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河南理工大学学报·自然科学版 2018年第05期杂志 文档列表

首山一矿12070工作面走向高抽巷合理位置研究1-7

摘要：为解决首山一矿12070工作面瓦斯涌出量大、上隅角瓦斯体积分数易超限等问题,对12070工作面走向高抽巷合理位置进行研究。采用CDEM和FLUENT数值模拟软件分别对12070工作面采动覆岩裂隙演化规律和采动裂隙中的瓦斯体积分数分布规律进行模拟,根据“O”型圈理论和数值模拟结果确定了高抽巷合理位置选择原则并建立了计算模型。根据确定的选择原则和模型计算结果,首山一矿12070工作面走向高抽巷与回风巷垂距宜为25~30 m,内错平距宜为16~20 m。生产现场试验结果表明,12070工作面上隅角日均瓦斯体积分数处于0.03%~0.26%间,峰值体积分数为0.47%,上隅角瓦斯体积分数得到有效控制,保证了首山一矿突出煤层安全高效开采。

深部高应力硐室围岩蠕变失稳机理及控制技术8-14

摘要：赵固二矿-800 m水平巷道和硐室围岩属于典型的工程地质软岩,具有工程地质条件复杂、地应力高、围岩流变性强等特点,一般的锚网索喷＋被动支护易被各个击破,造成巷道和硐室返修次数多、维修工程量大。在借鉴“新奥法”中二次支护思想的基础上,提出“一次锚杆＋锚索＋钢梁强力支护,二次围岩注浆改性,三次双层工字钢棚,四次喷射混凝土”的支护方案,实现主动支护与被动支护协调作用。蠕变数值模拟表明：锚网喷支护条件下,3 a时硐室断面收敛量达到30%,变形量大、变形速率高;主被动联合支护方案能够有效地控制围岩变形,5 a时变形速率〈0.05 mm/d。现场工业性试验表明,施工2 a后,硐室表面最大位移为28 mm,变形速率〈0.20 mm/d,锚索作用范围内岩体完整性较好,硐室围岩得到了有效控制。

巨厚火成岩侵入区巷道支护研究15-21

摘要：为了深入研究巨厚火成岩侵入区巷道围岩破坏规律及控制技术,以双鸭山矿业集团东保卫煤矿为例,监测和探讨该类型巷道矿压显现规律,以巨厚火成岩侵入区地质条件分析为主,对侵入区巷道进行地质力学评估,获得巷道围岩力学和锚固特性。结合工程实际,建立数值模型,优化矿井原有支护参数,在保障巷道围岩稳定的条件下,降低巷道支护和维护成本。矿井采用优化支护方案后,对巷道进行位移监测,结果表明,巷道变形总量较小,能够满足矿井安全生产需要,其中巷道两帮的变形总量大于顶板的,下帮的变形总量大于上帮的,两帮变形滞后于顶板变形,并趋于稳定,新的支护方案达到了预期目标。研究结果可为类似巨厚火成岩侵入区巷道支护提供借鉴和参考。

氮掺杂多孔碳及其对煤层气中CO2/CH4的分离性能研究22-26

摘要：为寻求一种高效分离煤层气中CO2的方法,以提高瓦斯点火能力及利用率,通过碳化有机盐、氮掺杂方法制备一种对CO2/CH4具有高吸附性能、高分离性能的碳材料。通过扫描电镜、透射电镜表征可知,氮掺杂的碳材料具有发达的孔结构、沙漠玫瑰状的外观结构。氮气等温吸附测试表明,碳材料具有高比表面积（937~1 373 m~2·g~（-1））及丰富的微孔孔道结构（孔容0.43~0.62 m~3·g~（-1））等特性。通过氮原子的掺杂可有效减小孔径,将材料中的CO2/CH4选择吸附性从2.74倍提高至5.26倍,CO2/CH4吸附分离系数从3.82提高至7.81。该法制备的碳材料在分离瓦斯中CO2、提高瓦斯点火能力和利用效率方面具有广阔的应用前景。

动静加载下含瓦斯煤层突出试验研究27-32

摘要：为研究深部复杂应力环境中煤层开采受动态载荷扰动发生煤岩动力灾害的过程和机理,采用河南理工大学自主研制的动静载条件下煤与瓦斯突出模拟试验设备,模拟了静态和动态组合加载作用下煤与瓦斯突出现象,进行了瓦斯吸附条件下的动静载突出试验,深入研究了瓦斯吸附量对突出的影响。结果表明：在相同的动态载荷作用下,无瓦斯解吸过程比有瓦斯解吸过程更容易发生突出;无煤柱影响比有煤柱影响更容易发生突出,并且无煤柱影响的突出强度比有煤柱影响的要大。研究结果对于煤层瓦斯突出机理的研究具有重要的参考意义。

超临界CO2作用下煤的孔隙结构变化规律试验研究33-39

摘要：为了研究不同超临界条件下煤体孔隙结构的变化规律,采用控制变量法,改变超临界条件下的温度、气体压力、处理时间,探讨超临界CO2对煤体孔隙结构的影响。结果表明：超临界CO2作用前后煤体渗透率受处理时间的影响很大,随着处理时间的增加,渗透率先降低后逐渐增大,约10 h后趋于稳定,超临界条件下单一改变压力或者温度对煤样渗透率的影响不大;超临界CO2作用对煤体的微观孔隙结构产生了损伤,孔隙度明显提升,提高百分比为96%,大孔和中孔所占比例提高,超临界CO2作用对孔起到了一定的疏孔扩孔的作用,从而有利于瓦斯的抽采。

豫东马桥详查区煤系气成藏地质特征40-46

摘要：为了探讨豫东煤系气生成、资源赋存规律和成藏可能,指导区内煤系气资源的勘探开发工作,以马桥详查区为研究对象,基于区域地质和储层地质条件,结合煤岩镜质体反射率、有机碳含量,以及孔渗性、吸附性等物性测试结果,剖析了煤系储层的空间分布及物性特征,探讨了煤系生烃潜力和成藏的可能性。结果表明：（1）区内煤系烃源岩为煤层和泥岩层,其中煤中镜质组含量高,变质程度深,生烃量大,为主要生气母质,而泥岩中有机质含量较低,生气能力有限。（2）煤体内微孔多,吸附能力强,加之砂、泥岩储层致密,孔隙度小,渗透率低,排驱压力较大,不利于气体的运移。（3）煤系经历了晚三叠世、晚侏罗世至早白垩世两期生烃高峰,期间煤层中气体压力较高,可以突破顶板泥岩的排驱压力运移至砂、泥岩层,但其富集成气藏的可能尚需要进一步研究。

湖南保靖龙马溪组页岩气富集主控因素分析47-54

摘要：为了查明湖南保靖区块龙马溪组页岩气富集的主控因素,基于研究区龙马溪组页岩样品测试成果,采用数理统计以及对比分析方法,分析了龙马溪组页岩气富集的地质条件以及富集影响因素。结果表明：龙马溪组底部岩层主要为黑色碳质泥岩,且含有大量笔石,优质页岩段厚8~16 m,总有机碳（TOC）含量普遍接近2%,干酪根类型以I型为主,Ro平均值大于2%,达到高热演化程度;龙马溪组岩层主要发育粒间孔和有机质孔,微裂隙相对发育,孔隙以微孔和中孔为主,为页岩气富集提供了足够的空间;孔隙度及渗透率较差,但脆性矿物质量分数较高（≥43%）,为后期的压裂改造提供了有利条件;龙马溪组TOC、构造保存条件、底部泥质深水陆棚微相和硅质深水陆棚微相,以及发育的孔裂隙系统为页岩气富集的主控因素。

训练样本对湿地分类精度的影响55-59

摘要：为探寻训练样本数量对湿地遥感影像分类精度的影响规律,基于统计学理论提出面向对象的分类方法,以GF-2影像为数据源,在构建标准训练样本集的基础上,研究KNN算法和SVM算法的线性函数、多项式函数、径向基函数在湿地分类中的适用性和有效性。根据分类统计和对比分析结果,得到了提取湿地要素时能够满足精度所需的最少训练样本数量。利用该方法在河南省三门峡市天鹅湖公园进行试验,提取3~10倍波段数的训练样本,对每个样本进行3次试验,得到96张分类图。结果表明,选取6倍波段数的样本数量,总体分类精度达到85%,Kappa系数达到0.8,符合分类精度要求,且训练样本数量较基于像素的监督分类方法大大减少,SVM算法分类精度优于KNN算法。

新郑市农田土壤属性高光谱综合反演模型60-68

摘要：为了实现基于高光谱分析的土壤属性的快速测定,以新郑市为研究对象,共采集154个土壤样品,在室内试验,获得土壤高光谱数据（350~2 500 nm）,对土壤样品在400~2 400 nm的光谱反射率进行Savitzky-Golay平滑后,进行一阶微分光谱变换,并与土壤pH,有机质（SOM）,碱解氮（AN）,速效磷（AP）,速效钾（AK）,Fe,Cr,Cd,Zn,Cu,Pb进行相关性分析,在P为0.01水平上的显著性检验基础上,利用模糊聚类最大树法遴选出一阶微分光谱变换下11种土壤属性的共用高光谱特征波段;基于面板数据模型,构建新郑市农田土壤属性的高光谱综合反演模型。结果表明：面板数据模型整体显著,拟合优度较高（R2v=0.977 6,DW=2.03,F=110.97）。模型精度检验AN,AK和Cd的相对分析误差在1.4~1.8间,说明模型具备一般预测土壤AN、AK和Cd含量的能力;Cr的相对分析误差在1.8~2.0间,表明面板数据模型具有定量预测Cr能力;pH,SOM,Fe和Zn的相对分析误差在2~2.5间,说明模型具有很好的定量预测pH,SOM,Fe和Zn的能力;AP,Cu和Pb的相对分析误差大于2.5,说明模型具有极好的预测AP,Cu和Pb的能力。面板数据模型可以通过一次建模综合反演多种土壤属性,计算简便,速度快,可用于新郑市农田土壤属性的高光谱快速获取。

焦作市公园土壤中Mn,Zn,Cr,Ni,Cu污染现状及生态风险评价69-76

摘要：为探究焦作市公园土壤重金属污染状况,以焦作市3个代表性公园的土壤为研究对象,对其部分重金属的污染状况及生态风险进行评价。结果表明：（1）研究区域内表层每千克土壤中5种重金属元素Mn,Zn,Cr,Ni,Cu的质量平均值分别为609.42,100.15,62.74,32.93,19.21 mg,5种重金属元素的平均变异程度由大到小依次为Zn〉Cr〉Ni〉Cu〉Mn;（2）单项污染指数、内梅罗综合污染指数及富集因子的计算结果显示,土壤污染程度由重到轻排名为人民公园〉龙源湖公园〉森林公园;（3）生态风险评价结果显示,公园土壤中Ni的生态风险指数最大,但从整体来看,3个公园的污染程度都在安全范围内,不会对游客的健康造成不良影响;（4）相比国内其他城市的公园,焦作市公园土壤中重金属元素的污染程度相对严重。

Fe（Ⅲ）对含水层中As的固化过程与机理研究77-84

摘要：As在地下水中的富集和迁移行为主要受含水层氧化还原条件、沉积物吸附解吸作用以及Fe氧化物共沉淀过程等控制。以高As地下水为研究对象,通过动态砂柱穿透试验以及SEM、EDX等表征手段,研究了Fe（Ⅲ）注入后对含水层中As的固化过程和机理。试验期间FeCl3在2 mm砂柱内的累积沉积量为2.469 g,沉积率为50.01%;Fe（Ⅲ）,As（Ⅲ）和As（V）在含水层介质中的迁移速率分别为地下水流速的0.002 1倍,0.010 80倍和0.009 1倍。Fe（Ⅲ）对As（Ⅲ）和As（V）的固化速率分别为1.09×10~（-3）,7.38×10~（-4）cm·h~（-1）,固As带厚度分别为0.722,0.669 cm,As的动态固定量分别为1.707 8,2.524 mg·g~（-1）。结果表明：人为增加含水层中Fe氧化物含量,能有效地将地下水中的As固定在含水层中,终止其释放过程,在降低As含量的同时有效阻止迁移过程的进一步发生;该固化过程主要依靠Fe（Ⅲ）的水解产物与As之间形成的静电和专性吸附而实现。在此基础上得到的相关理论数据能为今后规模化开展原位固As修复技术提供基础性指导。

微坑阵列的粒子掩膜电沉积工艺及其均匀性研究85-89

摘要：周期性微纳米结构阵列可以显著改变金属零件的表面性能。提出一种以电泳法制备胶体粒子掩膜、在其间隙中电沉积金属制作微坑阵列的工艺,采用有限元仿真和试验对胶体粒子掩膜电沉积过程进行了研究,并对改善微坑阵列均匀性的工艺进行了探讨。结果表明：电流密度和沉积时间影响微坑形貌和均匀性;电沉积过程中的析氢副反应是影响掩膜粒子能否在基底上保持的主要因素;适当的热处理工艺可改善胶体粒子掩膜电沉积微坑阵列的均匀性。

3-RSS/S并联机构位姿误差的数值分析方法90-97

摘要：位姿精度是机构的重要性能指标,也是并联机构结构分析的难点之一。针对在3-RSS/S并联机构误差分析中采用全微分方法忽略高次项会使精度下降的问题,提出采用数值分析的方法来研究位姿误差：基于逆向运动学模型,通过不含误差的机构尺寸参数进行逆解计算,得出机构的输入参数;基于正向非线性运动学模型,以原姿态角作为迭代初值,计算出包含误差时的动平台末端姿态,进而计算出位姿误差;根据设定的误差源分布规律,基于蒙特卡洛方法随机生成机构尺寸参数的误差,计算得到位姿误差的分布规律;遍历整个工作空间,得到位姿误差在整个工作空间中的数字特征值与分布规律。通过三维建模方法验证了数值计算的正确性,通过算例验证了该方法的可行性与有效性,为3-RSS/S并联机构的精度研究奠定了基础。

燃煤锅炉烟气湿法脱硫超低排放的微比例试验研究98-104

摘要：基于自行搭建的烟气湿法脱硫实验台,对不同参数条件下的烟气脱硫效果进行试验研究。定量分析了烟气温度、SO2质量浓度、烟气量、表面活性剂含量、喷淋层数以及托盘孔径等条件对脱硫效率的影响规律。最后,针对中铝中州分公司2×220 t/h锅炉进行烟气脱硫超低排放工艺逆向放大设计。结果表明,SO2排放质量浓度为30.9 mg/Nm~3,脱硫效率达97.5%,满足电站锅炉烟气超低排放指标。

基于混合蛙跳算法优化人工势场的路径规划方法研究105-110

摘要：针对传统人工势场在路径规划时易陷入局部极小、目标不可达和狭窄通道左右摆动的问题,提出了一种改进人工势场算法。该改进算法将目标距离引入斥力函数解决目标不可达问题：将斥力分解为由障碍指向机器人的分量和垂直于机器人与障碍连线的分量,分别用于阻止机器人接近障碍和引导机器人离开障碍。针对蛙跳算法迭代速度慢的问题,提出了改进混合蛙跳算法来提高蛙跳算法的进化速度和精度,并用于优化人工势场的参数以提高路径规划性能。仿真试验验证了所提出算法的有效性。

再加热条件下钢内微孔隙氢压模型及其应力场111-115

摘要：为了探明再加热过程中白点的复杂萌生机理,以微孔隙缺陷为研究对象,结合再加热过程中氢压理论、气体状态方程和再加热过程中的微孔隙应力应变特征,建立再加热条件下微孔隙氢压应力场分析模型。针对钢制工件内微孔隙在再加热条件下,加热温度、微孔隙初始氢压强度和金属膨胀等多因素耦合作用下微孔隙的氢压强度的变化特征及周围应力场的随动特性进行了定性分析。结果表明：孔隙形态对其周围应力场的影响十分明显,决定了微孔隙周围次生裂纹的萌生特性;在氢分子激活转化温度（400℃）附近,氢压的突然消失导致了微孔隙应力场的随动突变;在微孔隙周围,始终存在着较大的剪切应力,极易导致次生滑开型裂纹的萌生和扩展。

一种基于可变功率负载电流波形的基波估计算法116-121

摘要：为了实现可变功率负载的非侵入式辨识,提出一种基于负载电流波形的特征辨识解决方案。由可变功率负载的电流波形出发,借助其结构上的特点,如波形的周期性、奇对称性等,运用离散傅里叶变换,由零电流区域的数据建立待解方程组。同时为了降低求解的复杂度,在满足精度要求的情况下,忽略模值极小的高次谐波。将方程组写成矩阵形式,经由行列变换,根据高斯消去法得出矩阵行阶梯式,进而得到求解负荷基波电流的关系式,即基波与高次谐波之间的函数关系。仿真计算结果证明了所提算法的有效性。