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基于5G的电液控设备邻架控制方法

工矿自动化 2024年第S1期 165-168页

作者：张科学张立亚李晨鑫魏春贤高鹏华北科技学院河北省矿山智能化开采技术重点实验室煤炭科学技术研究院有限公司煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室北京市煤矿安全工程技术研究中心

针对综采工作面电液控设备支架远程控制实时性较差、成本高等问题，分析了5G在电液控设备邻架控制中的适用性，提出了基于5G的电液控设备邻架控制方法。结合5G高速、低延迟和大容量连接的特性，实现了对邻架控制的高效、精确和可靠控制... 详细信息

针对综采工作面电液控设备支架远程控制实时性较差、成本高等问题，分析了5G在电液控设备邻架控制中的适用性，提出了基于5G的电液控设备邻架控制方法。结合5G高速、低延迟和大容量连接的特性，实现了对邻架控制的高效、精确和可靠控制。介绍了电液控设备和邻架控制的基本原理，详细阐述了5G在电液控设备邻架控制系统的应用与架构，通过实验对基于5G的电液控设备邻架控制方法的可行性和有效性进行了验证。

关键词：综采工作面电液控设备邻架控制 5G

综采工作面液压支架压力预测下人员安全保障研究

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西安科技大学学报 2024年第2期44卷 379-390页

作者：张婧李冰张科学高丽铄张立志西安科技大学计算机科学与技术学院陕西西安710054 华北科技学院河北省矿山智能化开采技术重点实验室北京101601 西安外事学院工学院陕西西安710077

工作面区域液压支架压力变化会导致支架关联区域安全态势发生变化,提前预测支架压力值变化能够在一定程度上预防相应的事故发生。聚焦煤矿工作面支架下的人员安全问题,根据支架压力和人员轨迹的预测结果,提前对移动轨迹可能经过危险支... 详细信息

工作面区域液压支架压力变化会导致支架关联区域安全态势发生变化,提前预测支架压力值变化能够在一定程度上预防相应的事故发生。聚焦煤矿工作面支架下的人员安全问题,根据支架压力和人员轨迹的预测结果,提前对移动轨迹可能经过危险支架位置的人员进行提醒,提高对工作面区域作业人员的安全保障水平。首先,提出了基于AMG-TSMixer支架群组的压力值预测方法,通过AMG算法充分挖掘同一工作面不同支架的时空关系,利用TSMixer来预测支架群组的压力值,结合矿方现有的矿压监测预警系统和方法,对支架所处区域的安全状态进行超前分析;其次,提出了一种基于GRU-Transformer网络的人员轨迹预测方法,通过GRU网络对时空特征进行捕捉,从而增强Transformer模型的记忆能力,把人员之间的复杂相互作用关系进行更详细的挖掘。通过人员轨迹和支架安全区域的分析判断结果,给人员安全保障提供未来的解决方案。结果表明:所提出的AMG-TSMixer方法在RMSE和MAPE两项指标上相比于同类代表性方法提升了5.9%,10.7%;GRU-Transformer方法在ADE和FDE两项指标上相比于同类代表性方法提升了14%和19%。支架群组的压力值预测和人员轨迹预测方法相互结合,不仅能有效预测出支架群组的压力值,还能预测出更真实的人员运动轨迹,对煤矿综采工作面上作业人员的安全保障发挥了重要作用。

关键词：支架压力预测人员轨迹预测人员安全 GRU-Transformer

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微生物浸铀应力场-渗流场-化学场-生物场耦合模型及工程应用探讨

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采矿与安全工程学报 2024年第1期41卷 47-57页

作者：崔光磊杨道松罗嘉明陈天宇杨成祥东北大学资源与土木工程学院深部金属矿山安全开采教育部重点实验室辽宁沈阳110819 东北大学辽宁省深部工程与智能技术重点实验室辽宁沈阳110819

为了研究微生物浸铀工艺过程中的微生物行为特征和工艺参数对铀地浸效果的影响,建立了同时考虑微生物生长的储层变形、物质运移传递和化学反应的微生物浸铀耦合模型,以新疆伊犁盆地某砂岩型铀矿为工程背景,采用COMSOL Multiphysics有限... 详细信息

为了研究微生物浸铀工艺过程中的微生物行为特征和工艺参数对铀地浸效果的影响,建立了同时考虑微生物生长的储层变形、物质运移传递和化学反应的微生物浸铀耦合模型,以新疆伊犁盆地某砂岩型铀矿为工程背景,采用COMSOL Multiphysics有限元分析软件针对微生物浸铀过程进行了数值模拟。结果表明:微生物浸铀过程中浸出液铀浓度整体趋势为浸出开始后逐渐上升,400 d左右达到峰值,最后再缓慢下降;抽注单元尺度分析浸铀过程存在溶浸死角;抽注液流量越高,浸出液铀浓度所能达到的峰值也就越高;微生物数量与可逆解吸附速率和最大比生长速率呈正相关,与可逆吸附速率和比衰亡速率呈负相关;抽注液井附近由于流体压力的不同,渗透率的演化规律也不同。研究结果对于微生物浸铀工艺有一定的指导意义。

关键词：微生物地浸采铀数值模拟多场耦合

煤矿不等长工作面微震事件空间分布特征及其影响因素

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煤田地质与勘探 2024年第6期52卷 128-136页

作者：周金艳杨洪增高杰涛河北煤炭科学研究院有限公司河北邢台054000 矿井水害探测与防控国家矿山安全监察局重点实验室河北邢台054000 河北省矿井微震重点实验室河北邢台054000 国家能源充填采煤技术重点实验室河北邢台054000 河北充填采矿技术有限公司河北邢台054000

【目的】煤矿工作面倾斜长度变化或者调采是增大工作面突水风险的重要因素之一,探究不等长布置方式给工作面回采带来的危险及影响因素,是深化煤矿水害防治研究、保障工作面安全回采的关键问题之一。【方法】以冀中能源峰峰集团九龙煤矿1... 详细信息

【目的】煤矿工作面倾斜长度变化或者调采是增大工作面突水风险的重要因素之一,探究不等长布置方式给工作面回采带来的危险及影响因素,是深化煤矿水害防治研究、保障工作面安全回采的关键问题之一。【方法】以冀中能源峰峰集团九龙煤矿15240工作面为工程背景,依据大量微震监测数据,基于STA/LTA模型识别微震事件并进行可视化输出,依据频次变化、平面分布范围、垂向分布特征等多维信息,深入分析了不同阶段的微震活动性和空间分布特点。【结果和结论】结果表明:不等长工作面回采过程中,微震事件呈现显著的时空分布阶段性特征。窄面阶段,处于采动初期,微震主要集中于宽面端附近前阶段窄面区域边缘;宽面阶段,处于采动中期,微震活动向后方宽面区域内部蔓延;进入斜面阶段后,微震则集中分布于巷道转弯处及物探异常区附近。由窄变宽区域、调采区域,呈现底板事件活动性增强、扰动深度增大的特点,是加强水文地质观测的重点区域。回采扰动与上覆煤层抬升引起的应力重新分布、巷道围岩卸压失稳,以及两者的耦合作用是导致不同阶段微震事件产生和分布差异的根本原因。研究揭示了不等长工作面回采引发微震活动的基本规律,为类似工作面矿压监测、底板破坏深度、微震监测水害动态预警等提供了新的理论指导和数据支持,为增强煤矿安全生产能力提供重要的技术支撑。

关键词：微震监测空间分布特征倾斜长度变化采动影响

粗颗粒砂砾岩内矿物颗粒和孔隙结构的非均匀性及量化表征细观试验研究

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煤炭学报 2024年

作者：王帅许莹张艳博姚旭龙王玲华北理工大学河北省矿山绿色智能开采技术创新中心华北理工大学河北省矿业开发与安全技术实验室

岩石的非均匀性是导致其在外力作用下宏观力学性能呈现非线性的本质原因。为了研究矿物颗粒和孔隙结构对岩石非均匀性影响程度的大小，以粗颗粒砂砾岩为研究对象进行CT扫描试样，运用三维重构技术和图像阈值分割技术，三维重构岩石内的... 详细信息

岩石的非均匀性是导致其在外力作用下宏观力学性能呈现非线性的本质原因。为了研究矿物颗粒和孔隙结构对岩石非均匀性影响程度的大小，以粗颗粒砂砾岩为研究对象进行CT扫描试样，运用三维重构技术和图像阈值分割技术，三维重构岩石内的矿物颗粒和孔隙结构，量化表征矿物颗粒和孔隙结构的特征，通过统计学的方法，分析粗颗粒砂砾岩的非均匀特性，构建岩石的非均匀性综合指数，探讨影响岩石非均匀性的关键因素。研究结果表明，孔隙形状、孔隙直径和孔隙度可以表征孔隙结构的非均匀性，孔隙直径是影响孔隙结构非均匀性的关键因素，孔隙度是影响孔隙结构非均匀性的次要因素，孔隙形状是影响孔隙结构非均匀性的非关键因素。矿物形状、矿物直径和矿物颗粒体积占比可以表征矿物颗粒的非均匀性，矿物颗粒体积占比是影响矿物颗粒非均匀性的关键因素，矿物直径是影响矿物颗粒非均匀性的次要因素，矿物形状是影响矿物颗粒非均匀性的非关键因素。岩石非均匀性的综合指数与矿物颗粒的非均匀性系数变化规律一致，岩石的非均匀性主要由矿物颗粒的非均匀性决定，矿物颗粒体积占比是影响岩石非均匀性的核心因素，矿物形状是影响岩石非均匀性的最小因素。量化表征岩石内矿物颗粒和孔隙结构的非均匀性可以对岩石的整体性能和稳定性进行更准确的评估，可用于预测岩体工程中存在的潜在风险，从而采取相应的预防措施，确保工程的安全和稳定。

关键词：矿物颗粒孔隙结构岩石非均匀性量化表征 CT扫描

煤质煤量全面在线检测技术发展现状及应用进展

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煤炭科学技术 2024年第2期52卷 219-237页

作者：王洪磊郭鑫张亦凡张俊升煤炭科学研究总院有限公司智能矿山研究院北京100013 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室北京100013

当前,煤矿智能化正在向着中高级阶段迈进,煤炭工业数智化转型迫切需要实时掌握煤质煤量全面信息,因此,开展了煤质煤量全面在线检测技术发展现状及应用进展综述研究。在分析煤质煤量检测技术工业应用需求的基础上,重点阐述以激光诱导击... 详细信息

当前,煤矿智能化正在向着中高级阶段迈进,煤炭工业数智化转型迫切需要实时掌握煤质煤量全面信息,因此,开展了煤质煤量全面在线检测技术发展现状及应用进展综述研究。在分析煤质煤量检测技术工业应用需求的基础上,重点阐述以激光诱导击穿光谱法(LIBS)及其与其他光谱联合的多光谱联用技术为代表的光谱学技术的基本原理、优缺点、研究进展与工业应用情况和以图像分析为代表的人工智能煤质煤量检测方法。然后,基于不同技术的工业应用情况进行问题梳理,分析实时煤质煤量在线检测技术在工业应用中的技术局限性,包括:基于技术原理的探测精度问题;由复杂环境因素引用的设备稳定性问题;基于大量数据处理的算法分析问题;煤炭全产业链应用的技术适用与灵活性问题。最后,对未来煤质煤量全面分析及在线检测技术提出4点发展建议:结合地质条件的煤质在线检测技术研究;工业化多光谱联用技术研究;光谱学与图像分析技术联用煤质煤量全面分析技术研究;智能化在煤质煤量实时检测的深入应用研究。智能化煤质煤量全面分析及在线检测装备研发需多学科共同努力,基于煤岩学、光谱学、仪器仪表工程、数据处理和模式识别、人工智能和机器学习等多学科科学技术,建立工业应用场景-煤质煤量参数-实际应用指导数据库,是实现智能化煤质煤量在线检测,掌握和预测全面煤质煤量信息的重要发展方向。

关键词：煤矿智能化煤质煤流量激光诱导击穿光谱分析法图像分析与机器视觉

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基于图神经网络的最优装矿溜井选择模型

工程科学学报 2024年第12期46卷 2169-2180页

作者：乔海清吕潇张元生李若熙王贤龙矿冶科技集团北京102628 金属矿山智能开采技术北京市重点实验室北京102628 矿冶过程智能优化制造全国重点实验室北京102628 北京北矿智能科技有限公司北京102628

针对金属矿山井下选择装矿溜井时过度依赖人工经验,常导致决策不合理的问题,建立能够科学选择最优装矿溜井的预测模型,优化溜井选择决策以提升有轨运输效率.以安徽白象山铁矿–495水平为研究对象,采集该水平溜井、巷道信息及矿石采装、... 详细信息

针对金属矿山井下选择装矿溜井时过度依赖人工经验,常导致决策不合理的问题,建立能够科学选择最优装矿溜井的预测模型,优化溜井选择决策以提升有轨运输效率.以安徽白象山铁矿–495水平为研究对象,采集该水平溜井、巷道信息及矿石采装、运输等数据.将数据预处理成能描述该水平路网结构的拓扑矩阵,与包含路段/溜井基础信息、路段/溜井轨迹信息、溜井时序料位信息的特征向量,用作模型训练与验证.结合拆分时序特征、优化池化输出、编码边特征的模型改进设计,构建并训练能兼顾溜井属性、路段属性、路网拓扑的时序图神经网络模型Time-series transformer graph convolutional network(T-TransGCN),将预测结果作为最优装矿溜井选择结果.验证结果显示:(1) T-TransGCN能兼顾节点属性与拓扑信息,相较时序人工神经网络Time-series multi-layer perceptron (T-MLP)与时序基准图模型Time-series graph convolutional network (TGCN),T-TransGCN稳定且有较强的拟合能力;(2)时序料位特征有助于T-TransGCN理解溜井近期动态,轨迹特征能动态反映不同溜井的重要程度,同时帮助模型理解相邻节点相似、岔路节点相似等信息.两类新特征的引入均能有效提升TTransGCN泛化能力;(3)引入边特征、优化T-TransGCN池化层输出、拆分时序料位特征,能进一步提升T-TransGCN拟合能力、泛化能力与稳定性.

关键词：溜井图神经网络拓扑结构时序料位轨迹特征

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矿山三维巷道参数化建模方法研究与应用

金属矿山 2024年第10期 188-195页

作者：赵琳张元生刘冠洲矿冶科技集团有限公司北京北矿智能科技有限公司金属矿山智能开采技术北京重点实验室

矿山巷道三维可视化作为数字矿山的一个重要组成部分,是开展相关应用研究的基础。针对当前巷道三维建模人工干预高、过度依赖建模软件等问题,提出了矿山三维巷道参数化建模方法。对于部分巷道转折处、分叉口处缺少导线点的情况,通过巷... 详细信息

矿山巷道三维可视化作为数字矿山的一个重要组成部分,是开展相关应用研究的基础。针对当前巷道三维建模人工干预高、过度依赖建模软件等问题,提出了矿山三维巷道参数化建模方法。对于部分巷道转折处、分叉口处缺少导线点的情况,通过巷道数据处理,基于搜索算法进行虚拟导线点的补充插值,构建了巷道空间拓扑网络模型。针对巷道空间拓扑网络模型,根据任意2条相交巷道沿角平分线对称的特点,采用基于角平分线对称的建模法,解决了巷道相交处、分叉口处的连通性问题和平滑拼接问题;通过集成方法实现了不同形态断面巷道的集成建模,从而实现了矿山三维巷道网络模型的自动化构建。以典型矿井的实测数据为例开展了应用研究,结果表明:巷道空间拓扑网络模型各个导线点处拓扑连接关系正确,矿山三维巷道模型在巷道相交处、分叉口处连通性和平滑拼接良好,该模型能够直观地展示巷道真实形态和巷道之间的空间关系,为矿山管理者和生产者提供重要的数据信息,方便进行辅助决策,对于矿山安全生产及智慧化管理具有较好的参考意义。

关键词：数字矿山三维可视化拓扑网络模型参数化建模三维巷道模型

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大理岩单轴压缩破坏次声波特征的加载速率效应研究

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煤炭学报 2024年

作者：张艳博王博梁鹏姚旭龙于光远陶志刚河北省矿山绿色智能开采技术创新中心华北理工大学矿业工程学院深部岩土力学与地下工程国家重点实验室

低频次声波信号有能量衰减小、穿透性强等特点，在岩石破裂的非接触监测上具有显著优势。为探究岩石破坏过程次声波信号特征与加载速率的关系，开展了4种加载速率下大理岩单轴压缩次声波监测试验。对采集的次声波信号进行去噪，通过快... 详细信息

低频次声波信号有能量衰减小、穿透性强等特点，在岩石破裂的非接触监测上具有显著优势。为探究岩石破坏过程次声波信号特征与加载速率的关系，开展了4种加载速率下大理岩单轴压缩次声波监测试验。对采集的次声波信号进行去噪，通过快速傅里叶变换和小波包变换提取了次声波主频和能量参数，研究了大理岩破裂过程次声波主频和能量特征，着重分析了加载速率对大理岩次声波主频和能量的影响，并基于次声波最大能量提出大理岩失稳破坏前兆预警判据。研究结果表明：不同加载速率下大理岩次声波主频均呈条带状演化，主要分布在1、2、3、4、5、6Hz共6条频带上。随加载速率的增大，主频条带由密集变稀疏，6Hz主频条带会逐渐消失。2Hz和4Hz主频受加载速率效应的影响最显著，随加载速率的增大，2Hz主频占比减小，而4Hz主频占比增加，占主导地位的优势次声波主频由2Hz转变为4Hz。不同加载速率下大理岩次声波在塑性阶段均出现明显的激增现象，出现最大能量，随加载速率的增大，次声波信号最大能量和累计能量越来越小。次声波最大能量出现后进入平静期可作为大理岩失稳破坏的前兆特征，加载速率越大，次声波最大能量的位置越接近峰值应力，平静期持续时间越短。提出了基于次声波能量比的大理岩失稳破坏前兆判据，随加载速率的增大，前兆判据的临界值逐渐减小。

关键词：次声波加载速率效应主频能量预警