探测应用（精选十篇）
探测应用 篇1
关键词：海洋,磁力,探测技术
1 工作原理
1.1 海洋磁力测量技术
光泵磁力仪建立在塞曼效应基础之上, 下图所示为光泵磁力仪原理框图。一个装有碱金属蒸气的容器 (吸收室) 是光泵磁力仪的核心部件。光源产生的光线经过透镜、滤镜和偏振片后形成红外圆偏振光, 偏振光随即通过吸收室, 之后光束聚焦在一个红外光检测器上。
红外圆偏振光进入吸收室后, 光子将撞击到碱金属原子。如果碱金属原子拥有相对于光子合适的自旋方向, 光子将被捕获并使得碱金属原子从一个能级跃迁到另一个高能级, 光子被捕获使得光束强度被削弱。一旦大多数碱金属原子已经吸收过光子并处于不能再吸收其它光子的状态, 则吸收室所吸收的光线将大幅度减少, 并将有最多的光线击中光检测器。
这时如果有具特定频率的震荡电磁场进入吸收室内, 原子将被重新激发至能够吸收光子的方向上, 这时将有最少的光线击中光检测器。这个特定频率被叫做拉莫尔频率 (f) , 拉莫尔频率与环境磁场有着精确的比例关系, 因而可以通过测量光检测器上光强度最弱时的震荡电磁场的频率来测量环境磁场T的大小。即
式中T为被测环境磁场, f为拉莫尔频率, K为比例因子。K对于特定的碱金属来说为一常数, K因碱金属的不同而改变。
当外磁场T变化时, 改变此震荡电磁场的频率, 使其始终维持通过吸收室的光线最弱, 即使震荡电磁场的频率自动阻踪外磁场的变化, 从而实现对外磁场T的连续自动测量。
1.2 浅地层剖面仪工作原理
浅地层剖面的基本原理是声学原理。声波是物质运动的一种形式, 由物质的机械运动而产生, 通过质点间的相互作用将振动由近及远地传播。声波在不同类型的介质中具有不同的传播特征, 当岩土介质的成分、结构和密度等因素发生变化时, 声波的传播速度、能量衰减及频谱成分等亦将发生相应变化, 在弹性性质不同的介质分界面上还会发生波的反射和透射。因此, 人们利用这一原理研制了浅地层剖面仪, 用于探测声波在岩土介质中的传播速度、振幅及频谱特征等信息并推断相应岩土介质的结构和致密、完整程度, 并做出相应评价。
2 磁力探测具体应用
2.1 海洋磁力探测
海洋磁力仪, 对金属物体或构件的磁化率最强, 可用于检测钢管或铁管等管道是否存在并测定其平面位置。采用磁力仪进行管线探测, 根据磁力仪在探测时产生的不同磁化强度和物体在地磁场中所引起的磁场变化 (即磁异常) , 通过这些磁异常的空间分布特征、分布规律及其与磁性、体 (场源) 之间的关系, 从而达到寻找场源 (探测目标体) 的目的, 并提供场源的位置、埋深及规模等相关信息。
操作步骤:
数据读取:
一旦主机进行循环显示, 读数也将稳定地输出读取。实际显示的频率数值也许在某一些值上与地图所示的值有所不同, 这个并不重要。重要的是数据读取稳定且当发生变化时, 人们能够知道是由于金属目标物造成的。如果人们在有噪声干扰 (例如电台、变电站等发出的电子噪声) 的陆地上进行仪器操作, 数据读取的数据将发生紊乱。磁力仪在水中的探测效果要比在陆地上好, 那是因为除了船舶没有别的干扰产生。
拖拽牵引:
在甲板上解开拖缆, 在船舷外缓慢下放拖鱼, 牵引时速为1-2MPH (英里/小时) 。缓慢的释放拖缆, 以防缆绳打结。防止缆绳在拖拽过程中极度扭曲。不要将缆绳系挂在夹板上。不要将缆绳缠绕在电机附近, 或者从电机附近穿越。电机产生的大量电子干扰噪声, 很容易不电缆接收, 从而引起数据的不稳定。在航行拖拽快要结束时, 不要进行非常大的转向掉头操作, 但保证一个合适的航速将有效地防止拖鱼沉到水底。在时速2MPH, 牵引长度为150的情况下, 拖鱼大约在20英尺的水深中拖行。
航迹线设置:
沿着航迹线大约需要投放20个浮标且两个浮标间距离1000英尺。让测量航迹顺着一个浮标到另一个浮标, 直到完全覆盖整个方格块区域。为了双重检验, 可以在两个浮标间进行二次复测。在完成第二次航测后, 回收拖鱼和所有的浮标 (除了最外边的4个浮标, 以便作为参照) 。接着在邻接的方格块内, 重复这个过程, 直到完成整个区域的探测。
目标定位:
小目标: (在一两个循环周期内持续都有小或大的磁力值变化) 如果人们可以得到非常多的显示有小金属物的磁力值读数, 那么在显示有最大的变化量的读数时投放一个浮标, 紧接着过了50英尺后再投放第二个浮标。然后调转船向并回收拖鱼, 用一根与拖缆相同长度的缆绳拖拽着第三个浮标。
测船反方向沿着1号和2号浮标的航迹线行驶。当3号浮标与1号浮标同一位置时, 测船抛锚, 此时测船就在目标物上方。
注:在下潜搜寻前, 应该应用磁力仪进行多次不同路径的探测校验。
大目标: (在很多个循环周期内持续都有小或大的磁力值变化) 沿着参考直线开始读取数据时, 即投放第一个浮标。继续保持相同的航向, 当磁力仪探测不到目标后即投放第二个浮标。调转船向且从反方向沿着之前的航迹线行驶。人们将再次探测到目标。当再次探测不到目标随即投放第三个浮标。
注:在这一点上, 人们知道了目标物坐落在2号和3号浮标之间的中心区域, 但人们却不知道目标是坐落在左边还是在右边。接下来的一些探测路径将指示出目标的位置。
在投放了3号浮标后, 调转船头, 航行到与2号和3号浮标航迹线的垂直正交线上。沿着这条航行参考线, 当磁力仪探测到目标物时, 立即投放4号浮标且继续航行。当探测不到目标后, 投放5号浮标。调转船头且沿着反方向航行。重复上一次的流程, 当再一次探测不到目标后, 投放第6号浮标。回收拖鱼, 将测船在5号和6号浮标之间抛锚, 下潜搜寻目标。下图折线最低点为磁力异常点。
2.2 浅地层剖面探测
由于磁法勘探的基础是海底管线与周围介质的磁性差异, 这种差异容易受到管线埋深和周围介质的影响, 采用浅剖仪进行检查复合。
浅地层剖面法探测采用船只作业, 将仪器探头固定于船侧某一位置, 开动船只低速在设计的测线上进行探测, 并采用GPS-RTK进行同步定位, 海上作业需进行潮位观测及水深测量, 以便准确判定目标管线的埋深在海域获得的浅剖数据资料比较直观, 可以直接根据获取的数据进行分析, 并结合相关软件和其他已知资料进行解释判断。
浅地层剖面探测海底管线, 是一种通过声波或超声波探测的间接的地球物理探测方法, 该方法对于有一定规模的海底管线的探测, 无论其是否有掩护, 探测效果都较好, 特别是对于横向的位置及埋深探测精度均很高, 一般常用浅地层剖面探测管线以提供准确的平面位置及埋深;但是, 对于平面位置不明确的管线, 尤其是管径小于0.5米以下的管线, 采用浅地层剖面法进行效果不明显。
探测结果
采用海洋磁力和浅剖两种方法进行探测, 海洋磁力观测多处存在差异电磁信号, 浅剖观测影像图也发现多处异常点, 说明此区域确实存在电力管线。由于地磁日变化、船磁、波浪、海流、船速变化等来自外界的多种不确定因素的影响和管线性质及管径等直接因素影响。
3 结束语
卫星、航空器和海洋船只等所采集到的海洋地磁测量数据对于直接寻找海底磁性矿产和研究海洋基底构造与海底扩张等科学问题具有不可替代的作用。海洋磁测在发现海底各种掩埋、废弃的铁磁性物质方面非常有效, 如战争遗留在海底的炸弹、水雷、沉没的舰船和海底管线, 甚至水下考古发现等。由于侦察潜艇的潜航与隐蔽 (反潜技术) 和水雷的布设 (水下探查技术) 与认识地磁场的关系十分密切, 使得海洋地磁勘查在军事方面的应用也凸显出重要性。海洋地磁场的测量与研究越来越得到各方面的重视, 海洋磁测技术的发展也非常迅速
参考文献
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[9]吴永亭, 陈义兰.多波束系统及其在海洋工程勘察中的应用[J].海洋测绘, 2002, 22 (3) :26-28.
深空探测火箭的发展及应用 篇2
阐述了国外深空探测火箭的种类、结构及技术性能,对其应用、发展现状及趋势进行了论述,并简要介绍了国内探测火箭的发展状况.
作 者：雷宁 单建胜 LEI Ning SHAN Jian-sheng 作者单位：中国航天工业总公司四院四十七所,西安710025 刊 名：固体火箭技术 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF SOLID ROCKET TECHNOLOGY 年，卷(期)： 22(3) 分类号：V423.6 关键词：探空火箭 固体推进剂火箭发动机 微重力试验
矿井瞬变电磁探测技术系统与应用 篇3
关键词：矿井；瞬变电磁仪；水害；探测
近几年，随着我国经济发展，使得对于煤矿等矿产资源的需求也在不断提升。而由于矿井事故等新闻在各大媒体上不断出现，使得人们对于矿井生产安全的关注也在不断提升。矿井瞬变电磁探测技术作为一种先进探测技术，对于促进灾难预防与排除有着非常重要作用。矿井瞬变电磁探测技术已在我国东部多个地区进行了应用，取得了良好效果。
1瞬变电磁探测技术原理
目前在我国大多数矿井采用直流电法勘探技术进行相关勘测。这种探测技术应用成熟并且成本较低。但是其在实际应用中也易受到矿井内部环境干扰，从何影响数据准确性。而瞬变电磁探测技术凭借其自身特性，极大提高了相关勘测准确度。
瞬变电磁探测技术是指利用不接地的回线，向矿井下发送电磁场，并利用电磁场间隔期间，测量相应介质所产生二次场，从而通过分析相关数据得出其中的各项信息。矿井瞬变电子技术主要应用范围是在地下几百米深度的岩层进行，而在该深度岩层中进行工作时，由于空间限制，使得其只能使用多匝小回线进行探测。在矿井中，相应电感应电动势能够充分反映所在岩层典型特征，其主要体现在矿井瞬变电磁视电阻率，通过相关数据可以使管理人员充分了解矿井以下情况，方便依据实际情况采取相应的开采方案，保障生产安全。
2瞬变电磁探测技术介绍
瞬变电磁探测技术作为一种新型勘探技术，其余结合了探测、成像等多个方面综合技术。通过这些技术综合应用，可以使矿井内部情况得到充分表现，从而使相关工作人员可以采取合理方案和措施应对突发状况。矿井瞬变电磁探测所包含技术主要包括：多项交叉探测技术、数据成像技术。
2.1多项交叉探测技术。多项交叉探测技术对于矿井瞬变电磁相关数据收集有着非常重要意义和作用。在收集到矿井瞬变电磁相关数据后，绘制顺层切片面件或者水平切片，从而更加直观地反映矿井下地址在某一水平高度上的相关特征，从而为相关工作提供更加准确数据资料。在矿井下进行瞬变电磁探测工作面顶板和底板时，其相关探测线分别布置在工作面机巷和风巷近工作面一侧，而对于垂直测线断面观测系统，可以根据实际的勘测地理环境采取相应位置和角度，保证数据精确性。
2.2数据成像技术。数据处理和成像技术是矿井瞬变电磁探测中一个重要组成部分，目前主要应用软件是中国矿业大学研制的相应系统。其主要处理步骤如下：首先，进行收集与处理。按照观测方向，对数据中归一化感应电位值进行相应提取，再进行滤波处理，通过相应计算方法得到视电阻率衰减具体情况。其次，进行时深转换。时深转换主要是将数据处理得到的相关电阻率变化情况转化成深度轴，再进行换算。最终计算出的信号传播速度与介质磁导率、探测天线有效边长等都有着一定关系。再次，进行数据提取。在进行完时深转换之后，可以得到电阻率再不同深度变化情况，再利用差值可以得到探测范围内所有深度情况下视电阻率，从而得到相应数据。最后，绘制切片图。根据提取结果，在相应水平高度平面内提取式电阻率，从而生成相应等值线图，并经过处理之后得到切片图件。
3矿井瞬变电磁探测技术装置特点
矿井瞬变电磁探测技术性能和装置对于最终探测结果有着非常重要影响，其技术特点和装置特点主要表现在：
3.1技术特点。由于矿井瞬变电磁探测技术是通过分析二次场衰减趋势来得到相应的数据，因此其相比于传统勘测方式有着一系列优势。这些优势包括：对地质结构反应灵敏、体积效应相对较小、横向与纵向的分辨率相对较高、占用空间小、可以进行超前探测、采用非接触式探测法、相应勘探工作开展方便。
3.2装置特点。目前，矿井瞬变电磁探测主要采用是多匝小回线磁偶极源，此装置可以与地质地貌有着比较好的耦合。并且响应曲线较为简单，接收电平也相对较高，因此可以较为方便地进行铺设，同时保证相关数据分析较为既准确。
4矿井顺便电磁以发展情况
矿井瞬变电磁探测技术在国外已有较长的发展历史，其相关技术应用也较为成熟。目前国际上较为先进的产品是由加拿大公司Geonics所生产EM系列、Crone所生产PEM系列以及澳大利亚公司所生产SIROTEM系统。这些产品已在国际上得到了广泛应用，取得了良好的实际应用效果。
而随着近几年我国安全生产意识不断提高，国内很多企业也逐渐开始相关设备研发和生产工作。目前国内的主要产品有：西安物化研究所生产LC系统、中国有属工业总公司北京矿产地质研究所生产的TEM-3S系统。这些仪器主要是地面探测仪器。而目前在国内，还没有用于井下数据采集的相关系统。
5相关改进建议
矿井内部环境是复杂而多变。因此其勘探技术不仅仅要考虑地质环境本身状况，同时还要与水文、钻探等多个领域进行合作。因此在未来。矿井瞬变电磁探测技术需要结合多方面面角度来开展相应工作，从而保证探测数据准确性。同时为了加快数据处理速度，需要对相关算法进行优化和调整，保证地质环境切片可以充分反映地质状况，获取相应数据资料。
同时，核心技术缺失是我国很多科研领域都普遍面临的问题。对于矿井瞬变电磁探测技术来说也是如此。因此相关部门需要加大相应科研投入，促进其核心技术研发，提高相关科研人员培训，并在实际开采过程中进行积极运用。通过这些积极措施，可以使我国矿井勘探技术得到了长足发展，从而提高我国矿业生产效率，实现可持续发展。
最后，作为一种新型技术，矿井瞬变电磁探测在应用时，可能會影响到一些矿业单位生产效率。因此有关部门年需要做好相应扶持工作，对应用新技术的企业给予一定补贴，从而促进相关产品进步、推广。
参考文献：
[1] 于景邨，胡兵，刘振庆等.矿井瞬变电磁探测技术的应用[J].物探与化探，2011，35（4）：532-535.
[2] 张平松，刘盛东，李培根等.矿井瞬变电磁探测技术系统与应用[J].地球物理学进展，2011，26（3）：1107-1114.
紫外火警探测的研究与应用 篇4
近年来, 紫外探测技术发展迅速, 尤其以中波紫外波段探测发展最为迅猛、应用也最为成功。太阳辐射通过地球大气层时,240nm~280nm的中波紫外辐射会受到臭氧层的强烈吸收, 形成该波段的截止区, 因此该波段也被称为日盲紫外区, 也就是说地面不存在太阳光的日盲紫外干扰, 正是由于这种独有的特点, 使得日盲紫外波段探测技术显示了无与伦比的优越性, 在民用和军事方面得到了大量的应用[1,2]。例如坦克及其它装甲车辆的三防系统、飞机发动机及机舱的紫外监控、舰船火灾告警系统和消防火焰监测系统等。
本文采用紫外探测技术, 以PIC30F5011 为主控芯片, 实现了飞机动力舱火警系统的研发, 同时详细阐述了RS422 通信模块的设计, 实现了单片机和上位机的通信。
2 紫外探测器的选择及原理
2.1 紫外光电管选择
19 世纪30、40 年代的飞机发动机舱主要采用点状火警探测器[3], 如热电偶式和双金属式探测器, 当需要探测的范围较大时, 要求安装数量更多的点状火警探测器和更多的连接线缆, 带来很多不便和安全隐患。19 世纪50 年代开始, 飞机发动机舱普遍采用线状火警探测器, 探测范围大, 减少了连接线缆, 降低了重量。但对火警的反应相对于光电探测器要慢。更重要的是飞机动力舱空间狭小, 结构复杂, 线式温度传感器的安装布局对于飞机动力舱的检修维护相当不便, 因此并非飞机动力舱防火系统的最佳选择。光电探测器探测范围大, 反应速度快, 通过比较动力舱各火警探测器的优劣, 面对动力舱的恶劣、复杂的环境, 选择光学探测器的探测形式,充分发挥其优势,能完成火警快速、准确、可靠探测,极大地减少了漏报、误报。
光学探测器大体分为紫外探测器、红外探测器、紫红外复合探测器。由于红外探测是利于红外辐射与物质相互作用的电学效应探测的, 国内及国外的红外探测器一般工作在较低的温度下, 在高温下几乎不产生热电效应变化。因此它无法在高温下的动力舱内工作。紫外探测是指利用“太阳光谱盲区”的紫外波段来进行探测,避开了最强大的自然光源即太阳造成的背景干扰, 可靠性较高, 加之它是光子检测手段, 信噪比高, 具有极微弱信号检测能力, 而且还能适应适应高低温环境[4]。
综合考虑性能、使用条件等诸多因素, 飞机动力舱选择单紫外探测器进行火焰检测是一种较优的方式。
2.2 紫外光电管原理
紫外光电管的基本结构如图1 所示。
当紫外线透过管壳入射到阴极表面时, 如果其能量大于阴极表面的功函数, 就可产生光电效应而逸出光电子, 光电子在外电场加速下向阳极运动[5]。光电子具有能量:
其中h为普朗克常数;c为光速;λ 为入射光波长;φ 为阴极表面的功函数。
当外加直流电压时, 由于初始放电电压比放电维持电压高, 管子一旦外信号触发, 就会产生持续放电。此时管子需依靠外电路熄灭。图2 为紫外管的简单工作电路原理图。
充放电常数称为熄灭时间,表达式为:
工作时, 电路的熄灭时间应远大于电离时间, 一般取4~10ms, 这样, 电阻R1 的取值范围5~50M, 而电容C1 的取值范围为50~500pf[3]。
3 系统结构
系统结构如图3 所示, 飞机左发动机舱和右发动机舱分别布置两只紫外探测器,APU舱布置一只紫外探测器, 紫外光电管采集5路数据信号传输到PIC单片机,通过单片机的分析判断, 得出火警、正常、短路、短路状态, 将判断后的信号通过RS422 通信传送给上位机。如有火警信号, 由上位机发送灭火电磁阀打开指令给单片机, 进而控制电磁阀的关断。
4 通信模块
4.1 RS422 介绍
RS422 是一种在工程中广泛使用的接口标准, 其采用差分传输方式, 也称为“平衡传输”, 标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”。RS422 是串行全双工通信, 原理图如图4 所示:
通信的双方均含有一个发送和接受收发器。其中接受驱动器的两个平衡线连接端点定义为A和B, 发送驱动器的两个平衡线连接端点定义为Y和Z。通常发送驱动器断Y、Z之间的正电平在2~6V, 代表正逻辑, 负电平在-6~-2V, 代表负逻辑。在接收端, 当A、B之间有大于+200mv的电平时, 输出正逻辑电平, 小于-200mv时, 输出负逻辑电平[6]。
由于采用了双线传输和差分接收器、差分驱动器,其抗共模干扰能力增强了, 在距离约12m内, 数字传输速率可高达10MBPS, 距离增加到1000 米时, 其传输速率仍达到100k BPS[7]。
4.2 硬件设计
RS422 通信设计图如图5 和图6 所示。
4.3 软件设计
1) 通信协议的定义
本文设计中, 在底层协议以Byte为单位通信, 采用UART字的格式, 上层协议中采用数据块为单位进行通信。
每个UART字由11位二进制代码构成,如图7所示,第1 位: 起始位( 逻辑“0”状态为有效); 第2 ~ 9 位:信息位; 第10 位: 奇偶校验位( 统一约定为偶校验); 第11 位…停止位, 表示UART字的结束( 逻辑“1”状态为有效)。UART字采用由低位到高位的顺序串行传送[6]。
MCU向机电管理计算机传送的数据块格式:
2) 程序的编写
整个项目采用模块化的程序编写, 模块化能使程序更清晰, 方便程序的组织, 而且每个模块都可以独立设计, 方便实现大程序, 也有利于多人合作进行程序开发。本文介绍通信模块的程序:
Tongxin.c程序如下所示:
5 结束语
本文利用紫外线探测技术, 利用日盲紫外区, 设计了飞机动力舱防火系统, 提高了系统的稳定性, 实现了火警控制盒与上位机的稳定通信。如图9 所示, 分别模拟了正常和发生火警两种情况下, 上位机接受的数据。正常时为AA、55、02、10、00、00、00、6F, 火警时为AA、55、02、10、01、00、00、6E。
在本文系统设计中, 还可以考虑软件与硬件的双看门狗设计, 双电源设计和双芯片设计, 从而进一步提高系统的稳定性。
摘要：传统飞机发动机舱火警报警系统呈现误报率高、漏报率高的特点,本文提出了基于PIC单片机的紫外火警探测方法 ,以提高系统的稳定性和可靠性。本文介绍了紫外光电管的工作原理,阐述了系统的结构和工作原理,同时设计了RS422通信模块。实验结果表明,该系统能够实时可靠的进行火警监控,并完成单片机与上位机的稳定通信。
关键词：紫外火警探测,PIC单片机,RS422
参考文献
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在线探测技术与应用的论文 篇5
通过探测技术，获取计算机的在线状态，可以及时发现网络中离线或出现故障的计算机，或者发现哪些计算机没有运行本该运行的程序和应用，还可以通过这些探测信息及时发现计算机系统存在的漏洞以及计算机系统运行存在的风险，如：入侵检测系统。
图3 Cisco交换机的流量和数量统计图示
应用二：实时反映网络拓扑结构
探测的结果还可以用来实时反映网络的连接结构，为实时绘制网络的拓扑结构图，实时反映网络的运行状态等提供了依据。如：HP OpenView网络节点管理器，鼠标放在某个节点上将显示该节点的详细信息，示例图示如下：
图4 HP OpenView绘制网络拓扑图示
应用三：实现网络的自动化管理
通过探测收集到网络的运行信息，为网络的安全管理依据和手段，这样就可以在制定相应的策略指导下实现个应用系统之间的联动，如给防火墙设置新的安全规格，发现病毒后对杀毒软件的病毒库进行及时更新等，建立起一套统一、安全、高效的安全检测、监控、管理体系，实现网络的互连、互控、互动和集中统一防御，从而达到了自动化管理的目标。
为了提供自动化管理效率和准确性，可以在管理员的干预下建立一个专家数据库，对系统的联动提供指导和依据。
4 结束语
一般来说，在线探测技术是网络管理的基础，探测结果是实施下一步安全管理、系统联动等管理手段的依据，所以保证检测结果的正确性非常必要，因此需要对探测收集到的信息需要进行验证，以达到去伪存真的目标，提高管理的准确性和效率。
参考资料
[1] 王曦 杨健 编著.《网络安全技术与实务》，电子工业出版社，
[2] 余承行 主编, 刘亲华等副主编.《信息安全技术》 科学出版社，
[3] 李石磊.网络安全扫描技术原理及建议，东软教育在线网站
[4] HP OpenView联机文档
探测应用 篇6
关键词：物探技术；地下管线探测技术；综合分析；具体应用
地下管线的探测技实际上就是对城市中地下的各种管线进行测绘的一种交叉技术，采用不同的探测方法对城市中地下管线的埋设的具体位置进行测绘。然后对地下管线的分布进行编绘。
一、几种常用的物探技术的分析
城市的雨污水的分流改造等都必须在明确城市的基础上进行。物探的方法是基于探测目标与周围介质的物理性质的差异的基础上进行的。根据管线的材料可以将管线分为金属管线和非金属管线两种。一般来说可导电的管线有光缆和电缆以及给水管道等，其中给水管道又有导电性较差的球墨铸铁管和导电性较好的铸铁管。而排水管大多数采用的是不导电的PVC材料，燃气管道使用的是PE材料，也不导电。总之，不论目标管线使用的是金属材料还是非金属的材料，埋设环境与管线之间存在的物性差异才是物探方法进行应用的基础。
（一）电磁感应法。由于导电的金属周围存在一定的磁场，因此可以通过对该磁场进行接收来判断地下管线的具体深度与埋设的具体位置，电磁感应法是进行地下管线探测最为有效的方法。该种方法能够有效的使用于金属地下管线的探测，主要包含了光缆线、电缆线以及导电性能较好的铸铁的给水管道等等。为了能够更好的确定地下管线的深度与位置，提高电磁感应发进行地下管线探测的效率与准确性，管线中的电流最好应该使用人工激发的方式，并且还应该根据目标管线类型的差异，使用不同的人工激发的方法。人工激发的方法主要哟偶感应法、夹钳法以及直连法三大类，其中感应法主要适用于不存在露口的光缆线以及电缆线等等，由于该类地下管线不能通过夹钳法与直连法进行探测，因此最好使用感应法进行探测。感应法主要是使用发射机线圈在目标地下管线上产生感应电流，然后利用接收机对管线电流所产生的磁场进行接收，进而判定地下管线的具体深度与位置。夹钳法主要适用于光缆线以及电缆线等，即不存在接口同时也不允许仪器与管线进行直接连接的管线，该方法主要是通过在目标管线上进行加夹钳，让目标管线产生感应电流，从而产生磁场，确定地下管线详细位置。而直连法主要适用于地线管线的管道直径较大的金属管，通过导线将管道与管线仪的发射机进行直接连接，从而确定地下管线的具体位置。
（二）电磁波法。电磁波法主要适用于非金属对的地下管线，该方法主要是在地面进行布置测线，然后利用探地雷达的发射天线进行电磁波的发射，接收天线主要负责对管线所反射的电磁波进行接收，然后根据接收的电磁波与发射的电磁波之间的管线，确定地下管线埋设的具体深度与位置。电磁波法主要适用于对非金属管线的探测，该方法具有探测的地下管线的位置明显，但是使用该方法进行地下管线位置的探测的工作效率较低。
（三）弹性波法。弹性波发主要用于道路路面下的非金属管线的探测，道路路面下的非金属管线使用探地雷达进行探测的效果较差，但是使用弹性波发进行测量，能够有效的解决探地雷达中存在的问题。由于道路一般使用的是沥青或者是水泥，因此具有非常良好的弹性波激振条件。当震源激振后，便会引起激发点质点的振动，然后通过应力波的方式向地下进行传播，当波阻发生变化时，应力波会被地面上所布置的传感器进行接收，接收方式又可以分为反射共偏移观测系统和自激自收两种。
（四）瞬变电磁法。瞬变电磁法主要适用于含有雨和污的管道以及自来水管道等，瞬变电磁法主要是使用不接地的回线向地下发送脉冲电磁场，然后激发地层介质产生二次电磁场，然后利用线圈对二次电磁场进行接收，然后对所接收的信息进行分析，从而达到探测地下管线目标的目的。使用该方法进行地下管线的探测与探地雷达进行地下管线目标探测相似，由于金属管道或者是管道中含有导电物质的反应的是低电阻，非金属管道或者是管道中不含导电物质反应的是高电阻，从而便能有效的推断出地下管道的具体位置和埋设的深度。瞬变电磁法主要有反应灵敏、不仅能够适用于含水管线和自来水管线的探测，同时对其他类型的管线的地下测量也有一定的反应。但是使用该方法对地下管线进行测量，对管线的直径与埋设的具体位置等反应的不够精确，并且由于低电阻与高电阻是相对的概念，范围大都是根据经验进行划定的，但是由于管道中的导电物质会引起管道电阻发生变化，因此使用该方法进行地下管线测量，应该结合已有管线的信息进行综合的判断。
二、管线测量技术
管线的测量技术主要是在进行质量探测的前提下，对地下管线所测取的成果进行测绘，并且还应该注意测绘工作与管线探测之间的衔接处理，最后还应该确保探测成果编制工作与图件编绘工作的顺利进行。地下管线的控制测量时根据地形测量与管线点连测所建立的图根控制。其中图根控制是采用电磁波测距导线进行布设的，地下管线点的高程的测量与平面位置采用的是全站仪进行测量。
结语
综上所述，通过上文的分析，可以得出以下几点结论：1、进行金属管线的测量最好选用电磁感应法。2、非金属管线的测量最好使用电磁波法。3、电磁干扰较大的非金属管道最好使用弹性波法进行测量。4、没有露点的金属管线或者是含有导电介质的地下非金属管线最好选用瞬变电磁法进行测量。
参考文献：
[1]钱晋武，孙流川，沈林勇等.非开挖地下管线探测中的弯曲变形检测装置研究[J].光学精密工程，2005，13（2）：179-184.DOI：10.3321/j.issn：1004-924X.2005.02.010.
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[3]沈林勇，李亚旻，章亚男等.基于PSD的地下管线探测装置设计与分析[J].光学精密工程，2008，16（8）：1429-1435.DOI：10.3321/j.issn：1004-924X.2008.08.015.
[4]王法刚，叶国弘.频率域电磁法在探测地下管线中的应用[J].岩石力学与工程学报，2001，20（z1）：1787-1789.DOI：10.3321/j.issn：1000-6915.2001.z1.039.[5]林广元.厦门市地下管线探测和信息化的设计与实践[J].测绘通报，2005，（4）：43-46.DOI：10.3969/j.issn.0494-0911.2005.04.013.
城市地下管线探测技术方法及其应用 篇7
1 地下管线分类及探测
1.1 地下管线分类
城市地下管线按照权属单位不同, 可分为给水、排水 (雨水、污水、雨污合流) 、燃气、电力、通讯 (电信、移动、联通、有线电视等) 、热力等市政公用管线以及铁路、民航、军用等专用管线, 是城市基础设施重要的组成部分, 担负着输送能量、传输物资、传递信息的重要任务, 是整个城市赖以生存和发展的物质基础, 是城市名副其实的生命线。
1.2 地下管线探测
地下管线探测方法一般分为两种:一种是采用井中调查、开挖样洞或简易触探相结合的方法, 这种方法在我国早期城市管线普查中应用较多, 目前主要应用在某些复杂地段的管线探测及检查验收中使用;另一种是仪器探测与井中调查相结合的方法, 近年来在我国城市地下管线探测中广泛使用。
2 地下管线探测前提条件分析
地下管线探测是以地下管线与周围介质 (土体) 的密度、磁性、电阻率、介电常数等物性参数差异为前提, 采用地球物理方法对地下管线进行定位的技术。城市地下管线包括给水、排水、电力、电信、燃气、热力、工业等, 这些管线按材质大致可归纳为三大类:第一类为由铸铁、钢材构成的金属管线, 如给水、燃气、热力以及压力雨 (污) 水管线等;第二类为由水泥、塑料等材质构成的非金属管线, 如重力流式雨 (污) 水管线、PE材质燃气管线、PVC材质给水管线等;第三类为带金属骨架的管线 (指内芯为铜、铝材质, 外层为塑料的电缆) , 如电力电缆、通讯电缆等。
上述管线作为探测目标体, 其与周围介质 (土体) 之间均存在密度、波速、电阻率、介电常数、导磁性、导热性等某一方面或几方面的物性参数差异, 这些差异是能够运用物探技术对其进行有效探测的地球物理前提。
3 城市地下管线探测技术方法
3.1 城市地下管线探测技术基本原理
地下管线的存在往往会改变天然的或者人工的地球上物理场的分布情况, 而后会产生异常。通过对着这些异常的分布情况、形态及性状的研究, 可以获得与地下管线位置相关的资料, 为我们进行地下管线探测奠定了理论基础。
3.2 城市地下管线探测方法
现场探测时, 可根据不同材质、不同类型的地下管线与周围介质之间的具体物性参数差异, 按照有效、快速、经济的原则, 选择某一种或多种物探方法进行探测。地下管线探测中采用的物探方法主要包括电磁法、地质雷达法、高精度磁法、高密度电法、浅层地震波法等, 其中电磁法和地质雷达法是目前地下管线探测中最常用、最有效的方法。
3.2.1 电磁法
电磁感应法是利用天然电磁场或人工电磁场源对管线进行激发, 在地下管线中产生电流, 管线周围形成电磁场, 然后采用仪器测量其分布特征, 确定管线的空间位置。该方法为地下管线探测的首选方法, 根据管线的敷设状况, 可选择使用主动源法中的直接法、夹钳法、感应法等。
(1) 直接法:适用于有出露点的金属管线探测。直接法有三种连接方式:双端连接、单端连接及远接地单端连接。即将发射机专用输出电缆的一端与被探测的金属管线相连接, 另一端接地或接到金属管线的另一端, 利用接收机搜索被探测金属管线产生的电磁信号, 对管线进行追踪定位。该方法能使接收机接收到较强的电磁信号, 对管线的定位及定深精度相对较高, 但管线必须有出露点, 并具备良好的接地条件, 而且接地线应尽量与管线走向呈垂直状态分布, 接地点在理论上是离激发源越远越好, 但地线过长及跨越其他管线可能引起旁侧管线对探测目标管线的干扰。
(2) 夹钳法:是利用管线探测仪配备的夹钳 (亦称耦合环) 夹在被测目标管线上, 通过耦合环把交变电磁场信号加载到被测管线上, 以实现对目标管线的追踪定位的目的。
(3) 感应法:是利用发射机发射谐变电磁场, 使被探测的地下管线产生感应电流而形成电磁场, 通过接收机在地面接收地下管线所形成的电磁场, 达到对被探测管线进行搜索、追踪、定位之目的。
3.2.2 地质雷达法
地质雷达法:即地质雷达剖面扫描法, 是利用脉冲雷达系统连续向下发射高频电磁波, 并由接收天线连续接收地下管线等不均匀目标体反射回来的电磁波, 再经过专用软件处理, 获取地下不同目标体雷达波的反射图像, 通过对图像的分析解释, 直接确定管线埋设位置和埋藏深度。
3.2.3 示踪法
将能发射电磁信号的示踪探头或导线送入非金属管道 (沟) 内, 在地面用接收机接收探头或导线发出的电磁信号, 从而确定地下非金属管线的走向和埋深。该法可用于有出入口的非金属管道和人防工程的探查。该方法信号强, 效果好, 但必须有出入口。
3.3 城市地下管线探测技术方法应用
由于地下管线埋设条件各不相同, 因此探测现场情况也千差万别, 有些管线有明显出露有些长距离无明显点;有些管线埋深大, 有些管线几乎贴近地表埋设;此外管线埋设的环境也区别也很大, 有些道路管线稀少, 有些道路管线埋设密集, 因此在方法选用时应根据不同场地条件选用合适的方法。
(1) 出露情况:现场有出露点的管线, 可采用直接法、夹钳法;规模较大的管道, 也可将发射机直接放置在管顶顶部。无出露点的情况下, 可采用感应法施加信号探测, 注意施加点尽可能选择在埋深浅、临近管线少处。
综合探测技术在寺河煤矿的应用 篇8
关键词：综合探测技术,寺河煤矿,应用
0 引言
W2302 (东段) 工作面地表位于秦庄村以南, 山水沟以东, 寺河矿工业场地以西北。井下南为W2301工作面, 东为西总回风巷, 西为W2302工作面西段 (正掘) , 北为矿界, 平均走向长度约为693.7 m, 平均倾向宽度约为296.3 m。
工作面所采3#煤层为黑色, 均一结构, 似金属光泽, 煤质较硬。厚度平均为6.2 m, 煤层结构由下向上为4.5 m、0.1 m、1.6 m, 工作面顺槽沿煤层底板掘进, 采用锚网支护, 回采工艺为一次大采高综采。
在W2302切眼2#横川处西帮往工作面施工的普通钻孔有异常见矸情况, 综合分析钻探资料, 判断W2302东段切眼2#钻场西北方向存在一逆断层。为进一步查清工作面的构造等其它情况, 采用WKT—E型坑透仪对该工作面进行了无线电波坑道透视。坑透异常区为逆断层FW2302-2影响区域, 逆断层FW2302-2, 倾向约为300°, 倾角为20°~50°, 落差为0 m~2 m[1]。
通过对寺河煤矿W2302 (东段) 工作面采取钻探、物探手段, 查明了工作面构造情况, 综合提交了回采地质说明书, 为工作面安全回采提供了详实的地质资料, 并对生产提供了建议, 综合保障了该工作面的安全生产[2]。
1 钻探
钻探参数及钻探成果见表1, 平面图见图1。
钻孔分析结果及建议:
a) 分析此处施工的普通钻孔情况, W2302东段切眼2#钻场西北方向存在一逆断层, 该断层编号FW2302-2, 倾向300°, 倾角20°~50°, 落差0 m~2 m;该断层距W23023巷南帮100 m~220 m范围内, 距切眼10 m~150 m范围内;
b) 此区域受FW2302-2断层影响, 煤层厚度发生变化、煤体破碎、夹矸发育、瓦斯赋存大。综采队在回采过程中可能出现割底矸、留底煤、片帮、冒顶及瓦斯涌出异常等现象, 队组要加强顶帮和瓦斯管理。
2 物探
为进一步查清工作面的构造等其它情况, 在工作面形成后采用WKT—E型坑透仪对该工作面进行了无线电波坑道透视。
采用定点法, 分别在两侧顺槽W23021巷 (原W23014巷) 和W23023巷布置测点, 每10 m布置1个测点, 布置测点时两侧顺槽均以W2302切眼西帮处为起点, 其中W23021巷 (原W23014巷) 起始点号为“500”, W23023巷起始点号为“0”。发射点距为50 m, 接收点距为10 m。每次发射、接收时间为3 min。探测频率为0.3 MHz。
利用重庆煤科分院坑透CT、CAD分析处理系统对探测数据进行了处理, 结合坑透图、W2302 (东段) 工作面两侧顺槽、东段主撤及切眼施工的普通钻孔及此区域的千米钻孔进行了综合分析, 存在1处坑透异常区。具体描述如下:
坑透异常区:坑透显示场强衰减值为-10 db~-20db;现场在W2302切眼2#横川处西帮往工作面施工的普通钻孔有异常见矸情况, 综合此区域的千米钻孔综合分析, 该坑透异常区为逆断层FW2302-2影响区域;逆断层FW2302-2, 倾向约为300°, 倾角为20°~50°, 落差为0 m~2 m;受逆断层FW2302-2的影响, 该区域内的煤体及顶板较破碎, 且瓦斯赋存异常, 回采时将出现片帮、冒顶及瓦斯涌出异常等现象, 现场要加强顶帮及瓦斯管理, 影响推进度范围为0 m~150 m。
坑透过程中, 由于W23023巷7#横川处有正在运行的千米钻机1台及正在运行的排水电泵 (22 k W) 1台, 对本次坑透有一定的影响。
3 结语
通过对寺河煤矿W2302 (东段) 工作面采取钻探、物探等手段, 查明了工作面构造情况及其它异常情况, 为保障了该工作面的安全生产, 生产建议如下:
a) 该面处于霍家山向斜的东翼, 总体东高西低, 煤层整体上倾向西方向, 倾角0°~4°。工作面切眼附近存在一逆断层 (倾向300°, 倾角20°~50°, 落差:0m~2 m) , 受该逆断层影响, 该区域内的煤体及顶板较破碎, 且瓦斯赋存异常, 回采时将出现片帮、冒顶及瓦斯涌出异常等现象, 现场要加强顶帮及瓦斯管理, 影响推进度范围为0 m~150 m, 队组要提前采取措施;
b) 在向斜的轴部及其附近地区, 煤层节理、裂隙较发育, 容易片帮、冒顶, 瓦斯涌出异常, 因此在回采过程中要加强顶帮和瓦斯管理, 避免瓦斯、冒顶等事故;
c) 在回采过程中, 遇到煤层疏松破碎、变软、出现构造等异常情况时, 施工队要立即通知相关单位, 采取相应措施。
参考文献
[1]舒社会.无线电波坑透技术在裴沟煤矿的应用[J].中州煤炭, 2011 (12) :75-76.
超低频地质遥感探测技术的应用探讨 篇9
1 基本原理
超低频地质遥感探测是以大地电磁场为工作场源, 利用不同介质电磁学性质的差异测量地下岩性分界面对天然电磁场的反射信息来解释不同深度的地质构造, 从而解决地质问题的一种被动遥感电磁勘探方法, 也可视为被动源大地电磁测量的一种新方法。所获取的遥感曲线并不是介质的真正电阻率, 而是介质电阻率、密度、孔隙度和压力的综合反应。可简单地理解为视电阻率和视密度的乘积。
2 关键技术
超低频地质遥感探测首先要根据物探设计布置测线、测点, 逐点测量, 采集原始曲线。超低频地质遥感探测的关键是做好资料解译。
(1) 建立好解译标志。
超低频电磁波曲线形态特征主要由幅值、均匀度、平稳度、疏密程度、平均幅值、幅值变化幅度等基本要素组成, 其中, 曲线幅值是进行地质解译的重要物理量。在每次工程探测前, 尽量收集勘查区域钻孔、地质地形图、地质剖面等已知资料, 然后在已知钻孔上测量, 测出能真实反映地质信息的电磁波曲线, 建立解译标志, 这是超低频电磁波曲线地质解译的关键。
(2) 解译方法。
“由已知到未知, 由局部到整体, 先易后难”是超低频电磁波曲线解译的最基本方法, 也是应遵循的基本原则。在解译过程中, 要不断地排除各种异常干扰信息, 提取有用地质信息。要仔细分析研究各种不同曲线形态之间的差异及变化规律, 并紧密结合测区有关区域地质资料, 对每个测点不同方向的频谱曲线进行深入细致的研究。解译中, 每一测点选择地质信息多、地质界面反映清楚、干扰信息少的曲线作为该测点的解译曲线, 干扰信息多、地质界面不太清楚、地质信息含量少的曲线作为解译参考曲线。
3 注意事项
在利用超低频地质遥感探测仪进行探测时, 对仪器进行正确操作, 方能保证探测结果的准确性。
(1) 找出最佳的天线摆放方向。仪器在某一方向测出的曲线最能反映真实的地质信息, 该方向确定后不要轻易变换, 否则测出的地层深度就有几十米的误差。
(2) 超低频地质遥感探测仪电池的负电压保持在正常应用范围内, 不能低于4.5 V。
(3) 当测区存在高压线、变压器等干扰信号时, 天线的信号增益尽量小, 二级信号增益尽量大, 测出的曲线才够真实。
(4) 信号增益的大小要适中, 信号太强或太弱会导致曲线失真, 地质信息反映不真实。
(5) 当施工要求探测地质界面、断面时, 天线增益信号要尽量增大, 测出的曲线效果更佳。
(6) 超低频地质遥感探测曲线较容易受各种噪音和振动的干扰, 影响采集探测曲线, 应尽量避开。
(7) 探测深度不能从0 m开始。
(8) 探测曲线的文件名中不能含有文字。
(9) 解释曲线时用方式0、方式1分别看同一条曲线, 曲线也稍有变化。一般用一种方式看一个测区的曲线。
4 适用范围及应用特点
(1) 探测煤层变化。
煤层曲线的幅值高于泥岩、低于砂岩且成分单一, 故煤层顶板曲线反映幅值高, 底板曲线反映幅值低, 煤层曲线幅值在顶、底板曲线中部呈梯状, 其宽度就是煤层的厚度。探查时, 根据已知区域地质资料, 了解煤层大概厚度和深度, 在煤层深度±50 m范围内找煤样特征;由煤层的大概厚度来确定测量参数步距的大小, 步距偏小曲线反映不明显, 步距偏大可能跃过煤层, 曲线中没有反映煤样特征;一条探测曲线中可能有几处煤层特征, 深度不符的是干扰所致, 要加以剔除。
(2) 探测地层破碎带及含水层富水性。
破碎带的探测曲线幅值反映高低起伏剧烈且稀松, 破碎带富水性越强曲线幅值越低;含水层曲线幅值因富水的强弱而变化, 富水性越强曲线幅值越低。探测后可与探测区已有水文地质资料对比、验证, 以确保其准确性。
(3) 探测煤层瓦斯富集情况。
对于煤层直接顶板为砂岩的地区, 煤层是主要产气层, 砂岩是主要储气层, 砂岩因瓦斯的高压富集使富集区域的视电阻率升高, 瓦斯压力越大, 其视电阻率越高, 曲线幅值也就越高, 升高的面积和瓦斯量成正比。根据曲线幅值升高面积大小的相对变化来推断瓦斯量的相对高低。瓦斯含量与埋深呈正相非线性关系, 同时构造对瓦斯分布也有一定影响, 主要表现为正断层附近低、逆断层附近高, 地堑区域高、地垒区域低, 向斜轴部高、背斜两翼高。
(4) 探测巷道、采空区。
巷道、采空区的曲线幅值比水、泥岩的曲线幅值低, 呈几米长的水平线段状。
5 结语
(1) 超低频地质遥感探测技术探测效率高, 仪器轻便且使用方便, 探测时基本上不受场地条件限制。
(2) 因物探工作的多解性, 在实际工作中需要与其他勘探方法结合, 相互验证, 以确保勘查结果的真实性。
摘要：为了掌握深部地质体的赋存、分布等特征, 通过对超低频地质遥感技术的分析, 提出了用超低频地质遥感技术探测深部地质体的方法、措施。实践证明该技术在查明地下水、探测采空区、瓦斯富集度、煤层变化等地质问题方面, 效果良好, 为矿山安全生产提供了保障。
建筑中庭火灾探测器的应用研究 篇10
关键词：消防,建筑中庭,火灾探测器
随着我国城市建设的迅速发展, 中庭的建筑形式已广泛应用于大型商场、宾馆、图书馆、医院、高档公寓及娱乐中心等各种类型的公共建筑中。中庭以一个大型建筑内部空间为核心, 综合多种使用功能, 作为公共建筑整体的一部分, 其构成的共享空间具有某种开放感和自由感, 对建筑内部环境的改善起到了较大的作用。中庭作为建筑物内部的核心空间, 通常贯穿多个楼层, 并与各楼层相通, 这种结构形式增加了建筑空间的魅力, 但却增大了其火灾的危险性和危害性。中庭若发生火灾, 火势会迅速蔓延。因此, 及早、准确地发现中庭内火情, 才能快速采取灭火、控火和疏散等措施, 控制火灾蔓延。
1 中庭火灾烟气特性及危险性
1.1 中庭火灾烟气特性
中庭的建筑形式多是贯穿建筑内的多层空间, 作为一种特殊形式的建筑, 其火灾特性和烟气流动特性与普通建筑存在较大差异。笔者利用火灾模拟软件FDS对中庭内火灾进行了仿真模拟, 仿真设定的数据:建筑外形尺寸40 m×40 m×51 m;中庭为贯通式, 开口尺寸14 m×14 m;共9层, 首层和顶层层高为8 m, 其余层高为5 m;模拟火灾功率为4 MW。
(1) 火灾发生在中庭的地面上, 火灾产生的高温气体上升到火焰上方形成烟羽流, 烟羽流在上升过程中不断卷入四周空气, 如烟羽流在上升过程中未触及到边界面, 由此形成的烟羽流称为轴对称烟羽流, 如图1所示。
(2) 火灾发生在与中庭相连通的邻近空间, 火灾产生的烟气通过开口处的阳台等水平凸出物, 经过阳台边缘向大空间扩散, 这样形成的烟羽流称为阳台溢流烟羽流;烟气通过墙上开口 (门或窗) 向中庭空间扩散, 进而充满中庭上部空间, 形成烟气层, 这样形成的烟羽流称为窗烟羽流, 如图2所示。这种情况主要发生在回廊式中庭和开敞式中庭。
(3) 由于中庭空间形似烟囱, 因此易产生“烟囱效应”, 中庭内起火, 烟气会迅速扩散到与中庭相通的各个楼层。由于中庭与周围楼层间无分隔, 如果与中庭连接的楼层起火, 烟气将沿着火层的顶棚流入中庭, 再沿中庭边缘向上蔓延, 在扩散的过程中, 烟气将会扩散到着火层以上的楼层, 当烟气在中庭上部聚积并向下扩散填充时, 还可能使烟气向中庭的另外一侧蔓延, 进而扩散到整个建筑物, 这些都将威胁到着火层以上楼层人员的安全, 如图3所示。
1.2 中庭火灾危险性
(1) 火灾隐患多。
目前, 许多大型商场、宾馆酒店、写字楼、娱乐中心等公共设施为营造良好的室内环境, 多采用中庭建筑形式。但由于这些公共设施使用性质的要求, 中庭内经常举行文艺演出、促销、宣传等活动, 活动中经常使用各种灯光音响、燃放烟花等, 大大增加了火灾发生的几率。同时, 中庭也是人员聚集、休憩娱乐的场所, 人员吸烟、携带易燃品等都增大了中庭的火灾风险。
(2) 火灾蔓延迅速, 难以控制。
由于中庭具有内部空间大、火灾载荷大、内部难以实现防火防烟分隔等特点, 火灾一旦发生, 烟气能通过“烟囱效应”快速垂直蔓延到顶并水平蔓延和积聚, 会很快蔓延到与中庭相通的各个楼层, 加快火灾的扩散。中庭的高度通常在20 m以上, 这样会大大降低自动喷水灭火系统的有效性。此外, 中庭内起火后会迅速扩散, 烟气也会迅速扩散到与中庭相通的各个楼层。由于中庭高度较高及中庭排烟系统排烟量有限, 烟气在中庭内积聚并扩散, 将极大地影响火灾控制与扑救。
(3) 烟气对人员疏散影响较大。
中庭作为一个非常大的空间, 在发生火灾时, 初期火灾烟气容易层化并水平蔓延, 中庭内的烟气可能向相通的走廊蔓延, 会对人员疏散造成威胁。同时, 走廊的烟气也可能向中庭蔓延, 从而使中庭成为烟气向其他区域蔓延的通道。
综上所述, 中庭建筑发生火灾时, 为了有效管理控制中庭建筑内自动喷水灭火系统和防排烟系统, 合理优化人员疏散路径, 充分发挥消防设施的作用, 必须做到及早探测中庭内火灾, 从而实现早期灭火和控火。
2 中庭火灾探测现存问题
2.1 缺乏相应的设计规范作参考
《建筑设计防火规范》 (以下简称“建规”) 和《高层民用建筑设计规范》 (以下简称“高规”) 没有对中庭建筑内防火设计进行规定。“建规”中未规定中庭内设置火灾探测报警系统, 仅规定中庭内必须设置排烟系统。“高规”中只规定中庭每层回廊应设置火灾自动报警系统, 对于中庭内是否设置火灾探测器没有规定。而现行的《火灾自动报警系统设计规范》中也没有提及适合中庭建筑使用的火灾自动报警系统。由于缺乏相关的防火设计规范, 给中庭建筑内火灾探测设计带来了难题。
2.2 常规火灾自动报警系统设计的不适合性
目前, 国内外中庭建筑中大多数设计并安装采用线型红外光束感烟火灾探测器, 也有少数中庭建筑不设置任何火灾探测器, 仅设置排烟系统。对于设置线型红外光束感烟火灾探测器的中庭建筑, 在设计、安装及维护等方面都存在诸多问题, 如中庭中的光干扰将增加探测器误报的问题, 中庭内部如何分层安装探测器及不同高度探测器的探测有效性问题, 商业建筑内广告条幅等装饰材料对探测器探测光路的遮挡问题, 探测器如何维护保养的问题等。对于未设置火灾探测器的中庭建筑, 仅按照“建规”要求设置排烟系统, 也存在着排烟系统如何启动, 以及依靠其他区域火灾自动报警系统联动中庭内排烟系统合理性的问题。因此, 在这类场所中更突出了火灾早期探测的重要性。
3 中庭内火灾探测器应用实体火实验
利用大空间燃烧实验室模拟建筑中庭开展实体火实验, 模拟中庭尺寸:长12 m, 宽12 m, 高12 m。经调研, 适用于中庭内的火灾探测器主要为线型红外光束感烟火灾探测器、点型红外火焰探测器、吸气式感烟火灾探测器、图像型火焰探测器等, 各类探测器安装示意见图4所示。
根据GB 4715-2005《点型感烟火灾探测器》中对标准实验室内实验火的规定, 结合以往大空间实验的经验, 研究并确定了实体实验所需的实验火种类、规模, 见表1所示。
通过多次的中庭实体火模拟实验, 采集了火场温度、烟雾浓度、一氧化碳含量、探测器状态和响应时间等大量实验数据。经数据分析, 各类探测器对中庭火灾的响应具有以下特点:
(1) 由于中庭顶部高度较高, 受燃料类型和起火部位的影响, 多次实验中温度传感器采样值变化较小, 说明中庭顶部安装感温火灾探测器不适合。
(2) 实体火试验中, 一氧化碳传感器采样值变化不大, 说明火灾发生的初期产生的一氧化碳含量不高, 中庭建筑内不适合采用一氧化碳探测器探测初期火情。
(3) 实验中只要有烟雾产生, 吸气式感烟探测器便会报警。在光学密度计、能见度仪采样值变化明显的情况下 (即烟雾较多) , 线型光束感烟探测器也会报警, 但线型光束感烟探测器较吸气式感烟探测器报警时间滞后1～2 min, 有时会滞后5～7 min。有烟的实体火试验中, 吸气式感烟探测器会全部报警, 而线型光束感烟探测器受安装位置和烟雾量影响有的不报警。说明中庭建筑中, 线型光束感烟探测器对火灾响应的可靠性较吸气式感烟探测器差, 且响应时间滞后。
(4) 有明火出现时, 火焰探测器响应最快, 不同位置的火焰探测器会先后响应, 且都较感烟探测器的报警时间早2～3 min。但火焰探测器对于阴燃火没有反应。由于火焰探测器探测距离和视场角的限制, 有的火焰探测器受火焰规模和起火部位的影响可能不报警。因此, 火焰探测器在中庭建筑中只能作为辅助探测手段, 需根据中庭建筑使用功能和可燃物类型适时选用。
(5) 相同类型燃烧物, 标准火与2倍燃料火实验在相同位置点火实验时, 探测器的报警顺序不同。分析原因, 火焰的规模小, 产生的热量也小, 则烟雾上升的浮力小, 烟雾上升缓慢并逐渐向四周扩散;而火焰的规模大, 产生的烟雾量较多, 烟雾上升的浮力大, 烟雾会迅速上升至房屋顶棚。这说明中庭建筑内烟雾的蔓延扩散存在着不规律性, 并且受中庭结构影响较大。
4 中庭内火灾探测器应用建议
(1) 吸气式感烟火灾探测器应作为中庭火灾探测的首选。通过大量的实验, 笔者发现吸气式感烟火灾探测器的应用效果较好, 除酒精火是明火无烟外, 其他试验火吸气式感烟火灾探测器均能有效探测。而传统采用的线型光束感烟火灾探测器效果不好, 其探测效果受空间结构、起火点部位和烟雾量等因素影响较大, 灵敏度不高, 且受使用环境 (无遮挡、无震动、无光干扰) 的限制过多。因此, 建议在中庭中首选吸气式感烟火灾探测器, 采用垂直布管方式, 管路布置在中庭周围立柱墙壁上, 不但可以保护中庭首层, 而且可以对于中庭相通楼层的火情进行辅助监测。
(2) 适时选用火焰探测器。根据中庭的建筑特点, 火灾发生后具有烟气扩散的不确定性, 感烟和感温的响应时间较长。中庭火灾探测实体实验表明, 在有明火发生时, 火焰探测器报警时间要比吸气式感烟火灾探测器报警时间提前2～3 min, 比线型光束感烟火灾探测器报警时间提前5～7 min。因此, 可在中庭内设置火焰探测器, 如发生明火, 可以提早探测火灾。由于中庭建筑形式多数被大型商场、会展中心所采用, 中庭内阳光、照明、演出灯光、烟气、热体辐射等环境干扰的因素较多, 火灾探测器容易产生误报警, 建议在商场、会展中心等中庭建筑中采用视频图像型火焰探测器对中庭首层进行保护, 在探测器报警后通过视频图像进行确认, 既保证了火灾探测的可靠性和及时性, 也可以降低系统工程成本。
(3) 引入多参数复合探测观点。任何一种火灾探测器, 都只是针对火灾中同时出现的多种物理量中的一种进行探测, 不可避免地受到环境中某些相似因素的影响, 从而导致误报警。因此, 对于中庭式大空间建筑, 由于其使用功能的复杂性, 为了保证火灾探测的及时可靠, 应对火灾中出现的多种物理现象进行多参量复合监测。对中庭内火焰和烟等参量进行复合监测, 既可降低火灾误报警, 又能实现及早报警, 保证经济和技术上的合理性。
(4) 对于开口尺寸规则、尺寸较小、高度在20m以下的中庭, 可以采用线型光束感烟火灾探测器, 从而降低系统工程成本。
5 结束语
中庭建筑结构特点和使用功能的复杂性决定了中庭火灾的防控要以预防为主, 做到及早发现、及早控制。只有对中庭火灾实现及早探测和有效探测, 才能实现早期灭火和控火, 延长人员的安全疏散时间, 从而提高灭火和救援的有效性。
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