大尺寸煤岩组合体水力裂缝越界形成缝网机理及试验研究

为了实现煤层气资源高效开采,针对我国煤层气储层"高储、低渗、成缝困难"的赋存特征,通过对裂纹尖端能量释放率、裂纹尖端应力场屈服区域数值分析以及煤岩组合体越界压裂试验,对煤岩组合体水压致裂过程中缝网形成机理及裂纹扩展特征进行研究。结果表明:同等应力条件下,煤体裂纹尖端塑性屈服区域明显大于砂质泥岩;裂纹在砂质泥岩中起裂瞬间释放的应变能可在煤体中产生约10.69~25.53倍当量裂纹面积或长度,有利于裂缝的延伸及多裂缝结构形成;通过数值分析可知,在达到近似临界煤岩拉破坏值时,砂质泥岩裂缝尖端在XX方位的最大集中应力值(7.05×10~5)约为煤体(1.98×10~5)的3.56倍;裂纹从坚硬砂质泥岩到软煤扩展试验过程中,形成了明显的复杂缝网结构;水力裂缝从覆岩到煤扩展过程中,在煤岩界面影响下出现贯穿、转向或偏转等现象,裂纹的转向或偏转导致裂纹形态复杂,有利于缝网结构的形成。     

风力充填法管理煤矿采空区顶板的初步研究

阐述了风力充填技术的研究现状、作用机理、充填工艺,及其在煤矿开采中的应用特点和存在问题,并提出了相应解决措施.     

温度和层理对油页岩断裂韧度影响的试验研究

为了研究油页岩受不同温度影响的正交各向异性力学特征,以抚顺油页岩为研究对象,参照ISRM提出的半圆形弯曲试件测试脆性岩石Ⅰ型断裂韧度K_IC的方法,利用万能材料试验机测试不同温度作用下的3种不同层理方向的油页岩试件的载荷和位移,计算得出K_IC的变化规律。结果表明:在500 ℃以下,油页岩断裂表现出明显的脆性特征,在线弹性阶段,载荷-位移曲线的斜率与温度大致呈负相关;油页岩正交方向的断裂韧度存在各向异性;在150 ℃前,crack-arrester方位的断裂韧度大于crack-divider方位的断裂韧度,在200 ℃左右发生逆转,400 ℃以后二者趋于一致;常温下crack-splitter方位的值只有crack-arrester与crack-divider方位的1%~2%;不同层理方向的断裂韧度存在不同的“门槛”温度T_c,断裂韧度在T_c前后均呈现先增大后急剧减小的趋势。     

油页岩热物理特性试验与高温热破裂数值模拟研究

 利用热膨胀仪和导热分析仪测试抚顺油页岩垂直层理和平行层理热膨胀系数和导热系数,利用试验结果,在正交各向异性、物理场单向耦合条件下进行油页岩热破裂数值试验。研究结果表明：油页岩正交方向热膨胀性能及导热性能存在各向异性。25 ℃时,垂直层理热膨胀系数为平行层理的1.69倍,而平行层理导热系数为垂直层理的1.83倍。随着温度升高,热膨胀系数起伏变化,导热系数呈线性规律降低。沿不同层理倾角压裂时,裂纹尖端应力强度因子KI值不同,沿水平层理压裂时KI值最大。提出导热局部效应概念,在油页岩导热系数较低但过热面积开阔的方向上可以获得比在导热系数高而过热面积狭小的方向上更高的升温速率,这一效应对裂缝面附近各点的温度变化规律有影响。研究结果对发展油页岩原位热解开采技术具有一定意义。     

基于改进DeeplabV3+和迁移学习的煤岩界面图像识别方法

煤岩识别技术是实现煤矿工作面智能无人开采的关键技术之一。为进一步提高基于机器视觉实现煤岩界面图像识别的精度和效率,提出一种基于改进DeeplabV3+和迁移学习的煤岩界面图像识别网络模型：首先,使用轻量化MobilenetV2模块作为骨干特征提取网络,减少网络模型参数,提高语义分割效率;然后,在编码器和解码器中引入卷积注意力机制模块（CBAM）,提高模型特征提取能力,并实现不同层级特征信息有效融合,提升模型分割精度;其次,采用迁移学习训练方法,克服样本分布差异性,增强模型泛化性,以适应于不同应用场景下的煤岩识别任务。应用自制煤岩分割数据集和综采面煤岩分割数据集验证模型性能,与FCN、SegNet、U-net、DeeplabV3+网络模型作对比试验,并选择准确度、平均交并比、推理时间等指标对模型识别效果进行评估。消融试验结果表明,改进DeepLabV3+网络模型在自制煤岩分割数据集上准确度和平均交并比分别为94.67%和93.48%,测试用时42.58 ms/张,采用推理加速框架TensorRT优化后推理时间可达6.14 ms/张,与其他模型相比,改进DeepLabV3+对煤岩边界细节特...     

采煤机滚筒工作性能优化研究

在实际生产中,截割破碎过程是多作用耦合的结果,离散元法(DEM)与多体动力学(MBD)双向耦合技术可实现煤机设备与煤壁的信息交互,符合实际生产情况,具有较大的优越性。为提高采煤机滚筒的工作性能,基于DEM-MBD双向耦合机理,结合力学性能试验和模拟试验得到实际工况参数,采用仿真软件EDEM和RecurDyn建立了采煤机滚筒截割煤壁的双向耦合模型,对仿真过程中滚筒所受的转矩和截割力进行分析,证明耦合效果和截割效果较好。设计了单因素试验和正交试验,分析了滚筒运行参数对工作性能的影响规律,并利用SPSS软件得到滚筒转速、截割深度、牵引速度对截割比能耗、装煤率、载荷波动系数的影响程度,通过现场试验验证了模型的可行性。构建了以滚筒转速、截割深度、牵引速度为决策变量,以截割比能耗、装煤率和载荷波动系数为目标的多目标优化模型,利用改进多目标灰狼(MOGWO)算法和优劣解距离法(TOPSIS)对模型进行求解,得出当滚筒转速为31.12 r/min、截割深度为639.4 mm、牵引速度为5.58 m/min时,采煤机滚筒的工作性能最优,此时截割比能耗为0.467 7 kW·h/m³...     

煤岩组合体跨界面压裂及声发射响应特征试验研究

利用自行研制的"TCHFSM-I"型大尺寸真三轴压裂渗流模拟装置,研究不同应力条件下煤岩组合体跨界面水力裂缝起裂、扩展规律,分析压裂过程中注液压力与声发射动态响应特征。结果表明:当轴向载荷与最小水平主应力差值≥6 MPa时,水力裂缝能够跨界面扩展进入煤体,形成贯穿型裂缝;反之,水力裂缝沿界面扩展。各试件水力裂缝跨界面扩展行为不同,其注液压力演化规律和声发射动态响应特征也存在差异。当水力裂缝扩展进入煤体时,注液压力呈现明显二次上升,声发射事件累计数占比显著提升,增幅达51.4%,且多位于煤体中;当水力裂缝沿界面扩展时,声发射累计数增幅量仅为6%,且注液压力无二次上升。此外,建立考虑交汇角度、界面摩擦、应力状态等因素作用的水力裂缝跨界面扩展模型,该模型能够很好地描述与预测水力裂缝跨界面扩展行为。研究结果可为煤层气高效开采提供技术指导。     

抚顺油页岩热解后的孔隙结构试验研究

研究了不同温度热解后抚顺油页岩的进退汞曲线、孔隙率和孔径分布的变化。结果表明:随着温度的升高,汞滞后效应显现,盲孔体积不断增加,在300℃~500℃急剧上升;孔隙率随温度的变化趋势满足Dose Resp函数,以300℃~500℃的中温段的增长幅度最大;油页岩孔径峰值随着温度的升高而不断增大,在500℃达到峰值,孔结构由以微孔和小孔为主变化为以小孔和中孔为主。     

基于改进Mask R-CNN的刮板输送机铁质异物多目标检测

刮板输送机是煤矿井下的关键运输设备,铁质异物进入刮板输送机会引发磨损、断链等,甚至会造成停产、伤人等严重事故。现有刮板输送机异物识别方法存在对井下图像的适应性较差、无法区分异物类别与数量等问题。针对上述问题,提出了一种基于改进掩码区域卷积神经网络（Mask R-CNN）的刮板输送机铁质异物多目标检测方法。采用基于Laplace算子的图像增强算法对井下低照度、高粉尘环境下采集的图像进行预处理,对增强后的图像进行标注,制作数据集。采用Mask R-CNN模型的ResNet-50特征提取器获取铁质异物图像特征;采用特征金字塔网络进行特征融合,保证同时拥有高层的语义特征（如类别、属性等）和低层的轮廓特征（如颜色、轮廓、纹理等）,以提高小尺度铁质异物识别精度;针对Mask R-CNN模型生成的锚点与待检测的铁质异物尺寸不对应的问题,对Mask R-CNN模型进行改进,采用k-meansⅡ聚类算法代替原来的锚点生成方案,通过遍历数据集中标注框的长宽信息得到聚类中心点,实现刮板输送机铁质异物多目标检测。实验结果表明,改进Mask R-CNN模型对单张图像的平均检测时间为0.732 s,与Mask R...