结合多尺度注意力和动态构建的非均匀超图聚类模型

单个较大非均匀超图聚类旨在将非均匀超图包含的节点划分为多个簇,使得同一簇内的节点更相似,而不同簇中的节点更不相似,具有广泛的应用场景。目前,最优的基于超图神经网络的非均匀超图聚类方法CIAH(co-cluster the interactions via attentive hypergraph neural network)虽然较好地学习了非均匀超图的关系信息,但仍存在两点不足:(1)对于局部关系信息的挖掘不足;(2)忽略了隐藏的高阶关系。因此,提出一种基于多尺度注意力和动态超图构建的非均匀超图聚类模型MADC(non-uniform hypergraph clustering combining multi-scale attention and dynamic construction)。一方面,使用多尺度注意力充分学习了超边中节点与节点之间的局部关系信息;另一方面,采用动态构建挖掘隐藏的高阶关系,进一步丰富了超图特征嵌入。真实数据集上的大量实验结果验证了MADC模型在非均匀超图聚类上的聚类准确率(accuracy,ACC)、标准互信息(normalized mutual information,NMI)和调整兰德指数(adjusted Rand index,ARI)均优于CIAH等所有Baseline方法。

结合图神经网络和图对比学习的半监督多图分类

多图(multi-graph,MG)是一种图袋表示模型,半监督多图分类旨在从有标记和未标记的多图中构建一个预测模型,通过高准确度预测未标记多图,在用户产品推荐、生物制药等领域有着广泛应用。现有基于机器学习的半监督多图分类主要存在两点不足:(1)不能进行全自动的特征选择,过于依赖参数选择。(2)对未标记多图数据的价值未充分挖掘。因此,提出一种结合图神经网络和图对比学习的半监督多图分类方法(graph neural network combining with graph contrastive learning for semi-supervised multi-graph classification,GCSS)。一方面,分别设计从局部和全局提取特征信息的模块,并引入NN协同器(neural networks collaborator,NN collaborator)完成这两个模块的协作,自适应学习数据的特征表示进行训练;另一方面,采用图对比学习(graph contrastive learning,GCL)和半监督学习(semi-supervised learning,SSL)从两个不同学习视角来充分利用未标记多图数据,降低模型对标签等的依赖。在真实数据集上的大量实验结果验证了所提出方法的预测性能均优于基线方法。

定向长钻孔瓦斯抽采负压变化规律及监测控制技术研究进展

【意义】近水平定向长钻孔是煤矿瓦斯灾害防治的重要技术途径和有效手段,负压是影响定向长钻孔瓦斯抽采效果的重要因素。【进展】从孔内负压衰减机制与分布规律、瓦斯抽采参数监测技术、瓦斯抽采智能调控系统等3个方面系统总结了近水平定向长钻孔瓦斯抽采技术研究进展,其中在孔内负压衰减机制与分布规律方面,总结了负压对瓦斯抽采影响机制、负压衰减机制、负压分布规律等基础理论研究成果;在瓦斯抽采参数监测技术方面,基于不同原理,阐述了超声波式、激光式、孔板式、循环自激式等不同类型的孔口瓦斯监测仪器现状,以及以束管法为主的孔内瓦斯监测手段;在瓦斯抽采智能调控系统方面,介绍了瓦斯抽采智能调控理念与技术装备研究上取得的成果,以负压、流量、浓度等抽采参数为分析调控对象,基于智能算法与PLC控制技术,初步实现井下管网智能调控,提高了瓦斯抽采效率。【展望】指出当前研究存在定向长钻孔内负压变化规律不清、正负压耦合作用机制不明,缺乏孔内长距离的瓦斯抽采参数监测手段和瓦斯多参数监测方法,瓦斯抽采调控系统智能化程度低等不足。同时提出瓦斯抽采定向长钻孔研究的未来发展趋势,包括基于定向长钻孔特殊结构分析的负压抽采与正压扩散耦合机制、基于光纤传感的孔内瓦斯多参数监测系统、基于机器学习的瓦斯抽采参数精细调控方法等研究方向,为近水平定向长钻孔瓦斯治理工程设计、施工、抽采与效果评价提供支撑。

阳泉矿区碎软煤层深孔气动定向钻进关键技术与实践

【目的】针对山西阳泉矿区碎软煤层瓦斯精准、超前、区域治理需求,提出采用气动定向钻进煤层预抽钻孔的技术方案。【方法】在分析气动定向钻进成孔技术难题的基础上,开发了适用于阳泉矿区碎软煤层赋存条件的气动螺杆钻具稳定运转技术、钻孔轨迹精确控制技术、深孔高效排渣技术、气动套铣打捞技术,优化了气动定向钻进装备配套方案,并在阳泉矿区碎软煤层中开展了现场工业性试验。【结果和结论】结果表明:(1)通过优化气动螺杆钻具结构和工艺流程、设计低风阻管路,有效解决了气动螺杆钻具的异常制动,实现了稳定高效运转。(2)通过优化钻孔设计轨迹和工艺参数、设计大角度造斜钻具组合和研制气动冲击螺杆钻具,保障了钻孔轨迹的精确调控,提高了煤层钻遇率。(3)通过复合强排渣技术和短起钻冲孔工艺的应用,有效提升了钻孔排渣效率。(4)通过采用气动套铣打捞技术,配套设计的专用可退式打捞筒,满足阳泉区矿区碎软煤层孔内复杂事故处理需要,并成功处理2起严重卡钻事故。(5)在阳泉矿区某矿施工完成孔径120 mm的10个定向钻孔,成孔深度均达到450 m以上,最大钻孔深度达到607 m,最大单班进尺76 m。碎软煤层定向孔取得了显著的瓦斯抽采效果,单孔日均抽采瓦斯纯量最大达971.96 m^(3),实现了阳泉矿区碎软煤层瓦斯长时间稳定抽采。研究成果为阳泉矿区碎软煤层瓦斯高效治理提供了新的技术途径,具有显著的应用和推广价值。

从“以气化湿”论治代谢性疾病

近年来,代谢性疾病的患病率逐渐上升,并呈低龄化趋势,机体的糖类、脂质、尿酸等代谢紊乱,常诱发包括肥胖、糖尿病、高尿酸血症、痛风等多种疾病[1]。现代生物学认为,新陈代谢是生物体生命活动存在的基本方式,“气化”的内涵,是中医药学对人体这一生命方式的表达[2]。《黄帝内经》中对于“气化”的描述,为后世从“以气化湿”论治代谢性疾病提供了方法。

论人与天地相参理论内涵及其实现路径

《黄帝内经》中将对人的研究置于天地之间,以五神脏为中心,将“阴阳五行”作为桥梁,将人的生物性、社会性与天地自然规律相参照、相呼应,构建出天人一体化的整体观思维。在此基础上,充分发挥人的主体能动性,便能实现“人与天地相参”。在“人与天地相参”理论指导下趋利避害、在中医临证中“三因制宜”,可以让人们获益最大。

煤矿井下随钻测量信号泥浆脉冲传输特性研究与试验

基于定向钻孔的地质保障技术可实现矿井致灾隐患的超前探查与治理,但受现有有线随钻测量定向钻进装备制约,存在信号传输干扰因素多、对定向钻具要求高、地层适应性差等不足,亟待开发矿用泥浆脉冲无线随钻测量系统。结合煤矿井下近水平定向钻孔施工特点,小泵量、低泵压和小直径条件下工作需要,建立了泥浆脉冲信号发生机构和水力通道模型,分析了泥浆脉冲信号传输速度、传输强度、衰减规律和传输影响因素等特性,给出了信号反射与透射、泥浆泵噪声干扰、孔内钻头旋转干扰和冲洗液流道阻塞等影响因素的针对性处理方法。分析结果表明,煤矿井下近水平定向钻进宜采用正脉冲方式进行信号传输;以清水作为冲洗液时信号传输速度为1 366.20~1 445.11 m/s;信号脉冲幅值可通过改变流道控制阀与孔板之间的间隙进行调整;信号传输衰减系数随冲洗液流量增大而线性增大,随钻杆柱内径增大而逐渐减小,当信号发射频率f>0.2 Hz后,衰减系数维持在0.126×10^-3 m^-1左右;采用煤矿井下常用钻杆,孔深1 500 m时孔口接收信号强度为孔内信号发射强度的73.74%~90.71%。现场试验表明,开发的矿用泥浆脉冲随钻测量系统信号传输误码率为3.2%,脉冲信号实际幅值一般小于理论计算幅值,但误差小于10%,最大实钻传输距离达到1 566 m,且具有更深的信号传输能力。

煤炭地质学“十三五”主要进展及展望

在简要分析煤炭地质学演变的基础上,重点回顾了“十三五”期间学科在基础理论研究、地质保障技术、煤岩检测技术方面的主要进展,同时指出面临的主要问题和未来一段时期的学科发展方向。认为“十四五”乃至更长一段时间内,煤炭地质学应围绕“提供充足绿色煤炭”和“减轻煤矿地质灾害”的煤炭工业发展目标,以攻克煤炭绿色勘查、精准智能开采和清洁高效利用中的关键地质理论和技术瓶颈为突破口,聚焦以下方面开展研究:①煤系矿产资源共伴生规律、协同勘探技术与开发地质条件精准评价方法;②智能物探仪器和钻探装备研制;③煤层中断层属性的叠前地震反演技术,槽波地震联合勘探技术、槽波雷达探测技术、高密度电法勘探技术的创新试验;④孔中、孔间、孔-巷、巷-巷等多方式立体探测与精细解释技术;⑤工作面煤/岩界面识别的多参数综合成像技术;⑥采动应力耦合叠加效应下煤矿动力地质灾害演化机理与微震监测和视电阻率法动态预警技术;⑦多源异构地质地理信息的深度融合与动态地质建模技术。

煤矿井下近钻头随钻测量技术研究现状和发展趋势

近钻头随钻测量集成了近钻头多参数测量、跨螺杆钻具供电和通信、涡轮连续发电和高速泥浆脉冲无线传输等多项关键核心技术,可以获取钻头附近多种类型参数,是煤矿井下智能钻探技术的关键组成之一。在充分借鉴地面石油与天然气钻探领域近钻头随钻测量开发经验和发展路径的基础上,分析了现有技术应用于煤矿井下的局限性,依托煤矿井下现阶段随钻测量技术,提出了煤矿井下近钻头随钻测量技术的研究思路,探讨了煤矿井下近钻头随钻测量技术的研究现状,重点解决结构小型化、仪器单元化、防爆模块化、测量协同化和控制整体化的研发技术难题。在煤矿智能化建设大背景下,提出未来需要从近钻头多参数一体化测量、近钻头参数动态监测、近钻头旋转导向钻进和近钻头自适应钻进等方面入手,大力推动煤矿井下近钻头随钻测量与5G通信、大数据、云计算、物联网等新一代信息技术的融合发展。

硬岩钻进用仿生PDC切削齿优化与破岩机理研究

为了提高聚晶金刚石复合片(PDC)切削齿的破岩效率,将仿生非光滑理论应用到PDC切削齿的表面形态设计中,通过对波浪形、三角形和梯形金刚石层表面形态的仿真模拟,优选出三角形表面形态为最佳结构;以φ13.44 mm×8 mm的PDC切削齿为例,通过仿真模拟对三角形凹槽数量进行了分析,最终确定3个三角形凹槽为最佳;按照确定的优化设计方案,根据不同材料和工艺设计加工了4种大锯齿仿生PDC切削齿,通过微钻试验台进一步对比分析了仿生PDC切削齿与平面PDC切削齿的钻进效率。结果表明:大锯齿仿生PDC切削齿钻进效率明显优于普通平面片,但是破岩过程中容易出现"崩片"现象,为保证使用寿命,在材料和加工工艺方面应比普通平面片要求更高。

基于OSS-MPC的Vienna整流器矢量控制研究

三相整流器作为电网和用电设备之间的重要接口,其性能直接影响用电设备的供电可靠性和电网的电能质量。针对传统有限集模型中开关频率不固定的缺点,采用将最优开关序列模型预测控制OSS-MPC和PI控制组成的双闭环控制系统,在使用双闭环控制的VIENNA整流器的控制外环上,通过PI控制能够调节直流链路电压和电源侧输入的无功功率,并为内环控制提供电流参考。控制内环通过有限集模型预测来调节系统的额定输出电流,并保证分裂电容间的中性点电压平衡。与传统的有限控制集模型预测控制相比,具有改善稳态性能、固定开关频率和消除权重因子的额外优势。最后设计了一个在输入电压为110 V、额定频率为50 Hz,开关频率在10 kHz,整流后输出电压为300 V的供电系统,并利用Matlab/Simulink验证该方案的正确性,0.05 s时,A相的输入电流谐波含量仅为1.89%,输入电流严重失真程度较低,系统的稳定性、可靠性较强。

顶板高位定向钻孔无线随钻测量定向钻进技术及应用

针对顶板高位定向钻孔钻进速度慢、钻孔直径小、扩孔效率低、钻具损坏严重等问题,提出了采用泥浆脉冲随钻测量定向钻进技术施工顶板高位定向钻孔的技术方案,开发了泥浆脉冲无线传输技术、复合定向钻进技术、孔口动力二次回转扩孔技术等关键钻进技术,研制选配了定向钻机、矿用泥浆脉冲随钻测量系统、泥浆泵、四级螺杆马达、高强度高韧性钻杆、定向钻头等关键钻进装备,形成了成套技术与装备,在晋城寺河煤矿5304工作面进行了现场试验,完成顶板高位定向钻孔12个,最大孔深480 m,总进尺4 929 m,成孔率达到91.7%,机械钻速提高30%以上,显著提高顶板高位定向钻孔施工效果。

近水平孔PDC反循环取心钻头孔底岩心卡堵机理研究

为了揭示近水平状态下水力反循环取心钻进过程中岩心在钻头体内卡堵的机理,采用数值模拟软件对PDC反循环取心钻头局部流场进行了数值模拟,分析了PDC取心钻头不同数量底喷孔和内喷孔组合对流量分配的影响规律,由现场试验进行了验证。结果表明:当钻头体底喷孔数量一定时,钻头体中心通道的返出流量随着内喷孔数量的增加而增大;当钻头体内喷孔数量一定时,钻头体中心通道的返出流量随着底喷孔数量的减少而增大,通过不同模型数值模拟结果的对比,确定底喷孔数量为2个,内喷孔数量为6个时,中心通道具有较合理的返出流量和流出速度,理论上能够最大程度地保证岩心的顺利运移。

大工科背景下对偶性在“电路”教学中的应用

“电路”课程知识点多,涉及到概念、公式、定律、方法和定理多。探讨了对偶性在“电路”教学中的应用。在深入分析电路课程结构和内容基础上,本着知识体系完善、强化基本、理解本质、概念准确、讲解透彻、激发探究的原则,通过归纳和总结,我们将具有对偶性的内容进行整合,在有限的学时显著提高了教学效率,培养了学生学习兴趣和透过表象看本质的能力,取得了不错教学效果。

倾角与方位角对张北地区光伏发电特性的影响

为使光伏组件获取更多的太阳辐照,需设置合适的倾角和方位角。通过2018年8月份在张北地区记录的辐照数据,计算得到张北地区光伏组件的最佳倾角。设置倾角为0°、30°、60°、90°、120°和150°的光伏组件,记录光伏组件的电压电流数据,分析不同天气下倾角和方位角对发电特性的影响。研究发现,光伏组件在该月的月最佳倾角为18.5°,晴天的日最佳倾角为27.1°,多云、阴天、雨天分别为18.0°、3.7°、0.2°。倾角对于发电特性的影响主要在于光伏组件接收的直射辐照大小,晴天和多云时30°倾角光伏组件的发电量最高,雨天和阴天水平光伏组件的发电量则最高。方位角对于发电特性的影响来源于直射辐照在一天中照射方向的变化,晴天和多云时方位角影响较大,阴天和雨天时影响很小。

基于煤岩可钻性的钻孔机器人自适应控制方法

由于含煤地层的地质力学环境复杂,导致钻孔机器人给进系统的给进阻力和回转系统的负载转矩复杂多样。现有技术仅通过既定程序控制执行机构进行流程化的动作,钻进过程的自适应智能控制水平低,当钻进工况变化时易造成卡钻、断钻等事故,降低钻孔机器人的钻进效率,影响工作周期。针对该问题,提出一种基于煤岩可钻性的钻孔机器人给进回转双回路PID自适应控制方法。首先以钻进效率和钻进安全为控制目标,选择钻压、转矩作为煤岩可钻性模型的输入参数,运用小波包分解对钻进过程数据进行特征提取,得到样本数据和测试集,利用BP神经网络进行训练和验证,建立煤岩可钻性模型,获取当前钻进工况下推荐钻速和转速。然后基于煤岩可钻性模型,设计了基于PID控制的恒转矩控制策略和恒钻速控制策略,钻孔机器人给进回转控制系统通过恒转矩控制回路对设定钻压进行调整以实现恒转矩控制,通过恒钻速控制回路对设定转矩进行调整以实现恒钻速控制,在确保其安全工作下提高钻进效率。最后建立反映给进回转负载的钻头−煤岩相互作用模型并对钻孔机器人给进回转双回路PID自适应控制方法进行仿真测试。结果表明:①在煤岩硬度不变时,该控制方法可以实现恒转矩和恒钻速控制,转矩保持在2000 N·m,钻速保持在6 mm/s。②在50 s时,增大煤岩硬度,采用自适应调整策略后,钻孔机器人给进回转控制系统的钻压、转速等可以很快达到稳定状态。③若推荐钻速6 mm/s对应的实际转矩2350 N·m超过钻孔机器人工作允许的负载转矩,且其实际转速85 r/min小于推荐转速的95%时,通过钻速微调模块降低推荐钻速设定值,进而通过调整钻压使钻孔机器人的转矩调整至最优转矩,确保钻孔机器人再次稳定在恒转矩和恒钻速控制状态。

煤矿井下3000 m顺煤层定向钻孔钻进关键技术

保德煤矿大盘区工作面采前瓦斯超前治理模式要求井下定向长钻孔能够沿煤层钻进3000m以上,针对现有技术装备在超长定向钻孔施工中存在滑动钻进困难、进水水路压耗大、有线随钻测量信号传输距离受限、冲洗液无法循环利用等问题,开发了煤矿井下基于螺杆马达水力加压和超长钻具正反扭转给进的滑动钻进减阻工艺、基于回转钻进倾角控制和侧钻分支的复合钻进轨迹控制技术,设计了低压耗进水水路系统、泥浆脉冲无线随钻测量系统和冲洗液净化循环系统,结合保德煤矿生产需要,完成了主孔深度3353 m、孔径120 mm的顺煤层超长贯通定向孔。钻进效果表明:滑动钻进减阻工艺有效降低了给进力,显著提高了深孔滑动定向钻进能力;基于复合钻进的轨迹控制技术,保证了钻孔轨迹沿煤层定向延伸,并提高了钻进能力和钻进效率;泥浆脉冲无线随钻测量信号长距离传输稳定可靠,克服了有线随钻测量信号传输的局限性;井下冲洗液净化循环系统净化效果良好,实现了井下定向钻进冲洗液循环利用。研究成果对支撑煤矿大区域瓦斯超前治理、以孔代巷工程、水害防治及地质勘探等技术进步具有重要意义。

松软突出煤层瓦斯抽采钻孔施工技术及发展趋势

通过分析松软突出煤层瓦斯抽采钻孔施工技术研究与应用现状,基于不同钻进方式、护孔方式和改造方法,介绍了松软突出煤层钻孔施工技术的发展历程,并分析了各项技术的含义、优缺点、适用范围和推广应用情况,指出了现有钻孔施工技术存在顺煤层定向钻进困难、筛管护孔直径小、钻孔增产改造范围小等问题。同时提出松软突出煤层瓦斯抽采钻孔施工技术未来发展趋势,包括泥浆脉冲随钻测量定向钻进技术、电磁波随钻测量空气定向钻进技术、大直径筛管跟管钻进技术和大直径小曲率侧钻改造技术等方向。

碎软煤层瓦斯抽采钻孔孔壁稳定性分析

针对碎软煤层瓦斯抽采钻孔成孔率低、钻孔深度浅的问题,建立钻孔失稳的力学模型,分析了孔壁失稳的力学机理。从煤体结构、地应力、瓦斯压力和钻进工艺等方面阐述了孔壁失稳的影响因素,指出了孔壁的失稳破坏模式。建立孔壁稳定性数值模拟分析模型,采用HoekBrown准则对碎软煤层的力学参数进行估算,计算分析了钻孔孔壁周围的应力场和位移场,结果表明:碎软煤层钻孔承载力差,孔壁的破坏模式以剪切破坏为主,在孔底形成高应力递增区,容易诱发喷孔;处于破碎区的煤体首先向临空面方向产生位移,其上部位移量最大为4.3 mm,孔底位移量最大为3.1 mm。

两条不同技术路线的煤制聚丙烯生命周期评价

根据中国煤制烯烃产业现状,采用生命周期分析(life cycle assessment,LCA)方法,以生产1 t煤制聚丙烯为功能单位,对航天粉煤加压气化-DAVY甲醇合成-DMTO工艺(HDDMTO)与GSP(gas Schwarze Pumpe)气化-低压甲醇合成-Lurgi MTP工艺(GLLMTP)两条工艺路线合成的聚丙烯产品进行分析评价。结果表明:HDDMTO工艺与GLLMTP工艺的能耗强度分别为4.23 tce/t和4.22 tce/t,碳排放强度分别为7.95 tCO_(2)/t和7.40 tCO_(2)/t,水耗强度分别为13.74 t/t和17.56 t/t。化石资源稀缺性(FFP)主要来源于煤炭开采与洗选阶段,陆地酸化(AP)、颗粒物质生成(PMFP)、海洋富营养化(MEP)、臭氧消耗(ODP)、光化学烟雾对生态损害(EOFP)、光化学烟雾对人体损害(HOFP)主要来源于能源供应阶段(电力供应与公用工程阶段)以及煤炭开采与洗选阶段,温室效应(GWP)来源于能源供应阶段、低温甲醇洗阶段以及气化阶段。环境影响潜值由大到小依次为:FFP,GWP,EOFP,HOFP,AP,PMFP,MEP,ODP。未来可考虑更换成甲醇转化率更高的新型工艺装置,或发展循环经济,收集废弃烯烃重新加工利用循环来降低FFP环境影响;在降低GWP方面,可考虑在低温甲醇洗过程部署碳捕集、转化或者封存工艺以降低碳排放。