甲烷爆炸最小氧浓度影响指数的主成分多元回归分析方法技术

本发明专利技术公开了一种甲烷爆炸最小氧浓度影响指数的主成分多元回归分析方法，包括步骤：一、数据采集及记录：采用可视化球形密闭气体爆炸实验系统对不同组分浓度、组分配比的多元混合可燃性气体进行爆炸实验，测定加入不同配比时不同体积分数的多元混合可燃性气体后甲烷爆炸的最小氧浓度并记录到数据处理器中；二、数据分析处理：所述数据处理器采取主成分分析法，并建立多元回归模型，对步骤一中记录的实验数据进行因素分析，找出影响甲烷爆炸最小氧浓度的主要因素，得出多元混合可燃性气体中各单一气体对不同浓度甲烷爆炸最小氧浓度的影响指数。本发明专利技术消除了多重共线性，提高了回归模型的精确性、可靠性。

【技术实现步骤摘要】
甲烷爆炸最小氧浓度影响指数的主成分多元回归分析方法
本专利技术属于甲烷爆炸研究
，具体涉及一种甲烷爆炸最小氧浓度影响指数的主成分多元回归分析方法。
技术介绍
足够的氧气含量是燃烧与爆炸的三个必要条件之一。最小氧浓度(有研究者也称之为最大允许氧含量)是指可燃性气体在某一浓度恰好维持燃烧或爆炸进行所需要的最小的氧气浓度。在安全工程中常用向体系中充入惰性气体的办法，控制一定浓度的可燃性气体混合物中的氧含量，使其处于最小氧浓度氧体积百分数以外，以降低发生燃爆事故的可能性。许多工业生产场合都将可燃性气体氧含量作为重要的安全技术指标。在煤矿井下发生的气体爆炸事故中，非常典型的一类是由于煤体自燃引起的。另外，作为重要的燃料与化工原料，煤炭在仓储过程中也会出现因煤自燃引起的煤仓爆炸事故。这类气体爆炸事故均具有参与爆炸的可燃性气体构成复杂等特征，事故防控难度较大。在井下采掘过程中从煤和周围岩层中除了涌出甲烷气体，还会涌出少量其他可燃可爆性气体，如乙烷、丙烷和丁烷等，并且煤在自燃高温条件下也会产生多种可燃可爆性气体，如CH4、CO、H2、C2H6、C2H4、C3H8、C2H2等，它们都存在燃烧和爆炸的危险。因此从防爆抑爆安全角度出发，搞清煤自燃环境中多元可燃性气体的爆炸氧浓度条件，对预防和控制煤自燃引发的气体爆炸事故十分必要。关于多元可燃气体爆炸的研究目前已有很多，例如Schoon和Verplaetsn等通过测定C2H6和C3H8在高温高压下的爆炸极限，从而得出了爆炸极限与温度和压力之间的线性关系；Bougrine、Salzano分别研究了不同条件下H2与CH4混合气体爆炸特性；V.DiSarli研究了CO、H2、CH4、CO2、N2混合气体的爆炸特征；陆美丽等应用气体爆炸支链特性实验系统研究H2、CO双元爆炸性混合气体的爆炸特性，同时还引入了“关键组分”的概念；胡耀元等认为CH4，H2，CO多元体系支链爆炸极限受控于链分支反应与链终止反应对H的竞争，减少链分支速率，增大链终止速率，则爆炸性混合气体就有可能转变为非爆炸性混合气体；何建军通过实验验证了支链反应和热爆炸是CH4-空气爆炸反应发生的原因；胡锐等认为多元爆炸性混合气体(H2、CO、CH4、Air)多元体系，其关键组分是H2；邓军等通过实验探索了可燃性气体本性对浓度爆炸极限的影响、CO对多元瓦斯气体的阻尼效应以及C2H4与CO间的协同氧化诱导效应；罗振敏等得出了五种矿井常见可燃气体对甲烷爆炸极限的影响规律，应用SPSS软件进行多组分爆炸性混合气体对甲烷爆炸极限影响的相关性研究，建立了回归模型。但这些研究主要集中在爆炸特性和爆炸极限的影响，涉及最小氧浓度的较少。鉴于煤矿瓦斯防爆理论与技术中，氧浓度条件是其考虑的主要安全技术指标之一，而目前煤矿安全生产过程中一直以甲烷爆炸的氧浓度条件作为瓦斯爆炸预警指标。考虑到煤自燃环境中瓦斯爆炸具有多元可燃性气体参与的特征，因此研究多元可燃性气体爆炸所需的最小氧浓度对瓦斯防爆抑爆有一定的指导意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种甲烷爆炸最小氧浓度影响指数的主成分多元回归分析方法，其设计新颖合理，建立多元线性回归模型，采取主成分分析法对单一可燃性气体指标实验数据进行处理，消除了多重共线性，提高了回归模型的精确性、可靠性，有效得出可燃性气体C2H6、C2H4、CO和H2对不同浓度甲烷爆炸最小氧浓度的影响指数。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种甲烷爆炸最小氧浓度影响指数的主成分多元回归分析方法，该方法包括以下步骤：步骤一、数据采集及记录：采用可视化球形密闭气体爆炸实验系统对不同组分浓度、组分配比的多元混合可燃性气体进行爆炸实验，测定加入不同配比时不同体积分数的多元混合可燃性气体后甲烷爆炸的最小氧浓度并记录到数据处理器中；步骤二、数据分析处理：所述数据处理器采取主成分分析法，并建立多元回归模型，对步骤一中记录的实验数据进行因素分析，找出影响甲烷爆炸最小氧浓度的主要因素，得出多元混合可燃性气体中各单一气体对不同浓度甲烷爆炸最小氧浓度的影响指数。上述的甲烷爆炸最小氧浓度影响指数的主成分多元回归分析方法，步骤二中所述数据处理器采取主成分分析法，并建立多元回归模型，对步骤一中记录的实验数据进行因素分析，找出影响甲烷爆炸最小氧浓度的主要因素，得出多元混合可燃性气体中各单一气体对不同浓度甲烷爆炸最小氧浓度的影响指数时，其中，得出多元混合可燃性气体中各单一气体对一种浓度甲烷爆炸最小氧浓度的影响指数的具体过程为：步骤201、将步骤一中记录的实验数据代入主成分分析法数学模型，进行主成分分析，并根据主成分得分系数矩阵得出主成分F1、F2、…、Fm与多元混合可燃性气体中各单一气体变量X1、X2、…、Xn之间的线性表达式：其中，Aij为主成分Fi的线性表达式中气体变量Xj的系数，i的取值为1～m的自然数，m为主成分分析法数学模型中选取的主成分的个数且取值为正整数，j的取值为1～n的自然数，n为多元混合可燃性气体中气体的种类数且取值为正整数；步骤202、将F1、F2、…、Fm引入多元回归模型，并将多元回归模型进行R检验、F检验和t检验，得到R检验、F检验和t检验的结果；步骤203、根据R检验、F检验和t检验的结果选出最优模型，并得出甲烷爆炸所需最小氧气体积分数Y与各主成分的多元线性回归模型方程表达式为：Y＝α1F1+α2F2+…+αmFm+b(F2)其中，αi为主成分Fi的系数，b为常数项；步骤204、将方程(F1)和(F2)联立，消掉主成分F1、F2、…、Fm，得到甲烷爆炸所需最小氧气体积分数Y与各单一气体变量X1、X2、…、Xn之间的线性表达式：Y＝β1X1+β2X2+…+βnXn+b(F3)其中，βj的值表示气体变量Xj对甲烷爆炸最小氧浓度的影响指数，βj的值为正，表示气体变量Xj增加了甲烷发生爆炸所需氧气的含量，提高了甲烷发生爆炸的条件；βj的值为负，表示气体变量Xj减少了甲烷发生爆炸所需氧气的含量，降低了甲烷发生爆炸的条件。上述的甲烷爆炸最小氧浓度影响指数的主成分多元回归分析方法，其特征在于：步骤一和步骤二中所述多元混合可燃性气体为C2H6、C2H4、CO和H2的混合可燃性气体，所述n的取值为4。上述的甲烷爆炸最小氧浓度影响指数的主成分多元回归分析方法，步骤一中所述采用可视化球形密闭气体爆炸实验系统对不同组分浓度、组分配比的多元混合可燃性气体进行爆炸实验，测定加入不同配比时不同体积分数的C2H6、C2H4、CO和H2多元混合可燃性气体后甲烷爆炸的最小氧浓度并记录到数据处理器中的具体过程为：步骤101、气体体积分数的确定，具体过程为：步骤1011、甲烷体积分数的确定：依据甲烷爆炸实验甲烷反应过程中的贫氧、富氧和当量比条件的关系，将每组实验甲烷的体积分数选择为富氧情况下的7％、当量比为1情况下的9.5％和贫氧情况下的11％；步骤1012、C2H6、C2H4、CO和H2多元混合可燃性气体的体积分数和配比的确定：依据矿井实际情况中C2H6、C2H4、CO和H2四种可燃性气体的体积分数，将每组实验多元混合可燃性气体的体积分数确定为0.4％、0.8％、1.2％、1.6％和2.0％，并将配比确定为A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种甲烷爆炸最小氧浓度影响指数的主成分多元回归分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、数据采集及记录：采用可视化球形密闭气体爆炸实验系统对不同组分浓度、组分配比的多元混合可燃性气体进行爆炸实验，测定加入不同配比时不同体积分数的多元混合可燃性气体后甲烷爆炸的最小氧浓度并记录到数据处理器中；步骤二、数据分析处理：所述数据处理器采取主成分分析法，并建立多元回归模型，对步骤一中记录的实验数据进行因素分析，找出影响甲烷爆炸最小氧浓度的主要因素，得出多元混合可燃性气体中各单一气体对不同浓度甲烷爆炸最小氧浓度的影响指数。

【技术特征摘要】
1.一种甲烷爆炸最小氧浓度影响指数的主成分多元回归分析方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、数据采集及记录：采用可视化球形密闭气体爆炸实验系统对不同组分浓度、组分配比的多元混合可燃性气体进行爆炸实验，测定加入不同配比时不同体积分数的多元混合可燃性气体后甲烷爆炸的最小氧浓度并记录到数据处理器中；步骤二、数据分析处理：所述数据处理器采取主成分分析法，并建立多元回归模型，对步骤一中记录的实验数据进行因素分析，找出影响甲烷爆炸最小氧浓度的主要因素，得出多元混合可燃性气体中各单一气体对不同浓度甲烷爆炸最小氧浓度的影响指数。2.按照权利要求1所述的甲烷爆炸最小氧浓度影响指数的主成分多元回归分析方法，其特征在于：步骤二中所述数据处理器采取主成分分析法，并建立多元回归模型，对步骤一中记录的实验数据进行因素分析，找出影响甲烷爆炸最小氧浓度的主要因素，得出多元混合可燃性气体中各单一气体对不同浓度甲烷爆炸最小氧浓度的影响指数时，其中，得出多元混合可燃性气体中各单一气体对一种浓度甲烷爆炸最小氧浓度的影响指数的具体过程为：步骤201、将步骤一中记录的实验数据代入主成分分析法数学模型，进行主成分分析，并根据主成分得分系数矩阵得出主成分F1、F2、…、Fm与多元混合可燃性气体中各单一气体变量X1、X2、…、Xn之间的线性表达式：其中，Aij为主成分Fi的线性表达式中气体变量Xj的系数，i的取值为1～m的自然数，m为主成分分析法数学模型中选取的主成分的个数且取值为正整数，j的取值为1～n的自然数，n为多元混合可燃性气体中气体的种类数且取值为正整数；步骤202、将F1、F2、…、Fm引入多元回归模型，并将多元回归模型进行R检验、F检验和t检验，得到R检验、F检验和t检验的结果；步骤203、根据R检验、F检验和t检验的结果选出最优模型，并得出甲烷爆炸所需最小氧气体积分数Y与各主成分的多元线性回归模型方程表达式为：Y＝α1F1+α2F2+…+αmFm+b(F2)其中，αi为主成分Fi的系数，b为常数项；步骤204、将方程(F1)和(F2)联立，消掉主成分F1、F2、…、Fm，得到甲烷爆炸所需最小氧气体积分数Y与各单一气体变量X1、X2、…、Xn之间的线性表达式：Y＝β1X1+β2X2+…+βnXn+b(F3)其中，βj的值表示气体变量Xj对甲烷爆炸最小氧浓度的影响指数，βj的值为正，表示气体变量Xj增加了甲烷发生爆炸所需氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗振敏，苏彬，李睿康，刘博，王秋红，王涛，康凯，安亚飞，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61