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中小型煤矿氡监测等关键技术研究

王光德  
【摘要】:我国多数煤矿是高瓦斯煤矿,瓦斯突出和瓦斯爆炸是这些煤矿的主要危险因素。对中小煤矿调查发现迫切需要针对性强、经济适用的远程监控设备和新的瓦斯突出监测预警方法。中小煤矿受利益驱使常常超员、超量采煤,我国约三分之二的事故发生在中小煤矿。论文综合采用氡监测、红外热成像、远程视频监控系统等增强现有的系统功能,提高中小煤矿安全生产能力。 瓦斯突出是煤矿中的一种动力现象,瓦斯突出具有突发性,且破坏性极大,常引起窒息、瓦斯爆炸等特大事故。因发生机理复杂,且突出要素之间相互制约,因而预测突出的地点与突出强度的难度很大。瓦斯突出预测是煤炭行业的难题,目前尚无有效的方法可以准确预测。论文介绍了瓦斯突出预测的常用方法、和瓦斯突出的规律、地质构造。因还原环境,煤对铀的吸附能力较强,致使煤矿的放射性水平普遍较高,高压瓦斯赋存于封闭的地质构造中。 提出了一种煤矿矿井瓦斯突出区的放射性氡异常模型及一种预测瓦斯突出的方法(Radon Index Method to Predict Gas Outburst ,RIMPGO)。该方法建立了瓦斯突出的放射性氡浓度异常指标,通过试验验证了其有效性。因为氡的监测比常用的地球物理方法,如声发射方法、电磁辐射法,简单而且设备造价低,易于操作,这种方法具有理论和实际应用价值。 开发了一套适合中小煤矿瓦斯危险综合智能监控预测系统(XY-1),能有效地监测煤矿明火和采空区煤自燃,既做到对煤矿井下瓦斯、通风、设施、设备实时准确的远程监控,又可远程监视作业现场。系统具有自学习能力,报警正确率高。系统应用信息融合技术,管理煤矿监控系统数量多而且种类多的探测器,分析事故特征因素,对人工报警的处理结果自动学习,提高了系统的智能水平和自动化水平,减少了误报率。 开发了适用于煤矿恶劣生产环境,防爆、防尘、防水,能长期可靠、稳定地运行,成本低,性价比高的嵌入式视频服务器。它运用了先进的H.264算法,码率小(最小可达到64kbps),视频图像清晰。针对煤矿低照度条件下使用了自动防尘刷,并采用了灰度分段处理,自适应滤波器技术,以保证图像清晰,可有效提取监控对象的特征。采用高速采样技术,高速视频信号处理等技术保证系统可无衰减地传输53dB(信噪比)信号。 开发了一种可实时传输煤矿瓦斯监控数据和64路数字视频的通信软件。它可适应多种通信方式,当网络带宽有限时,瓦斯含量和通风量、人员位置信息优先传输,视频图像优先级次之;它也能自动适应网络带宽变化,设定合理的视频帧率、尺寸、分辨率、码率;还有视频图像错误隐藏能力,视频时延小于1秒。解决了中小煤矿矿区的通信设施差,可靠性不高,无线信道接入互联网的带宽变化大等引起的煤矿视频监控的效果降低问题。 开发了一种能用于煤矿低照度条件并可获取红外热图像的视频服务器系统。开发了矿井明火、火花红外图像增强,特征提取,智能报警软件。应用高速采样技术,自适应图像滤波技术,保证了视频图像清晰度。论文分析了爆炸的条件,爆炸事故树,事故特征源。为减少瓦斯爆炸事故,研究了热红外成像技术监测引发瓦斯爆炸的事故特征源,如电火花,高温物体,煤自燃区。使用分段折线法变换红外图像的灰度,图像的目标特征更明显。系统图像分析处理时间约为0.04秒,能够扑捉到存在时间非常短的电火花,而普通人工看守的普通视频监控系统无法有效对此进行监控。红外热成像技术对煤矿矿井中明火、煤自燃、高温物体、电机电器产生的火花特别敏感,比可见光对这些事件监控效果明显。实践表明该系统可排除中小煤矿的一些隐患,减少瓦斯事故。


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