粉塵與風(fēng)速雙傳感技術(shù)在防塵中的應(yīng)用研究                                          粉塵危害是煤礦生產(chǎn)的六大自然災(zāi)害之一，對其防治及其重要。由于粉塵濃度與風(fēng)速之間存在一種“拋物線”樣式的關(guān)系，為達(dá)到降塵*佳效果

1風(fēng)速與粉塵濃度之間的關(guān)系　　
　　礦井通風(fēng)的目的之一就是將井下粉塵稀釋到**濃度以下并排出礦井，合理的通風(fēng)能夠有效地控制采掘工作面的粉塵濃度，風(fēng)速的大小直接采掘工作面粉塵濃度高低[2]。風(fēng)速與粉塵濃度之間存在一種“拋物線”樣式的關(guān)系：風(fēng)速過低，粗粒礦塵將與空氣分離下沉，不易排出；風(fēng)速過高，能將落塵揚(yáng)起，增大礦內(nèi)空氣的粉塵濃度。因此，通風(fēng)除塵效果是隨風(fēng)速的增加而逐漸增加的，達(dá)到*佳效果后，如果再增大風(fēng)速，效果又開始下降。
　　所以排除井巷中的浮塵要有一定的風(fēng)速。把能使呼吸性粉塵保持懸浮并隨風(fēng)流運(yùn)動而排出的*低風(fēng)速稱為*低排塵風(fēng)速，把*大限度排除粉塵而又不致使落塵二次飛揚(yáng)的風(fēng)速稱為*優(yōu)排塵風(fēng)速。一般來說，掘進(jìn)工作面的*優(yōu)風(fēng)速為0.4～0.7m/s，機(jī)械化采煤工作面的*優(yōu)風(fēng)速為1.5～2.5m/s。
　　
　　2 雙傳感技術(shù)理論
　　
　　本文所用的雙傳感技術(shù)就是將礦井中用于檢測粉塵濃度的傳感器和用于檢測風(fēng)速的傳感器合二為一，組成一種新的可同時(shí)測量出粉塵濃度和風(fēng)速大小的雙傳感器。其理論由粉塵濃度檢測理論和風(fēng)速測量理論組成。
　　
　　2.1 粉塵濃度檢測理論
　　
　　當(dāng)光波通過不均勻媒質(zhì)（如粉塵）時(shí)，與媒質(zhì)會發(fā)生相互作用，光強(qiáng)要發(fā)生衰減，稱之為消光作用，消光作用又可以看作吸收和散射共同作用造成的。而吸收與散射正是測量粉塵濃度所要利用的基本原理。根據(jù)Mie 理論［4］，只要測量出塵粒的散射光強(qiáng)，選擇合適的散射接收角和光源波長，則可以直接監(jiān)測出空氣中浮游粉塵的濃度。
　　煤礦井下浮游粉塵的光散射屬于獨(dú)立散射，即各個(gè)單獨(dú)粒子的散射光強(qiáng)服從迭加原理，當(dāng)考慮小區(qū)域范圍時(shí)，可以忽略多次散射的影響［5］。
　　
　　2.2 風(fēng)速測量理論加熱的物體
　　
　　在空氣中冷卻速度與風(fēng)速有關(guān)。風(fēng)速越大冷卻速度越快，物體在空氣中的散熱是個(gè)對流換熱過程，散熱量大小與風(fēng)速和空氣溫度有關(guān)，利用這種關(guān)系可以測定風(fēng)速。如果通過一定的恒定電流加熱熱敏電阻，當(dāng)加熱量和散熱量相等時(shí)，熱敏電阻溫度趨于穩(wěn)定，則可以根據(jù)熱敏電阻的阻值變化或端電壓變化確定風(fēng)速［8］。
　　當(dāng)風(fēng)速為零時(shí)，熱敏電阻有一個(gè)工作穩(wěn)定點(diǎn)，當(dāng)熱敏電阻周圍介質(zhì)的風(fēng)速不為零時(shí)，空氣的流動帶走熱敏電阻表明的熱量，使熱敏電阻本身的溫度下降，阻值上升。且在恒定風(fēng)速下又趨于一個(gè)新的平衡點(diǎn)，對于不同的風(fēng)速熱敏電阻有不同的熱平衡狀態(tài)，*后阻值趨于一個(gè)穩(wěn)定值，此時(shí)熱敏電阻的消耗功率等于該風(fēng)速下傳遞給周圍空氣的熱量。
　　熱敏電阻阻值R 的變化除了與本身的工作溫度有關(guān)外，風(fēng)速大小對它散熱快慢有直接影響。因此可把熱敏電阻接入一個(gè)平衡電橋作為橋臂，在風(fēng)速為零時(shí)，調(diào)整電橋使橋路平衡輸出為零，當(dāng)有風(fēng)流過熱敏電阻時(shí)，不同的風(fēng)速就可以將熱敏電阻阻值的變化變成電信號輸出［10］。根據(jù)風(fēng)速和輸出電壓之間的對應(yīng)的關(guān)系，反過來通過輸出電壓的大小，可測得風(fēng)速的大小。