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红外探测技术在矿井中的应用-ST红外探水仪
红外探测技术在矿井防灭火中的应用


摘要   本文阐述了红外探测技术的原理和在矿井防灭火工作中的应用,即进行防火预测和探测隐蔽火源。
关键词   红外探测   防灭火
我公司各矿对煤炭自燃的预测预报普遍采用的是气体分析法,这种方法是依照煤在不同的温度下产生气体的种类和多少是不同的原理来进行判断煤炭自燃发展情况的,但无法知道自燃的实际位置,而且受井下通风因素的影响,判断也不很准确。                                                  
红外探测技术在矿井探测地质构造和探测瓦斯等方面都发挥着了很重要的作用;通过在东滩矿4308工作面轨顺巷道中探测隐蔽火源的实践证明,这项技术还可广泛应用于煤矿的防灭火工作中。
一、红外探测的原理
发光物体在发出可见光的同时,还发出一系列不可见的其它电磁波,如红外电磁波等,火源也是如此,在隐蔽地点,当煤自燃的条件形成后,煤层温度逐渐增高的同时,其红外辐射场的强度也在逐渐增大。
自然界任何物体在处于绝对零度以上时,都会产生分子振动和晶格振动,向外发射红外电磁波,形成红外辐射场,辐射场能量大小如按下式计算:
E=εαT4
式中:
ε-辐射系数(0<ε<1),其中煤的辐射系数一般在0.7-0.98之间,而且随含水量和空隙度的变化而变化。
α-斯蒂芬-玻尔兹曼常数,5.67×10-10 /cm2.K4。
不同物质的辐射系数不同,同一种物质,其辐射系数也不一定相同,就煤体而言,如果煤体是松散煤体,其辐射系数小,辐射能量较低,而比较密实的煤体,其辐射击系数较大,辐射的能量较高,我们可以根据这一特点来进行防火预测,对查找出有松散煤体的区域采取必要的防火措施。
从辐射场能量公式中可见,物体的辐射能量与其温度的四次方成正比;自燃的煤体的温度升高时,其辐射的能量会大辐度增加。煤层在向外辐射红外电磁波的同时,就把隐蔽煤体内部自燃的信息以场的变化的形式告诉给我们,因此我们可以利用红外电磁波探测技术探测隐蔽火源。
需要说明的是,红外测温技术与红外探测技术有本质的区别:红外测温是测取某个物体或某个环境的表面温度,是测量动温、,是测量物体的动热密度,必须直接接触才能测量;而红外探测技术是根据场的变化规律,以确定不可见物体或环境温度的变化情况及密实情况,是非接触性测量。
二、对红外探测曲线的解释
依据红外探测技术的原理研制出来的仪器不同于一般的直读式仪器,它不能够直接读出某一测定的温度,只能读出该测点的红外辐射场强度,还必须对根据各探测点的位置和测得的红外场强度画出曲线,并对之进行分析和解释。
对于一条探测曲线,首先应判断哪一段是正常场,哪一段是异常场。如图1的探测曲线图中的 ab和cd段为正常场(正常场不一定为直线),bc段和de段为是异常场。
从防灭火方面讲,bc段是氧气容易进入的低密度段,de段红外辐射场强度明显出现升高,并出现一峰值,说明该段已出现了煤的低温氧化。
如果第一次测得的某条巷道中正常场的场强能量为曲线f1,(A处可能有电气设备)第二次测得的红外辐射场能量曲线为f2,f2也应是正常场,因为各点在曲线上的变化是一 致的,f3的变化在A点明显增大,出现了异常场,说明A处出现了低温氧化,再过一定时间,该点的红外辐射场强度的变化会大大高于其它点的变化,该地点必须采取一定的防火措施进行处理。
在某工作面两顺槽进行了红外探测
从曲线上可以看出ABCD对应的阴影部分为易氧化的低密度段,曲线上各点的红外辐射场增长幅度较大,说明该范围内已开始出现低温氧化,曲线f3上,红外辐射场出现一个峰值,红外辐射场大辐度增大,该范围的煤体已经出现高温火点。
1、  红外探测实例
东滩矿4308工作面是一综放工作面,其轨顺另一侧是4309工作面采空区,4309工作面采空区内有多处浮煤自燃,高温点位置难以准确判定,我们采用st6型防爆红外探测仪进行了隐蔽火源的探测。
在4308轨顺沿空侧,每隔2.5米布置一测点,对4309采空区进行探测
表1         各探测点红处场强数值表
设点场强设点场强设点场强设点场强
039742.540782.5416122.5395
2.539845.041185.0415125.0395
5.039847.541187.5412127.5394
7.540150.041590.0414130.0392
10.040452.542392.5418132.5394
12.540155.041995.0471135.0395
15.039657.541897.5454137.5395
17.539460.0415100.0410140.0392
20.039262.5418102.5408142.5396
22.538365.0415105.0402145.0399
25.038767.5412107.5404147.5399
27.540070.0407110.0399150.0394
30.040372.5408112.5401152.5395
32.540675.0416115.0401155.0391
35.040977.5418117.5395157.5395
37.542180.0416120.0393160.0395
40.0421
将表1中的数据绘成曲线,可以看出,横坐标120-160米处为正常场(即正常地段),30-90米段出现低温氧化反应,95-100米段出现强烈的氧化升温反应,已经出现明显的高温点,这与打钻测温的情况基本相符。
四、结论
我们在南屯、兴隆庄矿也进行了红外探测工作,也取得了很好的效果。
实践证明,红外探测技术在矿井防灭火中方便适用、准确性较高。它的作用,一是进行防火预测 ,用该方法可以迅速确定出巷道中的低密度段,即易氧化地段,如果该地段中煤的含硫量高、含挥发分高,煤就会进入低温氧化阶段,这样的地点煤就容易自燃,必须进行防火处理;二是进行隐蔽火源探测,如果掘进巷道或采煤工作面相邻综放面采空区 ,综放面采空区的端头松散煤体由于暴露时间长,极易发生自燃,用这种方法可以迅速确定高温点的位置。
红外探测术在矿井防灭火中的应用还处于尝试阶段,技术还不够成熟,目前还不能对火源点距巷道的垂直距离和温度大小进行探测,  探测距离也不够远,但我们在这方面已经迈出了可喜的一步,经过不断应用和发展,一定能够克服这些不足,,更好地为矿区防灭火工作服务。 
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