矿井CH4和煤尘的光声复合检测方法研究

煤矿瓦斯（CH4）爆炸常常与煤尘爆炸相互伴随发生,以往CH4和煤尘的浓度都是分开检测,不利于煤矿瓦斯煤尘爆炸的准确预测。本文利用气体滤波光声技术和光散射原理对矿井气体中CH4和煤尘质量浓度进行复合测量。分别采用两个气体滤波光声腔作为CH4测量光声腔和煤尘参比光声腔（CO测量光声腔）,在光源和光声腔之间建立CH4和煤尘的测量腔,记录其进入该测量腔后光声信号强度的变化,通过对两个滤波波长上CH4吸收和煤尘颗粒消光的相关处理,同时得到CH4浓度和煤尘质量浓度。实验数据表明,光声复合检测方法可以对CH4和煤尘质量浓度进行准确检测,准确度达到10-4数量级。     

煤尘爆炸特征参数影响因素研究

采用20L球形爆炸装置研究了煤尘粒径、浓度、点火能量对煤尘爆炸最大压力、爆炸最大压力上升速率的影响。研究结果表明,在煤尘粒径一定的条件下,随着煤尘浓度的增大,爆炸最大压力及爆炸最大压力上升速率先增大后减小,煤尘浓度在400~480g/m3之间取得爆炸最大压力最大值0.94MPa、爆炸最大压力上升速率最大值28.79MPa/s;在煤尘浓度一定的条件下,爆炸最大压力不随煤尘粒径的减小而单调变化,爆炸最大压力上升速率随煤尘粒径的减小而逐渐增大;随着点火能量的增大,爆炸最大压力及爆炸最大压力上升速率明显增加。     

化工厂可燃物扩散浓度与爆炸极限的关系分析

在测量可燃物扩散浓度测量问题的研究中,化工厂可燃物扩散浓度存在地域性、差异性、随机性,导致可燃气体的温度和压力出现较大波动,导致传统的依据温度、压力以及含氧量因素分析可燃物爆炸极限的方法,无法对可燃物爆炸极限进行准确的界定,效果不好.提出了多角度可燃物扩散浓度与爆炸极限关系分析方法,分析了化工厂可燃物扩散浓度较高和较低与爆炸极限间的关系,研究了爆炸极限与临界氧浓度间的关系,分析加注惰性气体后对临界爆炸极限的影响,提高了允许爆炸的最小可燃物扩散浓度,可在较高的可燃物扩散浓度下达到抑制爆炸的效果.实验结果说明,上述方法在不同的可燃物扩散浓度等级下,分析可燃物爆炸风险的评估效率、时间和准确率都高于传统方法,可对化工厂可燃物扩散浓度与爆炸极限的关系进行准确分析.     

煤尘二次爆炸特性研究

利用20L球形爆炸装置研究了煤尘浓度、煤尘粒径和点火能量对煤尘二次爆炸特性的影响,并与煤尘一次爆炸特性进行了对比分析。结果表明:随着煤尘浓度的增加,煤尘二次爆炸最大压力和爆炸压力最大上升速率均先增大后减小,一次爆炸与二次爆炸的最大压力差先减小后增大,一次爆炸与二次爆炸的压力最大上升速率差先减小后增大再减小;随着煤尘粒径的减小,煤尘二次爆炸最大压力和爆炸压力最大上升速率不断增大,一次爆炸与二次爆炸的最大压力差及压力最大上升速率差均先增大后减小;随着点火能量的增加,煤尘二次爆炸最大压力和爆炸压力最大上升速率,以及一次爆炸与二次爆炸的最大压力差及压力最大上升速率差均呈增大的变化趋势;煤尘二次爆炸最大压力和爆炸压力最大上升速率与一次爆炸时相比均减小;煤尘浓度为煤尘二次爆炸特性与一次爆炸产生差异的主要影响因素。     

煤尘二次爆炸燃烧持续时间及残留气体分析

利用20L球形爆炸装置在不同煤尘浓度、粒径及点火能量条件下进行了煤尘二次爆炸实验,分析了煤尘浓度、粒径及点火能量对燃烧持续时间及残留气体的影响。结果表明:在相同条件下,煤尘二次爆炸燃烧持续时间大于一次爆炸燃烧持续时间;点火能量对二次爆炸燃烧持续时间的影响最大,煤尘粒径的影响最小;随着煤尘浓度的增大,二次爆炸燃烧持续时间先减小后增大;随着煤尘粒径减小或点火能量的增大,二次爆炸燃烧持续时间不断减小;对于相同条件下的同种气体,煤尘二次爆炸后残留气体体积分数均小于一次爆炸后;在一定范围内,随着煤尘粒径减小,二次爆炸后残留的CO体积分数不断减小,CO,CO_2体积分数的比值减小,CH_4体积分数增大;随着点火能量的增大,二次爆炸后残留的CO和CH_4体积分数均不断增大,CO,CO_2体积分数的比值呈增大趋势。     

高温热源表面点燃甲烷和煤尘实验研究

煤矿采空区煤自燃高温区域可能导致甲烷/煤尘爆炸,有必要开展煤自燃诱发瓦斯/煤尘爆炸的研究。目前基于电火花诱发方式对瓦斯/煤尘爆炸特性的研究不能充分反映采空区内煤自燃诱发瓦斯/煤尘爆炸的特性,针对该问题,利用自主研制的40L气体爆炸设备研究在高温热源表面点火方式下甲烷/煤尘爆炸特性。结果表明:(1)通过高温热源表面点火方式得到的甲烷/煤尘爆炸过程与甲烷/空气爆炸过程一致,均可分为3个阶段。(2)甲烷/煤尘的3个爆炸参数(爆炸压力、压力上升速率和爆炸温度)随甲烷浓度的变化规律一致,即先随着甲烷浓度的增加而升高,达到峰值后随甲烷浓度的增加而降低;当甲烷浓度小于转折浓度时,甲烷/煤尘的3个爆炸参数分别大于甲烷/空气相对应的爆炸参数;当甲烷浓度大于转折浓度时,甲烷/煤尘的3个爆炸参数分别小于甲烷/空气相对应的爆炸参数;由于煤尘的加入,甲烷/空气的3个爆炸参数的转折体积分数由11.5%分别降至9.5%,10.5%和9.5%,峰值分别增加了0.8%,6.9%和0.8%,且规律性下降。(3)由于点火方式不同,爆炸温度的变化规律不同:电火花引爆甲烷/煤尘后爆炸温度在下降阶段(Ⅲ阶段)再次出现升高的现象;高温热源表面引爆甲烷/煤尘后爆炸温度变化规律与未加入煤尘时保持一致。(4)对煤尘点燃温度预测函数进行了修正,修正后的拟合优度提高了20.05%;结合实验数据得到了煤尘在高温热源表面点火方式下的点燃温度预测函数。     

电子鼻系统对危险爆炸物的识别研究

采用纳米氧化锌厚膜气体传感器组成的阵列对硝铵、矿山炸药、苦味酸、2,4二硝基甲苯(DNT)4种典型爆炸物样品进行了实验。称取4mg爆炸物样品,采用动态实验对18只传感器进行筛选、优化,得到6个最优元件组成的阵列。采用静态实验考察了传感器的检测能力,结果表明:随着待测样品浓度的增加,6个传感器的灵敏度均呈指数上升,且该方法能够检测到4种爆炸物样品的最小浓度均低至3.34μg/L。为进一步与实际应用相接近,采用完全动态小剂量实验,结果表明:在15.4μg/L浓度处提取斜率最大值为特征值对阵列进行判别函数分析,可使4种典型爆炸物在该浓度水平能够完全区分。     

抚顺石化爆炸又一次触目惊心

2011年1月19日上午9点25分，位于抚顺东州区石化分公司石油二厂的重油催化装置稳定单元发生闪爆事故（闪爆，是当易燃气体在一个空气不流通的空间里，聚集到一定浓度后，一旦遇到明火或电火花就会立刻燃烧膨胀发生爆炸。一般情况只是发生一次性爆炸，如果易燃气体能够及时补充还将多次爆炸），30余名受伤人员被送到附近医院接受治疗，附近居民感到明显震感。截至19日19时，爆炸已致1人死亡2人失踪。     

褐煤煤尘爆炸固态残留物粒度变化及气态残留物可燃性分析

煤尘爆炸固态、气态残留物是分析起爆地点、传播路径的物证及部署救援工作的依据。采用20L球形爆炸系统对不同浓度、不同粒径的褐煤煤尘进行爆炸实验,分析了褐煤煤尘爆炸固态残留物的粒度变化和气态残留物的可燃性。结果表明:褐煤煤尘爆炸固态残留物的粒度范围较原始褐煤煤尘有所扩大;煤尘浓度一定时,随着煤尘粒径减小,褐煤煤尘爆炸固态残留物的D_(10)变化率趋于负向增大,D_(50)变化率在10%～20%范围内波动,D_(90)变化率趋于正向增大;煤尘粒径一定时,随着煤尘浓度增大,褐煤煤尘爆炸固态残留物的D_(10)先减小后增大,而D_(50)和D_(90)不断增大;褐煤煤尘爆炸气态残留物中主要含有O_2,CO,H_2,CO_2,CH_4,C_2H_6,C_2H_4,C_2H_2,C_3H_6;随着煤尘粒径减小或浓度增大,气态残留物中O_2和CO_2含量不断减小,CO,H_2及CH_4等烃类气体含量不断增大;煤尘粒径一定时,100～200g/m~3浓度范围内的褐煤煤尘爆炸气态残留物的可燃性指数小于1,表明气态残留物不可燃,300～600g/m~3浓度范围内的褐煤煤尘爆炸气态残留物的可燃性指数大于1,表明气态残留物可燃;煤尘浓度一定时,180～250μm粒径范围内的褐煤煤尘爆炸气态残留物的可燃性指数小于1,表明气态残留物不可燃,38～180μm粒径范围内的褐煤煤尘爆炸气态残留物的可燃性指数大于1,表明气态残留物可燃;气态残留物中H_2和CO含量是影响褐煤煤尘爆炸气态残留物是否可燃的关键因素,且H_2的影响程度最大,CO次之。     

水煤气-空气混合气体爆炸极限与浓度关系的统计分析

研究水煤气与空气混合时煤气的爆炸极限与所含各组分浓度之间的关系；使用SPSS统计软件，运用相关分析和主成分分析，对大量实验数据进行统计分析，得到了影响水煤气浓度爆炸极限的主要因素以及爆炸极限计算公式；结果表明，煤气中的可燃性组分以各自独特的支链反应特征对爆炸极限产生影响，惰性组分通过改变可燃性组分的相对含量，对爆炸极限产生间接影响，通过主成分回归得到的计算公式能够很好地拟合和预测水煤气一空气多元混合气体的爆炸极限，计算结果明显优于文献方法。     

煤自燃气体特征及其对瓦斯爆炸下限影响实验研究

现有研究大多从煤自燃单组分气体或部分组分混合气体角度对瓦斯爆炸极限进行分析,而对煤自燃过程中不同阶段产生的混合气体对瓦斯爆炸极限的影响分析不足,对煤自燃与瓦斯爆炸的耦合致灾开展的实验研究较少。针对上述问题,通过模拟煤自燃实验装置研究了煤自燃过程中气体生成特征规律;采用20L球形爆炸装置对瓦斯混合煤自燃各个阶段生成气体进行实验,研究了煤自燃气体对瓦斯爆炸下限的影响。实验结果表明,实验煤样自燃过程中产生的可燃性气体主要为CH_4,CO,C_2H_4,C_2H_6,C_2H_2等,其中CH_4和CO体积分数最高,最高体积分数分别为0.75%和0.37%;煤自燃不同阶段产生的可燃性气体含量随自燃时间的增加和温度的升高均呈现增大趋势,煤自燃加热初期,温度小于80℃主要产生了CH_4,CO可燃性气体,CO可以作为煤自燃缓慢氧化阶段的标志气体;随着自燃时间的持续,温度超过80℃后,开始产生C_2H_4和C_2H_6,随后逐渐产生C_3H_8气体,C_2H_4的出现表明煤氧化进入了加速阶段;煤氧化自燃后期,大约到220℃时出现C_2H_2,此时煤进入激烈氧化阶段;低体积分数的CO能抑制瓦斯爆炸,高体积分数CO能促进瓦斯爆炸,导致爆炸压力变大,爆炸下限降低;煤自燃过程中产生的混合气体增大了瓦斯爆炸压力,爆炸下限最大降低了0.55%,瓦斯爆炸的危险性变大。     

基于恒温谐波检测双回路瓦斯浓度仪研究

针对传统气体传感器检测范围窄、易中毒、使用寿命短等缺陷,提出基于恒温谐波检测的双回路瓦斯浓度检测系统。通过ATMEGA16实现低浓度的电化学检测电路切换高浓度的红外吸收检测电路,恒温惠斯通电阻电桥检测电路可减少温度场对传感器性能影响;应用谐波检测原理消除红外光路干扰,稳定光源的输出功率,提高灵敏度。利用拉格朗日插值定理进行温度补偿,可消除温度漂移带来的瓦斯浓度二值性问题,并能在5.3%瓦斯浓度处实现高精度的瓦斯爆炸预警。实验结果表明：双回路检测仪具有高灵敏度、测量范围广、精度高等特点,可应用在突出灾害时瓦斯大量涌出检测中。     

基于爆炸声音识别的煤矿瓦斯和煤尘爆炸感知方法研究

分析了煤矿瓦斯和煤尘爆炸特征：气体浓度发生突变;环境温度迅速升高;空气压力突然升高;产生火球和烟尘;产生较强的红外和紫外辐射;产生爆炸冲击波和火焰波;产生爆炸音。基于爆炸声音感知煤矿瓦斯和煤尘爆炸具有以下优点：(1)爆炸冲击波和火焰波衰减快,传播距离近;声波衰减慢,传播距离远。远离爆源的矿用拾音设备可用于煤矿瓦斯和煤尘爆炸感知。(2)与基于气体浓度和温度等传感器的煤矿瓦斯和煤尘爆炸感知方法相比,具有响应速度快的优点。(3)与基于视频图像的煤矿瓦斯和煤尘爆炸感知方法相比,具有不受粉尘、光照、遮挡等影响的优点。(4)矿用拾音设备成本低、易安装。(5)声音传播距离远,受巷道和分支影响小。(6)声音处理速度快,可在短时间内从各种声音信号中快速识别瓦斯和煤尘爆炸声音。提出了基于爆炸声音识别的煤矿瓦斯和煤尘爆炸感知方法：利用麦克风阵列拾音器采集监测区域的声音信号,经过归一化、分帧、添加类别标签等预处理后,提取声音信号特征,将特征输入到统计分类器中进行训练,建立煤矿瓦斯和煤尘爆炸声音识别模型;实时采集监测区域的声音信号,将提取的声音信号特征输入训练完成的煤矿瓦斯和煤尘爆炸声音识别模型中,判断是否为煤...     

军队火药静电爆炸风险评估模型的研究与仿真

研究军队火药静电环境中的爆炸风险准确评估问题.军队火药存储的弱静电信号极易受到火药挥发性气体的干扰,将造成静电离子浓度发生突变.传统的静电风险评估方法都是利用静电传感器对静电浓度进行评估的,假设静电离子受到火药气体的干扰,将造成静电离子浓度突变,导致静电风险评估准确性降低.为解决上述问题,提出了一种关于周期性评估算法的静电风险评估模型.利用信号频率差值方法,对静电信号进行滤波处理.采用周期性评估方法,建立静电风险评估模型,从而实现军队火药爆炸危险环境的静电风险评估.实验结果表明,改进算法能够提高军队火药爆炸危险环境中静电风险评估的准确性.     

基于神经网络的气体预警穿戴系统的温度补偿

气体预警穿戴系统采用电化学气体传感器检测作业现场的危害气体浓度,通常采用一元非线性回归模型对单一浓度下气体检测进行补偿来减少温度对浓度检测的影响,但此方法在特定浓度范围内工作就会有失其检测的准确性。该文采用BP神经网络模型对气体和温度传感器进行有效的数据融合,在特定浓度范围内消除温度对气体传感器交叉敏感的影响,从而改善气体预警系统的检测精度。通过MATLAB构建BP神经网络并仿真,发现数据融合后气体浓度线性度得到提升,温度稳定性有明显改善,使得气体预警穿戴系统的危害气体浓度的检测值比常规的一元非线性回归模型更加准确。     

浅谈石化装置防爆设计及爆炸危险区域划分

石油化工装置爆炸危险区域划分和防爆设计是工程设计中的一项基础性工作,它对于石油化工装置的建设、验收和运行都有很重要的作用,本文通过对国内外防爆设计手册和标准规范的学习,系统分析了爆炸危险区域和防爆设计的概念,并举例说明应用,以求正确指导爆炸危险区域划分和防爆设计。     

光纤NH_3气体传感器

设计开发了一种光纤NH3气体传感器．其探头结构采用指示剂＋内充液型。将指示剂吸附于阴离子交换膜上,敏感膜固定于光纤末端,气体穿过透气膜进入探头,使探头内部电解质溶液的pH值发生变化,从而改变了内充液中指示剂的共轭酸碱异构体的浓度比,检测限为2μmol／L．     

气体传感器在感度测试自动鉴爆中的应用

针对感度测试自动鉴爆的要求,选用合适的气体传感器,组建测试系统,实时采集感度试验时特定气体的生成量,进行预处理和特征量提取,再利用BP算法在线进行计算,根据鉴别准则进行鉴别。试验证明:提出的方法能实现爆炸鉴别的自动化,操作简单、识别率高。     

吸收式环境气体光纤传感器

介绍了用差动吸收法测量气体浓度的光纤遥测系统，并用可见光吸收实现对ＮＯ２浓度测量和用近红外光吸收实现ＣＨ４浓度测量。大气和工业污染环境中的其它气体分子浓度也可用类似方法测量。     

煤矿避难硐室压风净化试验研究

给出了避难硐室内有害气体平均浓度与供风量的关系计算式,通过试验分析了50人避灾时不同供风量工况下的避难硐室内CO2浓度分布,以及出风口布局对避难硐室内CO2浓度分布的影响。试验结果表明:人均供风量为84 L/min时,可将避难硐室内CO2体积分数控制在1%以下;避难硐室内仅设置1个出风口时,CO2浓度分布极不均匀,避难硐室内出风口应均匀布置在避难硐室长通道两侧,且出风口越多CO2浓度分布越均匀。