[发明专利]综掘面呼吸性粉尘浓度时空场函数模型的构建方法

说明书

本发明涉及一种综掘面呼吸性粉尘浓度时空场函数模型的构建方法，属于综掘面呼吸性粉尘监测领域。该方法包括：S1：在综掘面附近布置多个呼吸性粉尘浓度传感器作为监测点，并将各监测点某一段时间采集的实时数据作为已知监测点的数据样本；S2：对数据样本采用经过对比的高斯理论模型拟合时间半变异函数和空间半变异函数；S3：根据拟合后的时间半变异函数和空间半变异函数，得到呼吸性粉尘时空场算法；S4：采用呼吸性粉尘时空场算法建立综掘面呼吸性粉尘浓度时空场函数模型，计算得到综掘面内任意位置的呼吸性粉尘浓度。本发明旨在实时监测综掘面任意位置呼吸性粉尘浓度，为作业人员累积接尘量监测奠定基础。

技术领域

本发明属于综掘面呼吸性粉尘监测领域，涉及一种综掘面呼吸性粉尘浓度时空场函数模型的构建方法。

背景技术

综掘面是煤矿井下的主要产尘点之一，由于采用局部通风方式，无法形成循环风流，作业人员长期吸入呼吸性粉尘，导致综掘面作业人员的尘肺病患病率较高。因此，弄清楚综掘面呼吸性粉尘浓度时空场特征对于降低尘肺病患病率具有非常重要的意义。

针对综掘面总粉尘分布和运移规律已有不少学者进行了研究，主要采用数值模拟、现场实测、数值模拟和现场实测对比方法。

Geng等人通过欧拉-拉格朗日方法模拟尘埃运动，研究了有风幕系统和没有风幕系统时综掘面巷道中总粉尘的分布规律；Shi等人将经验拖拽力模型应用到气流和粉尘流的非定常相间耦合建模，采用Fluent中的离散相建模数值模拟分析了回风侧的总粉尘运移特征；庞杰文等人在3个综掘面分布布置粉尘浓度测点及分散度测点，对综掘面生产时的粉尘分布情况进行测量，得到总粉尘分布特征；Zhang等人利用CFD软件和实测对比方法，研究了综掘面回风侧的总粉尘分布规律；Liu等人通过CFD技术和现场测量方法，研究分析了综掘面总粉尘运移分布规律。

国内外学者虽已对综掘面总粉尘的运动和分布规律进行了研究，但是针对的对象均是总粉尘，没有涉及到呼吸性粉尘。同时，目前的运移及分布规律或是综掘面粉尘稳态特征，或是多个瞬态特征的串联，仅考虑了空间对粉尘分布的影响。而综掘面内的粉尘是随时变化的，其与时间参数也相关。因此，亟需一种新的方法来提高综掘面呼吸性粉尘监测的准确性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种综掘面呼吸性粉尘浓度时空场函数模型的构建方法，以呼吸性粉尘浓度变化的时间和空间维度为变量，研究综掘面呼吸性粉尘浓度时空场，建立相关时空场函数模型，从而提高综掘面呼吸性粉尘监测的准确性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种综掘面呼吸性粉尘浓度时空场函数模型的构建方法，以关键监测点的呼吸性粉尘浓度传感器实测数据作为来源，提出一种扩展的空间插值算法；将呼吸性粉尘浓度变化的时间维度和空间维度引入到半变异函数中，提出一种呼吸性粉尘时空场算法，从而建立综掘面呼吸性粉尘浓度时空场函数模型。该建模方法具体包括以下步骤：

S1：在综掘面附近布置多个呼吸性粉尘浓度传感器作为监测点，并将各监测点某一段时间采集的实时数据作为已知监测点的数据样本；

S2：对数据样本采用经过对比的高斯理论模型拟合时间半变异函数γ_t(t_j)和空间半变异函数γ_s(l_i)；

S3：根据拟合后的时间半变异函数γ_t(t_j)和空间半变异函数γ_s(l_i)，得到呼吸性粉尘时空场算法；

S4：采用呼吸性粉尘时空场算法建立综掘面呼吸性粉尘浓度时空场函数模型，计算得到综掘面内任意位置的呼吸性粉尘浓度Z^*(d₀)。