基于图像内凹度的矿井外因火灾识别及抗干扰方法

尽早发现矿井火灾并处置,可避免或减少人员伤亡和财产损失及次生事故的发生。井下没有日光、月光、星光及闪电等自然光源,影响矿井火灾图像识别的主要是矿井光源。圆形度能够排除圆形光源的干扰,但难以排除非圆形光源的干扰。矩形度能够排除矩形光源的干扰,但难以排除非矩形光源的干扰。在工程实际中,因摄像机的拍摄角度不同,矿井光源图像会出现变形,无法呈现理想的规则形状,使用圆形度和矩形度算法难以排除矿井光源的干扰。揭示了火焰图像轮廓外接图面积明显大于其图像实际面积,圆形灯、长方形灯和正方形灯等矿井实际光源图像轮廓外接图面积近似等于其光源图像实际面积等特点。提出基于图像内凹度的矿井火灾识别及抗干扰方法,计算目标图像面积与图像轮廓外接图面积的比值(即图像内凹度),根据火焰图像内凹度数值较小,而矿井光源图像内凹度数值较大,区分火焰与矿井光源。提出的内凹度方法不受摄像机距检测目标距离和图像大小、摄像机安装位置和摄像机拍摄检测目标的角度、矿井光源形状等影响,适应性强,识别准确率高。实验表明,内凹度识别方法计算得到的矿井干扰光源减去火焰图像平均差值最大,波动最小,区分度最好,受摄像机拍摄角度及距离影响最小,抗干扰能力最强,准确率为91.6%。矩形度识别方法计算得到的矿井干扰光源减去火焰图像平均差值较大,波动较小,区分度较好,受摄像机拍摄角度及距离影响较小,抗干扰能力一般,准确率为72.5%。圆形度识别方法计算得到的矿井干扰光源减去火焰图像平均差值最小,波动最大,区分度最差,受摄像机拍摄距离影响较小,受摄像机拍摄角度影响大,抗干扰能力最差,准确率为12.0%。因此,提出的内凹度识别方法,优于矩形度和圆形度,区分度最好,受摄像机拍摄角度及距离影响最小,抗干扰能力最强。

矿井采空区注氮防灭火的优化改进及效果分析

为有效防止采空区内遗煤的自燃,实现矿井的安全开采。通过对注氮防灭火技术优化改进,确定注氮量1 900 m~3/h,注氮口位置75 m;注氮管路直径由202 mm降为171 mm;缩短注氮线路及采用非间隔式的注氮工艺。优化后,在持续注氮下,采空区内的氮气浓度逐渐增加、氧气浓度逐渐降低,惰化效果明显;并经现场应用后,进、回风巷CO体积分数先上升后下降,且均小于0.002 4%,达到防灭火效果。

小窑火区下采空区有害气体防治技术研究

小窑火区下回采工作面易发生上隅角低氧和有害气体超限,严重制约着矿井安全生产。为理清采空区有害气体的运移规律,以达西定律、扩散定律、流体动力弥散定律为基础构建了采空区气体运移的数学模型,利用COMSOL Multiphysics反演了沙坪矿13102工作面采空区有害气体的运移过程。结果表明:新鲜风流从进风巷道以及工作面流入采空区,然后从上隅角流出,在风流的带动下CH_(4)和CO从上隅角流出,导致工作面上隅角CH_(4)和CO体积分数超限、工作面低氧,在此基础上提出上隅角埋管抽采和均压通风的措施防治工作面上隅角低氧、有害气体超限,数值模拟发现上隅角埋管抽采只能防治工作面低氧的问题,而均压通风既能够防治工作面低氧还能阻止采空区有害气体涌向工作面。

煤矿火灾智能预警系统研发与应用

目前煤矿火灾监测系统实现了对矿井煤自燃标志性气体、温度、烟雾、火焰等部分指标的单独监测,未对煤矿火灾相关因素进行有效、全面、统一的监测。针对该问题,从内因、外因2个方面分析了煤矿火灾潜在危险因素,提出一种分源分区监测火情态势的方法。内因火灾方面,主要针对较易发生火灾的工作面采空区、密闭采空区及人工自然发火观测点等进行监测;外因火灾方面,主要针对机电硐室及其配电点、带式输送机系统、电缆等方面进行监测。建立了煤矿火灾分源分区监测指标体系,采用人工监测或在线监测的方式定期采集或更新火灾特征参量数据,按数据采集方式及影响程度,将火灾监测指标分为动态指标、静态指标和关联指标。设计了火灾智能预警系统的总体架构和业务流程,采用基于多指标联合逻辑推理的预警方法实现内因火灾预警,采用基于D-S证据理论的多参量融合预警方法实现外因火灾预警。现场试验结果表明,火灾智能预警系统实现了对矿井火灾的有效监测预警,具有煤矿火灾风险预警“一张图”可视化展示功能,同时具备火灾智能模拟演示功能及避灾路线动态规划功能。

株柏煤矿急倾斜煤层采空区防灭火技术研究

急倾斜煤层回采过程中较缓倾斜和倾斜煤层更易发生煤体自然发火灾害,相关防治方案的制定和工程施工也更加困难。工作面回采形成的采空区内需要留设保护煤柱,同时采空区具有空室体积大、漏风严重等特点,导致采空区内煤体自然发火诱因多,加之急倾斜煤层的地质特点,使得对采空区内火灾问题的预防和控制较为困难。为保证工作面的安全接续开采,采空区防灭火技术研究成为实现急倾斜煤层条件下安全生产的重中之重。本文结合株柏煤矿地质特征和工作面回采特征,分析诱发火灾的关键因素,相应设计煤矿火灾监测系统,并对工作面回采前、回采期间及回撤期间采空区的防灭火措施展开研究。研究方案可为株柏煤矿及其他同类型矿井火灾防治作业提供技术参考和借鉴。

矿区地面变电所防灭火技术创新应用研究

电气火灾作为各类火灾中危害性最大之一,每年约占总火灾的30%。而在所有的电气火灾中,因变电站中含有的可燃设备是所有电力系统中最多的,故70%多的火灾发生在变电站。作为电力传输的重要载体和高电压危险场所,变电站一旦其发生火灾事故,往往导致设备烧损、故障跳闸,难以扑救,造成电力中断还易造成巨大的关联安全事故以及生产损失。本文对矿区地面的变电所防灭火技术进行探讨,并展望其实际应用前景。

煤矿其他可燃气体对空气中甲烷爆炸极限的影响

为研究矿井火区中一氧化碳(CO),氢气(H2),乙烯(C2H4)和乙烷(C2H6)等可燃气体对空气中甲烷(CH4)爆炸极限和爆炸危险度(F值)的影响及双组份可燃气体爆炸界限和爆炸危险度的变化,采用空气中可燃气体爆炸极限测定方法完成一系列试验,测定加入不同体积分数其他可燃气体时CH4的爆炸极限。其他可燃气体的加入,均使空气中CH4和混合可燃气体的爆炸界限加宽;同时加大了CH4和混合可燃气体的爆炸危险度。试验结果表明:加入C2H4气体对CH4爆炸极限影响较大,使CH4及其双组份混合气体的爆炸危险度明显增大;加入量为2.0%时,CH4的F值增加了540%。而加入CO气体比加入C2H6,C2H4和H2等气体对CH4及混合气体的爆炸极限影响都小。

平朔东露天矿高温爆破孔降温技术分析

根据平朔东露天矿高温爆破孔内部特点,首次将爆破孔分为正常孔、虚量孔和空洞孔。在分析高温孔产生原因的基础上,针对不同钻孔类型提出最适宜的降温技术措施,保证了正常的爆破作业,同时也分析了降温技术的时间效应,对国内露天煤矿处理高温钻孔具有普遍的参考价值和借鉴意义。

新型气囊式自动封闭装备研究

针对传统封闭技术及设施、装置的不足和煤矿火区安全封闭的需求,基于压力自动控制原理,研制出一种能自动充气进行封闭火区的装备,并进行了煤矿井下的现场测试.结果表明：对于断面为5.66 m^2的非规则粗糙壁面巷道,气囊自动充气封闭的时间仅为12-13 min,比常规密闭的施工时间短;采用褶皱和裙边结构,气囊漏风率仅为5%左右,具有良好的封闭效果.气囊的充气封闭过程实现了自动化、无人化,对具有爆炸危险的井下水水区进行封闭时,可防止密闭施工过程中发生人员伤亡.

典型气体指标在矿井火灾状态分析中的应用

在总结7种典型火灾气体指标的基础上,采用修正后的氧消耗浓度计算方法,分析了某矿因自然发火封闭的火区内火灾气体指标的特点和随封闭时间变化的曲线。研究发现:综合应用几种典型火灾气体指标能够较为准确的判断隐蔽火点或封闭火区的燃烧状况;火势较小时,特里克特比率对燃烧物种类的判断能力较弱;在对火区温度进行分析时,个别高温点容易被忽视;不同监测点指标值的大小次序能够为隐蔽火源点和燃烧重点区域位置的确定提供指导。

火区下近距离煤层开采有害气体入侵灾害防控技术

火区下近距离煤层开采容易导致有害气体入侵灾害的产生,严重威胁着工作面的安全回采。陕西煤业化工集团孙家岔煤矿30110工作面上部采空区自然发火严重,虽然采取了注氮、堵漏风技术进行防治,但效果均不明显。针对此问题,利用PFC2D软件建立了火区下近距离煤层开采数值模型,对3号煤层开采过程中的裂隙变化进行动态追踪,结果证明了有害气体入侵灾害的产生并判断了灾害产生的时间节点,为灾害发生前的重点监测工作以及均压通风系统的应用提供了依据。为了防止有害气体的入侵并避免新鲜风流压入火区引发灾害的扩大,对30110工作面进行均压通风技术研究,将上部火区和下部工作面的气压差控制在一个安全的范围内。通过计算确定了均压通风系统试运行期间的安全压差为296 Pa,正常运行期工作面回风风窗压差安全调节区间为(118 Pa,166 Pa)。现场应用结果证明,均压通风技术能够有效地避免有害气体入侵灾害的发生,确保工作面的安全回采。

防护下的导爆索在高温火区爆破中的应用

为了使普通导爆索能应用在高温炮孔中,采用陶瓷纤维套管与胶体水对导爆索进行防护,通过热电偶测温技术测量陶瓷纤维套管中的温度变化以及高温炮孔填土前后的温度变化。结果表明:填土后的炮孔中心温度在较长时间内才回升到先前的温度,有利于导爆索的保护;耐温隔热套管内下部温升速率比上部温升速率快,但最终都稳定在水沸点温度,防护下的导爆索在其底部温度为320℃炮孔中放置40 min后能正常起爆。

全孔蓄水法在高温火区爆破中的应用

针对高温炮孔因裂隙多导致蓄不住水的情况,将内层带有不透水材料的套管快速下放到炮孔并在短时间内注满水,在套管中装有模拟药卷并采用热电偶测量套管中的水温变化。结果表明:全孔蓄水可使工业炸药与起爆器材长时间保持在最高温度不超过水浴温度的环境中,因此能大幅延长高温火区装药施工时间。探索出高温火区的全孔蓄水爆破方法,并通过爆区规模试验,效果良好,该方法能保证施工安全,同时基本解决高温火区较大规模爆破的问题。

露天煤矿高温爆破技术研究

宁煤大峰露天矿岩石炮孔温度有的高达200℃,为确保爆破的装药联网施工安全,必须将炮孔温度降到60℃以下,且需保证炮孔温度维持半小时以上不升温反弹。结合国内现有高温爆破方法,选择了生产成本较低的注水降温方法进行降温,然而注水降温方法有温度回升快的缺点,经过现场生产实验,研发出了水中加CaCl2、MgCl2的炮孔注水降温方法,炮孔温度降到60℃以下后,选用粉状乳化炸药,外缠三层石棉,用导爆索联接齐发起爆,满足了安全生产要求。

不同污染区土壤汞的分布特征及变化规律

为揭示不同污染区重金属汞在土壤中的存在形态及分布特征,选取万山汞矿区、大龙燃煤电厂区为研究区域,以无污染区花溪区为对照,选择优化的Tessier连续化学浸提法进行汞的形态分析。结果表明:万山汞矿区与大龙燃煤电厂的土壤总汞平均值分别为22.7 mg/kg和0.648 mg/kg,均超过我国土壤环境质量二级标准(0.5 mg/kg),无污染对照区土壤总汞平均为0.179 mg/kg。在水平方向上,万山汞矿区靠近污染源的土壤汞含量相对较高,随着距离的增加而下降;大龙燃煤电厂区土壤汞在距燃煤电厂2.5 km范围内呈现先减小后增大的趋势。汞矿区土壤汞主要以残渣态(66.6%)为主,其次为有机结合态(30.0%);燃煤电厂则主要以有机结合态(75.7%)为主,其次为残渣态(17.46%);无污染区主要以残渣态(59.1%)为主,其次为有机结合态(28.9%)。内梅罗污染综合指数显示,万山汞矿区的土壤污染指数为107,为重度污染,这与污染源强度大有关,2004—2017年,总汞含量呈下降趋势;大龙燃煤电厂土壤污染指数为1.57,为轻度污染,同时土壤汞以有机结合态为主,潜在生物有效性相对较高,有一定的环境生态风险。

基于遥感和GIS的内蒙古乌达矿区煤火变化监测研究

以1997年TM和2002年ETM+热红外及多光谱遥感影像作为基本信息源,利用多时相热红外影像的煤田火灾识别技术及GIS技术提取煤火信息,通过叠置分析研究了煤田火灾随时间的变化过程。结果显示,1997～2002年期间,内蒙古乌达矿区煤火发生了显著变化,煤火范围逐渐扩大,煤火强度逐渐增强,平均每年增加煤火面积达6210m2。

补连塔煤矿上覆采空区大面积火区综合治理技术研究

补连塔煤矿三盘区2-2煤层22305工作面回采放顶时,上覆1-2煤层12306采空区内浮煤发生自燃,导致了22305工作面CO超限,工作面停产。在进行火区状况分析后,采用多种方法进行火区治理,但由于采空区漏风严重、火区面积大、火区发展速度快,前期治理并未收到明显成效。后期针对火区特点,对22305工作面进行封闭并采取从地面向采空区灌注液态氮气和液态二氧化碳的措施进行治理,取得了良好效果,有效控制了22305工作面上覆采空区高温区域,使得22305工作面启封后安全回采。

煤矿封闭火区气体成层运移规律研究

为研究煤矿井下封闭火区爆炸发生规律,实现安全快速灭火,在参阅国内外相关科研文献的基础上,分析了煤矿井下封闭火区气体的来源、组分,研究了封闭区内气体层成层和运移规律、气体层和漏风相互作用运移规律,给出了火区封闭灭火方法,该研究对安全有效地控制和熄灭火灾,减少火灾造成的生命、财产的损失有重要现实意义。

基于熵权未确知理论的采空区自燃危险性评价

针对采空区自燃危险性评价难以定量分析的现实,根据煤炭自燃发火机理,建立以煤的自燃倾向性、持续漏风供氧条件和聚热散热条件为一级指标的采空区自燃火灾危险性评价指标体系。基于信息熵和未确知测度理论,构建评价模型,并进行定性、定量分析。应用实例表明,该模型可正确评价采空区自燃发火的危险性。该研究为煤矿有效控制煤炭自燃、降低火灾危险提供了参考。

综合物探方法在煤田采空区圈定和着火区调查中的应用研究

以山西晋城张岭煤田着火区、采空区勘探和着火区探测为例 ,通过对该地区地质构造特征、采空区雷达特征、着火区地温场分布等的描述与分析 ,结合该区钻探、井温测量和气体检测的结果 ,论证了地质雷达与米测温联合方法在煤田采空区圈定和着火区调查中的应用效果 ,并对该方法的应用前景作了相应探讨。