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基于ARIMA模型的矿井灾害预测方法研究

煤炭技术 2024年第6期43卷 165-168页

作者：翟小伟周翔宋波波郝乐西安科技大学安全科学与工程学院西安710054 西安科技大学陕西省煤火灾害防控重点实验室西安710054 陕西高校青年创新团队-矿山应急救援创新团队西安710054

矿井灾害频发是影响我国煤炭产业发展的重要问题之一,灾前预警技术是目前应对这一问题的主要方法。为进一步提升矿井灾害监测预警能力,提出了基于ARIMA模型的矿井灾害预测方法研究。通过确立灾害风险监测指标构建了安全态势评估指标体系... 详细信息

矿井灾害频发是影响我国煤炭产业发展的重要问题之一,灾前预警技术是目前应对这一问题的主要方法。为进一步提升矿井灾害监测预警能力,提出了基于ARIMA模型的矿井灾害预测方法研究。通过确立灾害风险监测指标构建了安全态势评估指标体系,基于时序预测法建立了灾害预测评估模型,经模型定阶及训练等过程确定最佳ARIMA预测模型参数。通过研究模型残差的正态性分布从而得到预测模型可靠度,将ARIMA(10,0,0)模型与时间序列拟合后进行自相关图和偏自相关图分析,得到了风险灾害未来短期预测结果;提出了“红橙黄蓝绿”5级灾害预警等级和准则,并进行了现场应用试验,结果证明,ARIMA模型对未来值的预测具有较高准确性,系统能及时对灾害进行预测和分级响应,可实现对矿井灾害的风险判别和预测预警。

关键词：矿井灾害指标体系评估模型预警准则

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梅花井煤矿2号煤自燃特征及分级预警

陕西煤炭 2024年第10期43卷 39-43,59页

作者：马海生马魏周翔张彦吉刘龙翟小伟国家能源集团宁夏煤业公司梅花井煤矿宁夏银川751400 西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 陕西省煤火灾害防治重点实验室陕西西安710054 陕西高校青年创新团队矿山应急救援创新团队陕西西安710054

实现矿井煤自燃火灾的早期预警和高效防控的关键是确定煤自燃特征参数和分级预警体系。通过煤自燃程序升温试验得到了梅花井煤矿2号煤层工作面煤样在不同氧气浓度下耗氧速率,CO、C_(2)H_(4)等气体随温度的变化规律,结合现场数据,确定了... 详细信息

实现矿井煤自燃火灾的早期预警和高效防控的关键是确定煤自燃特征参数和分级预警体系。通过煤自燃程序升温试验得到了梅花井煤矿2号煤层工作面煤样在不同氧气浓度下耗氧速率,CO、C_(2)H_(4)等气体随温度的变化规律,结合现场数据,确定了采空区煤自燃预测指标气体为CO、CH_(4)、C_(2)H_(4)和C_(2)H_(6),并将格氏火灾系数R_(2)、R_(3)和C_(2)H_(4)/C_(2)H_(6)作为辅助煤自燃预测指标。最终将梅花井煤矿煤自燃指标预警等级划分为“绿、黄、蓝、橙、红”5级预警,设置气体临界阈值,实现了梅花井煤矿工作面煤自燃隐患的识别防控,对于保障工作面的安全高效开采具有重要的指导意义。

关键词：煤自燃指标气体格氏火灾系数自燃特征分级预警

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不同应力对煤自然氧化的影响规律试验研究

煤矿安全 2023年第5期54卷 199-204页

作者：翟小伟张羽琛罗金雷西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 陕西省煤火灾害防治重点实验室陕西西安710054 陕西高校青年创新团队-矿山应急救援创新团队陕西西安710054

为研究应力对煤自然氧化的影响规律,设计1套应力对煤自然氧化影响规律试验装置,通过该试验装置对煤样施加不同应力模拟采空区破碎煤体在承压环境中受压变形、温度及气体体积分数变化特征,定量分析不同应力作用下破碎煤体相关参数的变化... 详细信息

为研究应力对煤自然氧化的影响规律,设计1套应力对煤自然氧化影响规律试验装置,通过该试验装置对煤样施加不同应力模拟采空区破碎煤体在承压环境中受压变形、温度及气体体积分数变化特征,定量分析不同应力作用下破碎煤体相关参数的变化规律。研究结果表明:升应力作用阶段破碎煤体较恒应力作用阶段受压变形、升温幅度更为明显且煤体升温速率与位移变化速率大小正相关,进一步验证了应力对于煤体自然氧化具有促进作用;破碎煤体在不同应力作用下煤自燃倾向性进一步加剧,煤体内分子更易氧化,从而导致CO、CH4的产生;根据试验所测CO体积分数,从而推断有煤氧复合反应和煤体机械破碎激活脱碳2种产生途径。

关键词：破碎煤体应力 CO 自然氧化煤自燃

灵新煤矿061404工作面CO分布特征及危险区域研究

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煤炭技术 2023年第10期42卷 182-185页

作者：虎晓龙张羽琛张海洋赵刚翟小伟任立峰马腾国家能源集团宁夏煤业有限公司灵新煤矿银川751410 西安科技大学安全科学与工程学院西安710054 陕西高校青年创新团队-矿山应急救援创新团队西安710054

为了研究灵新煤矿061404工作面CO分布特征及自燃危险区域分布规律,采用实验测试和现场观测相结合,通过程序升温实验得到了煤氧化过程中CO产生率、氧浓度与煤温的关系;采用现场观测得到了工作面及采空区CO分布特征。研究表明:灵新煤矿在... 详细信息

为了研究灵新煤矿061404工作面CO分布特征及自燃危险区域分布规律,采用实验测试和现场观测相结合,通过程序升温实验得到了煤氧化过程中CO产生率、氧浓度与煤温的关系;采用现场观测得到了工作面及采空区CO分布特征。研究表明:灵新煤矿在常温下产生微量CO,且CO产生率随氧浓度、煤温增加而增大,煤样易于氧化;采空区CO呈“凹”字形分布,工作面CO沿煤层倾向从进风侧向回风侧逐渐增大;根据工作面采空区CO分布规律,判断CO来源主要途径为采空区遗煤低温氧化,截煤过程中新鲜煤体氧化产生CO气体的影响较小,同时提出了灵新矿061404工作面上隅角的煤自燃CO气体预报定量指标参数。

关键词：采空区煤自燃 CO分布危险区域

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基于数据填补的煤自燃温度预测模型

工矿自动化 2023年第1期49卷 28-35,98页

作者：翟小伟罗金雷张羽琛宋波波郝乐周妤婕西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 西安科技大学陕西省煤火灾害防控重点实验室陕西西安710054 陕西高校青年创新团队矿山应急救援创新团队陕西西安710054

现有煤自燃温度预测模型的建立大多基于较为完整的指标气体样本数据,但指标气体数据受仪器或人为因素影响,往往存在数据缺失现象,导致煤自燃温度预测准确率较低和过拟合等问题。针对上述问题,提出了将K近邻算法(KNN)、随机森林(RF)、决... 详细信息

现有煤自燃温度预测模型的建立大多基于较为完整的指标气体样本数据,但指标气体数据受仪器或人为因素影响,往往存在数据缺失现象,导致煤自燃温度预测准确率较低和过拟合等问题。针对上述问题,提出了将K近邻算法(KNN)、随机森林(RF)、决策树(DT)及基于粒子群优化的支持向量回归等填补算法(PSO-SVR)应用于缺失值填补,缺失数据和填补后的数据通过RF、SVR和极限梯度提升树(XGBoost)算法分别进行训练,并通过PSO算法优化参数,构建了基于数据填补的RF、XGBoost和SVR煤自燃温度预测模型。利用煤自然发火实验选取CO,CO_(2),CH4,C_(2)H_(6),O_(2)作为指标气体,并设计整体缺失率为10%,20%,30%和CO,CO_(2)缺失率为40%,50%,60%共6种随机数据缺失,采用平均绝对误差百分比(MAPE)作为填补效果评价指标,采用MAPE、判断系数R^(2)和均方根误差(RMSE)作为模型性能评价指标,对4种填补算法和3种预测模型进行对比。对比分析结果表明:在6种数据缺失情况下,DT填补算法填补效果优于其他3种算法,在CO,CO_(2)存在较多缺失值时,RF算法的填补值与实际值的MAPE偏大;在不调参的情况下,XGBoost模型虽然在训练集效果极好,但极易过拟合,而SVR模型预测效果极差,无法满足预测要求;在6种数据缺失情况下,基于DT填补算法的PSO-SVR、RF与PSO-RF煤自燃温度预测模型的MAPE均在4%左右,基于DT填补算法的RF模型无需优化就能较好地预测出煤自燃温度,具有良好的稳定性。

关键词：煤自燃温度预测指标气体数据缺失填补 K近邻填补算法随机森林填补算法决策树回归填补算法基于粒子群优化的支持向量回归填补算法

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灵新煤矿煤自然发火规律及指标气体研究

煤 2023年第2期32卷 1-5,10页

作者：虎晓龙朱德清张海洋张羽琛翟小伟杨冲任立峰马腾国家能源集团宁夏煤业公司灵新煤矿宁夏灵武751400 西安科技大学安全科学与工程学院陕西西安710054 陕西高校青年创新团队——矿山应急救援创新团队陕西西安710054

利用大型煤自燃试验台对灵新煤矿16号煤层煤样在常温170℃范围内的氧化特性和指标气体参数规律进行了测试。结果表明,煤温以26 d和37 d为界呈现出不同的升温速率;期间CO、CO_(2)为煤氧反应的主要产物,其余指标气体陆续由煤体氧化与分解... 详细信息

利用大型煤自燃试验台对灵新煤矿16号煤层煤样在常温170℃范围内的氧化特性和指标气体参数规律进行了测试。结果表明,煤温以26 d和37 d为界呈现出不同的升温速率;期间CO、CO_(2)为煤氧反应的主要产物,其余指标气体陆续由煤体氧化与分解产生且浓度较低;随着煤温的不断升高,实验炉内最高温度点的位置主要沿中轴线变化,并逐渐向进风口下移。此外,对于指标气体的讨论结果表明,炉内O_(2)浓度沿气流方向从进口侧开始逐渐降低,而CO和CO_(2)浓度则表现出相反的变化规律。研究结果为现场煤自燃的预测和防治提供了有力的依据。

关键词：煤自然发火指标气体特征温度放热强度

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一种基于改进DeblurGAN-v2的煤矿带式输送机图像去运动模糊方法

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煤炭学报 2024年

作者：樊红卫张超刘金鹏闫昕山任跃武王荣泉李琳西安科技大学机械工程学院西安科技大学陕西省矿山机电装备智能检测与控制重点实验室西安重装智慧矿山工程技术有限公司西安重装韩城煤矿机械有限公司陕西开来机电设备制造有限公司

针对煤矿井下相机与带式输送机带面物体相对运动而造成监测图像上物体产生拖影与轮廓不清晰的问题，提出一种基于改进DeblurGAN-v2的图像去运动模糊方法。首先采用WGAN-GP替换DeblurGAN-v2鉴别器的损失函数，抑制了原模型生成图像轮廓... 详细信息

针对煤矿井下相机与带式输送机带面物体相对运动而造成监测图像上物体产生拖影与轮廓不清晰的问题，提出一种基于改进DeblurGAN-v2的图像去运动模糊方法。首先采用WGAN-GP替换DeblurGAN-v2鉴别器的损失函数，抑制了原模型生成图像轮廓不清晰和纹理细节丢失问题；然后为了获取更深层次的图像信息并使鉴别器的损失计算更加精确，以便更好地捕捉生成图像与清晰图像之间的局部细节和二者之间差异，设计了三尺度鉴别器结构并将三个鉴别器计算所得损失赋予不同权值计算加权和，所得生成图像中物体的轮廓清晰且表面细节丰富，但是部分区域出现了与图像无关的彩色斑块，造成了有效信息的丢失；因此为解决彩色斑块问题，将结构相似性损失和梯度损失引入生成器的损失函数中并在VGG19的Conv 4-1层进行生成器感知损失的计算，生成图像消除了局部彩色斑块且图像中物体的轮廓更清晰，表面细节更丰富，去运动模糊效果最优，梯度标准差较运动模糊图像提升了68.38%，为所对比两种方法的6倍和17倍；最后，将去运动模糊前后图像中异物进行标注并使用YOLOv5模型进行样本训练，结果表明在不同交并比下异物的检测精度均上升，分别提升了3.9%和7.9%，模糊图像和对比方法的漏检、误检和检测置信度低等问题大幅改善，验证了所提图像去运动模糊方法的有效性。

关键词：带式输送机图像处理图像检测去运动模糊深度学习

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生物质混凝土在岩石表面增肥的研究

混凝土 2024年第4期 128-133页

作者：李成孙平毛迪龙朱刚杨菊香宋立美薛敏自然资源部矿山地质灾害成灾机理与防控重点实验室陕西西安710054 西安文理学院化学工程学院陕西西安710065

提出了人工提高岩面粗糙度,以提高其承载土壤能力,再结合客土喷播技术的岩面复绿方法。首先,在研究泥浆流动性的基础上,建立了岩面承载土壤能力的测量方法。然后分别利用水泥砂浆平铺、水泥砂浆微台阶、桔杆水泥砂浆微台阶法改造了岩面... 详细信息

提出了人工提高岩面粗糙度,以提高其承载土壤能力,再结合客土喷播技术的岩面复绿方法。首先,在研究泥浆流动性的基础上,建立了岩面承载土壤能力的测量方法。然后分别利用水泥砂浆平铺、水泥砂浆微台阶、桔杆水泥砂浆微台阶法改造了岩面,并研究了改造后的岩面的承载土壤能力。结果表明水泥砂浆平辅法由于提高了岩面粗糙度而提高了承载土壤能力,水泥砂浆微台阶法由于岩面外形的改变为承载土壤提供了条件,因而大幅提高了承载土壤能力,桔杆水泥砂浆微台阶法不仅保留了水泥砂浆微台阶的优点,还由于桔杆的加入,形成了尖锐的突出物,能够留存树叶、杂草等从而进一步提高了岩面保持土壤、水分和肥力的能力。最后,提出了标准承载土壤能力的概念,解决了不同浓度泥浆测试结果不同的问题。

关键词：生物质水泥岩面增肥岩面改造承载土壤能力

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我国矿井热动力灾害评价研究进展及趋势

煤矿安全 2016年第3期47卷 172-174,178页

作者：文虎郭军金永飞张泽王涛刘文永西安科技大学能源学院陕西西安710054 西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室陕西西安710054 国家矿山应急救援(西安)研究中心陕西西安710054

我国煤矿热动力灾害事故(矿井火灾和瓦斯爆炸)频发,严重威胁着煤矿的安全生产和矿工的人身安全。近年来,国内学者在煤矿热动力灾害事故评价方面取得了巨大成就。在大量查阅文献的基础上,对矿井热动力灾害的研究现状做了详细的介绍,分析... 详细信息

我国煤矿热动力灾害事故(矿井火灾和瓦斯爆炸)频发,严重威胁着煤矿的安全生产和矿工的人身安全。近年来,国内学者在煤矿热动力灾害事故评价方面取得了巨大成就。在大量查阅文献的基础上,对矿井热动力灾害的研究现状做了详细的介绍,分析了现有研究存在的不足,对热动力灾害救援安全评价的发展趋势做了展望,提出应建立矿井热动力灾害的动态评价预测模型和救援安全性判定准则,以便在灾害发生后,能够根据实时获取的灾害信息判断灾害的发展趋势和救援的安全性。

关键词：煤矿热动力灾害应急救援安全评价矿井火灾瓦斯爆炸