煤礦井下pm2.5濃度模擬檢測系統的製作方法
2023-09-11 11:28:35 1
煤礦井下pm2.5濃度模擬檢測系統的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種煤礦井下PM2.5濃度模擬檢測系統，包括礦井環境風洞、氣固穩定流通風系統、粉塵產生系統、溫溼度調節系統、PM2.5傳感系統以及基於Labview的信號採集分析系統。本發明還提供一種煤礦井下PM2.5濃度模擬檢測方法。本發明仿真礦井粉塵產生環境，能全面、準確地反映煤礦井下實時、多空間的總體粉塵情況，有效改善了在井下作業實驗困難、礦井地表環境難模擬所引起的對礦井粉塵測量方法與防塵技術難以深入研究的問題，對於獲得井下PM2.5主要特徵及利用新特徵獲得測量PM2.5的新方法、新技術具有重要意義。
【專利說明】煤礦井下PM2.5濃度模擬檢測系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及煤炭安全生產檢測領域，具體涉及一種煤礦井下PM2.5濃度模擬檢測系統及PM2.5濃度模擬檢測方法。
【背景技術】
[0002]煤礦企業在開採和掘進過程中會產生大量的粉塵。粉塵濃度有時較高，工人在此環境中作業必將吸入大量粉塵而影響身體健康，特別當吸入細粒子即PM2.5時會導致塵肺病；另外粉塵具有爆炸性，嚴重威脅礦井安全生產。因此必須採取有效措施，控制粉塵的擴散和飛揚，使工作面及巷道中的粉塵濃度降至安全值以下，以保證井下作業的環境和安全生產條件。在檢塵方式方面，目前國內普遍採用人工、定時、定點檢測濃度的方式，這種方式測得的數據僅反應了測塵時間段內的粉塵狀況，並不能全面、準確地反映煤礦井下實時、多空間的總體粉塵情況。在降塵控塵方面，目前國內煤礦在採煤機等設備上均配有除塵設施，並有除塵風機、除塵器、除塵水幕等除塵設備，但是井下空間仍然存在著相當大濃度的礦塵懸浮。究其原因，到井下作業面做實驗存在一定難度，在礦井地表環境難以模擬，限制了對礦井粉塵測量方法與防塵技術的深入研究。
[0003]因此，開發一種煤礦井下PM2.5濃度模擬檢測系統，仿真礦井粉塵產生環境，對於獲得井下PM2.5主要特徵及利用新特徵獲得測量PM2.5的新方法、新技術具有重要意義。
【發明內容】
[0004]本發明的主要目的在於提供一種煤礦井下PM2.5濃度模擬檢測系統，利用該系統可以克服現有粉塵檢測及降塵技術存在的現場環境難以模擬、井下作業實驗困難的問題，從而獲得井下PM2.5主要特徵。
[0005]本發明提供一種煤礦井下PM2.5濃度模擬檢測系統，包括礦井環境風洞、氣固穩定流通風系統、粉塵產生系統、溫溼度調節系統、PM2.5傳感系統、基於Labview的信號採集分析系統。
[0006]所述礦井環境風洞用於產生人造氣流，給粉塵產生系統、PM2.5傳感系統、信號採集分析系統提供穩定模擬煤礦井下環境。
[0007]所述粉塵產生系統用於製造粉塵顆粒並將製備的粉塵顆粒噴入礦井環境風洞。
[0008]所述PM2.5傳感系統用於測量粉塵濃度並將所測濃度信號轉化為電信號，傳送給信號採集分析系統。
[0009]所述信號採集分析系統用於對粉塵濃度信號進行採集與分析，檢測出PM2.5的主要特徵。
[0010]所述氣固穩定流通風系統用於給礦井環境風洞提供氣流，使礦井環境風洞內的流動氣體保持在層流狀態。
[0011]所述溫溼度調節系統用於監控礦井環境風洞內的溫度和溼度，使礦井環境風洞中的環境符合煤礦井下環境要求。
[0012]所述礦井環境風洞分別與粉塵產生系統、信號採集分析系統、PM2.5傳感系統、氣固穩定流通風系統以及溫溼度調節系統相連接；所述PM2.5傳感系統與信號採集分析系統相連接。
[0013]所述氣固穩定流通風系統包括軸流風機和變頻器；所述變頻器為變頻三相異步電機。
[0014]所述溫溼度調節系統採用智能控制型調節器，具有直接顯示溼度、溫度的可視化界面。
[0015]所述礦井環境風洞外殼採用PMMA有機玻璃製作且加入了抗靜電劑。
[0016]所述粉塵產生系統包括依次相連接的超聲研磨分級系統、氣溶膠粉塵發生器、空氣壓縮淨化系統、粉塵產生器。
[0017]所述PM2.5傳感系統輸出的電信號為電流或頻率信號。
[0018]本發明還提供一種煤礦井下PM2.5濃度模擬檢測方法，應用於所述的煤礦井下PM2.5濃度模擬檢測系統，包括如下步驟:
[0019]變頻器帶動軸流風機，通過調頻方式改變風機速度使礦井環境風洞內的流體達到層流狀態；
[0020]溫溼度調節系統調節控制礦井環境風洞中的溫度和溼度，使礦井環境風洞中的環境符合煤礦井下環境要求；
[0021]通過粉塵產生系統進行氣溶膠粉塵製取，而後氣溶膠粉塵噴入礦井環境風洞；
[0022]PM2.5傳感系統接收到氣溶膠粉塵的濃度信號後轉化為電信號，傳送給信號採集分析系統；
[0023]信號採集分析系統採集信號並傳輸到上位機，所述上位機進行數據交互，對檢測到的數據進行分析，對系統的設備進行控制，得出PM2.5的主要特徵。
[0024]所述通過粉塵產生系統進行氣溶膠粉塵製取，而後氣溶膠粉塵噴入礦井環境風洞，包括如下步驟:
[0025]把煤塊放入超聲研磨分級系統中，磨製出PM2.5粉塵；
[0026]將PM2.5粉塵引入氣溶膠粉塵發生器；
[0027]將從氣溶膠粉塵發生器出來的氣體引入空氣壓縮淨化系統；
[0028]將經過壓縮淨化的空氣接入粉塵產生器，調整好粉塵進給速度，靠空氣壓力把氣溶膠粉塵噴入礦井環境風洞。
[0029]本發明是一座循環氣流小型礦井環境風洞，在該風洞中形成一段氣流均勻流動的穩定流區，利用這一經過標定的流場，可以進行各種有關礦井PM2.5等粉塵檢測與防塵的科研活動。
[0030]本發明的有益效果在於，本發明仿真礦井粉塵產生環境，能全面、準確地反映煤礦井下實時、多空間的總體粉塵情況，有效改善了在井下作業實驗困難、礦井地表環境難模擬所引起的對礦井粉塵測量方法與防塵技術難以深入研究的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1所示為本發明的原理框圖
[0032]圖2所示為本發明的模型示意圖
【具體實施方式】
[0033]下文將結合附圖詳細描述本發明的實施例。應當注意的是，下述實施例中描述的技術特徵或者技術特徵的組合不應當被認為是孤立的，它們可以被相互組合從而達到更好的技術效果。在下述實施例的附圖中，各附圖所出現的相同標號代表相同的特徵或者部件，可應用於不同實施例中。
[0034]圖1所示為本發明的原理框圖
[0035]煤礦井下PM2.5濃度模擬檢測系統，包括礦井環境風洞、氣固穩定流通風系統、粉塵產生系統、溫溼度調節系統、PM2.5傳感系統、基於Labview的信號採集分析系統。
[0036]所述礦井環境風洞，用於產生人造氣流，給粉塵產生系統、PM2.5傳感系統、信號採集分析系統提供穩定模擬煤礦井下環境。外殼採用PMMA有機玻璃製作且加入了抗靜電劑，以達到降低實驗過程中管道壁的靜電感應量效果。採用有機玻璃作為材料的優點是:在進行風洞實驗過程中，可以形象地觀察到內部氣體的流動狀態，給實驗員最直觀的感受。為了方便實驗人員操作，將整個風洞固定在1.2m高的支架上。
[0037]所述粉塵產生系統包括依次相連接的超聲研磨分級系統、氣溶膠粉塵發生器、空氣壓縮淨化系統、粉塵產生器，用於製造粉塵顆粒並將製備的粉塵顆粒噴入礦井環境風洞。
[0038]所述PM2.5傳感系統採用實驗室研發的新型PM2.5傳感器，該傳感器輸出的電信號為電流或頻率信號，用於測量粉塵濃度並將所測濃度信號轉化為電信號，傳送給信號採集分析系統。
[0039]所述信號採集分析系統是基於Labview的信號採集分析系統，採用了 NI公司生產的DAQ信號採集模塊，用於對粉塵濃度信號進行採集與分析，檢測出PM2.5的主要特徵。功能包括風速風壓檢測、PM2.5濃度檢測、粒徑檢測。工作時，傳感器與NI公司生產的DAQ信號採集卡相連，採集卡採集的信號傳輸到上位機(圖中未示出)，所述上位機通過裝入的Labview組態軟體與DAQ進行數據交互，對信號檢測部分檢測到的數據進行分析，根據實驗要求對系統的設備進行控制，得出PM2.5的主要特徵。
[0040]所述氣固穩定流通風系統包括軸流風機和變頻器，用於給礦井環境風洞提供氣流，使礦井環境風洞內的流動氣體保持在層流狀態。所述變頻器為變頻三相異步電機。
[0041]所述溫溼度調節系統採用HB102智能控制型調節器，具有直接顯示溼度、溫度的可視化簡潔界面，用於監控礦井環境風洞內的溫度和溼度，使礦井環境風洞中的環境符合煤礦井下環境要求。
[0042]所述礦井環境風洞分別與粉塵產生系統、信號採集分析系統、PM2.5傳感系統、氣固穩定流通風系統以及溫溼度調節系統相連接；所述PM2.5傳感系統與信號採集分析系統相連接。
[0043]圖2所示為本發明的模型示意圖
[0044]整個系統模型呈環形封閉式也稱模擬巷道系統，為了方便模擬巷道系統內測試設備的安裝調試及後期維護，在模擬巷道系統一側開有一個方形窗口，並在窗口處加設封閉窗，以保證模擬巷道系統具有良好的封閉性。除了方形窗口外，為了便於模擬巷道系統內實驗設備電源線的引入和信號線的引出，在模擬巷道系統壁上還開有圓孔。
[0045]根據模型外形結構及功能的不同把模擬巷道系統分為:動力段、過渡段、穩定段、實驗段。
[0046]所述動力段功能是為礦井環境風洞提供氣源，氣固穩定流通風系統安裝在此。
[0047]所述過渡段是為了保證實驗段穩定的氣動性能及工作環境所設計的輔助結構，模擬環境中的溫溼度調節系統安裝在此段。
[0048]所述穩定段由鳥籠式進氣口、阻尼網等組成，通過穩定段，氣流被整理成理想的流場。為了得到均勻穩定的粉塵濃度，粉塵產生系統安裝在此段。
[0049]所述實驗段將各種傳感器和需校驗的工件放入其中心位置，根據需要設定不同的溫度、溼度、風量來研究不同環境下的粉塵發生規律與防治。PM2.5傳感系統和基於Labview的信號採集分析系統安裝在此。
[0050]以下將詳細說明應用於本發明煤礦井下PM2.5濃度模擬檢測系統的PM2.5濃度模擬檢測過程:
[0051]變頻器帶動軸流風機，通過調頻方式改變風機速度使粉塵發生系統產生的粉塵在風機的吹動下達到實驗所需要的速度，進而使礦井環境風洞內的流體達到層流狀態；
[0052]溫溼度調節系統調節控制礦井環境風洞中的溫度和溼度，使礦井環境風洞中的環境符合煤礦井下環境要求；
[0053]通過粉塵產生系統進行氣溶膠粉塵製取，而後氣溶膠粉塵噴入礦井環境風洞。
[0054]PM2.5傳感系統接收到氣溶膠粉塵的濃度信號後轉化為電信號，傳送給信號採集分析系統；
[0055]信號採集分析系統中NI公司生產的DAQ信號採集卡採集的信號傳輸到上位機(圖中未示出)，所述上位機通過裝入的Labview組態軟體與DAQ進行數據交互，對信號檢測部分檢測到的數據進行分析，根據實驗要求對系統的設備進行控制，得出PM2.5的主要特徵。
[0056]所述通過粉塵產生系統進行氣溶膠粉塵製取，而後氣溶膠粉塵噴入礦井環境風洞包括如下步驟:
[0057]把煤塊放入超聲研磨分級系統中，磨製出PM2.5粉塵；
[0058]將PM2.5粉塵引入氣溶膠粉塵發生器；
[0059]將從氣溶膠粉塵發生器出來的氣體引入空氣壓縮淨化系統；
[0060]將經過壓縮淨化的空氣接入粉塵產生器，調整好粉塵進給速度，靠空氣壓力把氣溶膠粉塵噴入礦井環境風洞。
[0061]本發明仿真礦井粉塵產生環境，能全面、準確地反映煤礦井下實時、多空間的總體粉塵情況，有效改善了在井下作業實驗困難、礦井地表環境難模擬所引起的對礦井粉塵測量方法與防塵技術難以深入研究的問題。
[0062]本文雖然已經給出了本發明的一些實施例，但是本領域的技術人員應當理解，在不脫離本發明精神的情況下，可以對本文的實施例進行改變。上述實施例只是示例性的，不應以本文的實施例作為本發明權利範圍的限定。
【權利要求】
1.一種煤礦井下PM2.5濃度模擬檢測系統，包括礦井環境風洞、粉塵產生系統、PM2.5傳感系統以及信號採集分析系統，其特徵在於: 礦井環境風洞用於產生人造氣流，給粉塵產生系統、PM2.5傳感系統、信號採集分析系統提供穩定模擬煤礦井下環境； 粉塵產生系統用於製造粉塵顆粒並將製備的粉塵顆粒噴入礦井環境風洞； PM2.5傳感系統用於測量粉塵濃度並將所測濃度信號轉化為電信號，傳送給信號採集分析系統； 信號採集分析系統用於對粉塵濃度信號進行採集與分析，檢測出PM2.5的主要特徵。
2.如權利要求1所述的煤礦井下PM2.5濃度模擬檢測系統還包括氣固穩定流通風系統和溫溼度調節系統，其特徵在於: 氣固穩定流通風系統用於給礦井環境風洞提供氣流，使礦井環境風洞內的流動氣體保持在層流狀態； 溫溼度調節系統用於監控礦井環境風洞內的溫度和溼度，使礦井環境風洞中的環境符合煤礦井下環境要求。
3.如權利要求2所述的煤礦井下PM2.5濃度模擬檢測系統，其特徵在於，所述礦井環境風洞分別與粉塵產生系統、信號採集分析系統、PM2.5傳感系統、氣固穩定流通風系統以及溫溼度調節系統相連接；所述PM2.5傳感系統與信號採集分析系統相連接。
4.如權利要求2所述的煤礦井下PM2.5濃度模擬檢測系統，其特徵在於，所述氣固穩定流通風系統包括軸流風機和變頻器；所述溫溼度調節系統採用智能控制型調節器，具有直接顯示溼度、溫度的可視化界面。
5.如權利要求4所述的煤礦井下PM2.5濃度模擬檢測系統，其特徵在於，所述變頻器為變頻三相異步電機。
6.如權利要求1所述的煤礦井下PM2.5濃度模擬檢測系統，其特徵在於，所述礦井環境風洞外殼採用PMMA有機玻璃製作且加入了抗靜電劑。
7.如權利要求1所述的煤礦井下PM2.5濃度模擬檢測系統，其特徵在於，所述粉塵產生系統包括依次相連接的超聲研磨分級系統、氣溶膠粉塵發生器、空氣壓縮淨化系統、粉塵產生器。
8.如權利要求1所述的煤礦井下PM2.5濃度模擬檢測系統，其特徵在於，所述PM2.5傳感系統輸出的電信號為電流或頻率信號。
9.一種煤礦井下PM2.5濃度模擬檢測方法,應用於如權利要求1-8任一項所述的煤礦井下PM2.5濃度模擬檢測系統，其特徵在於，包括如下步驟: 變頻器帶動軸流風機，通過調頻方式改變風機速度使礦井環境風洞內的流體達到層流狀態； 溫溼度調節系統調節控制礦井環境風洞中的溫度和溼度，使礦井環境風洞中的環境符合煤礦井下環境要求； 通過粉塵產生系統進行氣溶膠粉塵製取，而後氣溶膠粉塵噴入礦井環境風洞； PM2.5傳感系統接收到氣溶膠粉塵的濃度信號後轉化為電信號，傳送給信號採集分析系統； 信號採集分析系統採集信號並傳輸到上位機，所述上位機進行數據交互，對檢測到的數據進行分析，對系統的設備進行控制，得出PM2.5的主要特徵。
10.如權利要求9所述的煤礦井下PM2.5濃度模擬檢測方法，其特徵在於，所述通過粉塵產生系統進行氣溶膠粉塵製取，而後氣溶膠粉塵噴入礦井環境風洞，包括如下步驟:把煤塊放入超聲研磨分級系統中，磨製出PM2.5粉塵； 將PM2.5粉塵引入氣溶膠粉塵發生器； 將從氣溶膠粉塵發生器出來的氣體引入空氣壓縮淨化系統； 將經過壓縮淨化的空氣接入粉塵產生器，調整好粉塵進給速度，靠空氣壓力把氣溶膠粉塵噴入礦井環境風洞。
【文檔編號】G01N15/06GK104296958SQ201410465950
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月12日 優先權日:2014年9月12日
【發明者】程學珍, 逄明祥, 於永進, 衛阿盈, 尹唱唱, 張玉曼, 崔立文, 王琰, 劉建航, 王程, 陳強 申請人:山東科技大學