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孟巴矿高地温环境煤孔隙及氧化动力学特征

中国安全科学学报 2024年第8期34卷 162-169页

作者：马东解庆典赵志强刘方周齐庚中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室江苏徐州221116 徐州矿务集团有限公司孟煤项目联合体江苏徐州221006 中国机械进出口(集团)有限公司孟煤项目联合体北京100037

为预防高地温煤层开采条件下煤自燃灾害,明确煤的自燃特性,以孟巴矿Ⅵ煤层1306工作面煤样为例,将煤样分别置于40、50、60℃控温炉中恒温处理30天,采用全自动比表面积和孔径分布分析仪测试煤的孔隙结构,利用同步热分析仪测试原煤样和高... 详细信息

为预防高地温煤层开采条件下煤自燃灾害,明确煤的自燃特性,以孟巴矿Ⅵ煤层1306工作面煤样为例,将煤样分别置于40、50、60℃控温炉中恒温处理30天,采用全自动比表面积和孔径分布分析仪测试煤的孔隙结构,利用同步热分析仪测试原煤样和高温预处理煤样的氧化动力学参数。结果表明:孟巴矿煤样经高地温作用后,煤的小孔比例减小,中孔和大孔比例增大,煤样经60℃处理后比表面积由原煤的2.351 m^(2)/g增至3.285 m^(2)/g,总孔容由原煤的0.00788 mL/g增至0.01001 mL/g;与原煤相比,高地温处理后煤样点火温度和燃尽温度显著降低,最大失重量、最大失重速率分别提高6.1%和23.3%;高温处理后煤样的活化能和指前因子均小于原煤,说明高地温环境显著提高孟巴矿煤样的氧化反应活性,增大煤自燃的危险性。

关键词：高地温孔隙结构氧化动力学特征热重(TG) 煤自燃

基于CSPNet-YOLOv7目标检测算法的煤矸图像识别模型

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煤炭科学技术 2024年第S01期52卷 238-248页

作者：韦小龙王方田何东升刘超徐大连中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室江苏徐州221116 永城煤电集团股份有限公司河南永城476600 徐州矿务集团有限公司张双楼煤矿江苏徐州221616

煤矸识别技术是矿井智能化建设的关键技术之一,针对工作面低照度高粉尘环境造成的煤矸识别模型精度不高以及小目标煤矸难以识别的问题,提出一种基于CSPNet-YOLOv7目标检测算法的煤矸图像识别模型。采用跨阶段部分网络(Cross Stage Parti... 详细信息

煤矸识别技术是矿井智能化建设的关键技术之一,针对工作面低照度高粉尘环境造成的煤矸识别模型精度不高以及小目标煤矸难以识别的问题,提出一种基于CSPNet-YOLOv7目标检测算法的煤矸图像识别模型。采用跨阶段部分网络(Cross Stage Partial Network,CSPNet)改进YOLOv7模型的主干特征提取网络,优化梯度信息减少网络参数,同时采用递归特征金字塔(Recursive Feature Pyr-amid,RFP)和可切换卷积(Switchable Auto Convolution,SAC)替换颈部特征提取网络中简单的上下采样和普通卷积模块,并采用3次迁移训练进行不同宽度和深度的特征学习,增强网络的泛化能力。试验结果表明,CSPNet-YOLOv7模型的平均精度均值为97.53%,准确率为92.24%,召回率为97.91%,F1得分为0.95,模型的参数量为30.85×10^(6),浮点运算次数为42.15×10^(9),每秒传输帧数为24.37 f/s,与YOLOv7模型相比,平均精度均值提高了7.46%,参数量和浮点运算次数分别降低了17.23%和60.41%,相较于FasterRCNN-Resnet50、YOLOv3、YOLOv4、MobileNet V2-YOLOv4、YOLOv4-VGG、YOLOv5s模型、CSPNet-YOLOv7模型对煤矸识别的平均精度均值最高,同时参数量和浮点运算次数较小,在识别精度和速度之间有着较好的平衡。最后,通过井下现场试验验证了CSPNet-YOLOv7模型,为煤矸精准识别提供了有效技术手段。

关键词：煤矸识别 YOLOv7 跨阶段部分网络递归特征金字塔可切换自动卷积迁移学习

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褶曲构造区围岩采动应力演化规律及控制技术

采矿与安全工程学报 2024年

作者：唐龙屠世浩屠洪盛张雷李文龙苗凯军赵宏斌马杰阳中国矿业大学矿业工程学院徐州矿务集团有限公司

针对褶曲构造区围岩采动应力分布不均造成的应力集中区易诱发强矿压灾害，以张双楼煤矿74104工作面为背景，基于数值模拟和现场监测对褶曲构造区围岩采动应力演化规律和分布特征进行了研究。研究表明：褶曲构造区围岩特征点（脊点、槽... 详细信息

针对褶曲构造区围岩采动应力分布不均造成的应力集中区易诱发强矿压灾害，以张双楼煤矿74104工作面为背景，基于数值模拟和现场监测对褶曲构造区围岩采动应力演化规律和分布特征进行了研究。研究表明：褶曲构造区围岩特征点（脊点、槽点、拐点和转折端）附近区域应力集中程度高于其他区域。工作面回采过程中，特征点应力集中程度最严重位置一开始位于拐点处，其次是脊点、槽点和转折端；随工作面推进，脊点及其附近转折端处应力集中程度逐渐增大最终成为集中程度最大区域，集中系数达2.08，其次是拐点和槽点及其附近转折端处。对于曲率越大的褶曲构造区，工作面回采后，其应力分布越不均匀，褶曲轴部和两翼拐点处的应力集中程度高；反之，曲率越小，回采后其应力分布较为均匀。针对74104工作面褶曲构造区围岩特征点（脊点、拐点）高应力集中区，提出了顶板预裂爆破卸压技术，并采用数值模拟和微震监测对卸压效果进行评价。结果表明：褶曲构造区顶板预裂爆破后，特征点（脊点和拐点）区域应力集中程度分别降低了37.5%和39%，最大微震能量降低了66.7%。降低了该区域强矿压灾害风险，保障了工作面安全开采。

关键词：褶曲构造区采动应力演化顶板爆破卸压数值模拟

关闭煤矿矿井水中“双源”铁污染的电化学机理实验模拟

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煤炭科学技术 2024年第3期52卷 323-331页

作者：周来叶涛郑双双朱雪强吴江峰江苏省老工业基地资源利用与生态修复协同创新中心江苏徐州221116 中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州221116 徐州矿务集团有限公司江苏徐州221000

关闭煤矿矿井水多呈现高铁特征,闭坑淹井后残留铁质器件易锈蚀,与含铁矿物形成矿井水“双源”铁污染体系,在闭坑后不同时期贡献铁的释放,形成地下水环境风险。为明确关闭煤矿矿井水中双源铁释放过程与反应机理,刻画铁污染双源释放方式,... 详细信息

关闭煤矿矿井水多呈现高铁特征,闭坑淹井后残留铁质器件易锈蚀,与含铁矿物形成矿井水“双源”铁污染体系,在闭坑后不同时期贡献铁的释放,形成地下水环境风险。为明确关闭煤矿矿井水中双源铁释放过程与反应机理,刻画铁污染双源释放方式,量化释放速率比,基于电化学模拟原理,以黄铁矿和矿用锚杆为模拟“双源”,制备成工作电极,利用循环伏安法和极化法等电化学方法以及X射线光电子能谱材料表面表征技术,对煤矿关闭初期双源共存下在酸性矿井水环境中氧化还原反应过程与铁释放机制进行了模拟研究。结果表明,溶解氧含量是影响黄铁矿和锚杆在酸性矿井水中发生氧化还原反应的重要抑制因素。黄铁矿与锚杆的氧化机制不同,黄铁矿在氧化过程中表面出现钝化效应,2种材料的最终氧化产物均为Fe^(3+)和SO_(4)^(2-)黄铁矿主要通过矿物表面的Fe^(2+)发生氧化反应释铁,锚杆主要通过材料表面铁及其氧化产物与溶液中酸性物质的反应释铁,且铁氧化物较单质铁优先反应。在模拟富氧(DO=7.0 mg/L)酸性矿井水中,黄铁矿和锚杆的年腐蚀速率分别达到8.3636 mm/a和7.8314 mm/a,估算年释铁速率分别达到1.2240 g/a和3.9395 g/a。在模拟井下低氧(DO=3.5 mg/L)酸性矿井水中,黄铁矿和锚杆的年腐蚀速率分别达到0.7324 mm/a和0.3642 mm/a,估算年释铁速率分别达到0.1072 g/a和0.1832 g/a。综合电化学参数与静态释铁实验表明,在溶解氧充足或缺乏的条件下,总体释铁速率比均为双源>锚杆>黄铁矿。

关键词：关闭煤矿酸性矿井水双源释放铁污染电化学机理

褶曲翼部区煤层倾角变化诱发冲击地压机理及其防治研究

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矿业安全与环保 2024年第2期51卷 82-89页

作者：杨增强刘畅刘思佳裴宗远舒通江苏建筑职业技术学院交通工程学院江苏徐州221116 徐州矿务集团有限公司江苏徐州221018 中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室江苏徐州221116 中煤科工开采研究院有限公司北京100013

以宝积山煤矿七采区内褶曲翼部影响区为工程地质背景,采用现场调研统计、理论计算分析、数值模拟运算等方法,对开采煤层倾角变化诱冲机理进行研究,提出协同控制防治冲击地压方案并进行了现场工业性试验。结果表明:随着煤层倾角增大,煤... 详细信息

以宝积山煤矿七采区内褶曲翼部影响区为工程地质背景,采用现场调研统计、理论计算分析、数值模拟运算等方法,对开采煤层倾角变化诱冲机理进行研究,提出协同控制防治冲击地压方案并进行了现场工业性试验。结果表明:随着煤层倾角增大,煤柱侧内高集中静载呈现出逐渐增大的规律,实体煤侧内高集中静载呈现出逐渐减小的规律;在煤层倾角较小的条件下,厚硬关键层更容易在采空区两侧边界位置发生破断,诱使其悬空段中部区域瞬间发生破断进而形成扰动强度较大的远场应力扰动;关键块体B在煤层倾角较小且埋深较大的条件下极易发生回转失稳,进而形成扰动强度较小的近场应力扰动。该方法对于冲击地压的防治效果显著。

关键词：褶曲翼部倾角变化冲击地压协同控制技术数值模拟电磁辐射

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厚煤层内掘巷过小断层构造期间顶煤控制研究

煤 2024年第1期33卷 1-5,71页

作者：杨增强刘畅白洋张虎李常浩江苏建筑职业技术学院交通工程学院江苏徐州221116 徐州矿务集团有限公司江苏徐州221018 中煤科工开采研究院有限公司北京100013 陕西陕煤曹家滩矿业有限公司陕西榆林719000 山西潞安矿业集团有限责任公司余吾煤业有限公司山西长治046103

以20322大采高工作面掘巷期间横穿小断层地质构造为工程背景,通过现场监测的方法揭示了巷道掘进横穿小断层构造导致的冒顶来压事故影响范围较大,并通过RFPA数值模拟的方法指明了提高顶板内煤岩体的强度和刚度值能够有效防止冒顶事故的... 详细信息

以20322大采高工作面掘巷期间横穿小断层地质构造为工程背景,通过现场监测的方法揭示了巷道掘进横穿小断层构造导致的冒顶来压事故影响范围较大,并通过RFPA数值模拟的方法指明了提高顶板内煤岩体的强度和刚度值能够有效防止冒顶事故的发生。后续理论计算表明对顶板悬露段表面通过对称式布置的3根锚索进行锚固后,弯矩在1.2 m≤x≤4.4 m区域内减小量显著,且当将顶板内两侧锚索调整为锚索桁架系统并在20322回风巷横穿小断层构造F_(322-2)前后50 m范围进行应用后,其顶底板移近量仅为掘巷高度的3%左右,实现了对于顶板内煤岩体的良好控制。

关键词：掘巷小断层构造顶煤 RFPA数值软件围岩移近量

停采撤架期间两道封堵下采空区气热场数值模拟研究

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当代化工研究 2024年第2期 1-4页

作者：唐佐舒通梁玉柱中国矿业大学江苏221000 徐州矿务集团有限公司江苏221000

本文以百贯沟煤矿2506工作面为研究对象建立采空区数值模型,采用数值模拟方法研究停采撤架期间两道封堵对采空区气热场变化的影响。结果表明:两道封堵后,采空区进风侧氧气体积分数大幅度下降,回风侧氧气体积分数在靠近工作面处有一定程... 详细信息

本文以百贯沟煤矿2506工作面为研究对象建立采空区数值模型,采用数值模拟方法研究停采撤架期间两道封堵对采空区气热场变化的影响。结果表明:两道封堵后,采空区进风侧氧气体积分数大幅度下降,回风侧氧气体积分数在靠近工作面处有一定程度增加,但在离工作面20m后快速降低至低于封堵前的氧气体积分数;采空区自燃危险区域向工作面靠近,自燃危险区域面积减小,减小幅度为37%;采空区内最高温度降低,高温区域向回风侧移动,CO体积分数下降,流场收缩向工作面靠近且集中分布在采空区中部。

关键词：两道封堵采空区氧气温度数值模拟

基于多特征融合的煤矿井下辅助运输车辆可通行性评估方法

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煤炭学报 2024年

作者：江帆刘一凡朱真才张超凡周公博彭玉兴中国矿业大学机电工程学院智能采矿装备技术全国重点实验室徐州矿务集团有限公司博士后科研工作站

辅助运输车辆在煤矿井下人员、物料、矸石和设备等运输方面发挥着重要作用。煤矿井下巷道空间狭长、环境复杂、光线强弱交替，易引发辅助运输车辆驾驶人员疲劳、视线模糊、操作失误等导致的驾驶安全事故。随着我国智慧矿山建设的不断推... 详细信息

辅助运输车辆在煤矿井下人员、物料、矸石和设备等运输方面发挥着重要作用。煤矿井下巷道空间狭长、环境复杂、光线强弱交替，易引发辅助运输车辆驾驶人员疲劳、视线模糊、操作失误等导致的驾驶安全事故。随着我国智慧矿山建设的不断推进，提高辅助运输车辆的安全性、智能化对实现煤矿少人化、无人化具有重要的现实意义。针对煤矿井下辅助运输车辆的通行性评估问题，提出了基于多特征融合的煤矿井下辅助运输车辆可通行性评估方法。首先，利用边缘检测、形态学顶帽变换和八联通区域获得增强的铁轨二值化图像，通过消失点坐标设定阈值将铁轨分为直轨和弯轨两个模型，并分别采用渐进概率Hough变换和改进特征点选取的Catmull-Rom样条曲线拟合直轨和弯轨，形成基于可切换模型的铁轨检测方法；其次，基于煤矿井下巷道壁管道颜色属性，通过HSV颜色空间变换、边缘检测和最小二乘法拟合算法构建管道特征检测策略；再次，提出基于管道和铁轨特征点加权融合的辅助运输车辆行驶中心轨迹线提取方法，构建辅助运输车辆安全通行区域生成规则；然后，针对传统分水岭算法中过分割问题，采用基于标记的改进分水岭分割和Graph Cut算法对静态障碍物进行二维边缘和区域特征提取，选用小样本分类支持向量机构建基于HOG特征与LBP特征融合的煤矿井下行人检测模型，实现辅助运输车辆前方动态和静态障碍物综合检测；最后，通过欧式距离判断障碍物与安全通行区域的位置关系，判断障碍物入侵情况，得到辅助运输车辆可通行性评估结果。实验结果表明，所提方法能够实现煤矿井下铁轨特征、管道特征、安全通行区域检测，对煤矿井下辅助运输车辆可通行性进行有效评估。

关键词：辅助运输车辆铁轨检测管道检测障碍物检测可通行区域检测

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新安煤矿人员定位系统升级改造的研究与应用

煤炭科技 2024年第1期45卷 91-96页

作者：朱巍李许伟徐州矿务集团有限公司生产调度指挥中心江苏徐州221018 中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116

煤矿井下人员定位系统是加强入井人员管理、提升生命保障、促进煤矿安全生产的高端技术。新安煤矿在用的KJ251型人员定位系统安装于2011年,采用RFID定位技术实现区域定位,该技术具有实现简单、系统建设成本低的特点。随着煤矿井下智能... 详细信息

煤矿井下人员定位系统是加强入井人员管理、提升生命保障、促进煤矿安全生产的高端技术。新安煤矿在用的KJ251型人员定位系统安装于2011年,采用RFID定位技术实现区域定位,该技术具有实现简单、系统建设成本低的特点。随着煤矿井下智能化的推进,对人员定位提出了更高的需求,现主要存在浏览器内核版本、系统中心站软件及数据库架构满足不了当前信息化发展需求、系统数据不稳定和系统未配备唯一检卡装置等问题。结合煤矿井下特殊的作业环境,煤矿井下人员定位系统可实现对入井人员的实时监测、精确定位、轨迹回放、考勤管理、报表查询、信息网络发布、双向通信、人机交互、紧急搜救、生产调度等功能,为煤矿安全生产以及紧急救援提供第一手可靠的决策实时信息。

关键词：精确定位无线通信实时决策信息识别