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基于机器视觉的煤尘环境下掘进空间煤岩界面感知与精准识别

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煤炭学报 2024年第7期49卷 3276-3290页

作者：张云童亮来兴平曹胜根闫保旭刘永孜孙浩强杨彦斌何伟西安科技大学能源学院陕西西安710054 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116

巷道掘进过程中煤岩识别技术是掘进机截割头自动调整的核心,同样是制约矿山智能化建设的关键难题之一。针对当前采掘失衡,掘进工作面缺乏成熟有效的煤岩识别方案,现有基于图像的煤岩识别模型存在分割精度差、无法灵活部署等问题,提出一... 详细信息

巷道掘进过程中煤岩识别技术是掘进机截割头自动调整的核心,同样是制约矿山智能化建设的关键难题之一。针对当前采掘失衡,掘进工作面缺乏成熟有效的煤岩识别方案,现有基于图像的煤岩识别模型存在分割精度差、无法灵活部署等问题,提出一种应用在掘进工作面下基于图像分割的煤岩截割界面感知与精准识别方法。该方法结合掘进工作面实际截割情况,采用Mobile-NetV2特征提取网络作为DeepLabV3+的主干网络,使模型更好地兼顾分割精度和模型复杂度;将空洞空间卷积池化金字塔模块输出的高级特征进行通道注意力(SE)操作,分配通道权重以强化对重点特征信息的训练;在主干网络输出的浅层特征引入通道空间注意力(CA)机制,使浅层特征图中的低级表征信息加权,从而设计出融合双注意力机制于DeepLabV3+的煤岩截割界面识别模型。同时搭建煤尘环境下煤岩识别实验平台模拟掘进机截割后形成的煤岩截割面,研发巷道掘进过程中煤岩截割界面采集方法,并以实际矿井的掘进工作面为工程背景,验证该煤岩识别模型的分割精度以及实际应用性。研究结果表明:SE-CA-DeepLabV3+模型的平均交并比和平均像素精度分别为97.15%和98.51%,相较于其他模型具有更优的分割性能。将所建立模型对来自陕北试验矿井掘进工作面的原始煤岩图像进行验证,平均误差为0.7%,每秒传输帧数为43 fps,满足井下现场应用部署条件。

关键词：煤岩截割界面 SE-CA-DeepLabV3+ 巷道掘进煤岩识别平台图像分割

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不同组构砂岩微观破坏特征分析

东北大学学报（自然科学版） 2024年第4期45卷 584-591页

作者：孙大增赵文许兴亮王鑫东北大学资源与土木工程学院辽宁沈阳110819 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116

为了研究不同组构砂岩宏观-微观破坏特征的内在联系,对香花岭矿区三种砂岩开展物相分析、沉积相判别及单轴压缩和剪切试验,观察微观结构差异.研究结果表明:陆相沉积石英砂岩抗压强度最大,长石砂岩次之,海相沉积海绿石砂岩最小;单轴压缩... 详细信息

为了研究不同组构砂岩宏观-微观破坏特征的内在联系,对香花岭矿区三种砂岩开展物相分析、沉积相判别及单轴压缩和剪切试验,观察微观结构差异.研究结果表明:陆相沉积石英砂岩抗压强度最大,长石砂岩次之,海相沉积海绿石砂岩最小;单轴压缩试验宏观上石英砂岩、长石砂岩发生脆性破坏,而海绿石砂岩呈现出具有软化特性的延性破坏,微观上石英砂岩发生沿晶破坏,断面平整,长石砂岩发生沿晶和穿晶破坏,断面呈小扇贝状,表面附着少量碎屑,海绿石砂岩断面呈平板-花团复合状,晶粒破碎且擦痕明显,晶粒、胶结物质及结构弱面共同控制破坏特征;剪切试验微观上石英砂岩先发生沿晶破坏后发生穿晶破坏,断面不平整、擦痕及碎屑多,长石砂岩以沿晶破坏为主伴随穿晶破坏,断面部分平整、擦痕及碎屑较多,海绿石砂岩同时发生沿晶破坏和穿晶破坏,断面平整、几乎无擦痕和碎屑,砂岩微观破坏特征受晶粒和晶间胶结物质强度的共同影响.

关键词：砂岩矿物组成微观结构破坏特征强度

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神东矿区接种AMF对植物−土壤生态化学计量及养分回收的影响

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煤炭科学技术 2024年第5期52卷 354-363页

作者：王董董肖礼毕银丽聂文杰张可西安科技大学西部矿山生态环境修复研究院陕西西安710054 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083

矿区采煤沉陷地植被恢复和微生物复垦是打造绿色矿山的关键点。丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi,AMF)和恢复植被类型对植物−枯落叶−土壤连续体的生态化学计量学特征及养分回收的影响尚不明朗,但对阐明西北干旱采煤沉陷区生... 详细信息

矿区采煤沉陷地植被恢复和微生物复垦是打造绿色矿山的关键点。丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi,AMF)和恢复植被类型对植物−枯落叶−土壤连续体的生态化学计量学特征及养分回收的影响尚不明朗,但对阐明西北干旱采煤沉陷区生态修复后养分循环和可持续发展具有重要意义。选择复垦10 a后接种AMF与对照的紫穗槐、沙棘、文冠果、欧李、野樱桃5种恢复植被及对应植被的0~10 cm土壤进行研究,旨在探明接菌和恢复植被类型对植物−枯落叶−土壤连续体碳(C)、氮(N)、磷(P)含量和生态化学计量比,养分回收率、养分限制的影响。结果表明:5种恢复植被各器官平均养分含量与全国水平相比呈现出高C、P低N的特点,土壤N的缺乏限制了枯落物分解和植物生长。冗余分析表明影响植物生态化学计量的主要土壤因子是土壤有机碳、P、土壤易提取球囊霉素并且土壤养分与叶养分回收在菌根介导下呈正相关。AMF接种提高了植物、土壤养分含量、N、P回收率和土壤碳氮比,降低了植被的氮磷比,进而缓解植物N限制,增加植物生长速率支持恢复植被重建,促进连续体养分循环。在不同人工重建植被中接菌的固氮植被紫穗槐和沙棘养分含量、稳定性及生长速率高。植物−枯落叶−土壤连续体生态化学计量及养分回收特征预测土壤氮限制沉陷区可持续生态恢复,接种AMF则促进沉陷区持续生态恢复的潜力。

关键词：采煤沉陷地丛枝菌根真菌矿区生态修复生态化学计量

典型铅锌矿区土壤重金属含量高光谱反演模型研究

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光谱学与光谱分析 2024年第6期44卷 1740-1750页

作者：吴艳花赵恒谦毛继华金倩王雪飞李美钰中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083 煤炭资源与安全开采国家重点实验室(中国矿业大学) 北京100083 河北省地质实验测试中心河北保定071051 河北省矿产资源与生态环境监测重点实验室河北保定071051

矿区开采造成的土壤重金属污染严重影响作物产量、引发人体疾病;有效预防土壤重金属污染对健康的损害非常重要。高光谱快速、动态获取地物连续光谱信号的特点,为发展基于遥感的土壤重金属含量监测提供了新的思路。针对河北省涞源县典型... 详细信息

矿区开采造成的土壤重金属污染严重影响作物产量、引发人体疾病;有效预防土壤重金属污染对健康的损害非常重要。高光谱快速、动态获取地物连续光谱信号的特点,为发展基于遥感的土壤重金属含量监测提供了新的思路。针对河北省涞源县典型铅锌矿区,实地采集矿区及周边土壤样本,基于SVC HR-1024i地物光谱仪(350~2500 nm)获取土壤光谱反射率,通过对光谱数据进行平滑、一阶导数、多元散射校正、标准正态变换、多元散射校正后一阶导数、标准正态变换后一阶导数六种光谱数据组合变换,使用差值指数、比值和归一化方法从六种预处理数据中提取光谱指数,通过实验室化学测试分析得到土壤重金属镉、铅、锌含量,对不同重金属元素使用不同光谱变换方式进行预处理,得到不同类型重金属元素的最优光谱变换方式。采用差值指数、比值指数和归一化植被指数,提取不同光谱指数下的最优波段组合,从而得到用于不同重金属元素建模使用的最优自变量。基于随机森林和偏最小二乘回归法分别构建重金属元素反演模型。研究表明,通过对光谱数据预处理,可以有效地降低噪声,增强光谱特征。从结果来看,经过预处理后光谱数据与重金属含量相关性有所提高。对不同重金属元素建模选择对其最优的光谱指数自变量,增加了反演建模的有效特征。对三种重金属镉、铅、锌利用随机森林算法和偏最小二乘回归法建立预测模型,最优模型的R 2分别达到了0.90、0.91、0.84,证实了该方法的有效性。该研究可为铅锌矿区土壤重金属含量反演建模提供依据,为矿区土壤重金属含量检测提供方法参考。

关键词：矿区重金属污染光谱变换光谱指数反演模型

2011年日本Tohoku-Oki大地震(Mw9.0)震前超导重力数据研究

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地球物理学进展 2024年

作者：付书计王辉葛帅寅马方圆宋宝家中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室

地震给人类造成重大的人员伤亡和经济损失，但目前还没有准确预测地震的有效途径。不少学者发现在一些地震发生前超导重力仪可能会观测到震前重力扰动，如2011年日本Tohoku-Oki大地震(Mw9.0)爆发前几天，部分台站会监测到一种缓慢增大... 详细信息

地震给人类造成重大的人员伤亡和经济损失，但目前还没有准确预测地震的有效途径。不少学者发现在一些地震发生前超导重力仪可能会观测到震前重力扰动，如2011年日本Tohoku-Oki大地震(Mw9.0)爆发前几天，部分台站会监测到一种缓慢增大的重力变化，这种重力变化是否为可信的地震前兆还值得进一步研究。本文通过对Kamioka站，Lhasa站、Wuhan站，Medicina站、Wettzell站这5个全球超导重力仪台站震前5天内的秒采样观测数据进行分析，经预处理和高通滤波去除固体潮，进一步通过带阻滤波(0.01Hz≤f≤0.10Hz)滤除了由地震引起的重力突变噪声，得到震前重力变化，发现位于欧洲的Medicina和Wettzell台站在震前3天，重力数据会出现缓慢增大，之后又缓慢减小的变化，其他台站则不存在这种变化。将震前重力变化与附近同时段地震数据进行对比发现，地震记录中同样存在与重力变化形态基本一致的变化，且两者几乎同时出现，计算各台站震前重力变化与地震数据之间的相关性，发现两者之间相关系数均大于0.8，说明震前重力变化是地表振动引起的同震噪声，不是主震的前兆信息。

关键词：超导重力数据地震波地震前兆同震

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循环加卸载作用水浸煤体渐进损伤机理试验

工程科学与技术 2024年

作者：王方田汤天阔张村窦凤金魏学谦孙暖成家章中国矿业大学矿业工程学院中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室中国矿业大学(北京)能源与矿业学院神东煤炭集团锦界煤矿

煤矿地下水库技术已成为实现矿井水资源保护与利用的有效途径。在应力与水浸作用下煤柱坝体强度劣化效应将直接影响地下水库工程的稳定性。基于此，本文开展不同含水状态煤样循环加卸载试验，并利用声发射设备监测试验中煤样的损伤特征... 详细信息

煤矿地下水库技术已成为实现矿井水资源保护与利用的有效途径。在应力与水浸作用下煤柱坝体强度劣化效应将直接影响地下水库工程的稳定性。基于此，本文开展不同含水状态煤样循环加卸载试验，并利用声发射设备监测试验中煤样的损伤特征，采用核磁共振（NMR）设备检测煤样孔隙发育，揭示不同含水状态及循环应力下煤体渐进损伤演化机理。结果表明：不同含水状态煤样随循环级数的增加声发射信号逐渐增加，裂隙发育程度逐渐加大；但循环应力作用下煤体损伤破坏主要发生在首次达到峰值应力时，随后仅发生小幅度损伤。水岩作用对声发射具有弱化效应，含水煤样循环应力作用下易发生应力突变对煤体造成瞬时损伤破坏，且随含水程度的增加，突变次数也有所增加。在循环加载过程中含水煤样相较于干燥煤样中微孔降低幅度较大，自然含水煤样大孔数量小幅下降而饱和含水煤样大孔数量有小幅增长。Ⅰ、Ⅱ级循环加卸载后各煤样的孔隙度上升，Ⅲ级循环后干燥煤样孔隙度上升，自然与饱和煤样孔隙度下降。Ⅲ级循环加卸载后干燥煤样的抗压强度为14.27MPa，较平均值降低了9.85%；饱和煤样的抗压强度为8.49MPa，较平均值降低了24.87%，煤样的强度随含水程度及循环级数的增加而降低。含水煤体随着循环应力的增大煤体的孔隙变化呈现低幅“增大-降低-增大”的趋势，水浸煤体在应力作用下孔隙变化加剧，更易产生大孔孔隙结构造成煤体累积损伤破坏。

关键词：煤柱水浸煤体循环加卸载孔隙变化渐进损伤

近距离煤层群预掘回撤通道应力叠加特征及顶板结构调控

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煤炭科学技术 2024年

作者：傅孜钊柏建彪闫帅张栋郑晓东孙广军王永杰中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室矿业工程学院新疆工程学院矿业工程与地质学院

近距离煤层群预掘回撤通道应力扰动及顶板情况复杂，回撤通道施工期间围岩破坏严重，巷道围岩控制难度大。以某矿1205工作面回撤通道为背景，构建近距离煤层群回撤通道顶板力学模型，估算上部煤层工作面底板破坏深度，模拟反演下部煤层... 详细信息

近距离煤层群预掘回撤通道应力扰动及顶板情况复杂，回撤通道施工期间围岩破坏严重，巷道围岩控制难度大。以某矿1205工作面回撤通道为背景，构建近距离煤层群回撤通道顶板力学模型，估算上部煤层工作面底板破坏深度，模拟反演下部煤层回撤通道顶板围岩裂隙演化规律，揭示该类巷道失稳机理，提出一种围岩综合稳定控制技术并进行现场工程验证。结果表明：①通过建立末采期间回撤通道顶板力学模型，确定在该矿地质条件下，工作面与回撤通道贯通后可以保证回撤通道围岩稳定的回撤通道巷内支护阻力P1≥0.126MPa；②采用多元线性与非线性回归分析优化后的经验公式估算上部煤层工作面底板破坏深度大于8.41m，小于层间距13.3m；③利用UDEC数值计算模型反演了回撤通道顶板裂隙演化规律，确定了采空区下回撤通道顶板提前10m采取加固措施，煤柱下回撤通道顶板提前15m采取加固措施；④提出回撤通道锚杆索+单体支柱主被动联合支护与煤柱下部通道内顶板超前预裂围岩综合稳定控制技术，应用于回撤通道不同应力影响区域。矿压监测结果表明：工作面回撤通道施工期间，围岩变形量小，锚杆锚索受力变化较小，围岩控制效果良好，保证了1205工作面安全高效回撤。

关键词：近距离煤层回撤通道数值模拟水力压裂巷道围岩控制

基于PROSAIL模型和Sentinel-2数据的陕北煤炭矿区植被叶绿素含量监测

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地理与地理信息科学 2024年第2期40卷 29-36页

作者：赵恒谦李美钰吴艳花高尉牟泓睿付含聪刘泽龙煤炭资源与安全开采国家重点实验室(中国矿业大学) 北京100083 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083

为满足煤炭矿区植被叶绿素含量高精度动态监测需求,该文以陕北大柳塔矿区为研究区,首先分析PROSAIL模型对矿区典型植被欧李、野樱桃的适用性,然后根据PROSAIL辐射传输模型建立查找表,结合基于正则化的代价函数对欧李、野樱桃叶绿素含量... 详细信息

为满足煤炭矿区植被叶绿素含量高精度动态监测需求,该文以陕北大柳塔矿区为研究区,首先分析PROSAIL模型对矿区典型植被欧李、野樱桃的适用性,然后根据PROSAIL辐射传输模型建立查找表,结合基于正则化的代价函数对欧李、野樱桃叶绿素含量进行反演,并利用SNAP软件反演结果与地面实测数据对PROSAIL模型反演结果进行验证,最后利用所构建模型反演得到2016—2019年大柳塔矿区植被叶绿素含量空间分布。结果表明:PROSAIL模型模拟光谱与地面实测光谱的绝对偏差平均值最大为0.016,该精度满足植被参数反演;PROSAIL模型反演得到的欧李、野樱桃叶绿素含量与地面实测数据的决定系数、均方根误差和相对均方根误差分别为0.679、1.926和4.625%,优于SNAP软件反演结果,反演得到的大柳塔矿区叶绿素含量时空变化与实际植被生态修复情况和土地利用覆盖类型一致。研究结果可为矿区植被叶绿素反演和生态修复效果评估提供技术参考。

关键词：煤炭矿区叶绿素含量 PROSAIL模型 Sentinel-2影像

主动围压下岩石爆破裂纹扩展及邻近巷道动态响应

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兵工学报 2024年

作者：何成龙毛翔陈大勇杨可谞霍子怡中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室中北大学机电工程学院

为研究围压作用下岩石爆破和相邻巷道的破坏过程，采用带有炮孔含城门洞形巷道结构岩石试件进行实验，利用动态测试技术和高速摄像等方法，得到岩石动态破坏过程。基于HJC本构模型建立含有巷道和单爆破孔的岩石模型，将无围压下的仿真... 详细信息

为研究围压作用下岩石爆破和相邻巷道的破坏过程，采用带有炮孔含城门洞形巷道结构岩石试件进行实验，利用动态测试技术和高速摄像等方法，得到岩石动态破坏过程。基于HJC本构模型建立含有巷道和单爆破孔的岩石模型，将无围压下的仿真结果与试验结果进行对比，验证数值模拟方法的可行性。在LS-DYNA软件平台中引入应力初始化的方法模拟围压下岩石的破坏过程，分析不同围压环境对岩石爆破裂纹扩展的影响以及偏围压系数k对巷道结构破坏过程的影响。研究结果表明：在双向等围压条件下，随着围压水平的提高，对裂纹的抑制作用越显著，对于巷道有更好的保护作用；在单向围压条件下，随着水平围压的增大，巷道遭到破坏程度越大，随着竖直围压的增大，巷道越不容易发生破坏；偏围压条件下，围压对于爆生裂纹扩展具有明显的导向性，裂纹会朝着主应力的方向扩展，随着围压的增大，裂纹导向性越显著；当偏围压系数k1时，随着k的增大，巷道迎爆面左拱肩的破坏程度越大，巷道稳定性越差。

关键词：岩石爆破围压工程爆破巷道防护