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面向双模态红外图像差异的拟态融合方法

红外技术 2024年第2期46卷 190-198页

作者：王学霜王肖霞吉琳娜郭小铭中北大学信息与通信工程学院山西太原030051

针对传统融合方法无法根据双模态红外图像差异特征的不同选择有效的融合策略的问题,提出了一种面向红外光强与偏振图像差异的拟态融合方法。首先计算图像特征差异度对差异特征进行粗筛,制定主差异特征类型的选取规则来确定图像组的主差... 详细信息

针对传统融合方法无法根据双模态红外图像差异特征的不同选择有效的融合策略的问题,提出了一种面向红外光强与偏振图像差异的拟态融合方法。首先计算图像特征差异度对差异特征进行粗筛,制定主差异特征类型的选取规则来确定图像组的主差异特征;然后构造特征融合度,以建立差异特征与拟态变元集中各层变元的映射,确定变元分层结构;最后在变元分层结构选择主差异特征类型的各层变元,比较不同拟态结构变元组合时差异特征的特征融合度,确定其最大值占比最高的拟态结构,形成变体。实验结果表明,经主观分析本文方法结果的视觉效果比对比方法结果的效果更优;经客观评价本文方法结果均为有效融合,因此本文方法实现了对融合策略的自适应选择并提高了图像的融合质量。

关键词：多层变元拟态结构拟态融合主差异特征类型特征融合度

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陕西省煤矿典型水灾隐患特征及治理技术

煤炭学报 2024年第2期49卷 902-916页

作者：董书宁樊敏郭小铭刘英锋郭康姬中奎李超峰薛小渊煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室陕西西安710077

陕西省煤炭资源丰富,2022年煤炭产量达7.46亿t,是我国主要产煤省份之一。由于全省煤矿区地质及水文地质条件差异明显,煤矿水灾类型多样,随着近年煤炭开采强度的增大,水灾事故时有发生,防治水形势较为严峻。以煤炭赋存条件为基础,系统总... 详细信息

陕西省煤炭资源丰富,2022年煤炭产量达7.46亿t,是我国主要产煤省份之一。由于全省煤矿区地质及水文地质条件差异明显,煤矿水灾类型多样,随着近年煤炭开采强度的增大,水灾事故时有发生,防治水形势较为严峻。以煤炭赋存条件为基础,系统总结区域水文地质结构特征,界定典型水灾类型及各类水灾影响区域分布,论述典型水灾的形成机理及特征,并提出了相应的防控技术。研究表明:(1)陕西省主要煤炭产区分为陕北、黄陇、渭北三大区,陕北侏罗纪煤田主要有顶板松散沙层水灾隐患、厚层砂岩水灾隐患、溃水溃沙灾害,局部区域分布有烧变岩对煤矿造成水灾隐患;黄陇煤田主要受顶板巨厚砂岩水灾隐患、离层溃水隐患、泥砂溃涌灾害隐患威胁;陕北石炭—二叠纪煤田和渭北煤田,主要受到煤层底板奥陶系灰岩水灾隐患威胁。(2)陕北侏罗系煤田顶板水灾隐患主要为顶板含水层受开采导水裂隙带扰动形成,导水裂隙波及砂岩含水层或松散沙层可形成持续大流量涌水,部分区域充水强度较大,在短时间水量较大超过排水系统能力时造成顶板水灾,在薄基岩区域垮落带直接导通松散沙层时可转变为溃水溃沙灾害,导水裂隙带影响到烧变岩富水区域时可形成瞬时水量大且持续的烧变岩水灾;黄陇煤田顶板巨厚砂岩含水层受采动导水裂隙带波及形成高强度持续涌水并可能形成顶板水灾,当含水层下部隔水层厚度较大时,可能形成离层溃水灾害,当近煤层顶板岩层松软遇水易崩解时可转变为泥砂溃涌灾害;陕北石炭—二叠纪煤田和渭北煤田,煤层开采底板扰动破坏带或断层等构造导通奥陶系灰岩含水层时,会引发极为严重的底板突水灾害,该类灾害具突发性强、瞬时水量大的特征。(3)各区域的顶板水灾隐患治理技术主要包括钻孔疏泄、注浆治理、开采参数控制等,底板水灾隐患治理技术主要包括区域注浆加固及封堵等;烧变岩水灾隐患主要采取帷幕注浆与钻孔探放有机结合的防治技术。

关键词：陕西省煤矿溃水溃沙烧变岩水灾离层溃水泥砂溃涌底板奥灰水灾

我国不同类别煤层顶板水害致灾机理与防控路径

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煤炭学报 2024年第3期49卷 1539-1555页

作者：曾一凡朱慧聪武强王皓郭小铭崔芳鹏庞振忠刘守强杨维弘中国矿业大学(北京)国家煤矿水害防治工程技术研究中心北京100083 矿山水防治与资源化利用国家矿山安全监察局重点实验室北京100083 矿业大学(北京)内蒙古研究院内蒙古鄂尔多斯017000 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077 中国中煤能源集团有限公司北京100120

我国是世界上成煤和赋存条件最复杂的国家,煤层顶板水文地质条件的多样性和复杂性,采动覆岩裂隙场与渗流场耦合的相互性和时变性以及煤层顶板突水的独特性和危害性,造成顶板水害是我国尤其是西部煤矿区的主要矿井灾害之一。为了更好地... 详细信息

我国是世界上成煤和赋存条件最复杂的国家,煤层顶板水文地质条件的多样性和复杂性,采动覆岩裂隙场与渗流场耦合的相互性和时变性以及煤层顶板突水的独特性和危害性,造成顶板水害是我国尤其是西部煤矿区的主要矿井灾害之一。为了更好地认识顶板水害和推广现有技术和探索新技术防控此类矿井灾害,在全面分析近年来我国煤层顶板水害事故规律与顶板充水含水层的赋存条件、突水模式、动力特征、力学行为等基础上,系统划分了顶板水害的类型、特征、主要类别的致灾机理及梳理了现有顶板水害的防治技术,并展望了未来顶板水害防治领域的发展方向。研究发现:①顶板水害主体架构包括巨厚基岩含水层涌(淋)水、薄基岩弱胶结层水-砂耦合溃涌、离层空间蓄水储能突水、天窗补给型突水、围岩烧变增透致突等5种类别,集中分布于秦岭—淮河沿线以北地区,陕、蒙、宁是顶板水害主要聚集地。②采动诱发巨厚基岩含水层下覆岩原生裂隙互馈-贯通发育“Z”型离层空间,导致采场出现大面积涌(淋)水现象;基于复合关键层破断力学条件,阐明了薄基岩弱胶结层水-砂耦合溃涌致灾的动力源;构建了离层失稳突水临界判别准则,将离层突水划分为静载扰动、“动+静”载复合扰动、复合煤层开采重复扰动3种模式;红土隔水层缺失及红土薄弱区采动劣化损伤是产生天窗越流补给的主要根源;围岩烧变增透,孔隙度增大,接受临近水源补水后形成新的含水结构体,在采动诱发下烧变岩水涌入采场发生水害事故。③梳理了当前煤层顶板水害“探-放-治”三位一体的解危防控技术体系,提出了井上下共轭联动、钻-采(掘)高位协同地质勘探系统,以防治水“三区”划分为导向的地质保障工作,“煤-水-生态”多目标齐抓共管的绿色开采和防治水理念,以及数智化、透明化矿山水文地质灾害信息维护系统等未来发展方向。

关键词：顶板水害矿井防治水离层突水致灾机理防控技术

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我国煤层顶板水害研究现状与防控路径

煤炭学报 2024年

作者：曾一凡朱慧聪武强郭小铭崔芳鹏庞振忠刘守强杨维弘中煤科工西安研究院(集团)有限公司矿业大学(北京)内蒙古研究院中国中煤能源集团有限公司中国矿业大学(北京)国家煤矿水害防治工程技术研究中心矿山水防治与资源化利用国家矿山安全监察局重点实验室

我国是世界上成煤和赋存条件最复杂的国家，煤层顶板水文地质条件的多样性和复杂性，采动覆岩裂隙场与渗流场耦合的相互性和时变性以及煤层顶板突水的独特性和危害性，造成顶板水害是我国尤其是西部煤矿区的主要矿井灾害之一。为了更好... 详细信息

我国是世界上成煤和赋存条件最复杂的国家，煤层顶板水文地质条件的多样性和复杂性，采动覆岩裂隙场与渗流场耦合的相互性和时变性以及煤层顶板突水的独特性和危害性，造成顶板水害是我国尤其是西部煤矿区的主要矿井灾害之一。为了更好地认识顶板水害和推广现有技术和探索新技术防控此类矿井灾害，在全面分析近年来我国煤层顶板水害事故规律与顶板充水含水层的赋存条件、突水模式、动力特征、力学行为等基础上，系统划分了顶板水害的类型、特征、主要类别的致灾机理及梳理了现有顶板水害的防治技术，并展望了未来顶板水害防治领域的发展方向。研究发现：（1）顶板水害主体架构包括巨厚基岩含水层涌（淋）水、薄基岩弱胶结层水-砂耦合溃涌、离层空间蓄水储能突水、天窗补给型突水、围岩烧变增透致突等5种类别，集中分布于秦岭-淮河沿线以北地区，陕、蒙、宁是顶板水害主要聚集地。（2）采动诱发巨厚基岩含水层下覆岩原生裂隙互馈-贯通发育“Z”型离层空间，导致采场出现大面积涌（淋）水现象；基于复合关键层破断力学条件，阐明了薄基岩弱胶结层水-砂耦合溃涌致灾的动力源；构建了离层失稳突水临界判别准则，将离层突水划分为静载扰动、“动+静”载复合扰动、复合煤层开采重复扰动3种模式；红土隔水层缺失及红土薄弱区采动劣化损伤是产生天窗越流补给的主要根源；围岩烧变增透，孔隙度增大，接受临近水源补水后形成新的含水结构体，在采动诱发下烧变岩水涌入采场发生水害事故。（3）梳理了当前煤层顶板水害“探-放-治”三位一体的解危防控技术体系，提出了井上下共轭联动、钻-采（掘）高位协同地质勘探系统，以防治水“三区”划分为导向的地质保障工作，“煤-水-生态”多目标齐抓共管的绿色开采和防治水理念，以及数智化、透明化矿山水文地质灾害信息维护系统等未来发展方向。

关键词：顶板水害主控因素类别模式致灾机理解危防控技术

深埋煤层开采顶板基岩含水层渗流规律及保水技术

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煤炭学报 2019年第3期44卷 804-811页

作者：郭小铭董书宁煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077 陕西省煤矿水害防治重点实验室陕西西安710077

我国西部黄陇煤田降雨量少、蒸发强烈,属于干旱半干旱地区,做好煤炭开采过程中对含水层的保护工作极为重要。为研究适用于黄陇煤田深埋煤层开采顶板洛河组砂岩含水层的保水技术,以彬长矿区为研究区,采用砂岩孔隙度测试,结合非线性回归... 详细信息

我国西部黄陇煤田降雨量少、蒸发强烈,属于干旱半干旱地区,做好煤炭开采过程中对含水层的保护工作极为重要。为研究适用于黄陇煤田深埋煤层开采顶板洛河组砂岩含水层的保水技术,以彬长矿区为研究区,采用砂岩孔隙度测试,结合非线性回归分析方法,研究洛河组地层不同深度砂岩渗透性变化;开展水化学测试,分析非均质洛河组含水层垂向水化学场特征;结合地面和井下水文地质探查,进一步定量化研究洛河组含水介质的非均质性。在查明洛河组含水地层非均质性的基础上,建立含水层下段受裂隙带波及条件下地下水渗流数值模型,研究基岩含水层局部受裂隙带影响条件下的渗流规律。根据渗流规律研究深埋煤层开采顶板基岩含水层保水开采技术,结合彬长矿区工作面开采实际揭露水位变化情况对其进行验证。研究表明,洛河组含水层渗透性随地层深度的增加而呈负指数降低,随着埋深增大含水层水化学类型由HCO_3-Ca型转化为SO_4-Na型,同时上段的单位涌水量约为下段的7倍,可知洛河组含水层上、下段地下水渗流条件不同,垂向非均质性较强。工作面开采裂隙带仅波及含水层下部时,含水层仅受波及层和相邻层的水位下降明显,上部未受到波及段水位降深有限,整个含水层不会出现水位统一下降的现象,而是呈现出不同层位水位降深差不同的差异性渗流规律。鉴于此,提出利用含水层非均质性特征,以控制含水层上段水位降深为核心,允许导高适当波及含水层下段的"控水开采"技术,有助于缓解深埋煤层采煤与保水的矛盾。通过彬长矿区胡家河煤矿现场应用表明,洛河组含水层实际渗流特征符合本次研究成果,控水开采技术可实现洛河组砂岩含水层保水开采的目的。

关键词：黄陇煤田深埋煤层保水采煤渗流规律

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越层水文地质现象及对煤矿防治水的影响研究

煤炭科学技术 2020年第8期48卷 150-156页

作者：王新郭小铭中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077 陕西省煤矿水害防治重点实验室陕西西安710077 煤炭科学研究总院北京100013

地层沉积作用直接影响地下含水层的发育条件,尤其是不整合接触地层界面含(隔)水层特征会发生差异性变化;通过对地层不整合接触面处发育的风化带、古河床性质分析,利用沉积规律与水文地质结构概化和水文地质勘探方法,提出了地层不整合界... 详细信息

地层沉积作用直接影响地下含水层的发育条件,尤其是不整合接触地层界面含(隔)水层特征会发生差异性变化;通过对地层不整合接触面处发育的风化带、古河床性质分析,利用沉积规律与水文地质结构概化和水文地质勘探方法,提出了地层不整合界面易造成地层界线与水文地质边界不重合的越层水文地质现象,即含水层跨过地层界限同时发育于不同地层之中。对不同类型的越层水文地质现象进行了分类分析,概化出"平行-减薄"型、"平行-增厚"型和"侵蚀-增厚"型3种主要的越层水文地质结构模型。结合我国现阶段主要产煤区的沉积地质及水文地质条件进行分析,研究了鄂尔多斯盆地侏罗系煤田顶板直罗组砂岩含水层和华北地区石炭-二叠系煤田底板奥陶系灰岩含水层存在的越层水文地质现象及其对煤层开采的影响,并提出了考虑越层水文地质现象时矿井综合防治水措施。研究表明:侏罗系煤田开采顶板延安-直罗组地层间越层水文地质现象使得隔水层厚度减小,矿井水文地质条件更加复杂;石炭-二叠系煤层开采过程中,由于底板奥灰顶部的越层水文地质现象,使得底板隔水层厚度增加,可将部分奥灰地层作为隔水层进行利用,有助于煤层开采过程中的底板奥灰水害防治。

关键词：不整合接触面越层水文地质现象矿井防治水风化带

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煤层顶板巨厚基岩含水层空间富水性评价

煤炭科学技术 2021年第9期49卷 167-175页

作者：郭小铭王皓周麟晟煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077 陕西省煤矿水害防治技术重点实验室陕西西安710077

我国西部侏罗系煤田煤层顶板含水层垂向非均质性强,富水性差异大,使得导水裂隙带波及含水层深度不同时,工作面涌水量不同,水害威胁程度各不相同。为科学描述垂向不同深度含水层富水性对涌水的影响,将含水层简化为多层层状结构,由此概化... 详细信息

我国西部侏罗系煤田煤层顶板含水层垂向非均质性强,富水性差异大,使得导水裂隙带波及含水层深度不同时,工作面涌水量不同,水害威胁程度各不相同。为科学描述垂向不同深度含水层富水性对涌水的影响,将含水层简化为多层层状结构,由此概化出含水层空间富水结构表达模型。以彬长矿区亭南煤矿煤层顶板洛河组含水层为例,提出影响含水层空间富水性差异的含水系统、流动系统和地质构造3个方面,确定出含水层厚度、冲洗液消耗量、岩心采取率、中粗砂岩占比、地层埋深、水化学矿化度、褶皱构造7个主控因素,并采用AHP层次分析法确定各主控因素对富水性的影响权重,形成空间富水性评价模型。绘制含水层垂向各层状结构的主控因素专题图,并将其信息统一归一化处理,采用空间多源信息融合技术叠加,得出含水层上段、下段的富水性分区。评价结果表明,洛河组含水层上段可划分为“强、较强、中等”3个区,下段划分出“强、较强、中等、较弱、弱”5个区,对比表明上段富水性整体好于下段,并通过井田范围内不同层段含水层抽水试验成果进行拟合验证。由此得出,该富水性评价模型可充分反映含水层不同空间位置(平面、垂向)的富水性差异,对于导水裂隙带仅波及含水层部分层段条件下的顶板水害危险性评价有指导作用。

关键词：基岩含水层富水性多源信息融合水害防治

基于可能性信息质量合成的双模态红外图像融合算法选取

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光子学报 2021年第3期50卷 167-179页

作者：郭小铭吉琳娜杨风暴中北大学信息与通信工程学院太原030051

针对双模态红外图像在融合时异类差异特征两两合成出现信息冗余导致所选择的融合算法相互冲突,造成融合效果差甚至失效的问题,提出了一种基于可能性信息质量合成的双模态红外图像融合算法选取方法。首先计算双模态红外图像多融合算法下... 详细信息

针对双模态红外图像在融合时异类差异特征两两合成出现信息冗余导致所选择的融合算法相互冲突,造成融合效果差甚至失效的问题,提出了一种基于可能性信息质量合成的双模态红外图像融合算法选取方法。首先计算双模态红外图像多融合算法下不同差异特征的融合有效度,利用可能性框架得到对应的可能性分布向量子集;其次计算向量子集的信息量和可信度,并对多个向量子集进行加权合成;然后构建基于信息质量的排序函数,得到每种融合算法下的非支配子集;最后构建多融合算法得分函数的联合分布对多种融合算法优化选择。实验结果表明,将基于质量来整合多个差异特征的方法运用于双模态红外图像融合算法选取中,所选出的融合算法在加权综合指标上高于其他算法均值55%以上,证明了本文方法的有效性和合理性;由多组实验算得本文方法平均耗时10.083 s,在时间效率上也符合实时图像融合应用的工程需求。

关键词：图像处理融合算法选取信息质量可能性合成双模态红外图像

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深度教学理念下高中数学教学策略研究

深度教学理念下高中数学教学策略研究

作者：郭小铭济南大学

学位级别：硕士

随着时代不断的发展,《普通高中数学课程标准(2017年版2020年修订)》的发布,新时代对学生的培养要求也在逐渐提高,对教师和学生都有更高的教育期望。在目前高中数学教学中学生能力的发展和素养的培育没有得到应有的关注,深化课程改革逐... 详细信息

随着时代不断的发展,《普通高中数学课程标准(2017年版2020年修订)》的发布,新时代对学生的培养要求也在逐渐提高,对教师和学生都有更高的教育期望。在目前高中数学教学中学生能力的发展和素养的培育没有得到应有的关注,深化课程改革逐步提上日程。深度教学作为核心素养指导下的重要教育理念之一,为课堂变革提供了新的思路。不同学者从不同维度对深度教学进行了研究,丰富了深度教学的内涵,能为实施深度教学进行指导。数学学科深度教学的策略形式多样,不同学者在深度教学的策略上尚未达成一致的观点,对于深度教学策略的提出大多停留于理论指引层面,与高中数学实际教学分析结合的较少,难以真正为一线教师提供深度教学的实践指导。本文先通过对文献阅读,对深度学习、深度教学、高中数学深度教学的概念进行界定,确立研究的理论基础。再根据高中数学的学科特点,通过问卷调查法、访谈法、课堂观察法从教师和学生两个角度进行研究,分析高中数学深度学习现状以及教师数学深度教学现状,找到当前高中数学课堂教学存在的问题,主要问题有:教师对深度教学理念了解不足,对教材的使用浅显化、教育教学能力不足,教学过程形式化,问题探讨、小组合作效果不佳,教学联系生活实际较少,教学反思表面化,教学反思未能很好的应用实践,对学生自我反思引导不够。并且对原因进行了分析,主要原因有:教师教学理念认识不足,教学能力不足,应试教育的环境影响。这为接下来深度教学策略的探讨提供依据。为了改善这些问题,使教学达到深度教学水平,我们立足于数学学科的本质和特点,借助深度教学理念,提出深度教学的相关策略,指引教师的教学促进学生的深度学习,培养学生的关键能力与核心素养,为工作在一线的高中数学教师提供有价值的实践指导,去深化教育改革,促进学生的全面发展。本研究从5个方面提出深度教学策略。在教育教学理念方面:加强对深度教学理念的学习;开拓对深度教学理念学习的途径;完善对深度教学理念学习成果的评价标准。在知识内容方面:研读课程标准,把握教学内容要求;解读教材内容,深度挖掘教材思想;挖掘知识关联,完善知识体系。在教学过程方面:有效组织课堂问题,问题导向推进深度教学;加强师生交流互动,促进学生深度思考;挖掘知识背后的思想文化;与生活相联系实施教学。在评价方面:丰富深度教学评价的主体和方式;丰富评价的标准与维度。在反思方面:培养学生反思意识,提高学生反思能力;树立反思意识,养成反思习惯。希望为一线教师的教学提供针对性的指引。最后,为了让一线教师们对深度教学策略有更加直观的认知,以本研究提出的深度教学策略为参考,根据大纲要求,钻研教材,精心编写了两个深度教学设计案例,希望可以为一线教育教学提供一些指导性参考。

关键词：深度教学高中数学深度学习教学策略