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基于可见光-近红外光谱的煤岩识别方法实验研究

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光谱学与光谱分析 2022年第7期42卷 2135-2142页

作者：徐良骥孟雪莹韦任张坤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 安徽理工大学空间信息与测绘工程学院安徽淮南232001

以淮南矿区谢桥矿和潘二矿的煤和岩石样本为研究对象,通过地物光谱仪采集样本反射率光谱曲线,同时检测样本氧化物含量、水分、灰分及挥发分含量,将样本的反射率光谱曲线和样本成分含量分别作为自变量,样本类别“煤”和“岩石”两种矿物... 详细信息

以淮南矿区谢桥矿和潘二矿的煤和岩石样本为研究对象,通过地物光谱仪采集样本反射率光谱曲线,同时检测样本氧化物含量、水分、灰分及挥发分含量,将样本的反射率光谱曲线和样本成分含量分别作为自变量,样本类别“煤”和“岩石”两种矿物类型作为因变量,建立煤和岩石识别模型对煤和岩石进行二分类。该研究主要采用三种模型,分别为主成分分析结合支持向量机(PCA-SVM)、主成分分析结合BP神经网络(PCA-BP)模型和核主成分分析结合支持向量机(KPCA-SVM)模型。结果表明,基于可见光近红外光谱的三个模型中,核主成分分析结合支持向量机模型的识别精度最高,建模平均精度为95.5%,验证平均精度约为90.56%;基于样本成分的三个模型中,核主成分分析结合支持向量机模型的识别精度最高,建模平均精度为98.5%,验证平均精度约为95%。

关键词：可见光-近红外光谱主成分分析核主成分分析支持向量机 BP神经网络

基于Langmuir模型温度对煤吸附解吸甲烷影响研究

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煤炭科学技术 2021年第5期49卷 182-189页

作者：唐明云张海路段三壮姚冠霖郑春山张亮伟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

为研究热对煤体吸附/解吸瓦斯的作用效果及影响程度,在高压气体吸附仪的基础上,使用外接的恒温水浴装置,对潘三煤矿11-2煤层煤样进行不同温度下的甲烷吸附/解吸试验研究。结果表明:相同温度条件下,甲烷气体吸附量随着压力的增加而增大,... 详细信息

为研究热对煤体吸附/解吸瓦斯的作用效果及影响程度,在高压气体吸附仪的基础上,使用外接的恒温水浴装置,对潘三煤矿11-2煤层煤样进行不同温度下的甲烷吸附/解吸试验研究。结果表明:相同温度条件下,甲烷气体吸附量随着压力的增加而增大,但增加幅度逐渐降低;相同气体压力条件下,甲烷气体吸附量与温度之间呈非线性负相关关系,而且降低幅度逐渐增大;将气体压力修正系数引入到Langmuir方程之后,对不同温度条件下煤样吸附数据拟合,发现与传统的Langmuir方程相比,修正后的Langmuir方程拟合曲线的相关系数更高,而且拟合回归得到的吸附常数a、b的标准误差更小;在Langmuir方程修正模型基础上对不同温度条件下的吸附常数a、b及修正系数c进行了多项式拟合,得到煤吸附甲烷含量与温度、压力之间的耦合方程;试验得到的同一温度条件下煤样对甲烷的吸附和解吸曲线不重合,说明煤样对甲烷的解吸过程滞后于吸附过程,随着试验温度升高,吸附和解吸2条曲线间距越小,表明煤对甲烷的解吸滞后性越弱;利用吸附/解吸滞后评价模型定量计算了不同温度下的吸附/解吸滞后量,通过曲线拟合得到解吸滞后量与温度呈现负指数关系;从吸附热角度进一步揭示了解吸滞后于吸附的原因是吸附热小于解吸热,而且随着温度升高,煤对甲烷吸附/解吸热差值越小,从而导致煤解吸甲烷滞后量也越小。

关键词：气体压力温度吸附热 Langmuir修正方程解吸滞后量

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工作面煤层瓦斯压力与采动应力的耦合效应

煤炭学报 2014年第6期39卷 1089-1093页

作者：谢广祥胡祖祥王磊安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控安徽省重点实验室安徽淮南232001

依据煤层采动应力及瓦斯压力的现场实测,应用数值模拟、数力学理论分析方法,对工作面煤层瓦斯压力与采动应力的相互作用进行了深入研究。研究表明:煤层瓦斯压力与采动应力具有典型的耦合效应,且呈正相关性,瓦斯压力峰值位置超前于采动应... 详细信息

依据煤层采动应力及瓦斯压力的现场实测,应用数值模拟、数力学理论分析方法,对工作面煤层瓦斯压力与采动应力的相互作用进行了深入研究。研究表明:煤层瓦斯压力与采动应力具有典型的耦合效应,且呈正相关性,瓦斯压力峰值位置超前于采动应力;在瓦斯压力峰值前瓦斯压力随采动应力呈现"双增"状态,易失稳引起动力灾变,是煤岩瓦斯动力灾害重点防治区域;依据含瓦斯煤吸附变形与孔隙表面自由能的内在关系,构建了含瓦斯煤采动应力-瓦斯压力互馈效应的数力学模型,揭示了煤层瓦斯压力与采动应力耦合作用的力学机理。

关键词：瓦斯压力采动应力耦合效应动力灾害

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基于高光谱特征吸收峰的煤岩识别方法

光谱学与光谱分析 2021年第6期41卷 1942-1948页

作者：韦任徐良骥孟雪莹吴剑飞张坤安徽理工大学空间信息与测绘工程学院安徽淮南232001 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

煤炭是我国重要的自然资源,在工业和国民经济发展上起到重要的作用。在井下开采过程中,传统的人工识别煤岩界面采煤机切割煤岩效率较为低下,识别准确度较差,存在较多不确定因素。“无人化”逐渐成为未来井下开采的技术发展趋势。实现无... 详细信息

煤炭是我国重要的自然资源,在工业和国民经济发展上起到重要的作用。在井下开采过程中,传统的人工识别煤岩界面采煤机切割煤岩效率较为低下,识别准确度较差,存在较多不确定因素。“无人化”逐渐成为未来井下开采的技术发展趋势。实现无人开采首先需要准确高效的确定煤岩界面,煤岩识别的算法将成为无人化设备的“大脑”。高光谱是近年来发展迅速的一种新兴的技术,在物质识别、分类中具有广泛的应用之处。以高光谱作为煤岩识别的技术手段,采集煤岩高光谱数据,通过对高光谱特征波段的提取来设计算法实现煤岩的识别。煤岩识别是基于煤岩组分的不同,建立在对煤岩的物质构成属性特征上的。煤与岩石元素组分中Al元素的存在形式不同,煤样中的Al元素的存在形式为Al_(2)O_(3),而岩样中Al元素的存在形式为Al(OH)_(3)。Al—OH的晶格的振动使得其在2130~2250 nm波段产生强吸收峰,Al_(2)O_(3)在此波段间不具有强吸收峰,因此以2130~2250 nm作为光谱波段设计算法。以淮南地区矿区为研究区,在多个矿区进行采样,获取焦煤、气煤、瘦煤等煤样23组;获取底板泥岩、砂岩、页岩等岩样25组。对样品进行研磨处理后使用美国ASD公司生产的FieldSpec4光谱仪,采集煤与岩石样本350~2500 nm间的反射光谱,通过预处理之后使用连续统去除法、一阶微分法、二阶微分法和SCA-SID模型法对煤岩特征波段2130~2250 nm进行特征提取,将提取到的特征向量用随机森林和SVM算法进行训练并将模型应用在测试集上进行分类。最终,测试集上的表现良好,整体识别率较高,一阶微分和连续统去除法的识别为83.3%,Kappa系数分别为0.66和0.68。二阶微分法和SCA-SID模型法的识别率都在90%以上,Kappa系数均为0.83。从模型的时间复杂度和空间复杂上来说,二阶微分法较SCA-SID模型法更具有高效性和可靠性。这些识别的方法为实际工程中井下自动化煤岩识别技术提供了应用参考。

关键词：煤岩识别特征向量强吸收峰混淆矩阵

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融合尺度降维和重检测的长期跟踪算法

计算机辅助设计与图形学学报 2021年第3期33卷 385-394页

作者：夏亮张亚黄友锐贾汉坤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淮南232001 安徽理工大学电气与信息工程学院淮南232001

针对长期目标跟踪中存在的目标遮挡、尺度变化和光照变化等干扰造成的跟踪失败问题,提出一种融合尺度降维和重检测的长期目标跟踪算法.该算法在长期相关性跟踪算法的平移估计和尺度估计基础上,采用主成分分析降维策略来减少计算量,并建... 详细信息

针对长期目标跟踪中存在的目标遮挡、尺度变化和光照变化等干扰造成的跟踪失败问题,提出一种融合尺度降维和重检测的长期目标跟踪算法.该算法在长期相关性跟踪算法的平移估计和尺度估计基础上,采用主成分分析降维策略来减少计算量,并建立高置信度样本集;当目标长期遮挡或丢失时,通过自适应阈值来启动在线分类检测器和最佳伙伴相似度匹配,重定位目标位置,并对模板均衡更新.在OTB-2015等标准数据集的部分序列上定量和定性评估的实验结果表明,文中算法的平均距离精度为95.4%,平均重叠成功率为89.2%,平均跟踪速度为23.68帧/s,且在遮挡、尺度变化和光照变化等场景下表现优异,能有效地实现长期目标跟踪.

关键词：长期跟踪相关滤波主成分分析高置信度样本集最佳伙伴相似度

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不同瓦斯压力下煤岩三点弯曲断裂特性研究

煤炭学报 2016年第2期41卷 424-431页

作者：殷志强谢广祥胡祖祥朱传奇安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控安徽省重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学能源与安全学院安徽淮南232001

为探求含瓦斯煤I型裂纹断裂韧度及断裂过程裂纹扩展特性,以原煤制作中心直裂纹半圆盘三点弯曲试样为研究对象,利用自行研制的带视窗的含瓦斯煤岩试验装置,开展了不同瓦斯压力条件下含瓦斯煤I型裂纹断裂特性研究。研究结果表明:在瓦斯赋... 详细信息

为探求含瓦斯煤I型裂纹断裂韧度及断裂过程裂纹扩展特性,以原煤制作中心直裂纹半圆盘三点弯曲试样为研究对象,利用自行研制的带视窗的含瓦斯煤岩试验装置,开展了不同瓦斯压力条件下含瓦斯煤I型裂纹断裂特性研究。研究结果表明:在瓦斯赋存状态下,随瓦斯压力的增大,I型断裂韧度及断裂能耗呈逐渐降低的趋势;含瓦斯煤试样扰度逐渐增大,试样在破坏前塑性形变逐渐明显;裂纹初始扩展速度显著增加(瓦斯压力由0增加至1.5 MPa时,其初始扩展速度由78 m/s提高至239 m/s),且随裂纹长度的增加,扩展速度明显降低;通过数字散斑方法,清晰的描述试样表面变形及裂纹扩展过程,并得到裂纹扩展前的损伤区域。

关键词：含瓦斯煤半圆盘三点弯曲断裂韧度数字散斑

基于线结构光和优化PID的压电柔性机械臂振动控制

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光学精密工程 2021年第11期29卷 2661-2671页

作者：马天兵宫晗杜菲王芳芳陈凯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 安徽理工大学机械工程学院安徽淮南232001

针对单目相机无法感知三维深度信息、双目立体视觉在被测物表面特征不明显时存在局限性以及PID控制器参数整定不理想等问题,将线结构光技术应用于柔性臂的振动检测,并利用细菌觅食算法优化的PID对其进行振动控制。首先搭建了线结构光视... 详细信息

针对单目相机无法感知三维深度信息、双目立体视觉在被测物表面特征不明显时存在局限性以及PID控制器参数整定不理想等问题,将线结构光技术应用于柔性臂的振动检测,并利用细菌觅食算法优化的PID对其进行振动控制。首先搭建了线结构光视觉测振系统,建立了数学模型,完成了视觉标定,验证了该方法的可行性与准确性;然后利用细菌觅食算法对PID控制器进行了参数优化,与经验整定法进行了仿真效果对比;最后进行了柔性臂振动主动控制实验。实验结果表明,针对柔性臂的一阶模态振动,利用经验法整定的PID控制方法平均控制效果为25.65%,而利用细菌觅食算法优化的PID控制方法平均控制效果为39.32%,验证了细菌觅食算法优化PID控制器参数的优越性。

关键词：柔性机械臂线结构光 PID控制细菌觅食算法双目立体视觉

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不同围压下原煤力学特性及裂隙演化特征

地下空间与工程学报 2024年第5期20卷 1503-1514页

作者：王磊张宇陈礼鹏李少波朱传奇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

通过受载煤岩工业CT扫描系统进行了不同围压下原煤的三轴压缩试验,探究不同围压下原煤的力学特性和破坏特征,并结合自身的CT扫描系统获得了原煤失稳破坏全过程CT扫描信息,分析了在不同围压下原煤的裂隙扩展演化规律。结果表明:(1)随着... 详细信息

通过受载煤岩工业CT扫描系统进行了不同围压下原煤的三轴压缩试验,探究不同围压下原煤的力学特性和破坏特征,并结合自身的CT扫描系统获得了原煤失稳破坏全过程CT扫描信息,分析了在不同围压下原煤的裂隙扩展演化规律。结果表明:(1)随着围压的增大,偏应力应变曲线整体向右偏移,峰值强度呈线性增长、而峰值应变和弹性模量均以二次函数的形式上升,且峰值强度的增长量最大;(2)基于CT扫描图像,煤样内部裂隙演化特征可以分为裂隙压密缓慢减少阶段、裂隙萌生稳定发育阶段、裂隙快速增加阶段、裂隙扩展贯通阶段4个阶段,且随着围压的增加,裂纹密度逐渐减小;(3)在三轴加载下,原煤的破坏形式以剪切破坏为主,破断角大小为20°~40°,且随着围压的增加,破断角呈二次函数增长。研究结果对井下巷道、采场支护设计、围岩稳定性判断和矿井灾害事故防治具有参考意义。

关键词：围压原煤力学参数 CT扫描裂隙演化

基于多场耦合能量和熵产分析的矿用双盘式磁力耦合器参数多目标优化

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煤炭学报 2022年第10期47卷 3840-3850页

作者：王爽郭永存李德永程刚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 安徽理工大学机械工程学院安徽淮南232001

传统煤矿机电装备的传动装置存在污染性介质、传递效率低、占地体积大、维护费用高、使用寿命短等缺陷,造成故障发生率高,严重影响机械化采、掘、提、运、通、排等工作的安全高效生产。而矿用双盘式磁力耦合器具备高效调速性、适应能力... 详细信息

传统煤矿机电装备的传动装置存在污染性介质、传递效率低、占地体积大、维护费用高、使用寿命短等缺陷,造成故障发生率高,严重影响机械化采、掘、提、运、通、排等工作的安全高效生产。而矿用双盘式磁力耦合器具备高效调速性、适应能力强、运行成本低等优点,是革命性的节能传动装置。电磁-温度-应力耦合能量作用是一个相当复杂的问题,已成为磁力耦合领域的热点课题之一,针对不同工况下矿用双盘式磁力耦合器的安全运行和高效传动问题,提出基于多场耦合和熵产最小化理论的多目标优化方法。基于矿用双盘式磁力耦合器热力学模型,以综合考虑提高传动效率和散热量为优化目标,以输入电机转速、散热翅片个数、散热翅片长度、气隙长度为参数变量,建立了多目标优化模型。为了减少试验成本,采用有限元法获取各参数变量组合对应的散热量和熵产,并通过物理实验验证其有效性。基于四因素三水平的仿真数据,利用改进的高斯回归模型构建预测散热量和熵产,并对比改进模型与其他两种模型的性能,证明了改进模型在精度和响应时间上的优势;采用多目标粒子群算法,以最小熵产和最大散热量为目标,优化得到参数变量的Pareto前沿。物理试验结果验证了该算法的有效性。

关键词：双盘式磁力耦合器多场耦合能量熵产分析多目标优化