论文部分内容阅读
累积接尘量是引发尘肺病的重要因素,目前通用的监测方法是工班采样法。但是,工班采样法会进一步增加作业人员的负重,也不能实时监测作业人员的累积接尘量,对尘肺病预警的实时性较差。累积接尘量实时监测技术能够实时监测作业人员的累积接尘量,并有助于对尘肺病进行实时预警,而作业人员累积接尘量实时监测技术在国内外尚属空白。本论文在国家重点研发计划项目“矿山职业危害防治关键技术及装备研究”(项目编号:2017YFC0805200)的课题八“矿山职业危害预警信息数据库与监测监管第三方支撑平台”(课题编号:2017YFC0805208)的资助下,以煤矿综掘面作业人员累积接尘量监测为研究对象,采用理论分析、数值模拟、实验室试验、现场试验及应用相结合的方法,开展了综掘面呼吸性粉尘浓度时空场、综掘面作业人员累积接尘量实时监测的时空数据采集技术、多源时空数据耦合的综掘面作业人员累积接尘量实时监测方法及验证、综掘面作业人员累积接尘量实时监测方法工程现场应用等研究工作,探寻一种综掘面作业人员累积接尘量实时监测的新方法,为煤矿作业人员尘肺病预警奠定理论基础和提供数据支持。本论文主要研究内容及成果包括:(1)综掘面呼吸性粉尘浓度时空场研究。基于颗粒物运动学理论,分析了综掘面呼吸性粉尘运动过程,建立了呼吸性粉尘运动模型,得到了呼吸性粉尘扩散浓度分布解;运用数值模拟和现场实测对比方法,得到了综掘面呼吸性粉尘分布多因素影响规律与呼吸性粉尘分布规律;以前者为基础,建立了呼吸性粉尘分布多因素影响模型;以后者为依据,确定了呼吸性粉尘浓度传感器布置的关键点;采集关键监测点传感器的实时呼吸性粉尘浓度数据,将浓度变化的时间维度和空间维度引入半变异函数中,结合多因素影响模型得到综掘面呼吸性粉尘时空场算法,建立了综掘面呼吸性粉尘浓度时空场函数模型;与距离加权反比法、克里金法模型进行实验室对比试验,呼吸性粉尘浓度时空场函数模型计算相对误差为±14.8%,比克里金法插值计算相对误差小±10.8%,比距离加权反比法插值计算相对误差小±23.0%。(2)综掘面作业人员累积接尘量实时监测的时空数据采集技术。在分析了累积接尘量实时监测的时空数据(实时呼吸性粉尘浓度、呼吸性粉尘浓度时空场函数模型修正系数和作业人员位置信息)来源及特征的基础上,提出多源实时并行的累积接尘量时空数据采集方法,研发了最优融合的首台呼吸性粉尘浓度传感器,改进了呼吸性粉尘直读仪监测算法,并对个体呼吸性粉尘监测仪和人员定位系统进行误差分析;依据以上研究,提出了作业人员累积接尘量时空数据采集技术,能满足快速准确分辨作业人员每一步行走和监测呼吸性粉尘浓度变化的性能。(3)多源时空数据耦合的综掘面作业人员累积接尘量实时监测方法。采集综掘面关键监测点呼吸性粉尘浓度传感器的实时浓度融入到综掘面呼吸性粉尘浓度时空场函数模型;选择1名作业人员佩戴个体呼吸性粉尘监测仪,通过对比个体监测仪的测量值和时空场函数模型计算值得到呼吸性粉尘浓度时空场函数模型修正系数,对综掘面呼吸性粉尘浓度时空场函数模型进行实时修正,再计算得到作业人员位置的实时呼吸性粉尘浓度;最后,结合人员定位系统获取的人员位置信息(作业位置、作业时间),计算作业人员的实时累积接尘量,提出综掘面作业人员累积接尘量实时监测方法;基于此思路,揭示了多源时空数据耦合机理,以耦合算法为基础,推演建立了累积接尘量实时监测误差模型;对累积接尘量实时监测方法进行了验证和实验室试验,验证该方法能够实现综掘面作业人员累积接尘量的实时监测,实验室多次修正后的相对误差为±15.3%。(4)综掘面作业人员累积接尘量实时监测方法工程现场应用及分析。将综掘面作业人员累积接尘量实时监测方法进行工程现场应用,通过实践证明了累积接尘量实时监测方法能够适用于综掘面工程现场的作业人员累积接尘量监测,实时监测相对误差为±18.6%。