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花岗岩劈裂破坏电磁-震动有效信号重构与混沌特征

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煤炭学报 2024年第3期49卷 1375-1387页

作者：宋大钊童永军邱黎明韦梦菡王满郭明功北京科技大学土木与资源工程学院北京100083 炼焦煤资源绿色开发全国重点实验室河南平顶山467036 平顶山天安煤业股份有限公司河南平顶山467036

电磁辐射、震动监测技术广泛应用于地下工程动力灾害的监测预警,对地下工程的安全高效开发具重要意义。深入研究电磁-震动信号有助于推动岩体监测预警技术的发展,然而当前电磁辐射和震动信号(电磁-震动)分析主要集中于信号的相关性和时... 详细信息

电磁辐射、震动监测技术广泛应用于地下工程动力灾害的监测预警,对地下工程的安全高效开发具重要意义。深入研究电磁-震动信号有助于推动岩体监测预警技术的发展,然而当前电磁辐射和震动信号(电磁-震动)分析主要集中于信号的相关性和时频特征,对于花岗岩破裂电磁-震动信号的非线性动力特征研究较少,相关特征尚未明确。基于此,利用经验模态信号(EMD)重构和分形理论相结合的方法,分析了花岗岩劈裂破坏电磁-震动信号的混沌特征,揭示了电磁-震动信号非线性动力特征。研究结果表明:花岗岩劈裂破坏产生的电磁辐射与震动信号在时间上具有较好的一致性,劈裂破坏产生的电磁-震动信号频谱集中在中低频段;花岗岩破坏有效电磁辐射信号的盒维数D_(E)=1.600 6,有效震动信号的盒维数D_(A)=1.594 8,两者频率结构特征高度相似;利用EMD分解重构方法可以获得花岗岩破裂有效电磁辐射与震动信号,使用EMD分解重构去除了高频存在的干扰对花岗岩破裂电磁-震动信号中的混沌特征描述更为精准。有效电磁辐射与震动信号包含的低频、大能量信号比原始信号更多,更能表征微小裂纹扩展;重构后电磁-震动信号的不均匀度相较于初始信号整体有明显的上升,不同能量信号出现的频率关系整体出现下降,重构后的有效电磁-震动信号以低频、大能量信号为主,但震动信号的不均匀程度大于电磁辐射。

关键词：电磁-震动信号信号重构经验模态分解混沌分析分形维数

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气动力脉冲-水力耦合冲击预裂破岩试验研究

工程爆破 2024年

作者：张创业胡少斌蔡余康平顶山天安煤业股份有限公司十二矿河海大学土木与交通学院

为解决深部矿井地层体积压裂难的问题，通过构建深孔超前气动预裂破岩试验装置，并以大尺寸混凝土为压裂对象，开展气动力脉冲-水力耦合冲击破岩试验，探究了气动力脉冲-水力耦合冲击波在钻孔管道中的传播衰减规律，及其在含裂隙岩体中... 详细信息

为解决深部矿井地层体积压裂难的问题，通过构建深孔超前气动预裂破岩试验装置，并以大尺寸混凝土为压裂对象，开展气动力脉冲-水力耦合冲击破岩试验，探究了气动力脉冲-水力耦合冲击波在钻孔管道中的传播衰减规律，及其在含裂隙岩体中的破岩效果。试验结果表明：初始气动力脉冲压力越高，耦合脉冲在管道中的衰减系数越低，当压力达到35MPa以上时，衰减系数小于10%，并推导得出100MPa压力下的衰减系数仅为6.48%；低压气动力脉冲对于岩石的致裂效果不明显，而在40MPa以上高压气动力脉冲作用下，混凝土试块裂纹数量增多，隙宽增加，其中最大裂纹宽度达1cm。该研究成果可为进一步探索深层矿井在高地应力下的岩体破裂及其他相关工程领域提供基础。

关键词：破岩装备高压脉冲超前预裂高压低渗

基于HSV空间的煤矿井下低光照图像增强方法

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红外技术 2024年第1期46卷 74-83页

作者：张亚邦李佳悦王满利平顶山天安煤业股份有限公司六矿河南平顶山467000 河南理工大学物理与电子信息学院河南焦作454000

针对煤矿井下采集到的图像对比度低、光照不均和细节信息弱等问题,提出一种基于色相-饱和度-明度(Hue-Saturation-Value,HSV)颜色空间的煤矿井下低光照图像增强方法。该方法基于图像的HSV空间,通过对低光照图像的亮度通道V通道的主要结... 详细信息

针对煤矿井下采集到的图像对比度低、光照不均和细节信息弱等问题,提出一种基于色相-饱和度-明度(Hue-Saturation-Value,HSV)颜色空间的煤矿井下低光照图像增强方法。该方法基于图像的HSV空间,通过对低光照图像的亮度通道V通道的主要结构和边缘细节分别进行对比度增强,这样可以更好地抑制图像细节丢失,同时可以较好地再现原图中的轮廓和纹理细节。首先,将输入的煤矿井下低光照图像转换到HSV空间,利用相对全变分滤波(RTV)与改进的边窗滤波(SWF),分别对提取的V通道图像进行主要结构提取和轮廓边缘保留,对其非线性灰度拉伸后利用主成分分析融合技术(PCA)重构V通道图像,即融合V通道图像的主要结构和精细结构,最后合成图像,完成图像增强。通过实验验证,提出的基于HSV空间的煤矿井下低光照图像增强方法,在色彩和边缘模糊处理等方面表现良好,在煤矿井下工作面等环境中,对图像进行定量和定性实验,结果表明,与6种方法相比,增强图像的对比度、自然度和图像细节方面表现更好。

关键词：图像增强 HSV空间煤矿井低光照图像相对全变分滤波边窗滤波

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真三轴循环荷载下含裂缝砂岩能量和损伤分析

煤矿安全 2024年第5期55卷 170-179页

作者：李喜员孙矩正秦佩周洋平顶山天安煤业股份有限公司河南平顶山467002 中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁沈阳110011

探究真三轴循环荷载作用下含裂缝砂岩能量演化有助于明确岩石损伤破坏规律。开展了真三轴循环加卸载试验,分析了吸收总能量、弹性能、耗散能和塑性变形能的演化特征,并建立岩石损伤评价模型,结合断裂面细观损伤特征,探讨了岩石损伤破坏... 详细信息

探究真三轴循环荷载作用下含裂缝砂岩能量演化有助于明确岩石损伤破坏规律。开展了真三轴循环加卸载试验,分析了吸收总能量、弹性能、耗散能和塑性变形能的演化特征,并建立岩石损伤评价模型,结合断裂面细观损伤特征,探讨了岩石损伤破坏规律。结果表明:随着裂缝角度增大,试样强度越大,破坏时吸收总能量越大,分别为0.238、0.276、0.307、0.332 MJ/m^(3);试验时吸收总能量、弹性能、耗散能均逐渐增加,塑性变形能先减小后增大;通过滞回环能量和总耗散能量,建立岩石损伤破坏评价指标,两者评价结果一致,岩石损伤程度随加卸载进行呈非线性变化;试样破坏时经历循环加卸载次数越多,受挤压摩擦程度越高,断裂面细观形貌越复杂。

关键词：真三轴循环加卸载含裂缝砂岩能量演化裂缝角度岩石损伤

千米深井煤层水力压裂作用下裂隙应力场演化规律的数值模拟研究

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能源与环保 2024年第4期46卷 32-37,43页

作者：李延辉平顶山天安煤业股份有限公司一矿河南平顶山467000

为了掌握千米深井煤层水力压裂作用下煤体内部裂隙应力场演化规律,更科学地开展超千米矿井煤层水力压裂增透瓦斯综合治理工作,以平煤股份一矿超千米埋深的戊8-31240工作面为建模背景,采用RFPA-2D数值模拟软件,建立了煤体内部裂隙发育—... 详细信息

为了掌握千米深井煤层水力压裂作用下煤体内部裂隙应力场演化规律,更科学地开展超千米矿井煤层水力压裂增透瓦斯综合治理工作,以平煤股份一矿超千米埋深的戊8-31240工作面为建模背景,采用RFPA-2D数值模拟软件,建立了煤体内部裂隙发育—应力场扰动数值模型,模拟得到了水力压裂作用下深部煤体内部裂隙应力场演化过程。研究结果表明,深部煤体内部在水力压裂作用下,首先由水流浸润煤体,微裂隙在压裂孔四周区域萌生,在孔左上、右上两侧区域形成“V”形主级宏观裂隙呈扇形继续扩展发育,然后在孔左下、右下两侧区域微裂隙贯通形成“Λ”形次级宏观裂隙,最后孔两侧主、次级宏观裂隙贯通,呈现“X”形裂隙扩展主导压裂,并产生更多微裂隙,使深部煤体受水力压裂的影响范围不断扩大;深部煤体水力压裂开始阶段,内部破坏向压裂孔四周随机发生,随着压裂压力升高,煤体破坏开始向压裂孔上下区域延伸,但远小于向压裂孔两侧破坏速度,煤体破坏更多集中在煤层上部,表明水力压裂将会对煤层顶板造成较大冲击;深部煤体受水力压裂作用,条带状剪应力、块状拉应力主要集中在裂隙的尖端附近区域,剪应力从13.5 MPa卸压到1.1 MPa,卸压降幅91%,而拉应力从11.0 MPa卸压到2.2 MPa,卸压降幅80.0%,其拉应力卸压效果要小于剪应力的卸压效果,随着压裂的裂隙向煤体深部延伸转移,最终在单个压裂孔前后25 m范围区域形成剪—拉双重作用卸压区,使地应力得到释放,大大提高了深部煤体的透气性。数值模拟研究可为千米矿井深部煤层水力压裂技术工艺参数优化实施提供一定参考。

关键词：千米深井水力压裂裂隙应力场演化剪—拉双重作用卸压区数值模拟

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煤矿掘进巷道锚杆支护方式的应用与分析

中国科技期刊数据库工业A 2024年第8期 0089-0092页

作者：史鲁平平顶山天安煤业股份有限公司四矿河南平顶山467000

相关企业在煤矿开采的过程中,应重点关注煤矿掘进巷道锚杆支护方式的应用,由于掘进巷道属于地下作业,其顶板和底板时常会受到周围岩层的压力,锚杆作为煤矿巷道施工中的主要支护方式,在煤矿巷道中应用十分广泛,尤其是在厚煤层掘进中,锚... 详细信息

相关企业在煤矿开采的过程中,应重点关注煤矿掘进巷道锚杆支护方式的应用,由于掘进巷道属于地下作业,其顶板和底板时常会受到周围岩层的压力,锚杆作为煤矿巷道施工中的主要支护方式,在煤矿巷道中应用十分广泛,尤其是在厚煤层掘进中,锚杆支护可以发挥出更大价值。因此,如何有效使用锚杆支护方式提高巷道的稳定性、安全性就成为煤矿企业需要关注的重点问题,本文将对煤矿掘进巷道锚杆支护方式的应用进行详细分析和介绍,希望能为相关人员提供参考和帮助。

关键词：掘进巷道锚杆支护应用与分析煤矿巷道

超远距离下组煤层超前开采覆岩应力及裂隙演化规律研究

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辽宁工程技术大学学报（自然科学版） 2024年第2期43卷 143-149页

作者：李延河郭明功张肖洋孙维吉房胜杰中国平煤神马集团河南平顶山467000 平顶山天安煤业股份有限公司八矿河南平顶山467000 辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学矿业学院辽宁阜新123000

为探究平煤股份八矿超远距离下组煤层超前开采对上覆煤岩层的影响,采用相似材料模拟实验分析超远距离下组煤层超前开采上覆煤岩层裂隙及应力演化规律,并进行现场验证。研究结果表明:超远距离下组煤层超前开采条件下,随工作面推进,上覆... 详细信息

为探究平煤股份八矿超远距离下组煤层超前开采对上覆煤岩层的影响,采用相似材料模拟实验分析超远距离下组煤层超前开采上覆煤岩层裂隙及应力演化规律,并进行现场验证。研究结果表明:超远距离下组煤层超前开采条件下,随工作面推进,上覆煤岩层裂隙率呈先上升后平稳的趋势,当工作面从187 m推进至272 m,裂隙发育最快;超远距离下组煤层超前开采对上覆煤岩层有卸压效果,但与常规情况下相比卸压滞后距离较大;上覆岩层卸压比戊组煤层大;通过现场验证发现,随工作面推进,矿压呈先上升再下降后稳定的趋势,并将工作面区域分为未干扰区、应力集中区、卸压区和稳定区。研究结论可为平煤矿区远距离下组煤层超前开采、上组煤层工作面瓦斯防治和采区工作面采掘部署提供参考。

关键词：超远距离相似材料模拟应力演化卸压效果