[发明专利]一种红外光学监测矿山掘进巷粉尘最高质量浓度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外光学监测矿山掘进巷粉尘最高质量浓度的方法，尤其适用于基于6.557至6.645微米波段透过率的红外光学监测掘进巷沿程方向上长度大于100米的矿山掘进巷浮尘最高质量浓度。

背景技术

矿山掘进巷掘进过程中会产生大量的粉尘粒子，严重威胁着现场作业人员的生命安全和职业健康。加强对矿山岩巷中粉尘粒子污染水平的监测，实时粉尘粒子浓度水平进行评估和预警，对于矿山开采过程中职业病的控制具有重要的现实意义。但是目前还没有一种能够对矿山掘进巷粉尘粒子平均浓度进行实时准确监测的方法。

目前针对矿山岩巷中粉尘粒子的测量监测问题，主要有现场实测法(滤膜测尘法、便携式光学检测设备)和数值模拟法。现场实测法中的滤膜测量法获得的粉尘浓度测量数据最为准确，但是此方法需要定期去收集粉尘样本并进行进一步的数据分析，从而导致粉尘浓度测量数据具有一定的滞后性，不能实现对粉尘浓度的实时监测。便携式光学检测设备在一定程度上实现了实时监测的问题，但是在便携式光学检测设备的测量原理中认为在检测局部空间内粉尘粒子分布是均匀的，同时也没有考虑粉尘粒径分布对光学信号的影响，从而导致获得粉尘浓度数据具有较大的误差。随着计算机计算能力的不断发展和计算算法的不断优化，数值模拟法被广泛应用到矿山岩巷粉尘粒子运移规律的研究当中，数值模拟的研究方法简单易行，成本较低，为粉尘粒子在受限空间内的运移规律研究提供了一定参考。但是数值模拟计算结果只能为矿山岩巷内粉尘粒子运移规律研究提供一定的参考和指导，不能作为粉尘粒子污染水平的监测评估手段。

上述两种方法都无法实现矿山掘进巷粉尘粒子平均质量浓度的实时监测评估。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术中的存在的问题，提供一种方法简单、可实时监测、安全可靠的红外光学监测矿山掘进巷粉尘粒子最高质量浓度的方法。

为实现上述目的，本发明的红外光学监测矿山掘进巷粉尘最高质量浓度的方法，包括如下步骤：

(1)采用光学透射方法对悬浮在矿山掘进巷大气中的粉尘粒子进行测量，获取掘进工作面至沿程方向距掘进工作面100m内的粉尘粒子系在6.557至6.645微米波段的平均透过率τ；

(2)根据得到的掘进工作面至沿程方向距掘进工作面100m内的粉尘粒子系在6.557至6.645微米波段的平均透过率τ，按经验拟合公式：C＝-4.69τ³+5.47τ²-2.37τ+0.50，计算获得掘进巷沿程方向上的最高质量浓度C，单位为g/m³；

(3)当最高质量浓度C值超过我国作业场所规定的空气中粉尘浓度标准为0.01g/m³时，及时启动喷雾降尘措施。

当巷道长度超过100m以上，只需要测量掘进工作面沿程方向向外100m这段距离的平均透过率即可。

有益效果：由于粉尘粒子在巷道风流的作用下逐渐向外扩散，粉尘粒子质量浓度和分散度在沿程方向上的分布会有明显变化，光学透过信号会同时受到粉尘粒子浓度和分散度分布的影响。但是，岩巷中的粉尘粒子是以二氧化硅为主要成分的岩尘粒子，通过红外傅里叶测试和数值计算获得一个红外波段6.557至6.645微米，光学透过信号在6.557至6.645微米波段内几乎不受到粉尘分散度分布的影响同时和粉尘浓度存在着一个明显的规律性的负相关关系。通过拟合光学透过率和粉尘浓度的关系获得相应的函数关系，在监测过程中将实时获得的在6.557至6.645微米波段内的光学平均透过率加载到拟合函数中便可实时监测到粉尘粒子最高质量浓度的变化。根据矿山掘进巷中粉尘粒子的特点，采用基于6.557至6.645微米红外波段的监测矿山掘进巷粉尘最高质量浓度的方法具有良好的效果。本发明的特点以及优点是：

本发明能对矿山掘进巷沿程方向上的长度大于100米的掘进巷粉尘粒子的最高质量浓度进行实时监测，通过选择探测波段6.557至6.645微米规避了粉尘粒子分散度分布对光学透过信号的影响，实时、准确，克服了以往现场实测法和数值模拟方法不能实现对矿山掘进巷粉尘质量浓度进行实时监测的局限性。对矿山掘进巷中粉尘粒子污染水平的监测、实时粉尘粒子浓度水平进行评估和预警、矿山开采过程中职业病的控制具有重要的现实意义。

具体实施方式

本发明的种红外光学监测矿山掘进巷粉尘最高质量浓度的方法，具体步骤如下：