煤矿井下坑道钻机电控自动化技术研究

为顺应煤矿井下钻探装备自动化、智能化发展方向,根据煤矿井下坑道钻机特点,研制了一套钻机电控系统,实现了钻机远程控制、参数监测、工况判断和安全互锁等功能,并在钻机单动控制基础上进行了钻机自动钻进和自动起钻技术研究,大大提高了煤矿井下钻机自动化程度。地面功能性试验与现场工业性试验表明：设计的电控系统功能性、实时性和可靠性满足使用要求。研制的钻机电控系统配套在钻机上,可提高钻机自动化水平,更好地保障了施工人员和设备的安全,对推动煤矿井下钻机智能化发展有积极作用。     

中主应力系数影响下的冻结砂土损伤本构模型

人工冻结法是饱水砂层开挖过程中常用的止水和临时支护方法,通过冻土损伤特性研究为冻土力学特性和冻结体稳定性分析奠定基础。为研究冻结砂土的损伤力学特性,在-5℃下进行了不同中主应力系数的冻结砂土三维室内试验。从冻土微元破坏服从Weibull随机分布的特点出发,将Drucker-Prager强度准则作为冻土微元统计分布变量,利用应变等价性假说,建立了三维应力状态下冻结砂土损伤本构模型;在此基础上,讨论模型参数F₀与m和中主应力系数的关系,对模型参数进行合理修正,建立中主应力系数影响下的冻结砂土损伤本构模型,并与试验结果进行对比。分析结果表明：参数F₀和m随着中主应力系数的增大呈现先减小后增大的趋势;参数F₀反映了冻结砂土的强度特性,参数m代表了冻结砂土的延性及脆性特征,考虑中主应力系数影响的冻结砂土损伤本构模型能很好地模拟冻结砂土应力-应变全过程曲线。研究成果为人工冻结法工程设计提供一定的理论依据。移动阅读     

缓倾斜煤层走向长壁式工作面地表沉陷盆地模型

为准确描述地表沉陷盆地分布形态,基于幂指数函数模型,结合缓倾斜煤层走向长壁式工作面地表沉陷盆地的特征,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,建立适用于缓倾斜煤层走向长壁式工作面的沉陷盆地模型,分析模型参数的影响因素及参数的变化规律,并验证模型的适用性和预计精度。研究表明：模型参数n反映下沉盆地底部范围大小,主要与采动程度有关,取值范围为1~3,其取值精度取决于观测点个数;参数k反映下沉盆地边缘的收敛速度和下沉影响范围,主要与采煤方法、顶板管理方法及松散层厚度有关,其值可通过地表最大下沉值或煤厚进行确定;在对常村煤矿地表沉陷进行预计时,预计值与实测值的差值平方和为3.08×10⁶,中误差为267.59 mm,为最大下沉值的6.47%。研究缓倾斜煤层走向长壁式工作面地表沉陷盆地模型旨在对常村煤矿地表沉陷的预测和预防工作提供理论基础。     

基于BP神经网络与数学形态学的彩色地质图面要素信息智能提取

地质图是一个区域地质研究的重要成果,也是前人留下的宝贵资料,更融合了地质专家的丰富知识。本研究的目的是通过新的思路将彩色地质图信息提取出来,使其结果能直接进行数据分析,并用于决策和分析。以机器学习为指导,在分析半结构化（栅格）地质图特征的基础上,根据图例信息,提出一种彩色地质图信息提取新思路,对彩色地质图进行分层信息提取,并结合数学形态学和多层前向反馈式神经网络,探索半结构化数据转换为结构数据的有效技术方法。利用图像信息提取技术将半结构化地质图转化为结构化数据,可用于成矿预测等研究。这一变化将改变传统地质数据的结构,地质研究的信息基础和来源将会增加,对于获取更多的数据源和信息源,进一步开展地质分析研究具有重要意义。     

青藏高原隆升及伸展变形中的重力位能

青藏高原在南侧印度板块和北侧欧亚板块的双向挤压下整体抬升,边界挤压力所作的功增加了高原内部重力位能.但高位能态的物质会不断向重力势能最小的平衡态转移,并产生流变变形.由于受南北边界的挤压力约束,高原内部的高位能驱使喜马拉雅山和昆仑山之间的地体产生东西向伸展变形.利用三种不同方法对青藏高原重力位能进行计算,结果表明,一定流变学条件下,青藏高原目前所具有的重力位能可以产生各地体中观测到的地表构造变形速率.     

青藏高原东缘变形机制的讨论: 来自数值模拟结果的限定

青藏高原东缘的地壳结构是两种主流青藏高原隆升模式争辩的焦点之一.中下地壳流曾经被认为是高原东缘隆升的主要构造驱动力,但是中上地壳之间低阻低速层的发现及其与2008 MS8.0汶川地震良好的对应关系表明,高原东缘具有向东刚性挤出的可能性.然而大部分关于龙门山断裂的数值模拟仍建立在下地壳流的基础上,仅将低阻低速层作为断裂的延续或是弱化地壳物性参数的软弱层,而非能够控制块体滑动的"解耦层",也没有考虑到刚性块体变形中的断裂相互作用.本文建立了包含相互平行的龙门山断裂与龙日坝断裂的刚性上地壳模型,用极薄的低阻低速层作为块体滑动的解耦带,采用速率相关的非线性摩擦接触有限元方法,基于R最小策略控制时间步长,计算了在仅有侧向挤压力作用下,低阻低速层对青藏高原东缘的刚性块体变形和断裂活动的作用.计算结果显示,低阻低速层控制了刚性块体的垂直变形和水平变形分布特征.在侧向挤压力的持续作用下,在低阻低速层控制下的巴颜喀拉块体能够快速隆升,而缺乏低阻低速层的四川盆地隆升速度和隆升量均极小,隆升差异集中在龙门山断裂附近,使其发生应力积累乃至破裂.龙日坝断裂被两侧的刚性次级块体挟持着一起向南东方向运动,但该断裂的走滑运动分解了绝大部分施加在块体边界上的走滑量,使得相邻的龙门山次级块体的走滑分量遽然减少,也使得龙门山断裂表现出以逆冲为主,兼有少量走滑的运动性质.本文所得的这些计算结果显示了在缺乏中下地壳流,仅在低阻低速层解耦下刚性块体隆升过程及相关断裂活动,提供了青藏高原东缘刚性块体挤出的可行性,为青藏高原东缘隆升机制的研究讨论提供了重要依据.     

中国大陆与各活动地块、南北地震带实测应力特征分析

本文以"中国大陆地壳应力环境基础数据库"为基础,补充了迄今为止查阅到的中国大陆水压致裂法与应力解除法的实测地应力数据,在1474个测点上得到3586条数据,研究区经度范围75°E－130°E,纬度范围18°N－47°N,深度范围0~4000 m,基本覆盖了中国大陆的各活动地块与南北地震带各段等研究区.本文采用等深度段分组归纳的方法解决了实测地应力数据样本数量沿深度分布的不均匀问题,给出了中国大陆与各研究区地壳浅层测量深度范围内应力量值、方位特征.结果显示:(1)中国大陆地壳浅层最大水平应力、最小水平应力、垂直应力随深度呈线性增加;(2)中国大陆地区侧压系数随深度的变化特征为:浅部离散,随着深度增加而集中,并趋向0.68,D=465 m是水平作用为主导向垂直作用为主导的转换深度,Kav=1;(3)中国大陆水平差应力在地表为3 MPa左右,随深度增加以5.8 MPa/km的梯度增大;(4)在测量深度范围内,中国大陆各研究区最大水平应力中间值(深度为2000 m时的统计回归值)从大到小的顺序是:青藏地块63.6 MPa、南北带北段57.3 MPa、华南地块51.4 MPa、华北地块50.5 MPa、南北带中段47.9 MPa、西域地块47.5 MPa、南北带南段45.4 MPa、东北地块44.8 MPa,总体表现为"西强东弱"的基本特征,反映了印度板块与欧亚板块的强烈碰撞是中国大陆构造应力场强度总体特征的主要来源;(5)与其他研究区相比较,青藏地块地壳在从南向北的挤压作用下呈现出明显的"浅弱深强"特点;(6)最大水平应力方向的总体特征,基本以青藏高原为中心,呈辐射状展布,由西向东,从近N-S方向逐步顺时针旋转至NNE-SSW、NE-SW、NEE-SWW、NW-SE方向,与深部的震源机制解研究结果有一致性.     

任意各向异性介质相(群)速度的计算

反映弹性波在各向异性介质中传播特性的两个基础的物理量是相速度和群速度.本文在总结前人工作的基础上,提出任意各向异性介质相(群)速度的计算方案:首先推导各自计算公式,其次考虑剪切波奇点的特殊性,再次令其遵循相应约束条件,最后,采用三个计算实例检验该方案的正确性和有效性.通过对计算结果的分析以及各向异性理论预测可以加深对各向异性特有性质(如剪切波奇点、群速度多值性)的理解,有助于增强我们对任意各向异性理论的基本认识.     

重磁位场转换计算中迭代法的综合分析与研究

处理转换计算在重磁资料解释中发挥着重要的作用,但一些计算如向下延拓、化极等有时是很不稳定的,在频率域中则表现为其转换因子具有明显的放大作用,所以其FFT理论计算结果是不稳定的.因此,很多研究工作都是围绕增加计算的稳定性、提高计算效果进行的,其中迭代法是近来在研究中受到普遍重视的方法技术,并取得了较好的成果.但也存在对迭代法研究还不够深入,对其存在的缺点认识不够充分、客观等问题,例如,迭代法进行延拓及化极等计算时,对一些具体应用虽能在一定程度上获得较好的计算结果,但却存在计算结果并不会随着迭代次数的增加而得到持续改善的问题,对于原本不稳定的计算,迭代法在迭代次数比较大时,所得的结果依然是不稳定的.为此,本文在对迭代法进行分析研究的基础上,进一步推导了迭代法的通式,并分析了对迭代法收敛性影响的各种因素.分析结果表明:迭代法收敛到FFT理论直接计算结果的决定因素是计算过程中如何选择原始数据到目标数据的映射函数;在选择了合适的映射函数的情况下,迭代次数不仅仅是决定计算成本,而是决定结果好坏的关键因素;增加迭代次数虽然能够使计算收敛到FFT直接计算理论结果,但如果该理论结果本身就是不稳定的,则迭代法计算如果收敛,也是收敛到一个不稳定的结果.所以针对位场处理转换中一些不稳定计算采用迭代法,并没有从根本上解决计算的不稳定性问题.     

2020年中国龙卷过程及灾情特征

2021年5月14日20∶40前后,湖北省武汉市蔡甸区千子山发生龙卷灾害。基于详细的现场灾情调查和观测资料综合分析判断：(1) 本次灾害具有受灾路径长、纵横比大,受灾指示物有辐合倒伏、扭曲、被拔起和抛射等龙卷破坏的典型特征,确认为龙卷风灾害。(2) 龙卷自西向东移动,总路径长度约17.95km,其中连续路径约11km,最大破坏直径1000m,平均破坏直径800 m。龙卷经历了触地初生、加强成熟到跳跃减弱三个阶段,在影响路径的后半段,龙卷强度较弱,有跳跃式前进的特征。综合评估本次龙卷最大强度为中国龙卷强度行业标准三级(相当于美国EF3级)。(3) 雷达资料分析表明,这是一次典型的超级单体龙卷,伴随有强中气旋和龙卷涡旋(TVS)发展,超级单体中气旋和TVS加强,旋转速度、最强切变加大以及顶高底高下降时,龙卷触地引起地面灾害,地面最强破坏路径位于中气旋和TVS路径南侧。对于超级单体龙卷,可依据中气旋和TVS演变特征进行龙卷预警业务试验。