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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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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

局部正压通风方法解决采面低氧问题的试验及模拟研究

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安全与环境学报 2024年第1期24卷 176-185页

作者：裴晓东蒋曙光吴征艳朱佳诺赵粟姚志远煤炭资源与安全开采国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116

针对浅埋近距离煤层群工作面易产生低氧现象的难题,以山西某矿3105工作面低氧问题为研究背景,采用理论分析、相似模拟及数值模拟方法进行了研究。分析得出煤层地质条件、工作面通风方式、大气压力变化和自然风压是工作面产生低氧现象的... 详细信息

针对浅埋近距离煤层群工作面易产生低氧现象的难题,以山西某矿3105工作面低氧问题为研究背景,采用理论分析、相似模拟及数值模拟方法进行了研究。分析得出煤层地质条件、工作面通风方式、大气压力变化和自然风压是工作面产生低氧现象的主要原因,并探究了采用局部正压通风方法解决采面低氧问题的可行性。结果表明:采用负压通风时,增加风速不能明显提高工作面上隅角区域的氧气体积分数,仍低于20%;采用局部正压通风时,采场内20%氧气体积分数等值线在通风风速达到1.6 m/s时,与工作面呈平行状态,增加风速能有效提高采面上隅角的氧气体积分数;采用局部正压通风回风巷增阻时,相较于单一的局部正压通风能够在更小的风速条件下解决采面低氧的问题,且一定程度上有利于防范采空区遗煤自然发火。利用COMSOL仿真软件,建立工作面采场气体运移模型,开展了不同通风方法、不同风速条件下的采空区氧气体积分数分布及运移规律研究,数值模拟结果与试验测定结果基本一致。3105工作面现场实践表明,采用局部正压通风回风巷增阻的技术措施能够有效解决工作面低氧问题,工作面上隅角及回风流的氧气体积分数由15%上升到20%以上,并始终保持正常水平,确保了工作面的安全生产。

关键词：安全卫生工程技术工作面低氧局部正压通风上隅角采空区数值模拟

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

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二氧化碳相变爆破致裂机理与应用研究进展

煤炭科学技术 2024年第2期52卷 63-78页

作者：袁永陈忠顺梁小康申海生左磊孟朝贵王圣志中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 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

煤岩体结构改造是解决煤矿许多技术难题的共性核心科学问题,二氧化碳相变爆破因其安全可控、能量易调节等优点成为煤岩体致裂的有效手段之一。为确定二氧化碳相变爆破致裂机理,扩展相变爆破致裂工程应用,分析了二氧化碳相变爆破原理和... 详细信息

煤岩体结构改造是解决煤矿许多技术难题的共性核心科学问题,二氧化碳相变爆破因其安全可控、能量易调节等优点成为煤岩体致裂的有效手段之一。为确定二氧化碳相变爆破致裂机理,扩展相变爆破致裂工程应用,分析了二氧化碳相变爆破原理和致裂器材与装备,统计比较不同方式相变爆破能量计算方式,相较于传统炸药爆破,相变爆破属于一种低能量致裂方式;通过分析二氧化碳相变射流传播特征,探究相变爆破中等应力起裂和高压气体协同作用方式,煤岩体在中等冲击作用下,受到拉应力破坏产生径向初始断裂,并在冲击波和卸载波综合作用下形成多重起裂特征,高压气体在多重裂隙中进一步扩展,驱动裂隙向外扩展,明确了相变爆破应力气体协同致裂过程;进一步研究了泄能方向、煤岩体性质、爆破参数、初始地应力、钻孔布置参数和钻孔切槽特性等因素对相变爆破致裂效果的影响,泄能方向对煤岩体破坏起到直接作用,引发非对称损伤破坏,煤岩体抗压强度和致裂孔间距是影响致裂效果的关键因素,初始地应力、钻孔布置参数和钻孔切槽特性等影响裂纹发育扩展特征;在相变爆破致裂工程应用方面,揭示了相变爆破多重裂隙渗流特征,确定了高瓦斯煤层致裂增透效果,对比了预裂前后煤体截割特征,验证了预裂提升块煤率可行性,并探究了相变爆破预裂顶板垮落特性。针对相变爆破致裂应从多速率冲击破碎、损伤破坏多尺度分析、致裂过程多物理场耦合及延时相变爆破技术等方向进一步扩展研究,拓宽二氧化碳相变爆破应用场景。

关键词：相变爆破动态冲击致裂机理裂隙分布爆破因素

迎采工作面沿空掘巷围岩能量-应力全周期演化规律

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煤炭科学技术 2024年

作者：陈定超王襄禹柏建彪李梦龙卢建飞张飞腾孙世奇赵祥岍于洋中国矿业大学矿业工程学院中南大学资源与安全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徐州工程学院土木工程学院

迎采动工作面沿空掘巷经历上工作面侧向基本顶断裂、回转、下沉全过程的全周期动压影响，巷道变形量大、维护困难。本文以温庄煤矿15105工作面为工程背景，提出在原有25m煤柱迎采动面掘巷的基础上，沿上工作面非稳定采空区后方改变巷道... 详细信息

迎采动工作面沿空掘巷经历上工作面侧向基本顶断裂、回转、下沉全过程的全周期动压影响，巷道变形量大、维护困难。本文以温庄煤矿15105工作面为工程背景，提出在原有25m煤柱迎采动面掘巷的基础上，沿上工作面非稳定采空区后方改变巷道掘进轨迹，将区段煤柱宽度减小至6m，进行沿空掘巷。为了证明方案的可行性，采用FLAC3D建立数值模型，模拟了原方案与优化方案2种情况下的巷道围岩能量-应力全周期(迎15103采动工作面掘进、非稳定采空区侧巷道掘进、15105工作面回采)演化规律。模拟结果显示：①迎15103采动工作面掘进期间，应力和能量主要集中在区段煤柱的采空区侧。②非稳定采空区侧巷道掘进期间，与原方案相比，优化方案使6m煤柱内部能量和应力转移至工作面煤体侧。③15105工作面回采期间，采取原方案时，能量和应力均向25m煤柱回采侧集中，应力峰值达到31.2MPa，最大能量为192.4kJ/m3；采取优化方案时，能量和应力均向工作面实体煤侧转移，6m煤柱具备一定承载能力，并且整个过程中应力集中程度低、能量无明显聚集，回采期间6m煤柱内部应力峰值仅8.1MPa，最大能量为126.7kJ/m3。在此基础上，确定了优化方案的可靠性，并结合数值模拟结果和现场地质条件，提出将巷道分成4个区段：迎采对掘段、临空掘巷段、渐变煤柱段和沿空掘巷段，建立了巷道围岩分区控制体系，设计了锚杆、索支护参数。最终成功开展了工业性实验，现场监测结果显示各区段巷道整体控制效果良好。

关键词：迎采掘进沿空掘巷煤柱双屈服模型应变软化模型

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

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