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能源资源特色一流创新人才本科生导师制培养机制构建与实践

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高教学刊 2024年第20期10卷 161-166页

作者：孙元田李桂臣万志军吴永辉陈宁李长傲郝浩然中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

结合当前矿业类本科生导师制导师功能定位不明确、实施成效评价趋于一般、师生间互动体验不佳的现状,提出能源资源特色一流创新人才本科生导师“五位一体”职能定位,优化多种渠道的沟通、多样化的学习体验和多元化就业支持和指导的“多... 详细信息

结合当前矿业类本科生导师制导师功能定位不明确、实施成效评价趋于一般、师生间互动体验不佳的现状,提出能源资源特色一流创新人才本科生导师“五位一体”职能定位,优化多种渠道的沟通、多样化的学习体验和多元化就业支持和指导的“多对多”全过程式本科生导师制,明确多渠道透明化、跨学科多方向、大团队互助式师生互选机制,建立长效性、硕博制、梯队化跨学科培养与学习模式,打破矿业类专业传统本科生选导师的模式,充分发挥导师教、学生学的主动性,提高师生互选自由度和满意度,重点解决跨专业选导师的难点,创新矿业类师生互选机制。以中国矿业大学矿业工程学院的部分学生为实践对象,验证矿业类本科生导师制在对学生课程学习、科研竞赛、毕业设计等方面发挥积极作用,增强高等教育创新性能源资源特色一流人才培养质量。

关键词：本科生导师制互动机制跨学科创新人才培养模式

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煤矿掘采空间垮塌岩体稳定性与救援通道构建

绿色矿山

绿色矿山 2024年第1期2卷 11-20页

作者：李桂臣邵泽宇孙元田李菁华杨森郝浩然沃小芳中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室江苏徐州221116

煤矿地质动力灾害发生后,往往会造成掘采空间巷道发生垮塌堵塞,严重威胁煤矿井下工作人员安全。垮塌形成的松散破碎堆积体力学结构、堆积形态十分复杂,如何快速清理垮塌堆积体并构建救援通道是亟待解决的科学问题。在分析灾变垮塌体结... 详细信息

煤矿地质动力灾害发生后,往往会造成掘采空间巷道发生垮塌堵塞,严重威胁煤矿井下工作人员安全。垮塌形成的松散破碎堆积体力学结构、堆积形态十分复杂,如何快速清理垮塌堆积体并构建救援通道是亟待解决的科学问题。在分析灾变垮塌体结构运移规律及救援通道构建研究现状和问题的基础上,针对垮塌堆积体堆堵机理复杂、扰动变形规律不明的特点,首先基于颗粒流数值模拟软件构建了垮塌堆积体二维计算模型,探究了在垮塌堆积体内部构建救援通道过程中颗粒的运动特征,明晰了其掘进扰动规律;其次分析了不同区域构建救援通道条件下堆积体内应力重分布特征,优选了救援通道在垮塌堆积体中的构建位置;最后根据垮塌堆积体的力学特征及堆积形态,提出了一种新型救援通道快速构建方法。结果表明:在构建救援通道掘进扰动的影响下,垮塌堆积体的岩体均有向开挖空间运动的趋势,距离开挖位置越远的区域受到扰动影响越小;垮塌堆积体向开挖空间的二次塌落主要以垂直方向为主,水平方向次之;左下方开挖稳定后,垮塌堆积体呈"梯形",中下方开挖稳定后,垮塌堆积体呈“V”形。综合考虑救援通道构建的二次扰动影响、支护结构稳定性与垮塌堆积体物源结构,救援通道构建位置选择在垮塌堆积体中部区域为宜。

关键词：垮塌堆积体掘进扰动数值模拟救援通道构建灾后应急救援

基于智能反演的等效型煤构建方法、原理与技术

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采矿与安全工程学报 2022年第6期39卷 1210-1217页

作者：孙元田李桂臣常庆粮李菁华杨森中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

基于典型的松散煤体实际赋存状态,提出以原煤的坚固性系数为纽带,建立成型煤体的强度与原煤强度相似的关系,同时利用制备的型煤的孔隙率与原煤孔隙率相似的关系,综合构建室内成型煤体等效于现场松散煤体的方法。试验在测定原煤参数如成... 详细信息

基于典型的松散煤体实际赋存状态,提出以原煤的坚固性系数为纽带,建立成型煤体的强度与原煤强度相似的关系,同时利用制备的型煤的孔隙率与原煤孔隙率相似的关系,综合构建室内成型煤体等效于现场松散煤体的方法。试验在测定原煤参数如成分、含水率、粒径级配基础上,选取了型煤的关键“构建参数”即成型压力、成型时间和成型水分,形成了系列成型工艺与方案,分析了松散软煤实验室制备型煤成型的机理。建立了基于人工智能算法的天牛须-进化支持向量机(BAS-ESVM)型煤参数智能反演模型,通过型煤数据库和模型反演结果表明,在给定现场软煤强度和孔隙率情况下,该智能模型能够精确反演室内型煤的成型压力、成型时间和成型水分。在该参数下制备的型煤强度和孔隙率与现场煤体参数高度吻合,验证了该模型的正确和可靠性。

关键词：等效型煤构建参数反演人工智能天牛须算法

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复杂条件下巷道围岩控制技术研究进展

煤炭科学技术 2022年第6期50卷 29-45页

作者：李桂臣杨森孙元田许嘉徽李菁华中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室江苏徐州221116

煤炭资源开采正不断向深部迈进,面临的复杂地质条件问题也日益突出。深部资源开采、地下空间开挖等深部岩石工程活动迅速增加,而这些工程活动的开展和巷道的稳定性密切相关。重点总结了复杂条件下煤矿巷道围岩控制领域的相关成果,梳理... 详细信息

煤炭资源开采正不断向深部迈进,面临的复杂地质条件问题也日益突出。深部资源开采、地下空间开挖等深部岩石工程活动迅速增加,而这些工程活动的开展和巷道的稳定性密切相关。重点总结了复杂条件下煤矿巷道围岩控制领域的相关成果,梳理了当下巷道围岩控制面临的主要复杂条件,划分了工程地质条件和开采技术条件2类巷道复杂条件。阐明了各类复杂条件下巷道围岩的变形破坏特征,指出了围岩应力、围岩性质和支护结构是巷道围岩控制的3类基本对象,明确了围岩应力环境恶化、围岩性质劣化和支护体性能弱化3种失稳形式,在此基础上揭示了不同地质环境与采掘时空关系下回采巷道的失稳机制。分析了现阶段困难巷道围岩控制基本机理:改善围岩应力环境、改良围岩性质与强化围岩承载结构;详述了基于卸压、改性、支护与协同控制的围岩控制技术在不同复杂条件巷道的阶段性理论研究与技术应用现状。同时,分析了泥质采动巷道渗流失稳与围岩控制的典型工程案例,揭示了该类复杂困难条件的巷道围岩失稳机理,提出了疏水泄压、泥岩置换、分级注浆、高强度封层支护结构与底板结构等多种方法协同作用的高强度综合修复与控制技术体系。最后,基于上述4方面研究,结合工程实践,展望了未来复杂条件下巷道围岩控制技术的发展趋势。

关键词：复杂条件巷道围岩失稳机理围岩控制巷道支护

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泥岩多尺度模型与水岩作用特性研究进展

煤炭学报 2022年第3期47卷 1138-1154页

作者：李桂臣李菁华孙元田孙长伦许嘉徽荣浩宇杨森沃小芳卢忠诚中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室江苏徐州221116

泥岩遇水软化特性制约着岩土工程与地下工程的发展,特别是在煤矿工程实践中,泥岩遇水泥化膨胀、承载性能劣化,往往诱发巷道围岩的失稳破坏。黏土矿物的遇水膨胀特性与泥质胶结的强度低、塑性强特性,是富黏土矿物(>50%)泥岩遇水大变形与... 详细信息

泥岩遇水软化特性制约着岩土工程与地下工程的发展,特别是在煤矿工程实践中,泥岩遇水泥化膨胀、承载性能劣化,往往诱发巷道围岩的失稳破坏。黏土矿物的遇水膨胀特性与泥质胶结的强度低、塑性强特性,是富黏土矿物(>50%)泥岩遇水大变形与承载失效的内在本质。工程实践研究中承载持续大变形与泥岩遇水渐进劣化是关键防控和调控过程。针对泥岩研究尺度广、大变形力学机制与水岩作用机理复杂的特点,首先基于工程防控/调控技术研究焦点界定了多尺度研究范畴,划分出宏观岩体(mm)、细观矿物(μm)、微观晶胞(nm)3个研究尺度;其次阐明了不同尺度下的泥岩物理、力学、化学研究模型,讨论了不同尺度泥岩物力化性质分析方法与手段,厘清了泥岩物理力学和物理化学性质的多尺度特性,系统研究了不同尺度下的水岩作用机制,构建了考虑不同尺度相互作用关系的泥岩水岩作用多尺度关联体系;最后展望了泥岩多尺度研究中细观尺度研究的发展方向;指出多尺度水岩作用在多物理场耦合中的研究前景,提出基于多尺度分析的泥岩灾变防治技术研发体系,凝练人工智能方法辅助研究泥岩多尺度的关键科学问题。同时,开展多尺度研究有助于掌握与控制泥岩的物理、化学、力学响应特性,为解决泥岩灾变防治和核废料封存工程难题提供理论基础。

关键词：泥岩多尺度模型构建水岩作用耦合机理

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人神经营养素-4的原核表达与纯化

人神经营养素-4的原核表达与纯化

作者：孙元田四川大学

学位级别：硕士

研究目的:神经营养素家族是一类由靶组织分泌,具有促进和维持神经细胞生存、生长、分化等功能的特异性蛋白质或多肽类分子。神经营养素-4是第四个被发现的神经营养素家族成员,研究表明神经营养素-4对鸡胚背根神经节的感觉神经元的存活... 详细信息

研究目的:神经营养素家族是一类由靶组织分泌,具有促进和维持神经细胞生存、生长、分化等功能的特异性蛋白质或多肽类分子。神经营养素-4是第四个被发现的神经营养素家族成员,研究表明神经营养素-4对鸡胚背根神经节的感觉神经元的存活和生长有促进作用。但人神经营养素-4(hNT-4)在机体内含量非常低,因而限制了对它的研究。本实验的目的就是要通过克隆hNT-4成熟蛋白基因片段,并使其在高效原核表达载体中大量表达和纯化,得到高纯度蛋白,为对hNT-4的进一步研究打下基础。研究方法:以正常人外周血淋巴细胞基因组DNA为模板,通过常规PCR扩增出hNT-4成熟蛋白基因片段。再通过双限制性内切酶进行酶切,连接入高效原核表达载体pET32a中,重组质粒pET-NT4在大肠杆菌DH5α中进行克隆后,转化入其表达宿主菌BL21(DE3)中进行表达。对重组菌表达条件进行优化后,对重组菌进行扩大培养,使其诱导表达出带有hNT-4成熟蛋白的融合蛋白。超声波破碎菌体后,分离出包涵体后,将包涵体溶于8M尿素后,通过Ni-鏊合亲和层析柱进行纯化。研究结果:克隆得到的hNT-4成熟蛋白基因与GeneBank报道的序列除了有一个碱基不同以外,其余的都完全相同。重组质粒pET-NT4构建正确,在表达宿主菌中表达出了预期的融合蛋白。融合蛋白主要存在于包涵体中,包涵体溶于8M尿素后,用Ni-鏊合亲和层析柱对溶解液进行纯化,在0.15M咪唑洗涤液中得到的大部分融合蛋白,并且纯度达到94%。研究结论:成功扩增出人神经营养素-4成熟蛋白基因片段,构建了原核表达重组质粒pET-NT4,表达得到人神经营养素-4成熟蛋白和硫氧还原蛋白的融合蛋白,纯化后得到了高纯度(94%)的融合蛋白。

关键词：人神经营养素-4成熟蛋白重组质粒表达融合蛋白纯化

巷道松软煤体流变参数反演的BAS-ESVM模型与应用

同方学位论文库评论

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煤炭学报 2021年第S1期46卷 106-115页

作者：孙元田李桂臣钱德雨张苏辉许嘉徽中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

深部煤体巷道变形具有明显的流变特性,准确高效地获取煤体的流变参数是研究巷道流变机理的重要基础。基于典型的煤巷流变工程案例,经分析认为,巷道帮部的松软煤体的长时变形具有两阶段流变特征,即前期的减速大流变阶段和后期的等速大流... 详细信息

深部煤体巷道变形具有明显的流变特性,准确高效地获取煤体的流变参数是研究巷道流变机理的重要基础。基于典型的煤巷流变工程案例,经分析认为,巷道帮部的松软煤体的长时变形具有两阶段流变特征,即前期的减速大流变阶段和后期的等速大流变阶段,获得煤体的流变参数对于进一步研究巷道失稳具有重要意义。基于人工智能算法支持向量机(SVM),采用天牛须算法(BAS)高效获取SVM的核函数参数σ和罚参数C,形成改进型进化支持向量机(ESVM),提高SVM的学习和泛化能力。进一步地,明确围岩的流变模型和弹塑性力学参数,基于正交设计原理,构建松散煤体流变参数样本数据。建立数值模拟模型,对构建的流变参数样本进行模拟计算,得到含有时序性的计算巷道位移,进而将每一组流变参数及其通过数值计算得到的与时间相对应的两帮移近量位移作为一组样本,形成样本数据库。将上述数据通过ESVM模型不断学习,以现场位移数据为目标,再利用BAS搜索得到最佳的煤体流变参数,最终构建得到BAS-ESVM煤体流变参数反演模型。得到的流变参数经过正算验证,结果显示计算位移与实测值吻合较好,证明了该方法的有效性与流变参数的正确性,该方法为研究煤体巷道流变机理奠定了参数基础。

关键词：煤体巷道流变参数反演人工智能支持向量机(SVM) 天牛须算法(BAS)

新一代人工智能在矿山充填中的应用综述与展望

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煤炭学报 2021年第2期46卷 688-700页

作者：齐冲冲杨星雨李桂臣陈秋松孙元田中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

随着我国浅部矿产资源日趋枯竭,深部资源开采成为矿业发展的必然,而充填采矿法是深部资源开采的主要采矿法之一。目前,充填采矿法的推广受限于充填成本高,如何提高充填设计效率,进而降低充填成本,是矿山充填推广的关键。随着人工智能(AI... 详细信息

随着我国浅部矿产资源日趋枯竭,深部资源开采成为矿业发展的必然,而充填采矿法是深部资源开采的主要采矿法之一。目前,充填采矿法的推广受限于充填成本高,如何提高充填设计效率,进而降低充填成本,是矿山充填推广的关键。随着人工智能(AI)技术的发展,以神经网络、决策树等为代表的智能算法正逐渐替代或辅助人类从事各种场景中的简单或复杂工作,推动传统工业领域的跨越式发展。矿业作为传统行业的支柱产业之一,也立足自身发展需要,结合新一代人工智能方法,展开了面向智能化革新的进程。笔者从矿山充填中的人工智能方法出发,简要介绍了人工智能的基本概念及常用的人工智能方法(包括人工神经网络、决策树、随机森林与梯度提升树、支持向量机及非监督式学习方法等)。讨论了人工智能方法在矿山充填中的应用难点,系统分析了新一代人工智能在全尾砂絮凝沉降、充填配比、充填料浆流变及管道输送、充填集成设计及多目标优化等方面的最新研究进展。同时,展望了新一代人工智能在矿山充填中的发展方向(包括性能提升、小数据集问题及应用思路扩展),并提出了智能充填系统的构想。新一代人工智能方法在矿山充填中的发展及应用对实现充填设计的绿色化、智能化和高效化,促进充填技术推广和资源生态协调开采具有重要意义。

关键词：充填开采绿色矿山人工智能智能充填系统

基于“两介质-三界面”模型的散煤注浆固结宏细观规律

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煤炭学报 2019年第2期44卷 427-434页

作者：李桂臣孙长伦孙元田崔光俊钱德雨中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

为了预判水泥浆注浆加固淮北矿区松散煤层效果,提供合理注浆参数,确保松散破碎围岩体注浆加固后稳定,文章基于离散元思想,将散煤和水泥视为颗粒,结合散煤-水泥浆胶结体单轴压缩试验和颗粒流模拟软件,研究散煤注浆加固效果,从宏-细观角... 详细信息

为了预判水泥浆注浆加固淮北矿区松散煤层效果,提供合理注浆参数,确保松散破碎围岩体注浆加固后稳定,文章基于离散元思想,将散煤和水泥视为颗粒,结合散煤-水泥浆胶结体单轴压缩试验和颗粒流模拟软件,研究散煤注浆加固效果,从宏-细观角度揭示散煤水泥浆注浆加固规律。文章构建了散煤-水泥"两介质-三界面"模型;校核了散煤-水泥浆胶结体三界面细观力学参数,分析了颗粒配比和胶结体孔隙率对散煤注浆加固效果的影响规律。研究结果表明:"两介质-三界面"模型包括散煤颗粒、水泥颗粒,散煤颗粒之间胶结界面、水泥颗粒之间的胶结界面和散煤与水泥颗粒之间的胶结界面,模型不仅能够模拟常规岩体力学实验,还能够进行胶结参数影响特性研究,适用于散体介质注浆加固效果预判;散煤-水泥浆胶结体单轴压缩强度σc和弹性模量E随着散煤与水泥颗粒配比γ增加先增大后减小,存在最佳配比,散煤含量增加的过程分为初期骨料强化和后期胶结弱化两个阶段;胶结体单轴压缩强度σc和弹性模量E随着孔隙率n增加而加速减小,粒径越小、充填程度越高的注浆材料,加固效果越好。在现场注浆设计施工过程中,根据现场围岩破碎程度,优选粒径小、可注性好的浆液,能够获得较好的注浆加固效果。

关键词：散煤水泥浆孔隙率宏细观 “两介质-三界面”模型