文摘

呼吸道煤粒子生成的在地下采矿gas-dust爆炸的主要原因和煤炭工人肺尘埃沉着病(CWP),需要准确监测尤其是其浓度。关注的综采工作面煤尘污染Huangbaici煤矿,煤炭颗粒取样进行进一步的工业分析和傅立叶变换红外光谱测试,获得其化学成分和光学常数。空气中浮尘,结合模拟空间分布的光谱透射特性煤尘在波长的2.5至25μ在不同的操作条件下获得。仿真结果表明,透射率和气溶胶光学深度(AOD)煤尘是密切联系的,显然受到灰尘的变化生成源(煤炭粉尘释放强度、位置切割、和煤层的润湿)和气流场(通风风速和方向)。此外,光学通道1260 - 1280厘米⁻¹(7.937 - -7.813μ米)几乎只对粉尘浓度的变化敏感但沉闷的煤尘的直径变化选择建立粉尘浓度和红外透射率的相关性。拟合曲线被应用于检索相当于粉尘浓度根据光学信息,估计和比较结果表明,污染程度与现场测量工程实践中的数据是一致的。

1。介绍

随着煤炭切削机制和通风技术的发展,越来越多的煤是提取地下矿山。生成大量煤尘,融进了矿井大气在煤炭破碎、提取、爆炸和输送矿矿井通风系统的流动(1- - - - - -3]。流行病学研究表明,接触煤尘的主要原因是煤炭工人肺尘埃沉着病(CWP) [4]。同时,煤尘的存在可能是一个严重威胁煤矿爆炸可能导致gas-dust爆炸或煤尘爆炸在特定条件下的温度、氧浓度、物理和化学性质有或没有甲烷(5]。煤尘密切相关的威胁整个工作面煤尘浓度,需要连续监测。成千上万的生命因为相关的煤尘事故,每年消失在地下矿山在中国6,7]。因此,它是至关重要的,加强理论和实验研究的粉尘浓度监测地下煤矿综采工作面煤尘污染评价的煤矿。

许多研究已经进行矿井大气中灰尘的行为;两种主要的方法通常是采用调查地下煤矿的粉尘分布,即现场测量和计算机数值模拟。现场测量的方法主要取决于采样和采样分析,广泛用于灰尘评估在一个地下煤矿(8,9]。然而,现场测量的方法不能实时监控尘埃颗粒在一个地下煤矿。与此同时,它是困难和昂贵的现场测量方法给不同工作条件下粉尘分布的变化和影响因素。随着计算机技术的发展,特别是计算机数值模拟,计算流体动力学(CFD)方法已被广泛用于研究粉尘粒子的分散和空间分布近年来(10]。广泛的CFD建模工作在地下矿山粉尘分散在各个工作场所进行了考虑不同的气流,粒子大小、粉尘的来源,和尘埃运输机制11- - - - - -13]。数值模拟结果与现场数据吻合较好,可以作为依据来评估和监测在地下煤矿粉尘污染。

近年来,开放大气中可吸入颗粒物(PM)的污染越来越严重(14]。进行了大量的研究来实现准确监测点,其中光学检测技术是最有效和广泛使用的方法15,16]。点的衰减和辐射传输特性,包括透光率或气溶胶光学深度可以通过卫星和地面光学遥感探测技术可以用作光信号来评估点污染(17]。的煤矿综采工作面是一个相对局限立方空间的长度范围从一百米到几千米;光学传感方法可以修改,然后采用监测综采工作面煤尘污染。

如今,一些便携式瞬时监测设备和方法被用来评估粉尘污染主要基于尘埃粒子系统的吸收和散射特性在地下矿山18]。这些类型的便携式监测设备和方法主要考虑均匀的尘埃粒子系统和统一的检测空间(19,20.];实际上,粉尘浓度和直径分布是不均匀的变化显然特别是在整个综采工作面。同时,尘埃颗粒通过便携式监测设备的监控是离散和不连续。有必要加强研究色散煤尘的辐射和转移特征实现准确、实时光学监控整个综采工作面。

在这项研究中,针对煤尘污染的Huangbaici煤矿综采工作面位于乌达煤田,中国西北,采用CFD方法模拟煤粉在不同尘源的空间分布和气流字段。结合米氏散射和热通量方法,煤尘的辐射特性和传输特性在煤矿综采工作面在不同影响因素下获得和分析。进一步进行了光谱分析为粉尘浓度评价,最后选择光学通道的评价方法的综采工作面粉尘浓度Huangbaici煤矿。

2。空间分布的煤粉尘危害

2.1。现场条件和模型配置

Huangbaici煤矿在我们的研究中位于内蒙古自治区的乌达煤田煤区,中国西北部[21]。乌达区拥有大量的煤炭储备由宾夕法尼亚州的含煤地层和二叠纪。在中国大约80%的煤炭开采来自宾夕法尼亚的煤层包括宾夕法尼亚的本溪形成,宾夕法尼亚的太原形成,山西二叠纪早期形成,综合形成和二叠纪末Shangshihezi形成(22,23]。Huangbaici在我们研究的综采工作面位于。15煤层的宾夕法尼亚的太原的形成。综采工作面的宽度和高度是4和3 m,分别,而长度变化动态与煤炭开采活动的推进。煤炭切割机和许多种类的支持设备和电缆槽操作在同一时间,以确保煤矿的安全活动。

根据现场条件的Huangbaici煤矿综采工作面,CFD模拟的几何模型成立。因为复杂的在综采工作面设备工作,是不可能建立一个精确的几何模型。因此,简化几何模型是一个长方体计算面积100 m4米采煤机3米,5米2米1.2,支持设备由四个气缸高度4米,直径0.15米。

air-dust耦合流动的数学描述研究成立的分散和分布在综采工作面煤尘颗粒。采用三维稳态不可压缩n - s方程来描述气流在矿井的气氛中。的雷诺兹应用模型来描述湍流效应,忽略传热。考虑到气流模型成立,采用离散相模型(DPM)考虑粉尘运动,跟踪粉尘运动通过求解微分方程在拉格朗日离散的第二阶段。第二个阶段是分散的球形颗粒在连续相。这个模型认为阶段之间的耦合效应及其对离散相轨迹和连续相流。这样的数学模型和方程建立了在我们之前的研究24]。

2.2。仿真性能和结果

为了确定仿真参数和验证我们的CFD模拟结果,煤尘的综采工作面分布Huangbaici煤矿测量和获得的现场测量方法。根据gb5748 - 85(测定方法工作场所空气中的尘埃)联合发布的卫生部和中国劳动力和人员(25),岩粉的浓度可以确定岩石粉尘采样时基于膜的体重增加和吸入风量进入过滤尘埃分析仪如下,在那里岩粉的浓度,和膜采样前后的重量,然后呢进入的空气卷成过滤尘埃分析仪。在综采工作面粉尘浓度分布在三个高度(0.5米、1.5米和2.5米)。同时,煤炭伐区的煤粉粒子生成采样获得其直径分布的进一步分析实验室。粉尘粒径分布测试是由分级筛子具有不同的网格。粉尘粒径分布的测试结果质量在综采工作面代来源如下:0 - 5μm (11.94%), 5 - 10μm (14.69%), 10 - 20μ20米(24.84%)和>μ米(48.53%)。

因此,一个典型的仿真基于正常状态在地下工作面进行的主要参数和边界条件确定如下。模拟烟煤的煤尘颗粒,直径分布的质量是0 - 5μm (10%), 5 - 10μm (15%), 10 - 20μ米(25%)、20 ~ 50岁不等μm (30%), > 50μ米(20%)作为我们的实验测试流量为0.01公斤/ s。进口边界条件类型设置为速度入口,震级为2.5 m / s。通风的方向是正的。煤炭切割机5米远离工作面的摄入量。出口边界类型将被流出。墙上的DPM条件和剪切条件将反弹恢复系数为0.25,没有滑动,分别。

进行了CFD模拟,煤尘浓度的分布和中心轴直径(1.5米高)在综采工作面。由于粉尘直径分布是一个重要的输入在米氏散射模型中,需要积分处理为非均匀粒子数密度函数所示(3)和(4),然后,Rosin-Rammler函数被广泛用于煤矿粉尘粒子的统计数据(26,27在我们的研究中采用。煤尘的直径分布是由Rosin-Rammler函数表示(28];的相关系数是Rosin-Rammler功能: 在哪里是Rosin-Rammler函数代表煤炭质量的粒子的累积分布大于一定的直径和和是系数与煤颗粒的直径分布有关。煤尘色散的计算结果见表1。

粉尘直径分布在每一个采样点安装Rosin-Rammler功能可以进一步用于米氏散射模型的处理(6)。同时,拟合的相关系数在每一个采样点。

然后,粉尘浓度分布的仿真结果验证了我们的野外测量结果如上所述。采用粉尘浓度沿工作面分布在1.5米高度分析差异,呈现在图1。

图1给出了仿真结果和现场测量结果首先急剧上升随着距离的增加,然后下降显著,直到25米;最终,粉尘浓度逐渐保持稳定。这说明CFD模拟结果和现场测量结果在一定程度上吻合较好。然而,模拟结果与现场测量结果的峰值点有点偏离,并可以观察到一个明显的区别在粉尘浓度,当粉尘浓度保持稳定,尤其是在距离25米。这主要是由于这一事实(a)在CFD模拟的参数可控和常数,同时,在现场测量,风速可能不同一点考虑风机的工作状况和粉尘释放强度可能会改变一点的推进煤炭切割。现场测量的不可控因素是这种差异的原因之一。(b) CFD方法仅仅考虑气流和颗粒之间的主要力量包括阻力、重力,萨夫曼升力,热泳力,和棕色的力量。但气流和颗粒之间的相互作用,尘埃粒子的反弹在地面和墙上,水的微尘粒子沉降的影响(在地下煤矿湿度相当高),和尘埃颗粒在气流的影响很难考虑但很重要。这些因素的共同作用导致粉尘浓度的差异,距离25米。作为一个整体,CFD仿真给出了可接受的结果特别是考虑到它是困难和昂贵的进行现场测量在不同工作条件下(不同的风速,粉尘释放强度,方向通风,等等)。

除了上面的计算中,煤颗粒的分布在不同强度的尘埃发布(0.002,0.005,和0.01公斤/ s),不同位置的煤炭切割(煤切割机5、30和60米从摄入),不同润湿的煤层(原始煤层,煤层注水),不同风速(1、2.5和4 m / s),和不同方向的通风(积极的和消极的通风)也模拟;粉尘分布的计算结果进一步用于传输特性在不同影响因素下的仿真部分4。

3所示。复杂的折射和煤尘的传输特性

3.1。煤粉粒子的散射和光学常数

煤粉粒子的分散和分布在一个煤矿综采工作面可获得根据air-dust耦合流的仿真数学模型。基于仿真结果煤尘的分布,采用米氏散射模型获得波长的光谱辐射特性煤粉颗粒的29日]: 在哪里是粒子的光学常数,和折射率(单折射率)和吸收指数,分别是尺寸参数,球形颗粒的几何投影区域吗(μ米²),是复数的实部,和米氏散射系数,是之前的振幅函数。

煤尘的散射计算需要的空间分布和煤颗粒的光学常数。因此,煤炭粉尘采样的综采工作面Huangbaici煤矿位于乌达煤田,中国西北。然后,工业和元素分析和红外光谱进行了实验在地下煤矿煤颗粒采样获得煤尘的化学成分和光谱透射率,如表所示2和图2。实验方法和设备的工业分析和傅立叶变换红外光谱测试岩石尘土被在我们之前的研究30.]。

因此,煤矿粉尘在综采工作面可以确定为根据煤的变质程度烟煤粒子基于煤炭工业和元素分析的样本。

为了进行红外光谱测试,取样煤炭粉尘首先粉少于200网(74μ在105°C m)和干4 h根据傅立叶变换红外光谱测试的要求。然后,煤尘颗粒被停职,并敦促在KBr矩阵的厚度1毫米和1的比例:100的压力下10 t /厘米²3分钟。准备好KBr矩阵随后测量的光谱透过率光谱范围内400 - 4000厘米⁻¹,如图2。这个测试中使用的傅立叶变换红外光谱设备是力量顶点80 v在德国生产的。力量顶点80 v的主要性能指标如下:光谱范围,8000 - 350厘米⁻¹;光谱分辨率,0.06厘米⁻¹;敏感性,全谱线性条件下的精度优于0.7%,最大峰值噪声值< 8.6×10⁻⁶Abs,信噪比比55000:1(峰间);线性,0.07%;干涉仪,高精度动态校准梅耶尔干涉仪。

煤粉粒子的光谱透射率的基础上,结合KBr矩阵的性质制备、Kramers-Kronig (k次方)关系采用检索的光学常数岩石指数(31日,32]。通过仿真,烟煤的光学常数灰尘得到如图3。

3.2。煤尘的传输行为

煤尘的粒子群在任何位置完全机械化工作面临着一系列不同尺度的粒子组成。光学辐射参数的非均匀粒子群可以由以下公式给出: 在哪里是粒子的直径,μm;和是一个粒子的衰减和散射截面的直径;粒子数密度分布,在吗;和是散射反照率: 在哪里和的数量浓度煤的总粉尘和实际密度,分别。由于煤尘的常见的工业分析,非均匀颗粒通常分为几个大小范围的统计数据。然后,离散集成来近似Rosin-Rammler函数摘要和中间直径每个粒子组被选为当量直径计算近似上述方程。

基于光散射和灭绝米氏散射计算得到煤尘的性质,旨在传播特点和气溶胶光学深度(AOD)的尘埃粒子,应用辐射传输的数值方法33- - - - - -38]。这里,考虑一个灰色介质条件下,一维辐射传递方程(RTE)波长方向上的可以写成: 在哪里是光谱光学厚度;辐射的强度,W / (m²·sr);和是黑体的辐射强度。考虑各向同性散射(),two-flux方法应用于计算和分析的光谱辐射强度和光谱传输特征尘埃粒子系统在一维方向(39]。假设正负方向的辐射强度是一个恒定值,假定它与角度无关。因此,

相应的边界条件为和为 和积极的和消极的方向的辐射强度,分别在W / (m²·sr)。然后,煤尘的平均透光率明显的波长可以给 在哪里是黑体的辐射。

4所示。灰尘光学特性在不同操作条件下的结果

煤颗粒的分布在综采工作面主要尘源和气流场的影响。针对不同影响因素的尘源(煤炭粉尘释放强度、位置切割、和煤层的润湿)和气流场(通风风速和风向),结合煤粉在图的光学常数2,煤的传输特性和大气气溶胶粒子模拟和分析通过求解米氏散射模型和热通量的方法。煤尘的光学常数和辐射传递方程获得解决的都是在环境温度(300 K)的地下煤矿。

4.1。粉尘释放的强度的影响

煤尘释放的强度密切相关的切削速度、切削深度、采煤机和铅的角度,进一步影响煤颗粒的分布在综采工作面。基于CFD仿真结果的尘埃分布在不同粉尘释放强度(0.002,0.005,和0.01公斤/ s)结合热通量法,煤颗粒的传输特性进行了计算和分析。

从图可以看出4(一)煤尘的透光率随着波长大幅增加,达到最大值8μ米,然后迅速降低,达到最低为9.5μ轻轻m。最终,透光率上升,波长是12时保持稳定μm。透光率的增加而明显降低粉尘释放强度;减少的程度相对较小的8μm。这是因为煤尘的浓度与增加粉尘释放强度大大增加,从图4 (b),导致削弱煤颗粒在图的传播特征4(一)。8的光谱透射率是最强的μ米,这会削弱粉尘浓度的影响,造成透光率降低的程度相对小得多的8μm。

4.2。煤炭切割的位置的影响

随着煤炭开采活动的进步在综采工作面煤切割机将从煤层的一边到另一边。煤颗粒生成过程中煤炭切割主要分散在采煤机的向下气流;大气中上升气流的煤炭切割机主要与一些污染物(新鲜空气粉尘浓度设定为1×10⁻⁵公斤/米³据小王和任1])。因此,三个煤炭切割的位置(煤切割机是5、30和60米的摄入量工作面)本节采用模拟煤颗粒的传输特性。煤尘的透光率下煤的位置切割30米的摄入量是除以5 m和60 m得到的无量纲比(和)进行进一步分析,如图5。

图5(一个)表明,无量纲比率小于1,而比吗大于1的波段下2.5至25μ米,这表明透射率特性与煤炭开采活动的进步提高。这是因为,与煤炭开采活动的推进,煤炭切割机逐渐从摄入的通风孔工作面;顺风地区由煤尘污染严重,逐渐减少,但逆风地区,这是相对新鲜的,放大,导致的减少煤尘污染作为一个整体在一个综采工作面。

一个明显的趋势,近似于一个常数1是观察到的价值从7到9波段μ米为从6到8μ米为,这表明透光率的变化与不同煤削减头寸被削弱。这是因为煤尘最强的光谱透射率的波长大约8μm;粉尘分布对传输特性的影响显然是8点降低μ相比于其他波段。

4.3。影响润湿的风速和气溶胶的煤层

煤矿通风系统的主要目标是提供新鲜空气的地下工作者携带污染物(如甲烷、一氧化碳、和尘埃)远离煤矿。在综采工作面煤颗粒向外扩散,主要依靠气流的影响。同时,润湿技术已广泛应用于大多数前注水开采煤矿的煤层。相关研究表明,煤的分布粒子的浓度和直径直接影响风速和注水技术的使用,进一步影响煤颗粒的传输特性。气流的速度在综采工作面是限制在0.25到4 m / s根据在中国煤矿安全法规。因此,与原来的不同风速下煤层(1、2.5和4 m / s)和湿润煤层下风速为2.5米/秒,煤的大气气溶胶粒子模拟和分析,如图6。

图6表明,煤尘的大气气溶胶是风速增加而明显降低综采工作面。这是因为气流煤颗粒的向外传播的主要原因;解决煤颗粒在不同风速变化很大时,最优速度灰尘沉降。前最优速度、煤颗粒更容易解决随着风速。所有的风速(1、2.5和4 m / s),设置在我们的研究中受到最优速度呈现在图7(一),导致减少煤尘的分布以及减少煤炭大气气溶胶粒子。

煤的大气气溶胶粒子明显减少采用煤层注水技术。煤层的水分可以增加注水技术的使用,这是对煤颗粒的生成过程中煤炭切割。小颗粒可以形成更大的颗粒增加水分的影响下导致更容易解决。因此,煤颗粒的浓度图7 (b)减少使用注水技术,导致煤的减少大气气溶胶粒子在综采工作面。

4.4。通风的方向对大气气溶胶的影响

在综采工作面通风可分为积极的通风和消极的通风考虑煤炭切割和气流的方向。煤炭切割和积极的通风气流方向相同和方向相反为负的通风。基于CFD模拟结果在积极和消极通风,煤的大气气溶胶粒子在综采工作面模拟和分析,如表所示3。

表3表明,煤的大气气溶胶粒子在积极和消极的方向也有类似的变化规律与波长。然而,大气气溶胶在积极通风下略弱于消极的通风。这是因为气流的湍流效应会稍微增强下负通风作为一个整体,这是对煤尘的结算;煤尘的平均浓度公斤/米³消极的通风和公斤/米³为积极的通风,看到从图8。

5。波段选择和现场应用

是可以从上面的模拟和分析,得出煤尘的传输特性在不同工作条件下综采工作面不同显然和影响因素,反映了粉尘浓度的变化和尘埃直径分布的本质。一个异常点的透光率8μ米被观察到的部分4不同影响因素下的变化最小。针对评估整个工作面粉尘浓度水平,粉尘直径对透光率的影响效果应该首先确定信号。

5.1。粉尘直径对透光率的影响

研究直径的影响,一个公式,,提出了代表了煤尘的透光率的影响统一直径()尘埃的混合物(),是混合粉尘的透光率,与统一的直径是煤尘的透光率(5μ米(代表小粒子)和50μm(代表大粒子))基于相同浓度的CFD模拟。粉尘直径对透光率的影响在不同的工作条件和影响因素进行了计算和总结,如图9。

图9表明的光谱变化不同强度下的尘埃释放和风速是相似的,除了具体的差异大小。不同强度下的尘埃释放和风速都是积极的,都是负的,这表明煤尘明显增强的透射率增加直径相同的粉尘浓度的分布。的减少粉尘释放强度和风速的增加,光谱的变化逐渐变得相对稳定。

的光谱变化波动大的波段下400 - 4000厘米⁻¹(25 - 2.5μ米)其中一个异常波段1270厘米左右⁻¹的绝对值达到零的最小点(0.05)内所有可以明显观察到。这些波段的透光率表明,煤尘粉尘直径的变化几乎是不敏感在1270厘米左右⁻¹;考虑透光率的变化在不同影响因素下节中列出4在大约1270厘米⁻¹,它可以推断,粉尘浓度的透光率是唯一功能在工程应用的允许误差。

5.2。粉尘浓度和红外透射率的相关性

根据上面的讨论,1260 - 1280厘米的光学通道⁻¹(7.937 - -7.813μ米)选择在这个案例研究中评估在综采工作面粉尘浓度水平;传输信号,几乎是只对粉尘浓度的变化敏感。采用等效光学通道内的透光率1260 - 1280厘米⁻¹(7.937 - -7.813μm)和粉尘浓度相当于整个工作面粉尘浓度的变化规律和光学透过率在整个工作面进一步计算和分析。在这里,考虑透光率在1260 - 1280厘米之间的不相关性⁻¹和粒径作为显示在图9,平均直径20μm代表的非均匀颗粒采用米氏计算根据分析部分2.2。相当于透光率在1260 - 1280厘米⁻¹(7.937 - -7.813μ米)可以被计算

可以获得的粉尘浓度粉尘浓度和光学透射率之间的一对一的关系呈现在图10 ()如果光学透过率是确定。与此同时,考虑到粉尘抑制方法和设备,最大限度的在工作面粉尘浓度。因此,只有一些点标记在图10 ()是有效的,可以用于评价地下工作面粉尘浓度。无效点超过工作面粉尘浓度水平是毫无用处的和毫无意义的研究。进一步分析有效数据是由拟合曲线得到相应的函数,如图10 (b)。

工程应用的功能和控制变量不应过于复杂;与此同时,函数必须同意与曲线和点。因此,一个多项式和两个多项式的订单被用来适应曲线和点在图10 (b)。拟合结果与原始分的相关系数达到0.99995,残差平方和。因此,提出了一种有效的拟合函数,如下:

5.3。在Huangbaici煤矿现场应用

模拟研究了粉尘浓度的函数和光学透过率的光学通道下1260 - 1280厘米⁻¹(7.937 - -7.813μ米)迟钝的粉尘直径变化。然后,获得的拟合函数是用于现场地下Huangbaici煤矿工作面粉尘浓度水平进行评估。

现场测量实验煤尘分布进行了部分中描述2.2。然后,煤尘分布测量样品在三个高度离地面(0.5米、1.5米和2.5米)见表4。

现场数据的基础上灰尘分布在三个采样线(0.5米、1.5米和2.5米高沿工作面),三行计算的光学透过率。光学通道内的透光率1260 - 1280厘米⁻¹(7.937 - -7.813μ米)是列在表中5。

然后,透光率相当于三行是加载到(11)来检索相当于在综采工作面粉尘浓度。与此同时,相当于粉尘浓度也从现场数据直接计算。检索到的直接计算粉尘浓度和粉尘浓度比较,相对误差,表中列出6。

检索到的数据有点大于字段数据但在相对误差为0.1。错误主要是由于光学通道内,透光率1260 - 1280厘米⁻¹(7.937 - -7.813μ米)仍略受直径分布不能完全删除。同时,小错误仍然存在难以消除的拟合函数特别是工程应用。然而,这样的结果的相对误差在0.1也可以接受工程应用中可用于粉尘浓度评价Huangbaici煤矿综采工作面。

5.4。限制检索粉尘浓度的方法

在地下工作面煤尘浓度可以检索的方法提出了。同时,明显的缺点和局限仍然存在关于该方法主要包括以下几点:(a)的光学通道1260 - 1280厘米⁻¹(7.937 - -7.813μ米)于本研究采用关联粉尘浓度和透光率,粉尘浓度高到一定程度时,可能会导致光信号无效。这样的场合是不存在的,因为有一个最大限度的粉尘浓度在正常开采条件不能导致光信号无效部分中讨论5.2。与此同时,当粉尘浓度很低在一定程度上导致相当高的透光率,在这种场合,透光率对粉尘浓度的变化不敏感。以透光率0.995为例;根据我们的相关性,相当于获得了粉尘浓度低至0.01735 g / m³(17.35毫克/米³)。当粉尘浓度低于0.01735 g / m³这可能是由于低粉尘释放强度,风速大,从摄入采煤或更远的距离,很难从透光率检测粉尘浓度的变化。(b)的透光率在1260 - 1280厘米⁻¹(7.937 - -7.813μ米)被认为是唯一的粉尘浓度的函数,几乎不受粉尘直径分布的影响。实际上,小尘埃直径变化对透光率的影响仍然存在的表,相对误差的主要原因6。因此,如果存在任何,更合适的光学检测通道应该搜索在其他乐队,如太赫兹波和毫米波。(c)非均匀颗粒的平均直径是20μ粉尘浓度的相关性和透光率。当所有粒子的直径大于平均直径(20μ米)到一个数量级或更多,透光率在1260 - 1280厘米⁻¹(7.937 - -7.813μ米)可能改变敏感粉尘直径的变化可能导致的失败(11)。这样的场合并不存在于地下煤矿粉尘直径范围有限。在极端的情况下应特别注意。

6。结论

针对可呼吸的煤尘污染Huangbaici煤矿综采工作面、煤颗粒取样进行工业分析和傅立叶变换红外光谱测试为了获得煤颗粒的化学成分和光学常数。在工作面煤尘的空间分布也以现场测量方法。尘埃的变化空间分布在不同影响因素下的尘埃来源(煤炭粉尘释放强度、位置切割、和煤层的润湿)和气流字段(通风风速和风向)是模拟。基于光学常数的煤尘从红外光谱实验中,获得与米氏散射和热通量方法相结合,煤尘的传输特性和大气气溶胶进行了分析和总结。仿真结果表明,(a)煤尘的传播特点与增加粉尘释放强度大大下降,但与之前稍有增强煤炭开采活动。煤尘的大气气溶胶是煤层的润湿而明显降低。(b)的光谱aod煤尘显然是随风速增加而降低最优阈值下的风速。下煤尘的大气气溶胶-通风下略大于积极的通风。

此外,光学通道1260 - 1280厘米⁻¹(7.937 - -7.813μ米)观察下的透光率不同的影响因素,并进一步分析了粉尘直径变化的敏感性。分析证明了煤尘的透光率的光学通道下1260 - 1280厘米⁻¹(7.937 - -7.813μ米)几乎不会受到粉尘直径的变化,可以视为唯一的粉尘浓度的函数。然后,拟合函数给出了基于粉尘浓度和光学透过率的相关性考虑地下工作面粉尘污染水平。根据现场测量数据在这个工作面粉尘污染,光学透过率计算,然后加载到相应的拟合函数检索在我们的研究中得到等价的粉尘浓度。检索到的现场粉尘浓度和粉尘浓度同意考虑到工程应用和所有的相对误差都在0.1。这些方法包括光学通道和拟合函数可用于监测等效的综采工作面粉尘浓度Huangbaici煤矿。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究是由国家自然科学基金委杰出青年科学基金(没有。51522601)和程序为新世纪优秀人才在大学(ncet - 13 - 0173)。