新型胶粘捕尘装置风速与捕尘效果实验研究.pdf

分类号分类号 学校代码学校代码 UDCUDC 密密 级级 硕 士 学 位 论 文硕 士 学 位 论 文 新型胶粘捕尘装置风速与新型胶粘捕尘装置风速与 捕尘效果实验研究捕尘效果实验研究 Experiment Study on Wind Speed and Dedusting Efficiency of a New Dust Collection Device with Stickiness Technology 研研 究究 生生 王延廷王延廷 导导 师师 刘志强刘志强 研究员研究员 周华群周华群 研究员研究员 学科专业学科专业 岩土工程岩土工程 研究方向研究方向 岩土与建筑物加固技术岩土与建筑物加固技术 培养单位培养单位 煤科总院建井研究分院煤科总院建井研究分院 煤炭科学研究总院 2014 年 4 月 煤炭科学研究总院硕士学位论文 I 摘摘 要要 煤炭作为我国主要能源的地位，在较长的时间内不会发生变化，煤炭产量将一 直维持在较高的水平。我国煤炭开采主要为井工开采，煤矿井下采煤、岩巷、煤巷 掘进等作业场所粉尘浓度居高不下，对作业人员造成职业伤害，特别是含有游离的 二氧化硅的粉尘，是引起尘肺病的主要原因，煤尘还可以引起粉尘爆炸等，严重威 胁到煤炭的安全生产和井下工人的身心健康。 本文对粉尘的产生、危害进行了概述，报告了粉尘防治措施的现状，提出了将 一种新型的胶粘剂引入到煤矿井下，并应用在产生高浓度粉尘的作业场所，匹配以 合理的通风条件，形成一套新型的胶粘捕尘装置，为降低作业场所粉尘浓度提供了 新的思路和方法。 根据胶粘捕尘材料的捕尘机理，结合气溶胶力学、气固两相流理论，本文设计 了胶粘捕尘装置试验台，并在实验室条件下进行了胶粘捕尘装置风速试验和捕尘效 果试验。实验结果表明胶粘捕尘装置对粉尘主要有收集和截留两方面作用，具有 较高的容尘量和较小的阻力损失；试验装置的风速试验，验证了试验台的设计符合 捕尘效果试验中空气动力参数的要求，一定条件下，捕尘装置的总粉尘和呼吸性粉 尘的除尘效率分别可达 93.1和 80.8。 新型胶粘捕尘装置不仅对于总粉尘和呼吸性粉尘都有较高的捕尘效率，而且具 有结构简单、节能环保等优点，能适应井下现代化快速作业。通过进一步试验研究 和优化设计，胶粘捕尘装备将具有广阔的应用前景。 关键关键词词气溶胶；胶粘捕尘；风速试验；呼吸性粉尘 煤炭科学研究总院硕士学位论文 II ABSTRACT Since the situation that coal is our country’s primary energy is not likely to change in a long time, the coal output will maintain at a high level. As the underground coal mining is widely adopted in China, the dust concentration in the mine mining workplaces, such as stone drift, coal driveway, remain worryingly high and lead occupational injury to the mining workers, especially the free SiO2 dust which is the main cause of pneumoconiosis, Moreover, the coal dust could cause dust exploration and seriously threaten the safety of coal production, not to mention the physical and mental health of workers operating underground. This paper summarized the production and hazards of the dust; reported the status of dust prevention and control measures, also, it put forward a theory of by introducing a new type of adhesive into the coal mine to build an adhesive dust catcher system, which could apply in a workplace with high concentration of dust and reasonable ventilation. This system provides a new to the research and development of reducing dust concentration in the workplace. According to the principle of adhesive dust catcher materials, the aerosol mechanics and the gas-solid two-phase flow theory, this paper designed the test plat of adhesive dust catcher device, and carried out the wind speed test and effectiveness experiment of the device under the laboratory conditions. The experimental results showed that the adhesive dust catching device had positive effects in the dust collection and interception with high capacity amount of dust and small resistance loss. The wind speed test of the device verified that the designing of test plat was in compliance with the requirement of the aerodynamic parameters in testing the effect of dust catchers, under certain conditions, the total dust collection and the respirable dust collection efficiency of the device could reach to 93.1 and 80.8 respectively. What’s more, the new adhesive dust catcher device not only had high efficiency in total dust collection and respirable dust collection, but also had advantages of simple structure, energy saving and environment protecting, which was applicable to the modernization of quick operation in coal mine. With a further experimental investigation and optimum design, the adhesive dust catcher device will have wide application foreground. Key words aerosol; adhesive dust catcher; wind speed test; respirable dust 煤炭科学研究总院硕士学位论文 I 目目 录录 1 绪论 ................................................................ 1 1.1 选题背景及研究意义 ................................................. 1 1.1.1 选题背景 ...................................................... 1 1.1.2 研究意义 ...................................................... 2 1.2 国内外相关技术研究现状及分析 ....................................... 3 1.2.1 粉尘的危害及其防治效果检测 .................................... 3 1.2.2 矿井粉尘防治技术 .............................................. 7 1.2.3 胶粘材料的应用 ............................................... 11 1.3 论文的主要研究内容及结构安排 ...................................... 13 2 胶粘捕尘技术空气动力学理论分析 ..................................... 15 2.1 气溶胶力学 ........................................................ 15 2.1.1 气溶胶力学概念的引入 ......................................... 15 2.1.2 气溶胶的表征量 ............................................... 15 2.2 气固两相流理论 .................................................... 21 2.2.1 气溶胶粒子的等速直线运动 ..................................... 21 2.2.2 气溶胶粒子运动的壁效应 ....................................... 22 2.2.3 通风除尘中气固两相流动相似理论 ............................... 23 2.3 除尘器的阻力及除尘风机选型 ........................................ 23 2.3.1 除尘器的阻力 ................................................. 23 2.3.2 除尘风机的选型 ............................................... 23 3 胶粘捕尘装置风速试验 ............................................... 26 3.1 试验依据及标准 .................................................... 26 3.2 试验目的 .......................................................... 26 3.3 试验台的设计及其设备仪器 .......................................... 27 3.3.1 试验台的设计 ................................................. 27 3.3.2 实验仪器 ..................................................... 28 3.4 试验原理及步骤 .................................................... 29 3.4.1 试验原理 ..................................................... 29 煤炭科学研究总院硕士学位论文 II 3.4.2 试验过程 ..................................................... 31 3.5 试验数据及结果分析 ................................................ 31 3.5.1 风阀位置改变导致的空气动力参数的变化 ......................... 34 3.5.2 不同层数过滤网栅的空气动力参数变化 ........................... 36 3.6 试验结论 .......................................................... 37 4 胶粘捕尘系统捕尘效果试验 ........................................... 38 4.1 胶粘捕尘材料技术特性 .............................................. 39 4.2 试验粉尘的选取 .................................................... 39 4.3 试验风量的确定 .................................................... 40 4.4 试验内容 .......................................................... 42 4.5 试验原理及步骤 .................................................... 42 4.5.1 试验原理 ..................................................... 42 4.5.2 试验步骤 ..................................................... 45 4.6 试验数据及结果分析 ................................................ 46 4.6.1 除尘装置空气动力参数的变化 ................................... 46 4.6.2 胶粘捕尘装置的总粉尘除尘效率 ................................. 49 4.6.3 胶粘捕尘装置进出口粉尘粒度的分布 ............................. 53 4.7 试验结论 .......................................................... 57 5 结论与展望 ......................................................... 59 5.1 结论 ............................................................. 59 5.2 创新点 ............................................................ 59 5.3 展望 ............................................................. 60 参考文献............................................................... 61 致 谢................................................................. 68 个人简介............................................................... 69 煤炭科学研究总院硕士学位论文 1 1 绪论 1.1 选题背景及研究意义 1.1.1 选题背景 我国的石化能源储量有缺油、少气、富煤的特征，煤炭以其丰富的储量、相对低 廉的价格主导了中国能源市场的走向，占据了国民生产的重要地位。中国的煤炭储量 超过世界已探明储量的 30以上，位居世界第二。2013 年，中国原煤产量为 36.8 亿 吨，远远高于位居第二的美国，消费量位居世界第一。2013 年，中国煤炭产量增加 0.8，消费量增加 3.7，虽然低于历史平均水平，但全球煤炭消费的净增长全部来 自于中国。2013 年，中国煤炭消费量占全球消费量的 50.2，为首次超过全球消费量 的一半，中国已雄踞煤炭生产和消费的第一大国。根据能源发展“十二五”规划 ， “十二五”期间我国煤炭生产能力年均增速将要达到 4.8，高于年均 4.3的一次能 源供给的增长速度，而一次能源消费中，煤炭所占的比例约为 70，因此，在一次能 源需求增长稳定的约束下，确保“十二五”能源安全的关键是煤炭生产能力的稳定增 长，此外，电力、冶金建材、化工这煤炭的三大主要下游的增长也驱动着煤炭产销量 的长期稳定增长[1]。 中国的经济建设和社会发展已经进入重工业化和重化工时期， 发达国家的历史数 据统计显示，能源消耗在未来较长的时间将保持较高的增长水平，占中国一次能源 70的煤炭消费也将保持较高的增长速度，所以，无论煤炭是作为直接消费的能源， 还是作为支撑未来持久能源体系的基础， 我国经济建设和社会发展将在较长一段时期 内离不开煤炭[2]，煤炭工业的基础性地位将是长期稳固和不可替代的。 煤炭资源丰富的区域加大了煤炭产业发展的力度，利益驱使下，不少煤炭生产企 业，特别是中小企业盲目追求煤炭产量，过度开采，忽视绿色开采、安全生产以及职 业病防治的重要性，给生态环境及煤矿工人身心健康带来了严重威胁。 众所周知，煤炭生产受地形、地质条件的制约，生产过程复杂，工作环境恶劣， 因此，煤炭行业一直是我国职业病人数及新增人数最多的行业。其中，尘肺病是影响 范围最广、危害最严重的煤矿职业病[3]。尘肺病的潜伏期一般为 5 至 10 年，2013 年 的职业病数据统计报告显示，当年共报告尘肺病新病例 24206 例，死亡病例 679 例。 24206 例尘肺病新病例中，95％的病例为煤工尘肺和矽肺，分别为 12405 例和 10592 例。报告尘肺病例数占职业病报告总例数的 88.28，与矿难相比，这种不容易发现 煤炭科学研究总院硕士学位论文 2 的威胁显得更加危险，数据显示，每天死于尘肺病的矿工人数是其他矿难死亡人数的 二倍，仅尘肺病每年造成的直接经济损失超过 80 亿元人民币[4]。粉尘的危害不仅是 直接引起职业病， 而且一定浓度的粉尘， 在足够的着火能量的条件下， 如火焰、 振动、 摩擦、碰撞引起的火花，就会发生爆炸。煤矿粉尘粒径范围广，从不能悬浮在空气中 的大于 1mm 的粉尘到粒径为 0.075mm 的粉尘，都能参与爆炸[5]，爆炸在瞬间发生， 并伴随高温高压的冲击波，具有很大的破坏性和摧毁力，在煤矿井下这样特殊场所， 极易引起二次爆炸，造成连续事故，引起巷道的破坏，设备损毁，人员伤亡，甚至整 个矿井的毁坏。2005 年 2 月 14 日辽宁省阜新市孙家湾煤矿发生煤尘、瓦斯爆炸，导 致 214 人死亡， 2005 年 11 月 27 日黑龙江省七台河市东风煤矿发生煤尘、 瓦斯爆炸， 死亡 171 人，近年来这两起特别重大生产事故已经定性为煤尘爆炸引起的事故，给我 们留下了惨痛的教训和深刻的反思[6]。 此外，作业场所粉尘浓度高会造成能见度降低，引起作业人员误操作导致生产事 故发生，同时，粉尘还有加剧作业场所机械设备磨损，缩短了仪器设备的使用寿命等 危害。 国家煤炭生产管理部门一直重视煤矿粉尘的防治工作，加大了技术、政策、监管 等方面的力度，以确保安全生产和有效控制职业病的发病率。目前，在煤矿井下主要 采取煤层注水、喷雾抑尘等多种除尘手段和措施，现行的除尘措施的除尘效果存在不 足[7]，为提高粉尘防治的效果，笔者在导师的指导下，对胶粘捕尘装置的捕尘效果进 行初步的探索和研究。 1.1.2 研究意义 粉尘威胁着工人的生命和健康，粉尘性爆炸事故也屡见不鲜，粉尘危害给国民经 济造成巨大的损失，以尘肺病为例，尘肺病的检出率目前还不到实际人数的 30％， 因此报告病例数低于实际发病情况，今后若干年我国面临更加严峻的尘肺病形势。现 行的除尘措施，对微尘的处理效果很差，研究结果表明，空气动力直径 d＞10μm 的 粉尘粒子，基本上被阻止于人的鼻腔；2μm＜d＜10μm 的粒子，约 90可以进入并沉 积于呼吸道的各个部位，10可以到达肺的深处，并沉积于肺中；d＜2μm 的粒子， 100可以吸入肺中，其中 0.3～2μm 的粒子几乎全部沉积于肺部而不能呼出。根据尘 肺病的发病机理，沉积在肺部的粉尘，由肺泡经淋巴或者血液循环进入其他组织，因 其本身的理化性质和生物学作用的不同，引起生理病理作用，这类粉尘质量轻，数目 煤炭科学研究总院硕士学位论文 3 多，不易监测和处理，所以，对微尘的去除能有效的降低尘肺病的发病率，减少粉尘 危害，对安全生产、职业病防治有积极地作用和重大的意义。 胶粘捕尘系统的工作原理是在风流通道里设置过滤网栅， 并在其表面喷涂胶粘捕 尘材料，该材料具有粘性，粉尘随风流在风道流动时，当碰撞在胶粘捕尘材料的表面 时，被该材料粘结并粘附在表面，一定时间后，开启水洗装置，溶于水的捕尘材料携 带粉尘流入收集装置，随后再次喷涂该材料，实现循环捕尘。通过合理的设备布置， 胶粘捕尘材料能应用到煤矿井下以提高除尘效果， 尤其是能够有效降低呼吸性粉尘浓 度，对煤矿井下的粉尘治理具有积极的意义。 利用胶粘捕尘材料的粘性来除尘并应用于煤矿井下是粉尘治理思路和方法上的 创新，其粉尘治理思路由传统的降尘为主转变为全面高效的除尘，由降尘到除尘才能 从根本上解决粉尘危害，彻底去除细尘、微尘才能改善作业地点的环境，减小粉尘对 工人机体的损伤，有效降低职业病，特别是尘肺病的发病率，提高工作效率，延长设 备的使用寿命；主动高效的去除粉尘，能消灭粉尘性爆炸的重大危险源，杜绝粉尘爆 炸事故的发生。由本论文的基础性试验开始，通过一系列的研究和试验，以期能形成 一套容尘量大，除尘效率高的胶粘捕尘系统，特别是针对粒径小、不易沉降的微尘有 良好的捕尘效果，同时，从材料的配比和系统结构上优化设计，以达到胶粘捕尘材料 可水洗、不易风干、不易挥发、无毒无害以及胶粘捕尘系统成本低、能耗小、操作简 单、易维护，能连续工作等优点。本论文的相关试验及研究是对胶粘捕尘材料应用于 井下的初步探索，旨在为后续的研究提供参考。 1.2 国内外相关技术研究现状及分析 1.2.1 粉尘的危害及其防治效果检测 粉尘危害与安全生产及工人身心健康的矛盾突出， 相关学者和专家对粉尘的产生 及其危害进行了深入的研究。 本世纪初， 学者王旻通过相关研究总结出生态环境中的粉尘危害体现在对大气的 影响、对植物的影响以及对人生理学上的危害三个方面。目前逐渐恶化的城市大气环 境很好的说明了粉尘对大气环境的危害。在大气环境中，粉尘以气溶胶的形式存在， 气溶胶减弱了太阳光的辐射从而影响温湿度、风速风向等；气溶胶的非均相成核作用 是大气污染烟雾形成的主要原因；在一定条件下，气溶胶在金属氧化物、氯化物及硫 酸盐的催化氧化下，发生化学反应引起酸雨等更加严重的生态污染；一旦形成光化学 煤炭科学研究总院硕士学位论文 4 污染，更多的二次气溶胶粒子产生，这些粒子具有很大的消光系数，明显降低大气能 见度。对人的个体影响主要有局部刺激、中毒、变态反应、致癌致畸作用、感染、致 纤维化等，其中尘肺病就是长期吸入石棉粉尘、矽尘等，引起肺部弥漫性纤维化，并 导致全身疾病[8]。 与大气粉尘不同，煤矿井下生产的特殊性决定了其粉尘治理的难度和重要性，作 为煤矿生产五大危险源（瓦斯、顶板、矿尘、水、火）之一，并不受地质条件及开采 方式的影响而始终存在并贯穿煤炭生产的整个流程，所以粉尘防治是“一通三防”技 术体系的重要组成部分。 粉尘防治的研究工作从煤层结构与煤尘的基本微观性质出发， 为后续研究提供理论基础和研究的落脚点。 （1） 煤层结构 煤层的层理是指煤在形成过程中形成的煤岩成分的分界面， 其中层理方向上的弱 面与煤层注水的难易程度有关，水压入弱面时容易通过；煤层的内生、外生和次生裂 隙裂分别在成煤过程、地质构造运动和煤体采落三个阶段产生，煤层的裂隙影响注水 难易程度，并且决定原生煤尘的组成和粒径分布[9]。 （2） 煤尘的性质 相关学者在讨论煤尘的微观结构时， 主要考虑与粉尘治理相关较高的游离二氧化 硅含量、粒度和分散度、湿润性、吸附性及悬浮性、荷电性及凝聚性、燃烧性和爆炸 性六个方面[10]。 1）游离的二氧化硅含量。游离的二氧化硅是引起矿工尘肺病的主要原因，其含 量越大，危害就越大，金属矿山的矿尘中，游离的二氧化硅含量一般为 30～70， 煤矿的岩尘中， 游离的二氧化硅含量一般为 15～50， 而煤尘中则很少超过 5[11]， 煤尘的其他组分与游离二氧化硅的性质差异较大，所以，虽游离二氧化硅在煤尘中含 量所占比重不大，但仍具有较高的危害性。 2）粒度和分散度。煤和岩石粉碎之后，随其总表面积增加有化学活泼性、溶解 性及吸附能力等，同时，其沉降速度显著下降，试验数据显示，大于 10μm 的尘粒在 静止的空气中能加速下沉，0.1μm～10μm 的尘粒匀速下沉，而小于 0.1μm 的尘粒随 气体分子做布朗运动而不沉降。粒径越小的粉尘越难从空气中分离，越容易被吸入体 内，因而危害越大。粉尘的分散度是指整体组成中各种粒径粉尘所占的百分比，有数 量百分比和质量百分比两种表示方法。 我国煤矿多取数量百分比作为分散度的考核方 煤炭科学研究总院硕士学位论文 5 法，小粒径的粉尘所占的百分数大即分散度高，对人体的危害性也就越大[12]。 3）湿润性。矿尘湿润性是指其被潮湿的空气或水蒸气润湿而彼此凝聚的性质， 湿式除尘器及喷雾除尘等除尘方式即利用了这一性质。 湿润性由接触角及渗透速度来 评定，分为亲水性粉尘、润湿性差的粉尘及疏水性粉尘[13]，粉尘的润湿性由粉尘的成 分、大小、形状、荷电状态及环境温度、压力、接触时间等共同决定。 4）吸附性及悬浮性[14]。粉尘的粒径变小相对的表面积增大，颗粒之间接触面积 增大， 其化学活泼性、 吸附力及溶解性也随之增大， 吸入肺泡之后的危害也就越大[15]。 细微粉尘形成后， 尘粒表面形成一层气膜， 不易润湿和沉降， 长时间悬浮于风流之中， 并且风速越大，悬浮的尘粒就越大，悬浮的尘粒直接与人机环境接触，引起危害。 5）荷电性及凝聚性。矿尘在摩擦、碰撞、放射性照射、放电等作用下，常常带 有电荷，在无瓦斯矿井的电除尘方法即常常利用了这一性质。尘粒中正、负电荷数目 各半，带异性电荷的尘粒相互吸引利于凝聚、沉降和捕获[16]，同时，也更加容易沉积 于人体体内，增加了其危害性。尘粒的凝聚不仅受其荷电性的影响，还受环境温度、 声波的振动、湿度及磁力作用的影响，凝聚性的存在，增加了粉尘的直径和重力，利 于粉尘治理。 6）燃烧性和爆炸性。煤尘等矿尘都是可燃物质，达到一定浓度时，遇到高温、 明火、电火花等环境条件，就能发生燃烧和爆炸。粉尘的燃烧热、粒径、浓度及环境 条件共同影响其燃烧和爆炸的难易程度。粉尘的这一性质具有极强的破坏性，不仅能 产生高温高压冲击波、有毒有害气体，还能引起次生灾害，因此，粉尘爆炸是粉尘防 治的重点。 一般的， 煤尘爆炸的下限浓度为30～50g/m3， 上限浓度为1000～2000g/m3， 其中爆炸力最强的浓度范围为 300～500g/m3[17]。 弥漫在工作面、 巷道的矿尘对电气设备造成不良影响[18]。 其危害主要体现在引起 电气设备短路、造成开关接头等接触不良引起运行故障。同时，粉尘的弥漫降低了工 作场所的能见度[19]，常常导致误操作，增加了工伤事故的发病率。 一般用呼吸性粉尘的浓度来评价作业场所粉尘的危害。 呼吸性粉尘的定义是空气 动力学直径在 7.07μm 以下，且直径为 5μm 的粉尘粒子的采集率应为 50的粉尘。呼 吸性粉尘能随呼吸进入并沉积于肺泡，长时间的积累会导致肺部细胞纤维化，不可治 愈，危害生命。呼吸性粉尘占作业场所粉尘总量的一部分，用总粉尘浓度和呼吸性粉 尘的浓度能综合全面的评价作业场所粉尘的危害程度[20]。 煤炭科学研究总院硕士学位论文 6 中煤科工集团重庆研究院（以下简称重庆煤科院）粉尘研究所的专家将导致尘肺 病的主要因素设想成尘肺危险环模型，如图 1-1 所示。D、N、T 分别指粉尘本质毒 性、呼吸性粉尘浓度、粉尘累计接触时间，W 是三者的相交区域，其面积越大表示 发生尘肺病的危险性越大[21]。对于煤矿粉尘，其毒性一定，所以，减小煤矿尘肺病的 危险性可以从控制粉尘浓度和作用时间两个方面着手。因此，快速有效的降低工作面 呼吸性粉尘浓度是粉尘治理的目标。 图 1-1 尘肺危险环模型 工作场所空气中粉尘浓度测定的基准是称重法， 原理是通过已知质量的滤膜采集 粉尘，通过测定滤膜的增量和采气量，计算出总粉尘的浓度（mg/m3）[22]，呼吸性粉 尘的浓度检测原理相同，前期增加采样分离的过程以得到符合定义的呼吸性粉尘[23]。 而分散度的测定方法较为复杂，有显微镜观测法、粒谱仪直读法等[24]。 煤矿安全规 程对于井工矿总粉尘浓度、分散度、呼吸性粉尘浓度、游离二氧化硅浓度的监测检 测等作了详细的要求及规范。粉尘的监测监控技术主要有测尘仪、粉尘采样器和传感 器等， 采样器有一定的测量周期， 往往不能及时准确的反应作业场所的粉尘变化情况， 测尘仪及粉尘传感器经过标定后使用，仍存在测量误差，并且不适用于高浓度粉尘的 监测， 国外发展较快的粉尘传感器实时测量技术及监测大气环境的粉尘状态多有测量 宽幅范围窄，测量精度差等。 目前，在粉尘浓度监测方面，采取粉尘采样器、直读式测尘仪器以及粉尘浓度传 感器相结合的方法。国内生产性粉尘采样器的生产厂家主要有重庆煤科院、常熟矿山 机电设备厂等，其生产的粉尘采样器的技术参数均能达到 MT162-1995粉尘采样器 通用技术条件的规定，即采样流量为 20L/min，采样流量误差不大于 2.5，采样 流量稳定性不大于 5，负载能力不小于 1000Pa，采样准确度不大于 10。但这些粉 尘浓度采样器普遍缺点是短时大流量采样，重庆煤科院研制的 AZF-01 型呼吸性粉尘 采样器，克服了这一缺陷，适用于长周期呼吸性粉尘浓度的测定。 DWN T 煤炭科学研究总院硕士学位论文 7 上世纪末， 直读式快速测尘仪就开始应用于我国煤矿井下作业场所的粉尘浓度监 测，其具有快速、读数直观等优点，但测量的结果误差较大。发达国家采用不同原理 研制了快速测尘仪，其误差能控制在 10之内。近年来，重庆煤科院采用采样与测尘 一体化结构、反馈原理和正计时原理，保证快速测尘仪流量始终稳定在 15L/min，仪 器的测量误差小于 1.5。 国内生产厂家先后开发出了各种有代表性的快速测尘仪见表 1-1。 表 1-1 各类快速测尘仪综合比较表 仪器型号 测量范围 /mg.m-3 流量 /L.min-1 原理 准确度 / 生产厂家 CCGZ-1000 型 0.01～1000 15 β射线 ≤1.5 中煤科工集团重庆研究院 HB2-TH-5 型 0.05～1000 5 β射线 ≤2.5 北京中西集团公司 JFC-1 型 0.01～10 1 光电转换 ≤2.5 上海大恒光学精密机械有限 公司 AZFC-1 型 0.2～1000 5 β射线 ≤2.5 北京地质仪器厂 GH100 型 0.1～1000 15 β射线 ≤5 郑州光力科技发展有限公司 TH-5 型 0.05～1000 5 β射线 ≤2.5 武汉天虹智能仪器厂 PM10 型 0～10 16.7 β射线 ≤7.0 中国科学院合肥光机研究所 粉尘浓度传感器是重庆煤科院在国家“十五”科技攻关中取得的重要成果，该传 感器可以同煤矿井下的监测监控系统联网，实现了井下粉尘浓度的连续监测[25]。 粉尘粒度分布测试方面，重庆煤科院利用斯托克斯（Stokes）定律结合光吸收原 理研发的 MD-1 型粉尘粒度分布测定仪，实现了测定粉尘粒度分布的自动化，其测量 范围为 1～150μm，该仪器目前已经在全国多数矿务局推广使用。 国内的粉尘实时监测技术与装置近年来有了较快的发展，测量范围能满足 0.1mg/m3～500mg/m3，误差不大于 15，大大促进了粉尘在线监测、降尘装置智能 化、一体化技术的发展。 1.2.2 矿井粉尘防治技术 矿井粉尘的防治是综合防治，贯穿整个煤炭生产，涵盖采、掘、机、运、通五大 系统和各个生产环节和工序， 综合防尘的措施大致可以归纳为五个方面 减尘、 降尘、 捕尘、排尘、阻尘。下文介绍了国内外粉尘治理的现状并加以总结。 （1） 国外研究现状 煤炭科学研究总院硕士学位论文 8 美国、澳大利亚、俄罗斯等国外主要产煤国家，煤炭生产机械化程度高，粉尘产 生量大，这些国家早在 20 世纪 50 年代就已经开始研究粉尘的治理措施。对于生产工 作面的防尘，国外煤矿重视粉尘的综合防治。主要是煤层注水及添加润湿剂使煤体 润湿以减少粉尘的产生；采煤机机载喷雾、吸尘风机和隔离尘源等降尘措施；通风排 尘等[26]。 国外煤矿普遍认为，煤层注水（添加润湿剂）是综放工作面最根本、最有效的防 尘措施。德国煤炭监察局有明文规定，回采工作面在采煤前必须注水将煤体润湿，注 水系统以压气作为动力，配有流量控制阀，以实现最多可 40 个孔同时注水的动压注 水，封孔方式采用液力自动胀紧封孔器和 PVR 快速凝固物封孔，对于高瓦斯等特殊 条件，采用双回路的封孔器[27]。前苏联乌克兰科学院的专家研制出 YHP 型注水泵， 它能根据被润湿的煤体的渗透速度和注水压力的变化自动调整注水参数， 提高煤体被 润湿的效果。法国煤炭研究中心研制出流量智能控制系统和连续注水设备，实现了煤 层注水的自动化。为提高注水的效果，改善水对煤体的润湿效果，许多国家在注的水 中添加了润湿剂。前苏联研制出低毒高效的 СИТАНОЛДТ－7