Ni-Cr薄膜换能组件静电响应特性与发火概率预测研究

针对电火工品在静电放电影响下可能发生误发火的问题,以Ni-Cr薄膜换能组件为研究对象,提出了一种分析其在人体静电放电下的响应特性,并预测发火概率的方法。首先,介绍了Ni-Cr薄膜换能组件系统架构,并建立了电火工品静电放电等效电路模型;其次,研究了Ni-Cr薄膜换能组件静电放电响应特性,分析了换能组件尺寸和放电电压对薄膜桥区温度的影响规律;最后,构建了Ni-Cr薄膜换能组件在统计特征下的输入条件,确定了换能组件失效判据,进而结合发火感度试验与数理统计方法,实现了在静电放电条件下电火工品发火概率的预测。研究结果表明:预测发火概率与试验值误差不超过5%,验证了本文方法的有效性。

镍铬硅薄膜换能元的制备及其发火性能研究

为了探索镍铬硅薄膜换能元的发火性能,采用MEMS工艺制备了镍铬硅薄膜换能元。利用扫描电子显微镜(SEM)和四探针法对镍铬硅薄膜进行了性能表征;依据GJB/Z 377B-2022感度实验中兰利法进行了镍铬硅薄膜换能元感度测试;在发火电压27 V、发火电容33μF条件下对镍铬硅薄膜换能元进行了发火性能测试。结果表明:镍铬硅薄膜表面平整、致密性较好,且具有负电阻温度系数,其换能元平均发火电压比镍铬薄膜换能元高;镍铬硅薄膜换能元作用过程中产生等离子体,瞬发度高。

基于上行开采方式的煤层群采空区自然发火规律研究

为了研究在上行开采方式下近距离煤层群采空区自然发火规律不清这一问题。采用数值模拟方法对开采煤层下方赋存1层采空区、2层采空区和3层采空区进行氧气运移情况和采空区遗煤自燃“三带”分布特征研究,从而研究出开采煤层采空区遗煤不会自然发火的工作面推进速度;结合国家能源集团宁夏煤业有限责任公司某煤矿煤层群上行开采3-2煤层实例,利用软件Comsol对其进行数值模拟,研究3-2煤层下部采空区漏风时,对采空区内遗煤自然发火的规律是否有影响。研究结果表明:当工作面推进速度大于3.17 m/d时,采空区遗煤不会自然发火。研究结果可为上行开采领域的采空区自然发火规律总结提供参考依据。

基于SSA-RBF神经网络的煤自然发火预测模型

为解决传统煤自燃预测模型预测状态单一和预测精度不高的问题,提出基于麻雀搜索算法(SSA)优化的径向基(RBF)神经网络煤自然发火预测模型。首先,采用程序升温试验分析煤样指标气随温度的变化特征,将煤自然发火过程按煤温分为缓慢(80≤t_(i)<120℃)、加速(120≤t_(i)<160℃)和激烈(t_(i)≥160℃)3个氧化阶段,同时分析这3个阶段指标气与煤温的灰色关联度;其次通过不同维度测试函数检验粒子群算法(PSO)、灰狼算法(GWO)和SSA算法性能;最后利用6个矿区数据验证基于SSA-RBF神经网络的煤自燃预测模型的优越性。结果显示,缓慢氧化阶段CO/ΔO_(2)、CO、C_(2)H_(4)这3种指标气体与煤温的灰色关联系数最大;而加速氧化阶段C_(2)H_(4)/C_(2)H_(6)、CO/ΔO_(2)、CO_(2)/CO_(3)种指标与煤温的灰色关联系数最大。3种不同维度函数的测试结果表明:SSA与PSO、GWO相比具有更好的全局搜索能力和稳定性,其收敛速度更快;神经元数量为5个、迭代次数为300次时,SSA-RBF神经网络预测模型对缓慢氧化和加速氧化阶段的预测准确性分别达到了99%和93%。

某加榴炮引信瞬发发火机构公差鲁棒性分析及优化

针对弹药引信发火机构作用率偏低的问题,将鲁棒性分析、概率设计方法引入到引信设计中,开展弹药引信触发机构的性能预测及优化等系统仿真研究.首先建立了瞬发发火机构的动力学模型,并通过有限元仿真的方法验证了机构在标称值下能够满足设计要求,即引信能够可靠触发;其次进行基于尺寸公差散布的蒙特卡洛仿真进行触发性能评估,得到的目标值散布数据并非全部满足设计要求;然后使用最优拉丁超立方试验设计得到了各尺寸变量对目标值的贡献率,利用Pointer算法对贡献率较大的变量公差进行优化;最后对优化后的结果进行了验证,结果表明优化后的目标值散布数据全部符合设计要求.通过对引信发火机构的鲁棒性分析及优化,在性能可靠性和制造成本之间寻求一个平衡,对提高产品性能、降低制造生产成本具有重要意义.

浸水煤表面结构演化与自然发火指标实验研究

为了提高浸水煤自燃预警的可靠性和准确性,采用扫描电镜实验与程序升温氧化实验研究了不同含水率煤与原煤的结构变化和氧化规律。首先对比分析了浸水煤的表面结构变化,然后通过浸泡法制备了含水率为4%、11%、18%、25%、32%的煤样,利用程序升温实验分析不同含水率煤样气体产生量随温度的变化关系。结果表明:浸水后,煤样氧化产生CO和C_(2)H_(4)的临界温度由73℃、180℃提前到62℃、161℃,各煤样升温过程中产生气体随温度升高而升高,含水率为18%的煤样产生的CO、CO_(2)、C_(2)H_(4)和C_(2)H_(6)体积分数最高;在CO、C_(2)H_(4)可作为标志气体的基础上,引入CO与CO_(2)体积分数比值γ和C 2H_(4)与C 2H_(6)的体积分数比值ε,分别作为煤吸氧蓄热阶段和自热氧化阶段的预测指标,即:γ≤0.019时,煤样温度小于136℃,处于吸氧蓄热阶段;0.752≤ε≤0.836时,煤样温度136~226℃,处于自热氧化阶段;γ≥0.908时,煤氧化温度大于226℃,处于加速氧化阶段。最后,基于CO、C_(2)H_(4)、C_(2)H_(6)三种标志气体和γ、ε值,建立了浸水条件下采空区遗煤自燃的分级预警防控指标体系。

基于程序升温-热动力学的自然发火分级预警方法

自然发火为煤矿主要致灾因素,目前大部分矿井开采自燃—易自燃类煤层,也有过半数煤矿存在自然发火危险性,煤层自然发火防治问题一直是影响煤矿安全生产的重点难点。然而不同煤矿的各个煤层赋存条件千差万别,致使煤层自燃特性无法一概而论,一矿一策、一面一策已经成为自然发火防治的必然趋势。为明确唐家会矿6号煤层易自燃煤层的自然发火特征,划分自燃阶段,确定分级预警等级、预警指标及临界值,采用理论分析、程序升温实验、自燃预警指标分析、现场工业性试验等手段进行研究,最终有效划分了分级预警等级,建立了自燃预警体系,并在现场验证其准确性,为今后唐家会矿6号煤层自然发火防治提供了参考依据。

MEMS集成爆炸箔芯片的发火性能研究

为了实现高速飞片输出和爆炸箔起爆器(Exploding Foil Initiator, EFI)低能发火,依据EFI工作原理,进行Cu桥箔电热仿真、PC(聚氯代对二甲苯)飞片冲击作用参数计算和SU-8加速膛结构确定。基于结构设计参数,采用微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System, MEMS)工艺实现了爆炸箔芯片一体化批量制备,并开展了MEMS集成爆炸箔芯片的桥箔电爆特性、飞片实时速度和冲击起爆性能测试。结果表明:基于小尺寸桥箔结构在较低放电电压下就能够获得较高的飞片速度,并且在加速膛口飞片速度达到峰值速度的96%以上;冲击起爆HNS-IV药柱的最低发火条件为0.22μF/1 100 V,实现了EFI低能发火。

考虑热电池激活时间散布的引信发火能量精准控制方法

随着弹药威力的增加以及近距离作战的需求,迫切需要引信在弹药发射后由安全状态向待发状态快速转变,因此需要优化引信发火能量控制策略。针对引信热电池工作初期电能输出与带负载能力不足的问题,建立引信发火电能控制模型并展开分析,通过增加发火电容充电延时,并进行延时参数优化,从发火能量控制角度来满足弹药在不同作战条件下安全距离及最小作战距离的双重约束要求。发射前根据弹丸初速、热电池上电时间散布特性、引信电路参数等条件解算充电延时时间参数值,利用武器平台与弹丸的信息交联,实时调整引信充电延时以实现引信发火电路安全与起爆条件精准控制。仿真分析了充电延时与电路参数、安全距离以及最小作战距离的关系,并通过试验验证了该方法的有效性。

姜家湾煤矿11号煤层最短自然发火期实验研究

以姜家湾煤矿11号煤层为研究对象,采用煤工业性分析、煤自燃倾向性色谱吸氧鉴定、差示扫描量热与气体示踪等实验手段,测定了该煤层工业性成分、煤自然发火倾向等级、不同温度煤的比热以及煤自燃指标气体,以此综合确定该煤层最短自然发火期。研究结果表明:煤的水分含量为0.90%,灰分含量为6.58%,挥发分含量为29.02%;煤层自燃倾向性等级属于Ⅰ类,自燃倾向性为易自燃。煤升温加热氧化的临界温度为162℃,且以CO为煤自燃评判的敏感气体。基于该煤层煤自燃特性,结合煤自燃发火数学模型,计算出该煤层最短自然发火期为48 d。该数据可为11号煤层开采速率以及采空区自燃发火防控提供技术参数支撑。

低温环境对电子控制模块发火电容性能的影响

通过“-40℃,4 h”低温存储试验研究了低温环境对A(钽电容)、B(电解电容)、C1(电解电容)及C2(钽电容)4种带点火药头电子控制模块的发火性能的影响,使用示波器测试了4种样品的发火电容在发火流程各阶段的电压值变化。研究发现:经过“-40℃,4 h”存储,试验前后钽电容及电解电容在发火流程各阶段的电压值没有明显变化,A(钽电容)和C2(钽电容)样品的发火电容性能没有影响;在-40℃环境下,B(电解电容)和C1(电解电容)中0 h-1#、0 h-2#样品均未发火,电解电容无法正常工作。

新河煤矿煤自然发火规律实验研究

为了有效预测预防工作面煤自燃事故,以新河煤矿7312工作面新鲜煤样为研究对象,研究3煤层自然发火规律。通过煤自燃程序升温实验台,对煤体进行了氧化程序升温实验。结果表明:新河煤矿煤样在30℃,空气流量为50.4 mL/min的条件下,可以释放出CO,CO量在9.7×10^(-6)~12.7×10^(-6)之间;在自加热阶段,煤的氧化温度为70℃,从缓慢的氧化过渡到加快的氧化过程。在70℃时,煤样氧化所放出的CO量比常温时高3~4倍,煤炭氧化速率的增加为0.6×10^(-6)~0.8×10^(-6)/℃;二次氧化过程中CO生成率、耗氧速率和最大放热强度较初次氧化时均有所升高,CO_(2)生成率大幅降低。

煤层自然发火期预测技术及其安全防治措施

本文介绍了煤层自然发火现象、煤层自然发火期机理及其预测,根据煤层自然发火期预测技术研究现状,提出了煤层自然发火期预测技术的发展趋势。对煤炭自然发火的防治措施进行了分析,对避免煤层火灾的发生,保障矿山安全运营具有一定的参考意义。

桥丝式电点火头发火时间一致性试验研究

为了确定桥丝式电点火头发火时间一致性的影响因素,采用高速摄影法对单个电点火头、电点火头串联组和电点火头并联组的发火过程和发火时间进行研究。试验结果表明:对于单个电点火头,发火电流超过1.4 A时,平均发火时间在5.0 ms内,继续增加发火电流,发火时间缩短趋势减缓;电点火头串联组的发火电流不宜低于1.8 A,发火时间差可控制在1.5 ms内;电点火头的发火时间一致性,并联组明显优于串联组。在进行组网爆破作业时,对于内置电点火头的一次性膨胀爆破管,推荐采用并联组网,普通电(220 V)可将电点火头的发火时间差控制在0.1 ms以内。

元宝湾煤矿39102工作面自然发火规律试验研究

元宝湾煤矿9煤层具有自燃倾向性,39102工作面在回采时常有CO生成。为了保证矿井安全生产,对煤层自然发火规律进行研究,现场测定39102工作面采空区温度和气体浓度的变化规律,由此划分采空区自燃“三带”。结果表明:不燃带<12.7 m、自燃带12.7~66.6 m、窒息带>66.6 m;采空区温度在31℃~37℃,未出现自燃;高温范围、CO和CO_(2)高浓度区均出现在自燃带区域内;采空区预防自燃的工作面最低推进速度为60 m/月。测试结果为制定合理的防灭火技术方案提供科学基础参数,保证工作面安全生产。

小煤窑破坏区下复采工作面自然发火隐患治理技术研究与应用

通过对小窑破坏区下东一203复采工作面自然发火情况进行分析,采用钻探技术进行验证,提出了灌浆、注氮防灭火、开区均匀技术、采空区有害气体引排泄压、加强预测预报工作及现场监督管理等防灭火技术。该综合防灭火技术应用于东一203采煤工作面,实现了工作面的安全顺利回采、回撤。

采煤工作面煤柱自燃发火防治技术研究

11302综采工作面回采的11#煤层为自燃发火煤层,采面回风巷护巷煤柱在邻近采面回采扰动、地质构造等多因素影响下内部裂隙发育,导致煤柱局部出现温度升高等自燃发火迹象。为确保11302综采工作面安全回采并解决回风巷煤柱自燃发火问题,提出综合采用煤柱注浆+煤壁喷浆方式进行防灭火,通过煤柱注浆封堵内部漏风裂隙、煤壁喷浆隔绝煤柱与空气接触并封堵表面裂隙,并对注浆及喷浆方案进行详细分析。工程应用后,11302回风巷煤柱局部高温点温度降至正常温度,且采面后续回采期间煤柱内温度均未再出现升温情况,表明现场采用的煤柱自燃发火防治技术取得较好效果。

煤层自然发火标志气体及临界值试验研究

煤层自然发火是煤矿安全中的重要问题,研究煤层自然发火的标志气体及其临界值有助于预警和预防火灾。本文通过室内实验装置,选取沁水煤田寿阳矿的5号煤层为研究对象,研究了煤层氧化过程中,煤层自燃时的标志气体浓度与温度的关系。结果表明,煤样升温氧化过程中CO浓度与煤温呈现先增加后降低的趋势,由于在温度为100℃时,其浓度才会发生变化,因此,选取CO的浓度变化作为标志气体不可靠。虽然乙烯气体相比CO更准确,但监测温度会更高,因此须慎重选择烯烃气体作为指标气体。

特厚煤层综放工作面采空区自然发火“三带”划分及防治对策

针对红会一矿采空区遗煤自燃问题,对特厚综放煤层采空区遗煤氧化自燃规律进行了分析,应用束管法现场实测了红会一矿1741工作面氧气浓度的变化情况,并与数值模拟结果进行了对比研究。结果表明:回风巷的散热带范围在距工作面16.8 m左右,氧化带范围在距工作面16.8~66.3 m,进风巷的散热带范围在距工作面23.7 m左右,氧化带的范围在距工作面23.7~75.1 m,此后为窒息带;1714综放工作面最小推进速度大于0.61 m/d时,采空区遗煤不易发生自燃现象;提出适量降低1714综放工作面供风量,缩小氧化带和自燃危险区域范围的生产理念,对保证该矿矿井安全生产、提高生产效率及减少资源损失具有重要意义。

综放工作面自然发火综合监测预警系统应用研究

针对易自燃煤层回采期间可能发生煤炭自燃的危险,提出了合适的自然发火标志性气体及其临界值,设计了由井下束管采样监测系统、地面监测监控系统和色谱气体分析仪等组成的自然发火综合监测预警系统。应用结果表明,该系统可以对易自燃煤层回采期间可能发生的煤炭自燃起到预警作用,为易自燃煤层安全高效回采提供了技术支撑。