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射線粉塵測量儀在煤礦粉塵濃度監測中的應用

文檔作者：李宗倫趙修良彭麗婧劉麗艷文檔來源： 1．南華大學核科學技術學院 2．湖南環境生物職業技術學院		點擊數：	更新時間： 2025年10月22日
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第19卷第3期
2010年3月
中 國 礦 業
CHINA M INING MAGAZINE
Vo1．19．NO．3
M arch 2O1O
I】；射線粉塵測量儀在煤礦粉塵濃度監測中的應用
李宗倫 ，趙修良 ，彭麗婧 ，劉麗艷
(1．南華大學核科學技術學院，湖南衡陽421001；)
2．湖南環境生物職業技術學院，湖南衡陽421005)
摘要：本文闡述了在煤礦粉塵濃度在線監測中發揮了獨特優勢的p射線粉塵測量技術發展狀態、
工作原理、系統結構以及與其他粉塵濃度測量方法比較的功能區別，研究了p射線粉塵測量技術在煤礦
粉塵監測中的應用情況以及投入使用的效果，提出了為了解決與提高測量精度相關問題而可能采取的技
術方案。
關鍵詞：射線；煤塵測量；粉塵測試儀；測量精度；解決方案
中圖分類號：TL81 文獻標識碼：B 文章編號：1004—4051 f 2010)03—0107—03
Introduce on theory and applications about dust measurement base on p-ray attendation
LI Zong—lun ，ZHAO Xiu-Liang ，PENG Li—j ing ，LIU Li—yan
(1．School of Nuclear Science and Technology， University of South China， Hengang 421001， China；
2．Hunan Environment and Biology Professional-Technology College，Henyang 421005，China)
Abstract：The development status，working principle and system structure of the B_ray dust measure～
ment technology，which has played a important role in on—line monitoring of coal mine dust，are introduced
in this paper．The difference between p—ray dust measurement technology with other methods have also been
proposed in the paper．Futhermore，we also study the Application of ray measurement techniques in the
coal mine dust M onitoring ，getting the use result，and put forward the solutions which can be used tO im—
proving m easurement accuracy of the technology．
Key words：B—ray；dust measuring；dust measuring instrument；measurement accuracy；solutions；
煤礦粉塵影響礦井安全生產，威脅職工身體
健康，是煤礦五大災害之一。在煤礦開采過程中，
如鉆眼、爆破、掘井及采煤作業，頂板管理、煤
的裝載運輸等各個環節，都會產生大量的粉塵。
各環節產生的粉塵量的比例大致為：采煤工作面
約占45 ～8O 。掘進工作面約占2O ～ 38 。
錨噴作業點約占10 ～15 ，運輸通風巷道約占
5 ～10 ，其他作業點約占2 ～5 。煤礦粉塵
危害人體健康，輕者會患呼吸道疾病，重者會患
塵肺??；引發爆炸，煤塵的爆炸濃度下限為30～
50g／m。，上限為1000～2000g／m。；降低工作場所
的能見度；增加工傷事故的發生；加速機械磨損。
收稿日期：2009—12—27
作者簡介：李宗倫(1982一)，男， 助教，在讀碩士， 現在湖南環
境生物職業技術學院從事環境保護教學工作f
趙修良(1968一)，男，教授，碩導，現從事核電子學與探測技術
方面的研究。
目前，煤礦中使用的粉塵監測方法，有重量
法、x射線衍射法、光學分光鏡法、散射光法、壓
電天平法、J3射線粉塵測量法。其中 射線法測定
塵粒的質量濃度與透過的物質質量有關，而不受
顆粒直徑、成分、顏色及分散狀態的影響，它是
粉塵濃度的間接測量方法中較準確的一種。能更
有效的監測煤礦粉塵濃度，對抓好礦井綜合測塵
工作，促進礦井安全生產，保障職工身體健康具
有重大意義。
1 G射線粉塵測量儀系統結構與工作原理
一般8射線粉塵測量儀系統，由p射線探測、
粉塵采樣、信號處理與單片機(微處理器)系統
組成，系統結構如圖1所示。
8源采用一般H C， 射線由G—M計數器(探
測器)探測，用濾膜夾將待測濾膜置于放射源與
計數器之間進行測量。所得脈沖信號經過放大成
形后，經單道脈沖幅度分析器分析，選擇對應 射
1O8 中國礦業 第l9卷
圖1 0射線粉塵測量儀系統結構
線幅度的電壓脈沖信號轉變為數字脈沖信號。數
字脈沖信號的計數由單片機(微處理器)系統實
現。該系統對數據進行處理、顯示，并通過其鍵
盤和LCD／LED顯示器實現人機對話，滿足參數設
置與粉塵濃度測量結果輸出， 即濾膜重量(mg)
及粉塵濃度測量數據， 可以自動顯示在單片機
(微處理器)系統的液晶或發光二極管顯示器上。
0射線粉塵測量儀系統的工作流程，可分為三
個具體步驟：
(1)首先， 透過空白濾紙樣品介質的G射線，
由G—M 探測器探測。經過脈沖信號放大成形與
單道脈沖幅度分析器后，由單片機(微處理器)
系統分析處理，并記錄透過空白濾紙樣品介質B射
線的強度。
(2)在空白濾紙樣品測量過程的同時，由單
片機(微處理器)系統控制的抽氣泵系統，以恒
定流量通過采氣氣路抽入一定量的被采樣空氣，
其氣體中顆粒不斷吸附在被測濾紙樣品面上，其
吸附量與控制采樣抽氣時問有關。
(3)經過一定的采樣抽氣時間后，對吸附氣
體顆粒(粉塵)的被測濾紙樣品的探測、處理，
與透過空白濾紙樣品介質I3射線強度的測量過程
相同。
B射線粉塵測量儀通過以上過程達到空氣中粉
塵濃度測量目的，是基于G射線吸收法的基本
原理。
p射線吸收法的基本原理為： 射線通過介質
層時，由于介質層的吸收作用，其射線強度將會
減弱，減弱程度與介質層的質量厚度(單位面積
上介質質量)有關，其減弱關系在一定范圍內大
致遵從指數衰減規律，如式(1)所示。假設質量
m 的粉塵均勻分布在面積A 上，即存在：
In(no／n)一( ／p)·d (1)
式中：d — m／A (mg／cm )，是粉塵的表面質量；
。、 分別代表采樣粉塵前后，計數器每分鐘以電
流脈沖方式所記錄下來的0粒子數，這個脈沖計數
率表征了放射穿透強度；( ／p)是質量衰減系數，
該系數是介質層衰減系數與介質層密度的比值，
受粉塵粒子化學成分的影響， 與電子密度有關。
對于J3射線粉塵測量儀使用的特定場所來說，該系
數是個常值，因此由式(1)得到粉塵的絕對質量
表達式(2)，即：
— A ·(』D／ )·in( 。／n) (2)
式中：m是粉塵的絕對質量，單位mg；A為粉塵
分布的表面積，單位cm 。
粉塵絕對質量研和氣體采樣體積Q 的比值，就
是粉塵濃度C，關系式(3)所示：
C— m／Q (3)
2 B射線粉塵測量儀在煤塵濃度監測中的應用
粉塵含量的測量方法，有重量法、X射線衍射
法、光學分光鏡法、散射光法、壓電天平法、p射
線粉塵測量法。
重量法作為粉塵測量的最常見的方法，測量
的精度較高，是粉塵測量的標準方法。但該法滿
足不了自動、連續、無人操作以及數據的自動記
錄和傳輸的需要。x射線衍射法只能檢測大氣中游
離的二氧化硅，不能進行全面檢測。光學分光鏡
法、散射光法、壓電天平法，雖然能夠及時測得
生產現場的粉塵濃度，但精度均不高，尤其國產
儀器誤差較大。
B射線粉塵測量法能自動連續地監測大氣中的
總粉塵質量濃度和工作崗位上的總粉塵質量濃度
第3期 李宗倫等：0射線粉塵測量儀在煤礦粉塵濃度監測中的應用 1O9
或呼吸性粉塵濃度，具有重量法、X射線衍射法、
光學分光鏡法、散射光法、壓電天平法等粉塵測
量技術無法比擬的優點：它可以直接測出粉塵的
質量濃度，而不受粉塵種類、粒度，分散度、形
狀、顏色、光澤等因素的影響；其測量結果可與
經典的標準方法一稱重法等效，它可以減少樣品
的處理時間和受污染的機會；不會帶來人為誤差
且無誤差積累，不需要經常校準和調零； 能實現
自動連續監測；監測過的樣品可以保留。
目前，在煤礦中使用的粉塵測量儀，有全自
動式粉塵測試儀、直讀式粉塵測試儀、激光式粉
塵測試儀、防爆式粉塵測試儀、便攜式粉塵測量
儀及粉塵采樣器六種。從理論上講，全自 動式粉
塵測試儀、直讀式粉塵測試儀、激光式粉塵測試
儀、防爆式粉塵測試儀、便攜式粉塵測量儀有很
多優點。但前些年國產的直讀式測塵儀，由于其
測量精度、工作機理等多方面的因素所限制，在
煤礦行業得不到推廣應用。國內各煤礦目前普遍
使用的都是粉塵采樣器，粉塵采樣器的優點是測
量精度較高，理論上能達到±1o ，但其缺點也
較多，如影響測量精度的因素較多、占用房間和
設備較多、采樣時間較長、操作程序繁雜、儀器
維修量大、花費成本較高等等。國內各煤礦井下
粉塵檢測點很多，一般都在100個左右，而且按照
有關規定，每個測塵點每月要測塵兩次，測塵采
樣、稱重、計算等一系列工作相當繁瑣；粉塵采
樣器測塵方法，遠遠滿足不了測塵工作的需要。
而l3射線煤塵測量儀測值穩定，體積小，重量輕，
操作簡單，使用方便，更適用于存在易燃易爆可
燃性氣體混合的煤礦工作環境。
3 G射線粉塵測量誤差問題探討
p射線測塵儀是利用 射線通過介質時被吸收
的原理設計的，當射線能量恒定時，吸收量與物
質的質量的關系為：
N — NoP 卻一N0P
式中：』＼，為采樣后被介質吸收后的召粒子計數；
為采樣前未經介質吸收的p粒子計數； 為
粒子對特定介質的吸收系數((cm ／mg)；d為吸
收介質的厚度(cm)；10為介質的相對密度(mg／
cm。)；乘積1 (1一dp) 為吸收介質的面密度
(mg／cm )，也稱為質量厚度。
射線粉塵測定法是粉塵濃度的間接測量方法
中較準確的一種。國內外已有多種型號的p射線測
塵儀，它們大多采用塑料閃爍探頭，探測效率較
低，因而要采用較強的p射線源(約60／~Ci， 即
2．22*10。Bq)，存在安全隱患。因此，通過大量
的實驗與探索降低源的放射性活度，是p射線粉塵
測量急需解決的關鍵問題。同時，在老式粉塵測
量中，采樣器和探測器為兩個分離的獨立系統；
采樣結束后，通過自動化技術將濾膜運輸到探測
器中；其問不可避免的會產生測量誤差，如：采
樣濾紙移位、大氣中存在的放射性粉塵等。而新
的測量方法，則可將采樣與探測融合為統一的監
測系統，當需要采樣時，9o。旋轉濾膜夾，使之與
氣泵連通后開始采樣，采樣完成后將濾膜夾旋回
原位(圖1)。這種融合后的監測系統，將大大降
低粉塵在傳輸過程中所受到的干擾，提高了測量
精度。B射線粉塵測量儀系統結構設計見圖1。
4 結語
J3射線測塵儀具有許多其他測塵方法無法比擬
的優點， 到目前為止， 已經取得迅速發展：從臺
站式到便攜式；從測量總粉塵濃度到測量可吸人
粉塵及其他；從一般自動監測到微電腦管理，實
現監測自動化、智能化；從大氣環境監測到工作
環境、居住環境監測等，B射線測塵儀正在相關領
域發揮著重要作用。隨著科學技術的不斷進步，
相信會有更多更好的B射線測塵儀不斷面世，為煤
礦安全生產作出貢獻。 l
參考文獻
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