基于应变测量的煤吸水膨胀变形特征实验研究

自由膨胀率是煤岩膨胀性判定的一项重要指标,考虑到千分尺间接测量存在操作要求高、时间长等缺点,采用应变测量方法对煤吸水膨胀应变进行了测试研究。研究表明:应变测量具有可靠性强、灵敏度高、自动获取数据等优点,可以直接获得煤岩的自由膨胀率;煤吸水膨胀变形应变全过程可以分成初始压应变作用、拉应变急剧上升、拉应变缓慢增大3个阶段;煤试样轴向拉应变比环向拉应变大1‰左右,数值上两者相差不大,水沿层理方向渗透速率快,层理对煤吸水膨胀影响较大。     

泥岩在不同水化学环境下的膨胀变形规律

通过对泥岩重塑样在不同水化学环境下的膨胀变形试验,研究了溶液浓度的大小对其膨胀变形规律的影响。研究结果表明,KCl溶液能抑制重塑泥岩样的膨胀变形,其膨胀率仅有蒸馏水中膨胀率的一半;不同浓度作用下的重塑泥岩样膨胀变形量不同,随着浓度的增加其膨胀率呈减小的趋势。     

泥岩水化对煤层气地面抽采钻井稳定性的影响

利用浸泡实验方法和SEM技术,对鄂尔多斯矿区泥岩样本进行微观结构分析及研究,定量分析了泥岩在不同浸泡时间后的水化膨胀率及膨胀应变,建立了泥岩地层水化井壁围岩应力计算模型,研究获得了泥岩吸水后井壁周围的应力分布规律和坍塌失稳点,数值计算结果与泥岩浸泡实验结果相吻合。研究方法及结论对于解决煤层气地面钻井泥岩段地层的井壁失稳问题具有指导意义。     

突出危险煤吸附、解吸瓦斯变形特性试验研究

采用自主研制的煤体高压吸附-解吸变形试验系统,进行了突出危险煤在不同瓦斯压力条件下的吸附-解吸变形全过程试验,探讨了突出危险煤吸附瓦斯产生膨胀变形、解吸瓦斯产生收缩变形这一特有的力学行为。研究结果表明,突出危险煤在不同瓦斯压力下随时间的变形曲线具有相同的演化规律,即先后经历抽真空收缩变形、充气压缩变形、吸附膨胀变形、卸压膨胀变形、卸压后弹性恢复变形和解吸收缩变形等6个阶段;吸附膨胀变形和解吸收缩变形过程中,煤样的应变变化率绝对值均随时间逐渐减小,直至一个相对稳定值,其变形规律服从朗格缪尔方程;煤样的吸附膨胀变形和解吸收缩变形均呈各向异性,垂直于层理方向和平行于层理方向的应变整体变化趋势呈现一致性,但由于煤体内部裂隙分布差异,使垂直层理方向的应变明显大于平行层理方向的应变;煤样吸附膨胀变形值与瓦斯压力关系对二次函数和朗格缪尔方程均具有较好的拟合效果,煤样解吸收缩变形值与原始瓦斯压力呈很好的幂函数关系和二次函数关系;煤样解吸瓦斯后存在一定的残余变形值。     

山西古交矿区马兰煤矿肥煤注水后煤体吸附膨胀行为

基于不同压力,室温下对山西古交矿区马兰煤矿的煤样进行注水及吸附膨胀实验,分析了煤体吸附膨胀规律和气、水介质对其的控制机理.研究发现：不同含水率的煤样吸附后,煤体的应变参数随着压力的变化均呈现类似于Langumir等温吸附曲线的变化规律,且平行于层理方向的应变大于垂直于层理方向的应变;气、水介质从不同的侧面对煤体的吸附应变特征进行影响,煤样中注入的气量越大,产生的膨胀能越大,变形程度也越大;水分的存在,使得气体吸附量减小,煤体吸附气体后产生的应变减小.     

层理原煤静爆破坏裂纹动态扩展特征实验

利用高清摄像机、应变测试仪和ZDKT-1微震测试系统,研究了无声破碎剂缓慢静载荷条件下,垂直和平行于层理面作用时原煤试样静爆破坏裂纹扩展特征。结果表明:钻孔垂直于层理面静爆破坏时产生的裂纹呈现立体交叉式扩展,而钻孔平行于层理面产生的裂纹仅沿层理面扩展;静爆过程中钻孔面应变片均先受压缩载荷后受拉伸载荷,与钻孔深度平行的面上垂直和平行层理方向的应变片均仅受拉伸载荷作用;静爆过程越接近应变信号突变位置微震事件越频繁。     

冲击荷载下层状砂岩变形破坏及其动态抗拉强度试验研究

针对层状砂岩的各向异性,探究了冲击荷载作用下层理角度对层状砂岩变形破坏的影响规律。加工制作了含软弱层理的砂岩标准试件,利用霍普金森杆试验系统进行了不同层理倾角下的砂岩动态巴西圆盘试验,并结合数字图像相关方法获得了圆盘试件变形场的演化云图。从破坏结果看,层理面与加载轴线之间的夹角对层状砂岩的变形破坏有显著影响。当软弱层理平行于加载轴线时,圆盘试件在加载端处首先产生应变集中,并随着冲击加载的作用迅速沿层理扩展,最终表现为从圆盘试件加载端向非加载端呈弧线形断裂的特征;当软弱层理垂直于加载方向时,圆盘试件中间首先形成多个应变集中区,表现为在加载轴线与软弱层理相交处萌生多个微裂纹,并在冲击加载的作用下微裂纹沿加载轴线不断相互贯通,最终形成径向扩展的宏观裂纹;当软弱层理面与加载方向成45°时,圆盘试件在加载端处首先沿层理方向形成显著的拉剪应变集中区,由于层理介质的抗拉强度和抗剪强度均低于砂岩基质体,因而表现为试件在拉、剪复合应力的共同作用下从加载端处产生多条沿层理面扩展的裂纹。从试验结果中还可以看出,在相同加载速率下,垂直层理试件的强度最高,水平层理试件的强度最低,倾斜层理试件的强度介于水平层理试件和垂直层理试件之间。随着加载速率的提高,不同层理方向的砂岩动态抗拉强度均呈线性增长的特征,但与无层理砂岩相比,含软弱层理砂岩的动态抗拉强度对加载速率的敏感程度较低。此外,层理角度对砂岩的开裂应变有较大影响,受剪应力的影响,倾斜层理砂岩的开裂应变高于垂直层理砂岩。     

煤层渗透性各向异性规律的实验研究

煤储层具有明显的层理特征,而层理间割理裂隙破坏了煤体的连续性和整体性,从而导致煤层渗透率各向异性。针对这一特征,沿垂直煤层层理、平行层理垂直面割理和平行层理垂直端割理三个正交方向取芯,采用自主研发的煤岩三轴吸附解吸渗流试验系统,在不同围压和气体压力下,对煤样的面割理、端割理、垂直层理方向上的渗透率进行测试分析,结果表明:不同气体压力下,无论是割理方向还是垂直层理方向上渗透率均随着围压增大而减小。在气体压力较低时,面割理方向的渗透率较大,气体压力对端割理方向和垂直层理方向渗透率影响不大。     

不同层理方向对原煤变形及渗流特性的影响

利用自行研制的含瓦斯煤热流固耦合伺服渗流试验装置,以平行和垂直层理2种不同的原煤试样为研究对象,进行相同有效应力、瓦斯压力条件下,不同轴压、围压组合;相同瓦斯压力、静水压力条件下,不同有效应力的渗流试验,探究其变形及渗透率的差异。研究结果表明：平行层理试样沿z方向的裂隙度φz大于垂直层理试样,垂直层理试样的总裂隙度φ大于平行层理试样;煤体中平行层理方向的裂隙度大于垂直层理方向;在静水压力下,平行层理试样渗透率大于垂直层理试样,煤体平行层理方向渗透性高于垂直层理方向;基于平板流体理论,得出了渗透率与径向应变呈二次函数关系,在煤体中平行层理方向的初始裂隙度系数β是垂直层理方向的1.5~2.0倍;当考虑渗流通道为贯通裂隙时,平行层理方向的初始裂隙度φ0与初始裂隙开度平方d20的乘积是垂直层理方向的1.5~2.0倍。     

霍普金森杆冲击加载煤样巴西圆盘劈裂试验研究

为研究煤样动态拉伸变形破坏特征,利用分离式霍普金森杆冲击加载系统,对煤样进行冲击条件下巴西圆盘劈裂试验,探讨了冲击速度和煤样中层理倾角对煤样动态抗拉强度、破坏应变及应变率的影响;并通过高速相机和数字散斑图像分析方法,对样品的动态劈裂及表面应变场变化过程进行了初步分析。研究表明:冲击速度和层理倾角对煤样动态拉伸破坏特征有明显影响。冲击速度越大,煤样动态抗拉强度则越大,但其随冲击速度增加的幅度逐渐减小;样品破坏应变在冲击速度为3.5 m/s时出现最大值。在冲击速度相近的情况下,层理与加载方向夹角相垂直时,样品的破坏应变相对较大,而应变率则最小。抗拉强度随层理倾角波动变化。在层理倾角与加载方向平行或非垂直时,煤样主要表现为拉伸破坏;在层理与加载方向非平行或非垂直时,样品表现出基质的拉伸和层理的剪切破坏相伴生。     

3S技术在矿山生态环境影响评价中的应用

总结了3S技术在环境影响现状调查阶段、环境影响与预测阶段的应用,并以广西某稀土矿为例进行应用。现状调查阶段,采用全球定位系统技术获取地面控制点,便于遥感数据的几何校正。同时了解矿区环境实际现状,对问题形成的原因进行调查。影响与预测阶段,以遥感数据为基础,采用目视方法和计算机监督分类方法的有机结合,得到适宜精度的分类图件,主要包括土地利用分类图、植被类型图等基本生态图件,最后通过野外调查验证解译精度。     

生态环境影响评价中的土地利用现状图制作技术

依据《环境影响评价技术导则—生态影响(HJ19-2011)》,总结了安徽沙溪铜矿生态环评中高分辨率土地利用现状图制作的技术要点,供环境影响报告编制人员参考。依据水文生态单元,结合项目的实际影响范围确定环境影响评价范围。制图过程中,依据成图精度要求选择Alos多光谱和全色数据进行融合,利用面向对象的影像分析方法对融合影像进行土地利用分类。利用Google Earth的数字化影像数据对解译的土地利用现状图进行土地利用类型细化更新。利用ArcGIS与AutoCAD的数据转换工具,将总平面布置图叠加到土地利用现状图上,有利于后续的评价分析。     

遥感技术在生态环境监测及执法中的应用进展

介绍了生态环境监测及执法过程中应用的主要遥感技术与装备; 概述了遥感技术在植被指数、土壤污染、大气污染、水体污染等环境监测中的应用情况; 提出了遥感技术在新时代生态环境监测和执法中存在的不足以及未来发展方向。     

遥感图像监督分类在老挝波罗芬高原三水铝土矿找矿中的应用

在遥感图像的处理中,图像分类起到特征提取的作用。结合老挝波罗芬高原铝土矿普查项目,进行遥感图像分类尝试,从遥感图像分类的基本概念和特征出发,分析评价主要遥感图像分类方法的原理特点及监督分类方法的优势与局限性。监督分类以及野外调查、专家知识和特殊地区的分区分类有机地结合起来,大大提高了可操作性和分类精度,经分类处理所得铝土矿、铁矿及砂岩等分布面积,与野外填图实测的结果几乎一致,说明本区所采用的遥感图像监督分类方法对该区找矿十分有效。     

基于端元提取的高光谱影像特定目标识别

高光谱遥感影像中特定目标的识别与提取实际上是从背景图像中有效提取所需目标的过程。“纯净”波谱终端单元（端元,Endmember）选择的结果能有效地描述只含有单一纯粹物质的像元点。高光谱处理技术能够基于真实的物理模型进行波谱提取、比较分析、识别目标。结合AVIRIS高光谱影像实例,分析了高光谱遥感影像n维空间里的单形体理论,运用影像灰度值定标可为反射率、最小噪声分离（MNF）、纯净像元指数（PPI）、终端单元选择、n维散度分析、波谱角度度制图（SAM）等高光谱数据处理技术实现对特定目标的识别与提取。     

遥感技术在城市绿化中的应用研究

利用现代遥感技术,结合城市绿化的自身特点,提出了一个基于遥感的城市绿化遥感简化模型,利用该模型可对遥感影像图进行植被指数分析以及主成分分析等,并对图像及处理后的合成图进行波段相关性分析,计算OIF指数以及最佳波段组合,得到由3个最佳波段组成的合成影像图,然后对其进行非监督分类和监督分类,并将二者结果进行比较。经过比较,认为非监督分类比较适合本模型,且利用该模型能够快速提取城市绿化信息。     

金沙江下游生态环境遥感监测及GIS系统建设

金沙江下游是长江流域生态环境脆弱的地区之一,也是长江最大的泥沙产沙区.为准确了解金沙江下游的生态环境现状,运用"3S"技术,即遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、全球卫星定位系统(GPS),采用影像正射校正、数据融合、影像信息提取等技术方法,对金沙江下游生态环境开展遥感监测,并在此基础上建设完成了金沙江下游生态环境G...     

天地一体化地物变化监测与风险评估

外力破坏和地质灾害是威胁油气管道安全的两大隐患,传统的人工巡检和地基传感器监测方式存在一定的局限性。本文基于高分辨率卫星光学影像,通过利用多学科交叉、多领域前沿科技融合技术,深入分析和研究高分辨率遥感影像特点,研究多种优化的变化检测算法,构建了集多种算法于一体的自动变化检测软件,解决了管道沿线施工变化情况和工程车辆的自动检测,另外,该技术还可用于对高后果区内建筑物的变化进行定期统计更新。同时,本文基于星载合成孔径雷达(SAR)影像,采用InSAR方法分析了管道沿线的地质形变,并辅以卫星光学影像、气象、地基传感器、水文、地质等多源数据,建立基于卫星遥感的空天地一体化地质灾害监测体系和技术识别方法,实现地质灾害的天地一体化综合识别与预警。     

基于深度学习和高分辨率遥感影像的露天矿地物分类方法

随着深度学习技术的发展,对高分辨率影像的分类已成为当前研究的热点,矿区地物分类更是矿区生态发展研究的重要问题。由于深度学习可以通过提取大量的历史影像数据规律及特征,对影像数据进行自动识别与分类,本研究将采用U-Net网络模型开展高分辨率露天矿区地物类型分类研究。采用高分二号遥感影像数据,勾画样本数据集提取样本数据特征,进行分类模型的训练,对矿区测试集进行测试,探讨深度学习在高分遥感影像上的自动识别能力。结果表明,U-Net模型对露天矿区地物识别的精确率（Precision）、召回率（Recall）、F1分数（F1-score）值分别达到0.86、0.82、0.84,均高于最大似然法、随机森林算法和支持向量机。基于深度学习中的U-Net网络模型可以对露天矿区地物类型进行有效的自动识别,可以为高分露天矿区遥感影像数据的地物分类提供技术支撑,有效实现了露天矿各地物自动识别与分类的能力。本文研究成果可以用于AI在露天矿区遥感分类方面的应用以及对矿区生态环境的监测与修复。     

Using Remote Sensing to Assess Impact of Mining Activities on Land and Water Resources

Environmental impact assessment is now an integral part of mining operations. Remote sensing data enables the identification, delineating, and monitoring of pollution sources and affected areas, including derelict land, and changes in surface land use and to water bodies. The aim of this work was to evaluate the use of multi-temporal Landsat-5 and Landsat-7 images, SPOT Panchromatic, and ASTER data to map the natural environment on a local scale, and to assess the impact of mining activities by indicating the changes on land and water resources. Three case studies are presented: Lake Vegoritis and the Amynteon mine (both located in northern Greece) and the Lavrio mine area, in central Greece. We found that using high resolution satellite remote sensing data and state of the art GIS techniques with parallel development of a fully integrated geospatial database system provided monitoring and feedback at appropriate spatial scales; therefore, such data can be used for long-term environmental management and monitoring of reclamation and rehabilitation of mining areas.