第四章矿山噪声污染及防治1

Chap.4矿山噪声污染及防治随着矿山机械化水平的提高和强化开采的结果矿山环境的特殊性，使矿山特别是井下工作面噪声问题日益突出。矿山安全条例第五十四条规定：“井下工人作业地点，噪声不得超过90分贝(A)。超过时应采取消音或其它防护措施。”测定表明，在采矿环境中工作的人有50-80％遭受听觉损坏，而美国60岁以上的矿工100％有不同程度耳聋。噪声污染不仅危及矿山工人的身体健康、降低工作效率和劳动生产率，而且容易发生工伤事故和干扰通风系统的正常运行。4.1振动、声波和噪声4.2噪声的物理量度4.3噪声的主观评价4.4噪声危害、容许标准和测量技术4.5噪声的控制原理和方法4.6矿山机械设备噪声控制目录4.1振动、声波和噪声4.1.1振动与声波4.1.2描述振动的三个物理量4.1.3描述波动的三个物理量4.1.4噪声4.1.5声波的传播与衰减特性4.1.1振动与声波在我们生活的环境中每时每刻都能听到各种各样的声音，如汽车声音、说话声音等。很多信息是通过声音传播的，如唱歌-人的心情，说话-人的感情或意愿，听到火车声音-反应等。声音与人类的关系如此密切，那么它是怎么产生的呢？又是怎么传播的呢？怎么样来度量？?声音是怎样产生的将手指按住自己的喉头两侧后说话用手拔动张紧的琴弦用手搅动水风吹动树叶哗哗响……结论：声是由物体的振动产生的。一切发声物体都在振动，振动停止，声音停止。4.1.1振动与声波4.1.1振动与声波敲击锣面时，锣面向外（右）运动，靠近锣面的空气受压缩，空气介质的质点密集，空气密度加大；当锣面向内（左）运动时，又使这部分空气介质体积增大，质点变稀，空气密度减小。如此往返，靠近锣面的空气时疏时密，带动邻近空气质点由近及远依次推动起来，这一密一疏的空气层就形成了传播的声波，作用于人耳，产生声音。图3-1声音的产生和传播4.1.1振动与声波注意：声音在介质中传播的只是运动的形式，而介质本身并不被传走，只是在它平衡的位置来回振动。声音的传播就是物体振动形式的传播，故称声音为声波。产生声波的振动源为声源；介质中有声波存在的区域称为声场。声波传播方向称为声线。4.1振动、声波和噪声4.1.1振动与声波4.1.2描述振动的三个物理量4.1.3描述波动的三个物理量4.1.4噪声4.1.5声波的传播与衰减特性4.1.2描述振动的三个物理量声音来自声源的振动，故振动特性对声的性质影响很大。而物体的振动通常用振幅、频率和相位表示。x=Asin(2πft+φ0)这三个物理量是互相独立的。图3-2振动示意图x4.1振动、声波和噪声4.1.1振动与声波4.1.2描述振动的三个物理量4.1.3描述波动的三个物理量4.1.4噪声4.1.5声波的传播与衰减特性4.1.3描述波动的三个物理量振动在介质中的传播称为波。波动与振动不同，振动是振动质点的位移随时间而变化，波动则是介质中各处质点的位移随时间和空间分布不同而变化。波速c=频率f×波长λ其中任两个与振幅一起构成描述波动的三个物理量。4.1.3描述波动的三个物理量声音在不同的介质中传播速度不同。在空气中的传播速度与温度有关，0℃-332m/s，每升高1℃，声速约增加0.6m/s。c=332+0.6T水中：1450m/s，钢铁中：5000m/s。当波速一定时，频率低的波长越长。在控制低频声和高频声的技术措施上不同。4.1振动、声波和噪声4.1.1振动与声波4.1.2描述振动的三个物理量4.1.3描述波动的三个物理量4.1.4噪声4.1.5声波的传播与衰减特性4.1.4噪声物理学：声强和频率杂乱无章、没有规律的声音。广义：人们生活和工作所不需要的声音叫噪声；噪声是声波的一种，具有声波的一切特性。根据不同的分类依据进行分类。4.1.4噪声声源不同空气动力性噪声机械性噪声电磁性噪声由于气体中有了涡流或发生了压力突变，引起气体扰动而产生，如凿岩机、扇风机、鼓风机、空气压缩机等产生的噪声。4.1.4噪声声源不同空气动力性噪声机械性噪声电磁性噪声由于撞击、摩擦、交变的机械应力作用下，机械的金属板、轴承、齿轮等发生振动而产生的。如球磨机、破碎机、电锯等产生的噪声。（由此判断机器运行情况）4.1.4噪声声源不同空气动力性噪声机械性噪声电磁性噪声由于磁场脉动、磁场伸缩、引起电气部件振动而产生的。如电动机、变压器等产生的噪声。4.1.4噪声频谱不同有调噪声无调噪声含有非常明显的基频和伴随着基频的谐波，这种噪声大部分是由旋转机械（如扇风机、空气压缩机）产生的。没有明显的基频和谐波的噪声，如脉冲爆破声、排气放空等。4.1振动、声波和噪声4.1.1振动与声波4.1.2描述振动的三个物理量4.1.3描述波动的三个物理量4.1.4噪声4.1.5声波的传播与衰减特性4.1.5声波的传播与衰减特性声学概念声波的反射、折射、绕射和干涉声波的自然衰减声学概念波线：声波的传播方向波前：某一时刻，相位相同的各点连成的轨迹曲线面球面波：波前为球面——平面波：波前为平面图3-3波前、波面、波线示意图波线波面波前波前声学概念声场：声波影响和波及范围自由声场扩散声场大多数场合为半扩散，介于前两者之间，如工矿企业、住宅等。半扩散声场无边界、媒质均匀且各向同性的声场此声场中的声波在任何方向传播都无反射，如室外开阔的旷野、消声室等。与自由声场完全相反，声波接近全反射。声波的发射、折射、绕射和干涉反射和折射声波在传播过程中，遇到障碍物、不均匀介质和不同介质时的现象。θθθ12ρ1c1ρ2c2θsinc1=θsinc1θsinc2=12当两种介质的声阻抗率ρc接近时，声波几乎全部由第一种介质进入第二种介质，全部透射出去；当第二种介质的声阻抗率远远大于第一种介质的声阻抗率时，声波大部分都会被反射回去，透射到第二种介质的声波能量是很小的。图3-4声波的入射、反射和折射声波的发射、折射、绕射和干涉反射和折射——温度和风速图3-5声在空气中传播的折射温度增加温度降低声源白天地面吸收太阳热能，自地面向上，温度降低，声速变小夜晚地面温度下降的快，靠近地面声速小风速顺风—声速随高度增加逆风—有声影区风速声影区声波的发射、折射、绕射和干涉绕射和干涉当声波频率低、波长较长、障碍物尺寸比波长小得多时，声波将绕过障碍物继续向前传播。若障碍物上有小孔洞，声波仍能透过小孔扩散向前传播。障碍物声影区障碍物声影区图3-6声在空气中传播的绕射声波的发射、折射、绕射和干涉绕射和干涉当几个声源发出的声波在同一种介质中传播时，它们可能会在空间某点上相遇，相遇处质点的振动是各波引起振动的合成。当两个频率相同的声波，以同样的相位到达某一定点时，两个声波加强，其合成振幅为两个波幅之和；当两个波的相位相反，互相减弱，其合成振幅为两个波幅之差。这种现象称为波的干涉。声波的自然衰减声波在任何声场中传播都会有衰减，原因有二：一是声波传播中，波前的面积随传播距离的增加而不断扩大，使单位面积上通过的声能相应减少，这种随距离增加而衰减，叫扩散衰减。二是声波在介质中传播时，由于介质的内摩擦、黏滞性、导热性等特性使声能不断被介质吸收转化为其他形式的能量，是声强逐渐衰减，称为吸收衰减。声波的自然衰减声源的形状和大小不同时，其衰减的快慢不同。根据声源的形状和大小，分为：点、线、面声源。图3-7声源类型（点、线、面）声波的自然衰减图3-8声源随距离增加的扩散衰减-6dBr0r点声源在自由声场中传播，距离每增加一倍，声压级衰减6dB。l-6dBr0r0=l/π-3dBr≤l/π，r每增加一倍，声压级衰减3dB；rl/π，r每增加一倍，声压级衰减6dB；-6dBra/π-3dBb/π0dBabrr≤a/π，声压级无变化；a/πr≤b/π，r每增加一倍，声压级衰减3dB；Rb/π，r每增加一倍，声压级衰减6dB声波的自然衰减声波的吸收衰减声波在介质中传播，能量会不断地被介质吸收而转化为其他形式的能量。这种衰减与声波的频率(↑↑)、介质的成分、温度(↓↑)、湿度(↓↑)等有关。Lp=LW-Ar-AcLp：离开声源某个距离上的声压级LW：声源的声功率级Ar：由声波扩散带来的衰减Ac：由介质吸收带来的衰减4.1振动、声波和噪声4.2噪声的物理量度4.3噪声的主观评价4.4噪声危害、容许标准和测量技术4.5噪声的控制原理和方法4.6矿山机械设备噪声控制目录4.2.1声压与声压级4.2.2声强与声强级4.2.3声功率与声功率级4.2.4分贝的运算方法4.2.5频谱分析4.2噪声的物理量度声压P：声源振动时，空气介质中压力的改变量。牛顿/米2或帕（Pa）声压越大，人耳感觉越响，反之则小。人耳能听到的声音最低界限称闻阈，对于1000Hz的基音，正常人的闻阈声压为2×10-5Pa；能使人耳产生疼痛感觉的界限称痛阈，正常人的痛阈声压为20Pa，如果痛阈声压超过20Pa后，人耳在此声压作用下，就会破裂出血，造成耳聋。二者相差百万倍，故用声压的绝对值来衡量声音的强弱，不是很方便，而且人耳对此范围内的微小变化、分辨力又差，因此，采用声压级来表示。4.2.1声压和声压级声压级Lp＝10lgP2/P02＝20lgP/P0Lp——声压级（dB）；p——声压（Pa）；p0——基准声压，为2×10-5Pa，该值是对1000Hz声音人耳刚能听到的最低声压。用声压级代替声压的好处是把闻阈与痛阈声压差值从数百万倍改为0~120dB的范围，这样就简单多了。4.2.1声压和声压级4.2.1声压与声压级4.2.2声强与声强级4.2.3声功率与声功率级4.2.4分贝的运算方法4.2.5频谱分析4.2噪声的物理量度声强I：在单位时间内，通过与声波传播方向垂直的单位面积上的声能量。用I表示，单位为W/m2。声压与声强关系I＝P2/ρcρ——空气密度；c——声速。声强级LI＝10lgI/I0LI——声强率级（dB）；I——声强（W/m2）;I0——基准声强，1000Hz时纯音的闻阈声强为10-12W/m2。4.2.2声强和声强级4.2.1声压与声压级4.2.2声强与声强级4.2.3声功率与声功率级4.2.4分贝的运算方法4.2.5频谱分析4.2噪声的物理量度4.2.3声功率和声功率级声功率：是表示声源特性的物理量，是指声源在单位时间内向外辐射出的总声能。在噪声监测中，声功率是指声源总声功率。单位为W。声源辐射声音本领的大小声功率与声强的关系I=W/4πr2r—测试点到辐射中心（如产生噪声的机器）距离，m。可见，声强大小随着与声源距离的增大而迅速降低。4.2.3声功率和声功率级声功率级：声源发射的声功率W与基准声功率W0的比值取常用对数再乘以10的数值，用LW表示。LW=10lgW/W0W0—基准声功率，1000Hz时纯音的闻阈声强为10-12W。声功率级与声强级一样，无法直接测定，需要在特定条件下测出声压级进行推算。4.2.1声压与声压级4.2.2声强与声强级4.2.3声功率与声功率级4.2.4分贝的运算方法4.2.5频谱分析4.2噪声的物理量度4.2.4分贝的运算方法分贝定义：（dB）——decibel声音的单位，指两个相同的物理量（例如A1和A0）之比取以10为底的对数并乘以10（或20）。n＝10lgA1/A0其中：A0——基准量（或参考值）A1——被量度量分贝运算：声压级的相加、声压级相减、声压级平均值声压级的相加当几个性质相同的声源相加时，其总声压仍是各个声压的均方根值，则有p2=p12+p22+p32+……+pn22232221nppppp2np声压级的相加不是简单地算术值相加，必须按对数运算的规律进行。例如几个声压相等的声压，其总声压则为，而总声压级为nLLnpppnppplg10lg10/lg20/lg20L002当n=2时，Lp=L+3，即：比一个噪声源的声压级高3dB。声压级的相加若求两个不同的声