2024年, 第43卷, 第05期　
刊出日期：2024-10-15

  

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  地面深孔水压爆破弱化厚硬顶板技术研究

  王世宇, 张昌锁, 王凯飞, 张胜利

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(05): 1-12. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.05.001

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  浅埋深、厚硬顶板、特厚煤层开采时，为避免初次来压时顶板大面积垮落在巨大体积采空区形成强冲击波事故，提出地面深孔水压预裂爆破弱化厚硬顶板技术。采用理论分析和数值模拟方法验证了水压爆破的可行性、确定了合理的炮孔间距，并在口前煤业4302综放工作面成功进行了工业性试验。数值模拟结果显示，相同装药情况下，水耦合装药爆破岩石孔壁最大等效应力是空气不耦合装药的1.45倍，且爆生裂隙区范围扩大了38%。在炮孔直径180 mm、装药直径120 mm情况下，水压爆破岩石裂隙区直径能够达到11.06 m;现场试验成功解决了装药及堵塞等技术难题，实现了工作面初次来压提前，工作面继续推进时上覆岩层实现了正常周期性破断，验证了地面深孔水压爆破的可行性。
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  近直立特厚煤层分段开采覆岩垮落规律研究

  李海潮, 刘昆轮, 解树亮, 王刚

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(05): 13-24. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.05.002

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  近直立特厚煤层由于其特殊开采方式，导致采空区的覆岩垮落与裂隙发育规律较水平煤层不同。利用相似材料模拟试验研究了近直立煤层采空区覆岩垮落规律，然后利用PFC^3D软件模拟了不同水平分段开采稳定后的地表沉降和裂隙发育情况，分析了空隙率演化规律，并进一步探究了地表沉降规律。相似材料模拟试验发现，随着分段开采的进行，上覆岩层逐渐垮落，首先形成“U”形区域，最终形成“V”形的垮落结构；随着开采的进行，采空区两端所留的少量空间逐渐消失，采空区裂隙与地表连通，形成采空区漏风通道；采空区的空隙率稳定在0.30～0.65,顶、底板侧裂隙的空隙率逐渐增加，最终稳定在0.30左右；垮落后地表沉降范围宽度由92.93 m缓慢增加至100.16 m,深度由27.85 m大幅增加，最终稳定在101.63 m。研究结果可为近直立煤层的开采设计及安全生产提供参考。
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  三种矿井堵漏风用无机增韧酚醛泡沫的制备和特性研究

  彭龙现, 蔡春城, 丁万民, 刘会, 董浩, 胡相明, 祝富盛

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(05): 25-34. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.05.003

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  防治煤自燃常用的酚醛泡沫存在韧性差、抗压强度低的问题。为了改善酚醛泡沫力学性能差的问题，本研究制备了三种无机增韧酚醛泡沫，研究了其发泡性能、力学性能、热稳定性。结果显示：纳米黏土增韧酚醛泡沫的固化时间提高，固化温度降低，而玻璃纤维和改性玻璃纤维增韧酚醛泡沫的固化温度变化较小；纳米黏土能够降低酚醛泡沫的发泡倍数，而玻璃纤维和改性玻璃纤维对其发泡倍数影响较小，增韧酚醛泡沫的收缩率降低；三种增韧剂均能改善酚醛泡沫的粉化率，其中纳米黏土的改善效果最佳；随着增韧剂添量的增大，酚醛泡沫的抗压强度先增大后稳定，当纳米黏土、玻璃纤维和改性玻璃纤维用量分别为6%、4%、4%时酚醛泡沫的抗压强度最大；玻璃纤维和纳米黏土增韧酚醛泡沫的热稳定性增加。
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  川东北二叠系海相页岩硅质矿物成因机理

  杨雪, 田寒云, 杨雨然, 徐亮, 王青, 朱世发, 姜振学

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(05): 35-43. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.05.004

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  海相页岩中硅质矿物含量及成因往往与有机质丰度和可改造性存在密切关系。为揭示研究区二叠系海相页岩硅质矿物赋存特征及物质来源，对野外露头和钻井样品开展了系统的岩石学与元素地球化学分析，利用岩石薄片、扫描电镜、能谱分析、主量元素、微量元素等对吴家坪组-大隆组页岩中的石英赋存特征和成因进行深入解剖，认为：(1)硅质矿物主要包括4种赋存状态，即碎屑石英、石英胶结物、硅质生屑及石英脉体，硅质矿物来源为火山喷发-陆源物质输入、生物成因、深部热液成因三类；(2)硅质页岩主要沉积于拉张性海槽地堑区，吴三段及其他层段的Al、Ti和Th的含量低于上地壳，且吴一、二段和大隆组的碎屑石英为陆源输入成因，Al-Fe-Mn和Zn-Ni-Co三角图中吴家坪组-大隆组页岩样品落在生物成因和热液成因区，表明石英胶结物和石英脉体为生物及热液成因，且硅质矿物及水体营养化与有机质富集具有耦合关系。
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  砂箱模型中底板倾斜角度对承压含水层海水入侵的影响研究

  林国庆, 徐亚茹, 刘中业, 纪汶龙, 黄卓雄, 莫位明

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(05): 44-52. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.05.005

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  滨海地区普遍存在向海倾斜的承压含水层，但含水层底板的倾斜角度对海水入侵的影响程度仍不清楚。本研究利用室内砂箱试验，并应用显色示踪技术，综合分析不同底板倾斜角度承压含水层海水入侵的动态过程，探究海平面高度、地下淡水流量和含水层岩性对向海倾斜的承压含水层海水入侵的影响。研究发现，底板倾斜角度对承压含水层的海水入侵有显著影响。在咸淡水界面稳定时，底板倾斜角度与咸水楔长度之间存在指数函数关系，咸水楔长度随倾斜角度的增加而减少。在定水头条件下，底板倾斜角度的增加导致地下淡水排泄量减少。在定流量边界条件下，尽管底板倾斜角度的变化不影响地下淡水排泄量，但咸水楔面积却随倾斜角度的增加而减小。当含水层岩性从粗砂变为细砂时，由于其渗透系数降低，咸水楔长度减少，尤其是在定流量条件下，其缩短更为显著。研究表明，对于向海倾斜的承压含水层，底板倾斜角度较小时，海平面升高和地下淡水流量减少对海水入侵的影响更加显著。
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  贵州瓮安生物群球状化石原位元素地球化学特征及其对成磷作用的指示

  蒋宗旭, 何明勤, 兰天, 刘华德, 郑茂尧

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(05): 53-68. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.05.006

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  贵州瓮安-福泉磷矿区埃迪卡拉系陡山沱组上磷矿段（b矿层）产出一类特殊的微体化石组合，称为瓮安生物群，其中含大量种类丰富的球状化石，但以往研究多侧重于球状化石本身，缺乏对球状化石与成磷作用关系等的深入研究。为此，本研究运用光学显微镜、超景深显微镜、扫描电镜-能谱（SEM-EDS）和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）等方法对其原位元素分布、主量元素以及微量元素的地球化学特征进行研究。结果显示，瓮安生物群球状化石均已胶磷矿化，且较高的P₂O₅含量（30.13%～44.92%,平均43.17%）表明其普遍经历了成磷作用；V/Cr平均值小于2、Ce负异常明显、Ce_anom小于-0.1,指示其成磷作用的环境为氧化环境；稀土元素PAAS分配模式图呈“帽型”,反映生物参与成磷作用并发挥了重要作用。
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  宽幅双边钢箱钢-混组合梁构造优化

  赵静, 柴生波, 郑才林, 陈尚, 王技, 王磊

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(05): 69-78. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.05.007

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  为研究双边钢箱钢-混组合梁的优化设计，以某双塔双索面自锚式悬索桥的宽幅双边钢箱钢-混组合梁为研究对象，建立实体模型及杆系模型，分析横梁及次纵梁构造参数的改变对组合梁受力性能的影响，提出各构件合理优化方案。研究结果表明：增大次纵梁间距，对结构影响较小，可优化组合梁结构；减小横梁上翼缘板厚度有助于改善横梁下翼缘板及腹板受力，达到组合梁优化目的；上翼缘板板厚从25 mm减小至20 mm,同时下翼缘板板厚从20 mm增加至25 mm,横梁下翼缘板应力得到明显改善，即横梁下翼缘板板厚大于横梁上翼缘板板厚对组合梁结构更有利。
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  高温下超高性能混凝土的抗爆裂性能和抗压强度

  许岳峰, 王桂玲, 梁斌, 王保栋, 郑朝荣

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(05): 79-89. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.05.008

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  采用直观观察、试验测试和微观特征分析的方法，探索通过掺加聚丙烯纤维改善超高性能混凝土(UHPC)高温环境下爆裂行为和维持压缩强度的可行性。研究表明，常规UHPC试件在350℃左右开始发生爆裂并伴随抗压强度的急剧降低。聚丙烯纤维掺量较低(如0.1%)时，即可抑制爆裂现象的发生。室温至400℃加载范围内，试件表面仅出现微裂纹，随着纤维用量的增加，抗压强度随之增加；超过400℃后，抗压强度逐渐下降，但整体下降幅度明显低于普通UHPC材料。室温至800℃的加载范围内，聚丙烯纤维掺量0.2%时，试件表现出最优的抗爆裂性能和抗压强度的维持能力。基于扫描电镜的微观结构观察表明，聚丙烯纤维和钢纤维因热膨胀系数的不同和热不相容性产生的微裂纹增加了材料内部的连通性，有效释放了内部蒸汽压力，从而提升了试件的抗爆裂性能。
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  二维Ni-MOF用于高选择性光催化CO₂还原产CH₄

  商虹, 王怡轩, 郝温昕, 郝昕萌, 刘煊赫

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(05): 90-96. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.05.009

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  利用太阳能将CO₂转化为CH₄,能够同时缓解能源危机及温室效应。本研究以对苯二甲酸（H₂BDC）和铜盐或镍盐为原料，利用超声法合成了两种二维金属有机骨架材料（MOF）Cu-BDC和Ni-BDC,通过X射线衍射、X射线光电子能谱、电镜等对其结构组成和形貌进行了表征，并进行了紫外可见漫反射光谱、阻抗、光电流响应等光电性能测试。在模拟太阳光下，Ni-BDC光催化CO₂还原CH₄产率高达95.22μmol·g^-1·h^-1,选择性为75%,并表现出良好的稳定性，这归因于n型半导体Ni-BDC具有更负的导带位置，能够产生更高的光生电荷效率。结果表明：金属活性中心的选择能够有效调控MOF的光催化性能。
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  矿井作业视频图像的轻量级自适应面部疲劳检测算法

  刘瀚晖, 曾庆田, 宋戈, 鲁法明

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(05): 97-109. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.05.010

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  矿井作业人员因疲劳引发误操作是导致煤矿事故发生的重要原因。为解决采集的矿井作业图像质量低、疲劳特征单一以及个体差异等问题，本研究提出改进的RetinaFace-PFLD轻量级自适应面部疲劳检测算法(RPLA)。具体地，使用中值滤波和伽马校正对实时视频数据进行预处理以提高图像质量；在RetinaFace模型的基础上改进MobileNetv3网络提取特征，简化特征金字塔网络，降低识别算法复杂度；通过PFLD框架获取人脸关键点和疲劳特征，利用自适应疲劳检测方法检测疲劳。在人脸数据集、自采集矿工数据集和驾驶数据集上进行测试，疲劳检测准确率达到97.73%。进一步将算法移植到Jetson Nano上，每秒检测帧数为16.13,大于采样速度，表明本算法适用于移动终端设备进行实时监测预警。
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  面向自助收银台场景下的遮挡目标全关联跟踪模型

  王金富, 赵建立, 房胜, 李哲

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(05): 110-119. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.05.011

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  自助收银台监控视频中商品目标之间频繁发生的遮挡现象会导致目标外观信息缺失，同时静止状态商品的运动信息无法为目标关联提供有价值的跟踪线索，导致自助收银台场景下目标跟踪困难。本研究提出一种遮挡目标全关联跟踪模型，将自助收银台场景下商品目标逐帧运动造成的遮挡现象理解为一个渐变的推理过程。模型使用基于检测的跟踪范式在目标外观信息缺失和运动信息为零时，提出遮挡率和层次信息作为遮挡目标关联的辅助信息，并借助卡尔曼滤波算法对遮挡现象推理过程中多个目标和不同轨迹之间进行关联。实验结果表明，本研究方法能够提高自助收银台场景下的商品目标跟踪精度，且遮挡率和层次信息能够有效减少目标轨迹碎片的数量，多目标跟踪精度和身份识别F1分数分别达到80.7%和80.4%,比ByteTrack模型分别提升10.6%和9.8%。
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  考虑多时间尺度的园区型虚拟电厂集群两阶段优化决策模型

  于永进, 刘翕铭

  山东科技大学学报（自然科学版）. 2024, 43(05): 120-130. https://doi.org/10.16452/j.cnki.sdkjzk.2024.05.012

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  以多类型分布式能源(DE)聚合成的单个虚拟电厂为基础，将工业园区划分为含多个虚拟电厂(VPP)的集群形式，提出了考虑多时间尺度的园区型VPP集群两阶段优化决策模型。在阶段一单日调度计划中，将集群分成上下双层架构，启用集群运营商作为代表与外部电网交易，实现集群效益最大化。下层在对上层日前策略进行修正的同时，研究集群内VPP的运行模式，自主制定内部电能交易价格，使可调度负荷修正误差惩罚成本和电量交易调整成本最小。在阶段二中，引入缓冲边界约束，使实时校正可以兼顾与阶段一优化的不平衡成本最小的同时保证及时的负荷响应。