矿井火灾智能监测预警技术近20年研究进展及展望

为加强矿井火灾智能监测预警系统建设,提出了矿井火灾智能监测预警技术研究思路,从矿井火灾智能感知技术及装备、预测技术及模型、智能预警系统及平台3方面综述了矿井火灾智能监测预警技术研究进展。首先,总结了内外因火灾信息监测技术及装备,归纳了基于图像视频识别的识别流程,阐述了多源信息融合在火灾监测过程中的应用情况。其次,介绍了矿井火灾的预测技术及模型,包括支持向量机、人工神经网络、随机森林算法等机器学习算法。然后,阐述了矿井火灾预警系统及平台:在总结矿井煤自燃和外因火灾分级预警技术的基础上,介绍了矿井火灾预警系统平台的感知层、网络层、服务融合层以及应用层方面的进展内容;归纳了预警系统各层的内涵及应用框架;搭建了矿井火灾智能监测预警系统。最后,展望了我国矿井火灾智能监测预警技术的未来发展趋势,具体包括:在矿井火灾信息智能感知技术方面,提出加强传感技术及装备研发;在矿井火灾智能预测技术方面,提出加强隐蔽火源的位置探寻方法研究,构建火灾灾害透明化模型;在矿井火灾智能预警系统建设方面,提出将大数据融入智能判识,查明矿井火灾风险源及隐蔽火源位置的预报,实现特殊条件下煤自燃的预警。在矿井火灾智能判识与防控技术联动方面,提出利用大型语言模型在智能判识的基础上实现对矿井火灾的自适应防控。

基于PSO-SVM的矿井输送带火灾危险程度预测模型研究

矿井带式输送机输送带火灾严重威胁煤矿安全生产。矿井输送带火灾风险监测预警方面存在指标内在关联性差、火灾不同发展阶段的标志性气体和特征温度不明确、火灾风险预警指标缺失等难题。因此,采用热重红外联用仪和锥型量热仪装置,研究了矿井输送带火灾热解燃烧的特性,热解初始温度段,首先生成较多的CO_(2)、H2O以及少量CO、HCl,温度升至252℃时,HCl生成量开始迅速增加,298℃时HCl的生成量达到峰值1.26%;CO在416℃时生成量开始迅速增加,485℃时CO的生成量达到峰值0.29%;CO_(2)在整个热解过程中产生量最大,总结出CO、CO_(2)、HCl作为输送带火灾监测预警指标。建立了基于粒子群算法优化支持向量机的模型,并对模型进行了最优参数与效果的研究分析。为了验证模型的准确性和可靠性,采用最小二乘误差指标将PSOSVM与SVM预测结果进行对比。

楼梯结构对烟气蔓延及安全疏散的影响研究

为研究高层建筑火灾中楼梯结构对烟气蔓延的影响,运用PyroSim软件建立不同结构楼梯间的数值模型,使用FDS软件进行火灾烟气蔓延数值模拟,观测记录不同工况下烟气宏观高度随时间的变化,通过SPSS软件对观测值进行拟合分析,再结合烟气蔓延过程中楼梯间的温度、能见度及CO体积分数的变化情况,对人员安全疏散条件进行分析。结果表明:不同楼梯结构对烟气蔓延的阻碍作用差异明显,并且烟气在不同结构楼梯间内蔓延的宏观高度与时间均呈二次函数关系,其中具有中部隔墙结构的楼梯间防烟效果最佳,无梯井结构的楼梯间次之,存在梯井结构的楼梯间防烟效果最差,但综合各因素考虑,无梯井结构的楼梯间更有利于人员安全疏散。

纳米NiO对硅橡胶泡沫阻燃抑烟及热稳定性的影响

为提高硅橡胶泡沫(SRF)的阻燃性能和耐火性能,采用室温脱氢法制备以纳米NiO为阻燃剂的SRF材料,通过极限氧指数(LOI)、UL-94试验、锥形量热仪(CONE)和烟密度测试以及热重分析,并使用CoatsRedfern方法计算12种机理函数下SRF的热解活化能,研究纳米NiO对SRF体系阻燃抑烟性能和热稳定性的影响。研究结果表明:添加纳米NiO后,SRF的垂直燃烧等级均达到V-0级,添加20%纳米NiO时SRF的LOI为28.4%;对比原样,热释放速率峰值(PHRR)和生烟速率峰值(PSPR)分别降低了34.56%和72.22%,最大烟密度(MSD)和烟密度等级(SDR)分别下降了58.40%和52.20%,拉伸强度、断裂伸长率以及抗压强度分别增加了40%、65.93%和125.60%;20%的纳米NiO显著提升了SRF复合材料的活化能。研究结果可为SRF材料阻燃抑烟性能的研究提供借鉴。

沸石咪唑酯骨架材料阻燃聚合物研究进展

沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)作为金属有机框架材料(MOFs)的分支,不仅具有较大的比表面积,而且可包覆、吸附粒子。因而成为催化、分离等领域的研究热点,但在阻燃聚合物应用中研究较少。基于此,论述了ZIFs的基本结构,重点综述了近年来国内外ZIFs作为各种聚合物复合材料的高效阻燃添加剂及其对阻燃性能的影响。最后,对ZIFs阻燃剂未来发展的机遇和挑战进行展望。

我国煤矿防灭火材料的研究现状及发展趋势

基于煤自燃反应机理、发生发展必要条件及其影响因素,对我国煤矿主要使用的防灭火材料研究现状、灭火机理及优缺点进行了阐述与讨论,并根据其作用机理划分为物理型、化学型和物化协同作用型:物理作用方面,通过隔氧降氧、吸热降温等方法来抑制煤自燃;化学阻化方面,通过破坏或减少煤体中活性官能团,阻断自由基的链式氧化反应,达到防火目的;物化协同作用方面,结合物理和化学作用的新型复合防灭火材料实现了对煤氧化自燃的双重抑制。指出了目前煤矿防灭火材料存在的不足,包括防灭火材料作用机理研究不够完善、阻化性能稳定性较差、经济环保性有待提升、适用范围不够广泛等。提出未来防灭火材料的研究方向:以煤自燃机理和特性为基础,开展理论实验和数值模拟相结合的研究;以提升防灭火材料阻化性能为核心,研制物理化学协同作用的新型定向阻化材料;以改进经济环保性为主导,探寻绿色环保、价格低廉、工艺简单的原材料;以扩大适用范围为保障,实现“一剂多用”“一剂通用”的最佳抑制效果。

顶板楔形槽导控压裂对“三软”煤层增透影响的数值分析

采用理论分析和数值模拟的方法,开展顶板楔形槽导控压裂对"三软"煤层增透影响研究,揭示了顶板楔形槽导控压裂卸压及增透原理,分析了顶板楔形槽导控压裂过程中煤岩体的裂隙发展分布规律,对松软煤层水力压裂与顶板楔形槽导控压裂的效果进行了比较。研究结果表明,顶板楔形槽导控压裂可以有效地提高"三软"煤层的透气性。

顶板控制孔导控压裂对松软煤层增透影响的数值模拟研究

在分析顶板控制孔导控压裂卸压及增透原理的基础上,采用数值模拟的方法,开展了顶板控制孔导控压裂对松软煤层增透影响研究,得出了顶板控制孔导控压裂过程中煤岩体的裂隙发展分布规律。研究结果表明,顶板控制孔导控压裂可以有效地增加松软煤层的透气性。

含微胶囊化氢氧化铝有机硅泡沫阻燃抑烟特性

传统提高有机硅泡沫(SiFs)材料阻燃抑烟方法存在与有机硅基体相容性差的问题,将阻燃抑烟剂微胶囊化是解决上述问题的有效手段。文中采用溶胶凝胶法制备出微胶囊化氢氧化铝(MATH),并对其性能进行表征,利用万能拉力试验机、极限氧指数测试仪、烟密度测试仪、锥形量热仪研究了含MATH时SiFs材料的力学性能和阻燃抑烟性能。结果表明,MATH的包裹效果较好,且微胶囊化后氢氧化铝(ATH)的热稳定性提高。MATH能在不降低SiFs材料力学性能的同时,有效提高其阻燃抑烟性能。此外,研究了含MATH时SiFs材料的热氧分解过程和炭渣结构,分析了MATH/SiFs材料的阻燃抑烟机理。

贵州煤矿区大、中型断层对瓦斯赋存的影响

为探明贵州煤矿区大、中型断层对瓦斯赋存的影响规律,研究了贵州典型矿井同一煤层埋深相近情况下大、中型断层对附近100 m范围内瓦斯含量的影响情况。研究结果表明:距大、中型封闭性断层100 m范围内,断层使瓦斯含量平均增加42%,距断层越近,断层落差越大,断层对瓦斯含量的影响越明显。开放性断层使瓦斯含量平均降低31%,多半断层可使瓦斯含量降低50%以上。复合断层对附近瓦斯含量的影响较为复杂,对同一钻孔不同煤层或受同一断层控制的不同钻孔的影响差别很大。

采空区煤自燃“防-抑-灭”协同防灭火关键技术

采空区煤自燃容易造成资源的浪费和环境的污染,同时能够引发瓦斯燃烧、粉尘爆炸等重大灾害性事故,进而造成财产损失和人员伤亡。为进一步提升煤自燃“防-抑-灭”协同防灭火技术,推动我国煤炭资源的绿色开采,对采空区煤自燃的原因及影响因素进行了分析;全面阐述了现有的采空区火灾的预防、抑制与灭火技术,并对比分析了各类“防-抑-灭火”技术的优缺点,指出了治理采空区煤自燃过程中存在的问题。

基于正交试验和GA-SVM的硅胶发泡工艺参数优化

针对硅胶发泡工艺参数优选时存在的耗时、成本高和准确率低等问题,提出了一种基于遗传算法改进的支持向量机优化方法,该方法在正交试验的基础上利用遗传算法和支持向量机的优点,进行了极差、方差分析,建立了基于遗传算法优化的支持向量机模型GA-SVM,利用该模型对硅胶泡沫材料的表观密度进行了优化,并测试了优化后的硅胶泡沫材料微观结构、力学性能及阻燃性能。结果表明:将正交试验、遗传算法与支持向量机三者结合用于硅胶发泡工艺参数的优化可以明显提高发泡工艺设计效率,GA-SVM优化算法得到的预测值与实测值的相对误差在1.1%以内,且GA-SVM优化算法可获得比单纯使用正交试验更优的硅胶发泡方案,为硅胶发泡工艺参数优化提供了一种新的思路。

两规范手指口述安全确认管理法及其应用

淮南矿业集团潘一矿为了全面落实企业安全生产主体责任,提出两规范手指口述安全确认管理法。该方法着重从人的因素入手,提高人的安全可靠性,弥补煤矿生产技术装备和作业环境的缺陷。应用该方法可全面落实相关管理制度与要求,各级领导能够在生产过程中根据安全生产的变化不断改进制度、标准,适应技术装备进步的需要,作业人员能够在施工过程中落实标准,进行手指口述安全确认,做到不安全不生产。该方法激发了人的安全积极性,突出了各岗位人员防范事故的主动性,做到严格执行标准、灵活应用标准相结合,符合安全第一、预防为主、人人尽责、警钟长鸣等安全管理要求。针对该方法,潘一矿制定了完善的考核内容及保障措施,严格执行,提升了管理水平,提升了职工安全素质,有效降低了矿井工伤事故,实现了矿井自2009年以来杜绝责任死亡事故的良好安全效果。

含氢氧化铝铂金催化体系HTV阻燃抑烟硅橡胶的制备和性能

为研究含铂金(Pt)催化剂、氢氧化铝(ATH)热硫化(HTV)硅橡胶(SR)的阻燃抑烟性能,以ATH为阻燃剂制备Pt催化体系阻燃SR。通过氧指数和垂直燃烧测试确定Pt催化剂对SR的阻燃性能影响,选取阻燃效果最好的Pt催化剂用量配方制备含ATH阻燃SR,再通过氧指数测试、垂直燃烧测试、锥形量热仪测试和烟密度测试研究不同质量分数ATH对SR阻燃抑烟性能的影响。结果表明:Pt催化剂用量为1 wt%时,阻燃效果最好,随着ATH添加量由0增加至40 wt%,SR氧指数由27.9%增长至42.1%,点燃时间由36 s增加至192 s,总热释放量由18.9 KJ/m^2降至4.5 KJ/m^2,下降了76.1%.热释放速率峰值量由162.2 KW/m^2下降至53.3 KW/m^2,下降了67.1%,ATH添加量大于28 wt%时,SR阻燃等级达到UL-94V-0级。添加24 wt%ATH时最大烟密度和烟密度等级最低。综合考虑阻燃性能和抑烟性能,添加28 wt%ATH时SR的阻燃抑烟效果最好。

煤矿电缆火灾危险性研究

为了准确掌握煤矿电缆火灾危险性,采用NBS烟密度测试箱和锥形量热仪测试了煤矿电缆火灾烟气的光透过率、不同热辐射强度下电缆的点燃时间、热释放速率峰值(PHRR)、总热释放量(THR)、烟生成速率峰值(PSPR)和总产烟量(TSP),并对煤矿电缆火灾危险性进行了分析。结果表明:煤矿电缆光透过率下降很快,130 s基本降为0;与30 kW/m^(2)时相比,35 kW/m^(2)和40 kW/m^(2)时PSPR、TSP和到达PSPR时间均明显降低;随热辐射强度增加,煤矿电缆的PHRR增大,40 kW/m^(2)时THR是30 k W/m^(2)和35 k W/m^(2)时的1.99和2.43倍;热辐射功率越大,煤矿电缆火灾危险性越大。

基于肯特评分法和模糊推理的液压支架安全评价

应用肯特评分法,根据液压支架的特点对其进行了改进,使其适用于液压支架的安全评价。为保证评价结果的准确性,将肯特评分法与模糊推理进行结合,建立了新的评价模型。运用所建立的评价模型和事故树分析法对霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司木瓜煤矿10号煤层的ZZ6400/18/38液压支架进行了安全评价,发现所建评价模型能够解决各评价指标之间的模糊性问题,弥补了原肯特评分法会隐藏低分值和指标评分不一致时也可能得出相同评分值的缺陷。为验证评价模型的可靠性,采用事故树分析法对该液压支架再次进行分析,结果与所建模型结果一致。结果表明,所建模型结合了专家的丰富经验,也优化了肯特评分法,在保证结果准确性同时又具有操作简便的特点。

矿用无机固化泡沫充填材料研究及应用

针对井下堵漏风和密闭墙构建时存在的劳动强度大,密封效果差等缺点,研制了一种无机固化泡沫充填材料,通过大量的实验研究了泡沫掺量、水灰比和胶凝剂对材料性能的影响,并对其进行了现场应用。研究结果表明:泡沫掺量的增加和水灰比的增大均能使初凝时间增加,硫铝酸盐水泥充填材料的初凝时间是普通水泥充填材料的31%~44%;抗压强度随泡沫掺量增加而明显降低,硫铝酸盐水泥为胶凝剂时的充填材料抗压强度较大;泡沫掺量为1,2,3倍时的材料密度是未添加泡沫时的40%~46%,23%~33%和18%~24%,可以显著降低劳动强度;硫铝酸盐充填材料在内部孔结构方面优于普通水泥充填材料。研究成果可用于确定最佳的无机固化泡沫充填材料配方,现场应用表明材料密封效果和抗压强度好,具有广阔的应用空间。

硼酸锌和镁铝水滑石对硅橡胶泡沫性能的影响

采用室温脱氢法制备了以硼酸锌(ZB)和水滑石(LDH)为阻燃剂的阻燃硅橡胶泡沫(SiF)。对其力学性能进行了测试,并且通过极限氧指数(LOI)、UL-94试验、热重分析、锥形量热仪(CONE)和烟密度测试,研究了SiF的阻燃性能和抑烟性能。结果表明,SiF的阻燃抑烟性能、力学性能及热稳定性明显提高。添加2%ZB和1%LDH的SiF的LOI为31.4%,达到UL94-V0等级,热释放速率(HRR)和热释放总量(THR)分别降低了22.2%和30.4%。烟密度测试表明,添加ZB和LDH后,最大烟密度(MSD)和烟密度等级(SDR)均有降低。另外,含2%ZB和1%LDH的SiF的拉伸强度提高了57.9%,断裂伸长率提高了44.8%。添加ZB和LDH之后SiF复合材料具有良好的热稳定性和更致密的炭层。综合考虑,含2%ZB和1%LDH的SiF在阻燃、热稳定性及力学性能方面表现出优良的综合性能。

环保型硅胶泡沫阻燃抑烟及热分解特性

以铂(Pt)为催化剂,采用脱氢法制备了环保阻燃硅胶泡沫(SiFs),通过锥形量热仪测试方法分析其火灾危险性,并利用极限氧指数、烟密度和热分析等手段研究了催化剂Pt及阻燃剂超细氢氧化铝(ATH)、超细碳酸钙(CC)、超细氢氧化镁(MDH)和氢氧化铝/碳酸钙(ATH/CC)对SiFs阻燃抑烟和热分解特性的影响。研究结果表明,SiFs的火灾安全性优于聚氨酯(PU)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料。Pt含量对SiFs的阻燃及热分解特性影响显著,当Pt的质量分数为0.6%和0.9%时,SiFs的阻燃抑烟性能较好。Pt质量分数为0.9%时,SiF的初始分解温度最高,热稳定性好。阻燃剂添加量越多,阻燃效果越好,添加ATH的SiFs阻燃性能最好。ATH和MDH具有优异的抑烟性能,但添加ATH和MDH的SiFs力学性能随添加量增加而下降。此外,Pt及阻燃填料能够影响SiFs的初始热解温度,减缓热分解进程。

含氢氧化铝RTV-2硅橡胶泡沫的阻燃抑烟性能研究

为研究氢氧化铝对RTV-2硅橡胶泡沫材料阻燃性能的影响,利用端乙烯基二甲基硅氧烷、气相法白炭黑、α,ω-二羟基聚二甲基硅氧烷、含氢硅油和氢氧化铝等原料制成硅橡胶泡沫材料,对其氧指数、烟密度、热稳定性和力学性能进行测试。研究结果表明:氢氧化铝的量从5%增加到25%时,硅橡胶泡沫阻燃性能增强,氧指数增加到34.1%;发烟量减少,最大烟密度和烟密度等级最多降低50.9%和52%;热稳定性提升,质量损失最少为25.65%;力学性能降低。综合考虑材料的阻燃抑烟性能和力学性能,添加量为15%时最佳。对15%的试样进行CONE测试,与原样相比,其燃烧过程的热释放速率下降了51%,FPI值提升到0.5,FGI值降低到1.09,能够有效提高阻燃抑烟性能。