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综采工作面呼吸性粉尘空间分布特征及运移规律

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煤矿安全 2025年第1期56卷 62-71页

作者：陈向军叶向阳李毅博左沛琪河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室培育基地河南焦作454000 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000

针对粉尘采样器测尘法只能对固定作业地点的粉尘质量浓度进行测定,无法系统反映工作面粉尘质量浓度的空间分布特征和运移规律的问题;以柠条塔煤矿N1219综采工作面为研究对象,采用离散相与连续相双向耦合的方法,利用Fluent软件对综采工... 详细信息

针对粉尘采样器测尘法只能对固定作业地点的粉尘质量浓度进行测定,无法系统反映工作面粉尘质量浓度的空间分布特征和运移规律的问题;以柠条塔煤矿N1219综采工作面为研究对象,采用离散相与连续相双向耦合的方法,利用Fluent软件对综采工作面的呼吸性粉尘(以下称“呼尘”)的空间分布及运移规律进行三维数值模拟。模拟结果表明:采煤机侧呼尘粒径普遍高于液压支架侧,考虑到由于支架侧风流向采空区时存在漏风现象导致风流的搬运能力减弱,携带呼尘粒径较小;滚筒割煤产生的呼尘,在工作面走向上呈现出2个阶段,距进风巷70~120 m区间为快速下降区段,距进风巷120~280 m区间为缓慢下降区段;在工作面走向上的呼尘最高质量浓度可达1600 mg/m^(3);在工作面倾向方向上,距煤壁越远,滚筒割煤产生的呼尘质量浓度越低,在距煤壁4~5 m处呼尘质量浓度递减至0,在80~280 m区段,移架产生的呼尘全部集中在液压支架侧,在40~240 m区段,通风携带的呼尘质量浓度在工作面高度方向分布均匀。

关键词：综采工作面 CFD模拟呼吸性粉尘浓度分布运移规律

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超细水雾抑制预混可燃气爆炸超压的衰减模型

安全与环境学报 2025年第2期25卷 447-456页

作者：牛国庆马亚男贾海林河南理工大学煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室培育基地河南焦作454000 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000

为获得超细水雾作用下预混可燃气爆炸超压的衰减规律,基于自行搭建的超细水雾抑爆系统,开展了不同超细水雾通量抑制三种预混气(甲烷、丙烷、氢气分别与空气预混)爆炸的系列试验,以分析超细水雾通量对爆炸超压的影响规律。结果表明,超细... 详细信息

为获得超细水雾作用下预混可燃气爆炸超压的衰减规律,基于自行搭建的超细水雾抑爆系统,开展了不同超细水雾通量抑制三种预混气(甲烷、丙烷、氢气分别与空气预混)爆炸的系列试验,以分析超细水雾通量对爆炸超压的影响规律。结果表明,超细水雾能够有效减弱预混气爆炸超压。随着超细水雾通量增加,在1.25 L爆炸管道中,甲烷、丙烷、氢气预混气的爆炸超压分别减小了17.26%、10.13%、9.50%;在14.4 L爆炸管道中,氢气预混气的爆炸超压减小了11.33%。基于量纲分析法和爆炸相似律,结合试验数据运用regress函数进行回归分析,推导获得了四个爆炸超压衰减模型。误差分析显示,超细水雾通量在0~1 kg/m^(3)范围内时A3和A5模型相对误差在±15%以内,模型预测值与试验测试值吻合度较高。进一步结合另外两组试验数据,验证A3和A5模型的通用性发现,A5模型比A3模型更为准确,表明超细水雾通量在0~1 kg/m^(3)范围内时A5模型更可靠。爆炸超压衰减模型的建立可为抑爆设计提供依据,工程实践时可为爆炸冲击波危害防控提供理论支撑。

关键词：安全工程预混气爆炸超细水雾通量爆炸超压衰减模型回归分析

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基于深度学习的钻孔冲煤量智能识别方法

煤田地质与勘探 2025年第1期53卷 257-270页

作者：李小军赵明炀李淼河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454003 河南省煤矿岩层控制国际联合实验室河南焦作454003 河南理工大学创新创业学院河南焦作454003

【目的】为解决人工统计钻孔冲煤量不准确以及效率低等问题,提出一种YOLOv8n、Res-Net34和PP-OCRv4算法相结合的智能识别方法。【方法】该方法首先使用YOLOv8n算法完成一级检测,同时并行级联ResNet34算法与PP-OCRv4算法进行二级处理,并... 详细信息

【目的】为解决人工统计钻孔冲煤量不准确以及效率低等问题,提出一种YOLOv8n、Res-Net34和PP-OCRv4算法相结合的智能识别方法。【方法】该方法首先使用YOLOv8n算法完成一级检测,同时并行级联ResNet34算法与PP-OCRv4算法进行二级处理,并结合基于追踪帧数的分类状态判别方法,建立了冲煤量自动计算的算法框架。其次,在YOLOv8n的C2f模块中引入可变形卷积DCNv2模块,以削弱点状强光照对特征采集的影响,并将其默认的检测头替换为Dynamic Head检测头模块,以强化算法在尺度,空间和通道维度的特征提取能力,以及将CIoU损失函数替换为SIoU损失函数,以加速预测框与真实框的匹配,并利用自建的数据集对改进后的YOLOv8n算法进行验证。【结果和结论】结果表明:(1)与原算法相比,平均类别检测精度提高了7.6%,召回率提高了3.5%,精确率提高了6.4%,验证了改进策略对提升模型性能的有效性和稳定性。(2)对4个不同的瓦斯抽采水力冲孔钻场的实时视频进行测试,识别准确率分别为100.0%、93.3%、95.7%和93.1%,平均达到95.5%,满足了水力冲孔钻孔冲煤量自动识别的精度要求。(3)采用追踪帧数确定ResNet34分类状态的方法,解决了分类状态单次识别结果不可靠的问题。研究成果为YOLO系列算法与其他深度学习技术的融合和广泛应用提供了技术与实践基础,对促进瓦斯抽采钻场等煤矿井下复杂场景的智能化进步具有参考价值。

关键词：瓦斯抽采冲煤量 YOLOv8n ResNet34 PaddleOCR 可变形卷积动态检测头智能识别煤矿

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基于μCT和深度学习的煤裂隙智能提取方法

煤田地质与勘探 2025年

作者：胡咤咤张寻金毅巩林贤黄文辉任建吉 Norbert Klitzsch 河南理工大学能源科学与工程学院深井岩层控制与瓦斯抽采技术应急管理部科技研发平台河南理工大学资源与环境学院中国地质大学(北京)能源学院河南理工大学计算机科学与技术学院亚琛工业大学应用地球物理与地热能研究所

煤储层裂隙的精细描述对于煤层气资源的勘探开发具有重要意义，裂隙的尺寸、走向、分布密度等直接影响煤层的渗透性，准确识别和提取煤层中的裂隙信息是揭示体积压裂过程中裂缝网络形成与扩展机理的关键。传统的裂隙提取方法往往依赖人... 详细信息

煤储层裂隙的精细描述对于煤层气资源的勘探开发具有重要意义，裂隙的尺寸、走向、分布密度等直接影响煤层的渗透性，准确识别和提取煤层中的裂隙信息是揭示体积压裂过程中裂缝网络形成与扩展机理的关键。传统的裂隙提取方法往往依赖人工标注和基于一定图像处理技术的特征提取，这些方法在精度和效率上存在明显不足。提出一种基于Trans-UNet网络和μCT图像的煤裂隙提取方法，Trans-UNet结合了Transformer模块和卷积神经网络(CNN)的优点，不仅具备全局特征提取能力，还能够捕捉图像中的局部细节特征，大幅提高了分割精度和网络的鲁棒性。首先对煤样μCT图像进行预处理，包括使用差值法提高图像质量、使用数据增强技术扩大样本数量等。随后，利用Trans-UNet网络对处理后的图像进行分割，提取裂隙特征，并比较不同神经网络模型的分割结果。结果表明，提出的方法在数据集上表现出优越性能，Trans-UNet模型在煤裂隙提取上的准确性(Accuracy)、精确度(Precision)、F1分数(F1-Score)和交并比(IoU)分别达到91.3%、89.5%、89.8%和84.0%，相较于U-Net、U-Net++等其他多种智能模型有显著提升。结合μCT图像的细粒度特征，将Trans-UNet网络应用于煤裂隙提取任务，是一种高效且准确的解决方案，为煤层气勘探开发领域的相关图像处理任务提供了新的思路。

关键词： Trans-UNet μCT图像煤裂隙图像分割深度学习

水耦合作用下高压空气冲击煤岩破裂规律与声发射响应试验研究

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振动与冲击 2025年第2期44卷 1-10,29页

作者：马衍坤张正锐张纪辉安徽理工大学煤矿深井开采灾害防治技术科技研发平台安徽淮南232001 河南理工大学深井瓦斯抽采与围岩控制技术国家地方联合工程实验室河南焦作454150 安徽理工大学矿山安全高效开采安徽省高校工程技术研究中心安徽淮南232001

为探寻煤岩体高效致裂新技术,提出了水耦合作用下高压空气冲击致裂煤岩的思路,利用自主研发的高压空气冲击致裂煤岩体真三轴试验系统,设计了五种钻孔不耦合系数(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0),开展了水耦合作用下高压空气冲击致裂煤岩试验,... 详细信息

为探寻煤岩体高效致裂新技术,提出了水耦合作用下高压空气冲击致裂煤岩的思路,利用自主研发的高压空气冲击致裂煤岩体真三轴试验系统,设计了五种钻孔不耦合系数(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0),开展了水耦合作用下高压空气冲击致裂煤岩试验,借助动态气压监测与声发射检测手段,研究了煤岩体裂缝形态、气压曲线及能量释放规律。结果表明:水耦合作用显著提高了高压空气的能量利用率,使试块产生的水平及竖直裂缝长度明显大于空气耦合时;水耦合时试块的破裂面无碎屑出现,而空气耦合时试块破裂面出现了较多碎屑;随着钻孔不耦合系数的增大,试块裂缝长度呈现先增大后减小的趋势,当钻孔不耦合系数为2.0时,裂缝长度达到峰值,此时试块产生的裂缝网络最为丰富;致裂过程的气压曲线呈现起裂、扩展和贯通三个阶段,水耦合作用时的气压峰值均大于空气耦合作用时的气压峰值;声发射信号主要集中在扩展阶段,水耦合作用时声发射信号响应更为剧烈,且以多簇形式出现,而空气耦合作用时则以单簇形式出现;当钻孔不耦合系数为2.0时,声发射累积能量和累积事件数均达到峰值。

关键词：冲击致裂真三轴水耦合声发射能量

拜耳法赤泥与粉煤灰地质聚合物早期水化及机理研究

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无机盐工业 2025年

作者：李长江管学茂刘小星张能罗锦涛河南理工大学材料科学与工程学院

赤泥是铝土矿提炼氧化铝产生的工业固废，其在替代水泥成为胶凝材料的应用中水化机理和聚合行为仍存在问题。本研究通过抗压强度、X射线衍射仪（XRD）、电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP）和扫描电镜-能谱（SEM-EDS）等测试方法对拜耳... 详细信息

赤泥是铝土矿提炼氧化铝产生的工业固废，其在替代水泥成为胶凝材料的应用中水化机理和聚合行为仍存在问题。本研究通过抗压强度、X射线衍射仪（XRD）、电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP）和扫描电镜-能谱（SEM-EDS）等测试方法对拜耳法赤泥与粉煤灰地质聚合物（RFP）的力学性能和水化产物进行表征，并对赤泥的水化机理和行为进行分析。研究发现，随着赤泥与粉煤灰比例增加，强度逐渐增长，在比例为1时最大达到32.3 MPa。在RFP聚合产生强度的过程中，水泥的水化贯穿于整个聚合过程，随后矿物掺合料中的活性氧化铝和活性氧化硅开始反应生成硅铝酸盐产物，XRD和离子浓度的测试结果表明Fe3+取代Ca2+发生在这一过程，碳化反应滞后发生。本研究为探究拜耳法赤泥制备地质聚合物提供了理论支持，对于综合利用赤泥工业固废具有重要意义。

关键词：拜耳法赤泥粉煤灰地质聚合物水化机理水化行为

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基于深度学习的钻孔冲煤量智能识别方法

煤田地质与勘探 2025年

作者：李小军赵明炀李淼河南理工大学能源科学与工程学院河南省煤矿岩层控制国际联合实验室河南理工大学创新创业学院

【目的】为解决人工统计钻孔冲煤量不准确以及效率低等问题，提出一种YOLOv8n、ResNet34和PP-OCRv4算法相结合的智能识别方法。【方法】该方法首先使用YOLOv8n算法完成一级检测，同时并行级联ResNet34算法与PP-OCRv4算法进行二级处理，... 详细信息

【目的】为解决人工统计钻孔冲煤量不准确以及效率低等问题，提出一种YOLOv8n、ResNet34和PP-OCRv4算法相结合的智能识别方法。【方法】该方法首先使用YOLOv8n算法完成一级检测，同时并行级联ResNet34算法与PP-OCRv4算法进行二级处理，并结合基于追踪帧数的分类状态判别方法，建立了冲煤量自动计算的算法框架。其次，在YOLOv8n的C2f模块中引入可变形卷积DCNv2模块，以削弱点状强光照对特征采集的影响，并将其默认的检测头替换为Dynamic Head检测头模块，以强化算法在尺度，空间和通道维度的特征提取能力，以及将CIoU损失函数替换为SIoU损失函数，以加速预测框与真实框的匹配，并利用自建的数据集对改进后的YOLOv8n算法进行验证。【结果和结论】结果表明：(1)与原算法相比，平均类别检测精度提高了7.6%，召回率提高了3.5%，精确率提高了6.4%，验证了改进策略对提升模型性能的有效性和稳定性。(2)对4个不同的瓦斯抽采水力冲孔钻场的实时视频进行测试，识别准确率分别为100.0%,93.3%,95.7%和93.1%，平均达到95.5%，满足了水力冲孔钻孔冲煤量自动识别的精度要求。(3)采用追踪帧数确定ResNet34分类状态的方法，解决了分类状态单次识别结果不可靠的问题。研究成果为YOLO系列算法与其他深度学习技术的融合和广泛应用提供了坚实的技术与实践基础，对促进瓦斯抽采钻场等煤矿井下复杂场景的智能化进步具有参考价值。

关键词：瓦斯抽采冲煤量 YOLOv8n ResNet34 PaddlePaddleOCR 可变形卷积动态检测头智能识别煤矿

大汶河流域浅层地下水水化学特征与水质类型识别

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环境科学 2025年第2期46卷 821-832页

作者：张亚欣蔡子昭谭肖波文广超郭旭河南理工大学资源环境学院焦作454003 中国地质科学院水文地质环境地质研究所石家庄050061 山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队济南250014 山东省地下水环境保护与修复工程技术研究中心济南250014

地下水化学特征和水质受到天然地质条件和人类活动双重影响.以大汶河流域为研究对象,通过野外调查和采样,分析水化学特征及其影响因素,运用熵权水质指数(EWQI)对水质进行评价,运用水化学异常识别方法区分人类活动对地下水水质的影响程度... 详细信息

地下水化学特征和水质受到天然地质条件和人类活动双重影响.以大汶河流域为研究对象,通过野外调查和采样,分析水化学特征及其影响因素,运用熵权水质指数(EWQI)对水质进行评价,运用水化学异常识别方法区分人类活动对地下水水质的影响程度,然后将两种评价方式耦合,对地下水水质类型进行识别.结果表明,大汶河流域地下水阴阳离子分别以HCO_(3)^(-)和Ca^(2+)为主,地下水中TH、TDS、NO_(3)^(-)和SO_(4)^(2-)浓度超标率较高,地下水化学类型以HCO_(3)·SO_(4)-Ca、HCO_(3)·Cl-Ca和HCO_(3)·SO_(4)·Cl-Ca型为主,地下水化学组分受水岩相互作用和人类活动多重影响.熵权水质指数(EWQI)结果显示地下水质量Ⅰ类和Ⅱ类占比为10.71%和36.91%,地下水质量Ⅲ类占比为41.67%,Ⅳ类和Ⅴ类水占比为5.95%和4.76%,流域上游至下游的水质状况逐渐变差,裂隙水和岩溶水水质优于孔隙水.水化学识别人类活动影响程度较大的区域主要分布在下游东平县及东平湖区域,中游宁阳县和文阳镇,上游泉沟镇和禹村镇,人类活动主要集中在流域地势低平的地方.上述两种评价结果具有较强的正相关性,相关性系数为0.588.结合熵权水质指数(EWQI)与人类活动影响程度两种评价方法,将地下水保护治理状态分为保护型、防控型和治理型这3类,可以弥补单一评价方法对水质类型识别不全面,而且对区分天然地质条件下的劣质水和人类活动造成的劣质水有借鉴意义.

关键词：大汶河流域水化学特征水质评价劣质水熵权水质指数(EWQI) 人类活动影响

基于压汞-液氮吸附-核磁共振法的中低阶煤孔裂隙联合表征

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河南理工大学学报(自然科学版) 2025年第2期44卷 19-31页

作者：刘佳佳张云龙杨迪高志扬王丹河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 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 河南理工大学煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心河南焦作454000 河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454000

目的为深入研究中低阶煤中孔裂隙结构和孔径分布形态,方法利用压汞、低温液氮吸附和低场核磁共振试验,结合分形维数分别对新疆艾维尔沟1890煤矿低阶煤(XJ)和鹤壁八矿中阶煤(HB)的孔隙结构和孔径分布进行联合表征,并提出一种基于优势区... 详细信息

目的为深入研究中低阶煤中孔裂隙结构和孔径分布形态,方法利用压汞、低温液氮吸附和低场核磁共振试验,结合分形维数分别对新疆艾维尔沟1890煤矿低阶煤(XJ)和鹤壁八矿中阶煤(HB)的孔隙结构和孔径分布进行联合表征,并提出一种基于优势区间的全孔径分形维数表征方法,即孔径r140 nm时HB的分形维数小于XJ的,此孔径范围内XJ的孔隙结构比HB的更复杂。结论研究结果揭示了中低阶煤储层孔隙分布规律,为中低阶煤层的裂隙扩展和瓦斯运移提供理论指导。

关键词：中低阶煤孔径分布孔隙特征分形维数联合表征