进机截割实验状态实时监测方法。首先,绘制了数字孪生掘进机截割部实验系统五维模型架构;其次,基于UE 5软件开发了掘进机截割部实验系统数字孪生体,主要包括截割部数字场景的搭建、孪生数据传输与管理、虚实数据映射等;最后通过掘进机截割实验进行数字孪生集成功能验证。实验结果表明,运用数字孪生技术实现场景漫游可有效提升掘进机截割状态可视化监测效果,为截割实验安全性提供保障。 展开更多

关键词 数字孪生 掘进机截割部 数据交互 状态监测 数据可视化

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深部开采煤矿典型动力灾害孕灾主控因素与机制研究进展 被引量：4

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作者 杨科 郭鹏慧 +4 位作者 袁亮 曹安业 张永将 马衍坤 李家卓 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3466-3487,共22页

煤炭资源的开采逐渐进入深部开采阶段,煤岩的非线性行为、大范围高能级灾害、多物理场耦合等现象加剧,冲击地压和煤与瓦斯突出二者相互诱导、相互激励,煤矿典型动力灾害危险性和危害性渐趋严重,已成为制约我国深部煤炭资源安全高效生产... 煤炭资源的开采逐渐进入深部开采阶段,煤岩的非线性行为、大范围高能级灾害、多物理场耦合等现象加剧,冲击地压和煤与瓦斯突出二者相互诱导、相互激励,煤矿典型动力灾害危险性和危害性渐趋严重,已成为制约我国深部煤炭资源安全高效生产的绊脚石,防治煤矿典型动力灾害的前提和基础是深入研究其发生机理。因此,需要掌握我国煤矿冲击地压、煤与瓦斯突出和煤岩瓦斯复合动力灾害机理研究领域的整体进展以及孕灾主控因素与机制。文中总结了前人及研究团队已有研究成果,利用CiteSpace软件梳理文献,并通过关键词共现和突现知识图谱分析,阐述了煤矿典型动力灾害领域发展历程中每个阶段的研究热点以及未来的发展态势;厘清了不同孕灾条件对煤与瓦斯突出和冲击地压影响的差异性;探讨了煤矿典型动力灾害孕育的“五效应”机制。分析认为,围绕煤矿典型动力灾害领域的研究均以其发生机理及孕灾因素为基点,其中孕灾因素以天然地质条件为主、开采技术条件为辅,不同的孕灾环境形成的典型动力灾害表现形式不同,典型动力灾害孕育机制包括物质内在效应、应力超载效应、能量驱动效应、结构异变效应和煤岩体时变效应,五者相互作用、相互影响。根据当前深部开采面临的问题和亟需攻克的关键难题提出了研究展望,亟待深入研究煤矿典型动力灾害全生命周期孕育特征、演化特征、致灾机理,深部强扰动作用下煤矿典型动力灾害前兆信息智能辨识、预警指标融合,以及多灾种链生灾害联防联控体系,从而有效保障深部煤炭资源安全高效开采。 展开更多

关键词 深部开采 煤与瓦斯突出 冲击地压 煤岩瓦斯复合动力灾害 孕灾机制

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电磁混合式耦合器调隙装置多目标参数优化

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作者 王爽 孙守锁 +1 位作者 郭永存 胡泽永 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第5期1007-1017,共11页

针对双盘式磁力耦合器的调隙机构普遍存在的体积大、调节精度低的问题,提出新型的电磁混合式磁力耦合器,通过电磁驱动可以实现磁力耦合器的精准调隙.以平均推力和推力波动为目标,对核心构件电磁调隙装置进行多目标优化.基于敏感度分析... 针对双盘式磁力耦合器的调隙机构普遍存在的体积大、调节精度低的问题,提出新型的电磁混合式磁力耦合器,通过电磁驱动可以实现磁力耦合器的精准调隙.以平均推力和推力波动为目标,对核心构件电磁调隙装置进行多目标优化.基于敏感度分析对设计参数进行分级优化,提出蜣螂优化算法优化BP神经网络模型(DBOBP)和多目标金豺优化算法(MOGJO),结合响应面法和扫描法,确定电磁调隙装置的最优参数.基于有限元法对推力波形、感应电动势、磁感应强度及磁场线分布进行分析,优化后径向气隙磁感应强度提升了19%,平均推力提升了57.8%,推力波动比值降低了28.3%,验证了最终设计相对于最初设计的优异性能以及新型磁力耦合器多目标参数分级优化的正确性. 展开更多

关键词 磁力耦合器 电磁调隙 DBO-BP神经网络 多目标金豺优化(MOGJO)算法 多目标参数优化

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煤层气储层地震预测与评价技术发展现状及趋势

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作者 吴海波 张平松 +6 位作者 许时昂 黄亚平 董守华 程彦 李东会 张生 张敏 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第6期233-245,共13页

【背景】煤层气储层地震预测与评价技术经历了三十多年的快速发展,在煤层气勘探中扮演着不可或缺的角色。【方法】回顾了煤层气储层地震预测与评价技术体系内煤层气储层地震岩石物理测试、建模与反演,煤层气储层地震波场模拟,煤层气地震... 【背景】煤层气储层地震预测与评价技术经历了三十多年的快速发展,在煤层气勘探中扮演着不可或缺的角色。【方法】回顾了煤层气储层地震预测与评价技术体系内煤层气储层地震岩石物理测试、建模与反演,煤层气储层地震波场模拟,煤层气地震AVO反演与地震属性反演,以及煤层气储层资源与工程“甜点区”综合地震预测等多项核心技术方向的发展历程及现状。剖析了煤层气储层吸附气、双重孔裂隙系统、黏弹性和薄层等特性对该型储层地震预测与评价技术精度及分辨率的影响与限制。从煤层气储层开发目标的转变、地震勘探关键环节的技术迭代两个视角,展望了煤层气储层地震预测与评价技术的发展趋势与方向。【展望】未来,煤层气地震预测与评价技术将紧跟深部煤层气开发与煤系多气一体化共采的发展方向,在储层岩石物理精细刻画、数值建模与模拟、高精度探测数据采集、目标导向型精细化处理、多参数高精度智能反演以及“甜点区”综合识别等多项技术方向上形成突破,助推实现煤层气勘探领域新的跨越式发展。 展开更多

关键词 煤层气 超声波测试 岩石物理建模 地震波场数值模拟 地震反演

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基于DYCS-YOLOv8n的井下无人驾驶电机车多目标检测

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作者 许谨辉 王文善 +2 位作者 王爽 王文钺 赵婷婷 《工矿自动化》 北大核心 2025年第4期86-92,130,共8页

针对井下无人驾驶电机车因光线暗、噪声大及运动模糊等因素导致图像特征难提取、细节易丢失、小尺寸目标难识别等问题,提出了一种基于DYCS-YOLOv8n的井下无人驾驶电机车多目标检测模型。在YOLOv8n的基础上引入卷积注意力模块(CBAM),通... 针对井下无人驾驶电机车因光线暗、噪声大及运动模糊等因素导致图像特征难提取、细节易丢失、小尺寸目标难识别等问题,提出了一种基于DYCS-YOLOv8n的井下无人驾驶电机车多目标检测模型。在YOLOv8n的基础上引入卷积注意力模块(CBAM),通过空间和通道双重注意力机制,提高了对关键特征的提取能力;增加小目标检测层,由原来的3层增加到4层,从而更好地提取细小特征,提升了对小尺寸目标的检测性能;采用动态上采样算子DySample,根据输入特征自适应地调整采样策略,更好地保留图像中的边缘和局部细节,避免了图像关键信息损失。采用自建的井下无人驾驶电机车数据集进行实验,结果表明:(1) DYCS-YOLOv8n模型的平均精度均值(mAP@0.5)达97.5%,较YOLOv8n模型提高了3.4%,且检测速度达46.35帧/s,满足实时性检测需求。(2)与YOLO系列主流目标检测模型相比,DYCS-YOLOv8n模型的mAP@0.5最优,在保持轻量化的同时保证了较快的计算速度。(3)在噪声、低光照等复杂井下场景下,DYCS-YOLOv8n模型对行人、轨道、信号灯的平均检测置信度较高,未出现漏与误检情况。 展开更多

关键词 井下无人驾驶 电机车 多目标检测 YOLOv8n 卷积注意力机制 小目标检测 动态上采样

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遗留煤柱扰动下薄间距动压巷道压裂卸压护巷技术研究

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作者 陈学亚 张宁波 +2 位作者 刘立明 陈宝宝 付世雄 《煤炭工程》 北大核心 2025年第1期42-51,共10页

针对遗留煤柱扰动与薄间距岩层条件下动压巷道高应力承载引发的大变形难题,以黄家沟煤矿10102运输平巷为工程背景,建立了遗留煤柱-多状态薄层间岩层作用下的底板应力传递模型,阐述了目标巷道内不同压裂角下应力转移与煤体滑移特征,确定... 针对遗留煤柱扰动与薄间距岩层条件下动压巷道高应力承载引发的大变形难题,以黄家沟煤矿10102运输平巷为工程背景,建立了遗留煤柱-多状态薄层间岩层作用下的底板应力传递模型,阐述了目标巷道内不同压裂角下应力转移与煤体滑移特征,确定了基于应力源头和传递路径控制的压裂参数,并在现场进行压裂切顶卸压。研究表明:遗留煤柱对底板影响以垂直应力为主,其增压在采空区裂隙岩体劣化承载与碎胀岩体阻隔传载效应下形成了8+9煤底板施载区,并对10煤回采巷道产生附加应力,确定了应力集中边界线敏感角。层间岩层压裂弱化改善了切顶线下方应力环境,降低了遗留煤柱承载与采动应力向10煤煤柱传递程度,确定了等效压裂弱化宽度7.5 m。切顶角45°压裂对应层间岩层水平压裂距离12.5 m,目标巷道围岩的垂直应力、变形量及煤柱滑移程度达到最小。在现场以45°压裂角实施压裂后,压裂缝网贯通发育,有效实现了预裂切顶。顶底板与两帮变形量较常规条件分别下降了60.1%和65.5%,提高了围岩稳定性,保障了工作面高产高效。 展开更多

关键词 遗留煤柱 薄间距 动压巷道 采空区阻隔效应 切顶卸压

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单轴压缩下含钻孔煤样力学行为试验与数值模拟

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作者 焦振华 倪志辉 +3 位作者 胡浩 杨利文 李睿 马家宝 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第S1期108-119,共12页

煤层钻孔卸压是目前现场应用最为广泛的冲击地压防治技术,为探明孔洞缺陷对煤体力学特性、能量积聚释放以及破坏模式的影响规律,通过开展单轴加载试验,并结合颗粒离散元模拟,分别从宏细观角度研究不同孔径煤样应力应变曲线、能量演化规... 煤层钻孔卸压是目前现场应用最为广泛的冲击地压防治技术,为探明孔洞缺陷对煤体力学特性、能量积聚释放以及破坏模式的影响规律,通过开展单轴加载试验,并结合颗粒离散元模拟,分别从宏细观角度研究不同孔径煤样应力应变曲线、能量演化规律、裂纹扩展破坏特征。发现含孔煤样的力学参数均显著低于完整煤样,随钻孔直径的增加,含孔煤样的峰值强度、峰值应变与弹性模量均呈衰减趋势。加载过程中含孔煤样在峰值应力前均出现应力突降现象,在数值模拟中表现更加明显,表明钻孔的存在破坏了煤样的原始结构,使其承载力发生弱化。完整和含孔煤样能量演化规律基本一致,在达到峰值强度前,以弹性能积聚为主,峰值强度后,耗散能急剧增加。相较于其他力学参数,弹性能指标下降幅度更大。钻孔直径越大,能量耗散比急剧上升时对应的应变越小,从而越不容易积聚能量发生冲击性破坏。通过数值模拟对比煤样破坏前后应力场分布可以看出,拉应力数值和分布范围均随钻孔直径增大而增大,钻孔直径对拉应力区域的扩展和拉应力的大小均有显著影响。从应力张量演化的分析中发现,应力的大小及方向对裂隙的萌生与发展均有导向作用,钻孔周围会出现明显的应力偏转现象。 展开更多

关键词 钻孔煤样 力学行为 能量耗散 破坏模式 数值模拟

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微生物降解煤基扩孔增渗教学设计与实验方法

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作者 柳炳俊 杨云都 《实验技术与管理》 北大核心 2025年第5期220-228,共9页

为帮助学生深刻认识和理解煤层生物地球化学过程中煤有机物的转化机理,以微生物降解煤增透机理为研究背景,通过搭建深部煤层生物增透分子实验平台,将资源与环境领域的分子生物学、代谢组学及煤孔裂隙表征等研究方法相结合,构建微生物降... 为帮助学生深刻认识和理解煤层生物地球化学过程中煤有机物的转化机理,以微生物降解煤增透机理为研究背景,通过搭建深部煤层生物增透分子实验平台,将资源与环境领域的分子生物学、代谢组学及煤孔裂隙表征等研究方法相结合,构建微生物降解煤基扩孔增渗教学实验设计体系,并将其引入安全工程、地质工程与环境工程专业的研究生教学实验中。同时,采用“实验设计+仪器操作+数据处理”教学模式,通过测试微生物厌氧发酵体系中气、液、固、菌的变化规律,揭示煤生物厌氧降解过程中煤基质扩孔增透变化规律。帮助学生学习理解新型低渗煤层增透方法,拓展创新思维,培养提出问题、解决问题的能力和思路,提升动手能力和操作技能。 展开更多

关键词 煤生物降解 煤层增渗 厌氧发酵 教学实验设计

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双转子永磁传动不平衡和失准耦合振动的抑制控制方法

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作者 郭永存 马鑫 +2 位作者 王爽 李德永 杨豚 《煤炭学报》 北大核心 2025年第6期3195-3209,共15页

大型带式输送机在启制动工况或非均匀负载条件下,双转子永磁传动系统易受周期性激励和扰动产生较大振动,特别是该系统磁场呈现非正弦分布以及存在涡电流谐波等因素,使得该系统运行中的振动控制变得尤为重要。双转子永磁传动系统具有调... 大型带式输送机在启制动工况或非均匀负载条件下,双转子永磁传动系统易受周期性激励和扰动产生较大振动,特别是该系统磁场呈现非正弦分布以及存在涡电流谐波等因素,使得该系统运行中的振动控制变得尤为重要。双转子永磁传动系统具有调速高效、运行成本低、适应能力强且等优势,但其非线性特征明显。神经网络迭代学习控制算法通过引入非线性激活函数和深度结构,使得网络能够拟合系统的非线性特征,在迭代学习过程中,网络根据系统的实时振动数据不断调整参数,以实现振动抑制的目标。故采用该算法对转子系统的振动抑制开展研究,对提升系统整体的稳定性,确保其安全高效运行有着重要意义。针对双转子永磁传动系统中磁场非正弦分布及涡电流谐波等因素诱发的传动不平衡与失准耦合振动问题,提出一种改进的神经网络迭代学习控制算法(MNN-ILC),创新性引入了基于误差值的自适应因子σ和正则化的权重衰减系数λ,以快速响应系统变化并减少误差,旨在有效抑制振动。采用多物理场有限元仿真,模拟系统在不对中不平衡状态下的振动特性。为验证所提算法的有效性,以1台55kW的双转子永磁传动系统为研究对象,测试其在不同转速下的实时缓振能力。结果显示:未施加控制时测量点的最大振幅为18.7μm;施加MNN-ILC算法后,振幅最大值降低至3.1μm,减幅达到约83.4%。通过对比MNN-ILC算法与传统ILC算法、现有改进的ILC算法,发现施加控制后约10s时,传统ILC算法开始发散,而MNN-ILC算法仍能保持良好的稳定控制性能,将振幅控制在±3.5μm以内。MNN-ILC相较于ILC,振动抑制效果提升了约51.9%、58.1%、61.4%;在响应时间上分别减少了约33.4%、32.0%、32.5%。该研究为双转子永磁传动系统的振动抑制提供了重要的理论参考。 展开更多

关键词 双转子永磁传动 自适应因子 失准耦合 MNN-ILC算法 振动抑制

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基于XGBoost−SHAP的综采工作面上隅角瓦斯溯源模型

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作者 盛武 王灵子 《工矿自动化》 北大核心 2025年第6期21-27,140,共8页

针对目前综采工作面上隅角瓦斯浓度预测模型由于“黑盒”结构导致内部运行逻辑未知、预测结果可解释性弱的问题,提出一种基于XGBoost−SHAP的综采工作面上隅角瓦斯溯源模型。对综采工作面瓦斯涌出浓度关联监测数据进行相关分析,筛选出特... 针对目前综采工作面上隅角瓦斯浓度预测模型由于“黑盒”结构导致内部运行逻辑未知、预测结果可解释性弱的问题,提出一种基于XGBoost−SHAP的综采工作面上隅角瓦斯溯源模型。对综采工作面瓦斯涌出浓度关联监测数据进行相关分析,筛选出特征变量;基于XGBoost搭建上隅角瓦斯浓度预测模型,引入SHAP算法计算每个特征变量对预测结果的贡献值,增强模型透明度,为XGBoost提供全局性解释;最后利用现场多源传感监测数据对模型性能进行验证。实例分析结果表明:①XGBoost模型的决定系数R^(2)、平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)分别为0.93,0.007,0.008,相较于随机森林(RF)、支持向量回归(SVR)和梯度提升决策树(GBDT),拟合优度最高,误差最低。②XGBoost模型的平均相对误差为4.478%,相较于对比模型,具有较高的精度与较好的泛化性能。③依据各输入特征的平均绝对SHAP值,工作面T1瓦斯浓度对上隅角瓦斯浓度影响最大,工作面上隅角瓦斯抽采管道内瓦斯浓度次之,回采煤层瓦斯含量、回采煤层顶板压力等紧随其后,说明XGBoost能捕捉变量间的非线性关系和交互作用,SHAP算法可为XGBoost模型提供全局性解释。 展开更多

关键词 瓦斯浓度预测 上隅角瓦斯溯源 XGBoost模型 SHAP 可解释性

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颗粒煤的破碎比功及其在压缩破碎过程中的能量转移特征研究

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作者 袁亮 涂庆毅 +2 位作者 赵祖恒 薛生 黄嘉盛 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第5期785-796,共12页

破碎比功是表征突出过程中煤体破碎能量需求的重要参数。为了研究颗粒煤在压缩试验条件下的能量转移特征和破碎比功,以5个典型矿区的煤样为研究对象,开展单颗粒煤压缩试验及PFC2D颗粒流模拟,探究破碎过程中的能量分布和耗散、裂纹扩展... 破碎比功是表征突出过程中煤体破碎能量需求的重要参数。为了研究颗粒煤在压缩试验条件下的能量转移特征和破碎比功,以5个典型矿区的煤样为研究对象,开展单颗粒煤压缩试验及PFC2D颗粒流模拟,探究破碎过程中的能量分布和耗散、裂纹扩展倾角分布及破碎比功与坚固性系数之间的关系。结果表明:颗粒煤的破碎比功与坚固性系数存在一定的线性关系;颗粒煤的破碎比功随粒径的增加而减小。相同加载阶段,微观裂纹数随着颗粒煤粒径的增加而减少,粒径为5和7 mm的颗粒煤在能量大于1.58×10^(-6)和1.37×10^(-6)J时会产生微观裂纹。颗粒破碎过程中裂纹倾角的分布集中在75°~115°。破坏阶段,颗粒煤宏观裂纹倾角随颗粒直径的增大而减小。研究成果为利用煤的破碎比功预测煤与瓦斯突出危险性提供理论和试验数据支撑。 展开更多

关键词 煤与瓦斯突出 破碎比功 颗粒煤 坚固性系数 PFC2D数值模拟

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动静荷载下含瓦斯煤能量耗散与破碎特征试验研究 被引量：3

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作者 刘怀谦 赵洪宝 +4 位作者 王磊 马庆 于美鲁 胡浩 王春华 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3488-3503,共16页

为探究动静荷载下含瓦斯煤能量耗散与破碎特征,利用自主研制的可视化含瓦斯煤动静组合加载试验系统,开展了不同冲击速度与轴压比条件下含瓦斯煤冲击试验,探究含瓦斯煤破裂能量演化特征与耗能特性,探讨碎屑弹射机制及其分布特征,以期阐... 为探究动静荷载下含瓦斯煤能量耗散与破碎特征,利用自主研制的可视化含瓦斯煤动静组合加载试验系统,开展了不同冲击速度与轴压比条件下含瓦斯煤冲击试验,探究含瓦斯煤破裂能量演化特征与耗能特性,探讨碎屑弹射机制及其分布特征,以期阐明含瓦斯煤耗能密度与碎屑分形间的内在联系。结果表明:(1)含瓦斯煤冲击过程能量转化具有同步性,且耗散能时程曲线与煤体变形阶段相对应,即当含瓦斯煤丧失承载能力时,动态应力-应变曲线形态为抛物线型,耗散能时程曲线划分为弹性储能、弹塑性耗能、塑性耗能与能量释放阶段;特别地,当轴压导致含瓦斯煤处于弹塑性或塑性状态时,耗散能时程曲线可直接划分为弹塑性或塑性耗能阶段与能量释放阶段;当含瓦斯煤仍具有承载能力时,动态应力-应变曲线形态为倒钩型,耗散能时程曲线划分为弹性储能、弹塑性耗能、塑性耗能与耗散能回弹阶段,耗散能回弹阶段可导致煤壁片帮或巷道岩爆。(2)含瓦斯煤耗散能随冲击速度升高而增大,耗能占比基本恒定,其值介于31.1%~34.0%,碎屑分维随耗能密度升高呈指数增长;存在临界轴压比使耗散能与耗能占比呈先下降后上升趋势,碎屑分维随耗能密度变化具有分段性,当试样处于持续储能阶段,碎屑分维随耗能密度的增加而降低;当试样处于持续释能阶段,碎屑分维随耗能密度的增加而升高,此时轻微动力扰动即可导致煤岩失稳。研究丰富了煤岩瓦斯动力灾害诱发机制的基础理论,可为煤岩瓦斯动力灾害的监测、预警以及防治技术提供理论支撑。 展开更多

关键词 动静荷载 含瓦斯煤 变形阶段 能量耗散 破碎特征

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基于视觉信息的煤矸识别分割定位方法 被引量：1

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作者 杨宇豪 郭永存 +1 位作者 李德永 王爽 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第7期1421-1433,共13页

在复杂相似背景下煤矸视觉感知模型存在检测精度低与形心定位精度低的问题,为此提出新的煤矸识别分割定位方法.采用高效多尺度挤压激励注意力机制(ESAM)、内容感知特征重组模块(CARAFE)与全卷积掩码自编码器网络(ConvNeXtV2)优化YOLOv5... 在复杂相似背景下煤矸视觉感知模型存在检测精度低与形心定位精度低的问题,为此提出新的煤矸识别分割定位方法.采用高效多尺度挤压激励注意力机制(ESAM)、内容感知特征重组模块(CARAFE)与全卷积掩码自编码器网络(ConvNeXtV2)优化YOLOv5s模型,构建煤矸目标检测模型(ECC-YOLO),提升煤矸的综合检测性能.建立融合自适应中值滤波与梯度增强的煤矸边缘检测算法,实现对矸石图像的精准分割与形心定位.基于煤矸自制数据集的实验结果表明:相比YOLOv5s、YOLOv7-tiny、YOLOv8s、SSD和DETR,ECC-YOLO的综合检测性能最优,平均精度均值为89.0%,平均检测速度为89.29帧/s;对比Canny、Prewitt、KSW和OTSU算法,所建算法对于边缘提取的完整程度最佳,像素面积与形心坐标的最大误差率分别为1.491%和1.796%,该算法具有较高的矸石定位精度. 展开更多

关键词 煤矸识别 YOLO 注意力机制 边缘检测 形心定位

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不同水灰比下矿用超细水泥注浆材料性能试验研究

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作者 周柏坊 孟祥瑞 +4 位作者 王艳芬 程详 赵光明 李英明 刘少泽 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2025年第4期120-135,共16页

水灰比是影响水泥基注浆材料性能的关键因素,在不同水灰比下多组分胶凝体系水化特性会产生显著差异。为明确水灰比与矿用超细水泥体系性能的内在关联,以减水剂、膨胀剂、速凝剂为外加剂掺杂超细硅酸盐水泥制备超细水泥注浆材料(UPCGM),... 水灰比是影响水泥基注浆材料性能的关键因素,在不同水灰比下多组分胶凝体系水化特性会产生显著差异。为明确水灰比与矿用超细水泥体系性能的内在关联,以减水剂、膨胀剂、速凝剂为外加剂掺杂超细硅酸盐水泥制备超细水泥注浆材料(UPCGM),借助不同宏微观测试方法,探究水灰比(0.45~0.80)对UPCGM浆液性能、力学特性与结石体微观结构的影响规律,并深入解析其内在水化机理。结果表明:①水灰比与UPCGM浆液流动度、凝结时间成正相关性,而与结石体的体积膨胀率成负相关性;②随水灰比增加,UPCGM力学强度呈先增大后减小趋势,水灰比为0.50时,结石体显示出最佳力学性能,养护3 d抗压强度(33.70 MPa)比0.60~0.80水灰比提升298.82%~466.39%,28 d抗压强度(50.70 MPa)与抗折强度(8.50MPa)分别提升18.18%~85.71%和50.44%~95.85%;③热力学建模、XRD、FTIR与SEM证实,水灰比的变化会影响UPCGM水化程度、水化产物、孔隙结构与密实性,其中AFt含量、尺寸随水灰比增大而增大;④与矿用无机加固复合砂浆(KWJG-1)对比发现,UPCGM流动度、早期抗压强度与抗折强度略低,但具有明显增强的浆液稳定性、早凝特性与后期抗压强度,水灰比0.50和0.80下养护28 d抗压强度分别比KWJG-1提高14.50%和35.48%,在巷道围岩注浆加固领域具有潜在的应用前景。 展开更多

关键词 超细水泥 水灰比 注浆材料 抗压强度 水化机理

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构造煤中有机显微组分变形差异的力学及分子结构本质

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作者 侯晨亮 姜波 +3 位作者 李明 宋昱 刘和武 程国玺 《煤炭学报》 北大核心 2025年第3期1633-1646,共14页

煤体微观变形的非均质性对煤层气赋存、运移产出具有重要影响,其中有机显微组分变形差异是煤体微观变形的关键,当前对有机显微组分变形差异性与其力学性质及分子结构之间的内在联系研究仍相对薄弱。以构造煤中有机显微组分变形差异性特... 煤体微观变形的非均质性对煤层气赋存、运移产出具有重要影响,其中有机显微组分变形差异是煤体微观变形的关键,当前对有机显微组分变形差异性与其力学性质及分子结构之间的内在联系研究仍相对薄弱。以构造煤中有机显微组分变形差异性特征研究为基础,借助原生结构煤的高温高压变形物理模拟试验验证原位温度-应力条件下有机显微组分的变形规律,结合有机显微组分的原位纳米力学参数和分子结构特征等测试结果,阐释了构造煤中有机显微组分变形差异的力学及分子结构本质。结果表明:壳质组的分子结构松散、稳定性低、可抵抗的应力最小,表现出的硬度和弹性模量也最小,相同温度、应力载荷作用下蠕变位移最大,构造应力作用下易发生韧性弯曲变形;镜质组的分子结构相对紧密、稳定性较高、可抵抗应力较大,其硬度和弹性模量较大,相同温度、应力载荷作用下蠕变位移较小,构造应力作用下多出现脆性破裂变形;相比而言,惰质组的分子结构最为紧密、稳定性最高、可抵抗应力最大,其硬度和弹性模量最大,等同温度、应力载荷作用下蠕变位移最小,相同构造应力作用下产生的脆性破裂变形要弱于镜质组。 展开更多

关键词 构造煤 微观变形 有机显微组分 力学性质 分子结构

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混合生物质基爆破剂的爆炸性能及其影响因素

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作者 杨光 徐颖 +4 位作者 何泽 李成杰 杨荣周 谢昊天 王晓 《火炸药学报》 北大核心 2025年第7期623-630,I0002,共9页

为了研究生物质基爆破剂的爆炸性能及其影响因素,采用传统的工业炸药性能测试方法,通过正交试验开展了生物质基爆破剂的爆速、猛度、空中爆炸冲击波超压、铝热剂起爆以及现场破岩试验,并分析了生物质基爆破剂的爆轰稳定性。爆轰稳定性... 为了研究生物质基爆破剂的爆炸性能及其影响因素,采用传统的工业炸药性能测试方法,通过正交试验开展了生物质基爆破剂的爆速、猛度、空中爆炸冲击波超压、铝热剂起爆以及现场破岩试验,并分析了生物质基爆破剂的爆轰稳定性。爆轰稳定性试验表明,生物质基爆破剂同工业炸药类似,起爆后局部表现为非稳态的不稳定爆轰,在距离起爆点8~10cm后爆轰趋于稳定;基于爆速试验结果得出,装药密度是生物质基爆破剂爆速的主要影响因素,钢管壁厚次之,颗粒直径的影响较小,爆速最大的三因素组合是装药密度0.12g/cm^(3)、颗粒直径0.18mm、钢管壁厚2.50mm,此时爆速为2892.0m/s。猛度试验表明,氧气压力是猛度的主要影响因素,装药密度次之,钢管壁厚影响最小,猛度最大的三因素组合是装药密度0.12g/cm^(3)、氧气压力9MPa、钢管壁厚2.50mm,此时猛度为18.50mm;通过空中爆炸试验发现,空气冲击波峰值超压随着氧气压力的增大以及钢管壁厚的增加而增大,当氧气压力为9MPa、钢管壁厚为2.50mm时超压达到最大值0.052MPa;铝热剂(CuO与Al质量比3∶2)起爆试验表明,铝热剂能够起爆生物质基爆破剂,但爆破威力与雷管引爆有差距;现场试验表明,生物质基爆破剂可以达到破岩目的,验证了生物质破岩技术的可行性。 展开更多

关键词 含能材料 生物质基爆破剂 爆破 爆炸性能 空中爆炸 工业炸药

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基于多传感器信息融合和迁移学习的下肢外骨骼运动意图预测研究

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作者 俞志鹏 王美玲 +2 位作者 王成军 凌六一 金力 《电子学报》 北大核心 2025年第6期1969-1978,共10页

下肢外骨骼需要通过识别穿戴者的运动意图为穿戴者日常活动提供助力,然而当前的研究很少关注能够提供新受试者意图信息的下肢运动模式预测.为此,本文提出了一种基于多传感器信息融合和迁移学习的下肢运动模式预测方法.本文首先设计了一... 下肢外骨骼需要通过识别穿戴者的运动意图为穿戴者日常活动提供助力,然而当前的研究很少关注能够提供新受试者意图信息的下肢运动模式预测.为此,本文提出了一种基于多传感器信息融合和迁移学习的下肢运动模式预测方法.本文首先设计了一个下肢运动模式预测模型,采用长短时记忆单元(Long-Short Term Memory,LSTM)提取表面肌电信号(surface ElectroMyoGraphy,sEMG)中的模式特征,然后将sEMG的模式特征与关节角度特征融合预测下肢运动模式.考虑到受试者之间的生理信号差异,本文设计的迁移学习策略分两步训练预测模型,第一步在源域受试者数据集上预训练模型,第二步冻结sEMG模式特征提取器的网络权值,并在目标域数据集上微调全连接层.实验采集了受试者自由行走和穿戴外骨骼行走的数据.通过预测时间长度为100 ms的实验可以得出,所提出的方法分别能够有效提升新受试者自由行走状态下和穿戴外骨骼行走时9.53%和8.29%的运动模式预测准确率.实验结果表明,所提出方法可通过提升新受试者运动模式预测准确率,从而保障下肢外骨骼可靠的人体运动意图感知. 展开更多

关键词 下肢外骨骼 下肢运动模式预测 表面肌电信号 迁移学习 多传感器信息融合

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基于机器视觉的煤矿多场景关键目标检测方法研究

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作者 苏国用 帅洪锌 +3 位作者 邓海顺 王鹏彧 赵东洋 庞子金 《电子测量与仪器学报》 北大核心 2025年第7期212-226,共15页

针对煤矿井下复杂作业场景中高粉尘、低照度、人机多目标混杂与跨尺度变化等因素导致作业人员与装备的目标检测效果不佳问题,提出一种基于机器视觉的煤矿多场景关键目标检测方法。首先,采用CGNet(context guided network)特征提取模块、... 针对煤矿井下复杂作业场景中高粉尘、低照度、人机多目标混杂与跨尺度变化等因素导致作业人员与装备的目标检测效果不佳问题,提出一种基于机器视觉的煤矿多场景关键目标检测方法。首先,采用CGNet(context guided network)特征提取模块、SlimNeck特征融合模块与Dyhead动态检测头对YOLOv5s算法进行优化,以构建YOLOv5s-CSD网络模型。其次,基于自建煤矿数据集,围绕YOLOv5s-CSD模型开展消融实验、对比实验与嵌入式检测实验。实验结果表明,在煤矿井下掘进、支锚、采煤与辅助运输4种复杂作业场景中,YOLOv5s-CSD的检测精度达91.0%,相较于YOLOv5s算法提升了3.5%,并且其与YOLOv9s、YOLOv11s、YOLOv12s等6种主流目标检测算法相比,模型复杂度适中且检测精度最高。在实验测试平台上,YOLOv5s-CSD模型对工作人员、支护装置、电机车等7类关键目标的实时检测精度均在90.0%以上,并且其实时检测速度达38.6 fps,检测精度高且实时性强,可为煤矿井下复杂环境的视觉动态感知提供技术支撑。 展开更多

关键词 复杂作业场景 机器视觉 目标检测 YOLO 视觉动态感知

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SHPB高低能冲击劈裂下钢纤维混凝土圆盘动态力学特征及损伤断裂机理

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作者 杨荣周 王林兵 +2 位作者 陈佩圆 徐颖 陈子杨 《振动与冲击》 北大核心 2025年第20期231-243,294,共14页

高性能支护混凝土是深部隧道围岩稳定的关键,但冲击扰动下其拉伸破坏影响围岩稳定。针对这一问题,研究以隧道高性能钢纤维混凝土为对象,探究了分离式霍普金森压杆高低能冲击劈裂下其动态力学特征与损伤断裂机理。结果表明:较低冲击能不... 高性能支护混凝土是深部隧道围岩稳定的关键,但冲击扰动下其拉伸破坏影响围岩稳定。针对这一问题,研究以隧道高性能钢纤维混凝土为对象,探究了分离式霍普金森压杆高低能冲击劈裂下其动态力学特征与损伤断裂机理。结果表明:较低冲击能不足以完全克服钢纤维的牵拉阻裂作用,使得试样在基体发生劈裂损伤后仍因钢纤维的牵拉阻裂作用而在峰后阶段表现出较好的抗冲击性能;较高冲击能足以完全克服钢纤维的牵拉阻裂作用,试样会因过高冲击能对基体所造成的严重损伤断裂而表现出明显的峰后应力减小特征;基体在低能冲击下已发生了明显的劈裂损伤,继而在高能冲击下使得钢纤维对基体的阻裂约束作用增强;劈裂应力对基体劈裂损伤过程更为敏感,钢纤维的阻裂约束作用更多的是增强试样韧性;冲击能增大更多的是造成应变率和极限应变的增大,体现了高能冲击下试样在基体劈裂后因钢纤维受牵拉被拔出过程而表现出的延性破坏特征;试样在低能冲击下的起裂方式由“一端起裂”向“两端起裂”转化,损伤断裂最终趋向于加载端的“压剪剥落+劈拉裂缝扩展贯通”;试样在高能冲击下的损伤断裂程度要显著大于低能冲击,导致了严重的结构性破坏。 展开更多

关键词 钢纤维混凝土 高低能冲击劈裂 动态力学损伤 能量演化 损伤断裂机理

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