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基于多场耦合提升逸散性颗粒与磁种碰撞系数动力学研究

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中国环境科学 2024年第9期44卷 4874-4882页

作者：张俪安杜传梅刁永发沈恒根安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 东华大学环境科学与工程学院上海201620

以多场耦合提升逸散性颗粒与磁种碰撞系数为研究对象,基于计算流体力学-离散相模型(DPM),通过用户自定义函数(UDF)添加逸散性颗粒与磁种之间的库仑力和磁偶极子力,数值计算电场和磁场构成的多场中逸散性颗粒与磁种之间的碰撞系数,获得... 详细信息

以多场耦合提升逸散性颗粒与磁种碰撞系数为研究对象,基于计算流体力学-离散相模型(DPM),通过用户自定义函数(UDF)添加逸散性颗粒与磁种之间的库仑力和磁偶极子力,数值计算电场和磁场构成的多场中逸散性颗粒与磁种之间的碰撞系数,获得提升磁凝并程度的方法.结果表明,当流体速度u=0.5m/s,颗粒粒径0.5μm≤d_(p)<2.0μm,库仑力和磁偶极子力均可提高逸散性颗粒与磁种之间的碰撞系数,且库仑力可弥补弱磁性颗粒与磁种之间磁偶极子力较小的问题.若荷电场强E_(0)=0.5kV/cm,逸散性颗粒饱和磁化强度M_(j)=500A/m,磁种饱和磁化强度M_(i)=40000A/m,逸散性颗粒与磁种之间的碰撞系数比未荷电时提高了13.50%,若荷电场强E_(0)=1.0kV/cm,碰撞系数提高了23.60%.

关键词：多场耦合逸散性颗粒磁种碰撞系数磁凝并

深部开采地表移动延续时间预测模型及其参数分析

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岩土力学 2024年第2期45卷 577-587页

作者：张亮亮程桦姚直书王晓健安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 安徽大学资源与环境工程学院安徽合肥230022

基于改进Knothe时间模型,根据地表移动延续时间定义,建立能够综合考虑采高、平均采深、松散层厚度、基岩层厚度和开采速度等因素的深部开采地表移动延续时间理论预测模型,并根据概率积分法给出了模型参数确定方法。采用24个深部工作面... 详细信息

基于改进Knothe时间模型,根据地表移动延续时间定义,建立能够综合考虑采高、平均采深、松散层厚度、基岩层厚度和开采速度等因素的深部开采地表移动延续时间理论预测模型,并根据概率积分法给出了模型参数确定方法。采用24个深部工作面开采地表移动延续时间监测数据对预测模型的合理性和精确性进行验证。结果表明:地表移动延续时间模型预测结果与24个工作面监测结果基本吻合,两者平均绝对误差仅38 d,均方根误差仅为47 d,平均绝对误差百分比仅为9%,远小于现有3种经验模型的预测误差,验证了地表移动延续时间预测模型的精确性;地表移动延续时间受采高、平均采深、松散层厚度、基岩层厚度和开采速度的影响,随采高的增加而非线性增加,随平均采深、松散层厚度、基岩层厚度的增加而线性增加,但随开采速度的增加而非线性减小。该研究可为深部开采地表移动变形稳定性评估和科学制定开采计划提供理论指导。

关键词：地表移动延续时间改进Knothe时间模型预测动态沉降开采速度

公路隧道喷射型ECC物理力学性能及其喷层稳定性

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工程科学与技术 2024年第3期56卷 109-121页

作者：胡时李晓芳蔡海兵韩辰悦宋海清安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 清华大学山西清洁能源研究院山西太原030032 同济大学土木工程学院上海200092 安徽文达信息工程学院城市建设学院安徽合肥231201

传统纤维增强水泥基复合材料(ECC)存在成本高、收缩大和应用场景局限等问题,且关于开挖扰动下公路隧道喷射型ECC层稳定性的研究尚不完善,此外缺乏对其工程应用后的监测评估。基于此,本文研究了公路隧道喷射型ECC的物理力学性能,分析了... 详细信息

传统纤维增强水泥基复合材料(ECC)存在成本高、收缩大和应用场景局限等问题,且关于开挖扰动下公路隧道喷射型ECC层稳定性的研究尚不完善,此外缺乏对其工程应用后的监测评估。基于此,本文研究了公路隧道喷射型ECC的物理力学性能,分析了开挖扰动下围岩及喷射型ECC层的稳定性,并通过现场监测分析了其应用效果。结果表明:将脱硫石膏、混杂纤维、机制砂、膨胀剂和减缩剂引入ECC中,所研发的喷射型ECC物理力学性能满足公路隧道喷射混凝土的要求。基于数值模拟,当支护12 m后,喷射型ECC层的拉伸和压缩最大主应力较C25喷射混凝土(C25SC)层分别提高了36.8%、28.4%,并且其内侧拱顶的最大竖向位移较C25SC可降低3.15%,仅为1.23 mm。基于现场实测,在近似相同的围岩地质条件下,使用喷射型ECC较C25SC,能够降低10.26%的竖直沉降变形,此外其喷层表面未发现开裂、线状渗水等情况。因此,喷射型ECC在公路隧道支护领域具有广阔的应用前景。

关键词：喷射型ECC 公路隧道物理力学性能数值模拟稳定性

巨厚砾岩下采场覆岩运移与离层演化的光-电感知试验研究

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中国矿业大学学报 2024年第5期 977-992页

作者：孙斌杨袁亮张平松吴荣新安徽理工大学地球与环境学院安徽理工大学深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室

为掌握巨厚砾岩下特厚煤层采动覆岩运移及离层演化的精细发育规律，以永陇矿区某矿1305工作面为例，基于相似物理模型试验，利用自主研发的光-电多参数分布式感知系统研究了岩层移动变形及破断垮落的全周期多物理场响应特征.试验结果表... 详细信息

为掌握巨厚砾岩下特厚煤层采动覆岩运移及离层演化的精细发育规律，以永陇矿区某矿1305工作面为例，基于相似物理模型试验，利用自主研发的光-电多参数分布式感知系统研究了岩层移动变形及破断垮落的全周期多物理场响应特征.试验结果表明：光-电感知系统可对岩体内部变形状态及时空演化规律进行精细刻画，岩层破断垮落、裂隙发育形态与全时段应变、电流及电阻率等多参数具有良好的对应关系，建立了采动覆岩横向分区、垂向分带的光-电表征模型，实现了覆岩运移及“横三区、竖三带”的光-电实时定量检测.3#煤采动期间覆岩超前应力影响范围达到45～54 m,直接顶滞后垮落距离为9～18 m,上覆岩层采后重新压实区位于工作面后方150～204 m.应变及电流比值1级台阶发育高度对应垮落带界面，3级台阶发育高度对应导水裂隙带界面.3#煤覆岩垮落带高度为44.73～48.00 m,导水裂隙带发育高度为256.29～276.54 m,与模型实测高度相对偏差整体低于5%.基于光-电表征结果，揭示了覆岩变形及离层发育的时空演化机理，主要表现为“大裂高”、“台阶状”、“滞后垮落”等特征，多参数分布式感知系统为离层水害防治及矿井安全生产提供了可靠的地质保障技术.

关键词：覆岩运移光-电综合感知定量表征演化规律模型试验

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DT-CWT-LMS自适应降噪模型构建及其在隧道监测工程中的应用

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隧道建设（中英文） 2024年第5期44卷 973-983页

作者：李子祥蔡海兵程桦侯公羽安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院北京100083

针对隧道工程监测现场应用布里渊光时域反射仪(BOTDR)系统存在的问题,提出基于双树复小波变换(DT-CWT)和改进的LMS算法的组合降噪模型,用于对BOTDR分布式光纤监测信号进行降噪处理。首先,基于双树复小波变换算法分解原始信号;然后,使用... 详细信息

针对隧道工程监测现场应用布里渊光时域反射仪(BOTDR)系统存在的问题,提出基于双树复小波变换(DT-CWT)和改进的LMS算法的组合降噪模型,用于对BOTDR分布式光纤监测信号进行降噪处理。首先,基于双树复小波变换算法分解原始信号;然后,使用样本熵作为目标函数自动选择最优小波分解层数的模型,并基于优化双曲余弦函数改进LMS算法的收敛速度和收敛性;最后,为验证所提出算法的有效性,进行BOTDR温度信号降噪试验。试验结果表明:1)DT-CWT-LMS算法的降噪效果明显优于传统的小波阈值降噪方法,在6个温度梯度上的平均SNR值比WDD、EMT、EMD分别高出43.98%、17.5%、8.4%,平均RMSE值分别降低33.18%、17.14%、9.23%,平均SE值分别降低29.04%、21.17%、20.67%。为验证所提算法在工程现场的有效性,依托北京地铁隧道监测项目,使用DT-CWT-LMS算法对光纤监测信号进行降噪研究,降噪后信号的样本熵平均降低幅为64.03%;2)和常规WDD、EMT、EMD 3种方法相比,DT-CWT-LMS算法在3条光纤上的表现均优于其他3种算法,在1号、2号、3号光纤上的SNR指标比其他3种算法的平均值分别高出22%、38%、27%,说明该算法可作为隧道工程光纤监测信号的一种有效降噪方法。

关键词：隧道监测信号降噪分布式光纤技术小波分析

氦冷固态包层氚增殖球床气体和粉末流动特性的数值研究

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核聚变与等离子体物理 2024年第2期44卷 163-169页

作者：王开松刘明宗汪键安徽理工大学机电工程学院淮南232001

基于计算流体力学和离散元耦合分析,研究了氦冷固态增殖包层球床中吹扫氦气的速度分布和破碎的正硅酸锂粉末速度随时间的变化及粉末数量随氦气入口流速变化。模拟结果表明,在吹扫氦气流动方向上,用入口流速归一化的氦气速度分布与入口... 详细信息

基于计算流体力学和离散元耦合分析,研究了氦冷固态增殖包层球床中吹扫氦气的速度分布和破碎的正硅酸锂粉末速度随时间的变化及粉末数量随氦气入口流速变化。模拟结果表明,在吹扫氦气流动方向上,用入口流速归一化的氦气速度分布与入口流速无关,在靠近球床边缘速度变化较大,在球床中部速度变化较小;用入口流速归一化的粉末平均速度与入口流速关系不大,会随吹扫时间逐渐趋于稳定;对小粒径粉末,吹扫气体流速越大,越容易被吹出球床,对大粒径粉末,因其本身体积过大,易在球床中形成堵塞。

关键词：氦冷包层正硅酸锂球床计算流体力学离散单元法

基于地面定向钻孔注浆的煤矿立井钻井法井壁渗漏水治理技术

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煤炭科学技术 2024年第7期52卷 168-177页

作者：王雪松程桦荣传新姚直书余大有安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 安徽省煤田地质局第一勘探队安徽淮南232035

煤矿钻井井壁为单层结构,在深厚表土层段其渗漏水将严重威胁矿井安全生产,建井阶段井壁接茬部位若存在施工缺陷,则会导致地下水腐蚀锈穿接茬部位金属及焊缝,造成井壁渗漏水,若不及时治理,易引发突水溃砂而酿成淹井事故。为探寻一种行之... 详细信息

煤矿钻井井壁为单层结构,在深厚表土层段其渗漏水将严重威胁矿井安全生产,建井阶段井壁接茬部位若存在施工缺陷,则会导致地下水腐蚀锈穿接茬部位金属及焊缝,造成井壁渗漏水,若不及时治理,易引发突水溃砂而酿成淹井事故。为探寻一种行之有效的治理技术,以许疃煤矿副井井筒井壁渗漏水治理为工程背景,开展了煤矿钻井井壁渗漏水治理技术研究。首先,结合矿井水文地质特征等信息分析了钻井法单层井壁渗漏水致因,发现许疃煤矿副井井壁接茬处发生渗漏水的主要原因是地下水中的HCO_(3)^(-)、Cl^(-)共同作用腐蚀锈穿井壁接茬部位后,含水层之间越流补给的高压地下水通过孔隙连通性良好的壁后碎石充填层流入井筒内;然后,对比分析了许疃煤矿副井井筒井壁渗漏水治理采用壁后注浆和地面钻孔注浆的可行性与安全性,发现在流砂层中对采用钻井法施工的钢筋混凝土单层井壁进行壁后注浆,安全风险较大,影响井筒正常提升,且存在再次发生渗漏水的风险,而采用地面定向钻孔注浆技术的注浆量大,壁后充填层碎石间孔隙可被水泥浆充分填充,改善井筒防渗和承载能力,且施工人员全程在地面操作,安全性好,不影响井筒正常提升;最后,提出了针对深厚表土层煤矿钻井井壁渗漏水治理的地面定向钻孔注浆技术并进行工程示范,2个钻孔共注入130.9 m^(3)水泥浆,完全充填了94.00~131.40 m层段壁后充填层碎石间孔隙,顺利封堵了井下94 m处出水点,经现场长期观测,该段井壁未再渗漏水。研究结果表明,针对深厚表土层段煤矿钻井井壁渗漏水治理,采用地面定向钻孔注浆技术的治理效果良好,安全性高。研究成果可为深厚表土层煤矿钻井井壁渗漏水治理提供一定的参考。

关键词：钻井井壁井壁接茬渗漏水地面定向钻孔注浆

基于CFS-YOLO算法的复杂工况环境下煤矸图像识别方法

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煤炭科学技术 2024年第6期52卷 226-237页

作者：李德永王国法郭永存王爽杨宇豪安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学矿山智能技术与装备省部共建协同创新中心安徽淮南232001 中国煤炭科工集团有限公司北京100013

针对煤矿高噪声、低照度、运动模糊与大批量煤矸混杂等复杂工况环境因素导致煤矸识别存在误检、漏检以及检测精度低的问题,提出一种基于CFS-YOLO算法的煤矸智能识别模型。采用ConvNeXt V2(Convolutional Neural Network with NeXt Units... 详细信息

针对煤矿高噪声、低照度、运动模糊与大批量煤矸混杂等复杂工况环境因素导致煤矸识别存在误检、漏检以及检测精度低的问题,提出一种基于CFS-YOLO算法的煤矸智能识别模型。采用ConvNeXt V2(Convolutional Neural Network with NeXt Units Version 2)特征提取模块替换主干网络末端的2个C3(Cross Stage Partial Bottle Neck Mudule)模块,通过将掩码自动编码器(Masked Autoencoders,MAE)和全局响应归一化(Global Response Normalization,GRN)层添加到ConvNeXt架构中,有效缓解特征崩溃问题以及保持特征在网络传递过程中的多样性;采用Focal-EIOU(Focal and Efficient Intersection Over Union)损失函数替换原CIOU(Computer Intersection Over Union)损失函数,通过其Focal-Loss机制和调整样本权重的方式优化边界框回归任务中的样本不平衡问题,提高模型的收敛速度和定位精度;添加无参注意力机制(Simple Attention Mechanism,SimAM)于主干网络每个C3模块的后端,凭借其注意力权重自适应调整策略,提升模型对尺度变化较大或低分辨率煤矸目标关键特征的提取能力。通过消融试验和对比试验验证所提CFS-YOLO模型的有效性与优越性。试验结果表明:CFS-YOLO模型对于煤矸在煤矿高噪声、低照度、运动模糊与大批量煤矸混杂等复杂环境下的检测效果均得到有效提高,模型的平均精度均值达到90.2%,相较于原YOLOv5s模型的平均精度均值提高了3.7%,平均检测速度达到90.09 FPS,可充分满足煤矸实时检测的需求。同时与YOLOv5s、YOLOv7-tiny与YOLOv8n等6种YOLO系列算法相比,CFS-YOLO模型对煤矿复杂环境的适应性最强且综合检测性能最佳,可为煤矸的智能高效分选提供技术支持。

关键词： YOLOv5s 煤矸识别特征提取损失函数注意力机制

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DNP基熔铸炸药的力学性能和失效准则

兵工学报 2024年第9期45卷 3114-3124页

作者：徐跃跃张向荣高家乐刘战伟苗飞超刘攀周霖北京理工大学爆炸科学与安全防护全国重点实验室北京100081 北京理工大学宇航学院北京100081 安徽理工大学化学与爆破学院安徽淮南232001 重庆红宇精密工业集团有限公司重庆402760

3,4-二硝基吡唑(3,4-dinitropyrazole,DNP)基熔铸炸药由于兼具高能量和高安全性,在含能材料领域具有广阔的应用前景,研究该炸药在不同应力状态下的力学性能和失效形式,将对其工程化提供理论和试验支撑。采用美国伊斯特朗(INSTRON)5965... 详细信息

3,4-二硝基吡唑(3,4-dinitropyrazole,DNP)基熔铸炸药由于兼具高能量和高安全性,在含能材料领域具有广阔的应用前景,研究该炸药在不同应力状态下的力学性能和失效形式,将对其工程化提供理论和试验支撑。采用美国伊斯特朗(INSTRON)5965万能材料试验机、分离式霍普金森压杆对DNP基熔铸炸药典型配方进行准静态压缩力学性能、动态压缩力学性能以及准静态拉伸力学性能测试,分析添加剂(Cellulose Acetate Butyrate,CAB)含量、应变率等因素对力学性能的影响,研究DNP基熔铸炸药在准静态压缩、动态压缩和准静态巴西劈裂条件下的失效形式。研究结果表明:DNP基熔铸炸药的抗压强度整体随应变率的升高而增加;在准静态加载下,抗压强度随着添加剂含量的增加而降低,而在动态加载下则呈相反的变化趋势,当添加剂含量达到一定值时,熔铸炸药的抗拉强度显著提高;不同加载条件下DNP基熔铸炸药满足的强度失效准则不同,其中准静态压缩符合最大剪应力准则,动态压缩符合最大拉应变准则,巴西圆盘试验符合最大拉应力准则。

关键词： 3,4-二硝基吡唑熔铸炸药力学性能添加剂强度失效准则