矿井环境粉尘实时监测技术与装置的研究

摘要

人类利用地下的矿物质，大多数是通过矿井开采实现的。矿井开采过程中产生的粉尘，不仅会给生产安全带来事故隐患，而且还会污染工作环境，对作业人员身体健康造成伤害。在我国从事与粉尘接触工作的人员较多，患尘肺病的人数逐年上升，因此对矿井粉尘科学治理尤为重要。粉尘的治理主要包括粉尘监测和除尘，特别是对作业场所粉尘浓度的监测尤为重要，它是控制粉尘对人体健康造成不良影响的主要手段，也是防止粉尘爆炸的一项重要措施。 粉尘监测技术主要有粉尘采样器、测尘仪和粉尘传感器等。采样器测量周期长，不能及时反映作业地点的粉尘变化情况。目前应用较多的测尘仪虽然可直接测量和读出测尘地点的粉尘浓度，但即使是经过标定后使用，其测量误差也较大，且不适用于高浓度粉尘的监测。最近从国外发展起来的粉尘传感器可以实时测量空气中的粉尘浓度，及时掌握作业环境大气中的粉尘状态，以便采取有效的粉尘防治技术，改善作业环境。然而，国外已有的粉尘传感器测量宽幅范围窄，测量精度差，一般测量误差在20％左右。 论文基于光散射原理，研制开发出一套采用传感器的矿井环境粉尘实时监测技术和装置。研究了影响光散射测量粉尘浓度主要因素，设计开发了传感器粉尘测试窗、光源、探测器，研制了粉尘测试装置的抽气系统、测试电路以及数据处理软件等，进行了粉尘测试装置的实验室标定实验和工业性试验。结果表明，该系统的粉尘浓度测量范围为0.1mg/m<'3>～500 mg/m<'3>；测量误差小于15％；不仅能够通过安全监测系统实现对粉尘浓度的在线监测，并且可与降尘措施进行连动控制，实现自动监测除尘的一体化操作。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1矿井粉尘监测的意义

1.1.1矿井粉尘的产生

1.1.2矿井粉尘的特性及危害

1.1.3粉尘监测技术的研究意义

1.2粉尘浓度测量技术概述及研究现状

1.2.1取样法

1.2.2非取样法

1.2.3国内的研发及应用现状

1.3本项目的研究内容、方法及意义

1.3.1主要研究内容及方法

1.3.2研究意义

2粉尘浓度实时监测技术的基本原理

2.1微粒散射理论

2.1.1散射理论简介

2.1.2 Mie散射理论

2.2光散射测量粉尘浓度的基本方法

2.2.1粉尘粒子常见的数学分布

2.2.2光散射测量粉尘浓度

3粉尘浓度实时监测技术系统开发

3.1粉尘浓度实时监测控制系统的组成

3.2粉尘实时监测控制系统的硬件开发

3.2.1光散射测量系统的设计

3.2.2抽气系统的设计

3.2.3电子电路系统的设计

3.3软件开发

3.3.1系统主程序

3.3.2 I2C通讯子程序

3.3.3 A/D转换程序

3.3.4脉宽调制程序

3.3.5频率转换

4粉尘测量系统试制

4.1粉尘测量系统加工

4.2粉尘测量系统的原理性实验及研究分析

4.2.1光散射测量系统测试

4.2.2薄膜泵参数测试

4.2.3粉尘测量系统的风洞标定实验

5粉尘浓度实时监测技术现场应用

5.1应用地点的概况

5.1.1矿井概况

5.1.2粉尘管理现状

5.2应用系统所实施方案

5.2.1粉尘浓度在线监测监控系统的组成

5.2.2系统工作原理及实现功能

5.2.3关键实验设施的技术参数

5.3测试实验

5.3.1地面跟踪观测实验

5.3.2井下测试对比性实验

5.3.3粉尘浓度传感器与自动喷雾装置配套降尘测试

5.3.4实验结论

6结论与建议

6.1结论

6.2建议

致 谢

参考文献