煤礦瓦斯事故是我國煤礦安全生產(chǎn)的頭號大敵。我國能源結構呈現(xiàn)富煤少油的特點，且煤礦地質構造復雜，高瓦斯礦井所占比重大，造成了我國煤炭瓦斯事故呈現(xiàn)長期、不可避免、易發(fā)而嚴峻的形勢。煤礦瓦斯防治工作是我國安全生產(chǎn)的重中之重。煤礦瓦斯監(jiān)測及瓦斯事故預測預警是保障我國煤礦安全生產(chǎn)的重要有效手段，也一直是能源領域專家學者研究的重要課題。本文通過對光聲光譜氣體檢測原理的系統(tǒng)研究，深入分析并建立了基于光聲光譜的煤礦瓦斯檢測系統(tǒng)，提出一種瓦斯爆炸預報警的新思路，并對其進行了實驗驗證。主要研究內(nèi)容如下：通過對光聲光譜氣體檢測原理深入系統(tǒng)的研究，分析光聲光譜檢測煤礦瓦斯?jié)舛鹊目尚行�。針對煤礦瓦斯成分的特點，利用HITRAN和HITEMP數(shù)據(jù)庫，通過對甲烷以及礦井環(huán)境氣體中水蒸氣、二氧化碳、一氧化碳、一氧化氮、硫化氫、二氧化硫、二氧化氮等吸收譜線的比較分析，選擇1653.79nm吸收譜線進行甲烷的光聲信號探測。通過對光聲信號產(chǎn)生機理和光聲腔內(nèi)聲場分布深入的研究，論證了光聲信號與光聲腔結構及其工作模式的內(nèi)在聯(lián)系，指出光聲信號與一階縱向圓柱形諧振式光聲腔結構尺寸間的關系，為設計新型光聲腔提供了理論依據(jù)。在充分考慮... 

【文章來源】：燕山大學河北省

【文章頁數(shù)】：126 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
        1.1.1 煤礦瓦斯事故的嚴重性
        1.1.2 煤礦瓦斯事故的廣泛性
        1.1.3 課題研究意義
    1.2 煤礦瓦斯監(jiān)測技術及研究現(xiàn)狀
        1.2.1 煤礦瓦斯檢測技術
        1.2.2 煤礦瓦斯預測預警技術的研究現(xiàn)狀
    1.3 光聲光譜甲烷檢測技術的發(fā)展及研究現(xiàn)狀
    1.4 課題研究的主要內(nèi)容
第2章 光聲光譜氣體檢測系統(tǒng)基本理論
    2.1 引言
    2.2 氣體光聲光譜檢測技術理論
        2.2.1 光的吸收
        2.2.2 理想條件下聲的激發(fā)
        2.2.3 實際光聲腔的內(nèi)部損耗機制分析
    2.3 波長調(diào)制與二次諧波檢測技術
        2.3.1 波長調(diào)制技術
        2.3.2 諧波檢測原理
    2.4 本章小結
第3章 新型光聲腔設計
    3.1 引言
    3.2 非諧振式光聲腔
    3.3 諧振式光聲腔
        3.3.1 諧振式光聲腔的基本結構
        3.3.2 標準圓柱形光聲腔
        3.3.3 諧振式光聲腔提高光聲信號的方法
    3.4 聲波傳播的理論分析
        3.4.1 聲速的計算
        3.4.2 聲波在兩根不同截面的管中傳播
        3.4.3 聲波在末端封閉的管中傳播
    3.5 光聲腔設計
        3.5.1 光聲腔設計原則
        3.5.2 光聲腔的參數(shù)分析
        3.5.3 長度可調(diào) T 形一階縱向反饋諧振式光聲腔
    3.6 本章小結
第4章 光聲光譜甲烷檢測系統(tǒng)建立及實驗分析
    4.1 引言
    4.2 甲烷分子吸收譜線分析
        4.2.1 HITRAN 數(shù)據(jù)庫
        4.2.2 甲烷吸收譜線分析
        4.2.3 礦井其他氣體吸收譜線及對甲烷影響分析
    4.3 光聲光譜氣體濃度檢測系統(tǒng)建立
        4.3.1 激光器的選擇
        4.3.2 微音器的選擇
        4.3.3 配氣系統(tǒng)
        4.3.4 系統(tǒng)噪聲分析
    4.4 實驗結果及數(shù)據(jù)分析
        4.4.1 光聲腔性能測試
        4.4.2 系統(tǒng)檢測靈敏度測試
        4.4.3 緩沖氣體對實驗的影響
        4.4.4 溫度對實驗的影響
        4.4.5 其他因素對實驗的影響
    4.5 本章小結
第5章 煤礦瓦斯爆炸預報警中的應用研究
    5.1 引言
    5.2 瓦斯爆炸條件及其影響因素分析
        5.2.1 瓦斯爆炸條件分析
        5.2.2 瓦斯爆炸界限影響因素分析
    5.3 煤礦瓦斯爆炸預報警模型的設計研究
        5.3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡模式識別在預報警系統(tǒng)中的應用研究
        5.3.2 煤礦瓦斯爆炸預報警網(wǎng)絡的 MATLAB 實現(xiàn)及實驗分析
    5.4 煤礦瓦斯監(jiān)測應用于瓦斯爆炸預報警系統(tǒng)的實驗研究
    5.5 本章小結
結論
參考文獻
攻讀博士學位期間承擔的科研任務與主要成果
致謝
作者簡介


【參考文獻】：
期刊論文
[1]煤礦瓦斯氣體的光聲光譜檢測研究[J]. 宋紹樓,范永鋒,丁永峰.  傳感器與微系統(tǒng). 2013(05)
[2]基于物聯(lián)網(wǎng)的煤礦瓦斯爆炸動態(tài)安全預警系統(tǒng)的設計研究[J]. 劉香蘭,趙旭生,董桂剛.  煤炭工程. 2012(09)
[3]煤自然發(fā)火對瓦斯爆炸的影響[J]. 丁廣友,陳舸,陳孟伯.  煤礦安全. 2012(09)
[4]障礙物對巷道瓦斯爆炸傳播影響數(shù)值模擬研究[J]. 鄧飛,劉后明,伍中建.  中國礦山工程. 2012(04)
[5]基于混淆矩陣和集成學習的分類方法研究[J]. 孔英會,景美麗.  計算機工程與科學. 2012(06)
[6]水平管道內(nèi)障礙物數(shù)量對瓦斯爆炸過程的影響研究[J]. 尉存娟,譚迎新,袁宏甦.  中國安全科學學報. 2012(06)
[7]我國煤礦“十一五”期間安全生產(chǎn)狀況及對策研究[J]. 謝雄剛,黃存捍,余照陽.  礦業(yè)安全與環(huán)保. 2012(03)
[8]煤礦井下掘進工作面瓦斯監(jiān)測和控制技術[J]. 田志軒.  科技傳播. 2011(11)
[9]可調(diào)諧半導體激光吸收光譜甲烷濃度監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 蔣亞龍,蔡霆力,祝玉泉.  電子測量與儀器學報. 2011(03)
[10]高靈敏度小型化紅外光聲氣體傳感系統(tǒng)[J]. 李俊,紀新明,周嘉,包宗明,黃宜平.  傳感器與微系統(tǒng). 2011(02)

博士論文
[1]基于可調(diào)諧光纖激光器的痕量氣體光聲光譜檢測技術研究[D]. 彭勇.大連理工大學 2011
[2]光聲光譜微量氣體檢測技術及其應用研究[D]. 張望.大連理工大學 2010



本文編號：3524886