[发明专利]煤矿井下PM2.5浓度模拟检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及煤炭安全生产检测领域，具体涉及一种煤矿井下PM2.5浓度模拟检测系统及PM2.5浓度模拟检测方法。

背景技术

煤矿企业在开采和掘进过程中会产生大量的粉尘。粉尘浓度有时较高，工人在此环境中作业必将吸入大量粉尘而影响身体健康，特别当吸入细粒子即PM2.5时会导致尘肺病；另外粉尘具有爆炸性，严重威胁矿井安全生产。因此必须采取有效措施，控制粉尘的扩散和飞扬，使工作面及巷道中的粉尘浓度降至安全值以下，以保证井下作业的环境和安全生产条件。在检尘方式方面，目前国内普遍采用人工、定时、定点检测浓度的方式，这种方式测得的数据仅反应了测尘时间段内的粉尘状况，并不能全面、准确地反映煤矿井下实时、多空间的总体粉尘情况。在降尘控尘方面，目前国内煤矿在采煤机等设备上均配有除尘设施，并有除尘风机、除尘器、除尘水幕等除尘设备，但是井下空间仍然存在着相当大浓度的矿尘悬浮。究其原因，到井下作业面做实验存在一定难度，在矿井地表环境难以模拟，限制了对矿井粉尘测量方法与防尘技术的深入研究。

因此，开发一种煤矿井下PM2.5浓度模拟检测系统，仿真矿井粉尘产生环境，对于获得井下PM2.5主要特征及利用新特征获得测量PM2.5的新方法、新技术具有重要意义。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种煤矿井下PM2.5浓度模拟检测系统，利用该系统可以克服现有粉尘检测及降尘技术存在的现场环境难以模拟、井下作业实验困难的问题，从而获得井下PM2.5主要特征。

本发明提供一种煤矿井下PM2.5浓度模拟检测系统，包括矿井环境风洞、气固稳定流通风系统、粉尘产生系统、温湿度调节系统、PM2.5传感系统、基于Labview的信号采集分析系统。

所述矿井环境风洞用于产生人造气流，给粉尘产生系统、PM2.5传感系统、信号采集分析系统提供稳定模拟煤矿井下环境。

所述粉尘产生系统用于制造粉尘颗粒并将制备的粉尘颗粒喷入矿井环境风洞。

所述PM2.5传感系统用于测量粉尘浓度并将所测浓度信号转化为电信号，传送给信号采集分析系统。

所述信号采集分析系统用于对粉尘浓度信号进行采集与分析，检测出PM2.5的主要特征。

所述气固稳定流通风系统用于给矿井环境风洞提供气流，使矿井环境风洞内的流动气体保持在层流状态。

所述温湿度调节系统用于监控矿井环境风洞内的温度和湿度，使矿井环境风洞中的环境符合煤矿井下环境要求。

所述矿井环境风洞分别与粉尘产生系统、信号采集分析系统、PM2.5传感系统、气固稳定流通风系统以及温湿度调节系统相连接；所述PM2.5传感系统与信号采集分析系统相连接。

所述气固稳定流通风系统包括轴流风机和变频器；所述变频器为变频三相异步电机。

所述温湿度调节系统采用智能控制型调节器，具有直接显示湿度、温度的可视化界面。

所述矿井环境风洞外壳采用PMMA有机玻璃制作且加入了抗静电剂。

所述粉尘产生系统包括依次相连接的超声研磨分级系统、气溶胶粉尘发生器、空气压缩净化系统、粉尘产生器。

所述PM2.5传感系统输出的电信号为电流或频率信号。

本发明还提供一种煤矿井下PM2.5浓度模拟检测方法，应用于所述的煤矿井下PM2.5浓度模拟检测系统，包括如下步骤：

变频器带动轴流风机，通过调频方式改变风机速度使矿井环境风洞内的流体达到层流状态；

温湿度调节系统调节控制矿井环境风洞中的温度和湿度，使矿井环境风洞中的环境符合煤矿井下环境要求；

通过粉尘产生系统进行气溶胶粉尘制取，而后气溶胶粉尘喷入矿井环境风洞；

PM2.5传感系统接收到气溶胶粉尘的浓度信号后转化为电信号，传送给信号采集分析系统；

信号采集分析系统采集信号并传输到上位机，所述上位机进行数据交互，对检测到的数据进行分析，对系统的设备进行控制，得出PM2.5的主要特征。

所述通过粉尘产生系统进行气溶胶粉尘制取，而后气溶胶粉尘喷入矿井环境风洞，包括如下步骤：

把煤块放入超声研磨分级系统中，磨制出PM2.5粉尘；

将PM2.5粉尘引入气溶胶粉尘发生器；

将从气溶胶粉尘发生器出来的气体引入空气压缩净化系统；

将经过压缩净化的空气接入粉尘产生器，调整好粉尘进给速度，靠空气压力把气溶胶粉尘喷入矿井环境风洞。