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基于滤膜称重法的自动化粉尘质量浓度检测装置的研究

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煤炭学报 2024年第7期49卷 2997-3006页

作者：陈清华许曾生王小润江丙友唐明云胡祖祥邱进伟周亮安徽理工大学矿山智能装备与技术安徽省重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学环境友好材料与职业健康研究院(芜湖) 安徽芜湖241003 安徽理工大学工业粉尘防控与职业安全健康教育部重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学机械工程学院安徽淮南232001

传统滤膜称重法操作过程繁琐、检测周期长,且自动化程度低,虽精度高但无法满足粉尘质量浓度实时检测需求。设计了粉尘质量浓度自动检测装置,通过建立温湿度补偿模型,替代手工称重法中采样后滤膜烘干的步骤,进一步缩减粉尘质量浓度检测... 详细信息

传统滤膜称重法操作过程繁琐、检测周期长,且自动化程度低,虽精度高但无法满足粉尘质量浓度实时检测需求。设计了粉尘质量浓度自动检测装置,通过建立温湿度补偿模型,替代手工称重法中采样后滤膜烘干的步骤,进一步缩减粉尘质量浓度检测时间以及粉尘质量浓度检测装置体积。搭建试验样机并调试实验,结果表明,煤矿井下常用的CCZ-20A型粉尘采样器与本装置检测得到的粉尘质量折算浓度经过计算其标准偏差在5%以内,一元线性回归拟合分析下的实验数据拟合相关性较好。为进一步提升装置的检测精度,研究基于傅里叶级数、线性拟合以及周期拟合相结合的误差补偿方法,设计出装置浓度计算流程并代入原始数据中,将该装置检测浓度误差由原始的(-7.20%,-1.26%)集中至(-3.64%,3.65%)。引入装置浓度计算流程后进行多次对比实验,实验结果显示装置浓度检测误差均在此区间内,验证了装置浓度计算流程的可靠性。该装置缩短了粉尘质量浓度检测所需时间,同时检测误差控制在合理的范围内,进而为滤膜称重法在粉尘质量浓度在线监测方面的研究提供一定的参考。

关键词：滤膜称重法粉尘质量浓度自动称重温湿度补偿误差补偿

动静加载下微硅粉-橡胶/水泥砂浆的力学性能

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复合材料学报 2024年第8期41卷 4287-4298页

作者：张金松唐雨轮占佳佳庞建勇安徽理工大学土木建筑学院淮南232001

为研究微硅粉(Micro silicon powder,MP)-橡胶/水泥砂浆的力学性能,试验设计了16组试件,通过单轴抗压试验与抗冲击试验(分离式霍普金森压杆(SHPB))分析不同微硅粉掺量、橡胶粒径和养护龄期试件的峰值应力、峰值应变、弹性模量、抗冲击... 详细信息

为研究微硅粉(Micro silicon powder,MP)-橡胶/水泥砂浆的力学性能,试验设计了16组试件,通过单轴抗压试验与抗冲击试验(分离式霍普金森压杆(SHPB))分析不同微硅粉掺量、橡胶粒径和养护龄期试件的峰值应力、峰值应变、弹性模量、抗冲击强度、破坏形态与应力-应变曲线。单轴抗压试验表明:在相同的养护龄期下,橡胶颗粒的加入使砂浆试件的抗压强度与弹性模量降低,峰值应变增加,加入微硅粉后试件的强度与弹性模量会有所回升。抗冲击试验表明:橡胶会降低砂浆的抗冲击强度,但能改善砂浆的破坏形态,而微硅粉不仅能增强这种改善作用,还能提升橡胶/水泥砂浆的抗冲击强度,另外加入微硅粉后,试件的应力-应变曲线的峰值荷载会由于其弹性变形与弹塑性变形阶段的缩短而向左偏移,但破坏阶段明显延长。

关键词：微硅粉-橡胶/水泥砂浆橡胶粒径微硅粉掺量分离式霍普金森压杆(SHPB) 单轴抗压

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煤矿井下无人驾驶轨道电机车障碍物识别

浙江大学学报（工学版） 2024年第1期58卷 29-39页

作者：杨豚郭永存王爽马鑫安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学矿山智能装备与技术安徽省重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学机械工程学院安徽淮南232001

针对现有煤矿井下无人驾驶轨道电机车因巷道环境恶劣导致障碍物识别精度低的问题,提出用于无人驾驶电机车障碍物精准实时检测的PDM-YOLO模型.基于YOLOv5,将模型C3模块中的传统卷积替换为部分卷积,构建C3_P特征提取模块,有效减少模型的... 详细信息

针对现有煤矿井下无人驾驶轨道电机车因巷道环境恶劣导致障碍物识别精度低的问题,提出用于无人驾驶电机车障碍物精准实时检测的PDM-YOLO模型.基于YOLOv5,将模型C3模块中的传统卷积替换为部分卷积,构建C3_P特征提取模块,有效减少模型的浮点运算量(FLOPs)与计算延迟.采用改进后的解耦头,对传统YOLOv5的预测头进行解耦,提高模型的收敛速度及对障碍物的识别精度.优化Mosaic数据增强方法,丰富训练图像的特征信息,提高模型的普适性和鲁棒性.实验结果表明,PDM-YOLO模型在自制数据集上的平均检测精度(mAP)达到96.3%,平均检测速度达到109.2帧/s,PDM-YOLO模型在PASCAL VOC公共数据集上的检测精度高于现有主流的YOLO系列模型.

关键词：无人驾驶电机车 YOLO 障碍物识别部分卷积解耦头 Mosaic数据增强

柱状聚能药管聚能罩角度对煤层爆破增透效果试验研究

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煤炭科学技术 2024年第3期52卷 129-138页

作者：杨帅刘泽功张健玉傅师贵乔国栋张鑫安徽理工大学安全科学与工程学院安徽淮南232001 安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南232001

为解决传统预裂爆破煤体裂隙无序扩展导致增透效果不佳的问题,开展了聚能爆破药管不同聚能罩张开角度对煤层增透效果影响研究。通过建立聚能罩微元闭合理论模型,分析了随着聚能罩角度减少时形成聚能射流的速度和质量变化;以此为基础对... 详细信息

为解决传统预裂爆破煤体裂隙无序扩展导致增透效果不佳的问题,开展了聚能爆破药管不同聚能罩张开角度对煤层增透效果影响研究。通过建立聚能罩微元闭合理论模型,分析了随着聚能罩角度减少时形成聚能射流的速度和质量变化;以此为基础对聚能爆破增透机制进行了分析。在实验室搭建了可从煤体宏观裂纹和应变数据多角度对试验模型进行分析的双向加载气固耦合爆破相似模拟试验系统,对含瓦斯煤体试块进行普通爆破和不同聚能张开角爆破模拟对比试验。结果表明,使用聚能药包相较于普通爆破能够有效引导裂纹在聚能罩开口方向上定向发育;随着聚能罩角度减少,聚能爆破后形成的裂纹在聚能方向上更加平滑,裂纹宽度也随之增加,试块剖面更加平整;根据超动态应变仪反演结果,1号测点60°、80°和100°聚能爆破的压应力峰值分别为普通爆破的1.52倍,1.26倍和1.08倍,且60°聚能爆破到达应力峰值的时间最短,表明随着聚能罩开口的减小,聚能方向上能量集中现象越明显。通过ANSYS/LS-DYNA软件对4种不同角度的聚能爆破进行对比分析。模拟结果中60°聚能爆破初始形成的聚能射流有效应力最大,聚能方向产生的裂纹最长。试验和模拟结果表明通过使用60°聚能药包可得到更好的爆破效果,研究成果对松软高瓦斯煤层聚能爆破增透有一定的参考意义。

关键词：煤层增透聚能爆破聚能罩角度裂纹扩展

不同类型表面活性剂对烟煤润湿性能影响的分子模拟及实验

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煤炭学报 2024年第7期49卷 2986-2996页

作者：唐明云金靖艳江丙友郑春山周亮高世强王乐乐安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学安全科学与工程学院安徽淮南232001

喷雾降尘是现阶段矿井使用最广泛的除尘方式之一,水对煤的润湿性能对喷雾降尘效果有着直接的影响,所以在水中加入表面活性剂可提高水对煤的润湿性能。为探究不同类型表面活性剂对烟煤粉尘润湿性能影响,以快渗T、1227、BS-12和APG 4种类... 详细信息

喷雾降尘是现阶段矿井使用最广泛的除尘方式之一,水对煤的润湿性能对喷雾降尘效果有着直接的影响,所以在水中加入表面活性剂可提高水对煤的润湿性能。为探究不同类型表面活性剂对烟煤粉尘润湿性能影响,以快渗T、1227、BS-12和APG 4种类型的表面活性剂为代表,采用分子模拟技术和实验室实验相结合对烟煤的润湿性能进行了研究。一方面,利用分子模拟手段构建了表面活性剂水溶液的界面体系,基于氢键形成数目和径向分布函数理论,对表面活性剂自身的亲水性进行了模拟分析,并开展了4种试剂的表面张力实验,研究发现,快渗T形成氢键的数目最多,为398个,且径向分布函数曲线出现峰值最早在1.99×10^(-10)m处,最易与H_(2)O分子吸附,实验结果也表现为快渗T对水的表面张力削弱最强,即表面张力最小,为24.4 mN/m。另一方面,通过静电势计算,结合构建的表面活性剂/水/烟煤三元吸附体系相互作用能分析,研究了4种表面活性剂对烟煤润湿性影响,并分别开展了烟煤在4种试剂中的沉降实验和接触角实验,结果表明,快渗T与烟煤分子结合后该部位与水分子的电势差最大,为6.8535 eV,其与烟煤间相互作用能也最大,为-2705.12 kJ/mol,实验结果也表现为2种烟煤在快渗T中的沉降时间最小,分别为26.3、10.22 s,接触角最小,分别为25.8°、21.7°,由此表明分子模拟结果均与实验结果一致,均验证得出阴离子型表面活性剂快渗T对烟煤的润湿性能为最好。

关键词：表面活性剂烟煤分子模拟氢键润湿性

采动影响下底板岩体及巷道破坏时空演化特征分析

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煤炭科学技术 2024年第4期52卷 302-313页

作者：赵庆冲涂敏付宝杰张向阳党嘉鑫安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学矿业工程学院安徽淮南232001

明确工作面底板采动应力分布规律,实现采动影响下底板岩体及巷道破坏程度的精准把握,能有效防止底板巷道的变形失稳。为此,根据极限平衡理论,构建煤岩体超前采动应力力学模型,获得支承压力扰动阶段和采空区卸压阶段底板岩体的力学分布规... 详细信息

明确工作面底板采动应力分布规律,实现采动影响下底板岩体及巷道破坏程度的精准把握,能有效防止底板巷道的变形失稳。为此,根据极限平衡理论,构建煤岩体超前采动应力力学模型,获得支承压力扰动阶段和采空区卸压阶段底板岩体的力学分布规律,并基于压剪破坏准则及岩体卸荷损伤机制,得到底板岩体及巷道围岩破坏时空演化特征,进一步采用数值模拟进行可靠性验证。结果表明:采高增大,工作面前方煤体塑性区范围增大,超前支承压力集中系数减小;超前采动支承压力越大,底板岩体内主应力差越小,莫尔应力圆半径小,对底板的影响强度减弱,具体表现为底板岩体压剪破坏深度的减小;卸荷后底板岩体受力状态相同,岩体卸荷起点的增大,卸荷量增加,卸荷张拉破坏加剧,底板岩体塑性区呈“马鞍形”;推进过程中巷道围岩塑性区发生由“椭圆形”−“蝶形”−“竖直椭圆形”时空演化特征,采动支承应力越大,巷道破坏越严重,破坏主要集中在顶板及肩角位置。设计初采高度为3.5 m,通过布设光纤测试系统,得到采动过程中底板岩体及巷道随工作面推进变形与破坏的时空演化规律,测得底板岩体破坏深度最大为16.7 m,巷道围岩破坏深度最大为5.2 m,巷道围岩体在整个监测期间内保持稳定,没有发生破坏性影响,满足生产安全需求。

关键词：底板破坏巷道塑性区卸荷时空演化光纤测试

测线布设形态与测点缺失对采煤沉陷预计参数反演的影响

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煤田地质与勘探 2024年第6期52卷 57-68页

作者：郭庆彪余庆郑美楠罗锦安徽理工大学空间信息与测绘工程学院安徽淮南232001 安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学矿业工程学院安徽淮南232001

【目的】准确的采煤沉陷预计参数是实现全周期绿色开采的重要基础依据,基于测线沉陷数据进行反演是获取上述参数的主要手段。【方法】为定量分析测线布设形态与测点缺失对采煤沉陷预计反演的影响,在基于黑猩猩优化算法构建概率积分模型... 详细信息

【目的】准确的采煤沉陷预计参数是实现全周期绿色开采的重要基础依据,基于测线沉陷数据进行反演是获取上述参数的主要手段。【方法】为定量分析测线布设形态与测点缺失对采煤沉陷预计反演的影响,在基于黑猩猩优化算法构建概率积分模型沉陷预计参数反演方法的基础上,结合数值模拟实验反演得到6种测线形态和3个不同位置(最大下沉区域、边界区域和拐点区域)测点缺失时的采煤沉陷预计参数,并揭示其对参数反演结果的影响机理。【结果和结论】结果表明:采用黑猩猩优化算法反演的参数精度较高,下沉系数q的中误差均不超过0.01,影响角正切值tanβ的中误差不超过0.04,开采影响传播角θ_(0)的中误差约为1.1,平均拐点偏移距s_(0)的中误差优于10 m。观测线形态改变对θ_(0)影响较小,但对q、tanβ和s_(0)影响较大,当观测线布设成非标准形态时,单纯依赖参数反演方法可能导致反演结果的失真。当工作面为非充分采动时,最大下沉区域测点缺失对tanβ和θ_(0)影响不大,但随着最大下沉区域缺失测点的增多,最大下沉信息含量逐渐减小,q和s_(0)会逐渐减小。边界区域测点缺失对参数反演影响较小,但会影响下沉盆地移动范围及边界角、移动角等角量参数的确定。拐点区域测点缺失占比不超过40%时,测点缺失对参数反演影响较小,但拐点区域测点缺失占比超过40%时,随着缺失测点的增多,曲线形态失去控制,q和s_(0)会逐渐减小,而tanβ逐渐增大。由于采煤沉陷预计参数间具有强相关性,在适应度函数准则为预测残差平方和最小的约束下,当测线形态改变或测点缺失时,可通过缩小参数寻优范围或插值方法削弱其对参数反演结果的影响。

关键词：开采沉陷参数反演概率积分模型观测线特征黑猩猩优化算法

循环冲击作用下冻融红砂岩动力学特性与损伤机理

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爆炸与冲击 2024年第8期44卷 131-146页

作者：张蓉蓉沈永辉马冬冬平琦杨毅安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001 安徽理工大学省部共建深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001

为探索循环动力扰动作用下冻融岩体的强度和变形特性及损伤机理,开展了两种冲击气压下冻融红砂岩的循环冲击试验,研究了循环冲击次数和冻融次数对应力波传播、动态应力-应变曲线、峰值应力和峰值应变的影响规律;基于Lemaitre应变等效原... 详细信息

为探索循环动力扰动作用下冻融岩体的强度和变形特性及损伤机理,开展了两种冲击气压下冻融红砂岩的循环冲击试验,研究了循环冲击次数和冻融次数对应力波传播、动态应力-应变曲线、峰值应力和峰值应变的影响规律;基于Lemaitre应变等效原理,提出了能够综合考虑循环冲击和冻融影响的累积损伤因子的计算方法,分析了冻融和循环冲击作用后红砂岩的微观结构特征。结果表明:循环冲击荷载下不同冻融次数处理后的红砂岩试样均呈拉伸破坏模式;红砂岩试样可承受的循环冲击次数与冻融次数呈负相关,冻融75次后试样在首次冲击后即达到破坏状态;循环冲击次数主要影响透射波的起跳点、峰值点对应的横坐标和振幅以及反射波的振幅,而冻融循环次数对第一次冲击时透射波的起跳点、峰值点对应的横坐标和振幅影响较大;红砂岩试样累积损伤因子与动态峰值应力呈现较好的负相关变化规律;冻融和循环冲击复合作用后红砂岩内部裂纹沿颗粒边界扩展且与孔洞连接形成较为复杂的网络。

关键词：循环冲击红砂岩冻融循环分离式Hopkinson压杆累积损伤因子

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饱水裂隙砂岩动态力学特性与裂纹扩展规律研究

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岩石力学与工程学报 2024年第S1期43卷 3131-3139页

作者：平琦孙施佳高祺吴世伟李向阳徐一杰胡静唐庆林安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学矿山地下工程教育部工程研究中心安徽淮南232001 安徽理工大学土木建筑学院安徽淮南232001

为研究饱水裂隙岩石动态力学特性及裂纹扩展规律,对预制0°,15°,30°,45°,60°,75°,90°共7种倾角裂隙的砂岩试件进行饱水处理,利用SHPB试验装置开展冲击压缩试验。结果表明:不同倾角预制裂隙的饱水砂岩和天然砂岩试件动应力-应变曲... 详细信息

为研究饱水裂隙岩石动态力学特性及裂纹扩展规律,对预制0°,15°,30°,45°,60°,75°,90°共7种倾角裂隙的砂岩试件进行饱水处理,利用SHPB试验装置开展冲击压缩试验。结果表明:不同倾角预制裂隙的饱水砂岩和天然砂岩试件动应力-应变曲线相似,大致分为3个阶段,试件动抗压强度、动应变和动弹性模量均随裂隙倾角增大整体呈先减小后增大的趋势;与预制裂隙天然砂岩试件相比,饱水砂岩试件动抗压强度和动弹性模量略有提升,而动应变减小,表现出动态加载条件下水作用的Stefan效应。随预制裂隙倾角变化,饱水砂岩试件破坏方式呈现为张拉、剪切和张拉剪切复合型等破坏模式,裂隙倾角0°和15°时为Ⅱ型破坏,30°~75°时为Ⅰ-Ⅱ复合型破坏,90°时为Ⅰ型破坏。预制裂隙砂岩试件裂纹起裂位置主要集中在裂隙尖端附近,起裂角随预制裂隙倾角增大而减小,且入射端起裂角大于透射端。

关键词：岩石力学饱水状态裂隙砂岩冲击压缩 SHPB试验装置