紅外探測(cè)技術(shù)在礦井中的應(yīng)用-ST紅外探水儀
紅外探測(cè)技術(shù)在礦井防滅火中的應(yīng)用
摘要 本文闡述了紅外探測(cè)技術(shù)的原理和在礦井防滅火工作中的應(yīng)用，即進(jìn)行防火預(yù)測(cè)和探測(cè)隱蔽火源。
關(guān)鍵詞 紅外探測(cè) 防滅火
我公司各礦對(duì)煤炭自燃的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)普遍采用的是氣體分析法，這種方法是依照煤在不同的溫度下產(chǎn)生氣體的種類和多少是不同的原理來進(jìn)行判斷煤炭自燃發(fā)展情況的，但無法知道自燃的實(shí)際位置，而且受井下通風(fēng)因素的影響，判斷也不很準(zhǔn)確。
紅外探測(cè)技術(shù)在礦井探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造和探測(cè)瓦斯等方面都發(fā)揮著了很重要的作用；通過在東灘礦4308工作面軌順巷道中探測(cè)隱蔽火源的實(shí)踐證明，這項(xiàng)技術(shù)還可廣泛應(yīng)用于煤礦的防滅火工作中。
一、紅外探測(cè)的原理
發(fā)光物體在發(fā)出可見光的同時(shí)，還發(fā)出一系列不可見的其它電磁波，如紅外電磁波等，火源也是如此，在隱蔽地點(diǎn)，當(dāng)煤自燃的條件形成后，煤層溫度逐漸增高的同時(shí)，其紅外輻射場(chǎng)的強(qiáng)度也在逐漸增大。
自然界任何物體在處于*對(duì)零度以上時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生分子振動(dòng)和晶格振動(dòng)，向外發(fā)射紅外電磁波，形成紅外輻射場(chǎng)，輻射場(chǎng)能量大小如按下式計(jì)算：
E=εαT4
式中：
ε-輻射系數(shù)（0<ε<1），其中煤的輻射系數(shù)一般在0.7-0.98之間，而且隨含水量和空隙度的變化而變化。
α-斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)，5.67×10-10 /cm2.K4。
不同物質(zhì)的輻射系數(shù)不同，同一種物質(zhì)，其輻射系數(shù)也不一定相同，就煤體而言，如果煤體是松散煤體，其輻射系數(shù)小，輻射能量較低，而比較密實(shí)的煤體，其輻射擊系數(shù)較大，輻射的能量較高，我們可以根據(jù)這一特點(diǎn)來進(jìn)行防火預(yù)測(cè)，對(duì)查找出有松散煤體的區(qū)域采取必要的防火措施。
從輻射場(chǎng)能量公式中可見，物體的輻射能量與其溫度的四次方成正比；自燃的煤體的溫度升高時(shí)，其輻射的能量會(huì)大輻度增加。煤層在向外輻射紅外電磁波的同時(shí)，就把隱蔽煤體內(nèi)部自燃的信息以場(chǎng)的變化的形式告訴給我們，因此我們可以利用紅外電磁波探測(cè)技術(shù)探測(cè)隱蔽火源。
需要說明的是，紅外測(cè)溫技術(shù)與紅外探測(cè)技術(shù)有本質(zhì)的區(qū)別：紅外測(cè)溫是測(cè)取某個(gè)物體或某個(gè)環(huán)境的表面溫度，是測(cè)量動(dòng)溫、，是測(cè)量物體的動(dòng)熱密度，必須直接接觸才能測(cè)量；而紅外探測(cè)技術(shù)是根據(jù)場(chǎng)的變化規(guī)律，以確定不可見物體或環(huán)境溫度的變化情況及密實(shí)情況，是非接觸性測(cè)量。
二、對(duì)紅外探測(cè)曲線的解釋
依據(jù)紅外探測(cè)技術(shù)的原理研制出來的儀器不同于一般的直讀式儀器，它不能夠直接讀出某一測(cè)定的溫度，只能讀出該測(cè)點(diǎn)的紅外輻射場(chǎng)強(qiáng)度，還必須對(duì)根據(jù)各探測(cè)點(diǎn)的位置和測(cè)得的紅外場(chǎng)強(qiáng)度畫出曲線，并對(duì)之進(jìn)行分析和解釋。
對(duì)于一條探測(cè)曲線，*先應(yīng)判斷哪一段是正常場(chǎng)，哪一段是異常場(chǎng)。如圖1的探測(cè)曲線圖中的 ab和cd段為正常場(chǎng)（正常場(chǎng)不一定為直線），bc段和de段為是異常場(chǎng)。
從防滅火方面講，bc段是氧氣容易進(jìn)入的低密度段，de段紅外輻射場(chǎng)強(qiáng)度明顯出現(xiàn)升高，并出現(xiàn)一峰值，說明該段已出現(xiàn)了煤的低溫氧化。
如果*次測(cè)得的某條巷道中正常場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)能量為曲線f1，（A處可能有電氣設(shè)備）第二次測(cè)得的紅外輻射場(chǎng)能量曲線為f2，f2也應(yīng)是正常場(chǎng)，因?yàn)楦鼽c(diǎn)在曲線上的變化是一 致的，f3的變化在A點(diǎn)明顯增大，出現(xiàn)了異常場(chǎng)，說明A處出現(xiàn)了低溫氧化，再過一定時(shí)間，該點(diǎn)的紅外輻射場(chǎng)強(qiáng)度的變化會(huì)大大高于其它點(diǎn)的變化，該地點(diǎn)必須采取一定的防火措施進(jìn)行處理。
在某工作面兩順槽進(jìn)行了紅外探測(cè)
從曲線上可以看出ABCD對(duì)應(yīng)的陰影部分為易氧化的低密度段，曲線上各點(diǎn)的紅外輻射場(chǎng)增長(zhǎng)幅度較大，說明該范圍內(nèi)已開始出現(xiàn)低溫氧化，曲線f3上，紅外輻射場(chǎng)出現(xiàn)一個(gè)峰值，紅外輻射場(chǎng)大輻度增大，該范圍的煤體已經(jīng)出現(xiàn)高溫火點(diǎn)。
1、 紅外探測(cè)實(shí)例
東灘礦4308工作面是一綜放工作面，其軌順另一側(cè)是4309工作面采空區(qū)，4309工作面采空區(qū)內(nèi)有多處浮煤自燃，高溫點(diǎn)位置難以準(zhǔn)確判定，我們采用st6型防爆紅外探測(cè)儀進(jìn)行了隱蔽火源的探測(cè)。
在4308軌順沿空側(cè)，每隔2.5米布置一測(cè)點(diǎn)，對(duì)4309采空區(qū)進(jìn)行探測(cè)
表1 各探測(cè)點(diǎn)紅處場(chǎng)強(qiáng)數(shù)值表
設(shè)點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)設(shè)點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)設(shè)點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)設(shè)點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)
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
將表1中的數(shù)據(jù)繪成曲線，可以看出，橫坐標(biāo)120-160米處為正常場(chǎng)（即正常地段），30-90米段出現(xiàn)低溫氧化反應(yīng)，95-100米段出現(xiàn)強(qiáng)烈的氧化升溫反應(yīng)，已經(jīng)出現(xiàn)明顯的高溫點(diǎn)，這與打鉆測(cè)溫的情況基本相符。
四、結(jié)論
我們?cè)谀贤汀⑴d隆莊礦也進(jìn)行了紅外探測(cè)工作，也取得了很好的效果。
實(shí)踐證明，紅外探測(cè)技術(shù)在礦井防滅火中方便適用、準(zhǔn)確性較高。它的作用，一是進(jìn)行防火預(yù)測(cè) ，用該方法可以迅速確定出巷道中的低密度段，即易氧化地段，如果該地段中煤的含硫量高、含揮發(fā)分高，煤就會(huì)進(jìn)入低溫氧化階段，這樣的地點(diǎn)煤就容易自燃，必須進(jìn)行防火處理；二是進(jìn)行隱蔽火源探測(cè)，如果掘進(jìn)巷道或采煤工作面相鄰綜放面采空區(qū) ，綜放面采空區(qū)的端頭松散煤體由于暴露時(shí)間長(zhǎng)，極易發(fā)生自燃，用這種方法可以迅速確定高溫點(diǎn)的位置。
紅外探測(cè)術(shù)在礦井防滅火中的應(yīng)用還處于嘗試階段，技術(shù)還不夠成熟，目前還不能對(duì)火源點(diǎn)距巷道的垂直距離和溫度大小進(jìn)行探測(cè)， 探測(cè)距離也不夠遠(yuǎn)，但我們?cè)谶@方面已經(jīng)邁出了可喜的一步，經(jīng)過不斷應(yīng)用和發(fā)展，一定能夠克服這些不足，，更好地為礦區(qū)防滅火工作服務(wù)。
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