一种煤矿综采面粉尘时空分布探测方法及探测系统
技术领域
[0001] 本
发明涉及粉尘浓度探测技术领域，尤其涉及一种煤矿综采面粉尘时空分布探测方法及探测系统。
背景技术
[0002] 煤炭资源一直是各国重要的
能源，特别是中国目前唯一可以依赖和控制的战略能源，煤炭开采的机械化程度越来越高，产生的粉尘量也随之增大，尤其是综合机械化采煤面，简称综采面，是煤矿粉尘的主要来源之一。一方面，煤尘污染的作业环境严重危害工人的身体健康，长期吸入粉尘可引起
肺部病变，造成尘肺病；另一方面，粉尘浓度过高影响采煤机械工作的安全性能，大量悬浮的粉尘也是造成煤矿粉尘爆炸的主要原因之一。随着我国煤矿生产规模的继续扩大，粉尘安全隐患和职业健康问题将变得更为严重。矿井下的环境复杂，降尘工作的开展存在巨大的困难，通过对综采面粉尘浓度进行准确探测，有助于实现对综采面粉尘浓度分布进行全面的掌握。再通过分析综采面煤尘的产生及运移规律，确定降尘喷雾粒径和喷雾量的大小，找到最优的喷雾
位置，达到高效降尘的目的，确保从业人员的生命健康，
预防事故的发生。
[0003] 按照最新版国家煤矿安全规程要求，作业场所空气中粉尘测定：综采面煤尘浓度的探测是利用粉尘浓度
采样器对综采面采煤机回
风侧10m-15m处、司机工作地点、转载点回风巷5m-10m、工作面回风巷距工作面端头15m-20m处的粉尘浓度进行采样测量。这样的采样方法可以反映采样点的粉尘浓度情况，但是无法反映综采面上粉尘的运移演化规律，难以判断粉尘在综采面上的时空不均匀分布特点，存在相当的局限性，
发明人在实现本发明的过程中发现，上述问题所存在的原因主要是：
[0004] (1)现有采样是在随风流方向横截面上选取一个采样点的布置，难以反映横截面上粉尘在空间上不均匀的特点；
[0005] (2)在沿风流方向，不同距离采样点所获取的数据之间没有时空关联，所得采样数据只反映了测量位置处粉尘的平均浓度，无法体现粉尘在综采工作面内随风流的扩散演化情况。
[0006] 因此依据现有测量方法获得的综采工作面粉尘浓度数据具有相当的局限性，只能从一定程度上帮助工作人员了解综采工作面上特定时间特
定位置处的粉尘浓度，无法反映粉尘在综采面上的时空分布情况，也无法反演综采面上粉尘在重
力、风流等作用下的扩散、衍化、运移规律。基于此，亟需对
现有技术中的粉尘监测方法进行改进。
发明内容
[0007] 本发明旨在提供一种煤矿综采面粉尘时空分布探测方法及探测系统，解决现有技术中粉尘探测方法具有局限性的技术问题，采用本发明提供的方案能够实现全面掌握粉尘在综采面空间上时空分布以及运移规律，是对煤矿综采面粉尘进行科学、有效治理的重要
基础。
[0008] 为此，本发明提供一种煤矿综采面粉尘时空分布探测方法，包括如下步骤：
[0009] A：选取多张滤膜，得到每一滤膜的初始
质量，每一滤膜被配置一特定编号后分别设置于不同的粉尘采样器中得到多个矿用粉尘采样器；
[0010] B：沿综采面长度方向选取多个测点，每一测点设置一个矿用粉尘采样器，记录每一滤膜的特定编号与其所在测点的对应关系；
[0011] C：采样开始后，根据综采面内的风向，首先启动最上游测点的矿用粉尘采样器对测点粉尘进行采集，之后根据综采面风向依次启动后续测点处的矿用粉尘采样器对测点粉尘进行采集；
[0012] D：采样结束后，取出每一矿用粉尘采样装置中的滤膜并得到每一滤膜的当前质量，根据每一滤膜的当前质量和初始质量得到每一滤膜的质量变化值；
[0013] E：根据采样时长、每一滤膜的特定编号与其所在测点的对应关系以及每一滤膜的质量变化值，得到当前采样周期内每一测点的粉尘浓度与时间的对应关系；
[0014] F：重复上述步骤A-E，得到每一测点的粉尘浓度随时间变化的关系，进而得到综采面的粉尘时空分布结果。
[0015] 可选地，上述的煤矿综采面粉尘时空分布探测方法中：
[0016] 在步骤B中：其中至少一组矿用粉尘采样器设置于综采面
破碎机转载点处，至少一组矿用粉尘采样器设置于综采面采煤机的前方、至少一组矿用粉尘采样器设置于综采面采煤机的后方以及至少一组矿用粉尘采样器设置于综采面回风巷处；
[0017] 在步骤C中：首先启动位于所述综采面
破碎机转载点处的矿用粉尘采样器。
[0018] 可选地，上述的煤矿综采面粉尘时空分布探测方法中：
[0019] 在步骤B中：其中至少一组矿用粉尘采样器设置于综采面破碎机转载点回风侧5m-10m处，至少两组矿用粉尘采样器设置于综采面采煤机的前方、至少两组矿用粉尘采样器设置于综采面采煤机的后方，至少一组矿用粉尘采样器设置于综采面回风巷距工作面端头
15m-20m处；其中，位于综采面采煤机前方和后方的矿用粉尘采样器之间的间隔距离相等。
[0020] 可选地，上述的煤矿综采面粉尘时空分布探测方法中：
[0021] 在步骤C中：根据综采面风速以及不同测点之间的距离确定不同矿用粉尘采样器的开启时间间隔，根据开启时间间隔依次启动后续测点处的矿用粉尘采样器对测点粉尘进行采集。
[0022] 可选地，上述的煤矿综采面粉尘时空分布探测方法中：
[0023] 相邻矿用粉尘采样器之间的启动间隔tni＝lni/v，n＝1,2,3…；其中，其中tni为第n个矿用粉尘采样器开启时间与第i个矿用粉尘采样器开启时间之间的时间间隔；lni为第n个矿用粉尘采样器与第i个矿用粉尘采样器之间的间隔距离，v为综采面风速。
[0024] 可选地，上述的煤矿综采面粉尘时空分布探测方法中：
[0025] 在步骤A中：选取的滤膜为清洁状态下的空白滤膜。
[0026] 可选地，上述的煤矿综采面粉尘时空分布探测方法中：
[0027] 在步骤F中，根据每一测点的粉尘浓度随时间变化的关系，得到粉尘浓度与风速和距离之间的关系，进而得到综采面任意位置的粉尘浓度随时间变化的关系形成综采面粉尘时空分布结果。
[0028] 本发明还提供一种用于实现以上任一项所述煤矿综采面粉尘时空分布探测方法的探测系统，包括粉尘采样器、天平、滤膜、风速表和测距尺和
控制器；其中：
[0029] 所述滤膜设置于所述粉尘采样器内以得到矿用粉尘采样器；
[0030] 所述天平用于测量所述滤膜的初始质量和当前质量；
[0031] 所述风速表用于测量综采面风速；
[0032] 所述测距尺用于测量不同矿用粉尘采样器之间的距离；
[0033] 所述控制器用于接收综采面风速和不同矿用粉尘采样器之间的距离，根据预设采样周期依次启动不同测点上的矿用粉尘采样器；
[0034] 所述控制器还用于接收每一测点的粉尘浓度随时间变化的关系生成综采面粉尘浓度时空分布图形。
[0035] 可选地，上述的探测系统中，所述粉尘采样器包括伸缩杆和采样部，其中：
[0036] 所述伸缩杆包括多节嵌套连接的管体，且相邻两管体之间设置弹性卡接部；
[0037] 所述采样部设置于所述伸缩杆的顶端，所述采样部包括滤膜夹持件，所述滤膜夹持件包括相对设置的第一边框和第二边框，且第一边框和第二边框之间通过弹性件连接，所述滤膜设置于所述第一边框和所述第二边框之间得到所述矿用粉尘采样器。
[0038] 可选地，上述的探测系统中，所述采样部还包括：
[0039] 壳体，所述壳体用于将所述滤膜夹持部和所述滤膜封装于其内部；所述壳体配置有电控开合部，所述电控开合部的被控端与所述控制器的输出端连接，所述控制器控制所述电控开合部打开时所述滤膜被展露在外则所述矿用粉尘采样器开始采样。
[0040] 本发明提供的上述技术方案，与现有技术相比，至少具有如下有益效果：
[0041] 本发明提供的煤矿综采面粉尘时空分布探测方法及探测系统，能够测得综采面上垂直风流方向的截面上不同位置处以及随风流方向不同位置处时空关联的粉尘浓度，可以反映整个综采面上粉尘扩散的时空演化规律，结合三维数值仿真可以获得任意位置处粉尘浓度随时间演化的规律。这就为了解和掌握粉尘在综采工作面的产生规律、运移规律、沉降规律和分布规律，即粉尘在综采工作面的时空分布提供了科学可靠的数据
支撑。
附图说明
[0042] 图1为本发明一个
实施例所述煤矿综采面粉尘时空分布探测方法的
流程图；
[0043] 图2为本发明一个实施例所述矿用采样器的结构示意图。
[0044] 其中的附图标记所代表的含义为：
[0045] 1-堵头，2-防滑
手柄，3-伸缩杆，4-杆套，5-连接器，6-采样部。
具体实施方式
[0046] 下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“
水平”、“内”、“外”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的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
[0047] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0048] 实施例1
[0049] 本实施例提供一种煤矿综采面粉尘时空分布探测方法，如图1所示，包括如下步骤：
[0050] A：选取多张滤膜，得到每一滤膜的初始质量，每一滤膜被配置一特定编号后分别设置于不同的粉尘采样器中得到多个矿用粉尘采样器；优选所述滤膜可以选择为全新的空白滤膜，所述滤膜的数量可以选择6张或者更多。其中，特定编号不做特殊限定，可以选择数字、字母等，例如：a、b、c、d、e、f……。
[0051] B：沿综采面长度方向选取多个测点，每一测点设置一个矿用粉尘采样器，记录每一滤膜的特定编号与其所在测点的对应关系；其中测点的位置需要涵盖与风流方向垂直的平面上的多个点。例如，可以沿着风流方向选择多个测点区域，每一测点区域均是与风流方向垂直的平面，在每一测点区域内选择多个测点即可。
[0052] C：采样开始后，根据综采面内的风向，首先启动最上游测点的矿用粉尘采样器对测点粉尘进行采集，之后根据综采面风向依次启动后续测点处的矿用粉尘采样器对测点粉尘进行采集；正常情况下，粉尘会随着风流沿着风向扩散，因此可以根据风速、距离等数据估计粉尘扩散至的大概位置，当预估到粉尘扩散位置已经距离某一矿用粉尘采样器很近了，则此时可以启动该矿用粉尘采样器对测点的粉尘浓度进行采集。
[0053] D：采样结束后，取出每一矿用粉尘采样装置中的滤膜并得到每一滤膜的当前质量，根据每一滤膜的当前质量和初始质量得到每一滤膜的质量变化值；因为滤膜在采样过程中，其上已经粘覆了粉尘，所以此时的滤膜质量与滤膜的初始质量之间的差值就可以认为在采样过程中所收集到的粉尘的质量。
[0054] E：根据采样时长、每一滤膜的特定编号与其所在测点的对应关系以及每一滤膜的质量变化值，得到当前采样周期内每一测点的粉尘浓度与时间的对应关系。由于每一个滤膜设置位置是确定的，每一个滤膜的编号是确定的，每一滤膜的采集到的粉尘的质量也是确定的，因此就能够在每一个测点处在采样周期内的粉尘量，优选地，如果要得到更加精准的结果，还可以结合滤膜面积来进一步确定粉尘浓度，也即根据滤膜上所
吸附的粉尘量除以滤膜的面积就能够确定在滤膜所在面的粉尘的平面分布。
[0055] F：重复上述步骤A-E，得到每一测点的粉尘浓度随时间变化的关系，进而得到综采面的粉尘时空分布结果。
[0056] 可以设定步骤A-E为一个采样周期内对测点的粉尘浓度进行测量的方式，因此在每一个采样周期内都重复上述步骤，即可得到随着时间的推移，每一测点处的粉尘浓度值的变化规律，进而可以推得综采面内每一个位置处的粉尘的分布情况，也就得到了综采面的粉尘时空分布结果。
[0057] 采用本实施例的以上方案，能够获得综采面粉尘的空间分布情况以及综采面上不同位置粉尘浓度随时间的变化情况，可全面掌握综采面粉尘的分布规律、扩散规律和演化运移规律，且在操作上具有较高的安全性和可靠性。
[0058] 以上方案中，在步骤B中：其中至少一组矿用粉尘采样器设置于综采面破碎机转载点处，至少一组矿用粉尘采样器设置于综采面采煤机的前方、至少一组矿用粉尘采样器设置于综采面采煤机的后方以及至少一组矿用粉尘采样器设置于综采面回风巷处；在步骤C中：首先启动位于所述综采面破碎机转载点处的矿用粉尘采样器。按照最新版国家煤矿安全规程要求，作业场所空气中粉尘测定：综采面煤尘浓度的探测是利用粉尘浓度采样器对综采面采煤机回风侧10m-15m处、司机工作地点、转载点回风巷5m-10m、工作面回风巷距工作面端头15m-20m处的粉尘浓度进行采样测量。因此，优选其中至少一组矿用粉尘采样器设置于综采面破碎机转载点回风侧5m-10m处，至少两组矿用粉尘采样器设置于综采面采煤机的前方、至少两组矿用粉尘采样器设置于综采面采煤机的后方，至少一组矿用粉尘采样器设置于综采面回风巷距工作面端头15m-20m处；其中，位于综采面采煤机前方和后方的矿用粉尘采样器之间的间隔距离相等，若综采面较长，则沿风向方向前后两个矿用粉尘采样器之间的间隔为50m。从而使测量得到的结果满足实际需求。
[0059] 进一步地，以上方案中，在步骤C中：根据综采面风速以及不同测点之间的距离确定不同矿用粉尘采样器的开启时间间隔，根据开启时间间隔依次启动后续测点处的矿用粉尘采样器对测点粉尘进行采集。具体地，通过如下方式确定不同矿用粉尘采样器的开启时间间隔，其中：
[0060] 相邻矿用粉尘采样器之间的启动间隔tni＝lni/v，n＝1,2,3…；其中，其中tni为第n个矿用粉尘采样器开启时间与第i个矿用粉尘采样器开启时间之间的时间间隔；lni为第n个矿用粉尘采样器与第i个矿用粉尘采样器之间的间隔距离，v为综采面风速。
[0061] 通过本实施例的以上方案，不仅能通过测量得到综采面液压
支架通道上某一点处的粉尘浓度，还能够依据测量数据反演综采面上整个空间的粉尘演化规律。
[0062] 实施例2
[0063] 本实施例还提供一种用于实现实施例1任一方案所述煤矿综采面粉尘时空分布探测方法的探测系统，包括粉尘采样器、天平、滤膜、风速表和测距尺和控制器。其中，所述滤膜设置于所述粉尘采样器内以得到矿用粉尘采样器；所述天平用于测量所述滤膜的初始质量和当前质量；述风速表用于测量综采面风速；所述测距尺用于测量不同矿用粉尘采样器之间的距离；所述控制器用于接收综采面风速和不同矿用粉尘采样器之间的距离，根据预设采样周期依次启动不同测点上的矿用粉尘采样器；所述控制器还用于接收每一测点的粉尘浓度随时间变化的关系生成综采面粉尘浓度时空分布图形。
[0064] 进一步地，如图2所示，所述粉尘采样器包括伸缩杆和采样部，其中，所述伸缩杆3包括多节嵌套连接的管体，且相邻两杆套4之间设置弹性卡接部；所述采样部6设置于所述伸缩杆3的顶端，所述采样部3包括滤膜夹持件，所述滤膜夹持件包括相对设置的第一边框和第二边框，且第一边框和第二边框之间通过弹性件连接，所述滤膜设置于所述第一边框和所述第二边框之间得到所述矿用粉尘采样器。
[0065] 优选地，以上方案中粉尘采样器还包括连接器5，采样器固定装置将采样部6固定；其次用连接器5将伸缩杆3与采样部6连接起来；然后根据粉尘测试环境情况，伸长伸缩杆3，并用杆套4固定伸缩杆3；最后设置好采样部的采样参数，控制伸缩杆体3，手持防滑手柄2将采样部6置于需要采样的空间位置点进行采样。
[0066] 以上矿用粉尘采样器可以实现采样部6对采样环境不同空间位置的样品采集，装置体积小，操作简单方便，便于用户携带和使用。采取的技术方案是：在伸缩杆3端部安装采样部6，该装置便于采样部6功能控制和采样部6的滤膜更换，通过连接器5与伸缩杆3连接。伸缩杆3由多节(≥2节)一定长度、不同直径、质量轻、强度高的管体嵌套组成，不同直径的管体由杆套4连接。杆套4可防止小直径管体从前端直接抽出，满足伸缩杆3在任意长度下的固定，并能够在伸长状态和收缩状态之间进行切换。在最外侧伸缩杆3外的后半部分安装有防滑手柄2，便于用户握持并防滑。最外侧伸缩杆3后端安装可拆卸堵头1封闭管体，防止内部小直径管体滑落，保持伸缩杆3整体一致性和美观。通过杆套4控制并固定伸缩杆3的长度，用户借助本装置可将采样部6安全地延申至过去测量人员用手持无法到达的采样空间位置进行粉尘样品采集。
[0067] 进一步优选地，以上方案中，所述采样部6还包括壳体，所述壳体用于将所述滤膜夹持部和所述滤膜封装于其内部；所述壳体配置有电控开合部，所述电控开合部的被控端与所述控制器的输出端连接，所述控制器控制所述电控开合部打开时所述滤膜被展露在外则所述矿用粉尘采样器开始采样。所述电控开合部可采用
卷帘设计，卷帘的上端和下端均固定有杆体，上边的杆体和下边的杆体的两端均配置有
齿轮部，通过
齿条啮合连接上端杆体和下端杆体的齿轮部，下端杆体的齿轮部可以与驱动
电机的
输出轴连接，
驱动电机的输出轴转
动能够带动下端杆体齿轮转动，下端杆体齿轮转动能够带动齿条转动进而带动上端杆体转动，由此可以实现将卷帘移动到上边，反向转动可使卷帘回归至封闭状态。驱动电机是否开启，以及驱动电机的转动方向可以由控制器进行控制。
[0068] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
