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应急场景无人机自组网部分重叠信道动态分配方法

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电子与信息学报 2024年

作者：王博文郑建孙彦景胡文信聂同王晶晶中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心中国矿业大学信息与控制工程学院

飞行自组网(FANETs)因具有高机动、自组织等特点，被广泛应用于应急救援场景。在应急场景中，大量用户寻呼请求造成局部流量激增与有限频谱资源之间产生难以协调的矛盾，FANET中面临严重的信道干扰问题，亟需将频谱利用率高的部分重叠信... 详细信息

飞行自组网(FANETs)因具有高机动、自组织等特点，被广泛应用于应急救援场景。在应急场景中，大量用户寻呼请求造成局部流量激增与有限频谱资源之间产生难以协调的矛盾，FANET中面临严重的信道干扰问题，亟需将频谱利用率高的部分重叠信道(POCs)扩展到应急场景中。然而，POCs的邻信道特性，导致干扰复杂难以刻画。因此，该文研究了FANET部分重叠信道分配方法，通过几何预测重构时变干扰图和无干扰最小信道间隔矩阵刻画POCs干扰模型，在此基础上提出一种基于上界置信区间的POCs动态分配算法(UCB-DAL)，通过分布式决策求解近似最优信道分配方案。仿真结果表明，该算法实现了网络干扰和信道切换次数之间性能折中，具有较好的收敛性能。

关键词：应急通信网络无人机自组网资源分配部分重叠信道

高热稳定性Zr_(60)Al_(10)Co_(22)Ag_(8)非晶合金团簇状非晶相形成与分解

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稀有金属材料与工程 2024年第7期53卷 1978-1984页

作者：万义兴刘亚南程延海中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学现代分析与计算中心江苏徐州221116

通过引入具有正混合焓和大原子尺寸差的Co-Ag原子对、降低Zr元素含量,设计出一种高热稳定性的Zr_(60)Al_(10)Co_(22)Ag_(8)非晶合金,采用真空熔融甩带法制备出合金非晶条带。将非晶条带在不同温度下进行退火,通过X射线衍射仪(XRD)、差... 详细信息

通过引入具有正混合焓和大原子尺寸差的Co-Ag原子对、降低Zr元素含量,设计出一种高热稳定性的Zr_(60)Al_(10)Co_(22)Ag_(8)非晶合金,采用真空熔融甩带法制备出合金非晶条带。将非晶条带在不同温度下进行退火,通过X射线衍射仪(XRD)、差示扫描量热仪(DSC)和透射电子显微镜(TEM)等手段研究了非晶条带的结构特征、晶化行为,探讨了Zr_(60)Al_(10)Co_(22)Ag_(8)非晶合金中团簇状非晶相的形成及其对合金热稳定性的作用。结果表明,Zr_(60)Al_(10)Co_(22)Ag_(8)熔纺条带形成了完全非晶相(fully amorphous phase,am),加热时存在2个结晶放热峰。在高于第1次放热开始温度(Tx1)下退火后形成了团簇状非晶相(clustered glass phase,C-glass),即使退火时间高达24 h,Zr_(60)Al_(10)Co_(22)Ag_(8)合金仍表现为原子排布无序结构。其晶化行为为:[am]→[C-glass]→[C-glass’+Al_(2)CoZr_(6)+AgZr+Ag_(2)Al]→[Al_(2)CoZr_(6)+AgZr+AlZr_(3)](其中,C-glass’为结晶残余团簇状非晶相)。具有正混合焓和大原子尺寸差的Co-Ag原子对的大量存在,导致组成元素长程重排困难,使得团簇状非晶相抵抗晶化的能力极高。这种形成团簇状非晶相、在较宽退火条件下具有抵抗晶化能力的非晶合金,为新型耐热非晶合金提供了新的设计思路。

关键词：非晶合金热稳定性团簇状非晶相相分解

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地下空间应急场景无人机信道选择实验设计

实验技术与管理 2024年第10期41卷 109-115页

作者：王博文聂同和孜轩胡文信中国矿业大学信息与控制工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学物联网研究中心江苏徐州221116

近年来,地下空间灾害事故多发频发,利用全地形可灵活部署的无人机快速回传灾情数据是现代化应急管理体系建设的关键任务,电子信息等相关专业教学亟须进行面向地下空间的无人机应急通信网络实验和仿真。该文结合超图理论提出基于Q-learn... 详细信息

近年来,地下空间灾害事故多发频发,利用全地形可灵活部署的无人机快速回传灾情数据是现代化应急管理体系建设的关键任务,电子信息等相关专业教学亟须进行面向地下空间的无人机应急通信网络实验和仿真。该文结合超图理论提出基于Q-learning的自适应动态信道选择算法,并利用ns-3网络仿真平台对网络环境模拟和网络性能测试进行了仿真实验设计,验证了该算法具有在高动态场景下有效提升网络平均吞吐量的能力,可为无人机应急通信网络场景化教学实践平台的建设打下坚实基础。

关键词：地下空间应急通信无人机通信 ns-3仿真资源分配 Q-learning

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矿井微震与电法耦合监测技术

煤炭学报 2024年第1期49卷 586-600页

作者：刘盛东杨彩章俊李纯阳任川中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学矿山互联网应用技术国家地方联合工程实验室江苏徐州221116 中国矿业大学物联网(感知矿山)研究中心江苏徐州221116 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 安徽惠洲地质安全研究院股份有限公司安徽合肥230088

随着煤炭资源开采区域、深度及强度的增加,矿井工作面采掘扰动极易诱发矿井突水事故,严重威胁我国煤炭资源安全开采。矿井水害事故的发生主要是岩体采动破裂与矿井水渗流共同作用的结果。研究表明,微震信号的纵横波到时、幅值、频率等... 详细信息

随着煤炭资源开采区域、深度及强度的增加,矿井工作面采掘扰动极易诱发矿井突水事故,严重威胁我国煤炭资源安全开采。矿井水害事故的发生主要是岩体采动破裂与矿井水渗流共同作用的结果。研究表明,微震信号的纵横波到时、幅值、频率等参量可有效表征岩体破裂位置、强度及其震源机制,地电场信号中的电阻率、激励电流及自然电位等参量可有效表征岩体渗流演化过程。透水通道形成对应微震场特征,地下水渗流对应地电场特征,因此微震电法耦合方法对矿井水害孕育发展过程具有监测预警的功能,可有效对采动破坏过程中形成的突水通道、水源位置及渗流过程等水害三要素进行精准捕捉;减少单一地球物理方法多解性,提高水害监测预警精度,对煤矿防治水意义重大。当前,微震与电法耦合监测技术在煤矿水害实时动态监测中开始得到应用,突破传统微震与电法独立采集的局限,课题组自主研发了国内外首款煤安认证的微震与电法耦合并行监测系统,该系统以微震场与地电场并行采集基站为核心,集被动源微震波场与主被动地电场为一体,通过连接矿井物联网,实现远程数据采集控制、传输及云端存储;其一体化网络服务器主机可连接多个采集基站,并将微震检波器、电法激励电极与电位测量电极进行相互隔离、并行采集,形成微震事件密度与能级分布、电阻率分布、自然电位分布等时空云图来监测预判水害三要素。微震与电法耦合监测技术仍需在微震事件智能识别与定位、地电场的电阻率三维反演以及自然电位渗流反演方面进行专项攻关;结合并行监测的微震电法大数据集,重点在微震电法数据联合反演、智能化监测预警方向开展进一步研究。微震与电法耦合监测技术,作为矿井水害的主动预警监测新方法,可为我国智能化矿井建设发挥重要作用。

关键词：微震与电法耦合主被动一体化监测预警煤矿水害智能矿山

基于GBDT的望奎县农田土壤有机碳主控因子研究

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中国环境科学 2024年第3期44卷 1407-1417页

作者：祝元丽冯向阳闫庆武吴子豪中国矿业大学公共管理学院江苏徐州221116 中国矿业大学矿区土地利用与生态安全研究中心江苏徐州221116 中国矿业大学中国资源型城市转型发展与乡村振兴研究中心江苏徐州221116

利用多源公开数据,针对于2012年搜集到的农田土壤有机碳(SOC)数据,通过梯度增强决策树(GBDT)探究SOC的主控因子,揭示SOC空间分异机理.选择国家商品粮食生产基地县和全国产量大县-望奎县作为研究区域,结果表明,GBDT模型相较于一元线性回... 详细信息

利用多源公开数据,针对于2012年搜集到的农田土壤有机碳(SOC)数据,通过梯度增强决策树(GBDT)探究SOC的主控因子,揭示SOC空间分异机理.选择国家商品粮食生产基地县和全国产量大县-望奎县作为研究区域,结果表明,GBDT模型相较于一元线性回归模型在所有的自变量上均具有更好的预测效果,总体的R^(2)为0.958,表明该模型能够很好地解释目标变量的变异;碱解氮、有效磷、气温、土壤微生物多样性、速效钾、土壤pH和降水量依次是影响有机碳含量最为显著的几个因素,其中碱解氮以33.85%的影响权重位居最高;7个环境协变量均观察到对SOC的阈值效应,且均具有两个阈值.研究发现任意两个变量都不是独立的,均存在相互作用的负值效应.表明环境变量对SOC含量的影响是一个复杂的交互作用,而不是简单的叠加.侧面证明了过度施肥并不会达到增加土壤肥力的作用,而会造成资源浪费和农田生态污染问题.

关键词：土壤有机碳农田梯度提升决策树主控因子黑土区非线性关系

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低浓度铵盐高效精准脱除新疆准东煤中钠

煤炭学报 2024年第S1期49卷 404-412页

作者：苏金水卓相宇张丽芳张博王磊倪中海中国矿业大学化工学院中国矿业大学国家煤加工与洁净化工程技术研究中心

新疆准东地区拥有丰富的高钠煤资源，它们是优质动力煤和化工原料用煤，但钠质量分数高会导致燃烧和气化过程中设备污染和积灰结渣严重，从而严重限制了准东煤的大规模高效利用，钠的高效经济绿色脱除对准东煤的清洁利用具有重要意义。... 详细信息

新疆准东地区拥有丰富的高钠煤资源，它们是优质动力煤和化工原料用煤，但钠质量分数高会导致燃烧和气化过程中设备污染和积灰结渣严重，从而严重限制了准东煤的大规模高效利用，钠的高效经济绿色脱除对准东煤的清洁利用具有重要意义。详细研究了系列低浓度铵盐对准东低阶高钠煤中钠的脱除规律及机制，结果表明：去离子水仅能脱除约52%的煤中钠，当使用0.006mol/L的低浓度NH4Ac、NH4Cl、（NH4）2SO4、NH4NO3、TMACl等各类铵盐时，总钠和有机钠脱除率可达90%～97%和80%～95%。煤灰中Na2O质量分数从原煤的6.21%和水处理煤的2.77%显著降低至低浓度铵盐处理煤的0.27%～0.81%。在上述各类铵盐中，NH4Ac脱钠效果最佳。脱钠药剂中阳离子对有机钠的脱除起着重要作用，其脱钠量顺序为H+> NH4+> TMA+，这归因于小的阳离子更有利于进入煤孔隙和有机质本体，与有机钠进行离子交换。铵盐能够脱除煤中各类羧酸钠是常规的离子交换机理，但酚钠的脱除机理可能涉及离子交换、酚铵盐的复分解及NH4+的水解等反应。提高温度、延长时间和增加铵盐量均能显著提高煤中总钠、水溶性无机钠和有机钠等各类形态钠的脱除量。建立了不同铵盐添加量与煤中总钠和有机钠脱除量之间的正相关关系，如对于NH4Ac为y（total Na）=12 479x（ammonium amount）+2 200, y（organic Na）=12 394x（ammonium amount）+136。该准东煤满足国家燃煤标准(w（Na2O）<2.0%，以灰分计质量分数)，需脱除约70%的总钠，每吨准东煤需添加约4.26 kg NH4Ac。

关键词：准东煤脱钠相关性铵盐

深部煤炭流态化开采装备自主行走机构多缸推进同步控制

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煤炭科学技术 2024年第2期52卷 264-278页

作者：鲍久圣李玥锋周恒阴妍赵少迪王忠宾葛世荣中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学深地资源流态化开采前沿科学研究中心江苏徐州221008 中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院北京100083

我国浅部煤炭正逐渐开采殆尽,向地球深部开发资源已成为必然趋势和国家需求。针对2000 m以深的深部煤炭开采难题,设计了一种适用于深部煤炭流态化开采装备的自主行走机构,并重点对自主行走机构中液压推进系统的多缸同步控制难题进行了... 详细信息

我国浅部煤炭正逐渐开采殆尽,向地球深部开发资源已成为必然趋势和国家需求。针对2000 m以深的深部煤炭开采难题,设计了一种适用于深部煤炭流态化开采装备的自主行走机构,并重点对自主行走机构中液压推进系统的多缸同步控制难题进行了研究。首先,基于流态化开采工艺原理及装备组成,设计了一种增阻迈步式自主行走机构,可实现采掘、转化和输出等多舱体的分段式自主行走;其次,针对液压推进系统的多缸同步控制要求,分析对比了主从控制、相邻交叉耦合控制、偏差耦合控制、均值耦合控制4种控制策略以及比例、积分、微分控制(PID)算法、自抗扰控制器(ADRC)的优缺点,分别开展了在均匀负载、突变负载、时变负载3种工况下的控制性能仿真试验;再次,采用雷达图测评法对不同控制策略下的同步控制性能进行综合评价,最终选定基于ADRC的均值耦合控制方法为最佳同步控制策略;最后,研制自主行走机构试验台并开展了多液压缸同步控制试验,试验结果表明:当采用基于ADRC的均值耦合同步控制策略时,4个液压缸在不同工况下的最大同步误差均能保持在±5 mm以内,且具有优异的鲁棒性,可满足流态化开采装备自主行走机构的多缸同步推进要求。

关键词：深部开采液压推进系统均值耦合控制多缸同步自抗扰控制器(ADRC) 自主行走机构

近距离煤层下行采动应力场分布规律与巷道合理位置研究

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煤炭科学技术 2024年第5期52卷 1-10页

作者：刘洪涛韩洲韩子俊郭晓菲韦晟杰罗紫龙胡正宝中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083

上层位近距离煤层开采后,形成的残留煤柱和采空区将会影响下层位的巷道布置。以新柳矿231101工作面为工程背景,采用理论分析和数值模拟的综合研究手段,研究和分析了上煤层开采后采动应力场的应力演化规律,对下层煤巷道非对称变形破坏机... 详细信息

上层位近距离煤层开采后,形成的残留煤柱和采空区将会影响下层位的巷道布置。以新柳矿231101工作面为工程背景,采用理论分析和数值模拟的综合研究手段,研究和分析了上煤层开采后采动应力场的应力演化规律,对下层煤巷道非对称变形破坏机理进行深入探究,从而得出下层煤巷道合理布置位置。研究结果表明:①上覆煤层开采改变巷道所处位置的主应力大小、主应力比值以及应力偏转角、应力矢量的变化是导致巷道呈非对称破坏的主要原因。②巷道在距离煤柱中心11 m处,巷道围岩最大主应力达到14.43 MPa,主应力比值为2.74,应力偏转角为52.33°,此时巷道处于较差的应力环境中,致使围岩产生蝶形破坏且蝶叶旋转至巷道顶板右侧,巷道顶板右侧易发生冒顶事故。③为使巷道处于相对稳定区域,依据3个主要影响因素将工作区域划分为4个分区,在考虑煤矿经济与安全因素后建议最佳布置区域为H–IV,主应力偏转角在0°~38°或45°~90°的范围内,通过综合分析对该巷道布置及支护提供合理建议,为类似工程条件提供了借鉴和参考。

关键词：近距离煤层回采巷道布置蝶形破坏理论数值模拟塑性区

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新疆煤炭资源开发潜力与开发策略

煤炭学报 2024年第2期49卷 967-977页

作者：卞正富张益东王猛王长申韩晓彤牟守国任清晨李国栋中国矿业大学教育部矿山生态修复工程研究中心江苏徐州221008 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221008 中国矿业大学碳中和研究院江苏徐州221008 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221008 中国矿业大学公共管理学院江苏徐州221008 新疆大学地矿学院新疆乌鲁木齐830046

鉴于新疆煤炭资源赋存条件的独特性以及煤炭赋存区生态环境的脆弱性,科学开发新疆煤炭资源成为当务之急。为此,简要论述了新疆煤炭资源地质赋存条件、赋煤区水文地质条件、自然地理与生态环境条件,分析了新疆煤炭资源开发潜力。结果表明... 详细信息

鉴于新疆煤炭资源赋存条件的独特性以及煤炭赋存区生态环境的脆弱性,科学开发新疆煤炭资源成为当务之急。为此,简要论述了新疆煤炭资源地质赋存条件、赋煤区水文地质条件、自然地理与生态环境条件,分析了新疆煤炭资源开发潜力。结果表明:新疆煤炭资源极为丰富,全区预测煤炭资源量2.19万亿t,占全国总预测储量的40%以上;新疆共有24个预测资源量超过100亿t的煤田,其中5个煤田预测资源量超过1 000亿t,8个煤田预测资源量在400亿~1 000亿t,11个煤田预测资源量在100亿~400亿t;潜在煤炭资源量中,1 000 m以下浅储量占比52.8%。新疆煤炭资源以低阶烟煤和中阶烟煤为主要煤阶,其次是中煤阶煤中的高阶烟煤,而低煤阶煤中的褐煤和中煤阶煤中的超高阶烟煤以及高煤阶煤中的无烟煤,分布范围和数量极为有限,所占资源总量的比例很低;综合考虑疆煤外运、疆电外送、西气东输以及本地煤化工产业规划,预计2035年新疆煤炭产能有望超8亿t。在此基础上,构建了生态环境承载力评价指标体系,对新疆规划建设的五大煤矿区生态环境承载力进行了评价,得出:新疆煤炭资源赋存区生态环境承载力整体处于中低水平,五大煤矿区生态环境承载力均值排序为伊犁(0.42)>库拜(0.38)>和丰(0.31)>准东(0.25)>吐哈(0.22),呈现出由西到东递减的趋势。针对新疆煤炭资源开发条件与潜力,提出了优化煤炭资源开发布局、推动开采技术升级、推进智能采矿技术、强化绿色开采理念、拓展煤炭多元化利用渠道等策略。

关键词：新疆煤炭开发潜力生态承载力开发策略