[發(fā)明專利]一種紅外光學(xué)監(jiān)測(cè)礦山掘進(jìn)巷粉塵最高質(zhì)量濃度的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610248284.5
• 申請(qǐng)日: 2016-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN105758774A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王雁鳴;王文正;宋吾軍;時(shí)國(guó)慶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N15/06
• 分類號(hào): G01N15/06
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種紅外光學(xué)監(jiān)測(cè)礦山掘進(jìn)巷粉塵最高質(zhì)量濃度的方法，尤其適用于基于6.557至6.645微米波段透過率的紅外光學(xué)監(jiān)測(cè)掘進(jìn)巷沿程方向上長(zhǎng)度大于100米的礦山掘進(jìn)巷浮塵最高質(zhì)量濃度。

背景技術(shù)

礦山掘進(jìn)巷掘進(jìn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵粒子，嚴(yán)重威脅著現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的生命安全和職業(yè)健康。加強(qiáng)對(duì)礦山巖巷中粉塵粒子污染水平的監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)粉塵粒子濃度水平進(jìn)行評(píng)估和預(yù)警，對(duì)于礦山開采過程中職業(yè)病的控制具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。但是目前還沒有一種能夠?qū)ΦV山掘進(jìn)巷粉塵粒子平均濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)的方法。

目前針對(duì)礦山巖巷中粉塵粒子的測(cè)量監(jiān)測(cè)問題，主要有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法(濾膜測(cè)塵法、便攜式光學(xué)檢測(cè)設(shè)備)和數(shù)值模擬法。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法中的濾膜測(cè)量法獲得的粉塵濃度測(cè)量數(shù)據(jù)最為準(zhǔn)確，但是此方法需要定期去收集粉塵樣本并進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分析，從而導(dǎo)致粉塵濃度測(cè)量數(shù)據(jù)具有一定的滯后性，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)粉塵濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。便攜式光學(xué)檢測(cè)設(shè)備在一定程度上實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的問題，但是在便攜式光學(xué)檢測(cè)設(shè)備的測(cè)量原理中認(rèn)為在檢測(cè)局部空間內(nèi)粉塵粒子分布是均勻的，同時(shí)也沒有考慮粉塵粒徑分布對(duì)光學(xué)信號(hào)的影響，從而導(dǎo)致獲得粉塵濃度數(shù)據(jù)具有較大的誤差。隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的不斷發(fā)展和計(jì)算算法的不斷優(yōu)化，數(shù)值模擬法被廣泛應(yīng)用到礦山巖巷粉塵粒子運(yùn)移規(guī)律的研究當(dāng)中，數(shù)值模擬的研究方法簡(jiǎn)單易行，成本較低，為粉塵粒子在受限空間內(nèi)的運(yùn)移規(guī)律研究提供了一定參考。但是數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果只能為礦山巖巷內(nèi)粉塵粒子運(yùn)移規(guī)律研究提供一定的參考和指導(dǎo)，不能作為粉塵粒子污染水平的監(jiān)測(cè)評(píng)估手段。

上述兩種方法都無法實(shí)現(xiàn)礦山掘進(jìn)巷粉塵粒子平均質(zhì)量濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)評(píng)估。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的存在的問題，提供一種方法簡(jiǎn)單、可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、安全可靠的紅外光學(xué)監(jiān)測(cè)礦山掘進(jìn)巷粉塵粒子最高質(zhì)量濃度的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的紅外光學(xué)監(jiān)測(cè)礦山掘進(jìn)巷粉塵最高質(zhì)量濃度的方法，包括如下步驟：

(1)采用光學(xué)透射方法對(duì)懸浮在礦山掘進(jìn)巷大氣中的粉塵粒子進(jìn)行測(cè)量，獲取掘進(jìn)工作面至沿程方向距掘進(jìn)工作面100m內(nèi)的粉塵粒子系在6.557至6.645微米波段的平均透過率τ；

(2)根據(jù)得到的掘進(jìn)工作面至沿程方向距掘進(jìn)工作面100m內(nèi)的粉塵粒子系在6.557至6.645微米波段的平均透過率τ，按經(jīng)驗(yàn)擬合公式：C＝-4.69τ³+5.47τ²-2.37τ+0.50，計(jì)算獲得掘進(jìn)巷沿程方向上的最高質(zhì)量濃度C，單位為g/m³；

(3)當(dāng)最高質(zhì)量濃度C值超過我國(guó)作業(yè)場(chǎng)所規(guī)定的空氣中粉塵濃度標(biāo)準(zhǔn)為0.01g/m³時(shí)，及時(shí)啟動(dòng)噴霧降塵措施。

當(dāng)巷道長(zhǎng)度超過100m以上，只需要測(cè)量掘進(jìn)工作面沿程方向向外100m這段距離的平均透過率即可。

有益效果：由于粉塵粒子在巷道風(fēng)流的作用下逐漸向外擴(kuò)散，粉塵粒子質(zhì)量濃度和分散度在沿程方向上的分布會(huì)有明顯變化，光學(xué)透過信號(hào)會(huì)同時(shí)受到粉塵粒子濃度和分散度分布的影響。但是，巖巷中的粉塵粒子是以二氧化硅為主要成分的巖塵粒子，通過紅外傅里葉測(cè)試和數(shù)值計(jì)算獲得一個(gè)紅外波段6.557至6.645微米，光學(xué)透過信號(hào)在6.557至6.645微米波段內(nèi)幾乎不受到粉塵分散度分布的影響同時(shí)和粉塵濃度存在著一個(gè)明顯的規(guī)律性的負(fù)相關(guān)關(guān)系。通過擬合光學(xué)透過率和粉塵濃度的關(guān)系獲得相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，在監(jiān)測(cè)過程中將實(shí)時(shí)獲得的在6.557至6.645微米波段內(nèi)的光學(xué)平均透過率加載到擬合函數(shù)中便可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到粉塵粒子最高質(zhì)量濃度的變化。根據(jù)礦山掘進(jìn)巷中粉塵粒子的特點(diǎn)，采用基于6.557至6.645微米紅外波段的監(jiān)測(cè)礦山掘進(jìn)巷粉塵最高質(zhì)量濃度的方法具有良好的效果。本發(fā)明的特點(diǎn)以及優(yōu)點(diǎn)是：

本發(fā)明能對(duì)礦山掘進(jìn)巷沿程方向上的長(zhǎng)度大于100米的掘進(jìn)巷粉塵粒子的最高質(zhì)量濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過選擇探測(cè)波段6.557至6.645微米規(guī)避了粉塵粒子分散度分布對(duì)光學(xué)透過信號(hào)的影響，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確，克服了以往現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法和數(shù)值模擬方法不能實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山掘進(jìn)巷粉塵質(zhì)量濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的局限性。對(duì)礦山掘進(jìn)巷中粉塵粒子污染水平的監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)粉塵粒子濃度水平進(jìn)行評(píng)估和預(yù)警、礦山開采過程中職業(yè)病的控制具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的種紅外光學(xué)監(jiān)測(cè)礦山掘進(jìn)巷粉塵最高質(zhì)量濃度的方法，具體步驟如下：