红外热成像下的长隧道火灾识别及定位探讨

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工作研究
红外热成像下的长隧道火灾识别及定位探讨
马汝括 施志刚 田生祥 张 梁 胡天亮
（国网青海省电力公司检修公司，青海 西宁 810000）
摘 要：在我国社会现代化发展程度不断提高以及科学技术能力不断深入的背景下，红外热成像技术凭借自身具有的多元化优势得到了人们的认可，并且在社会各个领域得到了广泛应用。

特别是在识别和定位火灾的过程中，红外热成像技术发挥了不可替代的作用，为保障人员生命安全提供了积极帮助。

本文针对红外热成像技术在长隧道中对火灾的识别及定位展开详细分析，为我国在长隧道工程项目施工过程中安全性的进一步提升奠定坚实基础。

关键词：红外热成像；长隧道；火灾；识别定位
引言：根据实际调查研究能够发现，近几年我国由于电器导致的火灾发生次数越来越多，对人员的生命安全和财产安全造成了严重威胁，其中对电力系统造成的危害程度最大。

主要是因为电力设备自身具有的精细化程度较高，各项功能趋于完善，因此导致电力系统相关设备的成本造价随之提升，一次很小的火灾都可能对电力系统相关设施产生不可预计的后果。

目前我国运用在长隧道工程项目中的电力系统普遍以乃是感温探测器、普通对射式烟感探测器、感温火灾探测器、点式感烟探测器为主，其中点式感烟探测器属于被动式探测，具有的报警灵敏度较低，因此在长隧道施工过程中，对有限的空间环境并不适用；普通对折式感烟探测器需要在可见烟雾量较大的情况下，对探测器进行遮挡才能发出警报，相比于点式感应探测器，其具有的灵敏度较低；目前我国在开展长隧道施工的过程中，所采用的红外热成像技术主要以烟感探测器为主，然而其依然具有一定的局限性，需要相关人士对其进行不断探索与完善。

1红外热成像下的长隧道火灾识别方式
1.1烟气的纵向运输识别
对于火灾烟气的运输流程而言主要分为三个过程，而长隧道中的火灾烟气运输流程可能根据具体情况分为四个阶段，并且由于长隧道的空间结构有限，因此在发生火灾的过程中，烟气具有纵向运输特征。

在烟气逆流前锋位置，长隧道纵向温度会大幅度提升，沿纵向方向下风侧顶棚温度呈现降低趋势，相关指数的分布情况较为规律，从而对无量纲纵向临界风速与无量钢火源功率之间的关系、无量纲烟气逆流长度与无量纲火源功率以及无量纲风速之间关系明确了解，从而对长隧道火灾进行识别，具体如图1和图2所示。

图1 
量纲烟气逆流长度与无量纲风速关系
图2 无量纲纵向风速与无量纲火源功率关系
1.2烟气的分层识别
由于烟气自身具有一定的浮力，因此在竖直方向会呈现出分层现象，传统意义上的烟气生成主要指的是温度分层。

由于长隧道具有的空间结构较为狭小，因此烟气在纵向运输的过程中能够与周围环境产生质量和能量交换，从而导致气体组分浓度和温度等烟气的主要流动参数在纵向方向发生较大变化。

并且由于组分输运和机制能量输运机制之间存在较大差异，导致长隧道中烟雾的浓度层和温度层具有的特点各不相同，从而对长隧道火灾进行有效识别。

1.3烟气层对下层空气的卷吸识别
对于长隧道狭窄空间中的烟气层而言，从本质角度来看，是浮力驱动分散剪切流的具体体现，其中具有的一个明显特征就是分层之间的卷吸现象。

火灾产生的烟气质量流率会在卷吸现象的作用下发生明显变化，而消防安全工程中排烟量的设计与烟气质量流率之间具有密切联系。

这是因为长隧道狭窄烟气具有较大的纵向流动速度，在进行水平运动的过程中，上面的烟气层与下面的空气层之间在运动速度方面存在较大差异，因此会产生较大的卷吸力，对长隧道火灾进行有效识别。

2红外热成像下的长隧道火灾定位方式
2.1专家系统
对于专家系统而言，在行业内部又被称为经验模拟系统，主要是将在实验现场获得的测量数据以及相关经验作为基础，通过对实验模型以及包含重要热物理性质数据的半经验模型进行有效编制而产生的一种全新数学模型。

目前，我国现有的经验模型只能将火源空间中烟气的浓度、天气的温度等一些具有不同特征的物理参数随时间而发生的变化反映出来，因此专家系统只能对火灾发生过程中具有的相关数值进行浅层次模拟。

2.2区域模拟
对于区域模拟而言，主要是针对区域内的受限空间进行划分，只吸引不同区域状态呈现，假设在相同区域内相关状态参数相同，发生质量和能量交换只能被限制在区域与边界之间、区域与区域之间、以及他们与火源之间，其余未涉及的空间保持稳定不变。

单区域模拟和双区域模拟是目前比较常见的区域模拟方式，其中单区域模拟主要在火灾发生轰燃之后发挥作用；双区域模拟主要是在火灾发生过程中出现明显烟气分层现象时发挥作用。

2.3网络模拟
对于网络模拟而言，主要是以一个较为完整的系统看待研究对象，根据相关要求将其划分为不同的模块，在此过程中，假设同一个模块中具有的浓度、气温、压力等物理参数分布情况保持均匀，各种气体的流动路径使各个模块之间得到有效连接。

网络模拟通过将火灾发生过程中的相关参数结合到质量守恒方程式以及能量守恒方程式中，对火灾现场具体情况进行模拟。

在烟气与空气混合均匀、距火场中心位置较远、边界条件具有较高复杂性的环境中能够充分发挥作用[1]。

2.4场模拟
对于场模拟而言，其中的场主要是浓度场、温度场、速度场等分布在火灾现场的状态参数，其本质主要是对具有较高复杂性的湍流力学模型进行应用，通过从化学反应定律、动量守恒定律、能量
《装备维修技术》2021年第15期
守恒定律、质量守恒定律等不同角度出发，确保能够抽象呈现出基本数学方程，在此基础上，运用边界元法、有限元法、限差分法的有效应用，进行计算求解。

场模拟能够将一个整体空间划分成若干个模块，确保各个模块之间能够建立良好的联系，通过对各种定律的有效应用，对各模块的能量方程和质量方程进行构建，通过计算，得到相关参数的分布情况和变化情况[2]。

2.5混合模拟
对于混合模拟而言，在行业内又被称为场区往复和模拟，针对不同的研究对象运用不同模拟方式。

对火灾发生现场就有较强通风和较强火源的区域位置，主要运用场模拟方式；对于火灾发生现场周围区域，主要运用区域模拟方式；对于距离火灾发生中心位置较远的区域，主要运用网络模拟方式。

混合模拟与区域模拟相比，提高了模拟的精确性，减少了场模拟中的数据处理数量[3]。

结束语：根据以上针对红外热成像技术对长隧道火灾识别和定位展开的详细分析和系统性研究，我们能够更加明确的了解，目前，我国开展长隧道工程项目施工时所采用的红外热成像技术主要为烟感探测器，烟感探测器是一种具有较简单的维护方式、先进的技术、良好的探测效果的火灾探测报警措施，能够使长隧道施工过程中对火灾发生情况进行有效识别，对火灾发生位置进行准确定位，有效实现全面预防、保护、报警、疏散的目标。

通过对烟感探测器前端可视化优势的充分应用，对感温电缆无法对电缆隧道局部特征进行有效捕捉的缺陷。

在此基础上，通过对红外热成像仪的科学安装，使自动监测温度、自动火灾预警、实时获取电缆故障状态信息的目标得到有效实现，从而通过远距离监测，确保长隧道施工安全可靠进行，使长隧道施工项目中，电力系统的运行始终保持在正常状态。

确保人员生命和财产安全的同时，进一步提升长隧道施工的安全性。

参考文献：
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试验研究——以红外热成像下的长隧道火灾识别及定位为例[J].
同济大学学报（自然科学版）.2020（12）：166-168
[2]冯春环，涂建平，郭健，曹凡苗，蔡方华.基于离散余弦变换的
红外目标识别算法——红外热成像在建筑公布过程中的优势[J].
系统仿真学报，2020，6（17）：363-1365+1369.
[3]袁非牛，廖光煊，张永明，范湉湉，王冠华，李志宇.计算机视
觉火灾探测中的特征提取——运用红外热成像对火灾进行预防[J].中国科学技术大学学报，2020，36（11）：319-311.
作者简介：
马汝括，男回族 1973年03月西安交通大学本科电气工程
施志刚，男汉族 1972年12月青海大学本科电气工程
田生祥，男汉族 1973年04月西安交通大学本科高压电技术张梁，男汉族 1975年04月兰州理工大学本科电力发供用电技术胡天亮，1988年09月，男，汉族，青海省西宁市，中级工程师，华北电力大学，大学本科，主要研究方向：换流站消防、换流站运维、调相机运维
国网青海省电力公司科技项目资助：基于红紫外双鉴成像式智能感烟识别装置在电缆隧道有限空间的研究与应用《项目编号：52282119008D》
4 检验立柱密封性能
密封组装后在立柱试验台上进行试压
4.1低压密封实验性能测试：
分别给每根立柱上腔供入1MPa的低压，保持 3min，看有没有降压或渗漏现象；然后，使活柱伸出2/3 行程长度，给其下腔供入1MPa的低压，保持 3min，看有没有渗漏现象，最后，低压保持4h。

4.2 高压密封实验性能测试：
给每根立柱上腔供入1.1倍泵站工作压力，保持 3min，看有没有降压或渗漏现象；然后使活柱伸出2/3行程长度，给其下腔供入1.1 倍安全阀工作压力的压力液，保持 3min，看有没有渗漏现象，最后，高压保持4h。

结论：通过对立柱进行密封性能测试发现采用以上维修方案时，密封没有漏液和渗漏现象。

参考文献：
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煤炭科技 2004，03
[2]骆永标水介质单体液压支柱密封元件的研究北京化工大学硕士
学位论文 20050529
[3]周新建、位凯涛、李治、丁林海纯水介质液压支架蕾形组合密
封的性能分析液压与气动 2020，9（122-127）
[4]密封件手册 2020
基金资助项目：2020年宁夏回族自治区重点研发项目一般项目，项目编号：2020BDE931011
观察和手动控制钻进压力很难获得完美的打钻速度，自动送钻功能解决了这个问题，自动送钻启动后车载控制单元会实时监测钻压实际值，并跟系统中设定的钻压值进行比较，根据模糊控制算法，动态调整回转油缸和给进油缸压力，实现恒钻压、转速可调的自动送钻系统目标。

3 钻机结卸压工作过程
钻机移动到位后，停稳主机，接上压风，对主机各个部位进行检查，确保零件完好。

同时主机上设有辅助支撑系统，通过该系统固定主机，以防钻进时主机后移，不能有效地进行钻孔。

由井下照明综保装置对钻机进行供电，安装好第一根钻头和钻杆，通电后，监视系统进行预热3 min再进行其性能调试。

防爆摄像仪通过控制器可选择地对准主机的几个部分进行钻进实时监视，以观察钻机在钻进时的实际情况，并通过操作台进行控制。

钻进时开孔眼要慢，控制好推进速度。

待钻具推进巷道煤体300mm后，可调整推进速度，以达到额定速度，满足钻进需要。

在第一根钻杆推进钻入巷道后，操作气动阀，用卡盘将第一根钻杆卡住，反转驱动头同时慢慢退钻，将钻杆与驱动头慢慢卸开分离。

待完全分离后将驱动头退回，操纵自动送杆机构，自动送入第二根钻杆。

如此以往，不断添加钻杆，直至钻深满足要求为止。

4 总结
防冲钻机的智能化防冲卸压研究，避免过度卸压破坏支护体系，同时实现钻车远程遥控施工，有效避免了冲击造成的人员伤亡，实现了“无人则安”的冲击地压防治理念，具有良好的经济效益和社会效益。

参考文献：
[1]刘日青 . 机械自动化技术在煤矿采掘中的应用研究[J].内蒙古煤
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新产品. 2019（24）
[3]杨磊 . 综采面回采巷道钻孔卸压机理及实践效果分析 [J]. 江西煤
炭科技，2020（03）：104-106.
[4]元永国，王瑞，刘美佳. 龙家堡矿冲击地压解危技术方案研究 [J].
科学技术创新，2021（05）：162-163.
[5]潘一山，代连朋. 煤矿冲击地压与冒顶复合灾害研究 [J]. 煤炭学
报，2021，46（01）：112-121.
项目名称：大学生创新创业训练计划—一种冲击地压矿井钻机智能化卸压解危方法
项目编号：S202010424051
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