摘要：由于勘探目标体的二次场信号微弱,航空电磁探测系统必须具有良好的隔振降噪性能才能获取高质量的深部目标体低频信号.基于气动传动的概念,构建了气缸式气动隔振系统.建立了基于热力学和空气动力学的非线性动力学模型.利用MATLAB/Simulink对其动态性能进行仿真,对其振动的时域和频域特性进行仿真分析,气动悬架的固有频率可低至0.5 Hz,共振点的幅值比小于1.8.研究了附加气室体积和节流孔横截面积对其隔振性能的影响,为设计参数的优化选择提供了理论指导.航空电磁探测系统室内试验和飞行试验及其仿真结果表明,气缸式气动隔振系统具有良好的隔振性能,能够快速衰减和有效隔离较大的振动,可以满足航空电磁探测系统对隔振的要求.

摘要：作为“三高一扰动”中的典型特征,高地应力与采动应力叠加作是深部矿山地质灾害频发的主要原因之一,极易引起厚硬顶板强矿压、冲击地压与采动巷道大变形等问题,是深部煤矿安全高效开采的重大隐患。为解决深部矿井厚硬顶板强矿压、冲击地压与采动巷道大变形等灾害治理难题,基于爆破技术提出了深部矿山“以爆抑灾”机理与防治新方法,实现地下矿山治灾“解连接、削峰值、控变形”的目标。首先,提出“点-线-面-体”的爆炸裂隙场原位监测方法,揭示了煤矿爆破现场爆炸裂隙网的形成机制,阐明了爆破卸压的围岩应力调控机理,从而为爆破技术在卸压防冲工程的现场应用提供了理论依据。其次,从参数设计、先进装备和效果评价3方面指出深部矿井爆破卸压的关键技术,涵盖参数设计、钻孔冲孔、装药封堵和综合评价的爆破卸压整体流程。然后,以淮南矿区(张集煤矿)、鲁西矿区(新巨龙煤矿)和宁东矿区(梅花井煤矿)作为典型工程案例,开展“以爆抑灾”指导爆破卸压的现场针对性研究,分别形成了松动预裂控制爆破,高位巷精细化控制爆破和采动巷道爆破的卸压应力调控技术。最后,围绕爆破参数的智能化设计,施工装备的无人化控制和超长炮孔的集约化装药3方向展望“以爆抑灾”的发展趋势,基于智能化、数字化和信息化的角度提出未来爆破卸压工程可能出现的研究重点和挑战性问题,对于深部煤炭资源开采过程中的灾害治理具有重要的理论和实际意义。

摘要：固体充填开采技术已日臻成熟,但存在自主作业程度低、自适调控能力不足等瓶颈,智能化水平偏低,影响其应用效果与推广范围。煤矿大型装备机器人化是行业发展必然趋势,煤矿固体智能充填支护机器人的研究及其关键技术的突破势在必行。定义了煤矿固体智能充填支护机器人的概念并设计了其系统构成,揭示了其工序自驱作业机制与运行逻辑;构建了煤矿固体智能充填支护机器人全工况状态感知、运动学建模与控制方法;构建了全类别参数指标集,形成了全类别参数感知方法;对全工况场景类别进行了划分,建立了位姿精确表征与实时输出方法;形成了全工况场景运行状态判别与机械臂组自调控方法;构建了煤矿固体智能充填支护机器人虚拟样机仿真试验平台,设置了“俯采仰充”“水平采充”“仰采俯充”3种工况进行工序自驱仿真,仿真测试结果表明:充填支护机器人可精准判别干涉并解算出调控目标参数,系统整体运行及工序自驱执行等智能功能得到验证。针对煤矿固体智能充填支护机器人研发面临的关键科学问题,初步构建了煤矿固体智能充填支护机器人及其关键技术的研究框架、研发思路与技术路线,为深度升级充填开采技术、研发我国完全独立自主知识产权的煤矿固体智能充填支护机器人装备产品提供理论及技术支撑。

摘要：采场上覆岩层的运移和裂断是影响工作面矿压显现的重要因素。从能量角度对覆岩损伤及破坏特征进行研究,能够更好地了解采动影响下覆岩运移与破坏的行为规律和潜在风险,为采场合理的开采参数设计提供有效的指导。以陕西神府矿区青龙寺煤矿为研究背景,通过能量耗散理论从二维平面及三维空间的角度对覆岩裂断损伤的峰后变形破坏特征进行研究。创新性地提出了煤层开挖赋予上覆岩层势能的总能量计算方法。在此基础上,采用数值模拟和理论分析相结合的方法,建立了基于能量传导机制的覆岩损伤程度表征体系。基于能量平衡和有限差分理论,推导了岩石耗散能有限差分方程式,采用FISH语言将其写入FLAC3D应变软化模型,补充了软件能量计算模块,弥补了常规采用塑性区定性表征工程岩体开挖导致的破坏程度及类型的不足。通过定义损伤度指标量化表征了指标参数尺度效应的能量耗散程度,并结合青龙寺煤矿工作面地质条件模拟分析了工作面长度和推进速度对覆岩损伤程度的影响。覆岩损伤度随工作面长度、工作面推进速度的增加分别呈“S”型增长和减小。最终确定工作面长度应小于303.26 m,推进速度应控制在10.13~18.00 m/d并匀速推进。若工作面参数超过上述范围,开采损伤将会引起上覆岩层中主要控制层的破坏,进而导致损伤比大幅度增加。最后,结合青龙寺煤矿5-20108工作面推进速度与其工作面来压步距的相关关系,发现工作面推进速度的增加使得来压步距增长,矿压显现强度增强,整体覆岩损伤程度降低,进而验证了基于能量传导模型表征体系的可行性。

摘要：西部生态脆弱矿区是我国重要的煤炭生产基地,当前煤炭开采规模与强度已远超其环境承载能力,极有可能造成生态环境的不可逆破坏。后煤炭开采阶段地表生态修复将是该区域面临的最突出的环境问题,而水资源在此过程中起基础配置作用,“水−环”矛盾突出。煤矿采动水资源是指因采矿活动而转移、汇集并有效储存的水资源,为人造含水层,从区域水循环的角度来看其对地表生态修复具有举足轻重的作用。在总结已有研究成果的基础上,提出了采动水资源总量及采动空间存储量的计算方法,阐述了其与覆岩结构、水文地质、煤层开采及储水空间稳定性等影响因素之间的关系,建立了包含3个方面15种参数的采动水资源潜力评价体系;分析了区域水循环模式及采动影响下的生态损伤过程,探讨了维持生态平衡所需采动水资源总量的计算方法,定义了区域最佳、合理及最低生态需水量的概念,提出了地表生态环境修复效果评价指标,构建了基于煤炭开采全周期的矿井规划设计思路及技术体系;以西部生态脆弱矿区某矿为例,阐述了区域水循环下的水量平衡/超平衡状态,评估和预测了地表生态修复效果。研究表明:即使在枯水年,当前采动水资源总量亦能为地表生态环境提供可靠、足够的水资源,生态修复等级为Ⅱ级。平年和丰年则可以在Ⅰ级水平下修复1.53~2.26倍采空区面积的地表生态环境,同时可以维持更大区域的生态系统功能完整性,比例系数在丰年最高达9.03。采动水资源总量随煤炭开采面积增大而逐级增加,在满足区域生态用水需求的前提下,将其作为战略储备资源长期储存并适时用于国防、民生、工业等方面是下一步重点研究的方向。水是区域生态环境要素改变过程中最关键的影响因素,采动水资源的保护与利用对煤炭安全高效开采与生态环境修复均具有重要的战略价值。

摘要：为探究重金属胁迫下农作物污染响应的敏感叶型及谱段,设计了室外温室环境下的不同铜胁迫梯度玉米花盆试验。以玉米叶片为探究对象,利用仪器测定了出穂期玉米叶片的高光谱反射率数据以及叶片中重金属含量数据,为研究提供了基础数据。从频率域角度,结合时频分析的方法设计了叶片光谱探测法(LSDM),获得了重金属铜胁迫下敏感叶型及谱段,为农作物重金属监测提供技术支撑。根据玉米的生长过程,从老叶(O)、中叶(M)、新叶(N)光谱350~1300 nm的全谱段和子谱段角度进行探究。(1)对铜胁迫下玉米叶片的高光谱反射率数据进行双微分(SOD)和包络线移除(CR),转换到频率域上,结合时频分析的方法进行Daubechies小波6层分解。(2)根据信号异常点、小波高值点和SODCR曲线高值点,定义玉米叶片的光谱异常参数(SAP)。异常变化反射率ACR(异常反射率与其后一个相邻波段反射率差值的绝对值);异常小波系数AWC(异常小波系数与其后一个相邻波段小波系数差值的绝对值);异常SODCR值ASV(异常点SODCR值与其后一个相邻波段SODCR值差值的绝对值)。通过光谱异常参数与玉米叶片重金属含量的相关关系,探究对铜污染响应敏感的叶型及谱段。结果表明,叶片光谱探测法LSDM能高效地对玉米叶片弱信息进行增强,并准确定位出重金属铜胁迫引起的光谱异常谱段位置,异常变化范围集中在350~800 nm内;光谱异常参数能定量地衡量玉米叶片在重金属铜胁迫下的光谱异常;在不同铜胁迫梯度下,玉米新叶(N)为敏感叶型,敏感谱段为蓝边、绿峰、黄边、红谷。该研究有望为其他谷类农作物及其冠层尺度重金属监测提供技术支撑。

摘要：贵德盆地作为我国干热岩开发重要靶区,需进行开采潜力评估以及增强型地热系统(EGS)建造可行性探究.因此本文以贵德盆地干热岩储层为研究对象,建立了热-流-固耦合数值模型,对比了水基和二氧化碳基增强型地热系统在不同注入流量、注入温度和井间距条件下的采热表现,选定了适合贵德盆地的工作流体.随后利用第三代非支配排序遗传算法对贵德盆地EGS工程参数(注入流量、注入温度和井间距)进行了多目标优化并利用优劣解法对Pareto前沿中的个体进行排序,确定了最优参数组合建议并为贵德盆地EGS建造提供了参考.最后基于最优参数组合,评估了贵德盆地干热岩开发潜力以及经济和环境效益.研究结果表明:(1)二氧化碳因其较稳定的生产和较低的功耗而更适合作为贵德盆地EGS的工作流体;(2)贵德盆地EGS工程参数最优组合为:注入流量59.48 kg/s,注入温度20.26℃和井间距379.95 m;(3)贵德盆地EGS能以2.28 M_(W)的平均发电功率及高于168℃的生产温度稳定运行50年,产出电量总计为1014 GWh,单位电量成本仅为0.052$/kWh,可减少温室气体排放量达0.34~1.18 Mt.

摘要：准确确定岩土参数标准值是岩土工程可靠性分析与设计的重要前提,在实际工程中,抗剪强度参数的标准值一般是根据场地多个样本的试验结果通过经典统计学方法进行估计的,在此过程中会产生诸多误差,影响着所确定标准值的精度。依据宁波轨道交通大量勘察数据,以对施工影响最大的软土地层单元之一、呈流塑状态的全新统海积淤泥质黏土为研究对象,共收集352组数据,对该层淤泥质黏土参数进行筛选处理并对剔除后数据进行统计分析,提出一种基于机器学习理论的样本抗剪强度参数确定方法,此时模型的预测性能在预测黏聚力时R^(2)达0.664,在预测内摩擦角时R^(2)达0.818;结合贝叶斯理论推导岩土抗剪强度参数概率特征的最大后验估计量,以此对抗剪强度参数标准值确定方法进行优化。最后以区域内一个工程的现场数据进行计算,根据本文方法得到相应的抗剪强度参数的标准值。

摘要：矿石通过斜溜槽进入溜井时,不可避免地会对井壁造成冲击性损害。准确评估矿石对井壁的冲击位置、冲击力及其持续时间,对于选择合适的支护策略和确保溜井长期稳定运行至关重要。以张庄铁矿6-1盘区溜井为研究对象,基于相似模拟原理建立溜井模型,结合数值模拟,模拟斜溜槽倾角为40°、50°、60°和70°情况下,不同斜溜槽倾角对矿石卸矿过程中冲击效应的影响。研究结果表明:矿石首次冲击位置较第二次冲击位置更为集中,且首次冲击对井壁的破坏更为显著;随着斜溜槽倾角增大,斜溜槽下槽面所受法向冲量和切向冲量逐渐减小,下段溜井左右两侧井壁所受法向冲量和切向冲量均逐渐减小,即随着斜溜槽倾角增大,溜井所受冲击破损程度逐渐减小。数值模拟结果与相似模拟结果相吻合,验证了数值模拟方法在此类研究中的可靠性和有效性,为溜井斜溜槽角度选择及井壁支护和加固提供了科学依据。研究结果有助于优化溜井结构设计,降低工程成本,延长溜井使用寿命。

摘要：在煤矿生产过程中,为防止老空水害而留设的各类防隔水煤柱在废弃采空区蓄积的具有侵蚀性的矿井水长期带压浸水作用下,其宏观、细观结构不断发生变化并出现损伤劣化现象,导致煤柱的物理力学强度减小、稳定性降低,进而诱发煤柱失稳和突水事故的发生。论文通过自主设计的高压矿井水−煤耦合作用试验装置,开展了煤柱试样在不同水压、模拟矿井水、原样矿井水等条件下的长期浸泡模拟试验,并采用计算机断层扫描(CT)、X射线衍射(XRD)以及高压伺服压缩试验加载系统等手段,分析并研究了煤样长期浸水条件下的结构演化与力学损伤劣化过程和作用机理。研究结果表明:煤样结构在侵蚀性矿井水长期浸泡条件下表现为不规则孔隙−裂隙显著发育、孔隙率由0.25%增大到1.2%、孔隙发育的离散性随浸泡时间逐步降低;煤样在侵蚀溶液长期浸泡条件下的力学损伤劣化效应明显,受浸泡时间和浸泡溶液的pH值影响最为明显;煤样与矿井水在浸泡过程中产生相互作用,具体体现为初期的吸水膨胀作用与后期的溶解消耗作用。根据上述研究成果,论文阐明了废弃矿井及采空区各类边界煤柱在高渗透压、侵蚀性矿井水长期作用下结构演化与损伤劣化的物理−化学耦合作用机理,揭示了废弃采空区边界煤柱带压浸水作用下的动态响应过程与关键阶段:第一阶段以物理吸水膨胀作用为主,表现为抗压强度整体减小而抗拉强度先降低后回升再降低的现象;第二阶段以物理−化学联合作用为主,表现为黏土类矿物部分溶解、消耗导致孔隙率增大,进而诱发物理力学损伤劣化;最后,在“软化系数”的基础上提出了浸水煤柱“损伤系数”的定义和计算公式,并确定了浸水煤柱“损伤系数”的经验数值。研究结果对各类废弃矿井或采空区边界煤柱的稳定性评价和水害的防控具有重要的理论意义和工程实践价值。