等离子体对CO消除规律的实验研究 被引量：1

1

作者 翟小伟 王九歌 +1 位作者 宋波波 周妤婕 《煤炭工程》 北大核心 2024年第10期254-259,共6页

为了保障工人身心健康,改善矿下环境,利用等离子体技术,搭建等离子体消除CO实验平台,通过实验研究等离子体消除CO的效果及影响因素,实验结果表明:输出电压为50 kV、电极材料为铍铜合金时,等离子体对CO的消除效果最佳。风速越大,消除效... 为了保障工人身心健康,改善矿下环境,利用等离子体技术,搭建等离子体消除CO实验平台,通过实验研究等离子体消除CO的效果及影响因素,实验结果表明:输出电压为50 kV、电极材料为铍铜合金时,等离子体对CO的消除效果最佳。风速越大,消除效果越差;随着氧气浓度和湿度的升高,CO消除量呈现上升的趋势,分别在风速0.6 m/s、氧气浓度为20.5%、湿度为30%RH时,CO消除效果最好。 展开更多

关键词 等离子体 CO消除 负电晕 矿井空气 职业安全

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基于ACO−KELM 的采空区遗煤温度预测模型研究

2

作者 翟小伟 王辰 +3 位作者 郝乐 李心田 侯钦元 马腾 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第12期128-135,共8页

现有采空区遗煤温度预测研究多侧重于温度与气体浓度之间的关系,较少考虑采空区内遗煤温度与距工作面距离及漏风风速之间的复杂非线性关系。针对该问题,提出了一种基于蚁群优化算法优化核极限学习机(ACO−KELM)的采空区遗煤温度预测模型... 现有采空区遗煤温度预测研究多侧重于温度与气体浓度之间的关系,较少考虑采空区内遗煤温度与距工作面距离及漏风风速之间的复杂非线性关系。针对该问题,提出了一种基于蚁群优化算法优化核极限学习机(ACO−KELM)的采空区遗煤温度预测模型。在葫芦素煤矿21404工作面采空区布置束管及分布式光纤,对21404工作面采空区内O_(2),CO,CO_(2)浓度和温度数据进行采集,同时结合采空区内漏风强度和距工作面水平距离构建KELM模型,通过ACO对KELM模型中的正则系数和核参数进行寻优,获得最优超参数组合,进而得到性能最优的KELM模型。与基于极限学习机(ELM)和基于随机森林(RF)算法的预测模型相比,ACO−KELM模型在测试集上的平均绝对误差为0.0701℃,均方根误差为0.0748℃,较基于ELM模型分别降低了65%和195%,较基于RF模型分别降低了53%和156%;ACO−KELM模型在测试集上的判定系数为0.9635,与训练集的判定系数仅相差0.01,说明该模型未陷入过拟合且拟合程度较高。 展开更多

关键词 采空区遗煤 煤自燃 遗煤温度预测 核极限学习机 蚁群算法 漏风强度 指标气体分析法 漏风风速

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采空区煤自燃预测的随机森林方法 被引量：54

3

作者 邓军 雷昌奎 +3 位作者 曹凯 马砺 王彩萍 翟小伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期2800-2808,共9页

煤自然发火温度的准确预测是矿井煤自燃防控的关键。为了准确可靠地预测采空区煤自燃温度,在大佛寺煤矿40106综放工作面开展了长期的采空区温度和气体观测实验,提出了一种基于随机森林(RF)方法的采空区煤自燃预测模型,并将预测结果与支... 煤自然发火温度的准确预测是矿井煤自燃防控的关键。为了准确可靠地预测采空区煤自燃温度,在大佛寺煤矿40106综放工作面开展了长期的采空区温度和气体观测实验,提出了一种基于随机森林(RF)方法的采空区煤自燃预测模型,并将预测结果与支持向量机(SVM)和BP神经网络(BPNN)方法对比。采用粒子群优化算法(PSO)对RF和SVM超参数进行优化,建立了参数优化的PSO-RF和PSO-SVM预测模型。结果表明,RF,PSO-RF,SVM和PSO-SVM模型均具有较强的泛化性和鲁棒性; RF在建模过程中拥有宽广的参数适应范围,当树的数量(ntree)超过100后,其训练误差趋于稳定,ntree的改变对预测性能没有实质的影响;虽然PSO算法可以找到RF最优超参数,但默认参数的RF模型就能获得满意的预测性能; SVM预测结果则对超参数十分敏感,PSO优化可以显著提高其预测精度,其预测性能依赖于超参数的最优选择; BPNN模型在训练阶段拥有极佳的预测结果,但易出现"过拟合",导致泛化性弱,测试阶段误差较大。通过在其他矿井煤自燃预测中应用,验证了RF方法的稳定性和普适性,且无需复杂参数设置和优化就能获得良好的预测性能,可进一步应用于其他能源燃料领域。 展开更多

关键词 采空区 煤自燃 随机森林 支持向量机 粒子群优化 温度预测

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基于TDLAS技术的CH4气体检测与温度补偿方法 被引量：19

4

作者 马砺 范新丽 +2 位作者 张朔 王伟峰 魏高明 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期3632-3638,共7页

CH4气体的精准检测对防止矿井瓦斯爆炸,确保安全生产至关重要。目前基于可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)存在因温度变化导致气体浓度测量误差较大。探究了基于TDLAS的CH4气体检测系统与温度补偿方法,分析温度对CH4气体吸收谱线的影... CH4气体的精准检测对防止矿井瓦斯爆炸,确保安全生产至关重要。目前基于可调谐半导体激光吸收光谱技术(TDLAS)存在因温度变化导致气体浓度测量误差较大。探究了基于TDLAS的CH4气体检测系统与温度补偿方法,分析温度对CH4气体吸收谱线的影响,通过算法补偿模型消除环境温度对CH4气体检测的影响。依据TDLAS技术原理及相关理论,对系统发射单元、吸收池、信号接收单元、数据处理单元进行设计,搭建了基于TDLAS技术的CH4气体浓度检测系统,实验检测了不同环境温度(10~50℃)时0.04%CH4气体浓度,分析温度变化对CH4气体在波长为1.653μm处吸收谱线强度和半宽度的影响。为消除温度对CH4气体检测的影响并提高补偿效果,采用粒子群优化算法(PSO)优化BP神经网络(BPNN)的最佳权值和阈值,建立CH4气体的PSO-BP温度补偿模型,克服了BP神经网络收敛速度慢、易陷入局部最优的缺点。结果表明:(1)基于TDLAS的CH4气体检测浓度随环境温度升高而下降,整个实验温度内相对误差范围为4.25%~12.13%,不同环境温度下CH4气体检测浓度与温度之间的关系可用一元三次多项式表示;(2)CH4气体的吸收强度和半宽度随着温度的升高而下降,与温度变化之间的关系为单调递减函数,温度对CH4气体吸收谱线强度的相对变化率大于吸收谱线半宽度的相对变化率,CH4气体吸收谱线的强度更容易受温度变化的影响;(3)BP神经网络和PSO-BP模型测试样本的绝对平均误差(MAE)分别为12.88%和1.81%,平均绝对百分比误差(MAPE)分别为2.3%和0.3%,均方根误差(RMSE)分别为15.96%和2.69%,相关系数R2分别为0.980 6和0.999 6。通过建立PSO-BP温度补偿模型,补偿效果大部分分布在±1.0%的误差范围内,MAE, MAPE, RMSE和R2等评价指标均大幅度提升,对提高TDLAS技术在矿井CH4的精准检测具有一定的参考意义。 展开更多

关键词 可调谐半导体激光吸收光谱 CH4浓度 精准检测 神经网络 粒子群优化 温度补偿

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开放管道内煤粉云形成机制及爆炸过程火焰动态行为数值模拟 被引量：6

5

作者 李海涛 陈晓坤 +3 位作者 邓军 胡湘渝 王秋红 翟小伟 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期2600-2613,共14页

半密闭空间内煤尘云爆炸火焰传播过程及传播机制更为复杂,影响因素众多,爆炸过程中存在火焰、湍流与压力的相互耦合作用。为揭示开放管道内煤尘云形成机制及爆炸火焰行为动态演化特征,基于计算流体力学、燃烧学及数值传热学等理论,以开... 半密闭空间内煤尘云爆炸火焰传播过程及传播机制更为复杂,影响因素众多,爆炸过程中存在火焰、湍流与压力的相互耦合作用。为揭示开放管道内煤尘云形成机制及爆炸火焰行为动态演化特征,基于计算流体力学、燃烧学及数值传热学等理论,以开口的哈特曼管道为对象,分别对管道内煤尘扩散特征和爆炸过程进行模拟分析。基于物理实验验证及数值模拟研究,分析了煤尘在开口管道内的分散、悬浮及沉降特征,获取了粉尘扩散过程中流场的时空演化特征,得到了煤尘云爆炸过程中的温度变化规律,获取了爆炸过程中火焰动态行为及火焰高度、火焰速度的变化规律,研究了煤粉粒径及点火延时对火焰高度及火焰速度的影响规律,揭示了开放管道内煤粉云爆炸火焰传播的动力学机制。结果表明:(1)煤尘颗粒经过快速注入、减速分散、自由扩散和沉降阶段并最终形成粉尘云;(2)在爆炸的不同阶段,影响火焰形态的因素不同;整个爆炸过程中,火焰阵面演化趋势为:"非球形-飞火及点状火-蘑菇状";(3)随着爆炸的发展,火焰高度呈现Logistic函数特征,火焰速度呈现先迅速增大后缓慢减小;(4)湍流对均相燃烧及非均相燃烧的耦合影响造成了火焰锋面的不稳定性,火焰阵面热气流对管道口外侧冷气流的卷吸是形成"蘑菇状"火焰的主要原因。 展开更多

关键词 煤粉云 煤粉爆炸 气固两相流 点火延迟 火焰动态行为 火焰拉伸

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瓦斯爆炸载荷作用下矿用柱壳救生舱抗爆性分析及结构优化 被引量：6

6

作者 陈晓坤 李海涛 +3 位作者 王秋红 金永飞 邓军 张嬿妮 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期124-132,共9页

矿用救生舱是矿井安全生产中必备的救生装备,其稳定性和抗爆性能决定着逃生人员的生存概率。本文中设计了一种圆柱壳结构救生舱,优化了该救生舱在瓦斯爆炸载荷作用下的抗爆性能:首先,采用ANSYS/LS DYNA软件模拟并验证了爆炸流场载荷;其... 矿用救生舱是矿井安全生产中必备的救生装备,其稳定性和抗爆性能决定着逃生人员的生存概率。本文中设计了一种圆柱壳结构救生舱,优化了该救生舱在瓦斯爆炸载荷作用下的抗爆性能:首先,采用ANSYS/LS DYNA软件模拟并验证了爆炸流场载荷;其次,采用ALE流固耦合算法揭示了真实环境下爆炸流场与救生舱的耦合作用;然后,对其进行抗爆性模拟分析及结构设计优化;最后,对比分析了原模型和优化模型的动力响应、强度及能量变化特征,结果表明优化后的救生舱抗爆性满足国家规范要求。 展开更多

关键词 瓦斯爆炸 冲击载荷 流固耦合 抗爆性能 动力响应

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高温贫氧下不同温度阶段煤体自燃指标气体测试 被引量：9

7

作者 赵婧昱 张宇轩 +2 位作者 宋佳佳 张嬿妮 王凯 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2019年第2期189-193,共5页

为了研究高温贫氧条件对煤自燃指标气体释放的影响,利用西安科技大学自主研发的高温氧化燃烧特性测试装置,测试30～500℃过程中煤自燃气体变化规律,通过使用指标气体的增长率分析法,并参考热分析实验温度区间划分准则,得出5个特征温度点... 为了研究高温贫氧条件对煤自燃指标气体释放的影响,利用西安科技大学自主研发的高温氧化燃烧特性测试装置,测试30～500℃过程中煤自燃气体变化规律,通过使用指标气体的增长率分析法,并参考热分析实验温度区间划分准则,得出5个特征温度点,以此作为划分煤样常温至高温不同氧化阶段的依据,分为4个阶段:分别是临界温度阶段,干裂-活性-增速温度阶段,增速-燃点温度阶段和燃烧阶段。分析不同阶段的指标气体的变化规律,实验结果表明,CO气体在第1阶段增长较为缓慢,在第2,第3阶段增长较为迅速,呈现出指数级增长态势,当温度超过燃烧温度后,CO气体浓度开始呈现出下降的态势,后由于稳定官能团的断裂,气体浓度有所回升。C_2H_4气体在干裂-活性-增速温度阶段前增长较为缓慢,而后急剧增长,当温度到达燃烧温度时,C_2H_4气体浓度达到顶峰,随后随着温度的上升,气体浓度急剧下降。 展开更多

关键词 高温贫氧 指标气体 特征温度 温度阶段

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巷道火灾密闭过程中烟气温度及流动特性研究 被引量：12

8

作者 马砺 刘顺 +2 位作者 李超华 张鹏宇 刘尚明 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期46-52,共7页

为研究巷道火灾密闭过程中烟气的温度变化规律及流动特性,通过缩尺寸实验台和FDS数值模拟软件对12.65,18.97,25.30 kW不同火源功率及25%,50%,75%,100%不同密闭比例条件下的巷道火灾进行模拟实验。结果表明:密闭比例的增加会使火焰倾角减... 为研究巷道火灾密闭过程中烟气的温度变化规律及流动特性,通过缩尺寸实验台和FDS数值模拟软件对12.65,18.97,25.30 kW不同火源功率及25%,50%,75%,100%不同密闭比例条件下的巷道火灾进行模拟实验。结果表明:密闭比例的增加会使火焰倾角减小,当巷道完全密闭后,火焰形状近似垂直,顶板热辐射和温度增加;巷道在50%和75%密闭比例之间存在1个突变值,当超过此突变值后,顶板温度会急剧升高,同时燃烧会更快进入衰减阶段,且火源功率越大衰减越早;密闭比例的增加会导致烟气逆流长度上升,增加纵向通风速度可有效地抑制烟气逆流现象,当实际巷道火源功率为4 MW时,纵向通风风速设定为3.8 m/s能使烟气逆流得到较好的控制。 展开更多

关键词 巷道火灾 密闭 纵向通风 烟气逆流 FDS

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不同封堵条件下巷道火灾烟气温度场预测模型 被引量：3

9

作者 马砺 张鹏宇 +1 位作者 李超华 刘顺 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2021年第2期213-220,共8页

巷道火灾蔓延速度快且温度高,封堵控制过程中会对工作人员造成人身威胁,因此研究巷道火灾烟气封堵过程中温度变化规律及预测对其安全控制有重要意义。文中通过分析烟气质量流率的卷吸特征,基于火灾烟气温度控制方程建立了封堵条件下的... 巷道火灾蔓延速度快且温度高,封堵控制过程中会对工作人员造成人身威胁,因此研究巷道火灾烟气封堵过程中温度变化规律及预测对其安全控制有重要意义。文中通过分析烟气质量流率的卷吸特征,基于火灾烟气温度控制方程建立了封堵条件下的巷道火灾烟气温度预测模型。搭建1∶10比例的巷道火灾相似模拟实验台,开展火源功率为4,6,8 MW的巷道火灾实验。测试进风侧单侧封堵比例为0%,25%,50%,75%,100%的15种工况下顶棚烟气温度分布,得到了不同封堵条件下的烟气温度衰减规律。采用平均绝对误差(MAE)、平均绝对百分误差(MAPE)、均方根误差(RMSE)和确定系数(R^(2))验证实验值与理论预测值的准确性。结果表明:当封堵比例大于50%时,随着封堵比例增加,抑制火灾效果明显,在不同封堵下烟气纵向温度分布呈高斯函数规律;通过对比不同封堵条件下的温度场的预测结果(MAE<0.0751,MAPE<0.1321,MSE<0.077,R^(2)=0.9069),发现该模型对封闭过程火区温度的预测结果较好。 展开更多

关键词 安全科学与工程 巷道火灾 温度场 封堵 预测模型

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基于数据填补的煤自燃温度预测模型 被引量：11

10

作者 翟小伟 罗金雷 +3 位作者 张羽琛 宋波波 郝乐 周妤婕 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2023年第1期28-35,98,共9页

现有煤自燃温度预测模型的建立大多基于较为完整的指标气体样本数据,但指标气体数据受仪器或人为因素影响,往往存在数据缺失现象,导致煤自燃温度预测准确率较低和过拟合等问题。针对上述问题,提出了将K近邻算法(KNN)、随机森林(RF)、决... 现有煤自燃温度预测模型的建立大多基于较为完整的指标气体样本数据,但指标气体数据受仪器或人为因素影响,往往存在数据缺失现象,导致煤自燃温度预测准确率较低和过拟合等问题。针对上述问题,提出了将K近邻算法(KNN)、随机森林(RF)、决策树(DT)及基于粒子群优化的支持向量回归等填补算法(PSO-SVR)应用于缺失值填补,缺失数据和填补后的数据通过RF、SVR和极限梯度提升树(XGBoost)算法分别进行训练,并通过PSO算法优化参数,构建了基于数据填补的RF、XGBoost和SVR煤自燃温度预测模型。利用煤自然发火实验选取CO,CO_(2),CH4,C_(2)H_(6),O_(2)作为指标气体,并设计整体缺失率为10%,20%,30%和CO,CO_(2)缺失率为40%,50%,60%共6种随机数据缺失,采用平均绝对误差百分比(MAPE)作为填补效果评价指标,采用MAPE、判断系数R^(2)和均方根误差(RMSE)作为模型性能评价指标,对4种填补算法和3种预测模型进行对比。对比分析结果表明:在6种数据缺失情况下,DT填补算法填补效果优于其他3种算法,在CO,CO_(2)存在较多缺失值时,RF算法的填补值与实际值的MAPE偏大;在不调参的情况下,XGBoost模型虽然在训练集效果极好,但极易过拟合,而SVR模型预测效果极差,无法满足预测要求;在6种数据缺失情况下,基于DT填补算法的PSO-SVR、RF与PSO-RF煤自燃温度预测模型的MAPE均在4%左右,基于DT填补算法的RF模型无需优化就能较好地预测出煤自燃温度,具有良好的稳定性。 展开更多

关键词 煤自燃 温度预测 指标气体 数据缺失填补 K近邻填补算法 随机森林填补算法 决策树回归填补算法 基于粒子群优化的支持向量回归填补算法

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矿用CH4-CO2红外传感器温度补偿算法模型研究 被引量：8

11

作者 马砺 范新丽 +3 位作者 张晓龙 张鹏宇 黄霄 王烨 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2020年第12期1456-1462,共7页

红外气体传感器检测气体浓度具有响应速度快、稳定性高等特点,但检测精度受温度变化影响大。本文对不同温度下矿用CH4-CO2红外传感器待测气体响应信号进行实验研究,并研究传感器的温度补偿算法模型,消除温度对传感器响应信号的影响。研... 红外气体传感器检测气体浓度具有响应速度快、稳定性高等特点,但检测精度受温度变化影响大。本文对不同温度下矿用CH4-CO2红外传感器待测气体响应信号进行实验研究,并研究传感器的温度补偿算法模型,消除温度对传感器响应信号的影响。研究结果表明:在环境温度20℃时,CH4-CO2红外传感器响应信号与待测气体浓度之间呈现良好的线性关系;温度越高,CH4-CO2红外传感器的响应信号越大。通过建立随机森林模型进行温度补偿,CH4红外传感器和CO2红外传感器的响应信号和待测气体浓度之间的相关系数分别为0.9203和0.9099,响应信号与待测气体浓度之间的线性相关度提高、均方误差和平均绝对误差均减小,CH4红外传感器精度更高。基于随机森林温度补偿模型在10~25℃温度变化范围内可减小温度对矿井气体浓度监测的影响。 展开更多

关键词 红外气体传感器 温度补偿 随机森林 检测精度

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