河南理工大学学报·自然科学版杂志

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河南理工大学学报·自然科学版杂志 北大期刊 统计源期刊

Journal of Henan Polytechnic University(Natural Science)

  • 41-1384/N 国内刊号
  • 1673-9787 国际刊号
  • 1.23 影响因子
  • 1-3个月下单 审稿周期
河南理工大学学报·自然科学版是河南理工大学主办的一本学术期刊,主要刊载该领域内的原创性研究论文、综述和评论等。杂志于1981年创刊,目前已被CA 化学文摘(美)、国家图书馆馆藏等知名数据库收录,是河南省教育厅主管的国家重点学术期刊之一。河南理工大学学报·自然科学版在学术界享有很高的声誉和影响力,该期刊发表的文章具有较高的学术水平和实践价值,为读者提供更多的实践案例和行业信息,得到了广大读者的广泛关注和引用。
栏目设置:安全·矿业、地质·测绘·环境、机械·动力、电气·电子·自动化、计算机·人工智能·大数据、力学·土木·材料

河南理工大学学报·自然科学版 2018年第04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
耿村煤矿综放开采覆岩移动和矿压显现规律研究1-8

摘要:厚煤层综放开采矿山压力和围岩控制一直是综放开采研究的重点问题。基于义马矿区耿村煤矿特厚煤层综放工作面的地质采矿条件,采用数值模拟和现场矿压观测的方法,对综放工作面覆岩移动和矿压显现规律进行研究。结果表明:(1)综放工作面上方老顶形成"三铰拱"形砌体结构,该结构初次失稳和周期性失稳造成工作面初次来压和周期来压。老顶来压后,工作面前方支承压力趋于稳定,主要表现在最大应力集中系数和塑性区范围基本保持不变。(2)综放工作面顶板周期来压步距14.4~17.5 m,平均16.2 m,顶板来压动载系数1.81~2.04,平均1.92,顶板来压明显但较缓和。顶板来压期间支架时间加权平均工作阻力为其额定工作阻力的72.2%,选用ZF8600/18/35D型放顶煤液压支架合理。研究结果可为义马矿区综放开采围岩控制提供技术支撑。

神东矿区砂岩孔隙结构特征及与其物理力学性质的关系9-16

摘要:为了研究神东矿区砂岩的孔隙结构对其物理力学性质的影响,利用偏光显微镜、扫描电镜、核磁共振仪等仪器获得了砂岩成分、微观结构与孔隙特征,并进行不同类型砂岩单轴压缩试验,分析了砂岩的孔隙结构与其单轴抗压强度、弹性模量、泊松比之间的关系。结果表明:砂岩的主要成分为石英(15%以上)、长石(40%以上),并含有少量云母等;粉砂岩为钙质胶结,细粒和中粒砂岩为泥质胶结,砂岩的颗粒直径与孔隙大小基本服从正态分布;粉砂岩表面平整致密,颗粒边界模糊不清,细粒砂岩表面分布着细小的孔隙,中粒砂岩孔隙结构十分发育,颗粒呈团簇状,胶结程度较差;砂岩抗压强度与孔隙率之间呈负指数分布,抗压强度与孔隙率变化曲线存在临界点,随着颗粒、孔隙直径的增加,对应的临界孔隙率也在增大;砂岩弹性模量与孔隙率呈负相关,其中粉砂岩与细粒砂岩呈指数形式减少,中粒砂岩则呈线性减小;砂岩的泊松比与孔隙率无明显相关性。

不同拉拔速率作用下锚固体力学响应试验研究17-23

摘要:为了研究动态拉拔作用下锚固体的力学响应规律,采用自制的锚固体装置和万能试验机,研究了锚固体在不同拉拔速率下的响应特征。结果表明:随着拉拔速率增大,峰值位移逐渐增加,所对应的峰值拉拔逐渐增大,但增加幅度随加载速率增加而趋缓;拉拔速率一定时,锚固段逐渐向里脱黏破坏,孔壁的粗糙度对峰后的残余黏结力有较大的影响。声发射监测结果表明:声发射次数和能量在接近峰值时开始急剧增加,高振铃次数及高能量事件仅仅在峰值附近出现,峰后流动阶段各试件声发射现象基本一致;破裂次数随着拉拔速率的增加而增大,破裂事件大都从基体上端开始,然后中间、底部交替出现;随着加载速率的增加,破裂事件逐渐向基体底部过渡。针对冲击动载条件下的锚固支护巷道,提出了采用加长锚固、增加孔壁粗糙度和提高锚固剂的密实度等措施。

基于PKN分析的煤层气垂直井水力压裂时间计算模型24-30

摘要:注水压裂是目前提高低渗煤层地面垂直井产能最有效的手段。为了研究压裂过程中流体与岩体相互作用的时间效应,以及低渗透煤层压裂缝的时空演化规律,首先根据垂直井的受力特征,运用弹性力学等理论知识,建立相应的起裂压力计算模型;其次考虑损伤对煤岩本体变形的影响,将Dougill损伤因子引入起裂压力计算模型,从而建立延伸压力的计算模型;结合裂缝内净压力的非线性压降规律、延伸压力计算模型以及经典的PKN分析模型,最终建立新的裂缝扩展模型。该模型反映了压裂时间t与压裂半径L之间的函数关系。焦作矿区运用该模型计算表明:压裂时间控制在40~60 min,则相应的压裂半径为88.04~108.75 m。这一理论计算值与现场实际检测结果较为符合,初步验证了新建模型的正确性,可为实际施工控制以及保护矿区地下水环境提供坚实的理论依据。

王家岭煤矿高位定向长钻孔抽采顶板卸压瓦斯技术31-36

摘要:王家岭煤矿是典型的低瓦斯煤层高强度开采引起的高瓦斯矿井,由于煤层瓦斯含量不高且透气性差,所以瓦斯抽采顶板难度大。为了得到适合于王家岭煤矿的高位定向水平钻孔抽采卸压瓦斯工艺参数,现场跟踪考察了12318综放工作面高位定向钻孔的瓦斯抽采体积分数、纯流量等工艺参数,分析了布孔垂直层距、水平错距等关键参数与抽采效果的关联特性。依据实测的顶板岩层力学参数及经验公式,计算得到顶板冒落带高度,为19.11~24.10 m;裂隙带高度,为57.06~74.86 m。分析抽采效果认为:同一钻场中的钻孔抽采瓦斯纯流量随着钻孔垂直层距的增大而增大,钻孔抽采瓦斯纯量随水平错距的减小而增大,垂直层距最大的2个钻孔瓦斯抽采纯量占钻场抽采总量的70%以上。钻场钻孔垂直层距在25~41 m时,对工作面上隅角瓦斯防治效果明显优于垂直层距20 m的钻场。

河南理工大学学报·自然科学版杂志地测与环境工程
沉积环境对优质页岩储层发育的控制作用——以渝东南地区龙马溪组为例37-47

摘要:为深入探讨优质页岩储层的发育机理,借鉴沉积控相、相控储层的研究思路,以渝东南地区龙马溪组页岩储层为例,利用氩离子抛光-场发射扫描电镜(AIP-FESEM),有机碳丰度(TOC)测试,X射线衍射(XRD),镜质组反射率(R^o)测试,显微镜观测,主量微量元素测试等技术手段,通过对储层特征、沉积环境的系统研究,综合讨论沉积环境对优质页岩储层发育的控制作用。结果表明:龙马溪组页岩储层可以划分为下-底部、中-上部两段,分别对应鲁丹阶与埃朗阶,两段储层的有机质特征、矿物组分、力学脆性特征、储层物性等差异显著,鲁丹阶页岩有机质和脆性矿物含量更高,储层性质更优;对比分析显示,龙马溪组储层有机特征主要受控于水体氧化还原环境,但龙马溪组下部具有更好的有机质富集与保存条件,主要受益于鲁丹段深水陆棚相内低速率的欠补偿沉积环境与全球海平面上升所形成的大面积缺氧水体;储层脆性矿物组分受控于沉积-成岩的共同作用,储层底部高脆性矿物含量段富含来自特殊沉积环境的生物成因石英、陆源碎屑石英与形成于储层成岩作用的自生石英;鲁丹阶对应的底部储层TOC和石英含量更高,有利于储集空间发育;鲁丹阶储层更加发育的富笔石水平层理等特殊沉积构造,对增强储层的渗透性,改善压裂力学特性等具有有利作用。沉积环境控制着储层物质成分的类型与特征,龙马溪组鲁丹阶储层对应的有利沉积环境与沉积条件,是底部优质储层段发育的核心影响因素之一。

东营凹陷北带东段沙四上亚段地震沉积学研究48-54

摘要:为了探讨深层砂砾岩体地震沉积学研究方法,在地质规律和地震沉积学理论指导下,以岩心、测井和录井资料为约束,利用90°相位转换,地层切片技术对东营凹陷北带东段沙四上亚段各四级层序进行地震沉积学研究。建立了深层砂砾岩体地震沉积学研究流程,明确了研究区发育的沉积相类型,分析了各沉积相类型分布与演化特征。研究表明:地震沉积学关键技术对深层砂砾岩体具有适用性,在井间沉积相研究中具有明显优势;沙四上亚段为完整的三级层序,分为5个四级层序;沙四上亚段时期,东营凹陷北带东段发育近岸水下扇相、滑塌浊积扇相、湖泊相3种沉积相类型,其中,近岸水下扇沉积近陈南断层分布,纵向上退积发育。

自仿射割理网络表征及流体渗流LBM模拟55-60

摘要:煤储层中割理网络主宰着煤层气的运移,查明其渗透性能对储层产能的定量评估具有重要意义。相对试验测试而言,数值方法不受环境、测试精度以及人为因素影响且重复性高,现已成为储层微观结构精细描述以及流体运移规律探讨的有效手段。为此,结合自然裂隙端面几何自仿射属性和煤储层割理空间构型及分布,提出了一种基于Weierstrass-Mandelbrot(WM)函数的割理网络构建方法。在此基础上,采用格子波尔兹曼方法(LBM),于孔隙尺度再现了割理网络中流体运移过程并定量分析了其渗透性能。结果表明:无端割理情况下储层渗透率满足三重效应分形裂-渗关系;引入端割理后,Hurst指数、面割理和端割理开度共同影响储层渗透性能,具体表现为渗透率随Hurst指数及割理开度的增加而增大。但当端割理开度小于面割理开度时,煤储层渗透率主要受控于面割理的空间构型及其复合几何形貌。

低渗透致密砂岩流体包裹体特征及油气充注期次——以姬塬油田延长组为例61-67

摘要:延长组是鄂尔多斯盆地姬塬地区主要含油层系,通过系统分析该地区长6,长4+5,长3,长2油层组砂岩储层中流体包裹体成分、形态、空间分布、均一温度等特征,结合盆地埋藏史、生烃史和古地温演化,厘定了延长组油气充注成藏时间。研究表明延长组长6,长4+5,长3,长2油层组储层存在2种流体包裹体:第一种流体包裹体单个尺寸小,丰度低,普遍发育于石英和方解石等矿物晶体次生加大边内缘,均一温度在63~87℃间,平均80℃;第二种流体包裹体单个尺寸较大,丰度高,发育于石英和裂缝充填方解石晶体次生加大外缘,均一温度在115~150℃间,平均127℃。综合分析认为姬塬地区延长组在早白垩世早期(145 Ma±)发生第一次油气运移充注,但该次充注范围小,成藏效果有限,到早白垩世晚期(110 Ma±)长7烃源岩达到生烃高峰期,开始大范围排烃成藏,该时期是延长组主要成藏期。

Fenton氧化法进行烟气同时脱硫脱硝试验研究及热力学分析68-75

摘要:从反应热力学角度分析了Fenton氧化法用于燃煤烟气同时脱硫脱硝反应正向自发进行的可行性和难易程度,为该工艺的工程应用提供理论依据。在自行设计的鼓泡反应器中,通过进行Fenton试剂同时脱硫脱硝的正交试验和影响因素研究,得到了最佳的反应条件。在对反应产物进行分析的基础上,推导出Fenton试剂同时脱硫脱硝的反应历程及总反应方程式,并利用热力学原理计算了反应的热力学参数。结果表明:Fenton反应用于燃煤烟气同时脱硫脱硝的标准反应焓变ΔrGm^θ〈0,体系整体为放热反应,标准吉布斯函数ΔrGm^θ远小于-40 k J/mol,可正向自发的进行,且反应限度较深,该反应从热力学角度分析是可行的。

赵固二矿采煤废水悬浮物地面净化处理技术研究76-81

摘要:针对赵固二矿矿井涌水量大和采煤废水悬浮物高的特点,分析了矿井排水和地面采煤废水处理系统现状,在此基础上设计了矿井污水全自动净化处理设备并制造了样机,在赵固二矿进行了采煤废水净化处理现场工业性试验。结果表明,该设备能够将黑色浑浊的采煤废水直接过滤净化成无色透明的清水。清水中悬浮物含量满足我国《煤炭工业污染物排放标准》(GB20426—2006)。该设备占地面积小,自动化程度高,污水净化处理效果好,处理后的过滤水可以直接作为井下生产和地面工业用水。选用数台合理处理能力的设备并联运行,可以替代现有的地面矿井污水沉淀池,该设备在我国煤矿矿井污水净化处理中有着广泛的应用前景。

河南理工大学学报·自然科学版杂志机电与计算机工程
3-PRS并联机构的有限元分析82-89

摘要:针对3-PRS并联机构在工作中受力变形且传递关系复杂的问题,提出利用有限元分析方法来研究变形的分布特征。根据逆向运动学原理得到动平台处于不同位姿下的机构参数,利用三维建模软件建立3-PRS并联机构在不同位姿状态下的实体模型,运用有限元分析软件对模型进行静力学与模态分析。通过静力学分析,得到并联机构的等效变形与应力分布;通过模态分析,得到并联机构的固有频率与振型,分析了并联机构的固有频率与振型对机构在工作状态中的影响。研究结果为3-PRS并联机构的相关试验与动力学分析计算及结构的优化设计提供了参考依据。

硬质合金涂层刀具铣削SiCp/Al复合材料刀具磨损研究90-93

摘要:SiCp/Al复合材料因含有大量SiC硬质颗粒而使其切削加工性较差。针对该材料的高速高效加工问题,利用硬质合金涂层刀具对体积分数为20%的SiCp/Al复合材料进行面铣,通过单因素实验,研究了切削速度、进给量和轴向切削深度对刀具前刀面和后刀面的磨损过程的影响,以及刀具磨损萌生、扩展演化规律。结果表明:在硬质合金涂层刀具精加工SiCp/Al复合材料过程中,刀尖与工件表面的接触先是凸圆弧面接触,然后变成凹圆弧面接触,最后变成平面接触;刀具磨损随切削速度和轴向切深的增大而增大,而随进给量的增大而减小;硬质合金涂层刀具失效的原因主要是后刀面的耕犁磨损,后刀面最大磨损量VBmax超过了0.6 mm,而后刀面磨损的主要原因是磨粒磨损和涂层剥落。

湿式离合器接合过程油膜厚度和转矩仿真94-99

摘要:湿式离合器的接合过程直接影响离合器的使用寿命及其工作性能。基于流体力学理论以及粗糙表面的弹性接触理论,建立了湿式离合器接合过程中油膜厚度和传递转矩的数学模型,利用Runge-Kutta数值积分法对数学模型进行耦合求解,得到控制油压、润滑油黏度以及摩擦材料渗透性对油膜厚度和离合器传递转矩的影响规律。结果表明:提高控制油压能够有效提升离合器接合过程中的传递转矩,并且能够缩短离合器的接合时间;随着润滑油黏度的增大或摩擦材料渗透性的减小,离合器接合过程中传递扭矩的响应速度变慢,这将会延长离合器的接合时间;润滑油黏度和摩擦材料渗透性对离合器接合过程的挤压和压紧阶段传递的转矩影响较大,但对粗糙接触阶段传递的转矩影响较小。

三通翻板分料器的长寿化设计及离散元验证100-104

摘要:针对现有三通翻板分料器摆动翻板磨损快、使用寿命短等问题,依据物料的安息角原理设计了阶梯型摆动翻板,并采用离散单元法对普通直板摆动翻板和阶梯型摆动翻板的工作过程进行了对比模拟。结果表明,阶梯型摆动翻板能够在物料流冲击区稳定积料,形成一定厚度的料垫,大大减少物料流对摆动翻板的冲击与磨损。同普通摆动翻板相比,阶梯型摆动翻板受到来自料流的冲击力均值减少至普通翻板的17.5%左右,靠近壁面物料颗粒的滑动速度均值减少至15.2%左右。经试验验证,设计的阶梯型摆动翻板具有很好的抗冲击性和耐磨性,是一种延长三通翻板分料器寿命的有效方法。

基于BP神经网络的沥青路面裂缝识别方法研究105-111

摘要:沥青路面图像噪声污染多,随机性较强。针对传统路面图像在进行滤波、边缘检测等裂缝识别过程中,不能较好地识别裂缝信息且存在大量类似于裂缝的噪声污染问题,利用BP神经网络的学习性和容错性提出一种基于神经网络的裂缝识别方法。首先对沥青路面图像同态滤波增强后,将其分成32像素×32像素的小方格区域,然后提取小方格内图像参数与其邻域方格预测结果用于神经网络训练,最后将训练后的沥青路面图像小方格分为有裂缝和无裂缝两种,从而实现沥青路面裂缝的初提取。结果表明,该方法对沥青路面裂缝的识别率达到90%以上,能够较好地满足沥青路面裂缝识别的要求,是一种可行性较高的方法。

CNN-SVM模型在抽油机井故障诊断中的应用112-117

摘要:针对传统的示功图识别方法对抽油机井进行故障诊断存在人工选取示功图特征,识别准确度低等问题,基于人工智能理论,提出一种卷积神经网络(CNN)和支持向量机(SVM)相结合的示功图智能识别模型。利用卷积神经网络对示功图图像特征自动提取,利用支持向量机根据提取的深层图像特征给出故障诊断结果。结果表明,将CNN与SVM结合用于示功图识别不仅省去了人工选取示功图特征这一环节,而且识别准确度也高达99.71%,测试性能优于其他识别模型。该模型的提出为抽油机井故障的快速准确诊断提供了可行的解决方案,对油田高效作业具有重要意义。

遗传禁忌搜索算法收敛性和时间复杂度分析118-122

摘要:遗传禁忌搜索算法多用于车辆路径优化、旅行商问题等,试验证明:融合遗传算法与禁忌搜索算法的混合算法相比单一算法的性能有较大提升,但缺少理论证明。本文阐述了遗传禁忌搜索算法的混合策略,从理论上对该算法的收敛性进行了证明,对时间复杂度进行了分析。应用马尔科夫链模型证明了遗传禁忌搜索算法是以概率1收敛到全局最优解的,并应用求解随机算法时间复杂度的方法,即求解算法的期望收敛时间,估算了该算法的时间复杂度,结果证明该算法的时间复杂度与所得解的多样性、问题规模以及遗传算法的种群数量有关。