基于穿层钻孔声波远探测有限元方法的煤岩界面成像

小型地质构造是造成煤与瓦斯突出事故的主要因素,小构造的精准探测是亟需解决的关键问题。煤岩界面高精度探测是查明小构造,实现透明工作面的基础。声波远探测技术具有探测范围大、分辨率高、可成像等优点,能够实现对煤岩界面的精准识别。为此,提出了基于穿层钻孔声波远探测的煤岩界面探测技术,通过在井下穿层钻孔内布置声波远探测仪,采集孔周煤岩分界面产生的阵列波形,并利用反射波信息反演获得煤岩界面成像图,进一步结合钻孔群,实现工作面的整体勘察。首先,利用COMSOL Multiphysics软件构建出煤系单极远探测数值模型;然后通过模型正演分析全波信号与波场快照的全时空变化规律;最后对远探测声波数据进行反演实现煤岩界面的偏移成像。正演结果表明:模型中煤层的纵波波速比顶底板岩层慢1.2 km/s左右,声波在煤层中传播时能量衰减得更快,同时声波穿过煤岩界面时会出现主频的漂移;当测点趋近于仪器从底板岩层向煤层过渡的位置时,直达波的变化特征为幅度的骤降与声时的增大,而界面反射波的特征为时间-深度域中倾斜同相轴的斜率改变。对采集到的波形数据进行滤波、波场分离、反射波增强、偏移成像四个步骤完成模型反演,成像结果与原始模型相似度高,煤岩界面倾角误差0.6°、煤厚误差0.212 m,穿层钻孔远探测声波有限元方法可以有效地反演出煤岩界面的位置和形态特征。该研究可为声波远探测技术应用于穿层钻孔煤岩界面识别提供基础理论支撑。

近距离特厚煤层回采巷道合理布置优化研究

针对近距离煤层开采后遗留煤柱下位特厚煤层回采巷道布置的技术难题,以开滦集团唐山矿为研究对象,综合采用理论分析、数值模拟和现场实测等研究手段,对上位煤层采动后的底板破坏深度、残留煤柱底板应力分布及下位煤层巷道顶板非均布载荷下易被破坏的原因进行了研究。研究表明:上位煤层开采引起的支承应力导致的最大破坏深度为31.5 m,对下位煤层回采巷道布置产生影响;煤柱底板的垂直应力分布具有明显的非均布性,下位煤层回采巷道更易达到抗拉极限而产生变形破坏。同时对比了下位煤层四种巷道布置方式下的主应力分布特征,优选出内错式和平移式布置方式。进一步,通过巷道的应力改变量Δσ和位移改变量ΔD评估回采巷道顶板受应力及变形的不均衡程度,结合数值模拟计算和现场工业性试验数据印证,得出9~#煤层工作面回采巷道最佳内错距离为37.5 m,为特厚煤层回采巷道布置提供了借鉴依据。

高温-动态冲击作用下页岩微纳米孔隙结构演化特征

为阐明甲烷原位燃爆压裂载荷对页岩储层的微观改性特征,开展高温-动载协同作用下页岩微纳米孔隙结构的演化特征研究,选取典型页岩样品,综合应用3D轮廓测量、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD),分析高温-动态冲击作用后的页岩碎块的宏微观粗糙特性、孔裂隙结构及矿物组分随高温的变化特征。结果表明:随温度升高,页岩断面毫米级粗糙度先略有降低后急剧升高。随温度升高,页岩有机质纳米孔减少,石英中出现复杂裂缝,碳酸盐矿物产生气孔,黏土矿物层间结构破坏,页岩体孔隙度由常温的1.488%逐渐上升至700℃的1.997%。不同高温下页岩物性组成差异显著,XRD定量分析结果显示,石英的质量占比升高,方解石和白云石总占比降低,从微纳米尺度说明燃爆载荷对页岩储层有改性效果。

燃爆载荷冲击下五峰—龙马溪组页岩断裂韧性及破坏模式

燃爆压裂是页岩气储层改造增产的一种无水压裂技术,弄清燃爆载荷冲击下页岩断裂韧性及破坏模式是甲烷燃爆压裂推广应用的关键。断裂韧性是页岩储层压裂效果评价的重要指标,实现燃爆载荷冲击下试样裂纹复杂程度的定量表征以确定页岩的破坏模式。选取四川省宜宾市长宁五峰—龙马溪组一段页岩样品,基于自主搭建的甲烷燃爆冲击和SHPB试验系统开展研究,结合动态断裂理论确定了一种计算各向异性页岩动态断裂韧度的方法,并探究燃爆载荷冲击作用下页岩的断裂韧性及损伤破坏特征。结果表明:在不同燃爆加载速率下,试样动态断裂韧度随层理角度的增加呈线性增加趋势,相比静态断裂韧性显著增大,90°层理页岩试样的断裂韧度最大达到4.98 MPa·m^(1/2);随着加载速率的增大页岩动态断裂韧度显著增大,如0°层理试样在157.57 GPa·m^(1/2)/s的加载速率下的断裂韧度值为4.93 MPa·m^(1/2),而加载速率为35.43 GPa·m^(1/2)/s时的断裂韧度为1.72 MPa·m^(1/2),降低了2.9倍;同时,受页岩层理角度的影响,高加载速率下页岩试样裂纹扩展方向发生偏移转向、顺层延申和切层现象,使得裂缝网络整体结构更加复杂;在燃爆载荷冲击试验中,页岩初始起裂角为0°~70.51°,依据岩石断裂理论可知属于I-II型复合断裂类型;随着燃爆载荷由20~25 MPa增长到66~71 MPa,裂纹的尺寸和数量显著增长,且起裂角分布范围明显增加;燃爆压力达到50 MPa以上时,试样裂纹数量和偏转模式增多,伴随着岩体的剪切滑移现象,能够形成复杂树状裂纹,对页岩储层复杂裂缝网络有着正向作用。

基于深度BP/ELMAN神经网络的山区GNSS高程转换精度分析

将GNSS测量的大地高以较高精度转换为工程所需的正常高具有重要的实用价值。本文利用GSVS2017项目高精度的GNSS水准数据,分析了深度BP/ELMAN神经网络、广义回归神经网络(GRNN)、径向基函数神经网络(RBFNN)、支持向量机回归(SVR)、二次曲线拟合和曲面拟合等方法用于GNSS高程转换的精度。试验结果表明:①在训练点间距为50、30、15、10、5 km时,采用隐含层激励函数为ReLU的深度BP/ELMAN神经网络,其精度比GRNN、RBFNN、SVR、二次曲线拟合和曲面拟合方法高;②利用隐含层激励函数为ReLU的深度BP/ELMAN神经网络进行GNSS高程转换,5种训练点间距均可使90%以上检核点间的高差满足四等水准测量精度,75%以上满足三等水准测量精度要求,训练点间距为5 km时,55%以上的高差可达到二等水准测量精度要求。

多尺度轻量化CNN在SAR图像地物分类中的应用

结合粤港澳大湾区的亚热带气候特点,采用TerraSAR-X雷达遥感卫星对实验区域进行了图像采集;针对雷达卫星观测场景中地物目标尺度变化不一的问题,提出了一个应用于地物分类的卷积神经网络模型(ENet convolution spatial pyramid pooling,ENet-CSPP)。利用了普通卷积比空洞卷积更好保持领域信息的特点,提出了多尺度特征融合模块——卷积空域金字塔池化模块;针对SAR遥感图像数据集训练样本偏少的问题,提出了将多尺度特征融合模块和轻量化卷积神经网络结合起来的方法;ENet-CSPP网络的编码器部分由改进后的ENet网络和卷积空域金字塔池化模块构成,解码器部分实现深、浅层特征的融合后输出地物分类图像。在GDUT-Nansha数据集上进行了定量对比实验,ENet-CSPP模型在像素精度、平均像素精度和平均交并比3个性能指标上都要优于其他模型,表明多尺度轻量化的模型有效提高了地物分类的精度。

现浇绿化混凝土的性能及其在生态护岸中的应用研究

为了减少水文环境对坡面混凝土的破坏,保护坡面植被,选取适宜坡面防护的现浇绿化混凝土开展性能测试,研究其在多水环境下的生态护岸工程中的应用价值。结果显示,现浇绿化混凝土平均抗压强度为7.2MPa,平均孔隙率为26.9%,测试结果满足工程设计指标要求;当降雨强度达到6.4L/min时,表孔参数对弗劳德数影响较大。研究表明,选择铺筑厚度高的现浇绿化混凝土护坡,有利于植物生长,能够缩短施工周期。

河道整治工程护坡型式综合比选模型构建及分析研究

为了对构峪河河道护坡建设工程的护坡形式进行比选,通过对生态护坡的分类,建立河道整治工程护坡型式综合比选模型,并利用AHP法确定权重,采用两种评价方法相结合的方法,对该综合比选模型进行评价分析。结果表明,型式3中各项定性指标的综合平均分值为7.2625分,该护坡比选系统的综合评分为7.123,评价准则平均指数为1.928。综合可知,生态混凝土护坡为该工程的最优方案。

液氮冷冲击煤的作用范围及力学损伤机理

低温流体液氮对煤冷冲击的作用范围、煤内部因温差形成的热应力变化规律及其对煤形成损伤的力学作用机理,均是液氮在煤岩增透领域应用中亟待研究的关键问题。利用非接触式全场应变测量装置、红外温度场测量装置和热电偶温度测量装置,测得开放环境下液氮冷冲击煤样钻孔后,钻孔周边煤体温度场及应变场随冷冲击时间的变化规律。通过建立包含弹性模量、泊松比、热膨胀系数、测点温差及测点所在半径参数的热应力模型,设计实验测得模型各参数并代入其中求解,计算得到煤岩内部不同位置处的热应力及其随冷冲击距离和时间的变化规律,并针对3类不同变质程度煤的上述规律进行对比。研究结果表明,在液氮冷冲击过程中,3类煤样内部各测点处的温度均呈现出快速降低—缓慢降低—稳定的变化规律,各测点处的热应力均经历了快速增长—缓慢增长—无增长3个阶段。距离冷冲击钻孔越近,相邻测点间的温度相差越大,所产生的热应力越大。液氮冷冲击1 800 s后,3类煤样各测点处的热应力均基本达到稳定阶段,距离冷冲击钻孔1 cm处所产生的热应力均≥1.84 MPa。液氮冷冲击能够使煤内部产生4类变形进而对煤造成损伤,其中“因压致拉”所产生的Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类变形及3者相互组合的复合型变形,是煤体形成损伤产生复杂裂缝的根本原因。然而,液氮冷冲击对不同煤的降温及变形范围虽存在差异,但总体作用范围有限,仅能够在钻孔周边产生损伤,因此,液氮冷冲击技术建议结合压裂工艺进行应用,冷冲击所产生的损伤可用于降低起裂压力,并使压裂裂缝更为复杂。

煤层钻孔内注入液氮过程中的传热传质规律及煤损伤分析

低温流体液氮向煤层钻孔内注入过程中的传热传质规律及煤损伤分析,是目前液氮在煤层增透领域应用中亟待研究的关键问题。通过利用流量计、内视镜、热电偶、质量天平和超声探测仪,可视化分析了液氮注入过程中煤钻孔内液氮的初始累积过程和液位状态变化,探究了不同注入速率下钻孔内液氮的实际液位、净液位和注入效率随注入时间的变化规律,并对3个不同时刻下的煤体进行超声损伤检测。研究发现,液氮初始累积时会在钻孔底部煤的交界面处形成明显的莱顿佛洛斯特效应,随着钻孔底部煤温的不断降低,辐射换热系数不断减小,进而蒸汽膜厚度随之降低。不同注入速率下,1 m长钻孔内液氮的净液位最大增加量均为35 cm左右,这意味着,向长钻孔内注入液氮时,应实施分段注入,仅增加液氮注入时间会造成液氮的浪费。实际液位与净液位比值的变化规律均为先降低然后趋于稳定,稳定状态下2者的液位比相近。不同注入速率下液氮注入效率随注入时间的变化规律,均为降低—升高—稳定—降低。低速注入速率下的液氮注入效率更高,提升注入速率后单位体积液氮所相变的氮气,在钻孔内换热时间更短、向钻孔外排出温度更低,进而增大了液氮损耗,使注入效率变低。超声波测试结果表明,液氮能够渗入裂缝内部,使裂缝两侧在冷冲击的作用下冻缩,增加原有的裂缝宽度并使缝尖受到裂缝两侧冻缩力的作用拉伸扩展变形,形成新的裂缝。

基于直线生成的卷积霍夫线段检测

直线检测作为计算机视觉的上游任务,为下游包括工业视觉、遥感图像分析等任务提供支撑。直线检测的一大方向是霍夫直线检测,但现有霍夫检测基于近似原理设计计票器,直线检测准确度不高。为提高霍夫变换线段检测的准确度,利用卷积改进霍夫直线检测的计票器并提出基于直线生成的卷积霍夫线段检测方法。利用中值滤波对原始图像中的复杂纹理平滑处理后检测图像中的边界;通过按位异或卷积去除边界检测结果中的噪点并保留候选的线段端点;将候选的线段端点两两组合并使用布雷森汉姆算法进行线段生成,由利用卷积改进的计票器判断生成的线段是否存在于边界上;确认端点所构成线段位于边界后求取端点对之间的参数并合并参数相似的加检测结果,得到最终线段检测结果。对比实验中该方法的F1指标为0.7626,优于对比方法中最高的0.6523,证明该方法保留了霍夫变换较高鲁棒性的同时提高了检测结果的准确性。

基于领域本体的复杂产品设计知识检索技术

为解决产品数据管理系统中知识难以被发现和重用的问题,提出基于领域本体的设计知识检索技术。利用"领域本体—索引知识—数据资源"三层映射结构表达设计知识,形成以领域本体为语义模型和以索引知识为引导的设计知识体系。提出了基于语义的知识检索方法,对设计问题进行语义解析,转换成本体概念集,利用向量空间模型的相似度算法,在检索词元权重中引入语义关系权重,在索引知识词元权重中引入知识域权重,最终匹配符合设计人员检索意图的设计知识。以飞航导弹总体方案设计为例验证了知识检索技术的可行性。

测绘档案管理信息系统的设计和开发

基础地理信息数据的急剧增加给测绘档案的有效管理提出了新要求。结合测绘档案的特点,本文详细介绍了为测绘管理部门开发的测绘档案登记系统(SAMS),并论述了系统的主要功能和实现方法。

对GML3.0的探讨

Internet与GIS结合成互联网地理信息系统(InternetGIS)是GIS软件发展的必然趋势,InternetGIS用于分布式地理信息的在线发布,并为分布式地理信息提供在线实时处理与分析的工具。对GML3.0(GeographyMarkupLanguage3.0,地理标记语言)的发展和核心技术进行了深入的研究,其主要内容包含了GML3.0的数据类型、要素、要素集合、几何模型的类型及元素、时态、层等,给出了一些内容模型以及相关内容的UML表示,还给出了使用GML3.0进行数据共享和互操作的应用实例,并对未来的GML版本进行了预测。

地理信息共享环境研究

地理信息共享是地理信息系统研究领域的重要研究方向之一。在总结、整合与发展前人研究成果的基础上,完善了地理信息共享环境的概念,明确了地理信息共享环境是由管理环境、标准环境和技术环境所组成,提出地理信息共享环境体系框架,并对其组成要素进行较为详细的论述。

我国地理信息标准化综述

地理信息标准化是实现地理信息共享的关键问题之一,近年来我国在地理信息标准化方面已取得了长足进展。论述地理信息标准化的重要性,对我国几个五年计划所发布的地理信息标准作了简要回顾,对《国家地理信息标准体系》进行较为详细的介绍,并为我国的地理信息标准化工作提出相关建议。

测绘工程专业“GIS软件设计”课程教学探讨

结合"GIS软件设计"课程的教学实践,针对测绘工程专业的培养目标,论述"GIS软件设计"课程的课程目标、课程特点和教学要求,对教学设计进行探讨,提出教学建议。

注册测绘师制度下测绘工程专业“地理信息系统”课程教改探讨

在我国实施注册测绘师制度的背景下,结合"地理信息系统"课程的教学实践,针对测绘工程专业的培养目标和注册测绘师制度对人才的要求,对测绘工程专业"地理信息系统"课程的教学改革提出几点建议。

地理信息共享关键问题研究进展及趋势

分别从地理信息共享管理、标准和技术3个方面对地理信息共享的研究现状、进展和存在的问题进行综述,提出要实现有效且高效的地理信息共享,需要营造一个良好的地理信息共享环境的结论,并对地理信息共享的研究趋势进行探讨。