煤炭学报

作者：周福宝, 郑丽娜, 冯子康, 刘凌妤, 冯温婷,

关键词：煤矿粉尘, 振荡天平, 质量传感, 粉尘监测仪,

煤矿粉尘质量浓度精准测量是粉尘有效控制的重要前提。传统离线滤膜采样称重法测量周期长、操作繁琐，直读式光吸收/散射测量方法易受环境条件和粉尘性质影响。鉴于此，自主开发了基于振荡天平原理的矿工个体粉尘连续监测仪。通过有限元仿真探讨了振荡元件不同特性对振荡系统响应频率及质量灵敏度的影响，并采用最优梯度优化算法设计了振荡元件材料与形状，制造了一种具有高稳定弹性模量的振荡管，其频率温度系数为3×10–5 Hz/℃，受温度影响极小，保证了振荡频率在外界环境温度条件变化时的精确测量。开发了振荡天平质量传感器，设计了数字化自激振荡闭环控制电路，实现了谐振频率的自动控制以及实时输出，传感器质量灵敏度约为1 mg/Hz，质量检测限约为2 μg。最终，通过集成呼吸性粉尘采样头、总尘采样头、伴热管、质量传感器、气泵、流量控制与温湿度/压力传感器等部件，研制了国内首款基于振荡天平原理的矿工个体粉尘连续监测仪，粉尘平均质量浓度检测限为0.035 mg/m3。该仪器能够连续提供监测信息，包括当前时刻总尘或呼吸性粉尘质量浓度及当日累积职业接触暴露浓度。该仪器已在某煤矿现场应用，与传统滤膜采样称重法同步对比，2者相对误差仅为5%，表明该仪器可以实现煤矿粉尘质量浓度的快速精确测量，有望替代离线滤膜采样称重法和直读式光学测尘仪。

来源：2024年第2期

《煤炭学报》期刊编辑部

查看煤炭学报杂志2024年第2期