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基于集成学习的综掘面粉尘浓度预测模型

金属矿山 2023年

作者：王和堂谭江龙杨天龙刘焱王辉杨景皓中国矿业大学矿山瓦斯粉尘灾害技术基础研究国家级专业中心实验室中国矿业大学安全工程学院

提高矿山粉尘监控预测精度是目前粉尘防控领域亟需解决的问题。针对当前的粉尘监测预警技术存在普适性差、实时性差和准确性低等问题，利用杭来湾煤矿粉尘监测数据，以机器学习和深度学习算法为基础进行集成，建立多特征因素影响下的粉... 详细信息

提高矿山粉尘监控预测精度是目前粉尘防控领域亟需解决的问题。针对当前的粉尘监测预警技术存在普适性差、实时性差和准确性低等问题，利用杭来湾煤矿粉尘监测数据，以机器学习和深度学习算法为基础进行集成，建立多特征因素影响下的粉尘浓度预测模型，采用偏差-方差困境对预测模型进行参数优化，同时通过MSE与MAPE评价模型预测效果优劣。结果表明：① 机器学习算法的MSE普遍低于深度学习算法，其局部准确性优于深度学习算法，MAPE和整体稳定性则相反，XGBoost和Bi-RNN分别是机器学习和深度学习算法中预测结果局部准确性和整体稳定性最优的。② 机器学习、深度学习及混合集成模型较基学习器平均MSE与MAPE分别减少了23.86、-0.42%，11.82、0.83%，24.84、1.08%，混合集成模型兼具机器学习局部准确率高和深度学习整体稳定性强的特点，整体预测效果最好。研究结果可为矿山智能精准高效降尘的发展提供理论基础。

关键词：粉尘浓度预测机器学习深度学习集成学习

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N95级个体防尘呼吸器仿真试验研究

中国安全科学学报 2020年第12期30卷 165-172页

作者：朱金佗王亮何新建吕成明张如雪蒋奇君中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学矿山瓦斯粉尘灾害技术基础研究国家级专业中心实验室江苏徐州221116 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116

为研究工业常用自吸过滤式防颗粒物N95级防护口罩的过滤效率、呼吸阻力和品质因数,构建一套个体防尘呼吸器仿真测试系统,并以10~205 nm的NaCl气溶胶为测试介质,在恒定抽气流量和模拟人体呼吸的循环流量2种模式下,在15~85 L/min的流量区... 详细信息

为研究工业常用自吸过滤式防颗粒物N95级防护口罩的过滤效率、呼吸阻力和品质因数,构建一套个体防尘呼吸器仿真测试系统,并以10~205 nm的NaCl气溶胶为测试介质,在恒定抽气流量和模拟人体呼吸的循环流量2种模式下,在15~85 L/min的流量区间内,分别测试N95和KN95口罩各一款。研究表明:受测N95和KN95口罩的过滤效率均超过95%;以驻极体纤维为滤料的口罩最易穿透粒径在40~60 nm;相同大小的测试流量时,循环流量模式下颗粒物的穿透率显著高于恒定抽气流量;随吸气流量的升高,受测口罩的穿透率呈线性增加,吸气阻力呈正抛物线升高,而品质因数呈幂指数降低。

关键词： N95 个体防尘呼吸器流量过滤效率呼吸阻力粒径

难注水煤层液态CO加注多场耦合演化规律研究

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煤炭科学技术 2023年

作者：王和堂杨景皓谭江龙王辉中国矿业大学矿山瓦斯粉尘灾害技术基础研究国家级专业中心实验室中国矿业大学安全工程学院煤炭资源与安全开采国家重点实验室

针对难注水煤层低孔隙率、低渗透性，传统注水减尘技术难以有效润湿煤体问题，提出通过液态CO2加注煤层进行结构改造进而提升煤层注水效果的新思路。为厘清难注水煤层液态CO2加注过程多场耦合演化规律，联合Comsol有限元软件与Matlab数... 详细信息

针对难注水煤层低孔隙率、低渗透性，传统注水减尘技术难以有效润湿煤体问题，提出通过液态CO2加注煤层进行结构改造进而提升煤层注水效果的新思路。为厘清难注水煤层液态CO2加注过程多场耦合演化规律，联合Comsol有限元软件与Matlab数据处理软件，建立了难注水煤层液态CO2加注流-热-固多场耦合作用模型；针对复杂的煤体孔-裂隙结构，引入非均质分布参数，通过Comsol with Matlab接口将煤层划分为10 000个区域，并调用Weibull分布函数，对煤层所有区域的材料性质分别赋值，实现煤体材料的非均质性表达。通过对加注压力、加注时间等参数控制变量模拟，分析难注水煤层液态CO2加注过程多场耦合演化情况。研究结果表明：液态CO2加注过程中煤层的渗流通道扩展速率、冷却区域延展范围、拉损伤及压损伤比例与液态CO2加注时间及加注压力呈正相关，且相比加注时间，其渗流、冷却、损伤区域的延扩速率受加注压力的影响更为显著；与加注压力为10 MPa相比，在20 MPa时明显增加了外层区域较低流速的分支流道数量，具有更强打开煤层渗流通道的能力；在加注压力由0 MPa加载至30 MPa过程中，煤层拉损伤和压损伤比例最终分别达到47.86%和4.23%，煤层损伤以拉损伤为主，这与煤体抗拉能力远低于抗压能力的本构关系相一致。研究工作可为研发煤层液态CO2致裂增润防灾技术提供理论基础。

关键词：难注水煤层煤层注水液态CO 多场耦合演化 Comsol Matlab

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矿山抑尘泡沫基础特性及性能定量评估方法

煤炭学报 2023年第4期48卷 1584-1595页

作者：王和堂章琦王德明李星诚徐超航中国矿业大学矿山瓦斯粉尘灾害技术基础研究国家级专业中心实验室江苏徐州221116 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116 北京大学工学院北京100871 武汉理工大学安全科学与应急管理学院湖北武汉430070

源头抑制粉尘产生和飞扬是矿山粉尘防控的优先方向;泡沫作为一种含有发泡剂的气液两相介质,具有接尘面积大、黏附粉尘能力强、润湿粉尘速度快的独特优势,是一种高效的抑尘手段,尤其是对呼吸性粉尘有很强的抑制能力。但过去对抑尘泡沫本... 详细信息

源头抑制粉尘产生和飞扬是矿山粉尘防控的优先方向;泡沫作为一种含有发泡剂的气液两相介质,具有接尘面积大、黏附粉尘能力强、润湿粉尘速度快的独特优势,是一种高效的抑尘手段,尤其是对呼吸性粉尘有很强的抑制能力。但过去对抑尘泡沫本身形态及性能研究较为缺乏,导致在抑尘泡沫制备与利用中有一定盲目性,制约该技术在矿山的低成本应用。为此,采用理论推导、实验研究、定量分析等相结合的方法,研究了抑尘泡沫排液过程及规律、抑尘泡沫微观形态、性能影响机制及定量评估方法。结果表明:排液因子w与发泡过程的泡沫柱高度、泡沫含液量相关,即抑尘泡沫高度越高、含液量越大,排液因子w越小,利用排液模型计算得到的排液因子w、理论排液曲线预测值与实验值有较好的一致性;泡沫尺寸分布、平均直径随发泡剂的添加浓度(质量分数)变化而变化,当发泡剂质量分数小于0.1%时泡沫均匀性较差、数量较少,提高其质量分数至一定范围(0.3%~0.6%)后,泡沫均匀性和数量都有改善,泡沫可获得较大半衰期,其形态难以被破坏,但发泡剂质量分数大于1%时,泡沫的数量下降、大粒径气泡增多;在发泡剂中加入聚合物羟乙基纤维素的质量分数小于0.3%时对溶液在煤尘接触角无明显影响,但质量分数增大后接触角比未添加前有所提升,在发泡性能和稳泡性能方面,加入0.1%聚合物可达到较好地提升抑尘泡沫的产生效率和稳定性。基于从抑尘泡沫产生、输运到其作用于截割尘源全过程剖析,提出了抑尘泡沫性能的评价指标体系,并给出了抑尘泡沫性能定量评估准则及4个评价等级的判定依据。

关键词：矿山粉尘抑尘泡沫泡沫形态泡沫性能定量评价

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煤岩瓦斯动力灾害事故统计及发生规律分析

金属矿山 2025年

作者：刘业娇高富段泽宇崔梦圆周爱桃内蒙古科技大学矿业与煤炭学院内蒙古自治区矿业工程重点实验室内蒙古自治区煤炭安全开采与利用工程技术研究中心内蒙古煤炭绿色开采与绿色利用协同创新中心中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院

为了深入分析中国煤矿瓦斯动力灾害事故特征及发生规律,采用数据统计及图表分析法,以2009—2023年中国110起煤岩瓦斯动力灾害事故为数据基础,从事故类型、事故等级、地区分布与时间分布4个维度进行梳理分析。结果表明:中国煤矿瓦斯动力... 详细信息

为了深入分析中国煤矿瓦斯动力灾害事故特征及发生规律,采用数据统计及图表分析法,以2009—2023年中国110起煤岩瓦斯动力灾害事故为数据基础,从事故类型、事故等级、地区分布与时间分布4个维度进行梳理分析。结果表明:中国煤矿瓦斯动力灾害事故类型以煤与瓦斯突出为主,事故等级以较大事故为主,地区分布呈现北多南少、西南地区偏多的规律,发生时间主要集中在3月份及10—12月份;煤岩瓦斯复合动力灾害事故主要集中在开采深度500 m以下,多发生在中国中部及东部地区。从预防煤与瓦斯突出、加强应急救援能力、减少地区特征影响及加强事故多发月份管理4个方面提出安全防治措施。此次事故统计分析对煤炭企业煤岩瓦斯动力灾害安全防治及后续相关研究有着指导作用。

关键词：煤岩瓦斯动力灾害发生规律事故类型地区分布防治措施

面向创新型人才培养的《安全专业实验》教学模式探索与实践

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教育现代化 2019年第65期 105-107+110页

作者：王和堂王亮时国庆辛海会中国矿业大学安全工程学院矿山瓦斯粉尘灾害技术基础研究国家级专业中心实验室煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室

实验教学是培养创新型安全工程人才的重要途径。为提高安全工程专业学生的创新能力和动手能力,以《安全专业实验》这门实践性很强的课程为载体,聚焦实验教学内容推陈出新、实验教学方式方法改革、创新能力课外拓展提升等方面进行了探索... 详细信息

实验教学是培养创新型安全工程人才的重要途径。为提高安全工程专业学生的创新能力和动手能力,以《安全专业实验》这门实践性很强的课程为载体,聚焦实验教学内容推陈出新、实验教学方式方法改革、创新能力课外拓展提升等方面进行了探索与实践,建立了面向创新型人才培养的《安全专业实验》教学模式,在实践中取得了显著成效,成功打造了该课程的升级版,为该课程的高质量发展提供了有益借鉴。

关键词：创新型人才安全工程安全专业实验教学模式课程改革

我国煤矿安全高效开采地质保障系统研究现状及展望

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煤炭学报 2020年第7期45卷 2331-2345页

作者：彭苏萍中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083

从近40年来我国煤炭工业的发展进程,分析和总结了我国煤矿安全高效开采地质保障系统建设随着煤炭工业从炮采和普采向机械化开采的转变,经历了从煤田地质学发展到采矿工程地质学和矿井工程物探的发展过程,并逐步构建了煤矿安全高效矿井... 详细信息

从近40年来我国煤炭工业的发展进程,分析和总结了我国煤矿安全高效开采地质保障系统建设随着煤炭工业从炮采和普采向机械化开采的转变,经历了从煤田地质学发展到采矿工程地质学和矿井工程物探的发展过程,并逐步构建了煤矿安全高效矿井地质保障系统的基本框架。20世纪90年代中后期,随着煤矿采区高分辨三维地震勘探技术体系研究成果的建立和完善,使煤矿精细地质构造、煤与瓦斯突出、矿井突水通道等灾害隐患的探测精度和预测准确度大大提高,促进了我国煤矿安全高效矿井的迅速发展,煤矿安全高效矿井地质保障系统也走向成熟并在全国煤炭系统推广应用。虽然煤矿地质保障系统在保障开采安全、提高开采效率等方面取得了显著的成效,但随着信息技术的深度融合和煤矿机械化水平的进一步提高,煤炭绿色开采、智能精准开采等对煤矿安全高效开采地质保障系统提出了更高的要求,矿井地质透明化是当前煤矿安全高效矿井地质保障系统发展的努力方向。其重点任务是:①在统一的数据融合基础上,进一步提高地球物理勘探精度,提高矿井地质的透明化水平,构建煤矿智能开采地质保障平台;②研发与惯导技术一体的高分辨煤岩辨识仪器装备,实现对工作面前方5 m范围煤岩结构的自动化数据采集与精准识别;③以岩层结构为基础,以岩石力学和流体因子为重点,开发和建立智能矿山建设决策与灾害隐患预警系统。

关键词：煤矿安全高效开采地质保障矿井地质矿井物探三维地震透明化

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深部岩体热力学效应及温控对策

岩石力学与工程学报 2013年第12期32卷 2377-2393页

作者：何满潮郭平业中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室北京100083

随着开采深度的加大地温越来越高，高地温引起的深部岩体热力学效应引发许多深部矿山开采的次生灾害，有必要研究高温矿井相关的岩石力学问题。首先提出我国深部矿井地温场的3种模式即线性模式、非线性模式和异常模式；然后通过室内试... 详细信息

随着开采深度的加大地温越来越高，高地温引起的深部岩体热力学效应引发许多深部矿山开采的次生灾害，有必要研究高温矿井相关的岩石力学问题。首先提出我国深部矿井地温场的3种模式即线性模式、非线性模式和异常模式；然后通过室内试验，研究温度对深部岩石强度和吸附气体逸出的影响，试验结果表明，随着温度的升高，煤岩强度和弹性模量显著降低，同时吸附瓦斯变为游离瓦斯而逸出，这是引起煤矿塌方和瓦斯灾害的重要内在原因；同时，在概述国内外温控技术基础上，提出以矿井涌水为冷源的HEMS降温原理及技术，形成3种典型温控模式及其设备系统。现场降温试验系统运行后效果良好，工作面温度控制在29℃以内，工作面温度降低5℃～12℃，相对湿度降低5％～15％；针对目前国内外矿井降温系统尚无有效性评价问题，提出矿井降温系统有效性评价的参数体系及方法。

关键词：岩石力学岩体热力学深部岩体温度效应降温系统有效性评价

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煤田绕射地震勘探现状与进展

煤田地质与勘探 2023年第1期51卷 1-20页

作者：彭苏萍赵惊涛盛同杰杨婕陶俊宏中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083

我国煤炭绿色智能开采亟待解决透明地质条件精细构建问题,包括煤岩层构造、含水体、采空区与地应力等地质因素,该类隐蔽致灾体易诱发采空区突水或瓦斯突出等事故,是制约煤矿智能化开采与安全生产的主要障碍。三维地震勘探是目前探测断... 详细信息

我国煤炭绿色智能开采亟待解决透明地质条件精细构建问题,包括煤岩层构造、含水体、采空区与地应力等地质因素,该类隐蔽致灾体易诱发采空区突水或瓦斯突出等事故,是制约煤矿智能化开采与安全生产的主要障碍。三维地震勘探是目前探测断层和陷落柱等地质体的主要技术,但该技术基于反射理论框架,在小落差断层与小尺度陷落柱探测上仍存在挑战,发展针对隐蔽致灾体的煤田精细勘探理论与方法是安全与智能开采的基础问题。基于绕射的地震勘探框架在理论上能够突破传统地震勘探分辨率瓶颈,该前沿技术已在勘探行业权威期刊不断报道,国内外工业界和科研院校也投入了大量研究工作,但尚未形成方法体系与工业化软件。围绕煤田灾害源防治与智能开采关键地质问题,阐述了一套基于绕射理论框架的地震勘探系统,通过不同类型绕射波传播规律研究了弱信号捕获模式,利用反射波与绕射波多域差异特征提取了携带高分辨率响应的绕射波信息,基于散射点模型提出绕射波精细速度建模方法,在多学科交叉基础上发展了绕射波多属性融合解释与阻抗反演技术,进而形成一套适用于我国未来透明矿山绿色开采的基础学科与前沿技术。

关键词：煤矿安全隐蔽致灾地震勘探绕射

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