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退火对304不锈钢电解质等离子体抛光的影响

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机械设计与制造 2024年第4期398卷 128-132页

作者：纪刚强孙桓五段海栋杨冬亮太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 煤炭资源开采利用与装备工程国家级实验教学示范中心山西太原030024 太原工业学院工程训练中心山西太原030008

这里主要研究了退火处理对电解质等离子体抛光304不锈钢表面粗糙度、材料去除率和残余应力的影响,从而为降低不锈钢工件表面粗糙度,提高表面性能提供依据。通过在不同温度下对304不锈钢样品进行真空退火处理,并在相同的实验条件下进行... 详细信息

这里主要研究了退火处理对电解质等离子体抛光304不锈钢表面粗糙度、材料去除率和残余应力的影响,从而为降低不锈钢工件表面粗糙度,提高表面性能提供依据。通过在不同温度下对304不锈钢样品进行真空退火处理,并在相同的实验条件下进行电解质等离子体抛光(电压、电流密度、电解液浓度、温度、加工时间),采用粗糙度测试仪、超景深光学显微镜、X射线应力分析仪、X射线衍射仪(XRD)对抛光前后样品的残余应力、粗糙度值、表面形貌、材料去除率、物相和组织变化进行了测试和表征,讨论了不同退火温度对电解质等离子体抛光304不锈钢样品表面粗糙度和残余应力的影响。结果表明电解质等离子体抛光不仅能有效降低304不锈钢样品的表面粗糙度和残余应力,且表现出了明显的晶粒取向分布。退火温度越高,电解质等离子体抛光后表面残余应力越小,材料去除率随着退火温度的升高而降低。电解质等离子体抛光过程中的热效应和组织转变是造成残余应力松弛的主要原因。

关键词：退火电解质等离子体抛光 304不锈钢粗糙度残余应力

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不同工况下可见-近红外光谱的煤矸识别研究

光谱学与光谱分析 2024年第3期44卷 821-828页

作者：刘涛李博夏蕊李瑞王学文太原理工大学机械与运载工程学院煤矿综采装备山西省重点实验室山西太原030024

在实现煤炭高效利用过程中,煤矸分选是一个非常重要的步骤,但现有的煤矸分选技术存在资源浪费,效率较低等问题。可见-近红外光谱识别技术具有快速可靠的优点,在煤矸识别领域已有一定的研究基础,但大多数研究并未结合实际工况进行有效分... 详细信息

在实现煤炭高效利用过程中,煤矸分选是一个非常重要的步骤,但现有的煤矸分选技术存在资源浪费,效率较低等问题。可见-近红外光谱识别技术具有快速可靠的优点,在煤矸识别领域已有一定的研究基础,但大多数研究并未结合实际工况进行有效分析。首先,在实验室中搭建可见-近红外光谱采集装置,模拟实际环境下不同探测角度(0°、10°、20°、30°)、探测距离(10、15、20、25 cm)、光照角度(15°、25°、35°、45°)三种工况,并分别在单因素条件以及正交试验设计的多因素条件下,采集山西西铭煤矿的煤和矸石样本在可见-近红外波段的光谱数据。其次,对采集的光谱数据进行分析,并先后经过标准正态变量变换和Savitzky-Golay卷积平滑,以减少噪音和误差对数据的影响。最后,在单因素试验中,结合预处理算法并基于决策树(DT)、K近邻(KNN)、偏最小二乘判别分析(PLS-DA)、支持向量机(SVM)、AdaBoost五种机器学习模型对光谱数据进行训练。单因素试验结果表明,AdaBoost算法具有较强的学习能力,在不同工况下对煤和矸石的识别准确率均为100%,优于其他识别模型。在正交试验中,支持向量机(SVM)作为识别模型进行训练,结果表明,在原始数据和预处理后的数据中,三种工况对煤矸识别准确率的影响程度不同,影响次序从大到小为不同光照角度、探测距离、探测角度。同时,对比实验结果可以得出,选用合适的预处理和建模方法可以降低不同工况对识别准确率的影响。预处理后的数据中,最优的工况组合为探测角度0°、探测距离20、光照角度35°。随机选取一组条件与最优组进行三次重复对照试验,结果表明最优组的识别表现优于随机对照组。研究结果对煤矸识别最优工况条件的寻找具有借鉴意义,并为可见-近红外光谱技术在煤矸识别领域的实际应用提供了理论基础。

关键词：可见-近红外光谱不同工况煤矸识别 AdaBoost 正交试验

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基于DR-YOLOM的带式输送机运行状态多任务检测方法

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煤炭科学技术 2024年

作者：李永安陈腾杰王宏伟张之好太原理工大学机械与运载工程学院太原理工大学山西省煤矿智能装备工程研究中心智能采矿装备技术全国重点实验室

目前对煤矿井下带式输送机运行状态的检测是带式输送机安全运行的关键，但大多数带式输送机运行状态的检测方法只能处理单一检测任务，难以实现多任务同时检测。针对现有技术难实现综合检测的现状，提出一种基于改进YOLOM的带式输送机... 详细信息

目前对煤矿井下带式输送机运行状态的检测是带式输送机安全运行的关键，但大多数带式输送机运行状态的检测方法只能处理单一检测任务，难以实现多任务同时检测。针对现有技术难实现综合检测的现状，提出一种基于改进YOLOM的带式输送机运行状态多任务检测方法，使用一个网络同时完成大尺寸煤块识别、皮带边缘检测和煤流状态检测，与每个任务使用单独的模型相比，将三个不同的颈部和头部集成到具有共享主干的模型中可以节省大量计算资源和推理时间。首先，在低照度和多尘雾的运输巷道内采集的图像语义信息弱，使得模型对目标语义信息的提取能力差，因此本研究利用扩张式残差模块（DWR）替换主干网络P6层和P8层C2f模块中的Bottleneck结构，在减少参数量的同时提高模型提取多尺度上下文语义信息的能力。其次，因模型需要进行目标识别和分割不同类型的任务，所以本研究使用具有跳层连接结构的高效层聚合网络（RepGFPN）优化特征融合部分，在控制模型参数数量和推理速度的同时极大提高模型对不同检测任务的检测精度；最后，由于模型需要检测标签形状各异的三种任务，因此本研究引入Inner-CIoU损失函数，弥补CIoU损失函数在不同的检测任务中泛化能力较弱的不足。为了验证DR-YOLOM算法的适用性和鲁棒性，选用U-net和DeepLabV3+网络模型与DR-YOLOM多任务检测模型分割任务的分割效果进行对比分析，Faster RCNN和Yolov8用于对比目标检测的效果，进行模型改进前后的损失函数与精度曲线对比。结果表明，相较于主流的单一检测算法，DR-YOLOM多任务检测算法有更好的综合检测能力，并且该算法可以在少量参数量的同时，保证高的目标识别精度、分割精度以及合适的推理速度，其中大尺寸煤块识别的mAP50为90%，皮带边缘分割和煤流分割的mIoU分别为78.7%，96.6%，模型参数数量为4.43M，推理速度可以达到40帧/秒，对比基础模型mAP50、mIoU分别提高了1.3%、0.7%、2.1%。为了验证DR-YOLOM算法的实用性，使用巡检机器人在实验室进行视频数据采集，并用DR-YOLOM多任务检测算法对其采集的视频数据进行检测。实验结果表明，DR-YOLOM多任务检测算法能够满足带式输送机运行状态的多任务检测要求。

关键词：带式输送机多任务检测大尺寸煤块识别皮带边缘检测煤流状态检测

不同硅铝比Beta分子筛水蒸气动态吸附性能研究

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低碳化学与化工 2024年

作者：张学勤白洪灏唐轩李世帅杨江峰煤炭科学技术研究院有限公司煤化工分院太原理工大学化学工程与技术学院中煤科工开采研究院有限公司煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室

硅铝沸石分子筛在吸附领域应用广泛，其亲疏水性能对吸附性能影响较大，但硅铝沸石分子筛在不同条件下的水蒸气动态吸附性能尚不明确。采用不同硅铝比(n(SiO2):n(Al2O3)=30、135和679)的Beta分子筛(Beta-30、Beta-135和Beta-679)作为研... 详细信息

硅铝沸石分子筛在吸附领域应用广泛，其亲疏水性能对吸附性能影响较大，但硅铝沸石分子筛在不同条件下的水蒸气动态吸附性能尚不明确。采用不同硅铝比(n(SiO2):n(Al2O3)=30、135和679)的Beta分子筛(Beta-30、Beta-135和Beta-679)作为研究对象，先采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和热重(TG)等对其进行了表征，然后在不同温度和相对湿度(RH)下分别进行了Beta-30、Beta-135和Beta-679的水蒸气吸附容量和相应动力学分析。结果表明，当温度为25℃或35℃、RH小于80%时，Beta-679的吸附容量最低。当温度为15℃、RH为5%～10%时，Beta-679的平衡速率最快。当温度为15℃、RH为50%～70%时，Beta-30、Beta-135和Beta-679的平衡速率表现出较大区别(Beta-135的平衡速率远小于Beta-30和Beta-679的平衡速率)。

关键词： Beta分子筛硅铝比水蒸气吸附动力学

不同黏土矿物与有机质互作及其对无烟煤力学非均质性影响的分子模拟研究

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煤炭学报 2024年

作者：张彬孙蓓蕾王德璋康天合冯智杰李立功李昊洋梁晓敏朱文庆张俊爽太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室太原理工大学矿业工程学院晋能控股装备制造集团有限公司太原理工大学煤与煤系气地质山西省重点实验室山西世德孙家沟煤矿有限公司太原理工大学经济管理学院

煤层气是我国重要的非常规天然气资源，但无机矿物影响下的煤储层具有强烈的力学非均质性，存在已成功使用的工程技术在其他煤层气井不适用的情况，深入研究煤中无机矿物与有机质的相互作用及其对煤力学非均质性的影响机制具有重要的意... 详细信息

煤层气是我国重要的非常规天然气资源，但无机矿物影响下的煤储层具有强烈的力学非均质性，存在已成功使用的工程技术在其他煤层气井不适用的情况，深入研究煤中无机矿物与有机质的相互作用及其对煤力学非均质性的影响机制具有重要的意义。利用分子模拟对比分析了高岭石、伊利石和蒙脱石三种典型黏土矿物与无烟煤有机质的相互作用范围、位置和强度及差异性，阐明了不同黏土矿物对煤孔隙率的影响规律，揭示了煤力学非均质对黏土矿物类型的响应特征。结果表明：高岭石或伊利石与煤有机质的径向分布函数呈双峰特性，同时存在氢键作用和范德华力，而蒙脱石的径向分布函数呈单峰分布，相互作用以范德华力为主，占总能量变化的89.36%，不存在氢键作用；矿物分子进入到煤有机质后会相互堆叠填充，形成具有一定的非均质性且形状不规则的纳米孔隙结构，相同矿物含量下，含不同矿物类型煤的孔隙率大小顺序为：蒙脱石＞伊利石＞高岭石；黏土矿物与煤有机质的相互作用强度主要取决于黏土矿物分子的尺寸，呈反比例关系；不同高岭石含量下，无烟煤的体积模量、弹性模量和剪切模量非均质性可分为五个部分，存在变异性极高的区域，而含伊利石和含蒙脱石无烟煤除了剪切模量存在高变异区域，其他力学参数均处于低变异范围以下，高岭石对无烟煤力学非均质的影响程度要大于伊利石和蒙脱石的影响。研究成果将为预测煤储层力学性质的变化规律且根据煤中不同黏土矿物特征有针对性的制定储层改造措施和开发方案提供力学依据。

关键词：无烟煤黏土矿物类型力学性质非均质性分子模拟

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低温氧化煤生物降解产甲烷机理研究

太原理工大学学报 2024年

作者：高龙珍米申昱刘英超尹贻凡郭红光太原理工大学安全与应急管理工程学院太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室

【目的】采空区作为煤炭开采后的主要遗留空间，其内部空间广阔，数量较多，遗煤资源丰富，因此成为实施煤层气生物工程的重要潜在场所。尤其值得注意的是，遗煤经过低温氧化处理后，理论上可以显著提升生物甲烷的产量。然而，目前关于... 详细信息

【目的】采空区作为煤炭开采后的主要遗留空间，其内部空间广阔，数量较多，遗煤资源丰富，因此成为实施煤层气生物工程的重要潜在场所。尤其值得注意的是，遗煤经过低温氧化处理后，理论上可以显著提升生物甲烷的产量。然而，目前关于生物降解采空区遗煤方面的研究存在较大空白。【方法】通过开展低、中、高三种不同低温氧化程度的煤（LOC、MOC、HOC）生物降解产甲烷实验，分析煤氧化程度对甲烷生成的影响，从煤结构、微生物群落结构、代谢产物探究低温氧化煤生物降解产甲烷机理。【结果】结果表明，在氧化温度80-180 ℃以内，生物甲烷产量与氧化程度正相关，氧化煤甲烷产量比原煤高29.63%-202.96%。低温氧化后，煤结构发生了显著变化，其中C-O官能团占比高于原煤7.60%-206.78%，支链化程度和芳香官能团破坏程度都增大。低温氧化显著提高煤的生物可利用度，是甲烷产量提高的主要原因。同时，煤结构的改变同时促使微生物群落结构发生显著变化，Macellibacteroides丰度明显提高，从原煤中仅占1.08%分别增加到31.97%，49.18%和58.84%。Methanobacterium丰度在低温氧化后显著增大，显示出与Macellibacteroides的协同产甲烷作用，也说明低温氧化导致产甲烷途径更倾向于氢营养型。产气结束后，氧化煤降解液中酸类有机物累积量较原煤增加30.99%-45.25%，促进了酯化反应，导致酯类在反应后占比提升。【结论】研究结果证明了采空区低温氧化煤更有利于生物降解，为采空区煤层气生物工程的实施奠定理论基础。

关键词：煤层气生物工程低温氧化煤官能团菌群结构

冷热交替循环作用后花岗岩渗流特性及微观结构演化规律研究

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矿业科学学报 2024年

作者：李春马文成张纯旺胡耀青孟涛冯淦靳佩桦太原理工大学矿业工程学院太原理工大学原位改性教育部重点实验室中国公路工程咨询集团有限公司太原理工大学山西省煤矿智能装备工程研究中心太原理工大学安全与应急管理工程学院太原科技大学能源与材料工程学院四川大学水利水电学院

我国深层地热资源分布广、储量大,具有广阔的开发利用前景。为了探究间歇注水地热开采条件下深部高温储层的渗流特性及演化规律。采用室内试验与微细观分析相结合的方法,对不同温度冷热交替循环作用后的花岗岩开展了渗流试验,分析了试... 详细信息

我国深层地热资源分布广、储量大,具有广阔的开发利用前景。为了探究间歇注水地热开采条件下深部高温储层的渗流特性及演化规律。采用室内试验与微细观分析相结合的方法,对不同温度冷热交替循环作用后的花岗岩开展了渗流试验,分析了试件在不同围压下渗透率随温度及循环次数的变化规律;结合显微薄片特征和CT扫描重构结果,研究了微观孔裂隙结构随温度及循环次数的演化过程。研究结果表明:(1)不同温度冷热交替循环作用对花岗岩的渗透率存在较大影响,两种冷却方式下花岗岩渗透率随温度的升高逐渐增大,当温度超过400℃时渗透率急剧增大,且遇水冷却条件下的渗透率增幅明显大于自然冷却,遇水冷却循环10次后的参数变化更加显著。(2)应力状态对渗透率具有明显的影响,围压作用下试件内部孔裂隙结构闭合,随着围压的增大不同温度冷热交替循环作用后花岗岩的渗透率呈递减趋势,随着渗透压的增加呈现逐渐增大的趋势。(3)高温冷却循环作用下花岗岩内部微观孔裂隙逐渐发育,温度梯度应力造成矿物颗粒间的非均匀变形,同时在脱水、相变等物理化学反应的联合作用下产生沿晶裂纹、穿晶裂纹及颗粒剥落等劣化损伤,且随着循环次数的增加,裂纹数目、尺寸及连通程度进一步增大。研究结果可为深层干热岩地热开发及储留层建造提供理论支持和技术参考。

关键词：地热开发花岗岩冷热交替渗流特性高温

基于简化区间核全局-局部特征融合的采煤机智能故障诊断

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煤炭学报 2024年

作者：李宁丁华孙晓春刘泽平浦国树煤矿综采装备山西省重点实验室太原理工大学机械与运载工程学院陕西通为数字科技有限公司太重煤机有限公司

采煤机作为煤炭开采的主要装置之一，其健康状态受工作环境恶劣、操作空间狭窄等因素影响而难以准确监测，且极易受到煤岩的冲击而发生故障，直接影响采煤机工作效率。此外，由于采煤机特殊的工作环境，使采集的振动数据极易受到各种因... 详细信息

采煤机作为煤炭开采的主要装置之一，其健康状态受工作环境恶劣、操作空间狭窄等因素影响而难以准确监测，且极易受到煤岩的冲击而发生故障，直接影响采煤机工作效率。此外，由于采煤机特殊的工作环境，使采集的振动数据极易受到各种因素的干扰而变的难以使用，影响其监测可靠性和智能化水平。为准确监测采煤机健康状态，以采煤机正常状态下的电流、温度、流量等容易获取的数据为基础，综合考虑数据集的全局和局部特征以避免其结构信息的丢失。利用主成分分析PCA (Principal component analysis)和局部保持投影LPP (Locality preserving projections)构建的目标函数，结合互信息、核函数、区间内积估计和重构贡献的方法建立了一种基于简化区间核全局-局部特征融合SIKGLFF(Simplified interval kernel global–local feature fusion)的智能故障诊断方法，用于对表征采煤机状态的非线性不确定数据进行特征提取。并使用山西斜沟煤矿采煤机实际运行数据模拟故障和沙曲二号煤矿实际故障数据对所提方法的性能进行评估实验。结果表明，与中点-半径核PCA、核局部保持投影和区间核全局-局部特征融合算法相比，所提方法对采煤机的单变量模拟故障、多变量的截齿损耗和水路堵塞故障具有良好的监测效果，其故障监测准确率分别达到了99.90%、99.40%和98.70%，计算时间分别只有0.324s、0.367s和0.345s，而且可以准确识别产生故障的相关变量，为采煤机故障位置的确定提供理论依据，也为工作人员维护性决策的准确实施指明了方向。

关键词：采煤机不确定过程非线性数据智能故障诊断特征融合重构贡献

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非刀具破岩理论与技术研究进展与趋势

煤炭学报 2024年第2期49卷 801-832页

作者：魏建平蔡玉波刘勇余大炀黄逸李兴高梦雅河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室培育基地河南焦作454000 煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000

随着我国深地战略的逐步实施,深部资源开采和地下空间建设迎来新的机遇,但也面临诸多挑战,高地应力、高地温和坚硬岩体等极端地质条件层出不穷。岩石破碎技术是所有资源开采和地下空间建设的主要工程活动,是决定施工工艺和工程效率的主... 详细信息

随着我国深地战略的逐步实施,深部资源开采和地下空间建设迎来新的机遇,但也面临诸多挑战,高地应力、高地温和坚硬岩体等极端地质条件层出不穷。岩石破碎技术是所有资源开采和地下空间建设的主要工程活动,是决定施工工艺和工程效率的主要因素。在极端地质条件下,以刀具为基础的岩石破碎技术由于刀具磨损快、岩石破碎效率低,已成为遏制深地战略顺利实施的关键技术瓶颈,为解决深地岩石高效破碎难题,保障深地战略的顺利实施,迫切需求革命性的岩石破碎技术。无刀具破岩技术作为刀具破岩技术的重要补充,是突破刀具破岩技术瓶颈的可行性思路。为此,将无刀具破岩技术归纳为冲击破岩、热应力破岩和冲蚀磨损破岩3类技术体系,系统分析了水射流、激光和磨料空气射流等16种岩石破碎技术,总结了每种技术的发展历史和技术原理,分析了其破岩优势和技术瓶颈。得出,目前非刀具破岩技术没有在资源开采和地下空间建设中广泛应用的主要原因为破岩能耗高、适用较差和技术装备复杂等。相比刀具破岩,非刀具破岩技术破岩能量利用率较低,水射流破岩比能耗为刀具的40~70倍。微波、激光和等离子体等技术对施工环境要求较高,无法适用于钻井、隧道掘进等受限和恶劣环境。为解决极端地质条件岩石破碎难题,提出多种非刀具破岩技术协同破岩的思路,充分发挥每一种非刀具破岩的技术优势,构建了以射流切缝卸除高地应力、粒子冲击体积破碎坚硬岩体的破岩理念,最大限度降低岩石破碎能耗,简化系统装备,为岩石破碎技术向非刀具化发展提供理论支撑。

关键词：岩石破碎非刀具破岩刀具破岩硬岩破碎深地空间

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