河南理工大学学报·自然科学版杂志 北大期刊 统计源期刊

河南理工大学学报·自然科学版 2018年第02期杂志 文档列表

河南理工大学学报·自然科学版杂志矿业与安全工程

基于小波包变换的煤样破裂次声信号频率特征分析1-7

摘要：次声波技术有望成为监测、预警矿井煤岩动力灾害的新技术,其中,次声信号的频率特征是应用研究的关键参数。对煤样进行单轴压缩试验,采用次声信号监测系统对煤样在变形破裂过程中产生的信号实时采集,借助小波包变换信号分析方法分析信号的能量分布特征。结果表明：（1）小波包变换可将信号精细分割成各个频带,不但可以起到滤波的作用,而且可对所研究的频率范围进行分析。（2）煤样破裂次声信号与应力在时间上有很好的对应关系,特别是次声信号对应力降表现为明显的突变。应力降在一定程度上反映宏观裂纹的出现,说明次声信号对宏观裂纹有很好的敏感性。（3）煤样破裂次声信号的频率在0-20 Hz间均有分布,但主要集中在3.125-12.5 Hz与18.75-21.875 Hz间。小波包变换信号分析方法及煤样破裂次声信号频率特征可为进一步研究提供方法和参考。

基于光纤光栅的煤矿瓦斯压力传感器的研制8-13

摘要：针对煤层瓦斯压力不能多点同步测量问题,提出一种基于弹性膜片的光纤光栅（fiber bragg grating,FBG）瓦斯压力传感器设计方案。采用膜片与腔体一体、光纤首尾开放的结构模式,并对封装后的传感器进行试验研究,针对FBG瓦斯压力传感器存在的温度-应力交叉敏感问题,进行了交叉敏感分析以及算法补偿,并对该传感器分别进行压力试验标定和温度影响试验标定。试验结果表明,该传感器压力范围0-10 MPa,温度灵敏度系数27.01 pm/℃,温度补偿后的压力灵敏度系数251.88 pm/MPa,与理论值接近。该传感器的结构模式可以有效避免安装误差和迟滞误差所带来的影响,同时便于组链开展多点分布式测量。

巨厚煤层顶板离层水致灾机理研究14-21

摘要：为探讨巨厚煤层顶板离层水的致灾机理,以陕西焦坪矿区某矿1418工作面为研究对象,分析其突水特征及突水地质条件,并基于“拱梁平衡理论”,对可致灾离层发育层位进行了判别,对离层水发育的周期进行了计算,采用UDEC数值模拟软件,对覆岩离层及导水裂缝带的发育过程进行了模拟。结果表明：可致灾的“空腔型”离层发育在直罗组泥岩和宜君组粗砾岩之间,主关键层破断周期间隔距离为190 m;导水裂缝带发育高度约245 m,导通至洛河组下段砂岩裂隙潜水含水层;顶板离层突水具有动态周期性特点,当“空腔型”离层形成稳定“储水体”后,随着顶板覆岩破坏程度的增加以及主关键层的破断,稳定“储水体”被打破,沿导水裂缝带涌入矿井,造成突水事故;随顶板覆岩的周期性破断,离层突水周期性发生。

远距离下部煤层回采对上部采场巷道影响分析22-28

摘要：为了研究远距离多煤层开采时下部煤层回采对上部采场巷道破坏的原因和影响范围,结合云煤一矿和正德矿业的井下采掘关系,通过覆岩破坏高度经验公式和UDEC数值模拟,得到远距离多煤层开采覆岩破坏的特点以及部分巷道受损的原因。利用概率积分和FLAC3 D数值模拟揭示了正德矿业倾斜岩面移动变形特征以及巷道破坏的主要原因;采用岩层移动角计算云煤一矿开采对正德矿业的影响范围,确定了巷道受损数目。研究结果表明：受损巷道少部分是由下部工作面回采引起的覆岩破坏和岩层移动变形共同造成的,而大部分受损巷道则仅由岩层移动变形造成;在采场倾斜岩面上,由于自重力和平行于岩面原岩应力分力的影响,下部工作面回采对其上山影响范围大于下山;采用优化的岩层移动角计算云煤一矿对正德矿业的采动影响范围,确定了巷道受损数量和位置,基本与现场实际情况吻合,可以为相似案例提供参考。

煤矿巷道光面爆破智能设计系统开发与应用29-35

摘要：为了得到煤矿巷道光面爆破参数,使用BP神经网络技术对参数进行预测和优选,并用C#语言开发了巷道光面爆破智能设计系统。通过分析影响巷道光面爆破效果的主要因素,将普氏系数、节理裂隙发育情况、炮孔直径、掘进面积等8个因素设置为输入层参数。以光面爆破理论研究和煤矿一线生产调研为基础,建立BP网络神经,进行网络学习,训练样本,并应用该系统对不同矿区的实际巷道进行爆破方案设计。结果表明,预测的参数与实际爆破参数较为一致,在现场试验中也取得较好效果,说明该系统可以提高煤矿巷道光面爆破参数设计的可靠性,对煤矿巷道光面爆破参数设计具有一定的参考价值。

河南理工大学学报·自然科学版杂志地测与环境工程

神东侏罗纪砂岩微观结构对其力学性质及声波传播速度的影响36-43

摘要：为了分析神东侏罗纪砂岩微观结构对其力学性质及声波传播速度的影响,利用偏光显微镜、岩石力学试验系统对砂岩进行研究,同步测定砂岩声波传播速度。结合数理统计方法建立宏观力学特性、声波速度与砂岩内部微观结构之间的定量关系。结果表明：随着碎屑颗粒粒径增加和不均匀系数增大,砂岩的单轴抗压强度、弹性模量和应变相应减小,其力学性质呈减弱的趋势,而泊松比变化趋势不明显;同时随着砂岩碎屑颗粒粒径增加和不均匀系数增大,声波速度也相应减小;对比发现,同一岩石类型侏罗纪煤系砂岩单轴抗压强度与碎屑颗粒平均粒径之间的关系和石炭-二叠纪煤系砂岩相反。

豫西偃师-龙门地区铝土矿三水铝石的赋存特征及成因分析44-52

摘要：在豫西偃师-龙门地区本溪组地表露头新发现三水铝石,这一发现不仅可以为岩溶堆积型铝土矿的存在提供直接证据,而且其赋存特征和成因分析也具有重要的理论意义。新发现的三水铝石主要赋存在马家沟组灰岩和本溪组铝土质泥岩接触处的白色与红色沉积物条带中,以及本溪组杂色铝土质泥岩中,对上述沉积物条带和铝土质泥岩分别采集样品并进行X衍射、差热和SEM-EDS分析。结果表明,新发现的三水铝石具有典型的三水铝石的X衍射特征峰和差热吸收峰,宏观上主要呈条带状和团块状,微观上为致密状集合体。在此基础上,根据土壤地球化学基本原理,认为这些三水铝石是本溪组铝土矿抬升地表后再次富铁铝化作用的结果。

不同外部DEM和多视对矿区形变探测的影响53-62

摘要：探讨高分辨SAR影像利用二轨法DInSAR技术对高强度开采矿区形变的监测能力。多视SAR和外部DEM是二轨法DInSAR的两个核心信息源,其数据质量直接影响差分干涉结果,从而影响形变监测能力。采用不同的外部DEM（SRTM DEM,ASTER GDEM）及不同多视对高分辨率RADARSAT-2的4组干涉像对进行处理,结合矿区工作面图对DInSAR获取的沉降结果进行剖面分析,利用Orign8.5对剖面沉降曲线及沉降盆地边缘分别进行曲线拟合,从而探讨不同外部DEM和多视对矿区形变监测结果的影响。结果表明：（1）在SAR相干性较好的前提下,2种外部DEM均能很好地监测到矿区开采沉陷形变区,下沉剖面形变曲线趋势一致,符合开采沉陷规律。（2）对于高分辨SAR影像,多视视数相同时,SRTM DEM和ASTER GDEM作为外部DEM提取的形变结果一致,这是由于两者平面精度相对于SAR影像精度而言相差甚远。（3）外部DEM相同时,多视对差分结果影响较大,多视视数增加后,在平滑噪声的同时也降低了对细节的探测能力。由此可知利用高分辨SAR影像对高强度开采矿区进行形变监测,应选择与影像精度在一个数量级的外部DEM,充分利用SAR的高分辨率优势,而且应当选择较小的多视视数保证细节信息。

沁水盆地煤层气井排出水污染特征及评价63-73

摘要：随着煤层气开发利用商业化进程推进,煤层气井排出水作为开采过程中的副产品对环境的影响越来越引起人们的关注。以沁水盆地为研究区域,根据地下水流向将沁水盆地划分为5个区块。对采集区块内40口煤层气井的排出水水样中的TOC、典型阴离子、重金属离子以及有机物进行了测定,分析其污染特征,并根据《地下水质量标准》进行评价。分析表明各区块萘和Cl^-质量浓度高,井位质量浓度差别大。对于Cr,Mn,Ni,沁水区块Mn质量浓度较高,襄垣、太原和阳泉区块中Cr质量浓度较高。不同区块间水质污染特征存在差异,沁水和长治区块有机物污染明显;除长治区块外,其他区块普遍受到重金属污染。评价结果表明：在所研究的5个区块中,排出水整体F-污染最为严重,平均超标7.32倍;有机物污染在沁水区块表现突出,其中苯酚、甲基酚和萘分别超标4.4倍、4.21倍、2.19倍;重金属主要表现为Cr污染,襄垣区块平均超标1.55倍,太原区块平均超标2.71倍,阳泉区块平均超标3.11倍。襄垣区块水质较差,其他区块均为极差,应引起足够重视。

实验参数对Ag/BiOI光催化剂湿法脱除气态单质汞的影响74-81

摘要：采用沉淀-光还原法制备了不同Ag负载量的碘氧化铋（Ag/BiOI）可见光催化剂,在小型湿法光催化脱汞装置上考察了Ag负载量、反应溶液温度、pH、阴离子（Cl^-,NO3^-,SO4^2-和CO3^2-）、烟气成分（O2,SO2和NO）、光催化剂剂量和循环次数等对单质汞（Hg^0）脱除效率的影响。结果表明：与BiOI相比,Ag负载可以大幅提高其脱汞活性,Ag负载量为2 wt%时,其脱汞效率高达98%;Cl-和NO3^-对Hg0的脱除效率几乎没有影响,而SO4^2-和CO3^2-会对脱汞效率有一定的抑制作用,其中CO3^2-对脱汞效率的影响尤为严重。循环脱汞实验表明Ag（2%）/BiOI光催化剂的稳定性良好。

河南理工大学学报·自然科学版杂志机电与计算机工程

圆筒式磁阻永磁齿轮有限元仿真研究82-87

摘要：为解决磁阻永磁齿轮无法实现连续稳定传动的问题,提出一种圆筒式磁阻永磁齿轮结构。首先,对主动磁极、定子磁极和从动凸极的位置关系及其磁力作用方式进行分析,论证了连续传动的可行性;其次,应用有限元仿真技术对静态和准动态转矩特性进行分析,证明所提磁阻齿轮结构不仅具有确定的传动比,而且可实现连续稳定传动,且传动比公式与磁场调制型永磁齿轮相同;最后,从主、从动磁极数量和极宽对输入输出转矩的影响进行研究。结果表明,主、从动磁极数量互质时,输入与输出转矩的波动很小,具有较好的传动平稳性;输出、输入转矩及其比值λ均是主动极宽的函数,主动极宽越大,则输入和输出转矩越大,且λ随主动极宽变化并存在最大值。

河南理工大学学报·自然科学版杂志默认

全自动生化分析仪试剂仓稳态温度场分析88-92

摘要：针对全自动生化分析仪试剂仓诊断试剂因试剂仓内温度未达到试剂存储条件,造成诊断试剂失效,诊断结果错误的问题,对试剂仓结构进行改进,分析改进前后试剂仓内温度场变化情况,使改进后的试剂仓满足医学检验试剂存储的要求。建立试剂仓的三维非线性有限元模型,利用ANSYS CFX14.0进行建模仿真,施加0,0.5,1,4,8 m/s共5种风速分别对模型进行温度场分析。在试剂仓放置温度监测点,实时监测试剂仓内空气温度变化,探索试剂仓温度场有限元分析应用于试剂仓结构优化方面的可行性。仿真结果表明,不加风扇时,全自动生化分析仪试剂仓内空气存在温度分层现象,温差达8℃,加风扇时能使试剂仓内温度控制在4℃左右,温差控制在1℃以内。同时考虑到风扇本身发热情况,确定风速1 m/s能满足对试剂存储温度的设计要求。

粒子群优化RBF神经网络的光伏阵列故障诊断93-98

摘要：光伏阵列能否正常工作直接关系到整个光伏发电系统运行的安全性和可靠性。对于光伏阵列故障诊断中传统的BP神经网络诊断算法准确率低、收敛速度慢等问题,提出一种基于粒子群优化RBF神经网络的故障诊断算法。建立以光伏阵列的4种故障特征参数为输入、5种情况为输出的故障诊断模型,对基于粒子群算法的网络模型的自适应权重寻优进行仿真实验。最后,将优化算法与BP神经网络算法以及RBF神经网络算法进行对比。实验结果表明,优化算法不仅可以有效地诊断光伏阵列的故障类型,而且还可以提高故障诊断的准确率。

基于模糊系统的接触电阻预测算法研究99-103

摘要：运用模糊系统对接触电阻进行预测,通过试验得到试验数据,将试验数据分成训练数据与测试数据,训练数据用于训练模糊系统,测试数据用于测试模糊系统。将梯度下降算法与禁忌搜索算法混合得到改进禁忌搜索算法,训练模糊系统,所用算法依次为梯度下降算法、禁忌搜索算法、所得改进算法,并建立相应的接触电阻回归模型。对所得模型进行测试,结果表明,由改进算法训练模糊系统所得接触电阻模型的测试结果优于其他模型,并且该方法预测接触电阻精确可靠。

图像重建中的一种加速投影算法104-108

摘要：投影算法是解决凸集图像重建问题最普遍的工具,该算法主要有循环投影算法和平行投影算法,前者的核心思想是计算初始估计量到集合上的周期性投影,后者则是在每次迭代中都需要计算到所有集合上的投影。平行投影算法虽然通过并行操作提高了收敛速度,但是每次迭代步长依然局限于（0,2）,这在一定程度上影响了它的收敛。为了寻求收敛速度更快,重建效果更好的加速投影算法,对平行投影算法进行改进,通过引入外推因子,提出一种加速投影算法,并在相应条件下证明新算法的收敛性。新算法使得每次的迭代步长均大于2,从而保证每次迭代的结果更加靠近解集。实验结果也表明,新提出的加速投影算法比平行投影算法收敛速度更快并且效率更高。

基于遗传-拟牛顿混合算法的远场震源定位109-115

摘要：在微震震源定位过程中,震源与检波器的相对位置对定位精度有较大影响。由于计算机计算的精度有限以及预置的速度误差,当震源位于远场时,定位精度会比较低。为了解决这个问题,在设定均匀介质的条件下,基于无需测速的震源定位模型,结合遗传算法全局优化及拟牛顿法的快速局部搜索能力,提出用遗传-拟牛顿混合算法震源进行定位。为了验证该混合算法的优势,用遗传-拟牛顿混合算法和简单遗传算法进行MATLAB仿真模拟对比,实验结果表明,使用该混合算法获得的震源定位速度更快、精度更高。

预制裂缝宽度对变尺寸圆盘试样应力强度因子的影响116-123

摘要：为研究了预制裂缝宽度对不同尺寸圆盘试样无量纲应力强度因子的影响,采用ABAQUS有限元软件,对圆盘直径分别为40,80,100,120,200 mm,预制裂缝宽度0-2.0 mm内的直裂缝平台巴西圆盘试样进行数值分析,基于等效区域积分法标定了在裂缝长度与圆盘直径比为0.55条件下的无量纲应力强度因子。结果表明,在圆盘直径一定条件下,无量纲应力强度因子随着裂缝宽度增加而增加,最大相对误差为13.53%;随着圆盘直径增大,预制裂缝宽度带来的影响相对减弱,但最大相对误差仍然超过3%。给出了消除预制裂缝宽度影响的无量纲应力强度因子修正公式,为采用含有预制裂缝的圆盘试样准确确定岩石的断裂韧度提供理论支持。

定向射孔水力压裂平面裂缝形态数值研究124-132

摘要：为了研究多分支定向射孔水力压裂裂缝扩展形态,提出基于多孔介质渗流-损伤耦合的有限元数值模拟方法,该方法的耦合原理基于Zimmerman的孔隙弹性概念,压裂准则和裂缝张开度本构关系基于损伤局部化概念,通过介质水力学属性参数的各向异性实现孔壁裂缝成核和扩展路径识别,多场耦合迭代程序基于ANSYS平台开发,模拟平面应变裂缝（KGD）在定向射孔（一字形、十字形和Y字形）条件下的裂缝扩展形态。结果表明：定向射孔条件下裂缝扩展形态复杂的原因在于,裂缝扩展同时受制于主压应力牵引作用和定向射孔导向作用,两种作用对裂缝扩展方向竞争性拉动,加上孔底部的应力集中作用,导致裂缝呈现多种扩展形态,尤其在多分支射孔条件下,射孔裂缝分支存在竞争性和共生性两种生长机制,从而进一步加剧了裂缝形态的复杂性。