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期刊信息/Journal information
河南理工大学学报（自然科学版）
河南理工大学
河南理工大学学报（自然科学版）

河南理工大学

邹友峰

双月刊

1673-9787

zkxb@hpu.edu.cn

0391-3987068 3987253

454000

河南省焦作市世纪大道2001号

河南理工大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Henan Polytechnic University(Natural Science)北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊为河南省教育委员会主管、焦作工学院主办的煤矿开采类学术性刊物，面向国内外公开发行，是国内外多家数据库和文摘刊物的重要收录源刊，《中国矿业文摘》中文常用核心期刊。
正式出版
收录年代

    防隔水煤柱定向爆破应力转移机理及参数优化设计

    刘少伟郭泽政冯超牛帅...
    1-9页
    查看更多>>摘要：目的 针对内部存在断层的防隔水煤柱在采动影响下应力场持续变化对其稳定性和工作面安全开采造成极大威胁的问题,方法 以鹤壁中泰矿业有限公司3309工作面为工程地质背景,采用理论分析、正交试验和FLAC3D数值模拟试验,研究定向爆破应力转移保护防隔水煤柱的影响因素以及不同切顶深度和切顶角度下防隔水煤柱内部应力分布特征.结果 结果表明:随着切顶角度和切顶深度增加,垂直应力集中区逐渐向深部转移,但当切顶深度和切顶角度达到一定数值后,继续增加切顶角度或切顶深度对应力集中区位置及垂直应力峰值影响不再明显,对比不同方案防隔水煤柱内部测线数据可知,当切顶深度为15 m、切顶角度为15°时,应力集中区距回风巷距离最远,最远距离为19.76 m,应力峰值最小,最小值为15.65 MPa.结论 采用定向爆破技术可以实现切顶卸压应力转移,能够阻断回风巷上覆岩层与防隔水煤柱周边岩层的联系,将防隔水煤柱靠近回风巷一侧应力向深部转移,以减少采动对防隔水煤柱的影响;现场工业性试验结果验证了选定方案切顶深度15 m、切顶角度15°的合理性,防隔水煤柱内部实现了应力转移,选定方案的成功应用有效提高了防隔水煤柱的稳定性,能够满足安全生产要求.研究结果可为类似地质条件下内部存在断层的防隔水煤柱的应力转移保护提供参考依据.

    定向爆破应力转移断层数值模拟防隔水煤柱正交试验

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    不同预氧化温度破碎煤在轴压下的自燃特性

    徐永亮吴晋东李敏杰张健...
    10-17页
    查看更多>>摘要：目的 为了探究采空区破碎煤在应力状态下的氧化自燃特性,方法 采用荷载加压煤自燃特性参数测定装置,研究不同预氧化温度破碎煤在不同轴压状态下的自燃特性,分析破碎煤在氧化过程的耗氧速率、特征温度点、气体生成和表观活化能等特征参数变化规律.结果 结果表明:轴压会增强煤的自燃特性,具体表现为耗氧速率增加,CO和C2H4气体体积分数增大,氧化特征温度点前移,表观活化能减小;轴压为0,4 MPa时,预氧化温度70℃煤样的氧化特性最强,轴压为8 MPa时,预氧化温度升高导致煤样的氧化特性降低;结合耗氧速率、指标气体和表观活化能的变化,表明预氧化温度70℃的煤自燃倾向性更高,更易复燃.结论 (1)不同预氧化温度煤样的自燃特性在轴压的影响下表现一致:轴压会增强煤的氧化特性,更容易到达快速氧化阶段.(2)不同轴压下预氧化温度对煤样的自燃特性影响存在差异:预氧化温度升高反而会降低煤样的氧化特性,表明在高轴压影响下煤体预氧化温度越高,其氧化特性越弱.

    轴压耗氧速率特征温度点指标气体表观活化能自燃倾向性

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    深部强矿压工作面水力压裂裂纹扩展规律研究

    陈立伟王东杰边乐
    18-28页
    查看更多>>摘要：目的 为了研究深部强矿压工作面水力压裂裂纹扩展规律,方法 以余吾煤矿的3号煤层S5207回风巷为工程背景,首先建立水力压裂力学模型,分析最大周向拉应变准则和裂纹扩展准则,其次通过三维数值模拟,分析水力压裂裂纹扩展影响因子D和地应力对水力压裂裂纹扩展规律的影响,并根据现场情况设计水力压裂试验方案,实施水力压裂增透技术,分析现场施工效果.结果 结果表明:预制裂纹沿着与原裂纹呈一定角度开裂并向外延伸,其扩展方向最终与最小主应力方向垂直;随着D增大,裂纹与原裂纹的夹角越来越小,当D较大时,裂纹呈现自相似的扩展状态;不同应力场下,裂纹扩展轨迹主要取决于主应力方向,最终与最小主应力方向垂直,水力裂缝为垂直缝,且在裂纹尖端有应力集中现象;现场监测发现,裂纹扩展符合最大周向拉应变准则,裂纹尖端沿着环向拉应变最大的地方扩展,环向拉应变达到最大时裂纹开始扩展,压裂过程中出现了较大环向裂隙,裂纹沿垂直于最小主应力方向延伸,与S5207回风巷的最大水平主应力方向大致相同,与数值模拟结果接近.结论 研究结果可为深部强矿压工作面水力压裂提供参考和依据.

    水力压裂裂纹扩展强矿压深部岩体数值模拟回风巷

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    不同加载速率对煤岩组合体巴西劈裂特性的影响

    陈岩王嘉豪邓良涛洪紫杰...
    29-36页
    查看更多>>摘要：目的 为了研究煤岩组合体在采掘过程中的抗拉特性,方法 以煤岩组合体为研究对象,利用RMT-150B实验机对其进行不同加载速率下的巴西劈裂试验,分析加载速率对煤岩组合体劈裂破坏的强度特征、破坏形态、能量特征和裂纹演化的影响.结果 结果表明:煤岩组合体的应力-应变曲线大致经历了压密阶段、弹性阶段、屈服阶段、破坏阶段,其破坏模式与加载速率无关,均沿着圆盘交界面裂成两半;煤岩组合体的抗拉强度与加载速率呈正相关,加载速率较小时,试样的抗拉强度随加载速率变化十分显著;当加载速率增大时,试样的抗拉强度增幅减小;不同加载速率下,煤岩组合体试样的能量集中在0.33～0.42 J,且试样抗拉强度越大,损伤所需的能量也越大;应力-裂纹应变峰前曲线经历裂纹闭合阶段、弹性阶段、裂纹扩展阶段,轴向裂纹损伤应力与抗拉强度值接近,裂纹参数具有明显的加载速率效应.结论 研究结果对于揭示煤岩组合结构拉伸破坏机理具有重要理论价值.

    煤岩组合体巴西劈裂强度特征能量特征裂纹演化

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    泥质粉砂岩粒度分形特征及其与抗剪强度参数的关系

    李东杜俊刘磊熊治茗...
    37-45页
    查看更多>>摘要：泥质粉砂岩堆石料剪切力学特性与分形特征的相关性研究对排土场边坡稳定性具有重要意义.目的 为探究不同粗粒含量下泥质粉砂岩堆石料力学响应特性,并探讨其与分形维数的相关性,方法 以不同粗粒含量堆石料为研究对象,开展室内直剪试验,分析土体在不同粗粒含量下抗剪强度参数与分形维数之间的相关性并揭示其力学响应机理.结果 结果表明:泥质粉砂岩堆石料抗剪强度受粗粒含量影响显著,相同垂直压力下堆石料抗剪强度随粗粒含量增加而增大,以垂直压力 2 000 kPa为例,粗粒含量由 20%增加到 80%,其抗剪强度增幅19.66%.抗剪强度参数与粗粒含量密切相关,随着粗粒含量增加,黏聚力减小,内摩擦角增大,内摩擦角受粗粒含量影响更显著.分形维数随着粗粒含量增大呈减小趋势,它可表征堆石料颗粒级配组成及不均匀特征,当分形维数为1.887～2.631时,表明堆石料为级配良好的土体.分形维数与粗粒含量和抗剪强度参数之间存在相关性,分形维数与黏聚力呈正相关,与粗粒含量和内摩擦角均呈负相关.结论 粗粒含量对泥质粉砂岩堆石料的力学性质影响显著,同时分形维数可作为评价堆石料级配和不均匀特征的重要参数.

    泥质粉砂岩粗粒含量直剪试验剪切特性粒度分形

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    基于神经网络模型的煤层气产能预测研究

    金毅郑晨晖宋慧波马家恒...
    46-56页
    查看更多>>摘要：目的 煤层气产能主要受地质和工程因素影响,阐明这些因素对煤层气井产能的影响机制是实现储层精细改造和煤层气井提产的基础.方法 本文以沁水盆地柿庄南区块为研究对象,综合考虑地质背景、储层物性和动态排采数据,利用神经网络算法开展煤层气产能预测.首先,利用灰色关联分析法遴选出10个地质参数作为煤层气产能预测的主控因素,在此基础上,运用模糊数学法实现研究区34口煤层气井富集区划分,最后,根据分类结果,结合实际排采数据,分别利用BP(back propagation)和LSTM(long short-term memory)神经网络算法实现煤层气井日产气量预测.结果 结果表明:(1)渗透率、含气饱和度和储层压力梯度等10个参数是影响研究区煤层气产气性能的关键因素;(2)利用模糊数学评价方法评价煤层气的富集,可将研究区34口井产气效果划分为有利区、较有利区和不利区;(3)依托LSTM算法建立了煤储层日产气量预测模型,预测误差值为 4.06%～14.79%,平均误差值为 11.09%,预测精度明显高于BP神经网络模型,结论 根据LSTM算法建立的煤储层日产气量预测模型稳定性好且预测精度高,可作为煤储层产能长程预测的一种有效手段,进而为煤层气开发工艺布施与排采方案制定提供科学依据.

    LSTM神经网络BP神经网络灰色关联分析产能预测

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    基于优化MaxEnt模型的怒江州滑坡易发性评价

    李益敏向倩英邓选伦冯显杰...
    57-67页
    查看更多>>摘要：目的 怒江州是典型的高山峡谷地区,地质灾害(滑坡)频发,严重制约着当地的发展.为解决这一问题,方法 综合考虑怒江州实际情况,从气象水文、地形地貌、地层岩性、植被生态和人类活动5个方面选取坡向,高程等14个影响因子,判断滑坡与各影响因子间相关性,构建评价指标体系,对最大熵(maximum entropy,MaxEnt)模型的特征类(feature combination,FC)和正则化乘数(regularization multiplier,RM)参数进行优化,对比优化前后小样本赤池信息量准则(akaike information criterion,AIC)、遗漏率(omission rate,OR)和 AUC(area under curve),并基于优化的MaxEnt模型预测滑坡灾害的发生,实现怒江州滑坡易发性评价.结果 结果表明:优化后的MaxEnt模型在研究区滑坡易发性预测中适用性优秀(AUC=0.913);运用刀切法(Jackknife)计算各影响因子对易发性的影响程度,高程(S3,23.2%)、坡度(S9,22.4%)、居民点密度(S5,14.2%)、距河流距离(S13,13.7%)、距道路距离(S4,9.6%)和岩性(S7,8.7%)是前六位影响因子,累计贡献度达 91.8%;极高、高、中、低滑坡易发性等级的空间占比分别为4.88%,8.96%,18.40%,67.76%,县域中极高和高易发区占比最大的是泸水市,整体上看,极高、高易发区主要沿河流和道路分布于峡谷中,低易发区主要分布于人类活动少、河谷不发育的区域.结论 优化后的MaxEnt模型更适合怒江州滑坡易发性预测,研究结果可为怒江州防灾减灾与土地利用规划提供参考.

    怒江州最大熵模型滑坡易发性

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    北秦岭南召盆地太山庙组下部凝灰岩锆石U-Pb年龄及其地质意义

    刘超梁天杨文涛陈浩...
    68-79页
    查看更多>>摘要：晚三叠世卡尼期全球古气候发生明显转变,全球降水量增加,海水温度上升了6～8℃,大量陆源碎屑物质输入海洋,导致海洋中出现碳酸盐生产危机.北秦岭南召盆地太山庙组可能记录了卡尼期洪水事件.目的 为精确限定太山庙组沉积时代,凸显其地质意义,方法 采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法(LA-ICP-MS)对太山庙组下部凝灰岩进行锆石U-Pb同位素定年分析.结果 结果表明:凝灰岩锆石颗粒呈粒状、短柱状,无磨圆;阴极发光图像显示振荡环带结构明显;根据阴极发光图像和Th/U,认为太山庙组下部凝灰岩中18颗锆石均为火山来源,剔除轻稀土富集的锆石后,选择其中 15 颗锆石进行计算,得到其加权平均年龄为(241.4±1.3)Ma(1σ;MSWD=0.27),代表凝灰岩中锆石的结晶年龄;结合前人研究成果,计算出太山庙组下部平均沉积速率为20.6 m/Ma,太山庙组底界年龄约246 Ma,因此,太山庙组至少自中三叠世安尼期就开始沉积,至晚三叠世卡尼期末结束;根据南召盆地遗迹化石组合演化规律和植物孢粉变化,认为太山庙组沉积时期古气候发生了明显转变,由干旱炎热气候转变为温暖、湿润气候.结论 研究结果对北秦岭南召盆地三叠纪地层划分产生了新认识,有助于研究探讨南召盆地对卡尼期洪水事件的沉积响应.

    卡尼期洪水幕U-Pb同位素定年三叠纪南召盆地太山庙组陆相沉积火山凝灰岩

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    OT技术联合无人机LiDAR在矿区地表沉陷监测中的应用研究

    高奎英都伟冰陈建华杨彬...
    80-87页
    查看更多>>摘要：目的 为充分发挥不同尺度遥感监测在识别高强度煤炭开采地表形变方面的应用价值,方法 利用卫星影像偏移量追踪技术和无人机激光雷达技术分别获取矿区尺度和工作面尺度的典型沉陷区及其参数,并结合地面观测站数据论证这两种不同尺度遥感监测的差异性.结果 以神东矿区两景合成孔径雷达影像为例,利用偏移量追踪技术得到研究时段内矿区多处于地表沉陷中心,沉陷值为-3.8～0 m.无人机激光雷达技术有效识别出工作面尺度上的沉陷范围和量级,二次和三次采动区的地表沉陷量高于一次采动区的,有井下煤柱存在的区域沉陷量较小,沉陷量为-1.17～0 m.对比分析工作面两处典型区域无人机激光雷达差分数据与卫星偏移量追踪结果的差别,沉陷量较小的区域,偏移量追踪技术精度较高,沉陷量较大的区域,无人机激光雷达技术精度较高,两者得到下沉系数分别为0.61和0.72,说明无人机激光雷达获取的下沉系数更接近地面实测下沉系数.结论 研究结果可为大范围和高效开采沉陷监测提供参考.

    高强度开采偏移量追踪无人机激光雷达开采沉陷

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    平顶山煤田岩溶地热水中稀土元素的分布特征及其影响因素

    李延河武占辉李洁祥于振子...
    88-99页
    查看更多>>摘要：目的 为了探究华北型煤田深部岩溶地热水中稀土元素地球化学行为的指示意义,方法 以平顶山煤田为例,通过野外调查取样,室内测试,再结合稀土元素配分模式分析和赋存形态模拟等手段,探究深层岩溶地热水中稀土元素(rare earth elements,REEs)的分布特征与迁移规律.结果 结果表明,寒武系灰岩含水层中REEs质量浓度较低(0.054～0.244 μg/L),沿径流路径呈下降趋势;稀土元素(post-archean Australian shale,PAAS)标准化配分模式表现为MREEs和HREEs相对富集,LREEs相对亏损,并且具有明显的Eu正异常和程度不一的Ce负异常,且Ce负异常程度和Eu正异常程度从补给区到排泄区呈降低趋势;水化学平衡软件MINTEQ 3.1模拟结果表明,地热水中REEs以Ln(CO3)2-和LnCO3+络合态为主,随原子序数增大或pH升高,Ln(CO3)2-摩尔分数明显增大,而LnCO3+摩尔分数依次递减,另外,地热水中还存在少量LnSO4+,Ln3+,LnHCO32+,LnF2+和Ln(SO4)2-,其摩尔分数随原子序数增大依次减小,同时受地热水pH和HCO3-,SO42-,F-浓度共同控制;此外,岩溶地热水中还表现出明显的Y正异常和高ρ(Y)/ρ(Ho),可能与地热水富集Ca2+有关.结论 研究结果拓展了稀土元素在煤田水文地球化学研究中的应用,可为揭示矿区深部岩溶地热水补径排过程提供重要依据.

    平顶山煤田岩溶地热水水化学稀土元素

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