CN113720739A - 一种免分离装置的呼吸性粉尘浓度在线测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种免分离装置的呼吸性粉尘浓度在线测量方法，属于煤矿领域。该方法包括：S1.抽取体积为V的含尘气流；S2.测量含尘气流中的各粒径段煤尘的粒径分布；S3.测试含尘气流中煤尘的密度，记为ρ，计算各粒径段的煤尘空气动力学直径dd；S4.通过公式(1)计算空气动力学直径下煤尘对应的粒径分布；S5.根据呼吸性粉尘分离效能曲线拟合各空气动力学粒径段的粒子数Nd；S6.计算呼吸性粉尘浓度。该方法在线获取总粉尘特征信息，进而通过拟合、计算得到井下呼吸性粉尘的浓度信息，不需使用呼吸性粉尘分离装置，避免了分离装置因为过载、堵塞等原因造成的测量偏差过大甚至无法继续测量的弊端。
Description
技术领域
本发明属于煤矿领域，涉及一种免分离装置的呼吸性粉尘浓度在线测量方法。
背景技术
呼吸性粉尘是尘肺病的主要引发源，实现呼吸性粉尘浓度的在线准确测量是现阶段煤矿智能化发展的基本要求，对提高粉尘防治水平、减少尘肺病发病率具有重要作用。目前，煤矿井下的呼吸性粉尘浓度获取主要是依靠呼吸性粉尘浓度采样器、个体呼吸性粉尘检测仪及呼吸性粉尘浓度传感器。这几种方式获取粉尘浓度均使用呼吸性粉尘分离技术，即在测量呼吸性粉尘浓度前，需要使用呼吸性粉尘分离装置，将总粉尘中的呼吸性组分分离出来。而呼吸性粉尘分离装置的分离性能易受粉尘浓度、湿度、采样流量等因素的影响，尤其是井下高湿高尘环境容易导致呼吸性粉尘分离器过载、堵塞，难以实现呼吸性粉尘的连续分离，进而影响呼吸性粉尘浓度的在线测量。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种免分离装置的呼吸性粉尘浓度在线测量方法，解决传统配置有呼吸性粉尘分离装置的呼吸性粉尘浓度测量方式存在的问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种免分离装置的呼吸性粉尘浓度在线测量方法，包括以下步骤：
S1.抽取体积为V的含尘气流；
S2.测量含尘气流中的各粒径段煤尘的粒径分布；
S3.测试含尘气流中煤尘的密度，记为ρ，计算各粒径段的煤尘空气动力学直径dd；空气动力学直径dd计算公式为：
式中：dd为煤尘的空气动力学直径，μm；dg为煤尘颗粒的几何直径，μm；ρ为煤尘的密度，g/cm3；ρ0为1g/cm3的单位密度，g/cm3；ε为颗粒形状与球度的偏差因子；
S4.通过公式(1)计算空气动力学直径下煤尘对应的粒径分布；
S5.根据呼吸性粉尘分离效能曲线拟合各空气动力学粒径段的粒子数Nd；
S6.计算呼吸性粉尘浓度；计算公式为：
式中：c为待测样气中的呼吸性粉尘浓度，mg/m3；ρ为煤尘的密度，g/cm3；NBi为第i个空气动力学直径点的粒子数，个；ddi为第i个空气动力学直径，μm；V为采样体积，m3。
进一步，步骤S1中，在一定采样时间内，采样风机以某恒定转速，抽取体积为V的含尘气流。
进一步，步骤S2中，通过光散射方法测量含尘气流中的各粒径段煤尘的粒径分布。
进一步，步骤S5中，分离效能曲线包括ACGIH曲线、BMRC曲线及ACGIH-ISO-CEN曲线。
本发明的有益效果在于：
1.与传统煤矿井下呼吸性粉尘浓度测量方法相比，该方法无需使用呼吸性粉尘分离装置，避免了分离装置因为过载、堵塞等原因造成的测量偏差过大甚至无法继续测量的弊端。
2.该方法可根据煤尘颗粒、水汽的性质差异将煤尘颗粒和水汽区分开来，只需计算煤尘颗粒的粒子数，避免了水汽对测量带来的影响。
3.固定作业面的煤尘密度通常为定值，无需反复测量，提高了测试方法的测试效率。
4.对不同分离效能曲线准则的呼吸性粉尘分离方法，可替换分离效能曲线，通过数值计算快速得出呼吸性粉尘浓度，不必使用不同准则的分离装置，节省了成本。
5.该方法具有简便、快速、免维护、易集成的优势，容易实现呼吸性粉尘浓度的连续测量与在线分析。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为步骤S2测量的含尘气流中的各粒径段煤尘的粒径分布图；
图2为步骤S4通过公式(1)计算得出的空气动力学直径下煤尘对应的粒径分布图；
图3为步骤S5根据ACGIH曲线、BMRC曲线及ACGIH-ISO-CEN曲线三种呼吸性粉尘分离效能曲线，各空气动力学直径dd与切割效率η的关系图；
图4为BMRC曲线拟合下各空气动力学直径dd与粒子数Nd的关系图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本实施例提供一种免分离装置的呼吸性粉尘浓度在线测量方法，包括以下步骤：
S1.在一定采样时间内，采样风机以某恒定转速，抽取体积为V的含尘气流；
S2.通过光散射方法测量含尘气流中的各粒径段煤尘的粒径分布，参见图1；
S3.测试含尘气流中煤尘的密度，记为ρ，计算各粒径段的煤尘空气动力学直径dd；空气动力学直径dd计算公式为：
式中：dd为煤尘的空气动力学直径，μm；dg为煤尘颗粒的几何直径，μm；ρ为煤尘的密度，g/cm3；ρ0为1g/cm3的单位密度，g/cm3；ε为颗粒形状与球度的偏差因子；
S4.通过公式(1)计算空气动力学直径下煤尘对应的粒径分布，参见图2；
S5.根据呼吸性粉尘分离效能曲线拟合各空气动力学粒径段的粒子数Nd；分离效能曲线包括ACGIH曲线、BMRC曲线及ACGIH-ISO-CEN曲线，参见图3；
以BMRC曲线为例，各空气动力学直径dd对应的粒子数乘以该粒径处的切割效率η，得到含尘气流在BMRC曲线下的粒径分布，参见图4。
表1 BMRC曲线下不同空气动力学粒径的切割效率
S6.计算呼吸性粉尘浓度；计算公式为：
式中：c为待测样气中的呼吸性粉尘浓度，mg/m3；ρ为煤尘的密度，g/cm3；NBi为第i个空气动力学直径点的粒子数，个；ddi为第i个空气动力学直径，μm；V为采样体积，m3。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种免分离装置的呼吸性粉尘浓度在线测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.抽取体积为V的含尘气流；
S2.测量含尘气流中的各粒径段煤尘的粒径分布；
S3.测试含尘气流中煤尘的密度，记为ρ，计算各粒径段的煤尘空气动力学直径dd；空气动力学直径dd计算公式为：
式中：dd为煤尘的空气动力学直径，μm；dg为煤尘颗粒的几何直径，μm；ρ为煤尘的密度，g/cm3；ρ0为1g/cm3的单位密度，g/cm3；ε为颗粒形状与球度的偏差因子；
S4.通过公式(1)计算空气动力学直径下煤尘对应的粒径分布；
S5.根据呼吸性粉尘分离效能曲线拟合各空气动力学粒径段的粒子数Nd；
S6.计算呼吸性粉尘浓度；计算公式为：
式中：c为待测样气中的呼吸性粉尘浓度，mg/m3；ρ为煤尘的密度，g/cm3；NBi为第i个空气动力学直径点的粒子数，个；ddi为第i个空气动力学直径，μm；V为采样体积，m3。
2.根据权利要求1所述的免分离装置的呼吸性粉尘浓度在线测量方法，其特征在于：步骤S1中，在一定采样时间内，采样风机以某恒定转速，抽取体积为V的含尘气流。
3.根据权利要求1所述的免分离装置的呼吸性粉尘浓度在线测量方法，其特征在于：步骤S2中，通过光散射方法测量含尘气流中的各粒径段煤尘的粒径分布。
4.根据权利要求1所述的免分离装置的呼吸性粉尘浓度在线测量方法，其特征在于：步骤S5中，分离效能曲线包括ACGIH曲线、BMRC曲线及ACGIH-ISO-CEN曲线。
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