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期刊信息/Journal information
煤田地质与勘探
中煤科工集团西安研究院
煤田地质与勘探

中煤科工集团西安研究院

王丽

双月刊

1001-1986

ccrimtdzykt@vip.163.com

029-81778075 81778078

710077

陕西省西安市高新区锦业一路82号

煤田地质与勘探/Journal Coal Geology & ExplorationCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊是中文核心期刊，被美国EI PAGE ONE数据库、美国能源研究院《煤文摘》（COAL ABSTRACT）和国际能源机械《煤文摘》（COAL HIGHLIGHTS）等12种数据库和文摘期刊收录。主要刊载煤田地质、矿井地质、煤层气、水文地质工程地质、环境地质、煤田物探、矿井物探、探矿工程等方面的新发现、学术论文、先进经验和技术革新成果。
正式出版
收录年代

    基于SSA-CG-Attention模型的多因素采煤工作面涌水量预测

    丁莹莹尹尚先连会青刘伟...
    111-119页
    查看更多>>摘要：矿井工作面涌水量预测对确保矿山安全、优化资源配置、提高工作效率等都具有重要作用.为提高预测结果的准确性和稳定性,基于钻孔水位和微震能量数据与涌水量的强关联性,选择其作为多因素特征变量,提出SSA-CG-Attention多因素矿井工作面涌水量预测模型.该模型在门控循环单元(Gated Recurrent Unit,GRU)提取时序特征的基础上,与卷积神经网络(Convolutional Neural Net-work,CNN)融合形成新的网络结构提取数据的有效非线性局部特征,并且加入注意力机制(Atten-tion),在预测过程中将注意力集中在输入元素上,提高模型的准确性.最后通过麻雀搜索算法(Spar-row Search Algorithm,SSA)优化模型参数,避免局部最优解的问题.将提出的模型分别与传统的BP神经网络、LSTM、GRU单因素涌水量预测模型以及MLP、SLP、SVR、LSTM、GRU、SSA-LSTM、SSA-GRU多因素涌水量预测模型的预测结果进行对比分析,结果表明:SSA算法以最少迭代次数快速寻优,避免了局部最优解的缺陷;SSA-CG-Attention多因素涌水量预测模型整体预测指标绝对误差(EMA)、均方根误差(ERMS)以及平均绝对百分比误差(EMAP)分别为 5.24 m3/h、7.25 m3/h、6%,指标方差和为 8.90.相较于其他预测模型预测精度更高,相较于单因素涌水量预测模型,多因素涌水量预测模型预测结果更加稳定.研究结果为矿井工作面涌水量预测提供了新的思路与方法,对矿井工作面涌水量预测及防控有着借鉴与指导作用,具有一定的理论价值和现实意义.

    涌水量预测卷积神经网络门控循环单元注意力机制多因素预测微震能量

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    基于CT扫描的重构土壤孔隙结构及其对水盐运移影响

    李华焜郑刘根陈永春李兵...
    120-127页
    查看更多>>摘要：煤矸石是煤矿沉陷区土地充填复垦的关键材料.但煤矸石质地较为粗糙,持水性较差,煤矸石重构土壤的孔隙结构和水盐运移都会与原状土壤产生一定差异.为研究煤矸石充填土壤孔隙结构变化以及对水盐运移的影响,利用CT扫描技术和图像分析方法,分析覆土、泥矸混合、矸石与原状土样品的孔隙结构差异,同时设计一种室内重构土壤水盐运移模拟装置,通过在实验装置不同深度布设传感器,连续记录重构土壤剖面水分与盐分的运移情况.结果表明,在原状土、覆土、泥矸混合与矸石 4份样品中,矸石样品孔隙率高于其他样品,达到 8.299%,导致其持水能力较差;泥矸混合样品小孔隙占比高,达到 58.73%,孔隙连通性较差,缺乏水分运移通道,导致层间障碍带的形成;覆土样品与原状土样品孔隙结构非常接近.在土柱模拟实验中,土壤盐分含量随水分运移而变化,各土壤层含盐量均先升高后降低,入渗结束后,表层土壤完成脱盐,深层土壤呈现积盐状态.在注水 6 d内,土壤层含盐量均先降低后升高,50 cm土壤层变化幅度最大,为 38.34%.深层土壤盐分借助毛管力作用向上运移,表层土壤含盐量逐渐回升.由于层间障碍带的存在,矸石层水分与盐分均难以向上运移,其含量逐渐下降.研究结果可为沉陷区土地充填复垦和矿区生态修复提供参考.

    煤矸石重构土壤孔隙结构CT扫描层间障碍水盐运移

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    基于2.5D有限元的高密度电法不同装置勘探效果研究

    赵荣春吕玉增张智韦柳椰...
    128-136页
    查看更多>>摘要：高密度电法是一种适用性广泛的电阻率勘探方法,拥有多种电极排列装置选择.不同装置由于电极分布方式的差异,在针对不同地质目标和测区环境时往往表现出明显不同的探测能力.为探究各排列装置的特点及其适用情况,推导了 2.5D电位的变分问题,采用Delaunay三角化算法实现了非结构化网格剖分,进而实现了有限元正演模拟.结合实践,对常见地质情况进行建模,分别使用温纳α、温纳β、施伦贝谢尔、偶极-偶极 4种装置开展正反演对比研究.研究发现:(1)在探测未知区域单个异常体时,温纳β、施伦贝谢尔 2种排列的效果更好;(2)在探测相邻较近的多个异常体时,应优先采用具有更高水平分辨率的施伦贝谢尔和偶极-偶极排列;(3)对于低阻破碎带的勘探,温纳β和偶极-偶极排列更为适用;(4)当地层具有较好分层界限时,4种排列均可体现良好的分层效果.因此,高密度电法勘探实践中应综合考虑不同排列装置的特点,根据具体情况选用合适的多种排列方式进行测量,并对采集数据进行综合对比分析,以获得更为准确的解释结果.

    高密度电法非结构化网格有限单元法排列装置正反演计算电阻率

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    复杂地形瞬变电磁三维正演模拟与地形效应分析

    屈少波朱姣姜志海李毛飞...
    137-151页
    查看更多>>摘要：目前,地面瞬变电磁法凭借其优势已被广泛用于煤矿水文地质勘查中,然而,在野外实际勘探中,复杂地形环境常导致发射源几何形状的改变与信号接收偏差,降低了勘探精度.为此,采用理论分析、数值模拟和实际地形数据分析相结合的方式,系统研究了复杂地形条件下电性源与磁性源瞬变电磁场的响应特征.首先,基于二阶后退欧拉离散的矢量有限元正演模拟技术,详细探讨了山峰和山谷地形位于接收点和发射源位置时,对两种源系统的影响规律.结果表明:电性源系统会出现响应变号现象,源导线位置高于周围地形时响应增强,反之则被削弱;而磁性源无变号现象,但响应变化规律与电性源类似.其次,利用实测地形数据,采用四面体网格建立与实际地形高度吻合的三维正演模型.模拟结果显示:早期响应曲线能够清晰反映地形细节,曲线形态与地形特征一致;而晚期响应则逐渐趋于平缓,体现了深部背景的影响.研究成果可为复杂地形条件下瞬变电磁法的勘探装置布设、数据采集、处理和解释提供理论指导,对提高煤矿水文地质勘探精度具有重要意义.

    瞬变电磁法起伏地形有限元正演数值模拟电性源磁性源

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    煤矿井下掘进机器人路径规划方法研究

    张旭辉郑西利杨文娟李语阳...
    152-163页
    查看更多>>摘要：针对煤矿非全断面巷道条件下掘进机器人移机难度大、效率低下等问题,分析了煤矿井下非结构化环境特征及掘进机器人运动特性,提出了基于深度强化学习的掘进机器人机身路径规划方法.利用深度相机将巷道环境实时重建,在虚拟环境中建立掘进机器人与巷道环境的碰撞检测模型,并使用层次包围盒法进行虚拟环境碰撞检测,形成巷道边界受限下的避障策略.考虑到掘进机器人形体大小且路径规划过程目标单一,在传统SAC算法的基础上引入后见经验回放技术,提出HER-SAC算法,该算法通过环境初始目标得到的轨迹扩展目标子集,以增加训练样本、提高训练速度.在此基础上,基于奖惩机制建立智能体,根据掘进机器人运动特性定义其状态空间与动作空间,在同一场景下分别使用 3种算法对智能体进行训练,综合平均奖励值、最高奖励值、达到最高奖励值的步数以及鲁棒性 4项性能指标进行对比分析.为进一步验证所提方法的可靠性,采用虚实结合的方式,通过调整目标位置设置 2种实验场景进行掘进机器人的路径规划,并将传统SAC算法和HER-SAC算法的路径结果进行对比.结果表明:相较于PPO算法和SAC算法,HER-SAC算法收敛速度更快、综合性能达到最优;在 2种实验场景下,HER-SAC算法相比传统SAC算法规划出的路径更加平滑、路径长度更短、路径终点与目标位置的误差在 3.53 cm以内,能够有效地完成移机路径规划任务.该方法为煤矿掘进机器人的自主移机控制奠定了理论基础,为煤矿掘进设备自动化提供了新方法.

    掘进机器人路径规划深度强化学习智能体虚实结合改进SAC算法煤矿

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    煤矿采空区覆岩"三带"智能识别方法

    李建文赵文吴振坤徐小兵...
    164-171页
    查看更多>>摘要：为了探明煤矿采空区覆岩破坏类型与裂隙发育情况,快速准确划分采空区覆岩弯曲带、断裂带、垮落带(简称"三带"),提出智能识别方法,为制定采空区治理方案提供依据.以山东某矿区采空区为例,采用贝叶斯在线变化点检测(Bayesian Online Changepoint Detection,BOCD)算法对钻进过程中的冲洗液漏失量和钻速数据在煤矿采空区"三带"界限处的变化及响应特征进行分析.以勘察规范中有关"三带"高度计算经验公式作为约束条件,对冲洗液漏失量和钻速数据中的候选变化点进行检测、优选,进而确定煤矿采空区"三带"界限深度.智能识别的结果与实际值吻合,其中,弯曲带下限、断裂带下限、垮落带下限的深度误差分别为+0.67、+0.31和+0.52 m,弯曲带、断裂带和垮落带的高度误差分别为+0.14%、-0.63%和+2.49%.基于钻进数据的采空区覆岩"三带"智能识别方法精度满足设计需要,切实可行.该方法将钻进数据与经验公式相结合,在钻进过程中即可完成"三带"界限的划分,充分发挥数据的时效性,避免了技术人员主观判断对识别结果产生影响.相较于依靠多种方式综合确定"三带"界限的传统方法,该智能识别方法显著提高了"三带"划分的时效性和准确性.

    采空区"三带"识别冲洗液漏失量钻速贝叶斯变化点检测煤矿

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    采煤机截割部低照度图像的边缘检测技术

    贾澎涛靳路伟王斌郭风景...
    172-178页
    查看更多>>摘要：针对井下低照度环境下采煤机截割部边缘检测任务中存在的边缘缺失、细节模糊等问题,提出一种基于分数阶微分的边缘检测Lif算法.首先采用更大的检测模板尺寸,根据Grünwald-Let-nikov分数阶定义构造最初的分数阶掩膜算子;然后根据Pascal三角形理论确定掩膜算子上各位置的权重系数,并将掩膜算子扩展到 4个不同方向;最后将得到的掩膜算子与图像进行卷积,利用图像的局部特征信息对每个方向的微分结果进行后处理.结果表明:(1)在进行多个不同场景的井下低照度图像上的实验时,Lif算法可以更全面地获取图像中不同方向上的边缘信息,在处理低照度图像时具备更强的抗噪性能,并且提取的边缘线条比其余边缘检测算法更加清晰、完整,保留了更多的纹理细节信息.(2)在客观指标评价的对比上,与基于分数阶灰色系统模型的边缘检测算法以及改进的分数阶Sobel边缘检测算法相比,Lif算法在Entropy指标上分别提高了 43%、11%,AG指标上分别提高了 23%、23%,SSIM指标上分别提高了 152%、6%.表明Lif算法在进行采煤机截割部的边缘检测任务时更具优势,研究对井下设备工作运行时的安全性和可靠性提升具有重要意义.

    低照度图像分数阶微分边缘检测采煤机截割部煤矿

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    自驱修孔钻头动力参数及钻齿结构研究

    刘勇李阳魏建平苑永旺...
    179-189页
    查看更多>>摘要：自驱修孔钻头是修复失效长钻孔的有效技术手段,为进一步提高修孔速度和瓦斯抽采效果,本文基于射流反冲理论,分析了射流反冲力与喷嘴参数的关系,构建了自驱修孔钻头旋转力学理论模型.采用LS-DYNA开展不同结构钻齿破煤过程,分析了不同钻进压力和扭矩作用下钻齿对煤体破坏形式和钻齿破煤体积变化规律,并开展了破煤实验验证数值模拟结果.形成了自驱修孔钻头参数确定方法,设计了自驱修孔钻头,并在郑煤集团超化煤矿 22煤柱面底抽巷进行了工程实验.研究结果表明:(1)喷嘴张角α和偏心角β是决定钻进压力和扭矩分配的关键参数,通过调控张角和偏心角可实现钻进压力和扭矩的最优匹配.(2)相同钻进参数条件下,钻齿结构对破煤体积影响较大,阶梯钻齿破煤效果最优.在钻进压力为 120 N、扭矩 0.6 N·m时,阶梯型钻齿结构的修孔钻头能够实现钻进压力和扭矩最优匹配.(3)确定了最优修孔钻头结构参数为:钻头外径 28 mm;后置喷嘴张角20°,偏心角 90°;前置喷嘴张角 90°,偏心角 0°.(4)工程应用结果表明:瓦斯抽采纯量提高了1.96倍,瓦斯抽采体积分数提高了 3.98倍,修孔速度提高了 1.2倍.通过改进钻头动力参数及优化钻齿结构,设计的自驱修孔钻头在工程实践中达到了提高修孔速度和瓦斯抽采效果的目的.

    瓦斯抽采钻孔修复钻进压力钻齿结构煤矿

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    《煤田地质与勘探》征稿简则

    190页
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