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基于AISM的高校燃烧与爆炸实验室事故关键致因分析

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实验室研究与探索 2024年第4期43卷 241-246页

作者：李威君朱明珠刘音胡相明山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590 山东科技大学矿业工程国家级实验教学示范中心山东青岛266590 山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590

高校燃烧与爆炸实验室涉及燃烧、爆炸、高温、高压等危险因素,具有较高的事故风险。结合三类危险源理论辨识出高校燃烧与爆炸实验室爆炸、火灾、中毒、烫伤4种主要事故类型的25个事故致因因素;进而运用对抗解释结构模型(AISM)对因素间... 详细信息

高校燃烧与爆炸实验室涉及燃烧、爆炸、高温、高压等危险因素,具有较高的事故风险。结合三类危险源理论辨识出高校燃烧与爆炸实验室爆炸、火灾、中毒、烫伤4种主要事故类型的25个事故致因因素;进而运用对抗解释结构模型(AISM)对因素间相关关系进行分析,得到高校燃烧与爆炸实验室事故关键致因。以某高校燃烧与爆炸实验室为例,通过对比AISM模型的UP型和DOWN型有向拓扑层级图,确定出该校燃烧与爆炸实验室事故的5个根源性关键致因因素、5个敏感性关键致因因素、3组互为因果关系的关键致因因素。研究结果为制定更精准的预防事故措施提供了依据,为提高现代高校燃烧与爆炸实验室安全管理效率提供了一种新的思路。

关键词：高校实验室安全燃烧与爆炸实验室事故致因分析对抗解释结构模型

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煤自燃过程中声波效应及前兆特征研究进展

煤炭科学技术 2024年

作者：孔彪钟建辉陆伟胡相明高李阳庄则栋孙晓磊时林超山东科技大学安全与环境工程学院安徽理工大学安全科学与工程学院

基于声波技术感知煤自燃温度的方法具有应用场景广、实时连续性强等优势，但煤自燃过程中声波信号的前兆特征还未有揭示，进行煤自燃过程中声波效应和前兆特征的研究，为声波法探测预警煤自燃提供理论基础。文章首先理论分析煤岩热损伤... 详细信息

基于声波技术感知煤自燃温度的方法具有应用场景广、实时连续性强等优势，但煤自燃过程中声波信号的前兆特征还未有揭示，进行煤自燃过程中声波效应和前兆特征的研究，为声波法探测预警煤自燃提供理论基础。文章首先理论分析煤岩热损伤破裂演化过程、声波传输特征，在此基础上建立了3种尺寸煤自燃声波信息测试系统，测试了煤升温及燃烧过程中次声波、声发射及声波声速信息，利用线性拟合、多重分形理论、傅里叶变换等方法，围绕声波信号的时序特征、与温度相关性、空间特征、非线性特征及频谱等方面进行分析，揭示煤自燃过程中声波信号前兆特征规律。结果表明：煤自燃过程中，随着温度升高，次声波声压值阵发性增长，声发射信号的振铃计数、能量值及声波声速与温度正相关；煤自燃前期次声波信号、声波声时变化更为明显，声发射信号在100 ℃之后的增大变化更显著；声波信号具有空间特征，随着热源距离增加，振铃计数、能量发生降低变化，温度升高不同距离下的声速值均不断增加，声速-温度拟合方程R2均超过0.9；煤升温过程中次声波、声发射信号具有多重分形特征并与煤自燃热破裂具有较好对应性；此外，煤升温过程中次声波主频发生迁移、主频幅值不断增加。最后对煤田高温异常区进行声发射测试，温度异常区域声发射信号变化明显，上述研究为利用声波技术进行煤自燃探测预警提供指导。

关键词：煤自燃次声波声发射时空演化频域特征

防治煤自燃的高堆积固化泡沫的制备及应用研究

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煤炭科学技术 2023年

作者：胡相明王凯薛迪孙公正山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东科技大学安全与环境工程学院

漏风是引发矿井煤自燃的重要原因，而煤自燃火灾影响了矿井的正常生产。为解决传统无机固化泡沫（TISF）在充填堵漏过程中存在胶凝时间长、堆积能力弱的问题，提出经液态硅酸钠（LSS）改性制备的速凝无机固化泡沫（RISF）。研究了不同... 详细信息

漏风是引发矿井煤自燃的重要原因，而煤自燃火灾影响了矿井的正常生产。为解决传统无机固化泡沫（TISF）在充填堵漏过程中存在胶凝时间长、堆积能力弱的问题，提出经液态硅酸钠（LSS）改性制备的速凝无机固化泡沫（RISF）。研究了不同掺量的LSS对泡沫浆液胶凝时间、堆积能力等性能的影响规律，采用抗压强度、稳定性测试等表征手段，确定了LSS的最优添加量为5wt%（质量分数），RISF的28d抗压强度达2.49MPa，是TISF的1.7倍，最大密度比R为1.11，稳定性提升20%左右；胶凝时间和堆积能力的测试结果表明，与TISF相比，RISF的凝结时间大幅缩短（从683s缩短到52s），堆积能力提升（最大堆积高度提高1.9倍）。基于此，结合扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）对RISF的速凝固化机理进行了探究，试验结果表明，RISF具有更多的水化产物且不同的水化产物紧密交织，颗粒水化过程中，LSS水解生成原硅酸根与溶液中的钙离子结合，加快水化反应，缩短了泡沫浆液的胶凝时间。但也发现，当LSS添加量超过5wt%时，RISF的抗压强度降低，稳定性下降，这主要是因为过量的LSS使溶液中的钙硅比例低于1.0，导致生成了低强度的水化产物。堵漏风试验和灭火试验结果表明，与TISF相比，RISF具有较高的堵漏效率和优良的防灭火性能，堵漏效率最高提升26.3%，并且在扑灭煤火时未出现复燃。RISF在利民煤矿矸石山的现场应用表明，其具有良好的降温灭火效果，有效解决了矸石山的高温难题，确保了矿井的正常生产。

关键词：煤自燃无机固化泡沫快速凝固机理充填堵漏材料现场应用

矿用喷涂堵漏风自修复材料性能及工程应用研究

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煤炭科学技术 2023年

作者：胡相明姜永茂吴明跃张茜杨振宇山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东科技大学安全与环境工程学院

喷涂堵漏风是防止煤炭自燃的有效手段之一。针对传统水泥基喷涂堵漏风材料脆性大、易开裂、堵漏风效果差的弊端，提出以微生物及结晶矿物为自愈合剂，研制出生物胶囊和矿物胶囊以及一种生物-矿物-纤维协同自修复材料。研究了不同养护湿... 详细信息

喷涂堵漏风是防止煤炭自燃的有效手段之一。针对传统水泥基喷涂堵漏风材料脆性大、易开裂、堵漏风效果差的弊端，提出以微生物及结晶矿物为自愈合剂，研制出生物胶囊和矿物胶囊以及一种生物-矿物-纤维协同自修复材料。研究了不同养护湿度和养护时间对材料裂缝自修复能力的影响。结果表明，当养护湿度为100%、养护时间为35d时，研制的生物胶囊和矿物胶囊可以将裂缝完全修复，裂缝最大修复宽度为1260μm。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)探究了自修复材料裂缝区域修复产物的晶型及元素组成，发现裂缝处的修复产物为球碳镁石、花瓣状的水菱镁矿以及大量由细菌矿化产生的球形方解石，这些修复产物在一定程度上起到了密闭裂缝的作用；EDS能谱分析证实了修复产物为MgCO3和CaCO3。当养护湿度为100%时，材料具有最高的堵漏风率(97.15%)，比同养护条件的对照组试样高出73.62%。最后将自修复材料用于沿空煤柱喷涂堵漏风，结果显示该材料在6个月内未发现明显裂隙，与传统水泥砂浆相比，该材料具有更长的使用寿命和更好的预防效果。

关键词：煤自燃预防愈合剂自修复堵漏工程应用

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高校锂离子电池实验室耦合风险建模与评估

实验技术与管理 2023年第10期40卷 229-235页

作者：李威君高鹏刘音胡相明山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590 山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室山东青岛266590

该文从行为流、物质流、信息流的角度对高校锂离子电池实验室进行了多因素耦合事故风险分析。首先,以火灾、中毒窒息、触电、灼烫、容器爆炸、其他爆炸作为事故后果,分别辨识三个过程流的风险因素;其次,根据因素的相互影响,构建同一过... 详细信息

该文从行为流、物质流、信息流的角度对高校锂离子电池实验室进行了多因素耦合事故风险分析。首先,以火灾、中毒窒息、触电、灼烫、容器爆炸、其他爆炸作为事故后果,分别辨识三个过程流的风险因素;其次,根据因素的相互影响,构建同一过程流以及不同过程间的因素关联;然后,建立贝叶斯网络模型,结合专家赋值计算事故后果概率;最后,通过敏感度分析得到影响事故发生的关键风险因素。结果表明,高校锂离子电池实验室发生火灾的概率最大,造成该后果的关键风险因素前两位是监测信息缺失和短路,其中行为流风险因素对锂离子电池实验室火灾事故的影响最大。

关键词：高校实验室安全锂离子电池实验耦合风险风险评估贝叶斯网络

复合催化剂改性矿用酚醛树脂低热值及发泡性能研究

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煤炭科学技术 2022年第5期50卷 179-189页

作者：胡相明祝富盛凌青王其宝卢文欣余明高王鹏王伟山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590 山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590 山东科技大学化学与生物工程学院山东青岛266590 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400044 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454003 中煤科工集团沈阳研究院有限公司煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122 煤炭科学研究总院北京100013

传统酚醛树脂在煤矿充填堵漏过程中会释放大量反应热,易造成充填煤层区域温度的升高,从而引起煤炭自燃的问题。针对这一技术问题,对合成酚醛树脂的关键组分“碱性催化剂”进行改良,制备出“碱性催化剂A”,对比分析了催化剂A和其他碱性... 详细信息

传统酚醛树脂在煤矿充填堵漏过程中会释放大量反应热,易造成充填煤层区域温度的升高,从而引起煤炭自燃的问题。针对这一技术问题,对合成酚醛树脂的关键组分“碱性催化剂”进行改良,制备出“碱性催化剂A”,对比分析了催化剂A和其他碱性催化剂对树脂黏度、固含量、泡沫固化温度、发泡倍率和微观孔径结构的影响,并探究了由催化剂A合成的改性酚醛树脂(N-PF)的固化放热机理。研究结果表明:N-PF树脂具有较高的发泡倍率,良好的黏度和较低的固化温度。微观孔径数据显示,碱性催化剂A的应用提高了N-PF树脂泡沫体的孔隙尺寸,且泡沫粉化率低于PF泡沫,具有更加优异的力学性能;傅里叶变换红外吸收光谱(FT-IR)和核磁共振碳谱(^(13)C-NMR)数据显示,N-PF的羟甲基指数低于PF,有利于酚醛树脂在固化过程中总放热量的降低;差示扫描量热(DSC)分析和理论计算证明N-PF在固化过程中的热量释放较PF更为平缓,避免了热量的快速积聚。同时发现,与PF相比N-PF在相同固化体系下的固化体温度与发泡体周围环境温度均大幅降低,固化体温度由125℃降低至65℃降幅可达46%,发泡体周围环境温度由41.8℃下降至32.9℃降幅达21%。

关键词：低固化温度改性酚醛树脂发泡材料固化动力学羟甲基指数

基于改进鲸鱼算法优化BP神经网络的煤自燃预测研究

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矿业安全与环保 2023年第5期50卷 30-36页

作者：孔彪朱思想胡相明杨涛赵旭帅斐达特万姝含山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590 华北科技学院矿山安全学院河北廊坊065201 兖矿能源集团股份有限公司济宁二号煤矿山东济宁272000

为实现煤自燃的高效预测预警,提出了一种改进鲸鱼优化算法结合BP神经网络(MSWOA-BP)的煤自燃温度预测模型。根据煤自燃升温实验进行了模型算法的有效性验证,进一步对比分析了粒子群优化(PSO-BP)模型、灰狼优化(GWO-BP)模型及标准鲸鱼优... 详细信息

为实现煤自燃的高效预测预警,提出了一种改进鲸鱼优化算法结合BP神经网络(MSWOA-BP)的煤自燃温度预测模型。根据煤自燃升温实验进行了模型算法的有效性验证,进一步对比分析了粒子群优化(PSO-BP)模型、灰狼优化(GWO-BP)模型及标准鲸鱼优化(WOA-BP)模型的预测效果和性能,结果显示,MSWOA-BP、GWO-BP、WOA-BP和PSO-BP模型预测结果训练阶段平均百分比误差(MAPE)为1.7359%、2.6518%、6.1655%、6.5701%,测试阶段MAPE为3.0393%、6.0723%、6.7341%、7.6035%,表明MSWOA-BP预测模型具有更高的预测精度和稳定性。应用MSWOA-BP模型进行煤矿现场的温度预测,得到预测温度与现场实测温度的相对误差为2.3%~12.1%,实现了煤矿井下温度的快速预测,可为实现煤自燃的高效预测预警提供一种新方法。

关键词：煤自燃预测预报指标气体煤温改进鲸鱼优化算法预测模型

基于纳米纤维素的接枝共聚型高分子抑尘剂制备与性能研究

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煤矿安全 2022年第5期53卷 32-39页

作者：边素素胡相明贺正龙李苗苗赵艳云山东科技大学能源与矿业工程学院山东青岛266590 山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590 山东科技大学矿山灾害预防控制省部共建国家重点实验室培育基地山东青岛266590

为降低煤炭粉尘带来的环境负担与人类健康危害,采用接枝共聚的方法,选择纳米纤维素为主结构材料,将丙烯酸单体接枝至主体结构,并加入一定含量润湿剂(十二烷基苯磺酸钠),制备了1种兼并保湿、凝并的接枝共聚型高分子抑尘剂材料。借助黏度... 详细信息

为降低煤炭粉尘带来的环境负担与人类健康危害,采用接枝共聚的方法,选择纳米纤维素为主结构材料,将丙烯酸单体接枝至主体结构,并加入一定含量润湿剂(十二烷基苯磺酸钠),制备了1种兼并保湿、凝并的接枝共聚型高分子抑尘剂材料。借助黏度及保水性指标确定了抑尘剂喷洒的最佳体积分数为0.5%;通过测试酸碱度、表面张力、傅里叶红外光谱(FT-IR)以及热重分析(TG-DTG),确定其物理化学性质,结果表明:2种单体发生接枝反应,反应物有良好的热稳定性,且对环境及设备无损害。利用接触角实验验证该抑尘剂与煤样之间的接触角为28.32°,60 min内的渗透深度达5.25 cm,具备良好的润湿性能;采用扫描电子显微镜(SEM)观察分析抑尘剂的抑尘机制,抗蒸发性实验表明可防御50℃的高温环境;风蚀性实验结果显示,在9 m/s风速下,抑尘效率可达98%,具有良好的凝并与保湿效应。

关键词：纳米纤维素丙烯酸煤尘防治接枝共聚抑尘剂

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固化剂对矿用充填泡沫固化行为的影响

中国安全科学学报 2012年第11期22卷 48-54页

作者：胡相明王德明中国矿业大学煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室江苏徐州221008 滨州学院城市与环境系山东滨州256603

为提高泡沫的充填堵漏风效果,选取有机强酸A,有机磺酸B,无机强酸C等3种固化剂,通过测定泡沫的发泡时间、发泡温度、承压强度和氧指数等参数,分析不同组合固化剂对矿用充填泡沫固化行为的影响。结果表明:乳化时间、起泡时间和表干时间随... 详细信息

为提高泡沫的充填堵漏风效果,选取有机强酸A,有机磺酸B,无机强酸C等3种固化剂,通过测定泡沫的发泡时间、发泡温度、承压强度和氧指数等参数,分析不同组合固化剂对矿用充填泡沫固化行为的影响。结果表明:乳化时间、起泡时间和表干时间随固化剂用量的增加而明显缩短;泡沫的发泡倍数和发泡温度随固化剂用量的增加而增加;单独使用有机强酸A或有机磺酸B时,泡沫都存在不同程度的收缩,当添加较高量的无机强酸C时,泡沫的尺寸稳定性变好。当复合固化剂有机强酸A用量∶有机磺酸B用量∶无机强酸C用量=1.2∶1∶1时,泡沫的固化效果最优。

关键词：矿用充填泡沫固化剂固化行为发泡时间压缩强度