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煤矿巷道再造高强度承载结构快速支护技术及工程应用

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煤炭科学技术 2024年第2期52卷 34-48页

作者：徐佑林吴旭坤周波郑伟吴少康周泽陈志松张际涛贵州理工学院矿业工程学院贵州贵阳550003 南京工业大学安全科学与工程学院江苏南京211800 安徽理工大学矿业学院安徽淮南232002 中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 贵州大学矿业学院贵州贵阳550025

针对松软、破碎围岩巷道可锚性差、受强动压和强构造应力影响等问题,开展了大量现场调研并归纳分析了3种典型煤矿巷道围岩大变形和围岩控制难题;在分析现有支护技术和理论基础上,提出再造高强度承载结构快速支护技术思路和再造方法。以... 详细信息

针对松软、破碎围岩巷道可锚性差、受强动压和强构造应力影响等问题,开展了大量现场调研并归纳分析了3种典型煤矿巷道围岩大变形和围岩控制难题;在分析现有支护技术和理论基础上,提出再造高强度承载结构快速支护技术思路和再造方法。以贵州龙宝煤矿11205运输下山为工程背景,分析其变形破坏原因,结合实际设计出对破碎围岩进行置换加卸压的联合支护方法,理论上建立巷旁充填墙承载力学模型,分析了巷旁充填墙的承载强度,确定了巷旁充填墙的强度与巷道围岩的可适性及有效性。结合FLAC^(3D)数值模拟与Python脚本编程语言,实现飞蛾火焰优化算法,确定最优的破碎围岩巷道的置换参数(墙体厚度和卸压区宽度)。研发了高强度高韧性充填支护新材料。通过对软弱墙体进行置换再造,让巷道顶板、充填体和底板重新构成一个整体承载结构。井下工业性试验结果表明,对巷道软弱岩体进行置换再造后,巷道顶板、充填体和底板所构成的新结构可实现整体承载,充分发挥了围岩自身承载能力和抵抗变形能力,围岩变形趋于平稳,收敛速率基本都小于0.2 mm/d,无明显变形,且数值模拟计算结果与工程实践监测较为吻合,表明巷旁充填置换支护方案对松软破碎围岩巷道控制有较好的效果。最后,对深入研究再造承载结构快速支护技术进行了展望。

关键词：破碎围岩难支护巷道高强度承载结构承载强度飞蛾火焰优化算法

煤层群采动下围岩应力演化规律及协同控制技术研究

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煤炭科学技术 2024年第3期52卷 24-37页

作者：吴少康张俊文徐佑林宋治祥张杨范文兵董续凯张际涛陈志松中国矿业大学(北京)能源与矿业学院北京100083 贵州理工学院矿业工程学院贵州贵阳550003 贵州黔诚力锦科技有限公司贵州贵阳550081 湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 贵州大学矿业学院贵州贵阳550003

针对煤层群开采过程中巷道支护困难问题,以贵州土城矿212回风石门为工程背景。综合采用现场调研、数值模拟、相似模拟及现场试验等手段,揭示了212回风石门应力演化规律,并提出了“卸−转−固”协同控制技术。研究结果表明:212回风石门遭... 详细信息

针对煤层群开采过程中巷道支护困难问题,以贵州土城矿212回风石门为工程背景。综合采用现场调研、数值模拟、相似模拟及现场试验等手段,揭示了212回风石门应力演化规律,并提出了“卸−转−固”协同控制技术。研究结果表明:212回风石门遭受破坏的主要原因是煤层群采动过程中存在的地质力学问题导致了围岩失稳。巷道底板及两帮在采动过程中产生不同程度的应力集中。当遭受垂直应力挤压时,巷道底部承受的挤压力较大,而顶部围岩承受的拉伸力较大,由于力学不平衡导致围岩的破坏。基于此提出了“卸−转−固”协同控制技术。通过爆破卸压的方式,利用爆破产生的冲击波引起围岩的震动和应力波动,使表层围岩中原本集中的应力分散到更深的围岩区域,降低表层围岩的应力集中程度。同时,利用爆轰和封孔工艺进一步加固卸压孔周围的围岩,形成两个承载结构。即由巷道支护体形成的内承载体和由深部围岩形成的外承载体。两者相互作用有效承受巷道浅部及深部围岩的应力,并转移到支护结构,起到保护和稳定围岩的作用。利用该技术在212回风石门现场试验,结果显示:使用该技术区域应力长期趋于稳定甚至缓慢降低,巷道顶底板及两帮移近速率分别降低了74.49%及47.67%,底鼓量降低了77.2%。而未使用该技术区域应力出现不同程度的上升,表面位移收敛严重。由此可得,围岩控制效果显著。该技术已成功推广到贵州其他不同地质环境的煤矿,均取得了显著效果。

关键词：煤层群采动应力底鼓巷道支护 “卸−转−固”协同控制技术

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鳗鲡科鱼类变刚度特性对推进性能影响研究

力学学报 2024年第1期56卷 273-284页

作者：张旭尧崔祚尹存宏程安楠贵州大学机械工程学院贵阳550025 贵州理工学院航空航天工程学院贵阳550003

生物学研究表明,波动推进鱼类的鱼体刚度对其推进性能有着重要影响,通过改变鱼体刚度可获得优异的游动特性,但鱼类肌肉驱动模式与鱼体刚度和游动性能的关系尚不清晰.鉴于此,文章以鳗鲡科鱼类作为研究对象,基于黏弹性梁理论和Taylor流体... 详细信息

生物学研究表明,波动推进鱼类的鱼体刚度对其推进性能有着重要影响,通过改变鱼体刚度可获得优异的游动特性,但鱼类肌肉驱动模式与鱼体刚度和游动性能的关系尚不清晰.鉴于此,文章以鳗鲡科鱼类作为研究对象,基于黏弹性梁理论和Taylor流体理论,建立由生物学钙离子肌肉驱动的鳗鲡科鱼类游动模型,研究肌肉驱动和鱼体刚度变化对推进性能的影响.结果表明,肌肉驱动力随刚度增加呈先快速增加后缓慢下降的变化趋势,而随着肌肉驱动力增加,鱼体游动速度随刚度增加而增加并逐渐趋于稳定.当肌肉驱动频率由1 Hz增加到2 Hz时,游动速度和启动加速度可分别提升55%和129%,可见增大鱼体刚度可显著提升推进性能.为了验证上述结论,设计了基于串并联结构的变刚度实验平台,实验表明鱼体的变刚度特性能显著提升推进性能.当舵机驱动频率由1 Hz增加到2 Hz时,通过统一变化弹簧刚度大小推力可提升2.5倍.上述研究结果可为改变鱼体刚度提升游动性能提供参数设计指导,为研制变刚度仿生机器鱼提供理论依据.

关键词：鳗鲡科鱼类肌肉驱动变刚度游动性能

双STAR-RIS辅助下行NOMA系统中最大化和速率的方法

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电子与信息学报 2024年

作者：田心记孟浩然李兴旺张辉河南理工大学物理与电子信息学院贵州理工学院矿业工程学院

对于两个同时透射和反射的智能可重构表面(STAR-RIS)辅助的下行非正交多址接入(NOMA)系统，该文提出一种最大化和速率的方法。首先构建最大化和速率的优化问题，优化参数为STAR-RIS相移、功率分配和时间分配；然后用半正定规划法(SDP)... 详细信息

对于两个同时透射和反射的智能可重构表面(STAR-RIS)辅助的下行非正交多址接入(NOMA)系统，该文提出一种最大化和速率的方法。首先构建最大化和速率的优化问题，优化参数为STAR-RIS相移、功率分配和时间分配；然后用半正定规划法(SDP)优化双STAR-RIS相移；最后，用迭代的方法交替优化功率分配和时间分配，在每次迭代过程中分别用拉格朗日对偶分解法优化功率分配和函数极值法优化时间分配。仿真结果显示，双STAR-RIS辅助的NOMA系统的和速率高于单STAR-RIS辅助的NOMA系统。

关键词：非正交多址接入同时透射和反射的智能可重构表面和速率功率相移

混合光谱曲线的Fast ICA盲源解混及影响因子研究

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光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1312-1320页

作者：戴佳乐汪金花李孟倩韩秀丽缪若梵华北理工大学矿业工程学院河北唐山063210

混合物高光谱分析是矿物无损检测的关键技术。文中将混合物350~2500 nm区间光谱反射率变化看作时域变化的一维序列信号,将混合物光谱分离转变为时域信号的盲源分离问题。为了分析混合光谱解混速度和准确度的影响因子,采用Fast ICA数学... 详细信息

混合物高光谱分析是矿物无损检测的关键技术。文中将混合物350~2500 nm区间光谱反射率变化看作时域变化的一维序列信号,将混合物光谱分离转变为时域信号的盲源分离问题。为了分析混合光谱解混速度和准确度的影响因子,采用Fast ICA数学模型对混合物实测高光谱反射曲线进行了盲源解混试验,从解混过程的白化方式、初始权阵,源光谱高斯性3个方面分析了光谱解混的结果,为混合物光谱检测的后期分析提供了研究基础。选取化学纯氧化铜和氧化亚铜混合物、碱式碳酸铜和氢氧化铜混合物为试验对象,采用解混性能指数PI、光谱均方根误差和光谱角距离作为评价指标,开展了源光谱高斯性与g函数、ZCA和PCA白化方式、及单位权、随机权、指定权3种初始权对解混光谱结果影响的对比实验。实验结果表明:Fast ICA算法在未知混合矿物高光谱先验信息的基础上,能够有效分离出混合物组分源光谱,样本分离精度PI值均小于0.18,光谱盲源解混的效果显著。解混后光谱曲线与源光谱曲线在特征趋势上保持一致,具有相同的吸收位置和特征峰,但是存在一定尺度的差异。另外,源光谱的高斯性与解混g函数的选取会直接影响解混结果,亚高斯区间曲线分离精度优于超高斯部分。依据高斯性进行分段解混结果的吸收特征会更加突出,与源光谱反射率数值差异也随之增大;光谱预处理的白化方式会对解混结果精度产生微小影响,经过ZCA白化后解混结果的分离精度、光谱的准确度均略高于PCA白化;在Fast ICA模型3种初始权解混结果对比发现,以初次迭代结果计算的指定权进行迭代解混时,其分离精度、解混准确度及解混时间均为最佳,解混过程更易收敛。结果表明,根据全波段高斯性来选取g函数解混效果最优,分离指数PI小于0.14,光谱角距离在0.1左右,ZCA白化比PCA白化对解混光谱的影响更小,ZCA白化后的两组混合物解混的分离指数在0.1左右,而PCA白化的分离指数PI均高于0.13,当指定权作初始权时有助于提高牛顿迭代中收敛速度,使解混光谱更接近组分已知光谱,指定权的解混时间低于0.2 s,其他两种定权方式均在0.3 s以上。

关键词：混合光谱解混 Fast ICA盲源解混高斯性白化初始权

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高校实验室搬迁风险防控体系构建及评估

实验室研究与探索 2024年

作者：李雯贵州理工学院土木工程学院

为了降低高校实验室搬迁因工作不当造成的经济损失和因不可抗力因素面临的安全风险，对高校实验室搬迁全过程进行风险点梳理，对各个风险点提出相应防控措施。基于环境影响评价理论和权重清单法构建高校实验室搬迁风险防控体系，得到实... 详细信息

为了降低高校实验室搬迁因工作不当造成的经济损失和因不可抗力因素面临的安全风险，对高校实验室搬迁全过程进行风险点梳理，对各个风险点提出相应防控措施。基于环境影响评价理论和权重清单法构建高校实验室搬迁风险防控体系，得到实验室准许搬迁指数和实验室搬迁风险防控指数。以实验室准许搬迁指数评估实验室搬迁工作能否实施，以实验室搬迁风险防控指数评估实验室搬迁工作完成程度。该体系为实验室搬迁工作拟定了风险防范具体内容、工作方法和评估标准，提高了实验室搬迁风险防御能力，保障国有资产及人员安全。

关键词：实验室搬迁风险点风险防控权重清单法风险评估

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亚硫酸铵还原焙烧软锰矿提取锰试验研究

湿法冶金 2024年

作者：黎应芬胡林王润玺王志琦贵州理工学院材料与能源工程学院

亚硫酸铵是湿法脱硫的副产物之一，具有良好的还原性能。研究了以亚硫酸铵为还原剂，通过高温焙烧直接把软锰矿中的二氧化锰还原成硫酸锰，从而实现软锰矿的高效提取。通过考察亚硫酸铵与软锰矿质量比、焙烧温度及时间、浸出温度及时间... 详细信息

亚硫酸铵是湿法脱硫的副产物之一，具有良好的还原性能。研究了以亚硫酸铵为还原剂，通过高温焙烧直接把软锰矿中的二氧化锰还原成硫酸锰，从而实现软锰矿的高效提取。通过考察亚硫酸铵与软锰矿质量比、焙烧温度及时间、浸出温度及时间等对锰提取率的影响，确定了最佳工艺条件。结果表明：最优条件为亚硫酸铵与软锰矿质量比0.75∶1，焙烧温度500 ℃，焙烧时间1.5 h，浸出温度25 ℃，浸出时间30 min；在该条件下，锰浸出率约为93%，铁浸出率约9.5%。锰提取效果较好。

关键词：软锰矿亚硫酸铵焙烧还原浸出提取锰铁

高频低能冲击扰动下锚固结构渐进失效试验研究

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煤炭学报 2024年第1期49卷 309-319页

作者：张农王朋阚甲广许兴亮谢正正魏群中国矿业大学矿业工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室江苏徐州221116 徐州工程学院土木工程学院江苏徐州221116 江苏理工学院机械工程学院江苏常州213001

高频低能冲击扰动对巷道围岩及锚固结构造成持续疲劳损伤,是深部巷道趋向失稳的重要诱因,合理构建抗冲击动载巷道锚固支护体系及避免锚固结构失效已经成为深部煤炭开采面临的重要课题之一。采用理论分析、实验室试验、数值模拟等方法,... 详细信息

高频低能冲击扰动对巷道围岩及锚固结构造成持续疲劳损伤,是深部巷道趋向失稳的重要诱因,合理构建抗冲击动载巷道锚固支护体系及避免锚固结构失效已经成为深部煤炭开采面临的重要课题之一。采用理论分析、实验室试验、数值模拟等方法,研究了冲击载荷下锚固结构内部应力传递转化机制,阐明了锚固结构累积损伤与渐进失效机理,提出了冲击动载巷道控制准则。结果表明:压缩应力、拉伸应力与压拉快速转换形成的震荡效应是造成锚固结构损伤的三大要素;压缩、拉伸作用下介质抗压强度与不协调变形是导致锚固界面破坏的关键因素,锚固结构在内部法向驱动力作用下损伤累积,切线模量为负或单次动载冲击变形量持续逆势上扬时锚固结构失效,压缩、拉伸、震荡叠加影响下锚固结构预紧力损失及内部损伤存在明显的累积突变效应,内部裂隙以张拉裂隙为主,整体破坏从震荡效应向拉伸效应再向压缩破坏效应逐渐演化。通过提高围岩/锚固剂协调变形能力,增加锚固长度调动大范围岩体承载、保护锚固界面,保持锚固结构承载区抗剪阻滑强度大于动载冲击时内部法向驱动力,同时削弱震荡效应可有效降低锚固结构累积损伤程度。最后提出了降能-高阻-让压的冲击动载巷道控制技术准则,包括远场卸压、近场强支、破碎围岩改性、预紧力维持和让压结构,可为类似条件巷道维控提供指导。

关键词：冲击动载高频低能锚固结构累积损伤渐进失效

加浆改性固体充填材料承载压缩特性与固结机制

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中国矿业大学学报 2024年第3期53卷 456-468页

作者：杨科方珏静张吉雄 ASLANI Farhad 何祥张连富吕鑫魏祯安徽理工大学矿业工程学院合肥综合性国家科学中心能源研究院西澳大学土木、环境与采矿工程学院中国矿业大学矿业工程学院

为提高井下固体充填采充作业效率，增强充填材料承载性能，设计了不同粉煤灰掺量的加浆改性固体充填材料压实试验，并开展了不同养护龄期的胶结充填体单轴压缩测试，探究了加浆散体压实力学特征，分析了粉煤灰掺量及养护龄期对胶结充填... 详细信息

为提高井下固体充填采充作业效率，增强充填材料承载性能，设计了不同粉煤灰掺量的加浆改性固体充填材料压实试验，并开展了不同养护龄期的胶结充填体单轴压缩测试，探究了加浆散体压实力学特征，分析了粉煤灰掺量及养护龄期对胶结充填体的强度影响及变形破坏趋势，结合加浆散体压实界面黏结特性及胶凝浆液水化过程，阐明了加浆改性固体充填材料承压变形特性及固结承载机理.研究结果表明：加浆改性固体充填材料承载性能受加浆散体压实与胶凝浆液交互补强的动态影响，其承载机制包括矸石啮合、黏结补强和胶结固化3个关键过程；压实过程中应力-应变曲线表现出孔隙压密、滑移调整及破碎重构3个阶段，并随着粉煤灰掺量的增加，抵制变形的能力增强；粉煤灰掺量对胶结充填体性能具有双向作用，在养护28 d时，粉煤灰掺量为10%的胶结充填体达到强度阈值.研究成果对于固体改性充填工艺的优化具有较大参考价值，为充填体后期强度提高及充填成本的降低提供了理论及数据支撑.

关键词：固废充填加浆改性固体充填压实变形承载特性固结机制养护龄期