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顾及空间异质性和特征优选的滑坡易发性评价方法

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测绘学报 2024年第7期53卷 1417-1428页

作者：刘雅婷陈传法山东科技大学测绘与空间信息学院山东青岛266590 山东省基础地理信息与数字化技术重点实验室山东青岛266590

高效、精准、可靠的滑坡易发性评价方法是灾前科学预警和全面防治的关键手段。然而,传统滑坡易发性评价方法未能有效解决空间异质性和冗余特征造成的预测偏差。针对该问题,本文提出了一种顾及空间异质性和特征优选的滑坡易发性评价方法(... 详细信息

高效、精准、可靠的滑坡易发性评价方法是灾前科学预警和全面防治的关键手段。然而,传统滑坡易发性评价方法未能有效解决空间异质性和冗余特征造成的预测偏差。针对该问题,本文提出了一种顾及空间异质性和特征优选的滑坡易发性评价方法(spatial feature optimized Stacking,SF-Stacking)。该方法首先使用AGNES聚类(agglomerative nesting)将研究区全局栅格单元分成若干个局部子区,然后采用一种特征优选策略为每个子区选择最优致灾因子组合,最后采用Stacking集成技术耦合多种机器学习算法实现滑坡易发性评价。以宜宾市为研究区,基于滑坡灾害易发性分区图和统计学指标,将SF-Stacking方法与7种传统方法对比表明,SF-Stacking方法的准确性最优,稳健性最强,可解释性最高。

关键词：滑坡易发性空间异质性特征优选 Stacking集成学习

TEPA改性Cu-BTC@SiO_(2)复合气凝胶制备及其捕集CO_(2)特性研究

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煤炭科学技术 2024年第7期52卷 235-247页

作者：周刚杨思奥王凯丽董晓素柳茹林孙彪徐翠翠山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590 山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590

在“碳达峰、碳中和”这一国家重大战略背景下,CO_(2)捕集已经成为当前重大科技发展方向。固体吸附剂吸附法在CO_(2)的捕集过程中应用广泛,其中SiO_(2)气凝胶具有成本低、合成方法灵活、分离效率高、表面易修饰等优点。然而,SiO_(2)气... 详细信息

在“碳达峰、碳中和”这一国家重大战略背景下,CO_(2)捕集已经成为当前重大科技发展方向。固体吸附剂吸附法在CO_(2)的捕集过程中应用广泛,其中SiO_(2)气凝胶具有成本低、合成方法灵活、分离效率高、表面易修饰等优点。然而,SiO_(2)气凝胶材料也存在CO_(2)/N_(2)吸附选择性低,CO_(2)吸附容量有待继续提高等缺陷。为解决上述问题,制备了一种Cu-BTC@SiO_(2)复合气凝胶CO_(2)吸附材料。首先,利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)和氮气吸脱附测试对材料表面化学和孔隙结构进行了系统表征。然后,通过二氧化碳吸附测试对其CO_(2)吸附量、选择性吸附、循环吸附进行了研究。最后,采用理论与试验研究结合的方法,对吸附剂的CO_(2)吸附动力学进行了研究。结果表明:Cu-BTC与SiO_(2)气凝胶具有结构协同作用,与Cu-BTC复合后的SiO_(2)气凝胶不会改变材料的Si-O-Si骨架结构,同时可以保持Cu-BTC的晶体结构不受到损坏。复合材料具有726.431 m^(2)/g的高比表面积,570.781 m^(2)/g的微孔比表面积和0.184 cm^(3)/g的高微孔体积。负载四乙烯五胺(TEPA)后CO_(2)吸附量高达3.20 mmol/g,CO_(2)/N_(2)选择性吸附系数为40.8,循环10次CO_(2)吸附循环,吸附容量仅下降14%,提高了SiO_(2)气凝胶材料的CO_(2)吸附容量和吸附选择性。Avrami分数动力学模型对吸附试验结果拟合相关系数为0.99,且Avrami指数nA为1.9表明吸附剂对CO_(2)的吸附是非均质的多层吸附,既有物理吸附又有化学吸附,且以物理吸附为主。利用具有丰富微孔结构的金属有机骨架材料Cu-BTC与SiO_(2)气凝胶进行复合,使复合材料具有分级微/介孔结构,通过增强分子间作用力(范德华力)来增强材料对CO_(2)的物理吸附;使用TEPA对材料进行浸渍改性,利用有机胺和酸性气体之间的酸碱相互作用来增强材料对CO_(2)的化学吸附。

关键词： SiO_(2)气凝胶 Cu-BTC CO_(2)吸附吸附动力学碳中和

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防治煤自燃的高堆积固化泡沫的制备及应用

煤炭科学技术 2024年第2期52卷 159-170页

作者：胡相明王凯薛迪孙公正山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590 山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590

漏风是引发矿井煤自燃的重要原因,而煤自燃火灾影响了矿井的正常生产。为解决传统无机固化泡沫(TISF)在充填堵漏过程中存在胶凝时间长、堆积能力弱的问题,提出经液态硅酸钠(LSS)改性制备的速凝无机固化泡沫(RISF)。研究了不同掺量的LSS... 详细信息

漏风是引发矿井煤自燃的重要原因,而煤自燃火灾影响了矿井的正常生产。为解决传统无机固化泡沫(TISF)在充填堵漏过程中存在胶凝时间长、堆积能力弱的问题,提出经液态硅酸钠(LSS)改性制备的速凝无机固化泡沫(RISF)。研究了不同掺量的LSS对泡沫浆液胶凝时间、堆积能力等性能的影响规律,采用抗压强度、稳定性测试等表征手段,确定了LSS的最优添加量为5%(质量分数),RISF的28 d抗压强度达2.49 MPa,是TISF的1.7倍,最大密度比R为1.11,稳定性提升20%左右;胶凝时间和堆积能力的测试结果表明,与TISF相比,RISF的凝结时间大幅缩短(从683 s缩短到52 s),堆积能力提升(最大堆积高度提高1.9倍)。基于此,结合扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对RISF的速凝固化机理进行了探究。试验结果表明,RISF具有更多的水化产物且不同的水化产物紧密交织,颗粒水化过程中,LSS水解生成原硅酸根与溶液中的钙离子结合,加快水化反应,缩短了泡沫浆液的胶凝时间。但也发现,当LSS添加量超过5%时,RISF的抗压强度降低,稳定性下降,这主要是因为过量的LSS使溶液中的钙硅比例低于1.0,导致生成了低强度的水化产物。堵漏风试验和灭火试验结果表明,与TISF相比,RISF具有较高的堵漏效率和优良的防灭火性能,堵漏效率最高提升26.3%,并且在扑灭煤火时未出现复燃。RISF在利民煤矿矸石山的现场应用表明,其具有良好的降温灭火效果,有效解决了矸石山的高温难题,确保了矿井的正常生产。

关键词：煤自燃无机固化泡沫快速凝固机理充填堵漏材料

基于CT三维重构煤体变开度裂隙渗流特性研究

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中国矿业大学学报 2024年第1期53卷 59-67页

作者：王刚陈昊陈雪畅杨宝东山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590 山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590

煤层注水过程中会发生水沿着煤体原生孔裂隙滤失现象,影响注水现场施工效果.为进一步从微观层面探讨煤体裂隙变开度对其渗透特性的影响,结合CT三维重构技术构建6种不同开度的裂隙模型,分析裂隙体积、形状因子等结构参数以及煤体渗透率... 详细信息

煤层注水过程中会发生水沿着煤体原生孔裂隙滤失现象,影响注水现场施工效果.为进一步从微观层面探讨煤体裂隙变开度对其渗透特性的影响,结合CT三维重构技术构建6种不同开度的裂隙模型,分析裂隙体积、形状因子等结构参数以及煤体渗透率与裂隙开度的关系.基于Navier-Stokes方程开展变开度裂隙的渗流模拟研究.研究结果表明:形状因子随着裂隙开度变化逐渐减小,这表示随着开度增加,三维裂隙模型趋近于标准球体,空间形态更加简单,更有利于渗流的持续进行;沿渗流方向裂隙压力逐渐降低,水流速度逐渐增加,其中截面整体的速度分布密度保持不变,平均渗流速度随开度增加呈现增大趋势;渗透率与裂隙开度之间呈非线性关系,裂隙开度在60μm以下时,渗透率随裂隙开度增速缓慢,此时裂隙粗糙度对整体渗流的阻碍作用较强,裂隙开度在60μm以上时,渗透率随着裂隙开度的增加迅速提高,也会导致部分区域发生回流、涡流现象,最终裂隙空间将对渗流起主导作用.

关键词： CT三维重建裂隙开度形状因子渗透率

矿用喷涂堵漏风自修复材料性能研究及工程应用

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煤炭科学技术 2024年第8期52卷 83-95页

作者：胡相明姜永茂吴明跃张茜杨振宇山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590 山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590

喷涂堵漏风是防止煤自燃的有效手段之一。针对传统水泥基喷涂堵漏风材料脆性大、易开裂、堵漏风效果差的弊端,提出以微生物及结晶矿物为自愈合剂,研制出生物胶囊和矿物胶囊以及一种生物–矿物–纤维协同自修复材料。研究了不同养护湿度... 详细信息

喷涂堵漏风是防止煤自燃的有效手段之一。针对传统水泥基喷涂堵漏风材料脆性大、易开裂、堵漏风效果差的弊端,提出以微生物及结晶矿物为自愈合剂,研制出生物胶囊和矿物胶囊以及一种生物–矿物–纤维协同自修复材料。研究了不同养护湿度和养护时间对材料裂缝自修复能力的影响。结果表明:当养护湿度为100%相对湿度、养护时间为35 d时,研制的生物胶囊和矿物胶囊可以将裂缝完全修复,裂缝最大修复宽度为1260μm。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)探究了自修复材料裂缝区域修复产物的晶型及元素组成,发现裂缝处的修复产物为球碳镁石、花瓣状的水菱镁矿以及大量由细菌矿化产生的球形方解石,这些修复产物在一定程度上起到了密闭裂缝的作用;EDS能谱分析证实了修复产物为MgCO_(3)和CaCO_(3)。当养护湿度为100%时,材料具有最高的堵漏风率(97.15%),比同养护条件的对照组试样高出73.62%。最后将自修复材料用于沿空煤柱喷涂堵漏风,结果显示该材料在6个月内未发现明显裂隙,与传统水泥砂浆相比,该材料具有更长的使用寿命和更好的预防效果。

关键词：喷涂堵漏风材料煤自燃裂缝修复愈合剂微生物结晶矿物

泥石浆型复杂破碎岩体非线性渗流数学模型与实验研究

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煤炭科学技术 2024年第5期52卷 46-59页

作者：刘伟韬赵吉园霍志超杨春辉韩梦珂吴海凤李蓓蓓山东科技大学省部共建矿山岩层智能控制与绿色开采国家重点实验室培育基地山东青岛266590 山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590 山东鼎安检测技术有限公司山东济南250032

断层、陷落柱是影响承压水上煤层开采的主要隐患之一,由于其具有碎石块和泥质充填物(泥石浆)构成的复杂结构,其渗透性的确定通常以定性分析为主,缺少量化模型。为了研究泥石浆型复杂破碎岩体渗透性的量化计算方法,开展了渗流实验研究破... 详细信息

断层、陷落柱是影响承压水上煤层开采的主要隐患之一,由于其具有碎石块和泥质充填物(泥石浆)构成的复杂结构,其渗透性的确定通常以定性分析为主,缺少量化模型。为了研究泥石浆型复杂破碎岩体渗透性的量化计算方法,开展了渗流实验研究破碎岩体非线性渗流规律,并基于多孔介质分形理论、非线性渗流理论,建立了考虑黏土成分及泥化充填作用的破碎岩体非线性渗流数学模型,最后与实验结果对比验证数学模型的准确性。结果表明:①陷落柱破碎带样品的粒度分布具有一定的分形规律,含有黏土颗粒的破碎带岩体遇水泥化后,分形维数增大,黏土充填封堵了大颗粒岩石碎块内部的大孔隙,降低了破碎岩体的渗透性;②随着破碎带岩体渗透率的降低,非线性开始发生时的临界压力梯度也增大,表明非线性临界压力梯度可以用来量化破碎岩体的阻隔水能力;③非线性开始发生时的临界压力梯度的实验结果与数学模型计算结果吻合,验证了模型的准确性。建立的破碎岩体非线性渗流数学模型首次尝试考虑了黏土成分及泥化充填作用对渗透性的影响,为泥石浆型复杂破碎岩体渗透性的定量计算及水体下、承压水上等特殊开采条件下地质构造的阻隔水性能研究提供了一种新的研究思路。

关键词：破碎岩体特殊开采非线性渗流多孔介质渗流实验

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基于石墨烯片的频率可调太赫兹天线

电子学报 2024年第5期52卷 1421-1431页

作者：刘博文徐航张雅婷李杰姚建铨天津大学光电信息技术教育部重点实验室天津300072 崂山实验室山东青岛266234

本文设计了一种基于石墨烯片的频率可调太赫兹天线,采用了折叠缝隙结构并使用共面波导馈电方式,以更好地实现阻抗匹配.通过调控在缝隙之间添加的4个石墨烯片的电导率,改变缝隙天线的等效长度,使天线在两种不同工作模式下的谐振频率分别... 详细信息

本文设计了一种基于石墨烯片的频率可调太赫兹天线,采用了折叠缝隙结构并使用共面波导馈电方式,以更好地实现阻抗匹配.通过调控在缝隙之间添加的4个石墨烯片的电导率,改变缝隙天线的等效长度,使天线在两种不同工作模式下的谐振频率分别为230.5 GHz和270.5 GHz.除此之外,在天线下方加载了方形封闭谐振环(Closed-Ring Resonator,CRR)构成的超表面,并使其谐振频率与天线的谐振频率匹配,将z轴负方向的辐射进行反射,使天线在两种工作模式下的增益提高至5.41 dBi和7.63 dBi,与无反射结构时相比分别增长2.48 dBi和3.55 dBi.

关键词：太赫兹石墨烯折叠缝隙天线可重构天线超表面共面波导

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基于改进YOLOv7的高效行人检测方法

计算机应用 2024年第S01期44卷 290-296页

作者：冯恒健韩李涛张鹏飞李洪梅山东科技大学测绘与空间信息学院山东青岛266590 山东省基础地理信息与数字化技术重点实验室(山东科技大学) 山东青岛266590

针对目前的行人检测方法无法在复杂环境下同时满足高准确率和高检测速度的问题,提出了基于改进YOLOv7(You Only Look Once version 7)的高效行人检测方法。首先,通过鬼影混洗卷积(GSConv)与VoVGSCSP(VoVNetGS Conv Cross StagePartial)... 详细信息

针对目前的行人检测方法无法在复杂环境下同时满足高准确率和高检测速度的问题,提出了基于改进YOLOv7(You Only Look Once version 7)的高效行人检测方法。首先,通过鬼影混洗卷积(GSConv)与VoVGSCSP(VoVNetGS Conv Cross StagePartial)构建Slim-Neck,前者使用混洗操作将普通卷积生成的信息渗透到可分离卷积的输出中,来实现通道间信息的交互,后者采用一次聚合方法设计了跨阶段部分网络,VoVGSCSP模块降低了计算量和网络结构的复杂性,并保持了足够的精度;其次,在YOLOv7输出部分引入卷积注意力模块(CBAM),利用通道注意力和空间注意力来捕获特征之间的相关性,从而优化YOLOv7的特征表示能力,提高方法的准确性和鲁棒性。实验结果表明:在多个行人数据集上,与YOLOv5和YOLOv7相比,改进的YOLOv7方法平均精度(AP)提升了1.63~3.51个百分点,对数平均缺失率(LAMR)降低了0.54~3.97个百分点;相较于YOLOv7平均检测速度提升10FPS;同时通过弗里德曼检验结果证实改进的YOLOv7方法可用于实际数据,有效地实现了复杂环境下高精度、快速的行人检测。

关键词：行人检测实时检测注意力机制 YOLOv7 轻量化

基于OFDR的采动覆岩铰接结构回转角度及“三带”变形表征研究

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煤炭科学技术 2024年第3期52卷 63-73页

作者：刘奇刘相林曹广勇赵金海蒋长宝山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 山东省矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590 安徽建筑大学建筑结构与地下工程安徽省重点实验室安徽合肥230601 重庆大学资源与安全学院重庆400044

为了研究陕北某矿采动覆岩结构的光纤应变表征方法,基于12217工作面工程地质条件,分析了OFDR(光频域反射技术)的应变监测原理,在采动覆岩运动状态分区和分布式光纤应变监测原理基础上,建立了水平光纤应变表征采动覆岩铰接结构回转角度... 详细信息

为了研究陕北某矿采动覆岩结构的光纤应变表征方法,基于12217工作面工程地质条件,分析了OFDR(光频域反射技术)的应变监测原理,在采动覆岩运动状态分区和分布式光纤应变监测原理基础上,建立了水平光纤应变表征采动覆岩铰接结构回转角度的力学分析模型,推导出应变峰值宽度与岩层破断后所形成采动覆岩铰接结构回转角度的函数关系,定义了铰接结构回转临界角度的概念,提出了基于光纤应变特性和采动覆岩铰接结构回转角度的覆岩“三带”划分判据,并采用光纤应变表征方法对采动覆岩应变特征进行分析。结果表明:采动覆岩“三带”的不同变形程度与铰接结构回转角度的大小呈正比例关系,因此通过铰接结构回转角度划分“三带”范围是可行的;通过水平光纤应变峰值特性计算铰接结构回转角度,与二维物理相似模型试验的近景摄影测量角度相比,两者平均误差小于1°,验证了提出的光纤应变表征采动覆岩铰接结构回转角度的力学模型有效性。二维物理相似模型得到的垮落带高度和裂隙带高度与该工作面现场结果一致,与理论计算数值吻合,符合该矿实际情况。研究结果为分布式光纤监测技术表征采动覆岩变形特征的应用提供了新的研究思路。

关键词：采动覆岩光频域反射回转角度光纤应变采动“三带”