矿井直角巷火灾发展及其特征参数演化模拟 被引量：1

1

作者 朱兴攀 文虎 +4 位作者 王振兴 陈昌明 刘文永 刘荫 蔡国斌 《西安科技大学学报》 北大核心 2025年第4期836-844,共9页

直角巷道是矿井十分普遍的巷道结构,为探究直角巷道火灾发展过程中烟气流动特性及特征参数演化规律,采用CFD-pdf非预混燃烧技术进行三维瞬态数值模拟研究,揭示在一定火源功率和不同纵向通风风速(0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0 m/s)下的直角... 直角巷道是矿井十分普遍的巷道结构,为探究直角巷道火灾发展过程中烟气流动特性及特征参数演化规律,采用CFD-pdf非预混燃烧技术进行三维瞬态数值模拟研究,揭示在一定火源功率和不同纵向通风风速(0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0 m/s)下的直角巷道火灾发展特征及灾变环境参数的时空演化规律。结果表明:受直角壁面阻力影响,弯道区域会聚集大量高温烟气,高温烟气冷却速度与纵向风速呈正比;纵向通风速度大于2.0~2.5 m/s时将有效控制高温逆流层的发展,逆流层长度与纵向通风风速的自然对数值近似服从线性关系,相同纵向通风风速下,火灾烟气逆流层长度随时间增加而线性增加;直角区域下游存在温度急剧变化的烟流“衰减域”,火灾烟气更加不稳定,隧道顶板温度与烟气纵向传播距离呈指数相关,随着纵向通风风速的增加,二者相关性缓慢降低,适用于直角巷不同风速条件下纵向温升预测关系式,拟合度均在0.96以上。研究成果为直角巷道火灾应急决策与救援等方面提供了科学依据,为工程实践中热环境的评估和火灾探测时间的估算提供了理论依据。 展开更多

关键词 直角巷道 矿井火灾 纵向通风 烟气逆流层 特征参数 数值模拟

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基于暗通道先验的矿井粉尘质量浓度智能检测技术

2

作者 王伟峰 李高爽 +2 位作者 齐景峰 商小鹏 李煜 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第10期187-200,共14页

矿井粉尘是危害矿井人员和设备的重要原因之一,矿井粉尘质量浓度检测是煤炭安全管理的重要工作内容。由于煤矿井下环境较为复杂,传统矿用粉尘质量浓度传感器检测范围小、误报率高。现有视频粉尘质量浓度检测算法无法消除光度对粉尘质量... 矿井粉尘是危害矿井人员和设备的重要原因之一,矿井粉尘质量浓度检测是煤炭安全管理的重要工作内容。由于煤矿井下环境较为复杂,传统矿用粉尘质量浓度传感器检测范围小、误报率高。现有视频粉尘质量浓度检测算法无法消除光度对粉尘质量浓度检测的影响且无法定位检测分布不均的粉尘质量浓度,导致检测精度低、检测范围有限。针对以上问题,提出一种基于暗通道先验的矿井粉尘质量浓度智能检测技术。搭建粉尘质量浓度智能检测试验平台,采集不同光度下的粉尘图像,采用暗通道先验算法提取粉尘图像暗通道图,并计算图像透射率;采用皮尔逊相关系数法,计算不同光度下图像透射率与粉尘质量浓度的相关性;设计一种环境光检测算法,检测环境光度,建立不同光度下粉尘质量浓度与图像透射率的数学模型,计算粉尘质量浓度;围绕环境中粉尘质量浓度分布不均的问题,提出粉尘区域定位算法,区分处理不同区域的粉尘质量浓度。为验证本文算法的实用性和准确率,使用该算法检测采集到的不同光度下不同粉尘质量浓度的图像,并与粉尘质量浓度传感器和图像相关特征模型算法、图像透光率算法、YOLO系列算法等现有视频检测算法进行对比。结果表明,提出的粉尘质量浓度智能检测算法可有效降低环境光度对粉尘质量浓度检测的影响,可有效定位和计算分布不均的粉尘质量浓度。环境光检测算法,可在不同粉尘质量浓度下由低到高检测光度,准确度达92.4%。粉尘质量浓度检测准确度达93.36%,平均误差率为6.64%。粉尘质量浓度定位区域与实际粉尘区域交并比(IoU)大于0.5的占比为66.7%。选用金鸡滩煤矿现场粉尘图像验证本文算法的可行性,其有效改善了粉尘区域定位和浓度检测问题,研究结果为矿井粉尘质量浓度图像智能检测提供了技术支撑,对矿井粉尘质量浓度精准检测预警具有重要的现实意义。 展开更多

关键词 暗通道先验 皮尔逊相关系数 粉尘区域定位 环境光度检测 拟合模型

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低照度下改进YOLOX的煤矿无人电机车轨道障碍物检测方法 被引量：14

3

作者 章赛 纪凡 +5 位作者 卢才武 江松 李萌 刘力 刘迪 朱兴攀 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期952-961,共10页

为解决地下煤矿光照不足进而导致无人电机车脱轨、撞车或侧翻等问题,提出了一种低照度多特征融合的YOLOX-CBAM目标检测算法,对矿井无人电机车轨道障碍物进行有效识别与分类。首先,通过实际场景采集及标注构建地下煤矿障碍物数据集,并将... 为解决地下煤矿光照不足进而导致无人电机车脱轨、撞车或侧翻等问题,提出了一种低照度多特征融合的YOLOX-CBAM目标检测算法,对矿井无人电机车轨道障碍物进行有效识别与分类。首先,通过实际场景采集及标注构建地下煤矿障碍物数据集,并将其输入微光数据处理Zero_DCE模型中;其次,对YOLOX目标检测网络进行改进,分别在骨干网络CSPDarknet和特征金字塔(Feature Pyramid Networks,FPN)部分增加双通道CBAM注意力模块,解决了特征提取环节通道单一的问题;最后,将预测头部分的损失函数替换成SIoU,加快了模型迭代的速度。结果表明,与传统两阶段Faster-RCNN网络、YOLOv4网络、YOLOv5网络和原YOLOX网络相比,本模型精确率分别提高了4.65百分点、2.65百分点、2.19百分点、1.35百分点,召回率分别提高了9.39百分点、4.36百分点、0.82百分点、0.76百分点,速度分别提高了28.6帧/s、16帧/s、13.6帧/s、2.9帧/s,同时本模型与分别添加CBAM、SA、SA+SIoU、SE、SE+SIoU,YOLOX-CBAM模块的YOLOX模型相比,其精度分别提高了0.64百分点、0.84百分点、1百分点、1.29百分点和0.76百分点,速度分别提高了0.5帧/s、0.4帧/s、0.3帧/s、0.2帧/s和0.4帧/s。所提出的方法能实现地下煤矿井下无人电机车轨道障碍物的快速准确检测,并为地下矿运输设备的智能化升级及安全运行提供理论支撑。 展开更多

关键词 安全工程 井下无人电机车 目标检测 CBAM注意力机制 SIoU损失函数

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充填体破坏特征的聚类分析及数值模拟 被引量：2

4

作者 陈兵 刘忠平 +2 位作者 高亮 张哲鹏 翟迪 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第4期117-126,共10页

充填体破坏是影响矿山安全稳定的重要因素之一。为研究充填体的破坏特征,采用室内实验、机器学习层次聚类分析及数值模拟等方法,对矸石胶结充填体(GCPB)裂纹演化的全状态进行了研究。结果表明:当GCPB试样PC-5、PC-10、PC-15、PC-20的特... 充填体破坏是影响矿山安全稳定的重要因素之一。为研究充填体的破坏特征,采用室内实验、机器学习层次聚类分析及数值模拟等方法,对矸石胶结充填体(GCPB)裂纹演化的全状态进行了研究。结果表明:当GCPB试样PC-5、PC-10、PC-15、PC-20的特征键平均键长能量分别大于35、50、60、150 ms·mV时,出现宏观主裂纹面,且主裂纹破坏面随水泥掺量的增加由张拉破坏面向剪切破坏面转变;破坏过程中特征键子集尺度Ω与损伤变量D之间呈负线性相关关系,Ω可表征充填体损伤演化程度;在应力达到峰值应力和破坏后残余强度前键长值特征空间相关长度ξ表现为明显增长,为充填体宏观损伤的开始及第1次破坏结束的前兆特征;通过颗粒流程序(PFC)数值模拟,可以有效观测到裂纹的类型和变化规律,数值模拟结果与聚类分析结果一致。 展开更多

关键词 矸石胶结充填体 破坏特征 聚类分析 声发射 单键群方法 损伤变量 空间相关长度 数值反分析

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煤矿巷道智能掘进关键共性技术 被引量：75

5

作者 马宏伟 王世斌 +7 位作者 毛清华 石增武 张旭辉 杨征 曹现刚 薛旭升 夏晶 王川伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期310-320,共11页

依据我国煤矿智能化发展战略,深入分析了国内外智能掘进研究现状,结合我国煤炭赋存条件复杂,巷道掘进问题突出,智能掘进挑战严峻等实际,提出了直接影响和制约我国煤矿巷道智能掘进加快发展的智能截割、智能导航、智能协同控制和远程智... 依据我国煤矿智能化发展战略,深入分析了国内外智能掘进研究现状,结合我国煤炭赋存条件复杂,巷道掘进问题突出,智能掘进挑战严峻等实际,提出了直接影响和制约我国煤矿巷道智能掘进加快发展的智能截割、智能导航、智能协同控制和远程智能测控四大关键共性技术并给出了解决思路和方法。针对掘进系统智能截割问题,提出了基于视觉伺服的掘进系统智能定形截割控制方法和基于遗传算法优化的BP(GA-BP)神经网络的自适应截割控制方法,旨在提高巷道截割成形质量和效率;针对掘进系统智能导航问题,提出了基于惯导与视觉信息融合的履带式掘进系统智能导航控制方法和基于惯导、数字全站仪与油缸行程信息融合的液压推移式掘进系统智能导航控制方法,旨在提高掘进定位定向精度,实现智能导航;针对掘进系统中掘进、支护、钻锚、运输等多系统协同控制和多任务并行控制问题,提出了基于强化学习的并行作业控制方法和基于Agent的并行控制方法,以及leader-follower法和基于行为法的智能协同控制方法,旨在实现多机器人系统或智能设备的智能协同控制和并行作业,提高掘进效率;针对掘进系统智能测控问题,创建了本地控制层、近程集控层和远程监控层的智能测控系统架构,提出了数字孪生驱动的虚拟远程智能控制方法,旨在保证掘进系统安全、可靠、高效运行,实现身临其境的虚拟远程智能测控。 展开更多

关键词 煤矿巷道 智能掘进 精确定位定向 协同控制 并行控制 虚拟现实

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煤矿掘进机器人系统智能并行协同控制方法 被引量：36

6

作者 马宏伟 王鹏 +6 位作者 王世斌 毛清华 石增武 夏晶 杨征 薛旭升 王川伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期2057-2067,共11页

煤矿巷道掘进长期存在的“采快掘慢”“掘快支慢”顽症,尤其是掘进工作面装备成套化、自动化、智能化程度偏低、顺序作业工艺技术落后等问题,严重影响生产接续和安全高效开采。对此,研发了护盾推移式煤矿巷道掘进机器人系统成套装备,提... 煤矿巷道掘进长期存在的“采快掘慢”“掘快支慢”顽症,尤其是掘进工作面装备成套化、自动化、智能化程度偏低、顺序作业工艺技术落后等问题,严重影响生产接续和安全高效开采。对此,研发了护盾推移式煤矿巷道掘进机器人系统成套装备,提出了一种煤矿巷道掘进机器人系统智能并行协同控制方法。首先,结合掘进机器人系统与巷道的耦合关系,分析了掘进机器人系统中各个子系统之间的相关性以及多任务之间的相互影响机理,得出了决定掘进效率的关键因素在于截割机器人和钻锚机器人的并行协同控制;其次,针对钻锚机器人各钻机之间的时空关系,构建了多钻机多任务协同钻锚作业数学模型,获得了钻机布置排距、排数及其各排钻锚任务数,同时使用优化组合的方法进行求解,并对计算结果通过安全距离最大原则进行优化,获得了钻锚机器人各排钻机最佳时空匹配策略;最后,通过钻锚机器人系统并行协同控制仿真和实验,证明了该方法的有效性;通过对掘进机器人工作时截割机器人与钻锚机器人的时序分析,得出优化后的钻锚机器人工作时间能够与截割机器人工作时间有效匹配,2者能够并行协同的完成截割和钻锚任务。该方法已经应用在团队研发的煤矿智能掘进机器人系统上,实现了多机器人系统的智能并行协同控制。具有智能并行协同控制的掘进机器人系统已经在大断面(6.50 m×4.25 m)、夹矸与片帮共存的巷道运行近10个月,经受了夹矸厚度达2.1 m、硬度f=5-7的严酷考验,日进尺突破50 m。 展开更多

关键词 掘进机器人 协同控制 煤矿巷道 钻锚机器人 优化组合 时序分析

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中深部煤层开采对地表生态环境的影响及修复提升途径研究 被引量：28

7

作者 王双明 侯恩科 +7 位作者 谢晓深 杨帆 刘英 肖绪才 石增武 黄永安 杨征 谢永利 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期19-31,共13页

随着陕北侏罗系煤田持续开发,中深部煤层开采已成为当前和今后的重点,但目前对中深部煤层开采引发的地表生态环境损害尚不明确,且缺乏相应的生态环境修复提升途径研究。以榆神矿区为研究区,以中深部煤层开采典型矿井为研究对象,采用现... 随着陕北侏罗系煤田持续开发,中深部煤层开采已成为当前和今后的重点,但目前对中深部煤层开采引发的地表生态环境损害尚不明确,且缺乏相应的生态环境修复提升途径研究。以榆神矿区为研究区,以中深部煤层开采典型矿井为研究对象,采用现场调查、理论分析等方法研究了中深部煤层对地表生态环境的影响。研究表明:(1)中深部煤层开采诱发的地表裂缝发育程度整体较弱,对地表的损害较小,面内裂缝会随着回采以"C"字型向前扩展,且具有"先开后合"的单峰活动特征,边界裂缝具有"只开不合"的单趋向活动特征;第四系沙土层中地表裂缝发育深度小于2.5 m,单位长度的深度差异在5~142cm/m;(2)地表裂缝是影响地表生态环境的主要途径,裂缝不但会增加近地表水资源的下渗量,也会改变土壤水分的分布,减小20cm以浅表土层的水分含量,增加40~60 cm深度区间的土壤水分,同时增加浅部表土层的有机质,使浅部土层由中性变为弱碱性,局部宽大裂缝会造成植被根系断裂、枯萎死亡,而短小裂缝则会增加禾本科植物(羊草)的丰富度;(3)提出了采前"一评两预"、采中"一追一减"、采后"三定一提"的生态环境修复提升体系架构,阐述了其内涵、内容和技术途径;在生态环境修复提升体系的指导下,给出了以自然修复为主的榆神矿区中深部煤层开采地表生态环境修复途径;结合榆神矿区中部生态环境现状,提出了"湿地建造"、"生态农业建设"以及"观赏园林建设"的生态环境提升途径。研究成果对中深部煤层采动影响区生态修复提升具有参考价值。 展开更多

关键词 煤炭开采 采动损害 生态修复 中深部煤层

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基于改进Faster R-CNN的综放煤矸混合放出状态识别方法 被引量：32

8

作者 单鹏飞 孙浩强 +3 位作者 来兴平 朱兴攀 杨建辉 高健铭 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期1382-1394,共13页

放煤量的智能监测技术是智能化综放开采发展的方向之一。针对厚煤层综放开采混合介质下落过程煤矸智能识别现有方法存在适用范围窄、误判率高等问题,提出一种基于实时区域卷积神经网络(Faster R-CNN)改进的CBAM Faster R-CNN煤矸混合放... 放煤量的智能监测技术是智能化综放开采发展的方向之一。针对厚煤层综放开采混合介质下落过程煤矸智能识别现有方法存在适用范围窄、误判率高等问题,提出一种基于实时区域卷积神经网络(Faster R-CNN)改进的CBAM Faster R-CNN煤矸混合放出状态分析识别方法。该方法以综放开采工作面煤矸石下落状态为背景,将注意力机制算法(CBAM)融入ResNet50特征提取网络,研究了注意力机制融合于ResNet50主干特征提取网络的融合优化方法,确定了以煤矸石下落状态检测为目标的最佳融合位置,增加了提取煤与矸石权重信息的能力,使得特征提取过程重点关注煤矸运动状态参量;构建了粉尘环境下综放开采煤矸混合放出状态试验平台,对高速摄像机所采集的煤矸原始运动图像进行暗通道去雾与模糊集增强预处理操作,分析识别不同工况下静态图像,定量研究了模型权重优化以及粉尘环境预处理对煤矸混合放出状态识别的影响。研究结果表明:基于CBAM Faster R-CNN模型的预处理图像识别精确率较原始图像提升了8.84%,召回率提升了6.68%;模型优化效果方面,CBAM Faster R-CNN模型平均查准率和召回率分别为82.63%,86.53%,高于经典模型的74.69%,79.93%;F_(1)-score值较经典模型提升了7%。因此,基于“预处理+CBAM Faster R-CNN”的图像识别方法为实现粉尘环境下综放开采放煤量的精准辨识提供了可靠的理论支撑。 展开更多

关键词 综放开采 煤矸混合放出 粉尘环境 图像识别 检测算法

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巷道内强主动支护与弱结构卸压防冲协调机制 被引量：39

9

作者 高明仕 贺永亮 +2 位作者 陆菜平 邵轩 杨征 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期2749-2759,共11页

为探索深部冲击地压巷道稳定性控制技术,解决冲击地压巷道支护与卸压之间的矛盾,以义马矿区常村煤矿21170运输巷为研究对象,依据冲击地压巷道的强弱强结构模型,采用理论分析、数值模拟、现场试验相结合,分析了强弱强结构消波吸能特性以... 为探索深部冲击地压巷道稳定性控制技术,解决冲击地压巷道支护与卸压之间的矛盾,以义马矿区常村煤矿21170运输巷为研究对象,依据冲击地压巷道的强弱强结构模型,采用理论分析、数值模拟、现场试验相结合,分析了强弱强结构消波吸能特性以及内强小结构破坏能量准则和弱结构吸能效应。根据钻孔破碎区力学特征理论推导了多次反复致裂中间弱结构卸压区影响因素,多次反复致裂半径与钻孔半径、初始应力、内摩擦角、弹性模量、降模量、峰值强度和致裂半径修正系数有关。通过数值模拟分析了内强小结构内置钢管支撑护壁技术对巷道围岩的强度和支护体结构完整性控制效果以及周围煤岩体的应力、位移的破坏规律。研究了内强小结构主动支护强化技术,中间卸压防冲弱结构的内置套管反复掏裂致裂方法,并通过微震能量监测验证了弱结构防冲吸能效应。研究结果表明:内置钢管支撑护壁技术在保护内强小结构不受破坏的作用下可以多次进行弱结构致裂,既防内强小结构松动圈裂隙扩展,又防止巷道支护层的整体失稳。工程实践表明:锚杆索主动支护+液压抬棚减跨强力支护+卸压防冲弱结构组成的“内支-外卸”组合技术,微震监测显示震动能量减少了50%,巷道两帮位移和顶板下沉显著较小,有效维护了巷道围岩稳定性,保证了工作面顺利安全回采。 展开更多

关键词 内强支护 外卸防冲 协调机制 强弱强结构 冲击地压

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中深埋厚煤层开采地下水位动态变化规律及形成机制 被引量：24

10

作者 侯恩科 谢晓深 +10 位作者 王双明 龙天文 石增武 杨征 黄永安 谢永利 陈真 白坤 马越 郭亮亮 王岗 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1404-1416,共13页

煤炭开采对风化基岩含水层和潜水含水层的影响是榆神矿区“保水采煤”研究的重点。为揭示榆神矿区风沙滩地区中深埋厚煤层开采条件下地下水动态变化规律和机理,以榆神矿区中部某矿首采工作面(01工作面)为研究区,采用钻探、地下水位观测... 煤炭开采对风化基岩含水层和潜水含水层的影响是榆神矿区“保水采煤”研究的重点。为揭示榆神矿区风沙滩地区中深埋厚煤层开采条件下地下水动态变化规律和机理,以榆神矿区中部某矿首采工作面(01工作面)为研究区,采用钻探、地下水位观测、野外实地探查和综合分析等方法,研究了采动地下水动态变化规律及其与覆岩损害和地表下沉之间的耦合关系。结果表明:①风化基岩含水层水位随回采表现出“先下降后回升”并恢复至初始水位的动态变化过程,中间可分为“快速下降”、“回升恢复”和“稳定波动”3个阶段,平均持续时间为102 d。在水位快速下降阶段,水位最大降深、平均下降速率均呈正态分布,且与距工作面中心距离呈指数函数关系;水位回升恢复阶段,持续时间和平均回升速率与距工作面中心距离呈负相关关系;②当潜水含水层分布局限、侧向补给缺乏时,潜水含水层水位出现“先下降后回升”和“持续下降”至稳定2种动态变化规律,且均未恢复至初始水位;③面内风化基岩含水层水位动态变化过程与风化基岩层的剧烈下沉密切相关,风化基岩层下沉速度的增大和减小过程分别对应水位的下降和回升过程,水位下降则与其下沉、临时性裂隙和离层发育有关,水位回升则是下沉减缓、临时性裂隙和离层的闭合以及含水层侧向补给因素有关;面外风化基岩含水层水位的动态变化则与其侧向补给有关;④面内潜水位的动态变化过程与地表下沉密切相关,其水位下降与地表活跃阶段早期剧烈下沉具有同时性和一致性,地表下沉造成的潜水水头差和潜水的渗流出露是造成水位下降的主要原因;水位回升则是地表进入活跃阶段后期和衰退阶段,高位潜水侧向补给和大气降水补给造成的;面外潜水位持续下降则是潜水侧向渗流和补给不足造成的;⑤中深埋煤层开采条件下,导水裂隙带一般不会导通至风化基岩层,风化基岩含水层水和潜水含水层水不会因采动导水裂隙而漏失,风化基岩水位可恢复,潜水含水层水位会因采动地表移动发生变化。 展开更多

关键词 中深埋厚煤层 地下水 水位变化 保水采煤 榆神矿区

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基于引导滤波的多尺度自适应矿井低质图像增强方法 被引量：9

11

作者 王媛彬 李媛媛 +2 位作者 齐景锋 吴华英 段誉 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2022年第6期1214-1223,共10页

由于矿井中复杂的环境和光照条件,采集到的图像往往模糊不清,信息量不足。针对矿井低质图像中存在的问题,提出一种基于引导滤波的多尺度自适应图像增强方法。首先,利用具有良好保边特性的引导滤波将原始图像分解;根据对比度受限的自适... 由于矿井中复杂的环境和光照条件,采集到的图像往往模糊不清,信息量不足。针对矿井低质图像中存在的问题,提出一种基于引导滤波的多尺度自适应图像增强方法。首先,利用具有良好保边特性的引导滤波将原始图像分解;根据对比度受限的自适应直方图均衡化来调整基础层的对比度,然后结合梯度域内改进的直方图均衡化和多尺度的细节增强调整细节层,减弱背景干扰;最后,鉴于图像线性重构时人工设置融合参数,处理效率低下且增强质量较差的问题,通过灰狼寻优算法进行自适应的参数选择,并引入加权思想,构造一种基于信息熵和峰值信噪比的适应度函数作为最终图像增强效果的评价指标。与经典的图像增强方法结果相比较,该方法将信息熵、峰值信噪比和结构相似度分别提高5.10%,5.43%和12.51%,在提高图像整体的对比度和清晰度的同时丰富细节信息,有效改善图像质量。 展开更多

关键词 引导滤波 多尺度 自适应 反锐化掩模 灰狼优化

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近直立煤层水平分段开采夹持煤体型冲击机理及防治 被引量：17

12

作者 李安宁 窦林名 +2 位作者 王正义 解嘉豪 王永忠 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期3302-3308,共7页

针对目前近直立特厚煤层水平分段开采条件下动力灾害发生的现状,综合运用理论分析、数值模拟等研究方法,分析了顶底板和煤体3者形成的结构并建立力学模型,认为近直立煤层在顶底板两侧均受到支承压力的夹持挤压,正是这种夹持力构成了冲... 针对目前近直立特厚煤层水平分段开采条件下动力灾害发生的现状,综合运用理论分析、数值模拟等研究方法,分析了顶底板和煤体3者形成的结构并建立力学模型,认为近直立煤层在顶底板两侧均受到支承压力的夹持挤压,正是这种夹持力构成了冲击力源,经过力学推导,得出表征力源集中程度和发展趋势的关系式。采用数值模拟方法分析了开采后夹持煤体的应力分布特征,对理论分析进行了验证。结果表明:从工作面水平直至下方约70 m深度的煤体出现了应力集中现象,夹持煤体的增压区才是发生动力灾害的直接危险源。基于分析结果,在工作面巷道进行顶底板预裂和煤体卸压爆破等原有卸压措施的基础上,提出在夹持煤体中掘进爆破卸压巷的防治方案,为近直立特厚煤层水平分段开采冲击灾害防控提供借鉴。 展开更多

关键词 近直立特厚煤层 水平分段开采 夹持煤体 冲击矿压

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气/水两相驱替煤粉引起的煤裂缝导流衰减特征实验研究 被引量：9

13

作者 赵政 倪小明 +1 位作者 刘泽东 吴翔 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期3853-3863,共11页

查明气/水两相驱替不同粒径煤粉引起的煤中裂缝导流衰减特征对煤层气井排采时气/水两相流阶段防煤粉措施的制定意义重大。采用自制的气-液-固三相驱替煤粉模拟装置,进行了气/水两相驱替不同粒径(40~60,60~80,80~100,100~150,150~200,>... 查明气/水两相驱替不同粒径煤粉引起的煤中裂缝导流衰减特征对煤层气井排采时气/水两相流阶段防煤粉措施的制定意义重大。采用自制的气-液-固三相驱替煤粉模拟装置,进行了气/水两相驱替不同粒径(40~60,60~80,80~100,100~150,150~200,>200目)煤粉在树脂-煤芯柱样裂缝中的运移实验,通过对比无煤粉气/水两相驱替的空白实验,分析了驱替不同粒径煤粉时气、水的渗流规律差异。基于气/水两相驱替不同粒径煤粉的渗流模型,结合平板理论、拟合得到的气相渗透率与裂缝缝宽的关系,定量描述了驱替过程中气体流动、液体流动、煤粉封堵所占据的裂缝缝宽随驱替时间的变化规律,并以气体、液体流动所占裂缝缝宽之和的变化规律表征了树脂-煤芯柱样裂缝导流能力的衰减特征。结果表明:在几乎相同初始驱替压力下,气、水两相通过树脂-煤芯柱样时会相互争抢柱样内裂缝空间,且气相渗透率、液相渗透率随时间变化呈三角函数分布;不同粒径煤粉驱替前期,柱样气相渗透率、液相渗透率仍会表现出管弦状波动特征,但在煤粉堵塞一定程度后,二者开始同时减小;气/水驱替不同粒径煤粉时产出液内煤粉质量浓度、裂缝完全堵塞时间随煤粉粒径减小而增大;气/水驱替不同粒径煤粉时裂缝导流能力变化可分为液体产出前的裂缝快速封堵、气/液携粉产出的裂缝缝宽小幅增加、液体流动能力骤减的裂缝快速闭合、气体流动能力缓慢降低的裂缝完全封堵等4个阶段。 展开更多

关键词 气/水两相 煤粉 不同粒径 导流能力 堵塞

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特大断面切眼受载变形特征与支护技术研究 被引量：8

14

作者 杨建辉 石蒙 +1 位作者 蒋威 丁维波 《煤炭工程》 北大核心 2020年第9期42-46,共5页

为了解决特大断面切眼巷道支护难题,以曹家滩煤矿122106切眼为工程背景,结合理论分析与离散元数值模拟研究了不同顶板跨度条件下巷道受载变形特征,提出了“二次成巷+单体液压支柱+高强锚网索+W钢护板”的大断面煤巷高强度、高预紧力、... 为了解决特大断面切眼巷道支护难题,以曹家滩煤矿122106切眼为工程背景,结合理论分析与离散元数值模拟研究了不同顶板跨度条件下巷道受载变形特征,提出了“二次成巷+单体液压支柱+高强锚网索+W钢护板”的大断面煤巷高强度、高预紧力、低密度减跨支护技术,提高了支护效率,显著加快了巷道掘进速度。研究表明,当顶板跨度超过9m后其稳定性大幅下降,极易出现表层煤体破坏垮冒的现象;随着顶板跨度的增加,两帮破坏范围变化较小,顶板破坏范围显著增加;通过现场实测对研究成果进行了验证,巷道未出现明显变形,支护体受载始终稳定。 展开更多

关键词 特大断面切眼 大跨度顶板 二次成巷 巷道支护

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超长大采高综采工作面末采回撤调压关键技术研究 被引量：8

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作者 杨征 徐东 +2 位作者 高明仕 薛晓强 张东昕 《煤炭工程》 北大核心 2020年第8期77-83,共7页

针对超长大采高综采工作面末采阶段的矿压调控问题,采用理论分析、数值模拟和现场试验的方法,通过研究小保当煤矿112201工作面末采贯通阶段的围岩应力分布规律以及矿压显现特征,确定相应的矿压调节技术方案,有效调控末采阶段工作面的周... 针对超长大采高综采工作面末采阶段的矿压调控问题,采用理论分析、数值模拟和现场试验的方法,通过研究小保当煤矿112201工作面末采贯通阶段的围岩应力分布规律以及矿压显现特征,确定相应的矿压调节技术方案,有效调控末采阶段工作面的周期来压步距,维护了顶板岩层稳定性,实现了工作面柔性塑料网(宽15m×长360m)的顺利铺设。研究表明:工作面末采期间回撤通道的围岩应力将由回采帮向煤柱帮转移,加强回撤通道围岩支护强度,可保证回撤通道稳定性;通过调整工作面回采速度,改变周期来压位置和减小来压持续长度,可实现工作面的顺利挂网与贯通,对类似工作面设备的顺利回撤具有借鉴意义。 展开更多

关键词 超长大采高工作面 回撤通道 末采回撤 周期来压

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综放工作面区段煤柱宽高比效应及尺寸优化研究 被引量：10

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作者 陈兵 高亮 杜正虎 《煤炭工程》 北大核心 2022年第10期8-12,共5页

针对综放开采区段煤柱尺寸留设不合理造成的资源损失严重和巷道维护困难等问题,以东川煤矿综放工作面地质条件和开采参数为对象,采用物理模拟、FLAC数值计算和理论分析相结合的方法,研究了综放工作面矿压显现规律、不同宽度区段煤柱稳... 针对综放开采区段煤柱尺寸留设不合理造成的资源损失严重和巷道维护困难等问题,以东川煤矿综放工作面地质条件和开采参数为对象,采用物理模拟、FLAC数值计算和理论分析相结合的方法,研究了综放工作面矿压显现规律、不同宽度区段煤柱稳定性及动态应力分布形态,掌握了不同宽高比的区段煤柱变形破坏特征、煤柱极限强度及失稳概率。研究表明:煤柱承受的最大应力和塑性区宽度与区段煤柱宽高比成负相关关系,煤柱弹性核区率与宽高比成正相关关系;当区段煤柱宽度大于18m时,核区率大于65%,煤柱安全系数大于1.1,失稳的概率小于45%,煤柱较稳定;当煤柱宽度小于18m时,核区率小于65%,煤柱安全系数小于1.0,失稳的概率大于60%,煤柱容易失稳。在该矿406工作面进行了实践验证,煤柱帮和开采帮仅有局部片帮现象,巷道变形量较小,保证了现场安全开采。研究结论可为类似开采条件的区段煤柱尺寸设计提供借鉴。 展开更多

关键词 综放工作面 煤柱宽度 宽高比效应 极限强度 安全系数

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动载诱发近直立煤层水平分段开采冲击矿压的数值模拟研究 被引量：15

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作者 李安宁 窦林名 +3 位作者 王正义 曹晋荣 王崧玮 山长昊 《煤炭工程》 北大核心 2018年第9期83-87,共5页

针对近直立煤层特殊的赋存条件和水平分段开采的技术条件,建立顶底板夹持梁的力学模型,对诱发冲击的动静载力源进行简要分析。基于分析结果采用FLAC3D数值模拟方法分析了动载作用下近直立特厚煤层工作面煤体应力、位移等的动态响应特征... 针对近直立煤层特殊的赋存条件和水平分段开采的技术条件,建立顶底板夹持梁的力学模型,对诱发冲击的动静载力源进行简要分析。基于分析结果采用FLAC3D数值模拟方法分析了动载作用下近直立特厚煤层工作面煤体应力、位移等的动态响应特征,进而揭示了冲击显现机制。结果表明:在顶底板围岩破裂产生震动效应传播而来的冲击载荷扰动下,近直立煤层工作面底煤水平应力先升高后瞬间大幅降低,垂直位移也突然增大,煤体自身平衡状态被打破,易诱发冲击显现。基于近直立煤层冲击诱发机制,提出了煤体卸压爆破和顶、底板预裂爆破等解危措施并在现场实施,解危效果显著。 展开更多

关键词 近直立特厚煤层 水平分段开采 数值模拟 冲击矿压

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不同季节条件下浅埋煤层采空区地表垂直漏风规律研究 被引量：6

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作者 朱兴攀 王洋 +5 位作者 任晓伟 晏立 张林江 刘文永 金永飞 陈玉良 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2023年第10期104-109,共6页

在采动影响下浅埋煤层综放工作面上覆岩层垮落形成与地表贯通的裂隙,这些裂隙导致的地表垂直漏风对采空区煤自燃有重要影响。为研究不同季节条件下浅埋煤层采空区地表垂直漏风规律,分别在冬、春、夏、秋4个季节利用SF_(6)气体示踪法对... 在采动影响下浅埋煤层综放工作面上覆岩层垮落形成与地表贯通的裂隙,这些裂隙导致的地表垂直漏风对采空区煤自燃有重要影响。为研究不同季节条件下浅埋煤层采空区地表垂直漏风规律,分别在冬、春、夏、秋4个季节利用SF_(6)气体示踪法对陕西陕煤曹家滩矿业有限公司122108工作面进行地表垂直漏风测定,分析了不同季节地表和井下采空区的温度、大气压强及漏风速率变化规律。结果表明:①冬季工作面地表和井下采空区之间的温差相对较大,最大温差可达37.7℃,夏季工作面地表和井下采空区之间的温差相对较小,最小温差仅为0.9℃;冬季工作面地表和井下采空区之间的最大气压差达40.37hPa,夏季工作面地表和井下采空区之间的最大气压差为22.47hPa;春季和秋季工作面地表和井下采空区之间的温差、气压差则相差不大。②冬季漏风速率相对较大,平均最大漏风速率达8.364m/min;夏季漏风速率相对较小,平均最大漏风速率为6.918m/min;春季与秋季的漏风速率相差不大。③距工作面较近时,漏风速率较大。根据地表垂直漏风规律,可采取井下均压、进回风隅角封堵及地表裂隙覆盖等措施,以保证122108工作面安全开采。 展开更多

关键词 浅埋煤层采空区 地表垂直漏风 煤自燃 SF_(6)气体示踪法 漏风速率

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