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扰动诱发高应力岩石动力响应及岩爆灾变机制

中国有色金属学报 2024年第7期34卷 2463-2475页

作者：蔡鑫陈立业周子龙王运敏代碧波程传清黄英华中南大学资源与安全工程学院长沙410083 中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司金属矿山安全与健康国家重点实验室马鞍山243000 长沙矿山研究院有限责任公司金属矿山安全技术国家重点实验室长沙410012

为揭示深部矿山岩爆发生机制,以硬质红砂岩为研究对象,利用岩石动静组合加载试验系统开展了无轴向静压及4个轴压条件下的不同入射能冲击试验,获得了纯动载及动静组合加载下岩样的力学行为与破坏特征。结果表明:试样最终形态分为完整、... 详细信息

为揭示深部矿山岩爆发生机制,以硬质红砂岩为研究对象,利用岩石动静组合加载试验系统开展了无轴向静压及4个轴压条件下的不同入射能冲击试验,获得了纯动载及动静组合加载下岩样的力学行为与破坏特征。结果表明:试样最终形态分为完整、轴向劈裂、表面剥离、即时型粉碎和滞后型粉碎五类,其中,表面剥离和滞后型粉碎两类破坏模式表现出“岩爆”特征,即Ⅰ型应力−应变曲线、峰后释放能量、岩石自身静应变储能驱动碎片弹射、明显压剪破坏面;根据碎片弹射与动力加载的相对时间,进一步将表面剥离与滞后型粉碎破坏分别对应深地工程中的“即时型”和“滞后型”岩爆;动力扰动是岩爆的关键诱发因素,触发岩爆的临界扰动能随轴压比升高而逐渐降低。

关键词：岩爆动静组合加载深部高应力动力扰动破坏模式临界扰动能

冲击载荷作用下钽电容的电压瞬变特性及微观机理

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爆炸与冲击 2024年第4期44卷 15-23页

作者：王家乐李洪伟王小兵梁昊周恩苏洪赵金耀安徽理工大学化工与爆破学院安徽淮南232001 中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司安徽马鞍山243000

为探究钽电容在冲击载荷作用下的失效机制,设计并开展了5组不同强度的钽电容水下爆炸冲击实验,研究了冲击载荷作用下钽电容的电压瞬变特性,通过漏电、充电电流变化分析了钽电容的失效模式,利用扫描电镜观察钽电容的微观结构,讨论了冲击... 详细信息

为探究钽电容在冲击载荷作用下的失效机制,设计并开展了5组不同强度的钽电容水下爆炸冲击实验,研究了冲击载荷作用下钽电容的电压瞬变特性,通过漏电、充电电流变化分析了钽电容的失效模式,利用扫描电镜观察钽电容的微观结构,讨论了冲击载荷作用下钽电容的失效机理。结果表明:钽电容受冲击后发生短路失效,电压大幅度降低,在自愈完成后电压缓慢上升。随着冲击波超压的增大,钽电容失效的概率增大,钽电容失效的临界超压约为32 MPa。不同类型的电压变化对应不同的失效模式,包括击穿后瞬间自愈、击穿后缓慢自愈和多次击穿自愈。不同类型电压变化的初始漏电电流峰值有较大差别,Ⅰ类电流峰值为2.5~5 A,Ⅱ类为1~2 A,Ⅲ类为8~9 A,且峰值越大,峰宽越小。冲击载荷作用下钽电容的微观失效机理与其氧化膜的瑕疵相关,机理包括氧化膜中微裂缝扩展使得局部电场强度超过击穿场强造成击穿、氧化膜较薄区域下方的杂质及晶态膜突出形成导电通道、贯穿型裂缝形成后气体电离导致的击穿。

关键词：钽电容冲击载荷水下爆炸电子雷管

准噶尔盆地东部西山窑组煤地球化学特征及古环境意义

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煤炭科学技术 2024年第S1期52卷 153-163页

作者：徐小涛宁树正孙杰王化耀李保万张建强丁恋中国煤炭地质总局勘查研究总院北京100039 矿山透明地质与数字孪生技术国家矿山安监局重点实验室北京100039 新疆国泰新华五彩湾矿业有限责任公司新疆昌吉831799

准噶尔盆地是我国西北地区重要的含煤盆地,其东部煤田是我国新疆大型煤炭基地的重要组成部分,蕴藏着丰富的煤炭资源。以准噶尔盆地东部中侏罗世西山窑组B_(0)、B_(1)和B_(2)煤层为研究对象,选取220个煤样品进行了详细的微量元素测定,并... 详细信息

准噶尔盆地是我国西北地区重要的含煤盆地,其东部煤田是我国新疆大型煤炭基地的重要组成部分,蕴藏着丰富的煤炭资源。以准噶尔盆地东部中侏罗世西山窑组B_(0)、B_(1)和B_(2)煤层为研究对象,选取220个煤样品进行了详细的微量元素测定,并对16个煤样品进行了显微组分和镜质组最大反射率测试分析,在此基础上,综合分析了准噶尔盆地东部中侏罗世西山窑组成煤时期泥炭沼泽水体的氧化还原状态、古盐度特征以及成煤时期的古气候和大气氧含量变化特征。与世界低阶煤均值相比,准噶尔盆地东部中侏罗世西山窑组B_(0)、B_(1)和B_(2)煤中Sr元素轻微富集,除此之外,B_(0)煤中还存在Co元素轻微富集。Ni/Co-V/Cr和Ni/Co-Mo图解分析表明,泥炭沼泽处于氧化和贫氧状态,由此推断泥炭沼泽中水体的活动性较强,游离态的氧含量较高。煤中B/Ga比值的变化趋势表明,从B_(0)到B_(1)再到B_(2)煤层,泥炭沼泽水体的古盐度逐渐升高,上部B_(2)煤层沉积过程中泥炭沼泽古盐度较高可能是由水体蒸发量增加造成的,同时也表明B_(2)煤层沉积时期的古气候呈现相对干热的特征。通过对B_(0)、B_(1)和B_(2)煤中Sr/Cu比值分析得出,从西山窑组下部的B_(0)煤层到中部的B_(1)煤层再到上部的B_(2)煤层,准噶尔盆地东部西山窑组成煤时期的古气候自下而上经历了由相对温湿逐渐向相对干热转变的过程。B_(0)、B_(1)和B_(2)煤层中惰质组平均体积分数在40.4%~57.2%,平均值为48.5%,基于惰质组与大气氧含量的关系模型,估算出中侏罗世的大气氧体积分数约为27.7%,远高于持续燃烧所需的最低大气氧水平。

关键词：准噶尔盆地东部煤西山窑组地球化学古气候大气氧体含量

煤矿井下图像的双分支耦合Transformer网络增强方法

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煤炭学报 2024年第9期49卷 4027-4037页

作者：程健宋泽龙李昊马永壮李和平孙大智煤炭科学研究总院北京100013 煤炭科学研究总院有限公司矿山大数据研究院北京100013 天地科技股份有限公司北京100013 煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室北京100013

受煤矿井下光源少、光照不均匀等因素影响,井下采集到的图像存在照度低、呈现大量暗区、细节信息模糊或缺失、过暗产生噪声等问题。现有图像增强方法在进行低照度图像增强时容易出现色彩失真、细节信息丢失等缺点,另外深度学习低照度图... 详细信息

受煤矿井下光源少、光照不均匀等因素影响,井下采集到的图像存在照度低、呈现大量暗区、细节信息模糊或缺失、过暗产生噪声等问题。现有图像增强方法在进行低照度图像增强时容易出现色彩失真、细节信息丢失等缺点,另外深度学习低照度图像增强方法在一定程度上解决了低照度图像亮度增强的问题,但其模型泛化能力较差,在实际煤矿井下场景应用效果不佳。针对上述问题,利用Transformer本身泛化能力强的优势,提出一种基于Transformer模型的低照度图像增强算法。融合Swin v2模块与卷积模块,构建煤矿井下低照度图像的乘法图和加法图,并与原图像进行叠加拟合,以解决细节信息模糊或缺失、过暗产生噪声的问题。同时采用多尺度模块的注意力机制对叠加拟合后的图像进行色彩处理,以解决图像亮度提升有限、存在大量暗区以及色彩失真的问题。经实验表明,相较于LIME、Zero-DCE、RetiNexNet、MBLLEN、KIND算法,本文算法在客观质量指标峰值信噪比(PSNR)和结构相似性(SSIM)上的表现,分别提高了34.76%、55.73%,47.32%、52.76%,22.52%、25.7%,19.615%、12.285%,5.81%、2.625%。同时定性分析结果表明该方法能够对煤矿井下低照度图像进行显著增强,图像亮度达到可视范围,相比其他方法,色彩更加真实,图像细节信息更为清晰。说明本文提出的算法在图像噪声程度、色彩失真程度、对比度、结构相似度以及亮度等方面均具有良好的性能,整体相对较优。

关键词：低照度图像图像增强 Transformer模型煤矿井下

基于矿柱失稳风险分析的采空区关键矿柱重定义与辨识

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岩石力学与工程学报 2024年第1期43卷 216-225页

作者：蔡鑫黄涯帅周子龙袁纪锋臧海智陈璐黄英华付俊王运敏中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司金属矿山安全与健康国家重点实验室安徽马鞍山243000 长沙矿山研究院有限责任公司金属矿山安全技术国家重点实验室湖南长沙410012 中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司云南昆明650051

采空区大规模坍塌是地下矿山典型灾害之一,采空区内关键矿柱失稳是其发生的重要诱因。为精准辨识采空区内的关键矿柱,基于采空区矿柱群连锁失稳机制与风险理论,完善采空区关键矿柱基本概念,并创新提出一种基于矿柱失稳风险分析的关键矿... 详细信息

采空区大规模坍塌是地下矿山典型灾害之一,采空区内关键矿柱失稳是其发生的重要诱因。为精准辨识采空区内的关键矿柱,基于采空区矿柱群连锁失稳机制与风险理论,完善采空区关键矿柱基本概念,并创新提出一种基于矿柱失稳风险分析的关键矿柱识别方法,主要包含以下步骤:(1)通过现场调研或经验估计,获得采空区矿柱强度分布特征,进而构建采空区矿柱强度概率密度函数;(2)引入应力扩散最大距离公式,计算各矿柱承载应力,从而获得各矿柱的失稳概率;(3)假定任意矿柱率先失稳,通过矿柱应力动态更新迭代方法,计算单矿柱失稳诱发柱间应力传递与矿柱群系统失稳特征;(4)利用采空区矿柱群承载面积损失率指标定量表征单矿柱失稳致灾性(单矿柱失稳诱发采空区坍塌灾害的严重程度);(5)联合矿柱失稳概率及其致灾性,确定各矿柱失稳风险值,取失稳风险值最高矿柱为采空区关键矿柱。将提出方法应用于Fetr6矿区进行验证,结果表明,该方法所需参数较易获取,计算过程简单,物理意义明确,较传统安全系数法结果更科学、合理,有望在实际工程中取得广泛应用。

关键词：采矿工程采空区地下矿柱群连锁坍塌关键矿柱失稳概率失稳致灾性风险评估

矿井图像的多维特征与残差注意力网络超分辨率重建方法

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煤炭科学技术 2024年

作者：程健米立飞李昊李和平王广福马永壮煤炭科学研究总院煤炭科学研究总院有限公司矿山人工智能研究院煤炭智能开采与岩层控制全国重点实验室天地科技股份有限公司

煤矿井下环境复杂，受光照、煤尘、水雾的影响，采集的图像往往存在细节模糊、纹理缺失等问题，低分辨率的矿井图像对煤矿安全监控的智能化发展带来诸多制约。图像超分辨率重建作为一种重要的图像处理技术，旨在从矿井低分辨率图像中恢... 详细信息

煤矿井下环境复杂，受光照、煤尘、水雾的影响，采集的图像往往存在细节模糊、纹理缺失等问题，低分辨率的矿井图像对煤矿安全监控的智能化发展带来诸多制约。图像超分辨率重建作为一种重要的图像处理技术，旨在从矿井低分辨率图像中恢复出清晰的高分辨率图像，从而显著提升煤矿智能监测与安全管理的可靠性。针对矿井图像边缘纹理信息缺失、细节模糊不清等质量退化问题，本文提出一种矿井图像的多维特征与残差注意力网络超分辨率重建方法。首先，采用多分支网络将动态卷积与通道注意力机制进行并行融合，以“水平-通道”“垂直-通道”交互方式来捕获不同的空间统计特性。其次，设计了一种递归稀疏自注意力机制，在线性复杂度下聚合代表性特征图，自适应选择权重分配，减少计算过程中的信息冗余。最后，基于标准多头自注意力机制和残差连接方式构建深层特征提取的基本单元，将获得的特征信息与浅层特征通过跳跃连接共同输入重建模块，完成超分辨率矿井图像重建。实验结果表明，本文所提方法在客观评价指标和主观视觉分析上较现有主流算法均有明显提升。在矿井数据集的测试中，2倍和4倍缩放因子下的图像相似性（LPIPS）平均降低10.97%、9.91%，峰值信噪比（PSNR）平均提升4.10%、2.30%。证明了该方法在恢复矿井图像结构和纹理细节上的有效性。

关键词：煤矿井下图像超分辨率重建注意力机制残差网络递归算法

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冷却结露式空气取水装置的性能研究

低温与超导 2024年第10期 56-60+69页

作者：武丹孙国权高天政刘峰胡骏高春庆徐健包钢集团矿山研究院(有限责任公司) 西北金属矿产综合利用国家地方联合工程研究中心中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司包钢(集团)公司白云鄂博铁矿

为探究冷却结露式空气取水装置的取水性能，建立预测取水装置实际取水量的模型，实验研究了蒸发器进风量及膨胀阀开度对装置取水量的影响，对不同温度、相对湿度条件下取水装置的取水性能进行分析。实验结果表明：蒸发器进风量过大，湿... 详细信息

为探究冷却结露式空气取水装置的取水性能，建立预测取水装置实际取水量的模型，实验研究了蒸发器进风量及膨胀阀开度对装置取水量的影响，对不同温度、相对湿度条件下取水装置的取水性能进行分析。实验结果表明：蒸发器进风量过大，湿空气与翅片热交换反应不充分，取水量降低；膨胀阀开度越小，蒸发器翅片温度与空气露点温度差越大，取水量升高；相同露点温度条件下，低温-高相对湿度状态比高温-低相对湿度状态的取水量更高；在空气温度22～34℃、相对湿度30%～70%条件下，取水量为6 000～15 900 mL/h;实际取水量与理论取水量存在明显差异，引入取水系数可降低预测误差。

关键词：冷却结露相对湿度风量取水量取水模型

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注浆加固对盾构施工沉降控制成效的概率评估

城市轨道交通研究 2024年

作者：蓝沐林沈梦芬何溯徐全陈浙徽鲍丽春浙江工业大学土木工程学院中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司

[目的]为了减少盾构隧道下穿建筑物时的地层扰动,有必要研究盾构隧道下穿建筑物过程中注浆加固的沉降控制效果。[方法]以杭州地铁12号线下沙路某区段盾构隧道下穿桩基建筑物为例,基于FLAC 3D有限差分软件,分别采用确定性分析与可靠度分... 详细信息

[目的]为了减少盾构隧道下穿建筑物时的地层扰动,有必要研究盾构隧道下穿建筑物过程中注浆加固的沉降控制效果。[方法]以杭州地铁12号线下沙路某区段盾构隧道下穿桩基建筑物为例,基于FLAC 3D有限差分软件,分别采用确定性分析与可靠度分析方法两种方法,评估了注浆加固措施对盾构施工引起的基础沉降的控制成效。[结果及结论]在确定分析中,现场实测数据和数值分析结果均表明建筑物基础的最大沉降发生在先开挖隧道一侧;注浆加固技术能够有效降低盾构开挖引起的建筑物基础沉降,使建筑物沉降值满足规范设计要求。在可靠度分析中,以黏聚力和内摩擦角为随机变量,采用拉丁超立方抽样-响应面-有限差分法评估注浆加固的控制效果,发现注浆加固可以有效提高建筑物基础的结构可靠度,以及显著降低计算沉降值的不确定性。与确定性分析方法相比,可靠度分析方法由于考虑了参数的不确定性,在描述建筑物基础结构安全性方面更为合理,能够用于评估复杂盾构隧道开挖工程的控制措施有效性。

关键词：盾构隧道沉降控制效果注浆加固

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国外某伴生自然铜铁矿石工艺矿物学研究

金属矿山 2024年第2期 183-188页

作者：骆洪振张凛徐健杨含蓄赛明雨中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司安徽马鞍山243000 金属矿山安全与健康国家重点实验室安徽马鞍山243000

为了给国外某伴生自然铜铁矿石选矿工艺研究提供理论依据,采用矿物参数自动分析系统(MLA),结合化学分析、光学显微镜、XRD等分析方法对其进行详细的工艺矿物学研究。结果表明,矿石Cu品位1.06%、铁品位44.91%,铜主要以自然铜形式存在,分... 详细信息

为了给国外某伴生自然铜铁矿石选矿工艺研究提供理论依据,采用矿物参数自动分析系统(MLA),结合化学分析、光学显微镜、XRD等分析方法对其进行详细的工艺矿物学研究。结果表明,矿石Cu品位1.06%、铁品位44.91%,铜主要以自然铜形式存在,分布率为66.98%;铁主要以磁铁矿和赤、褐铁矿形式存在,分布率分别为41.26%和45.05%。矿石构造主要为浸染状构造、层状构造和块状构造,主要结构为斑状结构、网状结构、粒状结构、包含结构和交代残余结构。矿石矿物种类较多,可综合回收利用的矿物为磁铁矿、自然铜及硫化铜矿物。矿石中自然铜与褐铁矿共生紧密,黄(辉)铜矿与脉石矿物及磁黄铁矿共生紧密;矿石中磁铁矿呈斑状与假象赤铁矿、褐铁矿紧密共生。铜矿物中自然铜、黄铜矿(辉铜矿)集合体以微细粒嵌布为主,-60μm粒级分布率分别为82.24%和86.15%;铁矿物嵌布粒度由粗到细为:d_(褐铁矿)>d_(磁铁矿)>d_(赤铁矿),三者均以细粒嵌布为主,-100μm粒级分布率分别为56.57%、69.87%和82.31%,矿石需磨至60μm以下才能使得铜矿物和铁矿物均大部分单体解离。矿石中褐铁矿在磨矿浮选过程中易泥化,进而恶化铜分选指标。因此,按照仅回收硫化铜和自然铜计算,铜理论回收率为81.01%。推荐的选别流程为原矿磨矿—铜硫混浮—混浮尾矿磁选回收磁铁矿—混浮精矿重浮联合回收铜。

关键词：铜铁矿石工艺矿物学嵌布特征