基于激光诱导荧光的煤矿突水水源识别系统的研制

摘要

煤矿灾害一直是煤炭行业的热门话题，随着世界经济的发展以及对能源需求的不断增加，世界各国对煤矿的开采速度在急剧上升，开采范围在不断矿大，在煤矿开采还不能完全机械化的情况下，效率的提高必然将降低开采过程中的安全系数。同时，随着煤矿开采地质条件的复杂程度不断增加，不仅加大了开采难度，而且提高了煤矿开采的危险性，一些已知的和未知的地质因素不断威胁着煤矿的安全生产。
　　煤矿突水事故是影响煤矿安全开采的重要因素之一，每年我国乃至世界因煤矿突水事故造成的直接或间接的经济损失不计其数。煤矿突水来势凶猛，井下排水系统以无能为力，水灾一旦形成，后果不堪设想。但与其他煤矿开采事故不同，突水事故虽发生迅速，但在突水发生前会有很多征兆，比如煤矿涌水水质的温度、流量、PH值和电导率等水质参数会随着涌水水源的改变发生明显的甚至急剧的变化，根据这些变化我们可以初步判断煤矿井下突水水源的改变。本文在此基础上通过一种更加有效和精确的方法即激光诱导荧光技术对突水水源进行检测，通过对水源荧光光谱的分析，不仅可以预测煤矿突水水源的改变，同时还可以精确的判断出变化水源的类型，为煤矿井下突水预警系统提供更加真实可靠的分析数据的同时，提高了系统的预警能力。
　　本文搭建了一整套煤矿井下突水水源预警系统，包括突水水源水质参数和荧光光谱的采集、数据的组网传输、数据的综合分析处理。通过建立专家数据库的方法对水源荧光光谱进行分类，最终得出处理结果，节约了系统的分析时间，提高了系统的实时性，使预警系统更加安全可靠。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究动态

1．2．1 煤矿突水预警技术研究现状

1．2．2 水质检测方法研究现状

1．3 论文研究的主要内容和结构安排

1．3．1 论文研究的主要内容

1．3．2 论文的结构安排

2 煤矿突水水源识别理论

2．1 我国煤矿突水水源类型

2．1．1 矿井水来源

2．1．2 突水水源类型

2．2 突水水源识别指标

2．3 突水水源识别方法

2．3．1 水温-水位判别法

2．3．2 水化学分析法

2．3．3 数学分析法

2．3．4 光谱分析法

2．4 本章小结

3 激光诱导荧光技术

3．1 LIF原理

3．1．1 荧光的产生机理

3．1．2 荧光的定量分析

3．2 LIF光学和电学系统组成

3．2．1 荧光染色剂

3．2．2 荧光的激发源

3．2．3 激发单色器

3．2．4 光电传感器

3．2．5 荧光检测器

3．2．6 输出、控制、数据分析器

3．2．7 本章小结

4 突水水源识别模型建立

4．1 贝叶斯判别法判断煤矿突水水源的一般步骤

4．2 matlab仿真验证

5 系统硬件电路组成

5．1 荧光光谱检测系统

5．2 温度检测系统

5．3 电导率检测系统

5．4 PH值检测系统

5．5 流量检测系统

5．6 通信系统

5．7 供电系统

5．7 本章小结

6 突水水源识别平台搭建和系统测试

6．1 数据处理软件设计

6．2 系统测试

6．3 本章小结

7 总结和展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果