摘要：为解决煤岩CT裂隙图像识别中矸石影响以及不同尺度裂隙识别的问题,设计并实现了一种基于深度学习的煤岩裂隙提取网络模型(MCSN),该模型基于U-Net网络,利用其编码器-解码器结构和跳跃连接,可实现从复杂煤岩体中分割出完整的裂隙结构图像。首先,通过煤岩工业CT扫描系统获取煤岩体内部扫描图片后,人工标注出CT图像中的裂隙结构,并利用数据增强扩充标注的原始数据制作出煤岩CT裂隙数据集;然后,将训练好的VGG16模型权重通过迁移学习技术移至U-Net编码器部分,使得整个主干特征提取网络具有更强的裂隙结构特征提取能力;同时采用深度可分离空洞卷积模块(DCAC)和残差模块对U-Net模型中解码器部分进行改进,有效提升了CT图像中裂隙结构的识别能力,展现出了优越的分割精度和鲁棒性。为验证提出的煤岩裂隙提取网络模型的有效性,将MCSN的提取结果与经典的卷积神经网络及阈值分割方法的结果进行了对比,实验对比结果显示,提出的模型在定性分析和定量分析方面优势明显。这种多尺度融合的策略可以有效提取出复杂煤岩体图像中的裂隙,提高了裂隙识别效率和精度。将该模型应用到巷道围岩钻孔裂隙识别中,通过对钻孔成像仪采集到的窥孔视频和平面展开图进行裂隙提取,并结合二者提取结果进行交叉验证,得到了精准的巷道围岩裂隙分布范围,给出了穿层抽采钻孔的注浆封孔范围,提高了煤层瓦斯抽采体积分数。

摘要：目的随着采煤机械化程度的提高和重介质选煤工艺普及,入选浮煤泥中高灰细泥的含量逐渐增加。高灰细泥是影响煤泥水沉降效率的最直接因素,对煤泥水中的高灰细泥进行处理,直接关系着煤炭资源生产和水资源利用。针对河南矿区煤泥水具有高灰细泥的特性,方法通过设计正交试验测试不同种类的絮凝剂和搅拌速度对煤泥水的沉降率的影响及其之间的相互作用的效果,提高煤泥水沉降效率。结果结果表明:六偏磷酸钠与聚丙烯酰胺的分散性能及絮凝性能更优,搅拌速度、六偏磷酸钠用量、聚丙烯酰胺用量对高灰细泥煤泥水沉降率的影响程度依次减小,搅拌速度和聚丙烯酰胺用量之间的相互关系对沉降率影响最为显著;当六偏磷酸钠用量40.08 mg/L、聚丙烯酰胺用量5.75 mg/L、搅拌速度411.12 r/min,沉降率可达95.5%,沉降率提高的原因在于高灰细泥絮凝过程中絮团成球明显,絮凝剂的桥接作用可以使分散颗粒聚团并发展为球形,长条不规则颗粒明显减少,颗粒群粒形的改变有助于煤泥水的沉降,在一定搅拌速度下粒形保持较为规整,可增加沉降概率,使煤泥水得以有效沉降。结论通过改善煤泥水中颗粒的粒度粒形特性,可以有效提高河南矿区高灰细泥煤泥水的沉降效率。研究结果可为处理高灰细泥煤泥水提供理论支持和实践参考。

摘要：为解决传统钻孔设计过程中存在钻孔设计周期长、设计效率较低、易出现人为失误等问题,采用Python语言对AutoCAD进行二次开发,对钻孔智能设计方法及自动化绘图方法进行研究,以煤层相关参数为输入数据,以钻孔的空间位置参数和钻孔布置图为输出结果,对钻孔进行智能化设计。研究结果表明:该系统可以显著提高钻孔设计的速度及准确度,系统在鹤煤八矿进行抽采钻孔智能设计的实际应用,验证系统的设计效果;系统可快速并且较准确地进行瓦斯抽采穿层钻孔的智能设计,极大程度减少瓦斯抽采空白带区域的面积,提升煤矿企业瓦斯抽采工程设计效率。

摘要：为解决煤矿瓦斯有效抽采半径难以快速准确确定的问题,采用基于Adam算法优化DNN(深度神经网络)方法来预测瓦斯抽采半径。查阅文献共收集已得到验证的970组数据集,每组数据选取煤层瓦斯初始渗透率、钻孔直径、抽采时间、地应力、煤层初始瓦斯压力作为预测模型的5个特征量,有效抽采半径作为目标输出值。接着预测模型进行不断学习和训练,最终训练得到1个最优的瓦斯有效抽采半径预测模型。利用训练好的最优预测模型结合Python语言开发出计算有效抽采半径的软件,并使用该软件在四季春煤矿和鹤煤六矿进行有效抽采半径预测的工程实例研究,验证该软件预测抽采半径的实用性和准确性。研究结果表明:通过使用开发的软件,可快速且较准确地计算出矿井瓦斯有效抽采半径,可为暂不具备现场测试条件的矿井抽采设计提供一定的参考依据。

摘要：为了研究受限空间内二氧化碳-超细水雾对甲烷爆炸的影响,通过自行设计的120 mm×120 mm×840 mm半封闭透明的甲烷爆炸实验台,开展不同气雾比二氧化碳-超细水雾对化学当量比甲烷-空气预混气体的抑爆研究。实验结果表明:二氧化碳和超细水雾结合的抑爆效果要优于单独使用任何一种抑制剂效果之和;CO2体积分数一定的情况下,甲烷-空气-CO2的爆炸压力、压升速率和爆炸火焰的传播速度均随着超细水雾体积量增加而明显减小。当单独加入体积分数为2%CO2和1.4 m L超细水雾时,两种工况下压力峰值下降之和为7.69 k Pa;而在两者共同作用下,9.5%甲烷爆炸超压峰值下降了9.3 k Pa,说明二氧化碳-超细水雾抑制甲烷爆炸时具有协同效应。

摘要：为探究不同冲击载荷作用下含气砂岩冲击损伤特征和渗透性规律,利用含瓦斯煤岩冲击损伤−渗流试验系统和工业显微CT扫描系统,设计并开展了三轴预应力状态下不同冲击速度加载的动态压缩−原位渗流试验,重构了受冲击损伤砂岩的三维裂隙结构,对比分析了固−气耦合试样不同冲击速度加载下的动态应力−应变曲线特征、能量耗散规律、破坏损伤和渗透性演变特征。研究结果表明:含气砂岩的应变率随冲击速度的增加而增加,入射波能、反射波能、透射波能和吸收能也随之逐渐增大。含气砂岩的峰值应力和峰值应变也随冲击速度的提升而逐渐增大,且动态应力−应变曲线的压密阶段不断被压缩直至完全消失。三轴固−气耦合动态冲击条件下,含气砂岩的破坏形式以剪切破坏为主;随着冲击速度的递增,冲击载荷与气体压力联合作用下含气砂岩内部的张拉裂隙数量不断增加,新生裂隙相互连接促使了宏观贯通裂隙的形成;泊松比效应和偏心压缩作用使砂岩上分别形成了沿试样轴向方向延伸和垂直于轴向方向延伸2种张拉裂隙,2种裂隙在试样外沿相互连通,呈现出网格状。含气砂岩的吸收能量直接决定了其损伤程度,吸收能量的不断增加,不仅加大了含气砂岩破坏后的损伤程度,也大幅提高了含气砂岩的渗透性;冲击受损破坏之后的含气砂岩渗透率与其裂隙率遵循线性正相关关系。

摘要：为了深入探究浅埋煤层煤田火灾发展机理,分析煤在不同轴压作用下自燃时CO生成量、耗氧速率、表观活化能的变化规律,采用荷载加压煤自燃特性参数测定装置对2~6 mm粒径煤样进行加压升温实验,结果表明:轴压0~4 MPa时煤样并不会产生裂隙,轴压6 MPa时煤样产生少量裂隙,轴压8 MPa时产生较多裂隙,轴压10 MPa时产生的部分裂隙又被压实;通过对CO生成量、耗氧速率和煤温度倒数1/T进行分段线性拟合,发现在低温阶段计算出的T1O2可作为不同轴压下煤氧化反应的特征温度,在高温阶段及低轴压时T^(2)_(O_(2))可作为不同轴压下煤氧化反应的特征温度。

摘要：为了研究真空腔体积与真空腔抑制瓦斯爆炸性能的关系,设计了瓦斯爆炸L型试验管道,并制作了能调节真空腔体积的装置:"圆板"。依次进行了真空腔体积由大到小的系列真空腔抑制瓦斯爆炸试验。试验结果表明:1)真空腔的抑爆效果取决于真空腔体积与临界体积的关系,当真空腔体积大于临界体积时,真空腔有很好的抑爆效果;而当真空腔体积小于临界体积时,真空腔非但没有抑爆效果,瓦斯爆炸压力和火焰信号强度反而比没有真空腔时还强;2)对于本试验管道,真空腔的临界体积为0.026 m3,占试验管道总体积的43%。当真空腔体积大于试验管道总体积的43%时,真空腔有抑爆效果,反之,则没有抑爆效果。

摘要：为研究型煤在单轴压缩破裂过程中产生的微震、电磁辐射信号与裂纹演化特征的对应关系,利用自主设计的低噪声静态加载试验系统,对0~0.25、0.25~0.5、0.5~1.0、1~2 mm共4种不同粒度的型煤进行了单轴压缩破坏试验,同步采集了煤样破坏过程中的微震、电磁辐射信号及破坏视频图像,提出了一种煤体裂纹快速提取方法并计算了型煤裂纹面积的变化规律。研究结果表明:型煤在单轴压缩过程中产生的微震、电磁辐射信号及裂纹面积在时域上具有良好的同步性。型煤破坏过程中裂纹面积随时间变化曲线可分为4个阶段。第1阶段为压实阶段,煤样所受应力值较小,其表面的裂纹面积以极为缓慢的速率增加。第2阶段为初始破裂阶段,随着应力的增加和内部弹性势能的积聚,型煤表面裂纹面积的增加速率较压实阶段有明显提高,伴随产生许多细小裂纹。第3阶段为加速破裂阶段,随着应力继续增加以及材料内部积聚弹性能的释放,试样变形过程加速,导致裂纹面积增速进一步增大。第4阶段为卸压阶段,试样的裂纹面积达到最大值,承载能力急剧降低,发生失稳破坏。

摘要：为有效破解“爆破安全”课程真实实验难以开设的难题,基于虚拟仿真技术及其相关专利技术,展开融合实验教学体系构建与实践研究。以爆破安全工程中的“巷道掘进爆破安全设计与实现”环节为例,开发了巷道掘进爆破安全虚拟仿真实验教学平台,可以实现爆破方案设计、爆破施工以及爆破危害监测的全工艺流程;配套开发了巷道掘进爆破炮烟中毒应急救援虚拟仿真平台,可以实现炮烟中毒事故动画演示,并可在虚拟环境中交互式完成工人自救互救、救援人员救援两项实际操作;研发了岩巷掘进爆破仿真模型及教学用模拟电雷管,可完成炮孔布置、雷管检测、起爆网路连接与网路导通性检测四项实践操作。基于此,进行了融合实验教学内容设计,研究探索型的线上实验具有启发式、探究式、多途径与多方案的特点;综合设计型的线下实验具有互动式、团队式与设计性的特点。教学实践表明:线上虚拟仿真实验不仅极大丰富了实验教学形式、增强了实验课程的趣味性,同时突破了时间、地域对于实验课程的限制,学生随时随地皆可通过网络完成实验任务;而线下实体仿真实验,不仅培养了学生团队合作精神,而且加深了学生对课堂所学理论知识的理解与应用,其动手操作能力得以同步提高。融合实验教学体系构建了虚实结合、相互补充的混合式教学模式,为破解爆破类实验课程难以开设的难题提供了思路与参考。