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基于SOFM神经网络模型的岩爆烈度等级预测方法

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岩石力学与工程学报 2021年第S1期40卷 2708-2715页

作者：杨小彬裴艳宇程虹铭侯鑫吕嘉琦中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083 山西大同大学煤炭工程学院山西大同037003

为简化岩爆烈度等级预测指标体系、解决预测分级模糊问题、利于工程人员分析预测结果,建立基于SOFM神经网络的岩爆烈度等级预测模型,并根据竞争层拓扑结构的不同将预测模型拓展成3个模型。将硐壁最大切向应力、岩石单轴抗压强度、岩石... 详细信息

为简化岩爆烈度等级预测指标体系、解决预测分级模糊问题、利于工程人员分析预测结果,建立基于SOFM神经网络的岩爆烈度等级预测模型,并根据竞争层拓扑结构的不同将预测模型拓展成3个模型。将硐壁最大切向应力、岩石单轴抗压强度、岩石单轴抗拉强度作为模型输入向量,将40组国内外岩爆工程数据作为数据集输入3个模型进行训练、测试,3个模型在测试集上岩爆烈度等级预测正确率均达到90%。比较3个模型的聚类、测试及训练效果,得到竞争层神经元个数为16的预测模型最优。将最优预测模型的预测结果与可拓理论、Russenes判据、基于模糊C-均值算法粗糙集理论云模型的预测结果对比,基于SOFM神经网络模型的岩爆烈度等级预测方法优于其他方法,表明该方法具有一定可行性和实用性,为岩爆预测提供了一种新的方法和手段。

关键词：岩石力学自组织特征映射神经网络岩爆预测预测模型参数选择预测指标

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基于裂纹的岩石摩擦滑移位移演化实验研究

矿业科学学报 2021年第4期6卷 438-444页

作者：刘燕杨小彬汪洋裴艳宇中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083

为研究岩石破坏形成断裂面或结构面后的进一步演化特征,选用一种花岗岩制备了双穿透裂纹试件,采用双剪模型开展了摩擦滑移试验研究。用CCD相机记录试验过程中的散斑图像,并利用数字散斑相关方法对岩石摩擦滑移过程中的水平位移场、竖直... 详细信息

为研究岩石破坏形成断裂面或结构面后的进一步演化特征,选用一种花岗岩制备了双穿透裂纹试件,采用双剪模型开展了摩擦滑移试验研究。用CCD相机记录试验过程中的散斑图像,并利用数字散斑相关方法对岩石摩擦滑移过程中的水平位移场、竖直位移及水平位移的演化特征进行分析。结果表明:①剪应力缓慢增长阶段的位移演化,由围压起主要作用转变为围压和剪切力共同作用,线性增长阶段则以剪切力作用为主;界面咬合程度及水平错动位移的增减变化可作为界面摩擦滑移的前兆;②水平位移场绕流现象的出现和消失,分别是试件局部和整体滑移的前兆;③位移场云图中部等值线的倾斜角度可表征围压与剪应力的关系,也可作为试件局部和整体滑移的前兆。

关键词：围压双剪模型数字散斑摩擦滑移位移场

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补连塔矿工作面低氧主控原因分析

辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2021年第5期40卷 396-400页

作者：汪腾蛟裴艳宇张立辉杨小彬辽宁工程技术大学安全科学与工程学院辽宁阜新123000 中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083 神东煤炭集团公司上湾矿内蒙古鄂尔多斯017209

为确定补连塔矿综采工作面低氧事件主控因素,采用故障树分析法(FTA)和层次分析法(AHP),建立综采工作面低氧事件模型.用FTA方法确定低氧事件发生的基本事件,计算基本事件结构重要度并确定其对应的判别因子;用AHP方法将各类原因分类后作... 详细信息

为确定补连塔矿综采工作面低氧事件主控因素,采用故障树分析法(FTA)和层次分析法(AHP),建立综采工作面低氧事件模型.用FTA方法确定低氧事件发生的基本事件,计算基本事件结构重要度并确定其对应的判别因子;用AHP方法将各类原因分类后作比构建矩阵,利用九元标度法对模型准则层和指标层的各个因素重新分配权值,最终确定各因素的权重.研究结果表明:补连塔矿低氧事件发生主控因素中埋深浅、岩石坚固性差在总指标中排首位,煤具有较强自燃倾向性和工作面漏风在总指标中排第二.

关键词：低氧事故树层次分析法主控因素分析模型

一维卷积神经网络特征提取下微震能级时序预测

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工程科学学报 2021年第7期43卷 1003-1009页

作者：裴艳宇杨小彬传金平吴学松程虹铭吕祥锋中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083 华亭煤业公司砚北煤矿华亭744105 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

微震能级随时间发生变化,高能级微震事件与冲击地压有良好的对应关系,为预测矿山微震能量时序变化,基于一维卷积神经网络(Convolutional neural networks,CNN),建立微震能级时间序列预测模型;通过模型训练,实现以前十次微震事件的能量... 详细信息

微震能级随时间发生变化,高能级微震事件与冲击地压有良好的对应关系,为预测矿山微震能量时序变化,基于一维卷积神经网络(Convolutional neural networks,CNN),建立微震能级时间序列预测模型;通过模型训练,实现以前十次微震事件的能量级别作为输入来预测下一次微震事件的能量级别.由于微震样本数据类间不平衡问题,导致模型测试时将106能量级别的微震事件全部判断为105能量级别的微震事件,为进一步提高模型对106能级微震事件预测的准确率,对模型进行改进并使用混合采样方法训练改进后的模型;利用砚北煤矿250202工作面微震能级实测部分数据,改进后模型的总体测试正确率达到98.4%,其中106能量级别的微震事件测试正确率提升到99%.将模型应用于砚北煤矿250202工作面进行微震能级时序预测,模型的预测正确率整体达到93.5%,且对高能级微震事件的预测正确率接近100%.

关键词：微震能级时序预测一维卷积神经网络类间不平衡混合采样冲击地压

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浅埋综采面采空区遗煤CO产生规律实验研究

矿业科学学报 2021年第1期6卷 51-59页

作者：杨小彬聂朝刚张子鹏熊紫琛裴艳宇中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083

为探究浅埋综采面采空区遗煤氧化过程中的CO产生规律,本文以高家梁矿浅埋煤层为研究对象,与阳泉矿深埋煤层相对比,利用油浴升温氧化系统对高家梁矿不同煤层的综采工作面煤样和阳泉矿煤样进行了升温氧化实验。研究表明:高家梁矿浅埋深各... 详细信息

为探究浅埋综采面采空区遗煤氧化过程中的CO产生规律,本文以高家梁矿浅埋煤层为研究对象,与阳泉矿深埋煤层相对比,利用油浴升温氧化系统对高家梁矿不同煤层的综采工作面煤样和阳泉矿煤样进行了升温氧化实验。研究表明:高家梁矿浅埋深各煤样在低温40℃时消耗O2产生CO体积分数达到1×10^(-4);各煤样在氧化升温过程中的耗氧速率、CO产生速率和放热强度随温度升高逐渐增加;高家梁矿浅埋深煤样产生了40℃和130℃两个临界温度,分别对应加速氧化反应起点和剧烈氧化反应起点,而阳泉矿深埋煤层煤样只有一个不明显临界温度,且相对滞后,达100℃~120℃;在相同煤温下,高家梁矿浅埋深各煤样CO产生量和产生速率、O2的消耗量和消耗速率均明显大于阳泉矿深埋煤层;高家梁矿浅埋深各煤层比阳泉矿煤层更早进入加速氧化阶段,且所需温度更低。可见,煤层埋藏越浅,升温氧化时煤的耗氧速率和CO产生速率越快,升温对浅埋深煤样的氧化放热促进作用更强。

关键词：采空区浅埋遗煤氧化 CO产生规律油浴升温氧化临界温度

改进的GA-BP复杂采空区危险等级评价模型

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地下空间与工程学报 2021年第S2期17卷 978-984页

作者：裴艳宇吴佳宁孙秋迪张泽文杨小彬中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院

采空区危险性等级评价指标众多,在危险性评价时运算大、效率低,为此论文引入主成分分析法(principal component analysis, PCA)建立改进的GA-BP复杂采空区危险等级评价模型。模型通过主成分分析对九个评价指标降维,得到四个主成分输入B... 详细信息

采空区危险性等级评价指标众多,在危险性评价时运算大、效率低,为此论文引入主成分分析法(principal component analysis, PCA)建立改进的GA-BP复杂采空区危险等级评价模型。模型通过主成分分析对九个评价指标降维,得到四个主成分输入BP神经网络,以采空区危险等级及危险等级对应的概率值作为评价结果,利用遗传算法(genetic algorithm, GA)优化BP神经网络模型参数;随机选择36组采空区数据训练模型,4组数据测试模型,最终模型训练误差为0.407 61,测试误差为0.132 39。将改进的GA-BP模型与GA-BP模型结果对比,改进的GA-BP模型迭代收敛速度、训练误差、测试误差均优于后者。使用改进的GA-BP模型进行实际应用,评价结果与实际情况相符,证明本文模型可以为现场采空区危险等级评价提供一定参考。

关键词：采空区危险等级评价主成分分析遗传算法 BP神经网络

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大粒径石块分布对土石混合体稳定性的影响

科学技术与工程 2020年第31期20卷 12962-12967页

作者：杨小彬侯鑫裴艳宇阚李浩吕祥锋中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

为探究大粒径石块分布对土石混合体稳定性的影响,通过图像处理技术获取土石混合体模型,并在此模型基础上,建立了大粒径石块处于不同位置和角度的物理模型。利用有限元软件ABAQUS进行解算分析,得出:①大粒径石块集中在模型上部区域时,塑... 详细信息

为探究大粒径石块分布对土石混合体稳定性的影响,通过图像处理技术获取土石混合体模型,并在此模型基础上,建立了大粒径石块处于不同位置和角度的物理模型。利用有限元软件ABAQUS进行解算分析,得出:①大粒径石块集中在模型上部区域时,塑性区主要分布在模型下半部分,土石混合体强度较高,稳定性较好;大粒径石块集中在模型下部区域时,土石混合体强度低、稳定性较差;大粒径石块集中区阻碍了土石混合体塑性破坏的发展,且分布位置不同起到的承载能力不同。②土石混合体强度及稳定性随大粒径石块长轴倾角增大呈现出先减小后增大趋势,在大粒径石块长轴倾角处于45°~60°时,模型强度最小、稳定性最差,这与摩尔-库伦强度准则中所描述的剪切滑移面角度一致。研究结果可为露天矿边坡及各类人造土石坝体的稳定性设计提供参考。

关键词：土石混合体大粒径石块位置和角度稳定性 ABAQUS

露天矿富水深孔爆破隔离材料的配比及性能研究

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中国科技论文 2022年第1期17卷 85-89页

作者：裴艳宇杨小彬原文杰程虹铭孙秋迪中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083 平朔工业集团有限责任公司山西平朔036006

为解决露天矿水下爆破分段隔离装药及效率低的问题,以现场黏土和粉煤灰为基料,配以增稠剂、发泡剂、早凝剂、减水剂4种无机添加剂,研制了一种可实现水下连续隔离的新型膏状隔离材料。采用四因素三水平正交试验设计了9组不同配比的实验组... 详细信息

为解决露天矿水下爆破分段隔离装药及效率低的问题,以现场黏土和粉煤灰为基料,配以增稠剂、发泡剂、早凝剂、减水剂4种无机添加剂,研制了一种可实现水下连续隔离的新型膏状隔离材料。采用四因素三水平正交试验设计了9组不同配比的实验组合,同时根据工程要求设计了室内水下抗分散性能测试试验、抗水侵入性能测试试验、密度测试试验,确定了最佳配比为增稠剂2%、发泡剂3%、早凝剂2.5%、减水剂2%。进一步开展了材料水下与乳化炸药分层隔离试验,2种材料互不侵入,隔离效果良好,所配制材料的密度接近矿用乳化炸药,具备一定的水下抗分散、抗水侵入能力,可为露天矿富水深孔松动爆破实现分段连续隔离提供新的手段。

关键词：露天矿深孔爆破分段隔离隔离材料膏状材料

甲烷氧化菌群在瓦斯煤样中有效存活时间试验研究

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煤矿安全 2018年第7期49卷 1-4页

作者：王倩之张家乐裴艳宇王逍遥杨小彬中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083

为了研究甲烷氧化菌群在瓦斯煤样中的有效存活时间,开展了相同瓦斯条件下煤样甲烷氧化菌群存活试验研究。首先,搭建了瓦斯浓度变化实时测试系统;其次,将制备好的煤样放入2个测试瓶中,注入相同瓦斯气体,一定时间后分别在2个测试瓶中注入... 详细信息

为了研究甲烷氧化菌群在瓦斯煤样中的有效存活时间,开展了相同瓦斯条件下煤样甲烷氧化菌群存活试验研究。首先,搭建了瓦斯浓度变化实时测试系统;其次,将制备好的煤样放入2个测试瓶中,注入相同瓦斯气体,一定时间后分别在2个测试瓶中注入相同体积的甲烷氧化菌菌液和无菌水,分别测试样瓶中瓦斯浓度变化。分析测试试验结果发现:注入甲烷氧化菌菌液的煤样瓶中瓦斯浓度变化较快,且菌液能在31~60 h左右时间内保持持续的降解作用,之后甲烷浓度变化变缓;在相同条件下,甲烷氧化菌液在含瓦斯煤样中的存活时间约在31 h以上。

关键词：甲烷氧化菌群有效存活时间瓦斯煤样工业试验瓦斯治理