基于红外热像技术的硫化矿石自燃预测研究

作     者：石东平 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李孜军

授予年度：2012年

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

主      题：硫化矿石 自燃 红外热像仪 影响因素 拟合方程 几何定位 自燃点预测 

摘      要：硫化矿石有发生自燃的可能性,自燃的发生会造成极大的财产损失和人员伤亡。但现在对硫化矿石自燃预测研究多使用误差较大的气体预测法,因此对硫化矿石自燃预测进行研究就具有重要意义。本文通过收集和查阅国内外相关文献,在对硫化矿石自燃机理、红外热像技术基本原理进行系统综述的基础上,采用对比实验及数值模拟相结合的方法,分析影响红外热像仪结果精度的主要因素,得出了红外热像仪测温拟合公式。解决了红外热像仪直接应用于硫化矿石自燃预测时精度过低、无法定位的问题。 论文的主要内容和结论如下： (1)介绍自燃探测技术的研究现状、具体应用及不足。简述在自燃预测预报领域常见的探测方法,总结红外热像技术在理论方面、实验方面的发展及国内外各个领域的应用,综述红外热像仪应用于硫化矿石自燃预测的研究现状及不足。 (2)理论分析影响硫化矿石自燃的因素。在参考相关资料、收集国内外相关文献的基础上,对几种常见硫化矿石的物理和化学特性做了分析,列举了几种常见的硫化物在干燥和潮湿两种状态下的氧化反应公式,对硫化矿石自燃的影响因素进行分析。 (3)总结红外热像技术的理论基础及基本工作原理。阐述红外辐射的基本理论及基本定律,分析红外辐射从目标物体发射出之后在传输过程中的衰减情况。介绍红外热像仪的基本工作原理,研究红外热像仪各组成部分的基本性能及如何针对目标物体选择合适的红外热像仪。 (4)综合考虑矿样发射率、测量距离、测量角度、测量环境粉尘浓度、测量环境噪声大小、被测矿样表面风速大小等这六个影响硫化矿石自燃红外热像仪测温结果的因素,应用对比拟合法进行实验分析。设计实验装置并对A、B、C、D四个矿样进行相关的单因素和多因素影响的红外测温对比实验。对实验数据进行分析,得到在综合因素影响下的红外热像仪测温拟合公式。 (5)实际应用所得拟合方程。分别在A、B、C、D四个矿样的采样区进行实地测量,将相关参数代入拟合方程中,得到修正后红外温度值,同可记录式热电阻所测值对比,相对误差较小,证明拟合公式具有良好的可用性。 (6)应用插值法确定红外热像图几何位置。通过在A、B、C、D四个矿样表面布设可视化网格,将所得测点数据应用插值公式进行计算后,得到各矿样表而温度信息同几何信息相对应的拟合公式。用MATLAB分别模拟四个矿样在加热2h、3h、4h、5h之后的矿堆表面温度场。 (7)应用拟合对比法进行硫化矿石堆自燃点预测。通过对A、B、C、D四个矿样表面测点及测点下10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm处的温度进行测定,得到与距离有关的硫化矿内部同表面温度间的回归方程。