[发明专利]矿山作业人员呼吸尘累积接尘量计算方法及测试系统

权利要求书

1.一种矿山作业人员呼吸尘累积接尘量计算方法，其特征在于，

根据工作面现场的风流分布规律和设置在工作面的呼吸尘浓度传感器输出数据，获取工作面的呼吸尘浓度分布规律；

所述工作面的呼吸尘浓度分布规律的获取过程包括：

S1：建立风流-呼吸尘两相流数学模型和工作面物理模型；

所述风流-呼吸尘两相流数学模型包括：

气相动量方程：

颗粒相动量方程：

气相能量方程：

颗粒相能量方程：

其中，ρ为流体密度，单位kg/m³；v为流体速度，单位m/s；p为流体压力，单位Pa；t为时间，单位s；S为源项，单位kg/m³；τ为剪切力，单位N/m；F为体积力，单位N/m³；c_p为等压比热，单位W*s/kg*K；λ为导热系数，单位W/m*K；n为颗粒数；Q_K为K相颗粒因对流换热从流体中带走的热量，单位W*s/m；Q_r为辐射热，单位W*s/m；J_pK为第K相颗粒扩散流的分力，单位N/m ³；F_gpK为颗粒相作用于流体相的合力，单位N/m³；参数中的下标含义：g代表气相，p代表颗粒相，K代表第K相颗粒；

S2：基于所述风流-呼吸尘两相流数学模型和工作面物理模型，进行数值模拟获得呼吸尘浓度分布规律数值模拟结果；

S3：基于设置在工作面的呼吸尘浓度传感器提供的呼吸尘浓度数据，获取工作面呼吸尘浓度分布特征；

基于工作面的风流分布规律获取风速数据；

利用工作面呼吸尘浓度分布特征和风速数据，验证和修正呼吸尘浓度分布规律数值模拟结果，获得工作面的呼吸尘浓度分布规律；

结合工作面的呼吸尘浓度分布规律和矿山作业的人员时空轨迹，基于多层次累加数学模型创建个体呼吸尘接尘量计算模型，利用个体呼吸尘接尘量计算模型计算矿山作业人员呼吸尘累积接尘量，所述个体呼吸尘接尘量计算模型为：

所述D为个体呼吸尘接尘量；

所述k为工作面工作人员的编号，k≥1；

所述n为作业人员在工作面的人员时空轨迹中的位置点个数，j为人员时空轨迹中位置点序号，1≤j≤n；

所述t_kj为第k个作业人员在第j点位置停留的时间，基于个体时空轨迹获得；

所述Q_kj为第k个作业人员在第j点位置的个体呼吸流量；

所述C_kj为第k个工作人员在第j点位置处的△t时间内的平均呼吸尘浓度值，基于呼吸尘浓度分布规律获得。

2.如权利要求1所述的矿山作业人员呼吸尘累积接尘量计算方法，其特征在于，所述工作面现场的风流分布规律获取方法为：

基于设置在工作面的风速传感器提供的风速数据和位置信息，获取工作面风流分布规律；

所述风速传感器数量为多个，均匀或不均匀布置在工作面的上风侧和下风侧，风流干扰处以及作业人员作业范围内。

3.如权利要求1所述的矿山作业人员呼吸尘累积接尘量计算方法，其特征在于，所述呼吸尘浓度传感器数量为多个，均匀或不均匀布置在工作面的粉尘扩散较均匀的区域，固定作业地点以及作业范围内。

4.如权利要求1所述的矿山作业人员呼吸尘累积接尘量计算方法，其特征在于，定期对所述呼吸尘浓度传感器进行校准，校准过程包括：

标定步骤：使用个体呼吸尘采样器对个体呼吸尘检测设备进行标定；

连接步骤：作业人员将标定后的个体呼吸尘检测设备携带至所述呼吸尘浓度传感器所在位置并与呼吸尘浓度传感器建立数据通信；

校准步骤:将个体呼吸尘检测设备和呼吸尘浓度传感器的现场测试值进行比对，以个体呼吸尘检测设备的测试值为基准校准呼吸尘浓度传感器。