一种用于矿井的泡沫防灭火材料特性指标评价方法

本发明涉及煤矿矿井泡沫防灭火材料评价领域，具体是一种用于矿井的泡沫防灭火材料特性指标评价方法。

背景技术：

1、矿井火灾是煤矿主要灾害之一，其发生会造成人员伤亡和极大的资源浪费。煤炭自燃是导致矿井火灾的重要原因，为有效防治矿井火灾，行业内学者从抑制煤炭自燃的角度出发，研制了多种防灭火材料，其中泡沫防灭火材料因其良好的裂隙渗透能力、能向高处堆积、立体覆盖、耐热性强等特点近年来越来越受到国内外学者的关注。目前矿井常用的泡沫体防灭火材料主要有阻化泡沫、惰气泡沫、两相泡沫、三相泡沫、凝胶泡沫、有机固化泡沫、无机固化泡沫等，上述材料在防灭火性能上各有优势与不足，在选择时需要针对不同的矿井火灾场景和其他影响因素对材料性能进行综合考量和评价。因此，构建综合完善的泡沫防灭火材料性能指标评价体系尤为重要。

2、经查询，公开号为cn114656276a的中国发明专利公开了一种纳米自膨胀固化泡沫防灭火材料及其制备方法，详细阐释了上述泡沫防灭火材料的制备原料、方法及技术方案，并对该材料的抗压强度、膨胀倍数和降温性能进行了测试，但是对材料性能的评价不够全面，且缺乏材料使用方法和应用方面的研究；公开号为cn114452584a的中国专利公开了一种阻化泡沫防灭火材料及其制备方法和应用，提供了运用减压搅拌釜制备材料的方法，对材料的阻化性能进行了测试，并提供了上述材料在煤矿采空区火灾防治中的应用，但在进行性能测试时只考虑了温度的影响，而没有综合其他影响因素进行考量，且在针对不同火灾条件和环境下材料应用方面的研究较为匮乏；公开号为cn114470600a的中国发明专利公开了一种泡沫凝胶防灭火材料，分别从降温、堵漏、隔氧以及发泡等方面对上述材料的性能进行了较为全面的测试，同时提供了不同矿井环境下材料的应用，但该专利只针对一种泡沫材料进行了研究，并不适用于所有泡沫材料，适用范围小；公开号为cn108572118a的中国发明专利公开了一种采空区防灭火材料性能测评实验平台，能够实现包括泡沫体材料在内的防灭火材料应用性能的综合测评，但是上述实验平台更侧重于对防灭火材料性能的实验量化研究，而缺乏结合实际场景和经验的定性分析，且不能分析多种材料混合使用产生的灭火效果。

3、综上所述，目前对于泡沫类防灭火材料在不同矿井火场条件下的性能没有开展系统全面地定性定量评价及研究。此外，多种泡沫体防灭火材料混合使用产生的防灭火效果也无相应的研究分析。因此，构建一套系统、完善、科学的矿井泡沫防灭火材料指标评价体系，为材料选择和实现矿井高效防治煤自燃提供理论支持是本行业的研究方向之一。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种用于矿井的泡沫防灭火材料特性指标评价方法，通过建立矿井泡沫防灭火材料指标评价体系，实现对不同泡沫防灭火材料的综合评判，并对各个材料进行优先排序，为材料选择和实现矿井高效防治煤自燃提供理论支持。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于矿井的泡沫防灭火材料特性指标评价方法，具体步骤为：

3、s1、构建用于矿井泡沫防灭火材料的灭火特性指标评价体系，所述灭火特性指标评价体系包括目标层、准则层和指标层，并根据不同类别的泡沫防灭火材料的灭火机理以及防灭火特性来确定评价指标的特性分类；

4、s2、基于层次分析法，获取准则层、指标层中各单项评价指标的指标初始权重；

5、s3、基于模糊综合评价的方法，确定评语集，对每个评价指标设置9个等级，并对不同泡沫防灭火材料的评价指标进行专家打分，根据各个指标打分结果，构建单因素模糊综合评判矩阵，确定总模糊综合评价矩阵，最后得到综合评判；通过对不同泡沫防灭火材料的综合评判结果，对其进行优先选择排序并得到最优方案。

6、进一步，所述步骤s1中，目标层为灭火特性指标评价体系；准则层包括流变特性、阻化特性、发泡特性、降温灭火特性、滞留特性、封堵抗压特性和隔氧特性；所述流变特性在指标层中对应流动性和触变性两个指标；所述阻化特性在指标层中对应活性官能团、氧化热释放特性和抑制低温氧化特性三个指标；所述发泡特性在指标层中对应稳定性、发泡体积和溶胀性三个指标；所述降温灭火特性在指标层中对应抗温性、耐热特性和热稳定性三个指标；所述滞留特性在指标层中对应粘结性和堆积性能两个指标；所述封堵抗压特性在指标层中对应堵漏风性能和抗压性能两个指标；所述隔氧特性在指标层中对应保水性和交联成膜性两个指标。

7、进一步，所述步骤s2具体为：

8、s21、构造判断矩阵：利用1～9比例标度法，分别对每一层次评价指标的相对重要性进行定性描述，并用准确的数字进行量化表示；假定因素i与因素j比较的标度为aij，则因素j与因素i比较的标度为1/aij，从而得到判断矩阵：

9、a＝(aij)n×n

10、s22、利用和积法计算各评估指标权重，算术平均值归一化得到各评价指标的初始权重向量w：

11、

12、w＝[w1，w2，…，wn]。

13、进一步，在获得初始权重向量时需要对权重指标的合理性进行一致性检验，具体为：

14、

15、

16、

17、

18、式中，ri为随机平均一致性指标；ci为一致性指标；λmax为矩阵的最大特征根；wi为参与计算指标的初始权重；n为指标数量；如果计算得出cr>0.1，则确定判断矩阵a不一致，需重新取值并重复步骤s21和s22，获得新的初始权重向量；若cr≤0.1，则判断矩阵a一致性通过检验，保留当前获取的初始权重向量。

19、进一步，所述步骤s3具体为：

20、通过多级模糊综合评价法确定总模糊综合评价矩阵：

21、(1)确定评语集与评语等级：

22、将因素集u＝{u1，u2，...un}划分成若干组得到：u＝{u1，u2，...uk}，其中这样划分是由于指标层拥有多个指标，对其进行一级模糊综合评价过于复杂，所以需要将各个指标根据其与准则层的对应情况，划分到准则层的指标中，从而将评价结构分为多个层次，通过各个层次的模糊评价结果，得到综合评价结果，这样可以将复杂问题简单化，方便计算；设评语集v＝{v1，v2，…，vm}，并设定评语集中各个评语对应的评语等级；

23、(2)通过专家打分构建单因素综合模糊评判矩阵：

24、选择若干名专家，根据步骤(1)设定的评语集及评语等级，对不同泡沫防灭火材料在指标层中的各个评价指标确定其评语等级，所述每个评价指标的评语等级确定为若干名专家评价时选择最多的评语等级；

25、接着对指标层中各个评价指标进行单因素综合评判，设各个评价指标的评语等级为rij，得到单因素评判矩阵：

26、

27、(3)求取总评判矩阵，得到材料综合评判：

28、基于层次分析法得u＝{u1，u2，...uk}的权重为w＝[w1，w2，…，wn]，求得综合评价为：

29、

30、再对准则层u＝{u1，u2，...uk}作综合评判，则总评判矩阵为：

31、

32、最后由层次分析法得到的权重向量与总评判矩阵，从而得到综合评判：

33、

34、最后根据不同泡沫防灭火材料各自的综合评判结果，对各个材料进行优先排序，得到针对当前实际矿井环境条件的最佳材料选择方案。

35、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

36、1、本发明的灭火特性指标评价体系，将模糊综合评价法与层次分析法相结合，能够实现针对不同矿井火灾场景下对泡沫防灭火材料各项性能指标的定性和定量综合评价。

37、2、本发明的灭火特性指标评价体系，囊括了目前常见的所有泡沫防灭火材料的性能指标，可以实现多种泡沫防灭火材料同时使用条件下的灭火效果评价。

38、3、本发明的灭火特性指标评价体系，程序简洁，操作难度较小，能够在短时间内高效的选择最合适的材料使用方案，达到理想的矿井防治煤自燃效果，降低矿井火灾的发生率。