基于滤膜称重法的自动化粉尘质量浓度检测装置的研究

传统滤膜称重法操作过程繁琐、检测周期长,且自动化程度低,虽精度高但无法满足粉尘质量浓度实时检测需求。设计了粉尘质量浓度自动检测装置,通过建立温湿度补偿模型,替代手工称重法中采样后滤膜烘干的步骤,进一步缩减粉尘质量浓度检测时间以及粉尘质量浓度检测装置体积。搭建试验样机并调试实验,结果表明,煤矿井下常用的CCZ-20A型粉尘采样器与本装置检测得到的粉尘质量折算浓度经过计算其标准偏差在5%以内,一元线性回归拟合分析下的实验数据拟合相关性较好。为进一步提升装置的检测精度,研究基于傅里叶级数、线性拟合以及周期拟合相结合的误差补偿方法,设计出装置浓度计算流程并代入原始数据中,将该装置检测浓度误差由原始的(-7.20%,-1.26%)集中至(-3.64%,3.65%)。引入装置浓度计算流程后进行多次对比实验,实验结果显示装置浓度检测误差均在此区间内,验证了装置浓度计算流程的可靠性。该装置缩短了粉尘质量浓度检测所需时间,同时检测误差控制在合理的范围内,进而为滤膜称重法在粉尘质量浓度在线监测方面的研究提供一定的参考。

CCD散射图样法测量粉尘质量浓度影响因素研究

为减小连续在线式电荷耦合器件(charge-coupled device,CCD)传感器相机散射图样法测量粉尘质量浓度相对误差,提高该方法准确性。针对不同入射色光、颗粒粒径、相机传感器感光元件位置以及交互影响因素进行理论研究和实验验证;由于光子具有随机粒子统计特性,所以对测量数据进行独立样本T检验以及基于单因素验方分析的均值差异检验。研究结果表明:大粒径颗粒测量质量浓度偏低、曲线平滑,小粒径颗粒测量由于具有“双峰”现象,所以质量浓度曲线会有波动;为减小测量相对误差,应在不改变相机传感器位置前提下尽量选择红色线激光入射。研究结果可为粉尘质量浓度光学测量装置的改进和校准提供参考。

基于FLUENT的综掘工作面粉尘质量浓度变化规律模拟

我国煤矿粉尘危害严重,综掘工作面是重要产尘地点。通过应用fluent对辛安煤业有限公司1402综掘工作面粉尘进行数值模拟,得出了该工作面粉尘的运移规律。研究显示,综掘工作面的粉尘质量浓度最大,综掘机附近粉尘质量浓度不稳定,掘进机以后粉尘质量浓度随离工作面距离的增加而减小。提出了在掘进机附近设喷雾降尘的技术措施。

基于光散射法无动力粉尘质量浓度检测技术

针对目前煤矿光散射法粉尘质量浓度传感器的易堵塞、维护难问题,提出了一种具有无堵塞、易维护特征的光散射法无动力粉尘质量浓度检测技术并开发光散射法无动力粉尘质量浓度传感器。首先通过分析光散射法粉尘质量浓度检测基本原理与目前光散射法粉尘质量浓度传感器的结构特征,设计了一种由激光器、光电二极管、遮光罩等部分组成的光散射法无动力粉尘质量浓度检测单元,并附上超低信号处理电路,设计了一种光散射法无动力粉尘质量浓度传感器。通过分析外界自然光对光散射法无动力粉尘质量浓度传感器的影响规律,设计一种传感器零点值动态检测的数据处理算法,消除了外界自然的干扰。然后通过分析光散法无动力粉尘质量浓度传感器光散射信号的分布特征,并且确定了光散法无动力粉尘质量浓度传感器检测初始值与实际粉尘质量浓度的数学关系,以粉尘质量浓度低于120 mg/m^(3)采用二次多项式曲线拟合,高于120 mg/m^(3)采用线性拟合的方式,实现了无动力光散射法粉尘质量浓度传感器的精准标定。最后通过试验证明了基于光散射法无动力的粉尘质量浓度传感器低浓度误差低于15%,高浓度误差低于10%。无动力光散射法粉尘质量浓度检测技术检测精度满足标准要求,以无堵塞、易维护的优势增加了光散射法粉尘质量浓度传感器对恶劣环境的适应性,对煤矿粉尘质量浓度的精准在线检测技术的发展提出新思路。

煤矿粉尘质量浓度的可拓智能评价方法与系统研究

煤矿粉尘质量浓度的评价涉及到的因素较多,将单一种类的粉尘质量浓度作为评价标准,输出的评价结果缺乏全面性。本文利用可拓创新方法中的优度评价方法,建立了一种煤矿粉尘质量浓度的综合评价方法,并在C++平台上开发了相应的可拓智能评价软件。首先对环境中诸多粉尘种类进行分析,查询资料确定衡量指标和各类粉尘危害性并设定权系数,之后选择合适的关联函数计算该环境下粉尘质量浓度符合要求的程度。最终通过综合关联函数计算分析得出具有较强综合性的结论,借此对某一环境中煤矿粉尘质量浓度的危害性进行较全面的评价,计算和分析过程均采用自主设计的煤矿粉尘质量浓度可拓智能评价软件,软件可根据计算结果智能输出应对策略。

基于环境因素的露天煤矿粉尘质量浓度预测

为实现PM_(2.5)、PM_(10)和TSP粉尘质量浓度预测,利用哈尔乌素露天煤矿环境监测数据,以随机森林算法为基础,建立环境因素影响下的粉尘质量浓度预测模型,采用网络搜索的方法对随机森林模型进行参数调整.研究结果表明:采用加权算术平均值法对粉尘质量浓度数据进行降噪处理,能有效提高预测模型的准确性.特征重要性分析表明,环境影响因素中相对湿度对预测效果影响最大,其次是温度、噪声,风速、风力、风向影响较小.

破碎硐室粉尘质量浓度分布的数值模拟及实验

为了改善破碎硐室粉尘质量浓度超标的现状,获取合理的通风除尘参数,根据相似原理,结合气固两相流的运动方程,导出了模拟破碎硐室粉尘运动的相似准则数,建立了破碎硐室相似模型,运用Fluent软件对破碎硐室相似模型粉尘质量浓度分布进行数值模拟,并与相似实验数据对比分析,模拟结果与实验数据基本吻合.研究结果表明：捕捉壁面条件下粉尘质量浓度较之反弹壁面要低;入口风速为0.2~0.5 m/s时,粉尘质量浓度随风速的增大逐步降低.安装抽风除尘系统后,粉尘质量浓度基本保持在2 mg/m3以内,平均除尘率高达90%以上.

石棉破碎车间粉尘质量浓度分布的数值模拟及实测

为改善破碎车间内部粉尘浓度超标的现状,掌握石棉选矿厂破碎车间内粉尘浓度的分布规律,依据气固两相流、气溶胶力学等相关理论,建立粉尘在空气内运动、扩散及沉降方程。以西南某石棉选矿厂破碎车间为研究背景,采用计算机流体力学的离散相模型,运用Fluent软件对石棉破碎车间粉尘质量浓度分布进行数值模拟,并与现场粉尘浓度实测数据比较分析。研究表明:模拟结果和实测数据相吻合;粉尘集中在胶带输送室和破碎机给料口附近,全尘浓度最大为86.24 mg/m^3,纤维浓度最高为12.46 f/m L;粉尘浓度随着距破碎机入口的距离增加而逐渐变小;地面呼吸带高度粉尘浓度相对处于较低水平,维持在9~16 mg/m^3区间。

基于CCD的粉尘质量浓度光散射测量系统

针对散射积分法测量粉尘颗粒质量浓度时,测量系统并不能满足角度积分上限为π和角度下限为0的固有缺陷,基于Mie理论数值计算散射光强的角分布,进而对质量浓度测量误差进行分析。利用电荷耦合元件（charge-coupled device,CCD）的高灵敏度、低噪声、线性度好等优点,研究并搭建一种基于CCD的光散射颗粒质量浓度测量系统,并通过已知孔径的小孔对CCD测量系统的角度分辨率和放大率进行校正,测试CCD的灵敏度及线性度。最后,利用已知粒径和质量浓度的样品对测量系统的准确性进行试验研究。研究结果表明：当散射角积分为0.03°-5°时,可满足质量浓度测量需要,测量相对误差小于15%。

基于静电感应法的粉尘质量浓度检测装置优化

为了解决目前基于环状电极静电感应法粉尘质量浓度传感器对低质量浓度粉尘的测试误差大、抗干扰能力差的问题,改进静电法粉尘质量浓度传感器的探测电极,将环状探测电极改为由环状电极与板状电极组合的板-环探测电极。通过分别建立环状探测电极、板环状探测电极的三维有限元模型,采用COMSOL仿真软件计算与对比2种探测电极的空间灵敏度,仿真结果表明:相对环状探测电极,板-环探测电极中心处多出一个驼峰,证明了板-环探测电极的空间灵敏度数值较高,有利于低质量浓度粉尘的检测;然后分析了板-环探测电极结构尺寸对其空间灵敏度的影响规律,确定了板-环探测电极的尺寸参数,板-环探测电极的直径设置为30 mm,长度设置为40 mm。并设计了板-环探测电极感应信号处理电路,结合板-环探测电极、绝缘体、屏蔽层、数值信号处理电路,研制出新型静电感应法粉尘质量浓度传感器。最后通过试验表明,相对环状电极的静电感应法粉尘质量浓度传感器,板-环探测电极静电法粉尘质量浓度传感器信噪比提高了约3倍,分辨率提高了约2倍,测量误差由目前的15%减少到10%,提高了静电感应法粉尘质量浓度传感器的检测精度。促进了静电感应法粉尘质量浓度传感器在煤矿的应用,提升了煤矿粉尘质量浓度检测技术的发展。

粉尘质量浓度的光纤光栅传感测量技术

粉尘质量浓度是粉尘爆炸的关键因素,针对目前对本质安全、可实时监测预警的粉尘质量浓度测量技术的迫切需求,提出一种基于光纤光栅和光纤准直器的新型测量技术,在阐述其测量理论的基础上,搭建测量和实验装置实物。对200、300和400目这3种粒径规格的小麦粉尘分别开展实验测量,结果表明:所提出的测量技术的光功率输出和粉尘质量浓度呈线性关系;并与标准的称重法得到的粉尘质量浓度开展对比,验证了光纤光栅测量技术的有效性。

基于光纤传感技术的矿井粉尘质量浓度检测

矿井内粉尘不仅对工人的健康具有很大危害,而且较高的粉尘质量浓度会引起爆炸事故。为了测量矿井内的粉尘质量浓度,鉴于光纤传感器的独特优势,提出了基于光纤传感技术的矿井内粉尘质量浓度检测系统。该系统利用光透射法,由双通道检测光路系统组成,利用MATLAB对测量数据进行理论分析,得出拟合曲线及公式。结果表明,系统具有良好的测量准确性和一定的实用价值。

基于多传感融合的粉尘质量浓度检测技术

粉尘质量浓度在线检测技术是矿山通风安全和尘肺预警的重要基础,而技术的核心是检测误差。为了减小粉尘质量浓度在线检测的误差,提出一种基于多传感融合的粉尘质量浓度检测技术。调研发现目前应用最多的粉尘质量浓度在线检测方法是光散射法和电荷感应法;基于2种方法的基本原理,研制了光散射传感子单元和电荷感应传感子单元。为了解决光散射传感子单元的污染问题,借助气幕控尘技术,设计了一种带气幕隔尘的光散射传感子单元;再将2种传感子单元进行结构融合,得到串联型的多传感融合单元。然后,基于实验准备与系统,对多传感融合单元进行系列实验,采用多传感数据融合方法,将光散射子单元和电荷感应子单元的AD值进行数据融合,提出一种粉尘质量浓度检测算法,形成了多传感融合的粉尘质量浓度检测技术。最后,实验发现:光散射传感子单元的气幕隔尘结构尽量避免了粉尘对光学器件的污染;多传感融合单元的检测误差≤8.5%,比光散射传感子单元小6.4%,比电荷感应传感子单元小6.2%;多传感融合单元的平均标定灵敏度是2911.4,与光散射传感子单元相比提高了32.3倍,与电荷感应传感子单元比较提高了124.4倍。证明:多传感融合技术克服了光散射法和电荷感应法对粉尘质量浓度检测的局限性,集中了2者的优点,进一步减小了检测误差和提高了标定灵敏度。

含水率对铣削木粉尘质量浓度和粒径分布的影响

木材加工产生的木粉尘严重影响从业人员的健康与环境。为有效解决这一问题,以辐射松和红橡为研究对象,对5%、10%、35%三种含水率木材铣削过程中产生的细小粉尘质量浓度与沉降性粉尘进行监测,研究含水率对粉尘质量浓度分布、粒形粒径的影响。研究表明:两种木材在铣削过程中产生的粉尘粒径大多小于100μm;含水率对两种木材粉尘颗粒形态均无明显影响;纤维饱和点范围内,两种木材的粉尘质量浓度与含水率呈负相关,粉尘中值粒径与含水率呈正相关。在工艺条件允许的情况下,适当提高含水率,可以降低粉尘质量浓度、减小粉尘粒径,从而实现降尘的目的。研究结论可为后续除尘设备的设计与安装提供一定的理论依据。

基于β射线法的粉尘质量浓度检测算法研究

为了提高作业场所粉尘质量浓度检测结果的准确率,需进一步提高β射线检测粉尘质量浓度的精度。实验分析发现β射线强度存在波动性,其是影响粉尘质量浓度测试精度的因素之一;目前β射线法的基本算法没有考虑β射线强度波动性对粉尘质量浓度测试精度的影响。采用提取β射线强度波动数据信号特征值的研究方法,利用β射线强度峰峰值、标准偏差和包络均值分别标定粉尘质量浓度并进行对比分析,表明利用单一特征值标定粉尘质量浓度时分辨率较低。通过对β射线强度波动性特征值的融合实验研究,提出一种标定粉尘质量浓度的改进算法。实验结果表明:在粉尘质量浓度为0.0~920.3 mg/m 3内,采用基本算法检测粉尘质量浓度的误差为8.7%~14.3%,而改进算法的检测误差为5.3%~10.0%,基于改进算法的粉尘质量浓度检测直读仪比基本算法直读仪的精度提高了4.4%。

多中段高溜井卸矿口粉尘质量浓度影响因素的相似实验

为了治理由冲击气流造成溜井卸矿口粉尘污染问题,利用能量交换分析了高溜井卸矿过程中粉尘产生机理,并通过高速摄像仪捕捉了粉尘的动态产生过程,理论分析了不同因素对高溜井卸矿口粉尘质量浓度的影响机理。在几何相似的基础上,通过量纲分析导出了相似实验所需满足的准则数,利用亚克力材料建立了可视化多中段高溜井卸矿相似实验平台,对不同影响因素下卸矿口粉尘质量浓度分布规律进行了研究。研究表明,与现场数据对比后,验证了相似实验的可行性;多中段高溜井卸矿后,与三、四中段卸矿口粉尘污染相比,一、二中段卸矿口粉尘污染较小,三、四中段粉尘质量浓度峰值分别可达295,345 mg/m^3,而且粉尘质量浓度随着时间增加呈先增加到峰值后稳定一段时间再下降的趋势;不同影响因素对三、四中段卸矿口密度峰值持续时间影响较大,除卸矿流量1.2 kg/s外,随着卸矿流量、卸矿高度增加,粉尘质量浓度峰值持续时间增大,而随着矿石粒径、含水率的增加,粉尘质量浓度峰值持续时间降低;卸矿口全尘、呼尘质量浓度整体上与卸矿流量、卸矿高度呈正相关,但流量过大也会出现粉尘质量浓度突然降低的现象。卸矿口全尘、呼尘质量浓度与矿石粒径、含水率呈负相关,当含水率达到3.56%时,卸矿口全尘与呼尘的密度基本趋于稳定,不再降低;不同影响因素下,呼尘质量浓度约为全尘质量浓度的31.0%~37.5%。

考虑卡车尾气排放因素的露天矿粉尘质量浓度预测

露天矿粉尘污染会对矿区生态环境和员工身体健康造成严重危害,准确预测其质量浓度对大气污染防治具有重要的指导作用。研究提出一种基于灰狼算法优化随机森林(GWO-RF)的粉尘质量浓度预测模型,并在该模型的特征变量中加入矿区卡车尾气排放因素,考虑计算卡车尾气中的颗粒污染物的含量。研究结果表明,采用移动平均法对粉尘质量浓度进行降噪处理,有效改善了预测效果;与其他传统模型对比,GWO-RF模型的拟合能力和预测的准确率最高。

面向火电厂煤粉尘浓度的预测评估算法的研究

火力发电的主要能源来自煤炭,而由于燃煤发电过程中产生的煤尘扩散是引起火电厂粉尘爆炸风险和尘肺职业病的主要根源之一,因此必须进行实时有效的检测和控制。当前粉尘检测方法仅使用单一的粉尘质量浓度指标来评估粉尘污染整体状况,缺乏对多种复合因素影响的考量,依靠单一阈值设定进行报警,易出现误报、漏报等现象,以及忽略粉尘爆炸这一重要事故场景,不能建立粉尘污染全面客观的评价方法。研究建立了一种粉尘质量浓度预测模型,基于金豺优化算法对极限学习机的最优初始权重进行寻优,再使用极限学习机对样本数据进行训练学习,提高神经网络模型的精度,可较为准确地预测30 min以内任意时间间隔的粉尘质量浓度,并将现场数据及模拟仿真数据与建立的粉尘质量浓度预测模型进行对比分析。结果显示:建立的粉尘质量浓度预测模型准确度良好,与现场数据及模拟仿真数据对比误差分别为0.72%和2.1%,可加强对火电厂粉尘环境进行预测预警,从而及时采取合理的粉尘控制策略,确保火电厂的生产安全并降低粉尘对作业人员的职业危害。

粉尘质量浓度测试方法的实验研究

为了使测试粉尘质量浓度的方法和仪器更加简单方便,提出了一种粉尘质量浓度测试方法,并研发了粉尘测试仪。通过实验的方法,对粉尘测试仪采用的涤纶覆膜、1 000目金属滤膜、1 400目金属滤膜3种采样滤膜的过滤特性进行了研究,得出了3种采样滤膜的粉尘质量浓度与滤膜阻力增量之间存在的函数关系,并确定选择1 400目金属滤膜作为粉尘测试仪的采样滤膜。经测试,该粉尘测试仪与称重法测试的粉尘质量浓度误差在10%以内。采用新的测试原理研发的粉尘测试仪可以应用于实际粉尘质量浓度的测试。

耐火陶瓷纤维粉尘质量浓度与纤维计数浓度的关系

目的 探讨耐火陶瓷纤维粉尘质量浓度与纤维计数浓度之间的定量换算关系.方法 选择耐火陶瓷纤维典型企业作为研究现场,采用定点长时间方式平行采集总粉尘质量浓度和纤维计数浓度样品53对.总粉尘质量浓度按GBZ/T 192.1-2007《工作场所空气中粉尘测定第1部分：总粉尘浓度》进行测定,纤维计数浓度采用滤膜/相差显微镜法进行测定.对两种浓度及其比值分别进行单变量分析,两种浓度相关分析采用Spearman等级相关,并拟合线性回归、对数曲线、多项式、幂函数、指数曲线模型.结果 总粉尘质量浓度（x）范围0.45～13.82 mg/m3,纤维计数浓度（y）范围0.01～ 1.04 f/ml,两者比值（x/y）范围4～158,三者均不服从正态分布（均P＜0.01）.两种浓度呈正相关关系（rs=0.705 22,P＜0.0001）,所拟合线性回归、对数曲线、多项式、幂函数和指数曲线模型的决定系数（R2）均较低,决定系数最高的是三项式曲线模型y=-0.001 1x3＋0.0104χ2＋0.1014x-0.055 1（R2=0.684 8）.结论 耐火陶瓷纤维的纤维计数浓度虽与总粉尘质量浓度呈正相关,但两种浓度之间无固定的回归关系,两者之间难以获得较稳定的转换系数,两种浓度相互不能替代.