基于机器学习的多气体指标煤自燃温度预测

采空区煤自燃是诱发矿井火灾的主要因素之一,在矿井火灾中的占比高达90%。为实现采空区自燃的精准防治,需要准确获得采空区内部的高温点温度,以砚北煤矿为工程背景,分析其煤样氧化升温过程中产生的指标气体,建立煤自燃温度预测的指标体系,进而开展基于深度学习的多指标气体煤自燃温度预测研究。首先对砚北煤矿采集的煤样进行煤氧化升温实验,根据实验结果划分为单一气体指标与复合气体指标,分析各指标随温度上升的变化规律,进而确定合适的指标作为煤自燃温度预测指标;使用多源数据处理方法对煤自燃温度预测指标进行处理,应用库克距离法和多重插补法对数据进行清洗,并结合灰色关联度分析法建立煤自燃温度预测指标体系;使用Elman神经网络构建预测模型,确定模型结构与超参数后,进而建立煤自燃温度预测模型,获得煤氧化升温过程中温度的准确预测。

腰骶椎结核单纯后路手术联合局部置管早期持续化疗的临床疗效

目的 探讨单纯后路病灶清除植骨融合内固定联合局部置管早期持续病灶内化疗治疗腰骶椎结核的临床疗效。方法 回顾性分析2014年1月至2018年1月西安交通大学附属红会医院收治的32例腰骶椎结核患者的临床资料,患者均采用单纯后路病灶清除植骨融合内固定联合局部置管早期持续化疗(即术中局部置管、术后1个月内经导管向病灶内持续注入异烟肼)。所有患者腰、骶椎结核均以单节段椎体及椎间隙破坏为主;22例存在椎旁或椎管内少量脓肿,但脓肿范围局限在病变节段范围内,未发生远处流注及两侧腰大肌侵袭。记录手术时间、术中出血量、卧床时间、围手术期并发症、导管注入抗结核药物情况及药物不良反应,评估手术前后疼痛视觉模拟量表(VAS)评分和美国脊柱损伤协会(ASIA)分级,通过腰椎正侧位X线片或三维CT评估植骨融合情况,监测红细胞沉降率(ESR)、C-反应蛋白(CRP)变化。结果 手术时间(116.2±15.4)min,术中出血量(320.2±103.4)m L,卧床时间(4.7±1.2)d;无大血管或神经损伤、硬脊膜破裂病例,伤口均一期愈合,无深部感染发生。随访时间12~24个月(平均15个月)。患者术后4~10个月均获骨性融合;术后3个月ESR、CRP均恢复正常,末次随访VAS评分和后凸Cobb角较术前明显改善(P <0.05)。22例术前存在神经损伤的患者末次随访时均有不同程度恢复;末次随访未见结核复发,随访期间无结核药物严重不良反应发生。结论 对以椎体及椎间隙破坏为主、椎旁或椎管内脓肿范围局限、伴节段不稳及神经损伤的单节段腰骶椎结核,予以单纯后路手术联合局部置管早期持续病灶内化疗可获得满意疗效。

单轴压缩下裂隙砂岩的能量转化特征及倾角效应

为了研究裂隙砂岩的能量转化特征及倾角效应,开展了含裂隙砂岩单轴压缩试验,研究了全应力-应变过程中能量转化特征,探讨了能量转化与试件渐进破坏过程的对应关系及裂隙倾角对能量转化影响。结果表明:不同预制裂隙试件的能量转化呈现明显的阶段特征,以耗散能转化率为例,其经历了先线性下降、再缓慢降低、后近似稳定发展、再缓慢增加、直至峰值应力处突增等五个阶段,与试件变形破裂演化过程一致,用耗散能转化率确定的损伤应力σ_(cd)与AE振铃计数确定的值较为一致。随预制裂隙角度的增加,σ_(cd)处的输入能、弹性应变能和耗散能呈近似线性增加,起裂应力σ_(ci)和闭合应力σ_(cc)处的三种能量呈相对平缓的增长趋势。不同预制裂隙倾角试件在σ_(cd)处的能量转化较为稳定,表现为σ_(cd)处耗散能转化率与σ_(ci)处的差异较小,即σ_(cd)处能量参数及转化关系能用于表征岩石变形破裂演化特征。

阻锈剂对海砂硫铝酸盐混凝土中钢筋锈蚀的影响

利用海砂替代河砂制备海砂硫铝酸盐混凝土(SACS),以海砂普通硅酸盐混凝土(OPCS)为对照,研究SACS的氯离子固化性能,并采用硬化砂浆阳极极化法及钢筋失重率法研究不同阻锈剂(单氟磷酸钠、亚硝酸锂和三乙醇胺)及其掺量(0%、0.5%、1%、1.5%、2%,即阻锈剂与硫铝酸盐水泥的质量比)对海砂硫铝酸盐水泥砂浆(SS)中钢筋极化电位和钢筋锈蚀的影响。结果表明:标养28 d后SACS氯离子固化率较OPCS高约18%,SS中钢筋极化电位略高于海砂普通硅酸盐水泥砂浆(OPC_(S));在S_(S)中掺入阻锈剂能使钢筋极化电位正移,失重率降低;掺入1.5%三乙醇胺阻锈效果最佳,钢筋极化电位变化满足规范要求,钢筋失重率仅为0.0142%,与未掺入阻锈剂相比降低约91%。

砚北煤矿特厚易自燃煤层邻近采空区瓦斯抽采与煤自燃耦合研究

砚北煤矿特厚易自燃煤层采用分层开采,在工作面推进过程中因周期来压造成工作面上隅角瓦斯瞬时超限,目前主要通过瓦斯抽采解决该问题,但邻近采空区抽采易引起采空区漏风,可能导致遗煤及下分层煤发生自燃。为分析采空区瓦斯抽采对遗煤自燃的影响及优化抽采参数,编制了瓦斯抽采、漏风、氧化升温耦合脚本文件,建立了邻近采空区瓦斯抽采耦合氧化升温数值计算模型,并利用该模型模拟了不同抽采条件下邻近采空区瓦斯浓度分布、温度分布及氧气浓度分布规律,综合考虑抽采效率和防止煤氧化自燃,研究结果表明:抽采钻孔高度35 m、抽采负压7 kPa时瓦斯抽采效果最佳。研究结果可为特厚易自燃煤层工作面上隅角瓦斯治理及邻近采空区瓦斯抽采设计提供技术参考。

腰椎管狭窄症术后S1螺钉松动的影响因素分析

目的探讨腰椎管狭窄症术后S_(1)螺钉松动的危险因素。方法回顾性分析2015年1月~2019年1月接受包括L5-S_(1)水平椎间融合椎弓根螺钉内固定术的腰椎管狭窄症患者128例。其中男42例,女86例;年龄50~81岁,平均(58.0±6.7)岁。收集患者相关资料,包含一般资料、BMI、脊柱-骨盆矢状面参数、骨密度、融合节段数,经单因素分析上述资料与S_(1)螺钉松动的相关性,并进一步行多因素Logistic回归分析,确定S_(1)螺钉松动的危险因素。结果所有患者随访18~24个月,平均(20.2±2.1)个月,18例(14.1%)患者S_(1)螺钉松动。松动组(18例)和正常组(110例)患者的年龄、性别、BMI、术前LL、术后LL、术前SS、术后SS、术前PI、术前PI-LL比较,差异无统计学意义(P>0.05)。两组患者融合节段数、骨密度、手术前后LL差值、术后PI、术后PI-LL比较,差异有统计学意义(P<0.05)。多因素分析显示,融合节段数、骨密度、手术前后LL差值、术后PI、术后PI-LL是腰椎管狭窄症术后S_(1)螺钉松动的独立危险因素(P<0.05)。结论融合节段数、骨密度、手术前后LL差值、术后PI、术后PI-LL对腰椎管狭窄症术后S_(1)螺钉松动有显著影响。

考虑块石块度及分布的人工土石混合边坡稳定性分析

为研究人工土石混合边坡中块石块度及空间分布对边坡稳定性的影响,用Python语言编写脚本生成不同块石块度、块石间距、块石轮廓等参数构成土石混合边坡模型,实现土石混合边坡块石块度及分布的随机生成。将模型导入Abaqus软件中生成土石混合边坡的数值计算模型,对土石混合边坡的稳定性进行计算,得到了块石的不同块度大小及不同空间分布对土石混合边坡稳定性的影响规律。研究表明:在含石量相同、块石块度范围为10~50 cm的条件下,随着块石块度增加,土石混合边坡的安全系数提升,塑性破坏带变宽、变长,边坡稳定性增加;当块度为10~20 cm与30~40 cm的块石分层分布在土石边坡中且块度大的块石邻近边坡下部时,安全系数较高,土石混合边坡的塑性破坏带分布面积广,边坡稳定性提升。研究结果可为人工土石混合边坡施工提供参考。

U形槽防护燃气管道爆炸对下方隧道安全影响有效性分析

铁路隧道的线路建设常与城市地下燃气管线有所交叉,以某市铁路下穿天然气管道为背景,为分析隧道上方天然气管道爆炸对隧道结构的影响,提出在燃气管道周围设立U形槽的隔离防护措施。通过理论计算燃气管道爆炸三硝基甲苯(trinitrotoluene, TNT)当量,建立ABAQUS有限元三维数值模型的方法研究爆炸情况下隧道的结构响应及U形槽防护有效性。结果表明:在爆炸冲击作用下,隧道出现较严重拉伸损伤,在隧道上部圆拱部分出现较大位移变形,且已超出工程容许标准;爆源上部土体抛掷范围较大,位移云图分层明显;设立U形槽防护之后,隧道基本无塑性损伤,结构变形程度明显减小;U形槽阻碍了爆炸波在土体中传播,上部土体抛掷范围主要集中在U形槽内上方区域,且隧道上部土体位移情况有所改善。可见U形槽的设立在天然气爆炸时可以对隧道起到有效的防护作用,数值模拟结果可为类似工程案例提供参考。

露天矿铲装作业点压风射流驱雾数值模拟研究

基于露天矿开放空间流场特征提出采用人工干扰作业点流场的驱雾技术,考虑铲装作业点浓雾形成过程、射流扰动特点及雾与流场的相互作用,建立合理的数学模型,对射流驱雾流场特点进行数值模拟研究。模拟研究发现:相同的强浓雾涌出时间,铲装点位置采用压风射流驱雾技术明显比不采用时雾浓度低;随着强浓雾的持续涌出,压风射流对雾浓度的影响先增大后减小,快速射流与雾颗粒发生动量交换,压风射流干扰区域雾颗粒运移速度增大;射流携带雾颗粒沿着压风射流方向运移,电铲前方水平方向上射流场携带雾粒向电铲的两侧发生运移,靠近煤壁气流沿垂直方向上升,从而明显降低了电铲前方的雾场浓度,提高电铲司机作业视线。

单轴循环加卸载岩石非均匀变形演化特征

为了研究循环加卸载下岩石材料的力学响应机制,开展了花岗岩试件单轴循环加卸载非均匀变形演化试验研究。采用CCD相机对试验过程中试件的变形图像进行采集,基于数字散斑相关方法分析了循环加卸载过程中试件的非均匀变形、局部化影响特征参数演化规律。研究发现:随着循环次数的增加,非均匀变形现象越来越明显;非均匀变形统计指标Sw随着加载应力的增大而增大,随着循环次数的增加而加剧;当试件出现局部化现象后,后续循环随着应力的增大及循环次数的增加,其挤压位移和局部化带影响宽度皆有所增大。

考虑残余应力的砂岩损伤理论模型

采用自行研制的重力恒载蠕变渗流实验系统开展了砂岩恒定围压下的循环加载试验,得到不同围压下砂岩的应力应变过程。考虑岩样加载过程中的非线性变形特性,假定了轴向应力是轴向应变和球形应力函数;利用热力学基本原理,分析岩样损伤演化过程中能量耗散及转化关系;将受载岩样应力分为有效弹性部分和损伤部分,弹性部分受载损伤演化,损伤部分最终演化为残余应力;基于损伤力学基本原理,理论推导建立了三轴压缩情况下考虑残余应力的砂岩损伤本构关系,并对理论模型进行实验验证。研究结果表明所建立的损伤本构模型能很好地反映岩石受载损伤全应力应变过程,也能反映出围压对岩石损伤能量耗散的影响规律,随着围压的增大,砂岩需要损伤演化消耗的机械能也越大。

三轴循环荷载下砂岩损伤耗能比演化特征研究

为了研究循环载荷下岩石能量演化特征,引入耗能比η,开展砂岩不同围压下轴向循环加卸载试验,探究全应力-应变过程中η值演化特征,进而探讨岩石试样循环加卸载作用下损伤变形演化规律。试验结果表明:对应全应力-应变曲线的5个阶段,η值演化过程可划分为线性下降、稳定发展、缓慢增加、突然增加和平缓变化5个阶段,在η值整个演化过程呈现'勺'演化特征,该特征充分反映了试样变形演化过程中的能量转化关系及损伤演化程度;随着围压的增大,η值整体呈现减小趋势;同一应变水平下,不同围压下η值在线性下降阶段、稳定发展阶段差值逐渐减小,在缓慢增加阶段、突然增加阶段差值逐渐增大,在平缓变化阶段差值减小并趋于一个稳定值;分析循环加载下岩石材料参数演化特征,考虑围压作用及耗能比演化规律,建立岩石试样循环加卸载作用下的应力-应变演化理论公式,并进行了试验曲线拟合,验证了该理论公式的合理性。

含瓦斯煤岩流固耦合渗流数值模拟

为研究含瓦斯煤岩体长时效应及变形规律,采用理论推导与数值模拟的方法,利用含瓦斯煤岩变形理论与瓦斯渗流的基本理论,假定煤岩渗透率与体积应变正相关,推导获得体积应变与渗透率理论关系;利用COSOL Multiphysics软件,数值模拟研究了含瓦斯煤岩流固耦合的全过程,得到了含瓦斯煤岩渗流特性.研究结果表明:理论推导的体积应变与渗透率的关系式是合理的;当含瓦斯煤岩处于弹性阶段,煤岩体的渗透率随体积应变的增大而增大.研究结果对煤层瓦斯抽采参数设计具有重要的理论意义.

煤岩非线性损伤蠕变模型探析

为了研究煤岩蠕变特性,分析前人煤岩蠕变特性实验结果,在广义Kelvin模型的基础上建立了煤岩非线性损伤蠕变理论模型。假定煤岩损伤演化是应力和时间的函数,同时引入非线性硬化函数推导了煤岩非线性损伤衰减蠕变方程和蠕变全过程方程。任意给定方程中材料参数和加载条件,理论得到了煤岩衰减蠕变和蠕变全过程随时间变化曲线,对比前人煤岩蠕变实验结果,验证了用理论模型去研究煤岩的蠕变特性是可行的。

循环加卸载下花岗岩非均匀变形演化的声发射特征试验研究

为了研究岩石材料在循环加卸载过程中的声发射特征与非均匀变形的对应关系,开展了花岗岩试件单轴循环加卸载试验。利用声发射系统和CCD相机分别对试样变形破坏过程中的声发射信号和试件表面的变形图像进行采集,结合数字散斑相关方法,对试件非均匀变形演化过程中的声发射特性进行研究。研究结果发现:每次循环加载过程中,非均匀变形的最小点皆与应力卸载的最低点相对应。而自局部化带启动后,每次循环加载过程中的非均匀变形的最大点滞后于循环加载应力的顶点。非均匀变形演化与声发射信号存在较好的对应关系,循环加载过程中非均匀变形的首次转折增大点对应声发射信号增加的起点,非均匀变形的最大点对应声发射信号平静期的起点。随循环次数增加,非均匀变形程度与Felicity比呈负相关关系,即非均匀变形越大,损伤程度越大,Felicity比越小。

煤岩非线性损伤试验及理论模型

为了研究煤岩材料的损伤演化过程,分别对煤和砂岩试样进行了轴向应变控制、定常环向应变控制、不同围压下的单轴压缩和三轴压缩试验研究,观察煤岩的实验损伤演化过程;对试验数据进行分析,结合煤样的变形损伤特征,基于损伤力学和热力学基本原理,推导并建立了煤岩非线性损伤演化方程和煤岩试样非线性损伤本构方程。通过试验结果验证了煤岩材料的非线性损伤理论的合理性,同时也丰富了煤岩损伤理论体系。

循环加载岩石界面滑移位移演化特征试验研究

在岩土工程实践中,岩石界面摩擦滑移会引起工程失稳问题,严重威胁着人们的生命财产安全;岩石界面的滑移问题往往处于一种往复加载状态,目前大多数学者对于岩石界面滑移问题的研究往往是在单一的加载状态下进行的,而对于往复加载状态研究较少;为了研究循环加卸载作用下界面滑移位移场演化特征,设计并开展了花岗岩试件恒定围压下的双剪模型试验研究。利用CCD相机采集界面滑移过程中的散斑图像,并利用白光数值散斑相关方法对该组花岗岩试件在实验过程中的位移场、摩擦滑移位移在循环加卸载情况下的演化特征进行研究分析。试验结果表明:①在循环加卸载作用下,随着循环次数的增加,位移场会发生明显的摩擦滑移,且当循环到一定次数,试件会发生整体黏滑现象;②随着循环次数的增加,位移场随着循环加卸载发生明显的时空演化特征,空间上存在明显的剪切位移增大和减小区域,同时随着循环次数的增加位移存在明显的累积,表现为位移演化的分区性及剪切位移场累积效应。时间上存在剪切位移演化相对于剪切应力的滞后性;③相同剪应力水平下,随着循环次数的增加,垂直位移整体趋势有所降低,界面咬合程度增加,水平滑动位移有所增加,界面分区滑动机制改变,加载端和自由端存在明显的黏滑现象;④在试件发生整体黏滑前后,剪切位移随着循环次数的增加发生不同的变化;黏滑前,随着循环次数的增加,剪切位移缓慢增大,黏滑后,随着循环次数的增加剪切位移明显增大;即黏滑前后,界面滑移速率由小变大。

不同融合术式治疗腰椎间盘突出并腰椎失稳的远期疗效

目的研究不同椎间融合方式治疗腰椎间盘突出并腰椎失稳的术后及远期疗效,评价不同融合方式的优缺点。方法回顾性研究2007年1月至2013年1月我院临床确诊单间隙腰椎间盘突出症合并腰椎失稳手术患者共149例,按不同手术方式分为自体骨组和融合器组。通过影像学及临床表现分析两组患者症状缓解、融合稳定性及融合间隙沉降。结果 149例均获得随访,随访时间6.0-10.5年,平均随访(8.3±1.1)年。融合器组和自体骨组患者手术前、术后3个月和末次随访的日本骨科协会(Japanese orthopaedic association,JOA)评分分别为(11.03±2.57)分、(24.52±2.11)分、(23.97±1.92)分和(11.26±1.93)分、(21.36±2.01)分和(20.09±1.87)分。两组患者术前与术后3个月JOA评分比较,差异有统计学意义(P<0.05)。融合器组和自体骨组椎间高度术前、术后3d及末次随访时分别为(10.56±1.34)mm、(11.42±0.78)mm、(11.26±0.74)mm和(9.83±0.87)mm、(11.24±0.77)mm、(10.32±0.94)mm。术后3d及末次随访时椎间高度较术后均有减少,但融合器组差异无统计学意义(P>0.05),自体骨组差异有统计学意义(P<0.05)。结论不同椎间融合术式均可治疗腰椎间盘突出并腰椎失稳,但融合器融合椎间高度下降率低,对植骨量要求少,远期疗效更佳。

天然气管道动态断裂参数与裂纹速度关系的研究

通过全尺寸试验的数据和小试件试验确定的材料动态断裂韧性,采用裂纹减速机制和节点力释放技术,利用有限元方法模拟了天然气管道动态断裂全过程,研究了天然气管道裂纹扩展速度与材料动态断裂参数之间的关系。

补连塔矿煤样的孔隙特征及吸附特性试验研究

为了研究补连塔煤样的孔隙特征和吸附特性,开展了煤样的低温氮吸附试验和等温气体吸附试验。通过分析低温氮吸附试验发现,补连塔煤样的比表面积明显大于变质程度相近其它煤样,且该煤样的孔径分布主要集中在小于10 nm小孔段;分析煤样气体吸附试验结果发现,该煤样的气体吸附量明显低于相同变质程度的其它煤样。分析试验结果表明,补连塔煤样的吸附特性存在明显"比表面积大而气体吸附量小"的特征,这与传统物理吸附存在较大偏差,考虑气体分子热运动,建立小孔气体分子吸附模型解释了发生该种现象原因。