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裂缝小目标缺陷的轻量化检测方法

湖南大学学报（自然科学版） 2024年第6期51卷 52-62页

作者：贾晓芬江再亮赵佰亭安徽理工大学电气与信息工程学院安徽淮南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

及时且准确捕获井壁出现的微小裂缝,对于井筒安全意义重大.轻量化检测模型是推动井壁裂缝自动检测的关键,打破现有方法聚焦于提取深层语义信息的局限,重视浅层特征表征的几何结构信息的应用,针对井壁裂缝提出轻量化检测模型E-YOLOv5s.... 详细信息

及时且准确捕获井壁出现的微小裂缝,对于井筒安全意义重大.轻量化检测模型是推动井壁裂缝自动检测的关键,打破现有方法聚焦于提取深层语义信息的局限,重视浅层特征表征的几何结构信息的应用,针对井壁裂缝提出轻量化检测模型E-YOLOv5s.首先融合普通卷积、深度可分离卷积和ECA注意力机制设计轻量化卷积模块ECAConv,再引入跳跃链接构建特征综合提取单元E-C3,得到骨干网络ECSP-Darknet53,它负责显著降低网络参数,同时增强对裂缝深层特征的提取能力.然后设计特征融合模块ECACSP,利用多组ECAConv和ECACSP模块组建细颈部特征融合模块E-Neck,旨在充分融合裂缝小目标的几何信息和表征裂缝开裂程度的语义信息,同时加快网络推理速度.实验表明,E-YOLOv5s在自制井壁数据集上的检测精度相较YOLOv5s提升了4.0%,同时模型参数量和GFLOPs分别降低了44.9%、43.7%.E-YOLOv5s有助于推动井壁裂缝自动检测的应用.

关键词：裂缝缺陷小目标深度学习深度可分离卷积

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矿用水泥基注浆材料的发展及展望

中国矿业大学学报 2024年第1期53卷 1-22页

作者：赵光明王艳芬艾洁程详李英明孟祥瑞顾清恒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 安徽理工大学材料科学与工程学院安徽淮南232001

水泥注浆材料是注浆技术的关键环节,由于结石体强度高、价格低廉、材料来源丰富且无毒,在煤炭行业巷道围岩加固、软岩矿井、矿山充填、堵水防渗及防突水工程等领域发挥关键作用.采用一定工艺技术或掺入合适外加剂,是改善水泥浆液性能、... 详细信息

水泥注浆材料是注浆技术的关键环节,由于结石体强度高、价格低廉、材料来源丰富且无毒,在煤炭行业巷道围岩加固、软岩矿井、矿山充填、堵水防渗及防突水工程等领域发挥关键作用.采用一定工艺技术或掺入合适外加剂,是改善水泥浆液性能、提高结石体力学特性并获得高性能、多功能和绿色环保注浆材料的有效途径.本文提出了矿用注浆材料体系框架,包括注浆理论、注浆材料、注浆设备、注浆工艺及工程应用;综述了近年来矿用水泥基注浆材料的研究成果,包括超细水泥基注浆材料、粉煤灰-水泥注浆材料、水泥-水玻璃注浆材料和其他类水泥基注浆材料,如聚氨酯-水泥、氧化石墨烯-水泥、纳米材料-水泥、活化煤矸石/矿渣-水泥、纤维-水泥基材料,归纳了不同矿用水泥基浆液的优点、缺点及工程应用条件;介绍了矿用水泥基注浆材料在煤矿围岩加固、矿山充填、堵水防渗及钻孔封堵领域的工程应用,并展望了矿用水泥基注浆材料的发展趋势,为我国煤矿注浆材料的研发指明方向.

关键词：煤矿水泥基注浆材料围岩加固矿山充填堵水防渗钻孔封孔

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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

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含结构面岩体岩爆特征真三轴试验研究

岩石力学与工程学报 2024年第1期43卷 120-132页

作者：李育宗袁亮张庆贺王圣涛穆朝民章新生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 中铁四局集团有限公司安徽合肥230023

工程实践表明,含结构面岩体岩爆发生范围更广,频率更高,工程安全风险更大。对含结构面岩体岩爆机制及破坏特征的深入研究对于深埋地下工程岩爆灾害的防控和治理具有重要意义。基于深埋高应力隧洞含结构面岩体岩爆的典型破坏模式,开展室... 详细信息

工程实践表明,含结构面岩体岩爆发生范围更广,频率更高,工程安全风险更大。对含结构面岩体岩爆机制及破坏特征的深入研究对于深埋地下工程岩爆灾害的防控和治理具有重要意义。基于深埋高应力隧洞含结构面岩体岩爆的典型破坏模式,开展室内含结构面花岗岩、灰岩和砂岩试样的真三轴试验,通过荷载‐位移、声发射、围岩体加速度和高速摄影等多种监测手段,研究不同结构面倾角及不同岩性影响下含结构面岩体岩爆特征及破坏机制。研究结果表明,结构面倾角(结构面与最大主应力平面的夹角)、结构面参数(内摩擦角和黏聚力)对含结构面岩体的破坏模式起控制性作用。当结构面倾角较小时,含结构面围岩发生应变型劈裂破坏;当结构面倾角较大时,岩体呈沿结构面剪切滑移破坏特征。当含结构面岩体发生应变型劈裂破坏时,结构面两侧岩体产生与临空面近似平行的张拉裂缝或裂隙,并伴随剧烈岩爆,岩爆坑边界是结构面及劈裂缝围成的空间区域,岩爆弹射体的最大加速度可达13.56 g。而当含结构面岩体发生剪切滑移破坏时,岩体破坏能量大大弱化,几乎无动力破坏现象产生。研究成果可为深埋高应力地下工程灾害防控与治理提供重要参考。

关键词：岩石力学岩爆结构面倾角真三轴试验声发射

单轴压缩下含钻孔煤样力学行为试验与数值模拟

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煤炭科学技术 2024年

作者：焦振华倪志辉胡浩杨利文李睿马家宝安徽理工大学安全科学与工程学院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

煤层钻孔卸压是目前现场应用最为广泛的冲击地压防治技术，为探明孔洞缺陷对煤体力学特性、能量积聚释放以及破坏模式的影响规律，通过开展单轴加载试验，并结合颗粒离散元模拟，分别从宏细观角度研究不同孔径煤样应力应变曲线、能量演... 详细信息

煤层钻孔卸压是目前现场应用最为广泛的冲击地压防治技术，为探明孔洞缺陷对煤体力学特性、能量积聚释放以及破坏模式的影响规律，通过开展单轴加载试验，并结合颗粒离散元模拟，分别从宏细观角度研究不同孔径煤样应力应变曲线、能量演化规律、裂纹扩展破坏特征。结果表明：含孔煤样的力学参数均显著低于完整煤样，随钻孔直径的增加，含孔煤样的峰值强度、峰值应变与弹性模量均呈衰减趋势。加载过程中含孔煤样在峰值应力前均出现应力突降现象，在数值模拟中表现更加明显，表明钻孔的存在破坏了煤样的原始结构，使其承载力发生弱化。完整和含孔煤样能量演化规律基本一致，在达到峰值强度前，以弹性能积聚为主，峰值强度后，耗散能急剧增加。相较于其它力学参数，弹性能指标下降幅度更大。钻孔直径越大，能量耗散比急剧上升时对应的应变越小，从而越不容易积聚能量发生冲击性破坏。通过数值模拟对比煤样破坏前后应力场分布可以看出，拉应力数值和分布范围均随钻孔直径增大而增大，钻孔直径对拉应力区域的扩展和拉应力的大小均有显著影响。从应力张量演化的分析中发现，应力的大小及方向对裂隙的萌生与发展均有导向作用，钻孔周围会出现明显的应力偏转现象。

关键词：钻孔煤样力学行为能量耗散破坏模式数值模拟

不同冲击气压下煤样动态剪切强度的长径比效应

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岩土工程学报 2024年第1期46卷 131-139页

作者：王磊陈礼鹏袁秋鹏焦振华刘怀谦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 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083

采用Φ50mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,开展了不同冲击气压下直径75mm,长径比分别为0.20,0.27,0.33,0.40和0.47的5组煤样的动态剪切试验,划分了煤动态剪应力时程曲线的阶段,探讨了冲击气压对煤样动态剪切强度的影响,分析了煤样... 详细信息

采用Φ50mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,开展了不同冲击气压下直径75mm,长径比分别为0.20,0.27,0.33,0.40和0.47的5组煤样的动态剪切试验,划分了煤动态剪应力时程曲线的阶段,探讨了冲击气压对煤样动态剪切强度的影响,分析了煤样动态剪切强度和加载率的长径比效应,并建立了长径比效应理论模型。研究结果表明:①煤样动态剪应力时程曲线可分为应力初始上升、应力线性增长、应力缓慢上升和应力下降4个阶段;②煤样动态剪切强度与冲击气压呈正线性相关,但不同长径比下增加幅度存在差异,具体表现为:相同冲击气压增量下,煤样长径比越小,动态剪切强度的增加幅度越大;③煤样动态剪切强度和加载率均与长径比有关,在0.25,0.35 MPa较低冲击气压与0.45,0.55 MPa较高冲击气压下分别呈现出正、负长径比效应,并通过方差分析确定了长径比对其影响最小的冲击气压为0.376MPa;④建立了不同冲击气压下煤样动态剪切强度长径比效应理论模型,通过加载率效应推导出加载率长径比效应理论模型,并验证了模型的合理性和准确性。

关键词：煤长径比效应动态剪切强度加载率敏感性

冲击载荷下煤样动力学响应特性与损伤本构模型

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振动与冲击 2024年第9期43卷 139-148页

作者：杨科许日杰刘帅刘文杰张杰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 安徽理工大学安全科学与工程学院安徽淮南232001

为研究深部煤体动载响应规律,采用分离式霍普金森压杆试验系统对信湖矿煤样开展了不同应变率的单轴冲击压缩试验。研究结果表明:冲击载荷下煤样动态抗压强度强度具有明显的应变率效应,且随着应变率增大,应变硬化现象愈发明显;煤样反射... 详细信息

为研究深部煤体动载响应规律,采用分离式霍普金森压杆试验系统对信湖矿煤样开展了不同应变率的单轴冲击压缩试验。研究结果表明:冲击载荷下煤样动态抗压强度强度具有明显的应变率效应,且随着应变率增大,应变硬化现象愈发明显;煤样反射能、透射能、吸收能、耗能密度与应变率呈一次函数关系,耗能占比与应变率呈指数型函数关系,且均保持正相关。基于经典朱-王-唐模型、Weibull分布、Drucker-Prager准则,建立了考虑煤样损伤与黏滞性特征的动态统计损伤本构模型,并对本构模型的准确性与普适性进行了验证。该模型能够较好地描述煤样冲击动态力学行为,为动载影响下深地煤炭安全开采提供了基础研究。

关键词：煤应变率朱-王-唐模型动态损伤本构模型分离式霍普金森压杆

循环冲击荷载作用下煤岩组合体力学响应和能量耗散特征研究

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振动与冲击 2024年第20期43卷 150-161页

作者：杨科郑诗章刘文杰许日杰张寨男刘帅池小楼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 都灵理工大学环境、土地和基础设施工程学院都灵10129

为探究循环冲击下煤岩组合体的力学响应与能量耗散特征,采用分离式霍普金森压杆试验系统,设计开展5种不同冲击速度的煤岩组合体循环冲击压缩试验,对比分析不同冲击速度下组合体动态应力应变关系、能量耗散特性和破坏特征。研究结果表明... 详细信息

为探究循环冲击下煤岩组合体的力学响应与能量耗散特征,采用分离式霍普金森压杆试验系统,设计开展5种不同冲击速度的煤岩组合体循环冲击压缩试验,对比分析不同冲击速度下组合体动态应力应变关系、能量耗散特性和破坏特征。研究结果表明:循环冲击下煤岩组合体存在明显的临界效应,冲击速度低于临界速度时动态抗压强度在冲击前期迅速降低,峰值应变变化率随冲击速度增加而降低;循环冲击下试件总吸收能和分形维数逐渐增大,在临界速度时达到峰值,超过临界速度后两者皆降低;冲击速度超过临界速度后,总吸收能相同时循环冲击条件下煤岩体破坏程度高于单次冲击;当煤岩强度比为1∶2时,随着总吸收能的增加,岩体从积聚和传递能量作用转向于加剧组合体破坏;冲击作用下组合体呈张拉劈裂破坏,低速条件下宏观裂纹萌发主要发生在远离胶结面的煤体端面,随着冲击速度增大远离胶结面岩体一侧亦有裂纹出现,根据失稳发生区域组合体破坏类型分为煤体失稳型和组合体失稳型,循环冲击下均发生组合体失稳型破坏。研究结果为软弱岩层动压巷道与采场围岩稳定性控制提供基础研究。

关键词：循环冲击煤岩组合体动力学特性能量耗散分形维数裂纹扩展

基于RSM-BBD的多源煤基固废胶结体配比及性能研究

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材料导报 2024年第9期38卷 149-155页

作者：赵新元杨科何祥魏祯于祥张继强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 安徽理工大学矿业工程学院安徽淮南232001 合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室) 合肥230000

本工作采用响应面法(RSM)Box-Behnken Design(BBD)模式对脱硫石膏、气化细渣和炉底渣等多源煤基固废进行配比优选,并研究了最优配比胶结体的力学性能、孔隙结构、热稳定性、微观结构等特性。结果表明:(1)气化细渣掺量对胶结体的1 d强度... 详细信息

本工作采用响应面法(RSM)Box-Behnken Design(BBD)模式对脱硫石膏、气化细渣和炉底渣等多源煤基固废进行配比优选,并研究了最优配比胶结体的力学性能、孔隙结构、热稳定性、微观结构等特性。结果表明:(1)气化细渣掺量对胶结体的1 d强度影响最大,脱硫石膏掺量对胶结体3 d和7 d强度影响最大,两种固废的交互作用对胶结体早期强度影响最显著,表现为负效应;在粉煤灰与矸石质量比为0.4∶1和质量浓度为80%的条件下,获得脱硫石膏、气化细渣和炉底渣的最优质量比为0.2∶0.1∶0.1,并分析了最优配比胶结体的压缩变形和破坏特征。(2)研究了胶结体的微观特性:胶结体内存在密集细颈型封闭孔隙,孔直径范围在5~3.7×10^(5) nm,微孔较少,以中、大孔为主;胶结体在55~65℃和90~120℃区间出现游离水和结晶水的吸热脱水反应,在600~700℃区间出现结构水、羟基水的脱除和水化产物的分解,在800℃累计失重约8%。(3)煤基固废胶结体的水化反应以水泥为主,固废之间未发生化学反应,水化产物为少量短杆状钙矾石相和薄层绒状C-S-H凝胶;钙矾石中少量Al^(3+)被Si^(4+)取代,少量SO_(4)^(2-)被CO_(3)^(2-)取代。

关键词：煤基固废胶结充填体响应面法配比优化微观特性