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上海跃进温度对矿井老空水激光诱导荧光光谱的影响

[导读]煤矿井下突水水源的快速判别对煤矿安全生产意义非常重大, 激光荧光技术用于煤矿突水水源的识别打破了传统水化学方法耗时长的不足。矿井老空水是最常见也是危害最大的水源类型, 而温度是影响物质特性的重要因素之一,

突水灾害是煤矿五大灾害中第二大灾害, 鉴于煤矿安全生产的重大需求, 现场需要进行突水的预警[1], 并准确掌握突水水源的类型, 以便于有针对性地采取最佳的突水灾害防治措施[2]。针对煤矿突水水源类型识别, 传统的方法多数以水化学为基础[3], 获取待测水样的pH值、离子浓度、电导率等参数, 根据这些参数建立水源类型识别模型[4]。但是水化学参数尤其是离子浓度的测定需要1~2h才能完成, 耗时很长, 不能满足煤矿突水灾害预警实时性的要求, 不适宜煤矿水害防治预警。激光诱导荧光[5,6] (laser induced fluorescence, LIF) 技术, 利用激光照射待测样品, 激发待测样品中的特定物质发出荧光, 通过采集样品的荧光光谱来分析待测样品。激光诱导荧光技术具有快速、高精度、高灵敏度分析等诸多优点, 广泛应用在医学、生物和化工等众多领域[7,8]。近年来, 激光荧光技术开始应用于煤矿突水水源的识别, 闫鹏程[9]利用LIF技术获取五种常见突水水源的荧光光谱, 预处理后采用主成分分析法建模, 最后采用独立软模式算法进行突水水样的分类, 实现了五种不同类别的煤矿突水水源的快速识别。王亚[10]将水样荧光光谱经卷积平滑预处理和主成分分析提取特征信息后, 采用极限学习机算法建立多元分类学习模型, 并与BP和SVM传统分类算法进行比较, 结果表明几种水源识别模型在准确率上基本一致, 但使用极限学习机构建的模型分类准确率的标准差最小, 分类稳定性高, 同时该模型的分类学习时间大幅降低。温度是影响物质特性的重要因素之一, 许多物质的变化过程都与温度呈现一定的对应关系[11], 被测样品的温度对分子热运动、非辐射跃迁等有着明显的影响[12], 因此温度是LIF光谱分析中必须要考虑的一个重要因素。老空水作为煤矿水害事故中最常见的水害类型[13], 同时也是造成人员伤亡和经济损失最大的水害类型, 为提高煤矿突水水源的识别精度, 探究老空水LIF检测的温度特性显得尤为重要。但目前为止, 并没有温度对老空水LIF光谱影响的相关研究报道。本文主要研究了温度变化 (10.0~60.0℃) 对矿井老空水的LIF光谱的影响, 重点分析老空水LIF光谱的温度特性, 有助于提高LIF技术探测的灵敏度和精度, 进而显著提高LIF技术用于快速判别矿井突水水源类型的准确性和可靠性。

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