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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

松软煤层底板爆破致裂增透模拟试验研究及应用

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煤炭科学技术 2024年第6期52卷 102-110页

作者：高魁王秘乔国栋田宇傅师贵王有为安徽理工大学安全科学与工程学院安徽淮南232001 深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室安徽淮南232000

针对松软煤层爆破增透钻孔施工困难,爆破增透产生的裂隙不发育且易于重新压实的问题,提出在底板岩层开展爆破作业,达到松软煤层增透进而增加瓦斯有效抽采时间的目的。为了监测跨界面应力波传播规律及煤层损伤状况,在实验室构建了物理模... 详细信息

针对松软煤层爆破增透钻孔施工困难,爆破增透产生的裂隙不发育且易于重新压实的问题,提出在底板岩层开展爆破作业,达到松软煤层增透进而增加瓦斯有效抽采时间的目的。为了监测跨界面应力波传播规律及煤层损伤状况,在实验室构建了物理模型并开展了煤层底板爆破相似模拟试验。同时使用数值模拟的研究方法对煤层底板爆破过程中煤、岩体内部的损伤及裂隙的演化过程进行补充。结果表明:松软煤层底板爆破裂纹沿爆破孔向四周岩体扩展,爆破孔位置和底板煤岩交界面以及煤层内部的破坏较为严重,产生跨界面损伤裂纹。爆炸应力波从松软煤层底板岩层传播到松软煤层时,岩体和松软煤体的交界面产生透射压缩应力波和反射拉伸应力波,透射波作用于松软煤体,使煤层裂隙增加;反射波反作用于岩体,在煤岩交界面形成交叉裂纹,使底板岩层裂隙和松软煤层裂隙贯通,有利于松软煤层的瓦斯垂向运移流动和卸压瓦斯抽采。潘一东煤矿现场应用表明,煤层底板爆破增透后瓦斯抽采纯量及其浓度快速上升,抽采纯量从0.06 m^(3)/min提高到1.46 m^(3)/min,增加了23.33倍;瓦斯浓度从爆破前的10.46%上升到45.50%左右,增加了3.34倍,并且长时间维持在较高水平。研究成果可为深部松软煤层瓦斯高效抽采提供理论基础和技术支持。

关键词：松软煤层爆破增透裂隙演化爆炸应力波卸压瓦斯抽采

冶炼渣堆周边土壤砷锑垂向迁移分布及影响因素

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中国有色金属学报 2024年第8期34卷 2773-2786页

作者：向超王媛媛曾嘉庆姜苹红朱锋朱轩郅江钧薛生国中南大学冶金与环境学院长沙410083 湖南省环境科学研究院长沙410014

选取某锑冶炼渣堆填埋管控区为研究对象,综合运用化学分析、吸附动力学模型、矿物分析技术等方法研究土壤砷锑迁移分布规律及其影响因素。结果表明:土壤中砷的污染高值点可渗透至2 m以下土层;锑的污染高值点则主要分布在表层土壤;土壤... 详细信息

选取某锑冶炼渣堆填埋管控区为研究对象,综合运用化学分析、吸附动力学模型、矿物分析技术等方法研究土壤砷锑迁移分布规律及其影响因素。结果表明:土壤中砷的污染高值点可渗透至2 m以下土层;锑的污染高值点则主要分布在表层土壤;土壤砷锑含量与非特异性吸附态、特异性吸附态、非结晶态铁/铝氧化物结合态及残渣态的分布格局具有显著相关性;污染物的迁移分布由土壤多个吸附阶段共同作用影响,这与土壤黏土矿物类型相关,铁铝矿物对砷锑的吸附配位起到关键作用。

关键词：冶炼场地土壤污染砷锑赋存形态

2.5D机织复合材料双剪连接力学行为与损伤机制

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天津工业大学学报 2024年第3期43卷 9-15,22页

作者：钱坤江昊张典堂江南大学生态纺织教育部重点实验室江苏无锡214122

为研究装配参数对2.5D机织复合材料连接性能的影响,制备了具有不同宽径比w/D与边径比e/D的2.5D机织复合材料试样,通过双搭接拉伸实验,分析了在连接载荷下材料的力学行为与失效模式,并借助微计算机断层扫描技术(Micro-CT)观察试样内部损... 详细信息

为研究装配参数对2.5D机织复合材料连接性能的影响,制备了具有不同宽径比w/D与边径比e/D的2.5D机织复合材料试样,通过双搭接拉伸实验,分析了在连接载荷下材料的力学行为与失效模式,并借助微计算机断层扫描技术(Micro-CT)观察试样内部损伤情况,阐明其损伤机制。结果表明:试样在w/D和e/D分别取6和3时,表现出较高的力学性能,但适当减少w/D或e/D依旧能保有相当强度,当w/D下降为4时,刚度减少3.18%,极限挤压强度减少2.77%;当e/D下降为2.5时,刚度与强度分别减少1.62%和7.19%;螺栓孔的位置参数对材料的失效模式影响显著,减小w/D使经纱承受更多载荷,失效模式向净张力失效演变;减小e/D使纬纱承受更多载荷,失效模式向撕裂失效演变。

关键词： 2.5D机织复合材料螺栓连接微计算机断层扫描技术(Micro-CT) 复合材料失效损伤机制

基于几何特征约束的煤矸DE-XRT精准识别方法

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煤炭科学技术 2024年第5期52卷 262-275页

作者：何磊郭永存支亚王爽李德永胡坤程刚安徽理工大学机电工程学院安徽淮南232001 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 安徽中科光电色选机械有限公司安徽合肥230000

双能X射线透射识别煤矸仍存在厚度、硬化、余辉和扇形效应等缺陷,面向5~150 mm宽厚度煤矸分选参数波动大、识别率低。为此,提出一种基于几何特征约束的煤矸双能X射线透射多维度识别方法。该方法通过目标图像最小外接圆直径和区域面积两... 详细信息

双能X射线透射识别煤矸仍存在厚度、硬化、余辉和扇形效应等缺陷,面向5~150 mm宽厚度煤矸分选参数波动大、识别率低。为此,提出一种基于几何特征约束的煤矸双能X射线透射多维度识别方法。该方法通过目标图像最小外接圆直径和区域面积两个几何特征区分煤矸厚度,约束X射线透射响应特征的空间分布,进而从多个维度特征削弱缺陷影响。以少量低密度煤和高密度矸石,获取X射线透射响应特征、位置特征和几何特征,结合Relief-F特征选择建立强特征组合。检验多种分类器的识别性能,选取中等高斯SVM作为多维度方法的分类模型。以强特征组合作为输入,自动创建最终决策模型并分类未知煤矸像素点,通过像素变换图像处理方法获取分选参数p值。结果显示,p值与煤矸密度呈强线性相关,利用密度可选取p值调控分选。而p值与煤矸厚度呈现弱线性相关,宽厚度范围内p值离散程度小、可分性好,赋予分选参数较大调整空间。批量试验验证结果显示,多维度法预排矸分选参数p值为33.01%,以此分选参数对不同密度、不同煤种煤矸识别,整体识别率达99.57%。对5~150 mm厚度范围原煤预排矸整体识别率达99.37%。相比较H-L法、RL法,多维度法识别率更高,面向不同厚度煤矸计算得到的p值精度高、一致性更好。印证了几何特征约束下多维度识别方法的有效性及分选参数调控优势,为现有双能X射线煤矸分选装置识别算法提供了设计参考。

关键词：煤矸识别双能X射线几何特征多维度分选参数

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深部巷帮煤体失稳机制及能量释放特征

煤炭学报 2024年第9期49卷 3759-3780页

作者：丁可顾清恒王连国郭嘉兴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 安徽理工大学矿业工程学院安徽淮南232001 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116

冲击地压灾害已成为国内外煤矿井下开采的重大安全隐患。利用真三轴电液伺服加载试验系统,研究了巷帮煤岩组合体三向应力加载、煤体三向和两向应力加载下的应力-应变规律、破坏特征、声发射活动规律,建立了巷帮深、浅部煤体的强度准则关... 详细信息

冲击地压灾害已成为国内外煤矿井下开采的重大安全隐患。利用真三轴电液伺服加载试验系统,研究了巷帮煤岩组合体三向应力加载、煤体三向和两向应力加载下的应力-应变规律、破坏特征、声发射活动规律,建立了巷帮深、浅部煤体的强度准则关系,分析了深部巷帮煤体的能量释放特征,揭示了深部巷帮煤体失稳诱冲机理。结果表明:不同应力类型的煤体试样受应力环境及结构差异的影响,巷帮浅部煤体试样和高σ_(2)围压条件下的巷帮煤岩组合体试样在峰值应力后均产生应力快速跌落现象,脆性破坏与冲击性较强;在破坏机制上,巷帮浅部煤体试样主要受张拉−剪切耦合机制控制;巷帮深部煤体试样主要受剪切机制控制;巷帮煤岩组合体试样靠近约束面、自由面区域分别受剪切、张拉−剪切耦合机制控制。同围压条件下巷帮浅部煤体更容易破坏,进而基于巷道煤帮冲击能量释放的来源,建立了深部巷帮煤体失稳模型,揭示了深部巷帮煤体失稳机制。

关键词：深部开采煤巷冲击地压巷帮煤体失稳能量释放

废弃采空区封存CO_(2)地表形变特征模拟研究

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煤矿安全 2024年第5期55卷 1-10页

作者：郭庆彪谢扬汪锋郑美楠安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学空间信息与测绘工程学院安徽淮南232001 山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590

为探究超临界CO_(2)注入废弃采空区引起的地表形变特征,利用FLAC3D模拟研究了地表形变一般特征与演变过程,并从形变范围、形变量等5个方面探讨了孔隙率、CO_(2)注入速率和封存深度对地表形变特征的影响。结果表明:CO_(2)注入废弃采空区... 详细信息

为探究超临界CO_(2)注入废弃采空区引起的地表形变特征,利用FLAC3D模拟研究了地表形变一般特征与演变过程,并从形变范围、形变量等5个方面探讨了孔隙率、CO_(2)注入速率和封存深度对地表形变特征的影响。结果表明:CO_(2)注入废弃采空区后引起的地表形变呈“倒碗”形隆起形态,并经历孕育阶段、活跃阶段和稳定阶段的演变过程;随着地表点远离采空区,其在孕育阶段和稳定阶段的位移量占比逐渐增大;地表变形范围随着CO_(2)封存深度的增加明显减小,受孔隙率和CO_(2)注入速率变化影响较小;地表位移量随着孔隙率和CO_(2)封存深度的增大而逐渐减小,受CO_(2)注入速率变化影响较小;地表形变持续时间与孔隙率和CO_(2)注入速率正相关,与CO_(2)封存深度负相关;地表点在孕育阶段和稳定阶段的位移量占比与所需时步数与孔隙率和封存深度正相关,与CO_(2)注入速率负相关。

关键词：废弃矿井 CO_(2)封存采空区地表形变数值模拟

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大型舰船圆筒型水下防护结构性能分析

中国舰船研究 2024年第3期19卷 193-204页

作者：张博文聂晨曦姬祥明付仁张阿漫哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学船舶结构冲击动力学黑龙江省重点实验室黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学船舶结构安全全国重点实验室黑龙江哈尔滨150001

[目的]针对传统“空舱-液舱-空舱”三舱型防护结构重量大、防护效率较低的问题,探讨圆筒型水下防护结构的防护性能。[方法]建立基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法的数值模型,通过典型的结构接触爆炸算例,验证ALE算法的精度;然后在此基础... 详细信息

[目的]针对传统“空舱-液舱-空舱”三舱型防护结构重量大、防护效率较低的问题,探讨圆筒型水下防护结构的防护性能。[方法]建立基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法的数值模型,通过典型的结构接触爆炸算例,验证ALE算法的精度;然后在此基础上分别建立传统的三舱型防护结构和圆筒型防护结构模型,通过数值模拟分析相同药量水下接触爆炸后的应力、应变最大值以及能量吸收等特征参数,从而得到各自的防护性能。[结果]结果显示,圆筒型防护结构防御纵壁的位移小于防水纵壁的位移,这与传统三舱型防护结构的规律相反;甲板、双层底结构吸收的能量相比传统防护结构少了9.92%,具有明显的垂向抗变形优势。[结论]研究表明,圆筒型防护结构在药量相同的情况下其毁伤程度更低,可为水下防护结构的创新设计提供新的思路。

关键词：圆筒型防护结构接触爆炸任意拉格朗日-欧拉算法毁伤破坏吸能规律

华北南部济源地区三叠纪气候及其演变特征——来自古土壤地球化学的证据

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河南理工大学学报(自然科学版) 2024年

作者：杨文涛冯婉莹张鸿禹王敏河南理工大学资源环境学院

目的三叠纪处于温室气候的快速波动期，古土壤纪录了丰富的古气候信息。为了探讨三叠纪由极端温室向中等温室气候的转变过程，方法选取济源地区三叠纪地层中古土壤为研究对象，进行主量元素分析，定量估算年均降水量与年均温度，进而... 详细信息

目的三叠纪处于温室气候的快速波动期，古土壤纪录了丰富的古气候信息。为了探讨三叠纪由极端温室向中等温室气候的转变过程，方法选取济源地区三叠纪地层中古土壤为研究对象，进行主量元素分析，定量估算年均降水量与年均温度，进而恢复三叠纪气候特征及其演变规律。结果结果表明：（1）济源地区三叠纪地层中识别出15层古土壤层（包括钙质土、有机土和潜育土）。（2）定量古气候重建结果显示，三叠纪年均降水量为447～1 557 mm，温度为11～23℃。早三叠世，年均降水量为447～896 mm（早三叠世晚期，降水量呈增加趋势），温度为16～23℃（表现出下降的趋势）；中三叠世，年均降水量为679～1 539 mm，呈稳步升高趋势，温度为11～20℃，中三叠世中期降至最低；晚三叠世，年均降水量为575～1 557 mm，晚三叠世早期和晚期降雨较少，中期降雨最多，温度为17～21℃，与降水量存在较好的正相关关系。（3）华北盆地三叠纪气候波动较普遍，早三叠世和中三叠世前期总体处于干旱炎热的大背景下，存在短暂的相对湿润时期；中三叠世后期，降雨量明显增加，开始向湿润气候转变；晚三叠世，降雨量波动较大，总体处于温暖湿润背景下，同时伴随相对干旱时期。结论研究结果可为三叠纪气候及其演变规律研究提供参考。

关键词：三叠纪气候演变地球化学济源地区