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Structural plane recognition from three-dimensional laser scanning points using an improved region-growing algorithm based on the robust randomized Hough transform
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作者 XU Zhi-hua GUO Ge +3 位作者 SUN Qian-cheng WANG Quan ZHANG Guo-dong YE Run-qing 《Journal of Mountain Science》 SCIE CSCD 2023年第11期3376-3391,共16页
The staggered distribution of joints and fissures in space constitutes the weak part of any rock mass.The identification of rock mass structural planes and the extraction of characteristic parameters are the basis of ... The staggered distribution of joints and fissures in space constitutes the weak part of any rock mass.The identification of rock mass structural planes and the extraction of characteristic parameters are the basis of rock-mass integrity evaluation,which is very important for analysis of slope stability.The laser scanning technique can be used to acquire the coordinate information pertaining to each point of the structural plane,but large amount of point cloud data,uneven density distribution,and noise point interference make the identification efficiency and accuracy of different types of structural planes limited by point cloud data analysis technology.A new point cloud identification and segmentation algorithm for rock mass structural surfaces is proposed.Based on the distribution states of the original point cloud in different neighborhoods in space,the point clouds are characterized by multi-dimensional eigenvalues and calculated by the robust randomized Hough transform(RRHT).The normal vector difference and the final eigenvalue are proposed for characteristic distinction,and the identification of rock mass structural surfaces is completed through regional growth,which strengthens the difference expression of point clouds.In addition,nearest Voxel downsampling is also introduced in the RRHT calculation,which further reduces the number of sources of neighborhood noises,thereby improving the accuracy and stability of the calculation.The advantages of the method have been verified by laboratory models.The results showed that the proposed method can better achieve the segmentation and statistics of structural planes with interfaces and sharp boundaries.The method works well in the identification of joints,fissures,and other structural planes on Mangshezhai slope in the Three Gorges Reservoir area,China.It can provide a stable and effective technique for the identification and segmentation of rock mass structural planes,which is beneficial in engineering practice. 展开更多
关键词 3D laser scanning rock discontinuity structural plane intelligent recognition Robust randomized Hough transform Improved region growing algorithm
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STUDY ON THE COAL-ROCK INTERFACE RECOGNITION METHOD BASED ON MULTI-SENSOR DATA FUSION TECHNIQUE 被引量:7
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作者 Ren FangYang ZhaojianXiong ShiboResearch Institute of Mechano-Electronic Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024, China 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2003年第3期321-324,共4页
The coal-rock interface recognition method based on multi-sensor data fusiontechnique is put forward because of the localization of single type sensor recognition method. Themeasuring theory based on multi-sensor data... The coal-rock interface recognition method based on multi-sensor data fusiontechnique is put forward because of the localization of single type sensor recognition method. Themeasuring theory based on multi-sensor data fusion technique is analyzed, and hereby the testplatform of recognition system is manufactured. The advantage of data fusion with the fuzzy neuralnetwork (FNN) technique has been probed. The two-level FNN is constructed and data fusion is carriedout. The experiments show that in various conditions the method can always acquire a much higherrecognition rate than normal ones. 展开更多
关键词 coal-rock interface recognition (CIR) Data fusion (DF) MULTI-SENSOR
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基于改进U-net的少样本煤岩界面图像分割方法 被引量:1
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作者 卢才武 宋义良 +3 位作者 江松 章赛 王懋 纪凡 《金属矿山》 CAS 北大核心 2024年第1期149-157,共9页
煤岩图像语义分割技术是煤岩界面识别的重要研究方向,现有的语义分割模型通常依赖于大样本数据集进行训练,然而目前已标注的煤岩图像数据样本难以获取,并且缺乏公开数据集。针对以上问题,提出了一种基于改进U-net模型的样本煤岩界面图... 煤岩图像语义分割技术是煤岩界面识别的重要研究方向,现有的语义分割模型通常依赖于大样本数据集进行训练,然而目前已标注的煤岩图像数据样本难以获取,并且缺乏公开数据集。针对以上问题,提出了一种基于改进U-net模型的样本煤岩界面图像分割模型。将裁剪后具有更强特征提取能力且结构上更为简单的VGG16替换U-net的原始骨干特征提取网络,提升对图像信息的特征提取能力并获得更快的训练速度,在U-net网络的跳跃连接和解码器上采样部分引入注意力机制模块,对提取的特征层进行处理,提升模型对煤岩界面图像关键特征的提取能力,提高分割精度。使用迁移学习方法对改进的模型进行预训练,提高模型泛化能力同时避免过拟合,使模型更适用于小样本数据集训练。通过使用自制的煤岩界面数据集对所改进的网络模型性能进行验证,并将该模型与经典Unet、DeepLabv3+、PspNet、HrNet网络模型进行了对比。试验结果表明:在同样使用由125幅煤岩界面图片构建的小样本数据集进行训练的情况下,所提改进模型相较于经典U-net模型在分割精确度和检测效率方面都有显著提升,模型精确度提高了1.84%,平均交并比提高了5.34%,类别平均像素准确率提高了0.48%,检测速度增幅为5.3%。同时,与其他网络模型相比,所提改进模型在小样本煤岩界面图像的语义分割中优势显著,表明所提改进思路的有效性。 展开更多
关键词 煤岩识别 语义分割 少样本学习 U-net 深度学习 机器视觉技术
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基于AttentionR2U-net的岩石(体)关键节理智能识别与参数提取
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作者 孙浩 代宗晟 +1 位作者 金爱兵 陈岩 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期101-110,共10页
针对岩石(体)表面复杂节理网中关键节理的智能识别与参数提取问题,提出一种基于AttentionR2U-net网络与节理几何特征模型耦合识别的方法.在R2U-net网络的基础上引入注意门(attentiongate)改进网络,通过定性与定量的方法对边坡节理图像... 针对岩石(体)表面复杂节理网中关键节理的智能识别与参数提取问题,提出一种基于AttentionR2U-net网络与节理几何特征模型耦合识别的方法.在R2U-net网络的基础上引入注意门(attentiongate)改进网络,通过定性与定量的方法对边坡节理图像和混凝土、龟裂土、常见脆性岩石裂隙图像的识别结果分别作准确性及泛化能力检验;利用AttentionR2U-net网络耦合节理几何特征的方法识别关键节理,提取原始节理和关键节理的几何参数并对其迹长、面积及倾角作差异性分析.研究结果表明:针对岩石(体)节理识别,本文算法的Dice相似系数从U-net网络的0.965提升至0.990,且明显优于传统算法,故本文算法在岩石(体)节理识别上具有更强的可靠性与优越性;针对混凝土、龟裂土和大理岩、花岗岩、砂岩等脆性岩石裂隙的识别,本文算法的Dice相似系数均在0.953以上,故本文算法具有较强的泛化能力.与原始节理网络相比,关键节理网络优势迹长由0.732m显著增大至1.835m,节理倾角分布形式和优势倾角组均不变,优势迹长和倾角的节理占比均显著增大. 展开更多
关键词 岩石(体) 关键节理 AttentionR2U-net网络 智能识别 参数提取
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基于改进门控循环神经网络的采煤机滚筒调高量预测
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作者 齐爱玲 王雨 马宏伟 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第2期116-123,共8页
采煤机自适应截割技术是实现综采工作面智能化开采的关键技术。针对采煤机在复杂煤层下自动截割精度较低的问题,提出了一种基于改进门控循环神经网络(GRU)的采煤机滚筒调高量预测方法。鉴于截割轨迹纵向及横向相邻数据之间的相关性,采... 采煤机自适应截割技术是实现综采工作面智能化开采的关键技术。针对采煤机在复杂煤层下自动截割精度较低的问题,提出了一种基于改进门控循环神经网络(GRU)的采煤机滚筒调高量预测方法。鉴于截割轨迹纵向及横向相邻数据之间的相关性,采用定长滑动时间窗法对获取的采煤机滚筒高度数据进行预处理,将输入数据划分为连续、大小可调的子序列,同时处理横向、纵向的特征信息。为提高模型预测效率,满足循环截割的实时性要求,提出了一种用因果卷积改进的门控循环神经网络(CC-GRU),对输入数据进行双重特征提取和双重数据过滤。CC-GRU利用因果卷积提前聚焦序列纵向的局部时间特征,以减少计算成本,提高运算速度;利用门控机制对卷积得到的特征进行序列化建模,以捕捉元素之间的长期依赖关系。实验结果表明,采用CC-GRU模型对采煤机滚筒调高量进行预测,平均绝对误差(MAE)为43.80 mm,平均绝对百分比误差(MAPE)为1.90%,均方根误差(RMSE)为50.35 mm,决定系数为0.65,预测时间仅为0.17 s;相比于长短时记忆(LSTM)神经网络、GRU、时域卷积网络(TCN),CC-GRU模型的预测速度较快且预测精度较高,能够更准确地对采煤机调高轨迹进行实时预测,为工作面煤层模型的建立和采煤机调高轨迹的预测提供了依据。 展开更多
关键词 采煤机 滚筒调高 煤岩识别 深度学习 门控循环神经网络 因果卷积
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基于红外热像和振动信号的煤岩识别实验研究
6
作者 刘治翔 孙战 +1 位作者 尹家阔 邹康 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第4期78-83,152,共7页
针对现有煤岩识别技术存在的难以实际应用、易受信号干扰、成本高和实现复杂等问题,通过理论分析煤岩截割产热与煤岩硬度的关系,证明通过红外热像获取的截割温度变化来进行煤岩识别的合理性;搭建了掘进机截齿截割煤岩试验台,对不同硬度... 针对现有煤岩识别技术存在的难以实际应用、易受信号干扰、成本高和实现复杂等问题,通过理论分析煤岩截割产热与煤岩硬度的关系,证明通过红外热像获取的截割温度变化来进行煤岩识别的合理性;搭建了掘进机截齿截割煤岩试验台,对不同硬度的普通煤层、煤岩交界处及中砂岩层进行长时间截割试验,通过红外热像仪和振动传感器分别获取截割温度和截割头振动信号并分析其变化规律。研究结果表明:①随着截割时间增加,截割温度逐渐升高;煤岩硬度越高,截割温度越高,且截割温度上升速率越快;在截割起始阶段无法通过截割温度识别煤岩,但在稳定截割时可根据截割温度特性识别煤岩。②截割头振动强度随着煤岩硬度增大而变大,但不随截割时间增加而产生明显变化,因此可弥补在截割起始阶段无法通过截割温度识别煤岩的不足。③通过单一截割温度或振动强度不能对煤岩进行准确识别,因此可在截割起始阶段和频繁出现闪温时通过振动强度来识别煤岩,而在截割稳定阶段通过红外热像获取的温度来识别煤岩。 展开更多
关键词 煤岩识别 红外热像 截割温度 振动强度
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基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法
7
作者 程继杰 刘毅 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期245-257,共13页
冲击地压和煤与瓦斯突出容易造成煤矿重特大事故。针对目前煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出事故发生主要靠人工发现,结合灾害造成不同于正常工况下采掘工作面和巷道空间的颜色和深度特征,提出了一种基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突... 冲击地压和煤与瓦斯突出容易造成煤矿重特大事故。针对目前煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出事故发生主要靠人工发现,结合灾害造成不同于正常工况下采掘工作面和巷道空间的颜色和深度特征,提出了一种基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法:在煤矿井下巷道顶板、巷帮靠近顶板以及采掘工作面液压支架顶部或靠近顶部等位置多点布置带有补光灯的彩色双目摄像机,实时采集采掘工作面和巷道空间彩色图像和深度图像;以煤矿井下与灾害抛出煤岩有着鲜明颜色差别的生产设备作为背景,监测识别是否出现彩色图像颜色发生较大变化;如果掘进巷道端头、巷道中间、巷道入口,或回采工作面,或进风巷道入口、巷道中间,或回风巷道入口、巷道中间,或主运输、辅助运输大巷等位置彩色双目摄像机监测到图像颜色发生较大变化,则监测彩色图像平均亮度是否小于设定的亮度阈值;如果平均亮度小于设定的亮度阈值,则以与灾害抛出煤岩有鲜明颜色差别的生产设备为背景,监测深度图像是否发生较大变化;如果深度图像发生较大变化,那么监测导致深度图像发生较大变化物体的移动速度是否大于设定的速度阈值(v>13 m/s);当移动速度大于设定速度阈值时,利用多点布置的甲烷传感器监测监视区域内甲烷浓度,当采煤工作面、掘进工作面、进风巷道、回风巷道、总回风巷道等多个不同地点均监测到甲烷浓度大幅升高或达到报警值,那么进行煤与瓦斯突出报警,反之,则进行冲击地压报警。提出了彩色双目摄像机感知灾害最佳倾角的确定方法,以及导致深度图像发生较大变化物体移动速度的确定方法。在确保安全性的前提下,简化了灾害模拟试验,设计了一套煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出颜色和深度特征模拟试验装置:采用与煤岩颜色和比重相近的10 mm橡胶球替代灾害抛出煤岩;利用直径315 mmPVC管模拟煤矿井下巷道受限空间以及与抛出煤岩有着鲜明颜色差异的背景设备;利用轴流式高压鼓风机作为动力装置,进行模拟冲击地压和煤与瓦斯突出发生时大量煤岩抛出造成的采掘工作面和巷道空间颜色和深度异常特征;利用3.4 mm焦距、30FPS、71°×55°视场角的彩色双目摄像机,完成对整个灾害模拟过程的监视与彩色双目图像采集。研究分析表明,提出的方法可识别出灾害发生时颜色和深度特征,验证了基于深度特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出图像感知报警方法的可行性与有效性。 展开更多
关键词 冲击地压 煤与瓦斯突出 颜色特征 深度特征 速度特征 图像识别
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基于电磁波的煤岩识别技术研究进展
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作者 柳圆 司垒 +2 位作者 王忠宾 魏东 顾进恒 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第1期42-48,65,共8页
将电磁波应用于煤岩识别中,可有效提高煤岩界面分辨能力。结合煤岩界面模型,阐述了运用电磁波技术进行煤岩识别的原理;介绍了γ射线法、雷达探测法、太赫兹信号法、电子共振法、X射线法和红外热成像法6种具体的煤岩识别方法,分析了各方... 将电磁波应用于煤岩识别中,可有效提高煤岩界面分辨能力。结合煤岩界面模型,阐述了运用电磁波技术进行煤岩识别的原理;介绍了γ射线法、雷达探测法、太赫兹信号法、电子共振法、X射线法和红外热成像法6种具体的煤岩识别方法,分析了各方法的原理,对各方法的优缺点及煤矿井下适用性进行了对比,并结合实际工业应用分析了各方法的研究现状。γ射线法在探测距离上具有显著优势,但存在放射性问题,基本被淘汰;雷达探测法具有识别准确的优点,但由于其信号衰减严重,探测距离短,目前一般应用于薄煤层测厚;太赫兹信号法探测距离短,只有在井下环境组成稳定时才能应用;电子共振法信号衰减严重,探测距离较短且难度较大,所以目前矿井基本摒弃;X射线法穿透性强,成像较清晰,但危害性极大;红外热成像法中,主动红外激励法需耗费大量时间对煤岩进行激励,且在处于高瓦斯的矿井环境中,存在极大的安全隐患;截割闪温法虽耗时较短,但对于截齿多、排布复杂的情况很难实现有效的煤岩识别。指出电磁波回波信息决定着电磁波煤岩识别的准确性,后续应对其进行深层次挖掘。 展开更多
关键词 煤岩识别 电磁波 γ射线法 雷达探测法 太赫兹信号法 电子共振法 X射线法 红外热成像法
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围岩智能化分级及其工程应用
9
作者 钟庆华 孙鑫 +2 位作者 张铁军 乔洪磊 杨新安 《科技创新与应用》 2024年第12期77-80,89,共5页
由于地质条件的复杂多变、勘察方法和技术缺陷等原因,勘察阶段的山岭隧道围岩分级与施工阶段存在差异。为动态获得施工中杭温铁路隧道前方围岩等级,该文基于岩体基本质量指标(BQ)的综合评判法,利用现场回弹试验、超前地质预报及掌子面... 由于地质条件的复杂多变、勘察方法和技术缺陷等原因,勘察阶段的山岭隧道围岩分级与施工阶段存在差异。为动态获得施工中杭温铁路隧道前方围岩等级,该文基于岩体基本质量指标(BQ)的综合评判法,利用现场回弹试验、超前地质预报及掌子面图像识别等手段,通过人工智能算法获得前方揭露围岩岩石强度及岩体完整性系数;再结合隧道现场水文情况、软弱结构面、初始地应力状态等修正因素,对围岩进行精细分级。现已在杭温铁路隧道古塘源二号隧道进口DK90+292、金竹坪隧道出口DK86+184、木匪岭隧道出口DK84+565及松坞尖隧道进口DK86+752等断面围岩等级变更工作中实现成功应用,得到与专业团队相吻合的揭露围岩级别判别结果,具有进一步推广与研究价值。 展开更多
关键词 山岭隧道 人工智能 图像识别 围岩精细分级 围岩等级变更
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高瓦斯大断面煤巷智能快掘条件下围岩控制研究
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作者 陈大广 武让 +1 位作者 夏永琪 张云峰 《煤炭技术》 CAS 2024年第4期62-67,共6页
针对高河煤矿高瓦斯大断面煤巷智能快掘条件下的围岩控制问题,根据悬吊理论、普氏理论对E2312进风顺槽锚杆、锚索支护参数进行理论计算,初步确定了部分参数,采用数值模拟方法对智能快掘巷道围岩控制效果进行模拟分析,揭示锚杆、锚索协... 针对高河煤矿高瓦斯大断面煤巷智能快掘条件下的围岩控制问题,根据悬吊理论、普氏理论对E2312进风顺槽锚杆、锚索支护参数进行理论计算,初步确定了部分参数,采用数值模拟方法对智能快掘巷道围岩控制效果进行模拟分析,揭示锚杆、锚索协同锚固效应及其双层锚固平衡拱结构形成机理,并确定快掘条件下的最终支护参数。通过对不同支护参数和掘进速度分别制定了多组数值模拟方案,对比分析巷道围岩锚固效应、塑性区发育范围以及顶板下沉量和两帮移近量变化曲线,结合现场工程应用综合分析得出,在一定范围内提高掘进速度的同时,结合对支护参数的优化,更加有利于巷道的围岩稳定控制。 展开更多
关键词 大断面煤巷 智能快掘 围岩控制 支护参数
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深地煤炭资源安全高效智能化开采关键技术与实践
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作者 李伟 孙希奎 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期52-64,共13页
深地煤炭资源地质赋存复杂,智能化开采是深地资源安全、高效、绿色发展的必由之路。智能化开采成套技术与装备能否适应千米深井复杂地质环境、控制围岩稳定并驱动装备跟随煤层自动推进是影响煤炭安全高效开采、减少作业人员、降低劳动... 深地煤炭资源地质赋存复杂,智能化开采是深地资源安全、高效、绿色发展的必由之路。智能化开采成套技术与装备能否适应千米深井复杂地质环境、控制围岩稳定并驱动装备跟随煤层自动推进是影响煤炭安全高效开采、减少作业人员、降低劳动强度的关键。山东能源集团聚焦千米深井智能化开采围岩控制理论,提出了以强度耦合、刚度耦合和稳定性耦合为核心的支架-围岩智能耦合关系,并形成与之相适应的智能耦合控制逻辑;为突破超大采高智能综采开采工艺及超高煤壁围岩控制技术瓶颈,提出了超大采高液压支架工作阻力“双因素控制法”,发明了三滚筒采煤机及其配套开采方法,研制了与超大采高智能综采相匹配的液压支架及配套系统;针对超大采高综放开采智能化放煤理论与围岩控制难题,提出超大采高综放支架-围岩耦合协调采放空间控制方法,创新了超大采高综放“马鞍形”开采工艺,研制了7 m超大采高智能综放开采液压支架及配套系统;研发了无反复支撑、快速循环自移的单元式超前支架,解决了回采巷道超前支护距离长、支护技术与装备适应性差的问题;开发了基于惯导和精准地质模型的智能采煤控制系统,解决了深部矿井工作面设备智能控制及困扰连续生产的难题;搭建了千米深井智能化开采综合管控平台,实现了千米深井重大灾害多源异构数据融合与管控。上述核心技术在山东能源集团赵楼煤矿7302工作面、东滩煤矿3308工作面等多个工作面进行了智能化开采示范建设,取得了良好的应用效果,所获成果整体推动了我国深地煤炭资源安全高效智能化开采水平,可以为类似矿井智能化工作面建设提供理论与技术借鉴。 展开更多
关键词 千米深井 智能化开采 支架-围岩关系 超大采高液压支架 智能采煤控制系统 多元灾害
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拣煤机器人在韩咀煤业的应用研究
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作者 张越 王永东 +1 位作者 刘永 赵斌 《煤炭加工与综合利用》 CAS 2024年第4期37-40,共4页
为解决韩咀煤业部分块煤无法回收的问题,运用智能AI视觉识别及工业机器人技术,研制并应用了智能机器人拣煤系统。论述了拣煤机器人系统在韩咀煤业遇到的技术难点及解决办法。结果表明,拣煤机器人应用可有效解决矸石表面煤泥多、水渍反... 为解决韩咀煤业部分块煤无法回收的问题,运用智能AI视觉识别及工业机器人技术,研制并应用了智能机器人拣煤系统。论述了拣煤机器人系统在韩咀煤业遇到的技术难点及解决办法。结果表明,拣煤机器人应用可有效解决矸石表面煤泥多、水渍反光、流量大等问题,实现自动布料、智能判断、动态拣取、自动称重、无人值守,对矸石中存在的块煤进行分拣回收,用机器人代替人工手选作业,避免了人工操作的安全隐患,经济和社会效益显著。 展开更多
关键词 机器人 AI视觉识别 智能分拣 分拣夹具 拣煤机器人
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岩芯智能识别关键技术研究
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作者 刘梦冉 周永刚 +1 位作者 黄香春 周俊 《工程技术研究》 2024年第4期97-99,共3页
在地质勘查过程中,地层信息的记录至关重要。文章提出一种基于图像识别技术的岩芯智能识别系统,旨在提高现场编录工作效率和岩芯识别的准确性。提出一套岩芯样本采集方法,实现对岩芯样本的标记和分类保存,使用PyTorch平台和Python语言... 在地质勘查过程中,地层信息的记录至关重要。文章提出一种基于图像识别技术的岩芯智能识别系统,旨在提高现场编录工作效率和岩芯识别的准确性。提出一套岩芯样本采集方法,实现对岩芯样本的标记和分类保存,使用PyTorch平台和Python语言进行算法研究和系统设计,研发五种岩芯的智能识别算法,并建立一套完整的岩芯智能识别系统。 展开更多
关键词 岩芯智能识别 图像识别 PyTorch PYTHON 智能识别算法
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基于无人机的煤矿巡检与灾害隐患集成化识别方案研究
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作者 辛建帝 《无线互联科技》 2024年第1期110-113,121,共5页
传统的煤矿巡检方式存在着效率低、盲区多等问题,而无人机具有覆盖面广、高度灵活的特点,可大大提升煤矿巡检效率。文章旨在探讨并提出一种创新的煤矿巡检与灾害隐患集成化识别方案。通过对无人机搭载各类传感器进行数据采集和图像智能... 传统的煤矿巡检方式存在着效率低、盲区多等问题,而无人机具有覆盖面广、高度灵活的特点,可大大提升煤矿巡检效率。文章旨在探讨并提出一种创新的煤矿巡检与灾害隐患集成化识别方案。通过对无人机搭载各类传感器进行数据采集和图像智能化识别,该方案实现了对陕西某煤矿区域的全方位监测,包括难以到达的高空和隐蔽区域。通过图像信息分析与处理,该方案可以及时发现潜在的灾害隐患,提高煤矿安全管理水平。实地试验结果表明,该方案在提高煤矿巡检效率、降低工作风险以及及时发现潜在灾害隐患方面取得了显著的成果。基于无人机技术的煤矿巡检与灾害隐患集成化识别方案为煤矿安全管理提供了一种新的思路和手段,具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 煤矿巡检 智能化识别 集成化
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地质动力区划及其在冲击地压研究中的应用 被引量:5
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作者 张宏伟 李胜 +5 位作者 韩军 宋卫华 兰天伟 荣海 付兴 杨振华 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期191-202,共12页
冲击地压的实质是煤岩体内积聚的弹性变形能突然释放的动力现象,是煤矿重大动力灾害之一。地质动力区划认为现代地质构造运动等内动力作用和构造应力场对矿井动力灾害的孕育、发生和发展过程具有重要影响。地质动力区划主要研究内动力... 冲击地压的实质是煤岩体内积聚的弹性变形能突然释放的动力现象,是煤矿重大动力灾害之一。地质动力区划认为现代地质构造运动等内动力作用和构造应力场对矿井动力灾害的孕育、发生和发展过程具有重要影响。地质动力区划主要研究内动力地质作用对人类工程活动影响,在煤矿开采领域主要用于研究现代构造运动影响下的冲击地压等矿井动力灾害问题。辽宁工程技术大学地质动力区划团队根据中国大陆的构造运动和构造形式的特点,在俄罗斯И.М.巴图金娜院士和И.М.佩图霍夫院士创建的以断块构造划分为核心内容的地质动力区划方法基础上,经过30余年的研究和实际应用,对地质动力区划的研究内容进行了广泛拓展,创建了地质动力环境评价方法、煤岩动力系统与能量特征分析方法和矿井动力灾害多因素模式识别方法,开发了岩体应力分析系统和地质动力区划信息管理系统,丰富和深化了地质动力区划理论和方法,开创了地质动力区划研究的全新体系,为冲击地压、煤与瓦斯突出等矿井动力灾害的危险性预测与防治提供了全新的研究方法。笔者介绍了地质动力区划及其在冲击地压研究方面的部分应用成果:(1)基于地质动力区划的煤岩动力系统分析方法,计算确定的系统“损伤区半径上限值”作为冲击地压工作面超前支护范围的参考值,为冲击地压矿井确定超前支护范围提供了依据;计算确定的系统“影响区半径上限值”作为冲击地压矿井工作面开采影响范围参考值,为确定2个采煤工作面之间的距离提供了依据。(2)基于地质动力区划的多因素模式识别方法,在地质动力区划信息管理系统的支持下,实现了冲击地压危险性的分单元精细化预测,为矿井提供了更精确的冲击地压危险性区域空间定位和更准确的冲击地压危险程度预测结果,提高了矿井冲击地压危险性预测的准确性和时效性。地质动力区划在中国的义马、鹤壁、鹤岗、双鸭山等矿区的40多个煤矿的动力灾害危险性预测和防治工作等方面得到了广泛应用。 展开更多
关键词 地质动力区划 矿井动力灾害 冲击地压 地质动力环境 煤岩动力系统 多因素模式识别 危险性预测
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基于DA-DE-SVM智能模型的煤岩体SC-CO_(2)压裂效果预测 被引量:3
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作者 闫浩 张吉雄 +1 位作者 周楠 时培涛 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期362-368,F0003,共8页
煤岩体压裂效果是超临界CO_(2)(SC-CO_(2))压裂工程设计的主要依据。为准确预测煤岩体SC-CO_(2)压裂效果,基于多孔相向裂缝动态扩展模拟,筛选确定影响煤岩体SC-CO_(2)压裂效果的6个地质因素和4个施工因素,提出了一种集成支持向量机(SVM... 煤岩体压裂效果是超临界CO_(2)(SC-CO_(2))压裂工程设计的主要依据。为准确预测煤岩体SC-CO_(2)压裂效果,基于多孔相向裂缝动态扩展模拟,筛选确定影响煤岩体SC-CO_(2)压裂效果的6个地质因素和4个施工因素,提出了一种集成支持向量机(SVM)、蜻蜓算法(DA)、差分进化算法(DE)的混合人工智能模型,利用支持向量机构建SC-CO_(2)压裂效果与其影响因素之间的关系,并利用蜻蜓算法、差分进化算法联合优化支持向量机的超参数。以相关系数、均方根误差、平均绝对误差为评价指标对混合人工智能模型性能进行了评估,并采用MIV方法对模型输入变量进行了敏感性分析,结果表明:本文提出的DA-DE-SVM智能模型能很好预测煤岩体SC-CO_(2)压裂效果,其训练集的R值为0.9572,测试集的R值为0.9316。SC-CO_(2)压裂效果影响因素的重要程度从高到低依次为:相邻压裂钻孔水平距离>垂直地应力>压裂液注入速率>相邻压裂钻孔垂直距离>煤体抗拉强度>水平地应力>压裂液温度>煤体渗透系数>煤体初始孔隙压力>煤体弹性模量。研究成果可为SC-CO_(2)压裂工程参数优化设计及工程应用提供重要指导。 展开更多
关键词 煤岩体 超临界CO_(2) 压裂效果 智能预测
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基于图像和激光点云融合的智能采面煤岩识别 被引量:2
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作者 司垒 王忠宾 +3 位作者 李嘉豪 魏东 梁斌 肖俊鹏 《振动.测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2023年第2期254-262,407,共10页
为了提高采煤工作面的智能化水平,提出了基于图像和激光点云融合的煤岩识别方法。首先,利用三维重建构建了蕴含煤岩颜色信息及截割纹理特征的图像点云;其次,提出了基于改进迭代最近点(iterative closest point,简称ICP)算法的煤岩点云... 为了提高采煤工作面的智能化水平,提出了基于图像和激光点云融合的煤岩识别方法。首先,利用三维重建构建了蕴含煤岩颜色信息及截割纹理特征的图像点云;其次,提出了基于改进迭代最近点(iterative closest point,简称ICP)算法的煤岩点云配准方法,提高了点对间的搜索速度和配准精度;然后,设计了基于改进区域生长算法的煤岩识别方法,通过仿真分析验证了改进措施的有效性;最后,搭建了采煤机煤岩截割实验系统,并对相关改进算法进行了实验对比分析。结果表明,所提方法的点云数据分割效果最好,煤岩识别准确率达92.95%。在煤矿井下采煤工作面进行了现场测试,进一步证明了所提煤岩识别方法的可行性和实用性。 展开更多
关键词 煤岩识别 图像点云 激光点云 点云配准 点云分割
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砂样岩屑图像特征的岩性智能高效识别 被引量:4
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作者 夏文鹤 谢万洋 +2 位作者 唐印东 李皋 韩玉娇 《石油地球物理勘探》 EI CSCD 北大核心 2023年第3期495-506,共12页
在录井过程中,岩屑的岩性分析主要依靠人工,效率较低且稳定性较差,难以在钻进地层过程中快速识别岩性变化。为此,提出基于砂样图像中颗粒岩屑纹理、色泽和形状等特征的岩性智能识别方法。首先,计算砂样图像的像素值梯度并求取颗粒质心,... 在录井过程中,岩屑的岩性分析主要依靠人工,效率较低且稳定性较差,难以在钻进地层过程中快速识别岩性变化。为此,提出基于砂样图像中颗粒岩屑纹理、色泽和形状等特征的岩性智能识别方法。首先,计算砂样图像的像素值梯度并求取颗粒质心,采用分水岭算法获取颗粒岩屑轮廓线并标记;然后,采用图像分割算法从砂样图像中分离出待检测的单个颗粒岩屑图像,建立颗粒岩屑图像样本库;最后,利用注意力机制及特征融合模块改进MobileNetV2网络,提取颗粒岩屑特征并分类,实现单个颗粒岩屑图像岩性识别,进而获取砂样岩性成分比。该方法将以往岩性智能识别过程中常采用的砂样整体识别方式转变为对砂样中单颗粒岩屑的岩性识别,大幅度减少了颗粒岩屑之间的相互干扰。多个油气区块的砂样图像测试结果表明,该方法对灰岩、泥岩、砂岩和页岩的识别准确率均不低于92%,一组砂样图像岩性分析的用时小于10 s。 展开更多
关键词 岩屑录井 砂样图像 颗粒岩屑图像特征 岩性智能识别 机器视觉
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TBM在煤矿巷道掘进中的技术应用和研究进展 被引量:14
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作者 刘泉声 黄兴 +2 位作者 潘玉丛 刘滨 邓鹏海 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期242-259,共18页
TBM工法经济技术优势显著,正成为煤矿巷道快速掘进的一种新方法。但由于煤矿特殊的施工环境和复杂地质条件,TBM在煤矿巷道掘进中面临以下技术挑战:(1)煤矿特殊施工环境下TBM装备和矿井系统适应性设计难;(2)煤系软硬复合地层破岩机理不清... TBM工法经济技术优势显著,正成为煤矿巷道快速掘进的一种新方法。但由于煤矿特殊的施工环境和复杂地质条件,TBM在煤矿巷道掘进中面临以下技术挑战:(1)煤矿特殊施工环境下TBM装备和矿井系统适应性设计难;(2)煤系软硬复合地层破岩机理不清,高效破岩控制难度大;(3)软弱地层挤压变形卡机灾害风险大,灾害预测和安全控制难度大;(4)掘进空间狭小和粉尘水雾干扰严重,TBM掘进过程监测难度大,难以进行掘进参数决策控制和灾害预警。对此,针对TBM装备适应性设计技术,深部复合地层TBM高效破岩理论,挤压变形卡机灾害预测控制方法,掘进过程智能化决策控制技术等开展了系统研究,在TBM安全高效掘进技术方面取得了以下研究进展:(1)论述了针对煤矿特殊施工环境的TBM装备和施工工艺适应性设计技术;(2)开展了TBM滚刀贯入和线性切割试验,揭示了复合地层地应力水平、岩石强度及岩性变化、掘进控制模式、滚刀安装半径等对TBM破岩效率和破岩模式的影响机理,提出了深部复合地层TBM掘进性能评价预测方法和岩体可掘性评价方法;(3)揭示了深部煤系软弱地层TBM掘进挤压大变形卡机灾害孕育发生机理,发展了挤压变形卡机灾害孕育演化及控制过程模拟预测的FDEM(有限元-离散元耦合)方法,提出了挤压变形卡机监测预警方法,形成了TBM掘进挤压大变形卡机“大变径扩挖、掘进参数优化和分步联合支护”综合防控技术体系;(4)提出了TBM掘进过程岩-机作用信息(刀盘刀具-掘进工作面作用、围岩-护盾作用信息)实时感知技术,初步提出了TBM掘进参数自适应智能决策方法。上述研究进展将推动TBM在煤矿巷道建设中的应用和安全高效掘进技术进步。 展开更多
关键词 TBM 煤矿巷道 适应性设计 高效破岩 挤压变形卡机灾害 分步联合控制 掘进参数智能决策与控制
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基于掩埋图像特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法 被引量:1
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作者 孙继平 程继杰 王云泉 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2023年第5期1-6,21,共7页
分析了冲击地压和煤与瓦斯突出时抛出大量黑色煤岩的掩埋图像特征:监视区域内颜色及其对应图形面积变化、颜色及其对应图形数量变化、颜色及其对应图形形状变化、掩埋位置异常等。根据灾害发生时会造成监视区域内非黑色区域面积减少,且... 分析了冲击地压和煤与瓦斯突出时抛出大量黑色煤岩的掩埋图像特征:监视区域内颜色及其对应图形面积变化、颜色及其对应图形数量变化、颜色及其对应图形形状变化、掩埋位置异常等。根据灾害发生时会造成监视区域内非黑色区域面积减少,且减少的速度和加速度较大的特征,提出了基于颜色及其对应图形面积变化特征的冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法。根据灾害发生时会造成监视区域内非黑色区域数量减少,且减少的速度和加速度较大的特征,提出了基于颜色及其对应图形数量变化特征的冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法。根据灾害发生时会造成监视区域内非黑色图形的圆形度、矩形度和面积周长比减少,且减少的速度和加速度较大的特征,提出了基于颜色及其对应图形形状变化特征的冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法。根据灾害发生时会导致煤矿井下人员、液压支架顶部及靠近顶部等位置被煤岩掩埋的特征,提出了基于掩埋位置异常特征的冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法。上述基于掩埋图像特征的煤矿冲击地压和煤与瓦斯突出感知报警方法具有响应速度快、非接触、监测范围广、成本低和使用维护方便等优点。 展开更多
关键词 冲击地压 煤与瓦斯突出 图像识别 灾害感知 掩埋图像特征
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