重金属铜铅胁迫下不同品种玉米污染程度监测研究

植被重金属污染监测是当今高光谱遥感监测研究的重要内容。为了将高光谱遥感技术定性的用于植被重金属污染监测研究,从盆栽实验采集的反射率光谱数据方面进行研究。在实验室室内设置不同胁迫浓度的重金属铜铅玉米盆栽实验,测定了不同浓度Cu^(2+)和Pb^(2+)胁迫下玉米叶片的反射率光谱和Cu^(2+)和Pb^(2+)含量等有关铜铅污染玉米的基础数据,形成了关于重金属铜铅污染玉米植株的一套完整的数据集。研究提出了一种铜铅探测指数(CLDI),实现了不同培育期的两种玉米品种的重金属铜铅胁迫监测,从而为当前植被重金属污染探测提供了新的思路。研究设计了不同浓度的铜铅污染实验,将测量获得的玉米叶片450~850 nm的光谱反射率进行一阶微分(D)和包络线去除(CR)处理后得到微分包络线去除(DCR)光谱曲线,利用皮尔逊相关系数(r)分析DCR数据和生化数据,选择对重金属Cu敏感的特征波段。计算的皮尔逊相关系数表明DCR值在490~520和680~700 nm与土壤和叶片中的Cu^(2+)含量呈现接近于1的线性正相关,在630~650和710~750 nm呈现接近于-1的线性负相关。选择波长505,640,690和730 nm的DCR值建立CLDI,通过计算土壤和叶片中的Cu^(2+)含量与CLDI和常规的植被指数(VIs)的皮尔逊相关系数,将两者进行对比,从而验证了CLDI的有效性。选用2017年实验获取的不同品种玉米叶片光谱数据,将CLDI同样和常规的植被指数(VIs)进行对比,从而验证了CLDI对不同品种的玉米具有鲁棒性。将CLDI应用到铅胁迫下玉米叶片的污染程度监测,验证了其对于不同重金属的普适性。结果表明,CLDI与Cu^(2+)和Pb^(2+)胁迫浓度相关性显著,与其他植被指数相比,相关性更高。提出的CLDI探测铜铅胁迫下不同品种不同时期的玉米污染程度,具有计算方便,鲁棒性,高效性、普适性的优点。该研究基于实验室叶片尺度,可为冠层尺度的重金属胁迫监测提供理论基础。

基于覆岩空间结构理论的矿压特征分析及应用

基于覆岩空间结构理论,一面采空、两面采空边界条件下覆岩结构称为"O"型和"S"型,结合矿压知识及工程背景的特殊条件,将二者转换过程中覆岩结构定义为"O-S"型。在系统分析三种结构构成、运移规律和应力分布特征的基础上,对矿山动力事件进行分析与防治;现场侧向支承压力监测结果显示基于覆岩空间结构理论的结构构成及相关计算相似,现场顶板岩层离层监测结果显示基于覆岩空间结构理论的覆岩运移规律阐述可靠,工作面矿压特征监测结果显示基于覆岩空间结构理论的特厚煤层矿压特征分析与实际发生情况基本一致,研究可为类似条件下矿压特征分析与岩层控制提供一定借鉴。

矸石粒径对矸石混凝土性能影响的研究及运用

矸石混凝土是指以煤矿井下生产产生的废弃矸石为骨料,通过破碎、分级和配合比加工而成的混凝土,矸石作为骨料的混凝土与传统骨料制作的混凝土有比较明显的区别,通过试验室力学试验测试和PFC数值分析双种手段研究得出,骨料最大粒径在12 mm以内时,制作的矸石混凝土早期强度高,后期强度发展也较明显,通过工业试验,进一步验证了此种骨料粒径下的矸石混凝土满足沿空留巷强度要求,同时密闭性强,研究结果可以在类似条件下推广应用。

基于系统优化的湿喷工艺在煤矿中的运用

湿喷工艺是将一定配合比的骨料经过各种湿喷机械搅拌并从喷嘴喷射到受喷体上的方法,能克服干喷混凝土的初期强度低,回弹率较大,现场工作环境粉尘多等技术难题,但我国大多数湿喷采用半机械化作业,人工加料和水等,同时,一套完整连续的湿喷装备也不适合我国煤矿井底狭小的空间使用。针对此问题,通过试验室骨料配合比试验,研究了适合优化系统的湿喷混凝土添加剂;通过湿喷装备优化设计,初步实现了湿喷工艺全程机械化定量优化;最后,经过现场观测和取样分析,结果表明优化湿喷系统的巷道施工快速,湿喷混凝土反弹率低,作业空间粉尘浓度大大降低,同时测试现场湿喷形成的岩块力学性能普遍提升,研究成果可以在类似条件下推广运用。

基于矸石动力混凝土研制的沿空留巷三维加固充填墙体及运用

通过实验室力学和化学实验,研究出以矸石为主要原料的矸石动力混凝土;设计基于矸石动力混凝土的三维加固充填墙体及其技术工艺流程,并初步实现了支护参数的定量优化;最后对工业试验进行效果监测。研究表明可减少矸石排放,节能环保。

特厚煤层边界条件转化期间矿压研究与控制技术

以水帘洞煤矿沿空巷道为工程背景,采用FLAC3D软件模拟,得到一面采空到两面采空及其转换过程中小煤柱和沿空巷道围岩应力分布特征,通过理论分析建立特厚煤层沿空巷道覆岩结构模型,对小煤柱和沿空巷道进行稳定性分析。对试验巷道回采期间支护方案进行设计和加固,并采用多种手段跟踪监测。结果表明,巷道支护设计有效,围岩应力、变形和顶板离层等控制效果良好。

“互联网+”创新创业大赛平台下的创新实践型人才培养方法

本文基于“互联网+”创新创业大赛,分析了本科创新实践型人才培养的现状,结合安徽理工大学采矿工程专业人才培养方法,探索了矿业工程的自主创新实践型人才培养方法,以“互联网+”创新创业大赛为契机,学校通过加大创新创业组织的扶持力度,完善具有创新实践型的课程体系,大力开展学生专业性的创新创业实践大赛,实施本科生导师制和班主任制度。强化了学生的理论知识,丰富了课余生活,提高了创新实践能力,拓展了相关专业领域知识,促进了学生综合素质,进而能够培养出具有矿业特色的高素质创新实践型人才,为创新实践型人才培养提供思路。

采场厚硬覆岩沿空巷旁充填体动静载荷分析

为了解决厚硬覆岩下沿空留巷侧向爆破断顶施工难度大、工艺复杂的问题,研究充填体在动静载荷下适应性,拟采用巷旁充填柔性材料(矸石)实现留巷.通过刚、柔性约束矸石体试验,分析了不同粒径及横向支护应力对其承载力的影响,掌握了袋装矸石单轴压缩应力应变关系;基于建立的沿空巷旁侧向覆岩结构模型,得到了充填体动静载荷计算方法.研究结果表明:巷旁充填矸石能适应侧向悬顶旋转断裂产生的动静载荷,且施工简单,对厚硬及其类似覆岩下沿空留巷支护设计的确定提供了科学依据.

基于测井参数的煤系烃源岩总有机碳含量预测模型

复杂沉积环境下,烃源岩物性差异较大。经相关性分析揭示了煤系烃源岩TOC含量与各测井参数间存在相关性差异较大、各测井参数间含有互相关关系的特点。采用平均影响值(MIV)方法对测井参数进行筛选,筛选后的测井参数进入最终的BP神经网络建模,从而有效地规避了测井信息间的非相互独立性导致的模型预测误差增大及建模时间增加。依据研究区实验分析的TOC含量数据,分别建立适用于煤系烃源岩的Δlog R,BP神经网络和遗传算法(GA)优化的BP神经网络TOC含量预测模型。对模型试算分析,结果表明:GA改进后的BP神经网络模型预测效果最好,稳定性强,受烃源岩非均质性影响程度小,可以精细地反映煤系烃源岩TOC含量的细微变化。

基于FLAC仿真计算的巷道底鼓预控技术"

采用FLAC模拟分析的方法,对某矿红土层中巷道采用底拱和反底拱2种不同支护方式下围岩力学行为进行了研究,系统分析了不同支护方式下围岩应力、位移及塑性区的变化情况。研究结果表明:采用反底拱进行硐室支护后,硐室底鼓量为50 mm,顶板监测点下沉量为50 mm,均为采用底拱支护技术的1/9左右;底板的垂直流变速度为8.64 mm/d,为采用底拱支护技术的1/3;最大应力明显降低。反底拱支护显著提高了围岩的强度和承载能力,有效地控制了软岩巷道的底板变形膨胀。

软弱底板特厚煤层综放面矿压特征研究与应用

水帘洞煤矿3802工作面是彬长矿区首个采用8m小区段煤柱护巷、面临软弱底板问题的特厚煤层工作面,生产条件复杂,类似开采技术经验较少。针对此问题,采用岩石物理力学性质测试和计算机数值模拟等手段,明确软弱底板对综放面矿压影响机理;通过现场实测,对3802工作面矿压特征和覆岩移动规律等进行研究,结果表明,软弱底板条件下特厚煤层综放面较一般底板下特厚煤层综放面矿压显现特征不同,软弱底板吸收能量,将应力转移到深处,一定程度上消除了冲击地压危险,同时矿山压力显现平缓不明显,动载系数小。现场实测结果表明巷道围岩稳定,研究结果可以在类似条件下推广应用。

特厚易发火煤层沿空巷道顶板离层分析及控制技术

特厚易发火煤层沿空巷道变形严重、覆岩裂隙和离层发育范围广,易与采空区进行气体交流,同时大大降低顶板的承载能力,影响巷道安全使用,故对巷道顶板离层机理的研究十分必要。以彬县水帘洞矿3802工作面沿空巷道为工程背景,通过直接顶的特性和岩层质量指数建立特厚煤层沿空巷道覆岩结构模型,依据离层机理的不同将顶板离层分为上部结构区、中部稳定区和下部离层区,并分别阐释其离层特征及控制思路;在上述基础上,提出离层控制方案;通过FLAC3D数值软件验证方案中锚杆(索)各项参数的合理性;最后监测结果表明支护方案设计合理,离层效果控制明显,工程实践证明了研究结果的可行性。

基于支架载荷的冲击危险性分析及防治研究

针对某矿主采3煤层地质条件复杂易引发冲击危险的问题,结合3煤层及顶板的弱冲击倾向性,综合分析顶板岩层结构,建立老顶初次来压的力学模型,定性分析冲击危险性:老顶运动产生的垂直向下的冲击载荷为916 k N/m,对采场支架及巷道载荷较明显。着重针对两个冲击危险区域进行钻屑法及电磁辐射法监测,证实工作面过断层及正常回采时均存在冲击危险,并采取卸压措施。实践表明:采取深孔爆破卸压措施后,煤粉量明显降低,聚集的弹性能得到释放,动载系数变小,大大减小了冲击危险,保证了安全生产。

同一铅垂面不同层位沿空掘巷矿压特征研究及应用

华丰煤矿采深超过1 km,煤层倾角32°。此矿采用传统留小煤柱进行沿空掘巷,巷道变形严重,影响安全生产;如采用沿空留巷的无煤柱开采技术,由于受千米埋深的高地应力影响,沿空留巷会产生大变形,并且围岩不稳定。为解决以上难题,提高煤炭回收率,采用错层位沿空掘巷方法。通过建立沿空掘巷基本顶的力学模型,分析推导巷道围岩冲击地压发生机理,据此采取煤层超前注水和危险区爆破卸压等防冲措施。

冲击矿井沿空掘巷合理护巷煤柱尺寸研究

为解决冲击矿井沿空巷道煤柱合理留设的问题,结合工程实践,基于煤柱宽度对巷道围岩稳定性的影响,采用FLAC数值模拟不同宽度护巷煤柱下围岩支承压力、塑性区的演化,分析煤柱应力场变化趋势。实践表明:深井小煤柱护巷技术能够保证沿空巷道的稳定性,确保安全生产。

新型铜胁迫植被指数NCSVI探索铜污染下玉米叶片光谱敏感区间

目前我国土壤重金属污染日趋严重,高光谱遥感因具有光谱分辨率高、图谱合一等特点成为农作物重金属污染研究的热点。农作物受重金属污染后其光谱会发生细微的改变,如何探寻叶片光谱中对重金属污染敏感的波段是目前的一种研究方向。提出了一种新型铜胁迫植被指数(NCSVI)来探索铜胁迫下玉米光谱敏感区间。通过设计不同梯度下的玉米铜胁迫实验,测定每个铜胁迫浓度下玉米叶片的光谱和Cu^(2+)的含量。首先,将玉米叶片光谱分为11个子区间,以每个子区间的中间波长对应的光谱反射率构建各自的NCSVI。然后,计算NCSVI与玉米叶片中Cu^(2+)含量的相关性系数R及均方根误差RMSE,结合水波段指数(WBI)、改进的叶绿素吸收率指数(MCARI)和归一化水指数(NDWI)这三种常规植被指数进行对比。最后,选用其他年份相同实验条件下获取的玉米叶片光谱进行验证,确认NCSVI的稳定性和有效性。结果表明,11个子区间中只有绿峰、红边、近谷和近峰A这四个子区间对应的NCSVI与玉米叶片Cu^(2+)含量相关性系数的绝对值高于0.9,分别为-0.94,-0.97,-0.94和-0.96,均方根误差均低于15,分别为12.57,8.71,12.71和10.06,而WBI,MCARI和NDWI的相关性系数最高的仅达到0.75,均方根误差最小的为24.21,说明四个子区间对应的NCSVI对玉米叶片铜污染有着更好的指示性。利用不同年份相同条件下的玉米实验对以上结果进行验证,发现11个子区间中,R绝对值大于0.9、RMSE小于1.55的只有绿峰、红边、近谷和近峰A这四个子区间,其中R分别为-0.9,-0.97,-0.97和-0.93,RMSE分别为1.50,0.85,0.78和1.29,均优于WBI,MCARI和NDWI,与2016年实验得出的敏感子区间一致,说明NCSVI能探测铜胁迫下玉米光谱的敏感区间,具备效率高、稳定性好的特点。所提出的NCSVI指数可作为监测玉米叶片铜污染的一种方法,并为其他农作物重金属污染研究提供一定的理论支持。

近距离煤层协调开采侧向支承压力规律研究与应用

为了有效控制近距离煤层开采时下层煤巷道变形严重的问题,结合南阳坡煤矿具体的生产技术条件,应用FLAC3D数值模拟软件,通过模拟区段留设煤柱的应力特征和3煤开采对下层煤2条巷道的侧向压力影响,得出侧向支承压力峰值16 MPa,距煤柱边缘8 m,应力集中系数为2.4。采用现场矿压观测的方法,研究了上下煤层同采时的侧向支承压力特征,得出下层煤侧向支承压力影响范围较大,在距工作面80 m之外,支护状态较好。实践表明,上层煤超前80 m开采时,更有利于综采工作面的协调开采和巷道的维护。

基于矸石动力混凝土及泵送充填系统的沿空留巷技术

针对目前煤矿煤炭回收率低、矸石上井和地面沉降等重大技术难题,开展矸石动力混凝土置换煤柱的沿空留巷技术研究。首先对制作的矸石动力混凝土强度进行测试,实验结果表明:矸石动力混凝土1 d平均强度达到10.739 MPa;28 d强度达到27.659 MPa,完全满足沿空留巷巷旁支护要求;其次优化泵送矸石混凝土充填系统。现场工业性试验表明,该技术达到了成功沿空留巷的目的,实现混凝土充填、出煤2套系统互不干扰,增强了煤矿井下开采的安全性,提高了劳动生产率及煤炭回收率。

中国关闭/废弃矿井的分类利用与等级评价

针对关闭/废弃矿井分类利用和等级评价,使用Adaboost迭代算法,建立了一个关闭/废弃矿井利用的可能性等级模型,总结得出关闭/废弃矿井分类利用可分为:关闭/废弃矿井生态文明开发,关闭/废弃矿井地下空间开发利用,关闭/废弃矿井遗留媒体资源开发利用,关闭/废弃矿井地下水资源开发利用,关闭/废弃矿井气油水光互补能源开发利用。确立了20项分类指标进行关闭/废弃矿井等级评价,初步构建出国内关闭/废弃矿井资源数据库,提出关闭/废弃矿井智能精准开发科学构想,构建了关闭/废弃矿井绿色资源评价技术体系,推动关闭/废弃矿井精准智能开采以及城市转型发展。

采场坚硬顶板沿空巷旁柔性充填留巷试验研究

为了实现坚硬直接顶板条件下沿空巷旁柔性充填体(充填矸石)承载留巷,试验得到了袋装矸石体的单轴压缩特征,结合建立的留巷巷旁侧向覆岩结构模型,定量计算了覆岩运动对巷旁充填体的静载荷;采用动力学的方法研究了顶板结构模型的动力效应,定量计算了动载荷。由此设计充填宽度为2 m时,充填体静载荷为816 kN/m,灰岩在煤壁附近断裂时的动载荷为257.3kN/m,柔性充填体能够满足覆岩静、动载荷支护要求。