基于多因素约束下的低温余热供暖资源潜力研究

低温余热供暖是重要的清洁供暖技术途径,但余热资源与供暖负荷的匹配受时间、空间、 温度、产业发展等多种因素的影响,因此需要深入研究能够提供长期、有效、稳定供暖的低温余热 资源。 通过深入分析影响低温余热供暖的主要因素,基于情景分析法对可用于供暖的低温余热 资源潜力进行了研究。 结果显示:2017 年,北方地区可用于供暖的低温余热资源约为62.26× 106t标准煤,可供冬季取暖面积约为8.12×109 m2,其中80℃以上的低温余热资源量约占可用 于供暖的低温余热资源总量的25.2% 。 到2020 年和2030 年,可用于供暖的低温余热资源量将 分别为68.98×106t标准煤和66.49×106t标准煤,可供取暖面积分别为12.14×109m2 和11.70× 109m2。     

2种灰色模型在矿区地表沉陷预计中的适用性

目前矿区地表单点沉陷动态预计方法主要基于传统的水准测量数据,监测方法单一,成本高,观测点易破坏,不能保证地表形变信息的实时性,且采用灰色模型进行地表沉陷预计时只针对单一模型的应用,没有结合模型自身特点分析其适用性。以袁店二矿7221工作面为试验区域,采用合成孔径雷达差分干涉测量技术监测矿区地表沉陷量,分别建立了描述沉陷量与时间关系的GM(1,1)与灰色Verhulst模型进行地表沉陷量预计,实现了矿区地表沉陷监测与动态预计一体化。通过比较、分析GM(1,1)与灰色Verhulst模型对地表沉陷量的拟合及预计结果,得出了2种灰色模型在矿区地表沉陷预计中的适用性:在矿区开采沉陷开始至活跃前期,若地表单点沉陷量曲线呈近似单峰型,则宜采用GM(1,1)进行短期预计;当矿区地表沉陷进入衰退阶段,单点沉陷量曲线呈平底饱和状态,则宜采用灰色Verhulst模型进行中长期预计。     

矿用直线振动筛结构故障分析

针对煤矿选煤厂直线振动筛工作过程中出现的结构故障问题,采用有限元仿真与现场测试结合的方法对振动筛出现故障的原因进行了分析研究。介绍了振动筛的主要结构及常见故障,并以某矿选煤厂发生大梁断裂的振动筛为例,对该振动筛进行三维建模和有限元模态分析,分析结果表明:随着模态阶次的增加,振型的变化逐渐由移动转为结构本身的扭曲变形。在该振动筛空载工作状态下,选用本质安全型便携式测振记录仪进行振动测试并处理测试信号,得到该振动筛的工作频率。结合模态分析结果和实际测试结果,判断出空载时频繁运行振动筛是造成其大梁断裂的主要原因。根据故障原因给出维护建议:应当尽量避免振动筛在空载或物料较少的状态下长时间运行;在振动筛投入使用前,应预先了解振动筛的工作状态及可能存在的薄弱环节,尽可能避免结构故障,保证振动筛可靠运行。     

薄煤层中垂直裂缝地震响应特征模拟分析

通过定义一个简单的薄煤层模型,在不断增加煤层中垂直裂缝数量的条件下,利用基于分裂节点的有限元数值方法模拟了含有不同条数裂隙煤层的地震反射波场;通过与不含裂缝、各向同性薄煤层反射的多波波场对比分析发现:裂缝的存在会对煤层的反射产生影响,但裂缝密度低时影响微弱,裂缝密度增加到一定程度后会出现类似调谐作用的反射能量干涉加强;裂缝密度进一步升高,对煤层反射的影响主要反映在高频成分的增加,对振幅影响较弱,说明煤层的反射强度主要受薄层的干涉作用影响较大;从理论地震波场分析的角度证明了薄煤层含裂缝的不可忽视性及反演的可能性。     

矿井TEM与地震联合反演导水陷落柱的试验研究

陷落柱对煤矿安全生产威胁极大,矿井TEM和地震勘探是2种主要的导水陷落柱探查方法,矿井TEM对富水性敏感,地震勘探空间分辨率高,为了充分利用2种方法各自优势,提出了基于矿井TEM和地震联合反演的导水陷落柱精细探测方法。首先,提出了基于镜像2D电阻率模型和全空间1D TEM正演算法的矿井拟二维(Pseudo-2D) TEM反演算法。矿井Pseudo-2D TEM反演算法既满足交叉梯度联合反演算法对2D模型的需要,又具有较快的反演计算速度。然后,通过去掉常规联合反演目标函数中的地震正演项,只在交叉梯度项中保留地震波阻抗模型参数,建立了单向交叉梯度联合反演算法。在单向交叉梯度联合反演算法中,地震波阻抗模型只对TEM反演进行约束,电阻率模型不对地震反演进行约束,地震波阻抗反演可以通过商业软件完成,TEM反演采用矿井Pseudo-2D TEM反演算法。通过对地震波阻抗模型进行双三次插值处理,实现地震波阻抗模型和电阻率模型之间的模型网格匹配。通过基于K-means算法的地震波阻抗模型聚类分割处理方法消除地震波阻抗模型中的次要结构变化,增加联合反演稳定性。最后,建立了含导水陷落柱地质-地球物理模型,采用有限差分方法分别进行了3D矿井TEM和3D地震勘探正演计算,对正演模拟数据进行了单独反演和联合反演计算。结果表明:联合反演能够同时重建理论模型的形状和电性特征,联合反演结果不仅具有较高的空间分辨率,而且能够反映陷落柱的富水性,优于单独TEM和单独地震方法反演结果。相比传统联合反演方法主要应用于大尺度目标体探测或浅地表成像,基于矿井TEM和地震的单向交叉梯度联合反演方法可以实现大深度小尺度目标体的精细探测。     

碱激发矿渣胶结剂对尾砂充填料浆流动性和抗压强度的影响

针对固体浓度、胶结剂含量、激发剂/胶结剂(Al/Bi)比、硅酸钠/氢氧化钠(SS/SH)比对尾砂胶结充填料浆(CPB)流动性和抗压强度的影响进行了试验研究,结果表明:碱激发矿渣基充填料浆流动性和抗压强度均优于水泥基充填料浆。随固体浓度与SS/SH比值增大,碱激发矿渣基充填料浆流动性降低,而提高胶结剂含量与Al/Bi比值,碱激发矿渣基充填料浆流动性得到改善;随着固体浓度和胶结剂含量的增加,充填体试块强度随之增加,但增长速率降低;当Al/Bi比值小于0.3时,随着Al/Bi增大,碱激发矿渣充填体试块强度增加;Al/Bi比值大于0.3时,充填体试块强度呈现下降趋势;SS/SH比值对碱激发矿渣基充填体试块强度的影响则与养护时间有关。     

基于多光谱差分植被抑制法的蚀变信息提取

遥感蚀变信息提取以岩矿裸露或低植被覆盖区为主,高植被覆盖区蚀变信息提取一直是一个难题。以Sentinel-2为代表的多光谱卫星数据具有大幅宽、空间分辨率和光谱分辨率都较高等特点,但尚未被应用于高植被覆盖区蚀变信息提取。因此,本文根据植被和矿物光谱特征差异,结合Sentinel-2多光谱传感器波段设置的特点,选取波段组合进行差分处理,提出了多光谱差分植被抑制法(Multi-spectral Differential Vegetation Suppression,MDVS)。分析结果表明,MDVS可以有效去除浓密植被影响,与主成分变换配合使用,在散点图中准确圈定出羟基和铁染蚀变信息。本研究为实现大范围高植被覆盖区蚀变矿物分布信息提取奠定基础,对于遥感找矿技术的应用和推广具有重要意义。     

单侧开半圆孔PMMA试件Ⅰ型和Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹动态扩展及数值模拟研究

为研究Ⅰ型和Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹扩展问题,利用分离式霍普金森杆(SHPB)对含有预制裂纹的单侧开半圆孔(Unilateral Semicircular Hole,USH)PMMA 试件进行冲击,得到了Ⅰ型裂纹和Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹,同时采用动态焦散线实验方法研究了裂纹扩展时程关系及裂纹扩展尖端动态应力强度因子的变化规律,利用ABAQUS 软件对试验过程进行数值模拟,研究其扩展路径。结果表明:通过试验得到的Ⅰ型和Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹轨迹和数值模拟的结果基本相似,证明了利用数值方法模拟裂纹扩展轨迹的可行性;两种类型的裂纹在扩展过程中尖端均会出现停顿,最终都会朝着试件中轴线方向移动;使用单侧半开圆孔试件进行SHPB以及动态焦散试验可以有效研究Ⅰ型和Ⅰ-Ⅱ混合型裂纹扩展过程,为后续研究裂纹扩展提供思路。     

基于深度学习的大采高工作面矿压预测分析及模型泛化

综采工作面矿压显现的分析与预测对于复杂地质条件下工作面顶板管理,保证矿井生产安全具有重要意义。采用关系型数据库储存液压支架工作阻力数据以及利用工作面推进过程中矿压显现的时序特性,采用SQL语言,运用长短时记忆网络(Long Short Time Memory,LSTM)深度学习方法,以红庆河矿31101大采高综采工作面矿压规律为研究对象,对工作面支架工作阻力、支架不平衡力、支架安全阀开启情况及初次来压与周期来压等矿压显现规律进行分析;基于建立的数据库,预测了红庆河大采高工作面矿山压力,预测结果表明LSTM方法较BP神经网络预测更具准确性。为进一步讨论本研究采用的LSTM网络模型的泛化能力,在采用布尔台42103大采高工作面、上湾矿12401大采高工作面少量矿压数据的前提下,使用迁移学习方法,对矿压数据进行预测检验,结果表明:LSTM模型具有很好的泛化能力,相比于不使用迁移学习方法,迁移学习可提高模型的泛化能力。最后,探讨了模型在3个大采高工作面矿压预测表现的差别,发现数据量本身对模型预测行为影响较大,增大数据量可弥补原始数据缺失等问题。在预测模型基础上设计了周期来压预警模型,集成形成相应矿压分析与预警系统,经工程验证判定预警系统分析效果良好。