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深部煤炭资源安全高效开采科学问题及关键技术
1
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
2
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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电磁混合式耦合器调隙装置多目标参数优化
3
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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基于DYCS-YOLOv8n的井下无人驾驶电机车多目标检测
4
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
5
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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厚松散层下区域注浆改造地层扰动变形特征研究
6
作者 张平松 程晋全 +1 位作者 许时昂 吴海波 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第1期246-258,共13页
通过地面高压注浆实施区域治理是厚松散承压含水层下煤炭安全开采的主要防治措施之一,然而高压注浆过程造成上覆地层移动变形,诱发地表局部隆起、矿区建(构)筑物偏斜等问题,是区域注浆改造安全施工备受关注的重点。以安徽某矿120501工... 通过地面高压注浆实施区域治理是厚松散承压含水层下煤炭安全开采的主要防治措施之一,然而高压注浆过程造成上覆地层移动变形,诱发地表局部隆起、矿区建(构)筑物偏斜等问题,是区域注浆改造安全施工备受关注的重点。以安徽某矿120501工作面上覆顶板富水砂岩层注浆改造为工程背景,基于COMSOLMultiphysics有限元方法开展数值模拟,研究高压注浆前后对上覆地层作用过程及其时序演化特征,同时构建了分布式光纤全断面监测系统,获得了上覆地层不同深度地层形变响应特征及对地表扰动影响。结果表明:区域高压注浆过程可划分为“充填—扩散—扰动”3个阶段,充填过程对上覆地层基本无扰动影响,扩散过程对上覆地层影响主要表现为水平扰动,进入扰动阶段对上覆地层影响则表现为垂向位移变化。注浆改造过程对地层扰动影响呈现Logistic曲线增长趋势,其扰动影响主要作用在厚松散层下部,在相对隔水层段以竖向拱起为主,在相对含水层段表现为层内压缩。全断面监测结果表明注浆全过程地层形变特征为非线性分布,砂质黏土层与粉砂层为其主要形变贡献层。全断面监测结果与数值模拟结果具备较好的一致性,成果可为东部厚松散层覆盖矿区煤矿安全开采以及区域注浆诱发次生灾害防治工作开展提供思路和实践参考。 展开更多
关键词 注浆改造 地层变形 分布式光纤 钻孔监测 厚松散层
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基于AHP-FCE理论的SBM破岩效率影响因素研究
7
作者 徐颖 冯凤凤 +2 位作者 程琳 倪苏黔 付鸿鑫 《佳木斯大学学报(自然科学版)》 2025年第3期67-70,共4页
在全断面竖井掘进机施工中,提升破岩效率是实现竖井安全、高效钻进的关键。从地质条件、设备性能、掘进参数与施工工艺四个维度构建科学评价指标体系,采用专家打分的方式,运用层次分析法确定各指标权重,进而结合模糊综合评价法对破岩效... 在全断面竖井掘进机施工中,提升破岩效率是实现竖井安全、高效钻进的关键。从地质条件、设备性能、掘进参数与施工工艺四个维度构建科学评价指标体系,采用专家打分的方式,运用层次分析法确定各指标权重,进而结合模糊综合评价法对破岩效率影响因素的现状予以评估。结果显示:层次分析法计算出设备性能是对破岩效率影响最为显著的因素,模糊综合评价法分析出当前全断面竖井掘进机破岩效率处于中等偏高水。 展开更多
关键词 破岩效率 层次分析法 模糊综合评价法 SBM掘进
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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
8
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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冻融条件下碱矿渣陶粒混凝土抗压性能试验研究
9
作者 李德海 袁璞 朱益胜 《佳木斯大学学报(自然科学版)》 2025年第3期80-83,共4页
为了有效回收和再利用矿渣和煤矸石,对煤矸石陶粒结合矿渣制作的碱矿渣陶粒混凝土进行冻融循环试验,研究冻融循环周期(0次、20次、30次、40次)与陶粒体积掺量(0%、25%、50%、75%、100%)对碱矿渣混凝土抗压性能的影响。结果表明,随着冻... 为了有效回收和再利用矿渣和煤矸石,对煤矸石陶粒结合矿渣制作的碱矿渣陶粒混凝土进行冻融循环试验,研究冻融循环周期(0次、20次、30次、40次)与陶粒体积掺量(0%、25%、50%、75%、100%)对碱矿渣混凝土抗压性能的影响。结果表明,随着冻融循环周期的增加,碱矿渣陶粒混凝土抗压强度、弹性模量、输入能、弹性能和耗散能先下降后上升,损伤程度先增加后降低。随着陶粒掺量的增加,碱矿渣陶粒混凝土的抗压强度、弹性模量、输入能、弹性能和耗散能均降低,损伤程度增加。 展开更多
关键词 碱矿渣陶粒混凝土 冻融循环 抗压强度 弹性模量 能量特征
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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
10
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》 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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