2024年, 第43卷, 第01期　
刊出日期：2024-02-15

  

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  深孔聚能预裂爆破切顶卸压机理与应用

  段宝福, 陈佳华, 柴明星, 魏玉冠, 荆哲, 杨云倩

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(01): 1-10. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.01.001

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  为解决悬顶导致的煤柱及邻近巷道高应力和大变形问题，结合工作面顶板地质条件，提出深孔聚能预裂爆破切顶卸压专项方案，采用数值模拟及现场试验对卸压效果开展综合研究。研究结果表明，煤层顶板在切顶后垂直应力减幅为21.62%,预裂切顶措施可显著降低煤柱及邻近巷道围岩应力水平。试验发现，炮孔内轴向贯穿裂缝明显，可实现采空区顶板及时垮落。顶底板在切顶后累计位移量减幅达59.27%,巷道两帮及顶底板移近变形得到有效控制，煤柱垂直应力增量显著降低。实践证明，采用深孔聚能预裂爆破切顶卸压效果显著，可大幅提高作业效率，为类似矿压防治工程提供借鉴。
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  不同破断距下开采覆岩裂隙网络分形特征研究

  刘俊熙, 张士川, 沈宝堂, 肖越, 李杨杨, 张有成

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(01): 11-21. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.01.002

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  为研究神东矿区不同破断距下开采覆岩裂隙网络分形特征，分析了基本顶周期破断距影响因素，选取大柳塔煤矿52505和上湾煤矿12401工作面进行物理相似模拟实验，探究了不同破断距影响下覆岩裂隙网络分布特征，借助Matlab软件获取不同覆岩裂隙网络分布分形维数，定量描述了覆岩裂隙发育特征，进一步探讨了覆岩裂隙传播影响下不同岩层沉降规律。研究结果表明：影响基本顶周期破断距主要因素包括基本顶厚度、抗拉强度以及承载载荷；大柳塔52505工作面、上湾12401工作面模拟开采平均破断距分别为20和30.4 m;不同破断距下覆岩裂隙网络的分形维数随煤层工作面推进呈现阶梯形增长态势，分形维数可较好地表征覆岩裂隙分布。两工作面最高离层裂隙发育高度与分形维数变化趋势均近似呈非线性正相关；不同破断距对覆岩整体裂隙发育扩展趋势影响显著，工作面回采前期大柳塔52505工作面分形维数相对较低，回采中后期则相反，破断距小，覆岩整体裂隙发育程度相对较高；两工作面覆岩沉降曲线呈“凸”型，近似以采空区中部对称。
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  稠密气固分选流化床介质颗粒团聚特性研究

  阳磊, 刘尘旻, 吕冠男, 董雅妮, 席童, 董良

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(01): 22-31. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.01.003

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  为掌握介质颗粒的团聚特性，给形成均匀稳定的流化床层提供指导，分析了不同水分含量下0～300μm介质颗粒流化后的表观黏度，并研究了煤炭外水含量、介质粒度对颗粒团聚特性的影响。结果表明，水分含量越高、颗粒粒度越细，颗粒表观黏度越大；随着剪切速率的增加，颗粒表观黏度逐渐下降。随着水分含量升高，各粒级颗粒团聚过程相似，粒级0～74μm、74～150μm、150～300μm颗粒形成稳定聚团所需水分含量分别为0.75%、1.0%、1.25%,即粒度越细所需水分含量越低。水分含量越高，聚团尺寸越大；粒度越小，聚团的尺寸分布跨度越宽。随着水分含量升高，煤粉混合后的二元加重质颗粒聚团尺寸在水分含量1.75%时明显增大，聚团尺寸分布跨度窄，表明二元加重质颗粒聚团对水分变化敏感度较低。
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  深海能源土含气储层边坡稳定性研究

  王滢, 王妍妍, 高盟, 张粮

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(01): 32-40. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.01.004

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  深海能源土开采不当往往会造成含水合物储层的强度劣化，诱发海床失稳问题。为探究深海能源土开采对含气储层边坡稳定性的影响，以深海能源土采挖回填装置的开采工况为实际工程背景，针对3种工况下能源土采挖回填诱发的海底滑坡现象，基于有限元强度折减法建立数值模型，分析不同黏土含量、含气量及回填加固等因素引起的水合物含气储层稳定性问题，得到相应安全系数。研究结果表明：黏土含量越高，海底沉积物边坡的安全系数越低，边坡稳定性越差；含气量对深海能源土含气储层的边坡稳定性呈非线性影响，安全系数随含气量的增加呈先上升后下降的趋势；采用胶结性材料进行回填加固处理可提高海底边坡安全系数，边坡稳定性增强。
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  吉林省石头口门地区早二叠世砂岩碎屑锆石U-Pb年龄及其地质意义

  宋志刚, 丛文爽, 张天宇, 高丽华, 马启合, 韩作振

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(01): 41-59. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.01.005

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  通过对吉林省石头口门地区早二叠世砂岩进行野外地质考察、薄片镜下观察和碎屑锆石U-Pb年代学研究，探讨其形成时代、物源及构造环境。长石岩屑杂砂岩的碎屑颗粒具有分选和磨圆度差以及成分复杂的特征，表明为近源快速堆积的产物。获得114颗碎屑锆石U-Pb年龄介于480～276 Ma,可划分出晚石炭世—早二叠世(322～276 Ma)和早石炭世(349～323 Ma) 2个主要年龄组，另有4个早古生代和中泥盆世年龄。通过区域岩浆事件对比，推测石头口门地区早二叠世砂岩的物源主要来自华北板块北缘晚石炭世—早二叠世活动陆缘型岩浆岩，少量来自研究区附近的早石炭世岩浆岩、早古生代岩浆弧、晚志留世—中泥盆世弧-陆碰撞岩浆岩以及华北板块前寒武纪变质基底。综合碎屑锆石年龄频谱、沉积以及构造背景资料分析，认为石头口门早二叠世砂岩应是活动大陆边缘环境下海底扇沉积序列的组成部分，并在古亚洲洋闭合过程中作为基质与一系列成分、规模和时代复杂的构造岩块或岩片共同构成了蛇绿混杂岩。
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  VTI介质修正声学近似qP波波动方程与模拟

  梁锴, 陈浩然, 孙上饶

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(01): 53-60. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.01.006

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  各向异性介质中纵横波通常耦合在一起传播，纵横波解耦是地震波传播理论研究的重要内容。经典的声学近似通过设置垂向qSV波速度V_S0为0来解耦qP波场，但是存在退化qSV波等问题。本研究将垂向qSV波速度V_S0考虑成波数k_x、k_z和各向异性参数ε、δ的函数，对声学近似进行修正，推导了VTI介质修正声学近似qP波频散关系和波动方程。VTI介质修正声学近似qP波波动方程包含椭圆项和非椭圆项两部分，因此采用混合有限差分/伪谱算法进行求解，即采用有限差分法求解椭圆项、伪谱法求解非椭圆项。频散关系分析和数值示例表明，基于修正声学近似的qP波波动方程不包含退化qSV波，是纯qP波方程，与弹性波方程模拟结果吻合较好，且具有较高精度；该方程在ε≥δ和ε<δ的VTI介质中均是稳定的，并且精度高于声学近似模拟结果。
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  藏南叶巴组玄武岩锆石捕掳晶的年代学和微量元素特征及其对拉萨地块构造演化的启示

  田雅楠, 魏友卿, 孟元库, 王珍珍

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(01): 61-72. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.01.007

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  拉萨地块作为青藏高原的重要组成部分，其起源具有很大争议，原因在于对拉萨地块基底特征的认识不足，限制了对拉萨地块演化和成矿潜力的评价。本研究对拉萨地块南部叶巴组玄武岩中的锆石捕掳晶开展了锆石U-Pb年代学和微量元素特征研究。微量元素特征表明，捕获锆石绝大多数具有S型花岗岩结晶锆石的特征，或代表了拉萨地块南部存在变质沉积岩基底。锆石年龄呈现210、552和1 043 Ma三个峰值，分别对应三叠纪拉萨地块南缘的弧岩浆事件、埃迪卡拉纪末期冈瓦纳大陆北缘原特提斯洋俯冲事件以及拉萨地块在中元古代时期与非洲大陆的亲缘性。该成果为拉萨地块的基底特征以及构造演化研究提供了新的约束。
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  区间删失数据下Weibull 比例优势模型的参数估计

  王淑影, 郭祥道, 李红伟, 赵波

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(01): 73-81. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.01.008

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  基于区间删失数据建模是当前复杂数据分析的热点之一。本研究在两类区间删失数据下建立Weibull比例优势模型，基于极大似然估计给出了模型参数，进一步讨论了估计量的渐近性质。数值模拟验证了模型参数的估计效果，并将提出的模型及方法应用到艾滋病临床试验数据和肺肿瘤试验数据中，给出了感兴趣事件的生存函数曲线，通过与生存函数的非参数极大似然估计比较，表明所提方法具有较好的拟合效果。
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  带色散的四阶抛物型方程的紧致差分格式

  李冉冉, 王红玉, 开依沙尔·热合曼

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(01): 82-88. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.01.009

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  本研究提出一种有效求解带色散四阶抛物型方程的四阶紧致差分格式。对该方程的空间变量用四阶紧致差分格式进行离散，对离散之后得到的常微分方程组用三次Hermite插值法进行求解，得到一种空间和时间方向上都具有四阶精度的数值格式，并用傅里叶方法证明了该格式的无条件稳定性。数值实验中给出三种类型的算例，并将本研究格式与Crank-Nicolson格式进行数值比较，证明了本研究格式的有效性。结果表明，本研究格式对求解带色散的四阶抛物型方程具有很好的实用性。
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  基于多尺度模态融合的RGB-T目标跟踪网络

  程竹轩, 范慧杰, 唐延东, 王强

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(01): 89-99. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.01.010

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  可见光-热红外(RGB-T)目标跟踪因受光照条件限制较小受到关注。针对不同尺度特征的分辨率与语义信息存在差异、可见光与热红外两种模态信息不一致的特点，以及现有网络在多模态融合策略上的不足，提出一种RGB-T目标跟踪网络。网络采用孪生结构，首先将主干特征提取网络输出的模板图像特征与搜索图像特征从单尺度拓展到多尺度，并对可见光与热红外模态在不同尺度上分别进行模态融合，然后将得到的融合特征通过注意力机制增强特征表示，最后通过区域建议网络得到预测结果。在GTOT与RGBT-234两个公开RGB-T数据集上的实验结果表明，该网络跟踪精度和成功率较高，可以应对复杂的跟踪场景，相比于其他网络具有更高的跟踪性能。
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  拖挂式移动机器人的多约束避障轨迹规划

  宋保业, 吴尤, 田运阳, 许琳

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(01): 100-108. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.01.011

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  基于七次多项式曲线研究了拖挂式移动机器人多约束避障轨迹规划问题，建立了具有非完整约束特性拖挂式移动机器人的前向和后向运动学模型。在速度、加速度、急动度、曲率和曲率导数等多约束条件下，提出基于七次多项式曲线的避障轨迹规划方法。考虑平稳性、舒适性和交通效率等设计了优化目标函数，对七次多项式曲线参数进行优化。仿真结果表明，所提出的基于七次多项式曲线的避障轨迹规划方法，能够得到多约束条件下满足最优避障时间和最优避障距离的避障轨迹规划结果。
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  基于循环卷积生成对抗网络的风机齿轮箱故障诊断

  赵承利, 张璐, 钟麦英

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(01): 109-118. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.01.012

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  风机齿轮箱是风力涡轮传动系统中的关键部分，其故障发生随机、故障样本数量不足，严重影响故障诊断的准确性。针对此问题，提出一种基于循环卷积生成对抗网络的风机齿轮箱故障诊断方法。首先，构建基于循环卷积生成对抗网络的样本生成模型，利用卷积网络和循环网络作为生成器增强样本间的时间相关性；借助Wasserstein距离与梯度惩罚项改进目标函数，并通过博弈对抗机制优化生成器和判别器，提高模型的泛化能力。然后，结合真实样本和生成样本，设计基于堆叠去噪自编码器的故障诊断方法，实现齿轮箱的故障诊断。最后，利用风力涡轮传动系统数据集验证所提出的风机齿轮箱故障诊断方法的性能。结果显示，所提方法能够有效平衡故障样本数据集，进一步提高风机齿轮箱故障诊断的准确率。
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  含夹矸煤层条件下采煤机螺旋滚筒优化设计

  李明昊, 郝哲, 范佳艺, 赵丽娟, 乔捷

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(01): 119-126. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.01.013

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  采煤机截割夹矸煤层时，螺旋滚筒易失效。为提高螺旋滚筒的可靠性，基于刚柔耦合技术、灵敏度设计理论和相关失效性理论进行优化设计；基于破煤机理，对螺旋滚筒的瞬时负载进行数值模拟，建立采煤机刚柔耦合虚拟样机联合仿真模型，通过刚柔耦合虚拟样机仿真获得螺旋滚筒的薄弱区域、应力和振动性能指标；结合可靠性灵敏度理论，分析了关键零件的应力可靠度、振幅可靠度及其动态与渐变灵敏度结果；基于相关失效性理论，得到了螺旋滚筒相关多失效模式可靠度及螺旋滚筒设计变量的可靠性灵敏度，建立改进遗传算法对螺旋滚筒进行可靠性优化设计。结果表明，滚筒综合可靠度由0.888 5提高到0.977 5。优化后的螺旋滚筒设计变量灵敏度绝对值均降低，综合可靠性得到提升。将刚柔耦合技术、可靠性灵敏度设计理论和相关失效性理论相结合，提出一种适用于含夹矸煤层的采煤机螺旋滚筒优化设计方法，为设计高效螺旋滚筒提供了一种有效途径。