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基于博弈论-贝叶斯网络的煤矿瓦斯爆炸风险评估

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煤炭学报 2024年第8期49卷 3484-3497页

作者：林志军李敏贺珊施式亮田孝娜王丹湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201

为解决煤矿瓦斯爆炸风险分析中不确定性处理的不足和指标权重模糊性的难题,基于贝叶斯网络及博弈论提出了一种瓦斯爆炸风险评估方法。首先,基于专家经验和事故致因理论构建瓦斯爆炸风险拓扑结构模型,同时通过博弈论方法优化专家的主客... 详细信息

为解决煤矿瓦斯爆炸风险分析中不确定性处理的不足和指标权重模糊性的难题,基于贝叶斯网络及博弈论提出了一种瓦斯爆炸风险评估方法。首先,基于专家经验和事故致因理论构建瓦斯爆炸风险拓扑结构模型,同时通过博弈论方法优化专家的主客观权重,然后基于模糊集理论计算风险因素的先验概率和条件概率;其次利用贝叶斯推理技术计算瓦斯爆炸发生的概率和风险因素的后验概率分布;最后通过敏感性分析和关键致因链分析,找出影响瓦斯爆炸关键性风险因素和关键风险路径。案例研究表明:山东省某煤矿工作面瓦斯爆炸发生的概率为6.5%,而导致瓦斯爆炸的主要点火源为电气故障、岩石间摩擦、放炮火花以及煤自燃;导致瓦斯超限最主要的原因为通风系统缺陷和通风系统设计。通过敏感性分析可知,通风系统缺陷和电气故障这两因素最为敏感。通过关键致因链分析可知,路径为电气故障→通风系统缺陷→通风措施→瓦斯控制措施→瓦斯超限和路径为电气故障→电火花→点火源的组合导致瓦斯爆炸发生可能性最大,相比于正常情况下,瓦斯爆炸发生的概率增加了301.5%。同时基于博弈论组合赋权法在提升指标权重的客观性和准确性上具有综合优点,评估结果符合煤矿实际情况。

关键词：瓦斯爆炸贝叶斯网络博弈论组合赋权风险评估

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无机盐与多糖复配对泡沫灭火剂理化性能影响

中国安全科学学报 2024年第3期34卷 137-147页

作者：康文东鲁义张作彬李贺邢宇霆周钦云湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201

为进一步提升环保型泡沫灭火剂灭火效能,以α-烯烃磺酸钠(AOS)和磷酸酯两性有机硅(PBSS)为表面活性剂,无机盐和多糖为稳泡剂,制备环保型泡沫灭火剂。基于无机盐与多糖复配对泡沫灭火剂表面张力、起泡性和稳定性的影响,提出稳泡剂复配体... 详细信息

为进一步提升环保型泡沫灭火剂灭火效能,以α-烯烃磺酸钠(AOS)和磷酸酯两性有机硅(PBSS)为表面活性剂,无机盐和多糖为稳泡剂,制备环保型泡沫灭火剂。基于无机盐与多糖复配对泡沫灭火剂表面张力、起泡性和稳定性的影响,提出稳泡剂复配体系的泡沫稳定机制。结果表明:无机盐和多糖复配能进一步提升泡沫灭火剂的理化性能,以0.025%黄原胶/0.125%明胶/0.1%氯化镁为稳泡剂所制备泡沫灭火剂的综合性能最佳,表面张力为24.34 mN/m,初始泡沫高度118.81 mm,25%析液时间为132.1 s。稳泡剂体系的稳泡机制归因于黄原胶和明胶在泡沫溶液中形成氢键,极大地增强泡沫液膜的表面强度,从而有效减缓泡沫的析液和气泡的粗化;Mg^(2+)与AOS/PBSS头基产生静电作用而吸附于头基周围,削弱头基间的静电排斥作用,使得单位面积上表面活性剂浓度增加,进一步增强泡沫稳定性。

关键词：无机盐多糖复配泡沫灭火剂理化性能泡沫稳定性

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不同隔热材料下的深井巷道隔热降温模拟研究

中国安全科学学报 2024年第2期34卷 153-160页

作者：游波崔大雄刘何清鲁义杨芯宇湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201

为解决煤矿开采深度不断延伸带来的热害问题,揭示深井巷道温度场分布特征,选用5种矿用隔热材料开展深井巷道隔热降温模拟研究,分析不同厚度隔热层、不同围岩初始温度对围岩温度场、调热圈半径及巷内风流温度变化的影响,并探究隔热层附... 详细信息

为解决煤矿开采深度不断延伸带来的热害问题,揭示深井巷道温度场分布特征,选用5种矿用隔热材料开展深井巷道隔热降温模拟研究,分析不同厚度隔热层、不同围岩初始温度对围岩温度场、调热圈半径及巷内风流温度变化的影响,并探究隔热层附近围岩温度场的演变特征。结果表明:添加泡沫混凝土的材料隔热性能最佳,经济成本最低;隔热层选用导热系数较低的隔热材料有助于提高隔热层的隔热效果,5~10 cm为最佳隔热层厚度;温度场与围岩层、锚喷层、隔热层在空间上分布一致,隔热材料导热系数与巷道围岩的温度梯度呈负相关,隔热层厚度、原岩温度与巷道围岩温度梯度呈正相关,隔热材料、隔热层厚度和原岩温度对调热圈半径有一定程度的影响,相比无隔热层巷道,巷道隔热和降温效果显著。

关键词：隔热材料巷道风流围岩温度场温度梯度调热圈降温效果

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磷石膏基自产气膨胀浆体防灭火性能研究

中国安全科学学报 2024年第3期34卷 148-154页

作者：吴芳华施式亮鲁义谷旺鑫谭嘉乐刘蔚廷湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201

为防治煤矿顶煤和上分层遗煤自燃等高位火源灾害,以工业固废物磷石膏为基料,加入碳酸氢钠和聚丙烯酰胺等成分,制备出一种自产气膨胀浆体。首先,应用热重(TG)分析仪研究浆体在不同升温速率下的热稳定性;然后,采用自行搭建的隔热性能测试... 详细信息

为防治煤矿顶煤和上分层遗煤自燃等高位火源灾害,以工业固废物磷石膏为基料,加入碳酸氢钠和聚丙烯酰胺等成分,制备出一种自产气膨胀浆体。首先,应用热重(TG)分析仪研究浆体在不同升温速率下的热稳定性;然后,采用自行搭建的隔热性能测试系统测试浆体的隔热性;最后,通过灭火试验研究浆体的灭火降温性能。结果表明:磷石膏基自产气膨胀浆体在160℃以下时存在35%~46%的质量损失,当温度大于160℃时,浆体的质量分数不再发生改变;浆体堆积厚度达到30 mm时,有效隔热时间超过139 min,可实现对煤自燃危险区域较好的覆盖;浆体通过在煤堆裂隙中膨胀扩散,自下而上完全包裹碎煤,隔绝氧气,具有良好的降温灭火性能,注浆36 min后,各点位温度已全部降低至50℃以下,未出现复燃现象。

关键词：磷石膏基自产气膨胀浆体煤自燃热稳定性隔热性能灭火降温有效隔热时间

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基于动态贝叶斯网络的蒽醌法制备双氧水工艺风险评估

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中国安全科学学报 2024年第2期34卷 110-116页

作者：张术琳王澜凝鲁义湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201

为降低因蒽醌法制备双氧水而引起的火灾爆炸风险,从蒽醌法制备双氧水工艺中选取危险性较大的萃取净化工序展开风险评估。首先,分析该工序的危险源,采用Freefta软件建立事故树模型,在该模型的基础上使用GeNIe软件绘制事故树转换的动态贝... 详细信息

为降低因蒽醌法制备双氧水而引起的火灾爆炸风险,从蒽醌法制备双氧水工艺中选取危险性较大的萃取净化工序展开风险评估。首先,分析该工序的危险源,采用Freefta软件建立事故树模型,在该模型的基础上使用GeNIe软件绘制事故树转换的动态贝叶斯网络模型;然后,运用专家打分法和模糊分析法计算模型中基本事件的先验概率,运用GeNIe软件在设定的前置条件下计算模型中基本事件的后验概率;最后,比较先验、后验概率之间的变化幅度,确定重要基本事件,揭示引起火灾爆炸的危险源并制定应急处置技术。结果表明:降解物与杂质造成污染、工艺副反应产生并增多、催化剂失效以及双氧水自身化学性质活跃4种重要危险源对萃取净化工序火灾爆炸影响最大;从阻止火灾蔓延与液体疏通的角度针对重要危险源制定应急处置技术效果较好。

关键词：蒽醌法制备工艺双氧水动态贝叶斯网络风险评估事故树应急处置技术

有机硅表面活性剂对煤表面润湿性影响的分子模拟

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安全与环境学报 2024年第8期 3106-3115页

作者：游波龚哲曾磊汪欣怡杨芯宇湖南科技大学资源环境与安全工程学院

为寻找对煤尘抑制具有良好效果的表面活性剂，以Wiser煤化学结构模型为附着基底，利用Materials Studio分子模拟软件建立水-表面活性剂-煤吸附体系，以研究有机硅表面活性剂在煤表面的润湿机制。分别以阴离子型碳氢表面活性剂十二烷基... 详细信息

为寻找对煤尘抑制具有良好效果的表面活性剂，以Wiser煤化学结构模型为附着基底，利用Materials Studio分子模拟软件建立水-表面活性剂-煤吸附体系，以研究有机硅表面活性剂在煤表面的润湿机制。分别以阴离子型碳氢表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate, SDBS)、非离子型碳氢表面活性剂烷基糖苷(Alkyl Polyglucoside, APG-0810)、MD′M型聚醚改性三硅氧烷表面活性剂、Si—C侧链型聚醚改性聚硅氧烷表面活性剂等4种润湿剂构建润湿体系，模拟烟煤-表面活性剂-水体系对水分子的吸附过程，深入分析吸附构型、空间分布，以及相互作用能、静电势、水分子均方位移等，进而研究煤表面润湿作用机理和界面行为。模拟结果显示：有机硅表面活性剂对煤表面的润湿性能明显优于碳氢表面活性剂；在范德华力作用下，硅氧烷链段可与烟煤稳定结合；聚醚链段具有亲水性以及良好的静电驱动作用，在煤表面形成对水分子的紧密吸附层；在润湿过程中，有机硅表面活性剂的聚醚长链吸附聚集更多水分子在煤表面，促进煤的润湿进程。研究结果为有机硅表面活性剂在煤尘控制的应用提供了理论依据。

关键词：安全卫生工程技术表面活性剂粉尘防治分子动力学润湿性

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基于CNN的化工园区火灾火焰图像识别研究

中国安全科学学报 2024年第1期34卷 179-186页

作者：张术琳张亚楠田超严翔鲁义施式亮湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南湘潭411201 重庆大学资源与安全学院重庆400044

为及时发现化工园区火灾事故,降低事故损失,利用卷积神经网络(CNN)建立化工园区火灾实时检测系统。基于CNN-YOLOv5算法训练化工园区火灾数据集和普通火灾数据集,分析对比2个数据集的损失值、召回率、精度和类别平均精度。其中,化工园区... 详细信息

为及时发现化工园区火灾事故,降低事故损失,利用卷积神经网络(CNN)建立化工园区火灾实时检测系统。基于CNN-YOLOv5算法训练化工园区火灾数据集和普通火灾数据集,分析对比2个数据集的损失值、召回率、精度和类别平均精度。其中,化工园区火灾数据集的损失值和召回率略低,但精度和类别平均精度高于普通火灾数据集,证明通过CNN检测化工园区火灾的可行性。结果表明:基于火灾检测结果,借助PyQt5程序框架设计化工园区火焰图像识别软件系统,可实现对化工园区火灾火焰图像和视频的识别应用,扩大该方法适用范围。基于CNN的YOLOv5目标检测算法可以实时检测化工园区火灾,其检测方法具有便携性、检测结果具有可靠性,可提高化工园区的安全管理水平。

关键词：化工园区火灾火焰图像识别卷积神经网络(CNN) YOLOv5算法火灾数据集

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青藏高原现代冰川冰缘区形变研究综述

地理科学 2024年第7期44卷 1133-1141页

作者：贺璐方王欣王琼张法刚雷东钰尹力辰张勇魏俊锋湖南科技大学地球科学与空间信息工程学院湖南科技大学资源环境与安全工程学院

冰缘区系冻融作用强烈的冻土区，易发生地表隆沉、失稳滑移等形变，是冰川灾害的物源区。系统解析冰缘区活动层水-热-力效应引起形变的作用机制，对研究冰缘区地表形变类型和冰川灾害防治具有重要意义。当前青藏高原发育现代冰川冰缘区... 详细信息

冰缘区系冻融作用强烈的冻土区，易发生地表隆沉、失稳滑移等形变，是冰川灾害的物源区。系统解析冰缘区活动层水-热-力效应引起形变的作用机制，对研究冰缘区地表形变类型和冰川灾害防治具有重要意义。当前青藏高原发育现代冰川冰缘区面积1.05×10～6 km2，其中在过去几十年由于冰川退缩新增冰缘区面积约0.15×10～5 km2。冰缘区在气候、地形和现代冰川作用的综合影响下，产生以冻胀融沉为机理的垂直形变和以重力运移为主导的水平形变。未来研究应利用多源数据，结合冰缘区历史地表形变环境及致灾过程，借助人工智能实现现代冰川冰缘区地质灾害高效识别和预测预报，完善现代冰川冰缘区形变的监测-模拟-预测体系，为区域防灾减灾提供基础数据与理论支撑。

关键词：青藏高原现代冰川冰缘区多年冻土形变监测

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采空区球体组装模型与多孔介质流动压损预测

煤炭科学技术 2024年

作者：陈方兴郝小礼陈世强李轶群李石林鲁义湖南科技大学资源环境与安全工程学院湖南科技大学土木工程学院

快速预测采空区内部流动损失，一直是煤矿精准防灭火的关键问题。围绕采空区多孔介质流动，提出球体组装的采空区多孔介质物理模型，结合模型几何特征，找到流动的最小体元，并划分出该流动的四个阶段。基于纳维-斯托克斯（N-S）方程，... 详细信息

快速预测采空区内部流动损失，一直是煤矿精准防灭火的关键问题。围绕采空区多孔介质流动，提出球体组装的采空区多孔介质物理模型，结合模型几何特征，找到流动的最小体元，并划分出该流动的四个阶段。基于纳维-斯托克斯（N-S）方程，建立表观速度、球径、动力粘度、流体密度与压损的关系式，得到四个阶段的压损计算式，进一步，采用时间比重的加权方法，建立了单位长度压损模型JT/L，符合Forchheimer方程形式。应用该模型预测了压损数值，对比了数值模拟结果和Ergun方程的预测值，结果表明：对数值模拟结果的影响，相比出入口效应，发现边壁效应更大，经优化确定模型为16×7的多球组装体接枝组合；对于该接枝组合内的多孔介质流动，在层流和近层流时，Ergun预测值与数值模拟结果的相对误差小于8%；引入孔隙率为0.375的多孔介质实验数据，开展无量纲分析，验证了数值模拟结果的可靠性，但是，单位长度压损模型JT/L预测值的误差最大值达69.9%，实为将N-S方程简化成一维而引起的；定义修正系数K，表征三维流动的影响，雷诺数(Rem)低于10，K=2.84，雷诺数为10～3000时，K=6.56Rem-0.334；最终，得到了拟三维的JT'/L计算模型，当雷诺数低于10，预测值的误差小于6%，在雷诺数10～3000范围内，误差低于10%。结论表明，基于球体组装模型的采空区拟三维多孔介质流动压损计算模型，可快速预测出雷诺数不超过3000的单位长度压损，有助于科学指导采空区精准防灭火的工程实践。

关键词：压力损失多孔介质模型时间比重边壁效应修正系数