Spatial-Temporal Evolution Characteristics and Driving Factors of Agricultural Space in Jianghan Plain from the Perspective of “Three-Zone Space”

Studying the agricultural spatial distribution characteristics of Jianghan Plain from 2000 to 2018 and its spatial-temporal transformation with ecological space and urban space is of great significance for optimizing the spatial structure of the country, enhancing the supply capacity of agricultural products, and ensuring food security. The research results show that during the period from 2000 to 2018, the agricultural spatial concentration in the area along the “Xiaogan-Jingzhou” link was relatively high, and the areas with large declines were mainly distributed in the flat areas between the Yangtze River and Han River;the space is continuously reduced by the occupation of ecological space and urban space, and ecological space and urban space have been improved respectively;agricultural space has been transformed into ecological space, and the largest urban space has been transformed. Ecological space has been transformed into agricultural space and urban space. Less urban space has been transformed into agricultural space and ecological space.

浅埋深综放工作面采空区“三带”分布研究

为研究浅埋深综放工作面采空区“三带”分布规律,在串草圪旦煤矿6101综放工作面采空区埋设束管,对采空区“三带”进行了现场实测。实测结果表明:由于煤层埋深浅、地表起伏大、进风侧存在地表漏风,进风侧采空区“三带”明显滞后于回风侧,进回风两侧氧化带宽度分别为87.8 m和61.4 m。利用FLUENT软件对实测条件下该工作面采空区“三带”进行了数值模拟,模拟结果和现场实测结果基本一致。同时模拟了不漏风条件下该工作面采空区“三带”分布,此时采空区散热带、氧化带范围大幅度减小,进风侧采空区氧化带稍大,而工作面中部和回风侧“三带”分布基本一致。

基于变分模态分解的采空区“三带”微震信号能量衰减规律

为探明微震信号能量在采空区“三带”结构中的衰减规律,拟开展采空区覆岩相似模型试验,采集人工激发微震波经由采空区结构传播的微震信号,通过变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)处理微震信号,获取各频率下模态分量。针对采空区微震信号在VMD下各模态分量中心频率与能量之间的关系展开分析。根据中心频率法确定微震信号最佳模态数量,并计算微震信号欠分解状态、最佳分解状态、过分解状态下各分量能量;对各震源下信号最佳分解状态时各模态分量能量与中心频率分布关系进行拟合,分析在“三带”结构中,微震信号不同传播状态下各结构层对信号能量影响作用。研究结果表明:(1)在VMD过程中,人工激发震动信号有效模态数量在6~11范围内,微震信号能量随模态数量变化明显。(2)采用幂函数可实现对微震信号模态能量与频率关系的拟合,且拟合状态良好(决定系数大于0.9),其中低频模态分量包含能量占信号总能量近50%;采用高斯函数可以拟合震源各分量能量在频域上的分布表现,拟合状态较好,且表现出高斯单峰特征。(3)微震信号穿越采空区“三带”结构,微震信号能量随震源位置与传感器距离增加而减小,同时信号能量随震源位置到达传感器穿越岩层数量增加而减小,信号能量在经由垮落带时,能量变化明显,相较于裂隙带和弯曲下沉带,垮落带对信号能量衰减作用明显。

《“三下”开采规范》中安全煤(岩)柱留设问题探讨

针对《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》中安全煤(岩)柱设计以及水压对顶板突水控制作用等问题进行探讨。首先分析了规范的附表4-3表头文字,指出保护层厚度的有关规定仅适用于松散含水层(含地表水体),至于基岩含水层下采煤应如何确定保护层厚度则未明确;进而以泥岩与黏性土层均具有阻水功能为桥梁,推导出基岩含水层下采煤可参照“松散层下黏性土层累计厚度大于采厚”条件执行,遵照“就高不就低原则”,基岩含水层下保护层厚度统一取采厚的4倍为宜;既然规范适用条件为单层采厚不大于3.0 m,则附表4-3中“松散层厚度小于采厚”的规定难以理解,建议删除。其次,基于“保护”一词的科学内涵对“保护层”重新定义,即导水裂缝带顶界面到含水层底界面之间的隔水岩层均具有“保护”功能,应统称为保护层H_(b);进而提出了保护系数B_(s)概念,即保护层厚度与单层采厚的比值;松散含水层下保护系数分区阈值(B_(i)=2、3、4、5、6、7),基岩含层下保护系数分区阈值B_(i)=4,据此对顶板水害风险进行等级划分:突水区(B_(s)≤0)、危险区(0<B_(s)<B_(i))、安全区(B_(s)≥B_(i))。此外,借鉴底板突水系数概念,将单位厚度保护层承受的水头压力称为保护层承压系数(T=P/H_(b)),通过对3种煤水结构条件下承压系数的分析,得出第4系松散含水层、非煤系基岩含水层下采煤可以不考虑水压,煤系基岩含水层下采煤随着开采深度增加、水压随之增大而带来突(涌)水风险。最后,分析了底板含水层顶部存在被泥质物充填隔水带时,《“三下”开采规范》给出的底板防水安全煤(岩)柱表达式(h_(a)≥h_(1)+h_(2)+h_(4))与附图相矛盾,正确的表达式应为h_(a)≥h_(1)+h_(2)-h_(4)。

基于FME的国土空间规划“三区三线”成果数据质检设计

科学划定“三区三线”是现在国土空间规划编制中的一项基础性工作和关键任务。为确保“三区三线”划定成果数据质量,本文基于FME设计了“三区三线”划定的成果数据质检方案,对甘肃省各县区“三区三线”划定的成果数据进行了质量检查。该质检方案有效地提高了数据质检的效率,保障了“三区三线”成果数据质量,对其他空间数据质量检查具有借鉴意义。

不同通风方式下“110工法”采空区自燃“三带”数值模拟研究

为探究不同通风方式下“110工法”采空区自燃“三带”分布特征,以顾北矿1532(1)工作面“两进一回”通风方式为工程背景,基于风流控制方程、浓度组分方程和能量方程等,利用Fluent数值模拟方法建立煤自然发火多物理场耦合数值模型、工作面实时动态推进模型,模拟了3种通风方式下“110工法”采空区自燃“三带”分布特征。结果表明:随着工作面不断推进,在通风方式1(机巷侧和沿空留巷进风,回风巷回风)和通风方式2(机巷侧和回风巷进风,沿空留巷回风)条件下,采空区氧化自燃带均匀分布在运输巷侧、工作面中部和留巷侧,其氧气体积分数分布形状相差不大,采空区温度首先升高,开采约50 d后,最高温度出现在运输巷侧深部,且该位置温度不随工作面继续推进而升高;在通风方式3(沿空留巷和回风巷进风,机巷侧回风)条件下,采空区留巷侧氧化自燃带变宽2~4倍,工作面中部和运输巷侧明显变窄,采空区运输巷侧氧气体积分数较低,留巷侧氧气体积分数较高,漏风量明显增大。采空区高温位置主要出现在1532(1)工作面始采线留巷侧,且当工作面开采50 d后,此处采空区温度最高。综上所述并结合现场实际情况,对氧化自燃带宽度及位置进行分析,最终确定通风方式3更有利于防止煤自燃的发生,对矿井煤自燃的预防提供了理论指导。

周期性水位波动对三峡水库消落带土壤有机碳含量和密度的影响

为探究水位波动对三峡水库消落带土壤有机碳的影响,在三峡水库消落带采集和测定了受不同水淹强度影响的石灰土、紫色土、黄壤及其植物样品,并运用Kruskal-Wallis非参数检验和基于冗余分析的典范分析等方法进行了研究。结果表明:周期性水淹增加了石灰土和紫色土的有机碳含量和密度,但降低了黄壤的有机碳含量和密度。此外,石灰土的有机碳分布还受地上生物量、土壤pH和土层深度的影响,紫色土的有机碳分布还受土层深度和地上生物量的影响,而黄壤的有机碳含量和密度则与地上生物量、土层深度和地下生物量有关。总之,周期性水位波动对消落带土壤有机碳影响深刻,但土壤类型分异了有机碳对水位波动的响应。

长江经济带国土空间格局与功能演变的时空特征和响应过程

揭示国土空间格局与功能演变的内在机制对缓解国土空间冲突具有现实意义。在探讨国土空间格局与功能交互机制的基础上,采用地学图谱、核密度估计等模型分析2000—2020年长江经济带国土空间格局与功能演变的时空特征,借助双变量空间自相关模型识别国土空间格局与功能演变的响应过程。结果表明:1)长江经济带20 a内城镇空间扩张29559.54 km^(2),迫使农业空间与生态空间分别减少25162.63、3268.36 km^(2),农业空间与生态空间互换及其内部结构重组主导国土空间格局演变过程,国土空间格局演变速度呈现上游快于中游快于下游的地域分异规律。2)长江经济带城镇、农业和生态功能均值分别由0.129、0.287、0.646提升至0.343、0.456、0.698,中、下游地区国土空间功能发展由城镇功能拉动、农业功能推动,上游地区国土空间功能发展由生态功能主导、农业功能抬升,国土空间功能演变强度具有下游高于中游高于上游的区域差异特征。3)国土空间格局与功能演变具有双向非线性响应关系,城镇空间扩张与其功能扩容呈现“双增”的空间正相关性,农业、生态空间收缩与其功能提质呈现“一减一增”的空间负相关性,上、下游国土空间格局与功能演变的响应程度较高,中游地区因面临上游地区城镇、农业功能的虹吸效应和下游地区生态功能的溢出效应,响应程度较低。应以国土空间功能提质、增效、扩容为导向,形成互补、融合、协调的城镇空间开发、农业空间保护、生态空间修复的国土空间格局,促进长江经济带可持续均衡发展。

煤层顶板水害风险保护系数法评价技术研究

关于近水体下采煤防水安全煤(岩)柱保护层厚度取采高倍数问题,《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》(以下简称《“三下”开采规范》)附表4-3“防水安全煤(岩)柱保护层厚度”仅适用于“松散含水层”下采煤,至于基岩含水层下采煤以及老空水体下采煤如何确定保护层厚度并未涉及;常用的顶板水害风险评价技术方法评价的主要内容包括富水性评价、导通性评价、充水强度评价,在含水层富水性已知的情况下,评价方法可以进一步简化,仅评价“导通性”即可。基于以上2点,从《“三下”开采规范》出发,试图构建类似于底板突水系数那样简单的判据用于评价顶板水害风险。首先,基于“保护”一词的科学内涵,提出导水裂隙带顶界面至上覆含水层之间的隔水岩层均具有保护功能,应统称为保护层(Hb);基于《“三下”开采规范》中保护层厚度选取采高(A)一定倍数的做法,提出了保护系数(Bs)概念,即保护层厚度与采高的比值(Bs=Hb/A)。其次,基于《“三下”开采规范》附表4-3关于防隔水煤(岩)柱保护层厚度取值的规定,提出松散含水层下采煤的保护系数分区阈值Bi=(0,2、3、4、5、6、7);煤系地层一般为砂、泥岩互层型沉积建造,其中泥岩具有阻水功能(相当于松散层下的黏性土层),且泥岩总厚度一般大于累计采厚,故基岩含水层下保护层厚度可参照《“三下”开采规范》附表4-3“松散层底部黏性土层厚度大于累计采厚”的条件并按最大值选取,即4A,遂提出评价基岩含层的保护系数分区阈值Bi=(0,4)。根据保护系数和分区阈值,可将评价区划分为突水区(Bs≤0)、危险区(0<Bs<Bi)、安全区(Bs≥Bi)。当煤层上方有多层含水层时,应分别进行评价。最后,举例说明应用保护系数评价顶板水害风险的过程和方法,指出当含水层富水性为中等及以上时,“突水区”“危险区”的内涵侧重于安全性,通常作为防水安全煤柱留设;当含水层富水性弱或疏放经济时,“突水区”“危险区”主要用于指导疏干工程设计。

倾斜煤层覆岩运移规律及“上三带”高度计算

为分析常村煤矿倾斜煤层覆岩运移规律及“上三带”高度,基于1501综采工作面地质条件,采用理论经验公式对垮落带和导水裂隙带进行计算,利用UDEC数值模拟对采空区煤层顶板覆岩最大主应力分布、覆岩位移和垂向应力分布进行模拟计算,并在工作面设置11条测线,分析不同位置、不同高度覆岩下沉值,通过对比分析,得出“上三带”高度。结果表明:经验公式计算1501综采工作面垮落带范围11.5~26.0 m,导水裂隙带范围42.4~77.0 m;随着工作面宽度的增加,应力集中程度也增加,覆岩位移呈不对称形态。最后在工作面合适位置设计探查钻孔对“上三带”进行探查,结果证实经验公式计算、数值模拟结论与钻探探查成果基本吻合,可以作为工作面安全回采的论证依据。

煤矿防治水“三区”划分方法及其水害防治意义

为系统性认识矿井各类水害问题,规范化管理矿井防治水工作,国家矿山安全监察局于2022年6月将针对老空水防治的“三区”管理工作推广到顶板水害、底板水害以及构造水害等更多水害类型中。然而各地煤矿在防治水“三区”划分过程中暴露出水害致灾因素和水害治理情况等与划分标准结合不紧密,并且技术上未针对不同煤层和采区进行区别划分,同时划分区域范围和划分结果的规范性和时效性存在不统一。据此,结合防治水“三区”划分的目的,对比了新“三区”划分与老空水“三区”划分的异同,明确了以水文地质条件勘查程度、水害隐患分析、水害治理情况为要素的划分原则,理清了“三区”划分的技术路径;结合我国常见的5种煤矿水害类型特征,提出了不同类型水害的划分方法,即:地表水害应根据井田内地表水体的分布发育特征以及大气降水、滑坡等地质灾害对开采的影响程度等进行划分。顶板水害应根据导水裂隙带范围内是否存在富水性强或者富水性中等静储量丰富含水层、松散含水层等对开采造成威胁进行划分。底板水害应根据煤层带压开采区域底板隔水层厚度与矿压破坏带深度之间的关系以及底板突水系数大小进行划分。老空水害应根据矿井及周边矿井老空积水分布范围、积水量情况进行划分,构造水害应根据井田内断层、陷落柱、溶洞等地质构造和不良地质体的富水性、含水性、与水源导通情况进行划分;总结了划分工作的要点和难点,即:明晰划分时空范围、综合分析划分标准、明确“三区”管理职责、动态转换划分结果等;在此基础上,选择水害类型多样和水文地质条件复杂的典型煤矿井,遵循划分原则,根据划分标准,分煤层、分采区划分了可采区、缓采区、禁采区,并加以详细的解释说明;阐明了开展“三区”划分工作具有提升综合探测水平、强化预测预报能力、找准水害治理方向的水害防治意义,以期指导和规范我国煤矿防治水“三区”划分工作。

基于多模式分解和多支路并行残差网络的特高压三端混合直流输电线路故障区域诊断

特高压三端混合直流输电线路发生接地故障时,故障电气量变化存在很强的随机性和非线性,在噪声干扰下其规律性更弱,很难快速、准确地提取故障特征以诊断故障区域。鉴于此,提出一种集电流波形特征提取和故障区域诊断为一体的诊断模型。分析不同区域故障时的电流波形特点,利用数学机理不同的3种算法同时分解故障电流,避免一些容易混叠的模态子序列在单一分解方法中逃逸。利用多支路并行残差网络迅速地挖掘分解分量的多尺度空间耦合交互特征,并结合门控循环单元网络模块,进一步提取故障电流的时间耦合特征,使得特征得到显著增强。利用麻雀搜索算法优化该模型的关键参数,构建充分适应电网故障诊断的网络结构,实现故障区域的快速诊断。仿真结果表明,该方案有着较高的灵敏性、较强的抗干扰能力,满足直流保护的可靠性和速动性要求。

基于OFDR的采动覆岩铰接结构回转角度及“三带”变形表征研究

为了研究陕北某矿采动覆岩结构的光纤应变表征方法,基于12217工作面工程地质条件,分析了OFDR(光频域反射技术)的应变监测原理,在采动覆岩运动状态分区和分布式光纤应变监测原理基础上,建立了水平光纤应变表征采动覆岩铰接结构回转角度的力学分析模型,推导出应变峰值宽度与岩层破断后所形成采动覆岩铰接结构回转角度的函数关系,定义了铰接结构回转临界角度的概念,提出了基于光纤应变特性和采动覆岩铰接结构回转角度的覆岩“三带”划分判据,并采用光纤应变表征方法对采动覆岩应变特征进行分析。结果表明:采动覆岩“三带”的不同变形程度与铰接结构回转角度的大小呈正比例关系,因此通过铰接结构回转角度划分“三带”范围是可行的;通过水平光纤应变峰值特性计算铰接结构回转角度,与二维物理相似模型试验的近景摄影测量角度相比,两者平均误差小于1°,验证了提出的光纤应变表征采动覆岩铰接结构回转角度的力学模型有效性。二维物理相似模型得到的垮落带高度和裂隙带高度与该工作面现场结果一致,与理论计算数值吻合,符合该矿实际情况。研究结果为分布式光纤监测技术表征采动覆岩变形特征的应用提供了新的研究思路。

基于3DS Max的驾驶盲区内非机动车运行安全研究

驾驶盲区的存在致使驾驶员无法准确感知周边路况信息,这是导致交通事故的常见原因之一.由于车辆自身空间结构的布置及尺寸影响,产生了许多驾驶盲区,驾驶员应对车辆的各个盲区区域保持高度警觉,防止交通事故发生.分析机动车驾驶盲区内非机动车发生交通事故的原因,介绍具有代表性的盲区类型,建立典型盲区事故场景模型,分析其可能造成的交通事故,并采用3DS Max模拟驾驶盲区事故发生的全过程,通过FTA模型进一步分析驾驶盲区内发生非机动车事故的原因,进而提出有效的盲区防治对策,以减少驾驶盲区事故的发生.

朱集西煤矿自燃“三带”分布及注氮参数研究

为了研究朱集西煤矿11503综采工作面采空区自燃“三带”分布规律,在进、回风巷侧埋设束管对采空区内部氧气浓度变化规律进行现场实测,并采用数值模拟的方法研究不同注氮流量下自燃“三带”分布变化规律,确定合理的注氮流量。研究表明:增加注氮流量,采空区氧化带的分布范围和宽度会减小,当注氮流量增加至900 m^(3)/h以上时对减小氧化带宽度效果甚微,据此确定了合理的注氮流量900 m^(3)/h;通过计算得到11503工作面安全通风量为222 m^(3)/min。研究结果为该工作面的后续防灭火工作提供参考。

基于PFC-CFD的采空区自燃“三带”预测

采空区遗煤自燃是导致煤矿火灾的主要原因之一,且多数发生于采空区自燃“三带”的氧化带中。为更准确地预测划分采空区自燃“三带”、预防矿井火灾,提出了PFC-CFD采空区流场演化模型。首先利用PFC颗粒流模拟软件模拟采空区覆岩的垮落和空隙率分布,然后使用UDF函数将PFC模拟得到的空隙率分布数据导入CFD中,通过建立采空区物理模型对采空区内的氧气流场进行模拟预测,最终得到采空区自燃“三带”范围。现场实测表明,基于PFC-CFD的采空区自燃“三带”预测结果更接近现场实际,优于单一CFD方法的预测结果,表明利用空隙率动态演化分析采空区流场变化,进而预测遗煤自燃危险区域的方法是可靠的,对预防采空区自然发火具有一定理论指导和实际应用意义。

2000—2020年河西走廊国土空间格局演变特征及驱动力分析

河西走廊是我国人类活动最密集的干旱地区,明晰河西走廊国土空间格局演变特征及驱动机制有助于缓解地区国土空间开发保护矛盾。采用空间转换矩阵、景观格局指数、最优参数地理探测器等方法,从“量变”“形变”2个维度定量研究2000—2020年河西走廊国土空间格局时空演变特征及其驱动力。结果表明:(1)河西走廊城镇空间、农业空间以及其他生态空间持续扩张,绿色生态空间剧烈减少了2758.87 km^(2),国土空间开发程度不断提高的同时生态保护效果尚不显著。(2)国土空间主导转换类型是生态空间内部“荒漠-绿地”交互演变,不同主体功能区中交叉转换规模差异显著。伴随国土空间交叉转换,其景观格局呈现出破碎化、分散化、复杂化演变特征。(3)河西走廊国土空间格局演变受到多维度影响因子驱动,其中“量变”过程受到的驱动作用包括国家政策指引、自然地理支撑、交通区位约束和社会经济催化,而“形变”则是以自然地理为基础,在交通区位和社会经济的影响下进一步发生演化。

煤矿采空区覆岩“三带”智能识别方法

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+0.52m,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。

城郊融合型国土空间详细设计编制思路与实践

针对“三区三线”成果启用后国土空间详细设计编制遇到的实际问题,重新审视国土空间详细设计与城镇开发边界、详细规划单元的关系,提出将详细设计单元作为特色国土空间分类塑造、详细设计分类指引、空间控制意图定向传导的基本空间单元的设想,并将国土空间详细设计单元划分为城镇特色型、城郊融合型、生态郊野型、乡村田园型等4种类型,重点探讨城郊融合型国土空间详细设计的编制思路,进而以浙江省绍兴市新昌县新民片区为例,从详细规划单元划定、上位规划意图落实、详细设计方法运用、详细设计成果传导等4个方面探讨城郊融合型国土空间详细设计的技术路线。

液氢贮罐内过热蒸气不同质量流量泄放过程模拟

以液氢工厂中贮存液氢的液氢贮罐为研究对象,选择液氢、气液相界面、蒸气三个区域合适的控制方程,建立了可模拟从自增压到泄放后回到初始压力过程的三区模型。模拟了充液率为50%的10 m3液氢贮罐从自增压-泄放后回到初始压力的周期过程。在特定泄放时间,不同泄放质量流量条件下,对比了液氢贮罐内贮罐压力、饱和液氢和过热蒸气的质量流量和温度以及液氢体积随时间的变化特性。结果表明:泄放过热蒸气质量流量大小随泄放时间增大不断减小;泄压时间越短,泄放后过热蒸气温度越接近初始温度;进入泄放阶段,蒸发液氢质量流量发生了明显激增,增大幅度随泄放时间增大而减小。