电荷感应法粉尘浓度检测技术

为了避免目前粉尘浓度传感器管路易堵塞、维护较频繁的问题,根据煤矿粉尘的电荷性提出电荷感应法粉尘浓度检测技术。建立了棒状电极与粉尘颗粒间的电荷感应数学模型,推导了棒状电极电荷感应空间灵敏度,并分析了其感应空间灵敏度的分布特性;通过对单一粉尘颗粒和粉尘云感应信号的研究,证明了动态的带电颗粒可感应出交变信号,带电颗粒距电极越近感应信号的波动性越大,且电极周围的粉尘浓度与感应所得信号的波动性呈正相关关系。通过实验分析波动信号各个特征值与粉尘浓度间的关系,确定了波动信号的标准偏差与粉尘浓度整体具有较好的线性度。最后通过实验证明电荷感应法粉尘浓度检测技术具有较好的重复性,且检测误差低于10%。     

基于多传感融合的粉尘质量浓度检测技术

粉尘质量浓度在线检测技术是矿山通风安全和尘肺预警的重要基础,而技术的核心是检测误差。为了减小粉尘质量浓度在线检测的误差,提出一种基于多传感融合的粉尘质量浓度检测技术。调研发现目前应用最多的粉尘质量浓度在线检测方法是光散射法和电荷感应法;基于2种方法的基本原理,研制了光散射传感子单元和电荷感应传感子单元。为了解决光散射传感子单元的污染问题,借助气幕控尘技术,设计了一种带气幕隔尘的光散射传感子单元;再将2种传感子单元进行结构融合,得到串联型的多传感融合单元。然后,基于实验准备与系统,对多传感融合单元进行系列实验,采用多传感数据融合方法,将光散射子单元和电荷感应子单元的AD值进行数据融合,提出一种粉尘质量浓度检测算法,形成了多传感融合的粉尘质量浓度检测技术。最后,实验发现:光散射传感子单元的气幕隔尘结构尽量避免了粉尘对光学器件的污染;多传感融合单元的检测误差≤8.5%,比光散射传感子单元小6.4%,比电荷感应传感子单元小6.2%;多传感融合单元的平均标定灵敏度是2 911.4,与光散射传感子单元相比提高了32.3倍,与电荷感应传感子单元比较提高了124.4倍。证明:多传感融合技术克服了光散射法和电荷感应法对粉尘质量浓度检测的局限性,集中了2者的优点,进一步减小了检测误差和提高了标定灵敏度。     

基于光散射法无动力粉尘质量浓度检测技术

针对目前煤矿光散射法粉尘质量浓度传感器的易堵塞、维护难问题，提出了一种具有无堵塞、易维护特征的光散射法无动力粉尘质量浓度检测技术并开发光散射法无动力粉尘质量浓度传感器。首先通过分析光散射法粉尘质量浓度检测基本原理与目前光散射法粉尘质量浓度传感器的结构特征，设计了一种由激光器、光电二极管、遮光罩等部分组成的光散射法无动力粉尘质量浓度检测单元，并附上超低信号处理电路，设计了一种光散射法无动力粉尘质量浓度传感器。通过分析外界自然光对光散射法无动力粉尘质量浓度传感器的影响规律，设计一种传感器零点值动态检测的数据处理算法，消除了外界自然的干扰。然后通过分析光散法无动力粉尘质量浓度传感器光散射信号的分布特征，并且确定了光散法无动力粉尘质量浓度传感器检测初始值与实际粉尘质量浓度的数学关系，以粉尘质量浓度低于120 mg/m³采用二次多项式曲线拟合，高于120 mg/m³采用线性拟合的方式，实现了无动力光散射法粉尘质量浓度传感器的精准标定。最后通过试验证明了基于光散射法无动力的粉尘质量浓度传感器低浓度误差低于15%,高浓度误差低于10%。无动力光散射法粉尘质...     

矿用静电感应式粉尘浓度传感器的优化研究

针对目前静电感应式粉尘浓度传感器在低浓度时测量不精确的问题,利用卡门涡街与文丘里效应相结合的方法改进传感器的测量管道,提出在文丘里管道的喉道段加入一个三角柱,在两种流体力学效应的相互作用下,增加粉尘颗粒运动速度和改变运动轨迹,进而提高感应电荷量。利用CFD软件,在Gambit 2.4中建立改进的试验模型,Fluent 6.3中设置气固两相流的试验参数进行仿真试验,得到粉尘颗粒的速度分布云图和运动轨迹图,利用环形静电传感器的感应电荷计算式,在MATLAB中计算不同粒径下的感应电荷量。结果表明:对比项目组研究的文丘里管道,改进的管道结构使感应电荷量整体提高约20%,粒径10μm以下提高约30%,从而提高了低浓度条件下粉尘浓度的测量精度。     

基于电荷感应原理的粉尘质量浓度测量装置优化

对于应用电荷感应法测量低浓度粉尘不够精确的问题,依据文丘里效应,提出减小现有测量管道的中间部分管径,使之依次形成收缩段、喉道段、扩散段3部分,来提高粉尘颗粒的运动速度,进而增大静电传感器的感应电荷量。利用Fluent软件对改进的测量管道进行气固两相流仿真,获得管道内粉尘颗粒速度分布云图及喉道段内速度值。对应环形静电传感器的数学模型,分别计算了不同管径比下的感应电荷量。结果表明:改进管道的管径比为0.69时,静电传感器上的感应电荷量最大。通过测量装置的优化,可将测量精度提高3%,有效提高了低浓度粉尘的测量精度。     

采煤机割煤时粉尘质量浓度检测技术研究

针对现有粉尘质量浓度检测技术在采煤机割煤时的局限性,提出了基于光吸收法的粉尘高质量浓度检测方法,通过阐述光吸收法的基本原理,根据光源和光电传感器的选择依据,设计了光学检测结构.通过Fluent软件对设计的暗室结构进行流场仿真,确定了激光管与光电倍增管布置位置.同时,设计了无线数据传输功能,将采集的粉尘质量浓度数据通过无线传输至采集主机.通过与粉尘采样器对比试验证明:在合理的标定系数下,传感器的检测误差均小于10％,测量精度较高,实现了煤矿井下采煤机割煤时粉尘质量浓度的精确测量.     

基于响应曲面法煤矿粉尘浓度测量装置优化研究

为提高基于静电感应原理测量粉尘浓度的感应电荷量,在入口直径一定的条件下,以收缩段长度、喉道段长度、喉道段直径和扩散段长度为设计变量,以感应电荷量为响应变量,研究使感应电荷量最大值时的测量装置结构,利用流体力学软件Fluent6.3对不同结构尺寸的测量装置内部流场进行数值模拟,并基于响应曲面法、利用统计软件Design-Expert,得到了测量装置的喉道段直径和喉道段长度对感应电荷量有显著影响,并得出使感应电荷量最大值的测量装置的结构尺寸;分析了不同粒径的粉尘对改进前测量装置感应电荷量的影响:粒径小时感应电荷量小;分析了不同粒径的粉尘对改进后测量装置的影响:粒径不同,得出的最优的测量装置结构尺寸也不同;通过对比分析,不同粒径的粉尘,改进后的测量装置感应电荷量均提高15%以上,并且在粒径小时改进效果更明显。     

基于光学的无动力粉尘浓度检测技术

现有粉尘浓度检测技术采用主动抽取的方式,功耗高、测量结果容易受环境因素影响。基于光学散射法的无动力粉尘浓度检测技术,设计了特有的光学检测机构,通过建立二维风速补偿算法模型,应用粉尘浓度PID自适应控制算法,实现了粉尘浓度传感器的低功耗、大量程、高精度、高可靠性。实验结果表明,无动力粉尘浓度检测技术有效克服了主动抽取式检测技术的缺点,提高了粉尘浓度检测精度。     

基于光散射多源耦合的粉尘浓度检测技术

光散射法在粉尘检测领域被广泛应用，而技术的核心是检测误差；为进一步减小粉尘浓度的检测误差，提出一种光散射多源耦合的粉尘浓度检测技术。分析了MIE光散射的基本原理，数学推演得到光散射多源耦合理论，确定了光散射的2个最佳角度，研制出光散射多源耦合粉尘浓度检测单元及样机；基于试验准备与系统，对样机的光电传感器1和传感器2进行试验，采用多源数据耦合方法，将光电传感器1和传感器2的AD值进行耦合，提出一种粉尘浓度检测算法，形成了光散射多源耦合粉尘浓度检测技术。试验发现：光散射多源耦合样机的检测相对误差≤9.5%，比光电传感器1小4.7%，比光电传感器2小4.9%，证明光散射多源耦合样机比单角度的检测相对误差减小4.7%。     

基于β射线吸收法的粉尘浓度测量技术北大核心

针对目前我国煤矿粉尘浓度检测设备测量精度低、稳定性差及后期维护频繁等问题,基于β射线吸收原理,通过建立C14原子核衰变β射线涨落模型,在设计气体预处理装置及PID恒流控制技术的基础上,最终完成了β射线吸收法粉尘浓度检测装置的整体设计。实验结果表明样机与手工采样称重法相对误差均低于±10%,可以满足煤矿井下粉尘浓度的检测需求。     

基于物联网技术的煤矿井下粉尘浓度监测方法

针对煤矿井下生产来说,粉尘浓度过高容易引发工作人员患肺部疾病,造成粉尘爆炸灾害,威胁工作人员的生命安全,造成巨大的经济损失,如何对粉尘浓度进行精准监测至关重要。提出了基于物联网技术的煤矿井下粉尘浓度监测方法。引入物联网技术,搭建煤矿井下物联网组织架构,选取适当的粉尘浓度传感器,以此为基础,获取粉尘浓度监测数据,通过粉尘浓度监测数据处理与融合,获得最终粉尘浓度数值。综合最终粉尘浓度与煤矿井下生产环境温度,判定粉尘浓度是否超限,若粉尘浓度超限,设备开启声光预警,防止粉尘爆炸灾害的发生,从而实现了煤矿井下粉尘浓度的监测。实验结果表明,与对比方法相比,应用所提方法获得的粉尘浓度监测数据处理时间更短,粉尘浓度监测相对误差更小,充分证实了所提方法的粉尘浓度监测效果更佳。     

基于红外遥感信息的煤矿车辆 异常行为检测研究

为了提升煤矿车辆异常行为检测水平,设计了基于红外遥感信息的煤矿车辆异常行为检测方法。该方法引入清晰度权重以及拉伸系数实现红外遥感图像中目标煤矿车辆部位的局部增强,利用均值漂移算法跟踪增强后的红外遥感图像中目标煤矿车辆,依据煤矿车辆跟踪结果提取煤矿车辆运动方向、运动速度以及运动方向3项异常行为检测参数,采用加权融合方法处理煤矿车辆异常行为检测参数的状态函数,融合结果高于所设定阈值时,煤矿车辆存在异常行为,否则煤矿车辆为正常行驶状态。实验结果表明,该方法可利用煤矿车辆位置、车辆行驶速度以及车辆方向变化检测煤矿车辆异常行为,具有较高的应用性。     

无线传感技术在煤矿火灾自动报警系统中的应用研究

煤矿火灾自动报警系统延时问题一直是一个难题,提出基于无线传感技术的煤矿火灾自动报警系统,系统由多个模块构成,其中数据采集模块能够准确、可靠地对传感器的状态信息数字信号采集。无线传感网络模块用于系统通信和环境因素、感知对象的采集与检测,利用无线传感技术传送信息。自动报警模块由联动控制单元和火灾监测模块构成。数据处理模块主要结合神经网络和模糊控制对火灾判断进行辅助,解决延迟问题。通过模块中的硬件和软件,实现了联动控制、火灾报警等功能。对系统进行布设与测试,发现系统在点火后烟雾浓度较高时,仅需0.77 s进行延时和平均处理;系统的通信延迟时间很短,最短只有1.32 s的延迟。说明系统实用性较高,继续提升后可能投入应用。     

煤尘和湿度对红外瓦斯传感器的影响研究

 为了建立矿井内煤尘和湿度对红外传感器影响的模型,采用嵌入式处理器LPC2129和红外传瓦斯感器MH-440V设计了瓦斯浓度实时测量系统,系统主要由上位机和瓦斯浓度检测终端组成,检测终端通过对模拟环境中的瓦斯浓度进行采集后实时发送到上位机,上位机对数据信息进行接收、处理、分析、显示和存储。根据煤尘和湿度的特性,自建了模拟的煤尘和湿度实验系统,经过对红外瓦斯传感器进行了煤尘和湿度的影响实验,得出了煤尘对红外瓦斯传感器的影响呈线性的规律和湿度在一定时间内对红外瓦斯传感器的影响也呈线性规律的重要结论,成功建立了煤尘和湿度对红外传感器的实验模型。     

综掘工作面粉尘防治理论与技术研究进展

近年来,井下煤矿开采更加趋向于智能化与自动化,但井下掘进工作面仍然存在严重的粉尘污染。通过分析煤矿掘进工作面的粉尘防治理论的研究现状,总结了近些年掘进工作面粉尘防治技术的进展成果,为加强煤矿安全、一线工人职业卫生健康、升级煤矿井下清洁化生产方式提供理论指导。掘进工作面粉尘防治理论包括粉尘的产生与粉尘特性、粉尘在掘进巷道风流中的扩散及分布规律、润湿性和爆炸性以及粉尘沉降规律。同时,针对通风排降尘、喷雾降尘、泡沫降尘等在掘进工作面应用的局限性,提出在综掘工作面常用长压短抽通风的基础上,研究一种可以实现抽风和风机自身降尘2个作用的除尘风机的可能性,减少采煤机司机处的呼吸性粉尘浓度,从而改善采煤作业环境。     

综采工作面活性磁化水防尘技术研究

煤矿生产是环境较为封闭的井下作业，具有一定的特殊性，作业空间湿度高、生产环境复杂，其中粉尘是危害最大的因素之一，会对机器和人体造成不同程度的损害。粉尘的危害主要由两方面决定:煤尘能够燃烧，在浓度较高时还会爆炸；粉尘会危害人的身体健康。以平煤股份十矿-320 m水平己四采区东翼下段的己_15-16-24130工作面为研究对象，研究磁化水除尘的方法及原理，通过对比分析优选出活性磁化水添加剂，在该工作面试验后具有良好的除尘效果，大大增加了可见度、降低了空气中悬浮的煤尘。研究对该矿井其他工作面除尘工作具有指导意义。     

基于神经网络的井下无线传感器网络节点定位技术研究

无线传感器网络在井下的应用提高了煤矿生产自动化和安全性。由于井下的空间、环境等条件的限制,为了能进一步提高对井下人员和设备的准确定位,即对无线传感器网络中节点的准确定位。现提出在CC2430上采用实现简单的RSSI定位方法,并结合神经网络优化的节点定位算法。通过MATLAB实验仿真结果表明,此方法提高了井下无线传感器网络节点定位的精度。     

矿井瞬变电磁法在预测煤矿井下断层走势的应用研究

多年的煤矿井下应用证明,瞬变电磁法能够在煤矿相关地质工作上发挥重要作用,其原理是通过接收探测方向上的煤岩层因一次场信号激发的二次场信号,从而得到相关的地质信息。大量数据表明,如果在探测范围内煤岩层连续稳定时,可接收到随探测深度均匀衰减的二次场信号;如果探测范围内煤岩层出现断层构造时,必然会打破煤岩层原有的连续性及稳定性,这种变化将会在其激发的二次场信号中表现出来。通过研究这种断层所引起的二次场信号的变化规律,能够给瞬变电磁法在断层构造的解释上提供帮助,进一步为煤矿相关地质工作提供可靠依据。     

基于主元分析的煤矿空压机故障诊断研究

针对目前煤矿空压机监测出现故障诊断复杂、人工成本高等问题,采用主元分析方法,对煤矿空压机故障诊断方法进行研究。研究了煤矿空压机主元故障预警方法以及煤矿空压化故障诊断检测方法,并以某煤矿为例,系统在正常运行的情况下,采集传感器的样本数据,建立预警模型,然后采取实验测试数据进行检验认证,验证结果显示主元分析方法,能够有效准确地把故障信息准确提取出来,确保煤矿空压机能够准确进行故障诊断,从而达到矿井安全生产的目的。