CN111351731B - 矿山工作面粉尘危害在线监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开矿山工作面粉尘危害在线监测系统及方法，建立工作面三维空间坐标模型，并在各个测量点布置总粉尘采样器进行粉尘采样，结合呼吸性粉尘浓度空间分布，得到总粉尘浓度分布空间规律和呼吸性粉尘比例分布空间规律，从而运算得到呼吸性粉尘浓度分布空间规律；安装呼吸性粉尘浓度传感器，分析得到工作面呼吸性粉尘浓度时间变化系数，结合工作面呼吸性粉尘浓度分布空间规律研究得出工作面呼吸性粉尘浓度随时间变化的空间规律；再运用人员定位系统，监测作业人员在工作面的运动轨迹，从而完成矿山粉尘对作业人员个体危害的在线监测。通过本发明可以实时在线监测矿山作业人员的个体粉尘接触时间及接尘量，为尘肺预警提供数据支撑。

Description

矿山工作面粉尘危害在线监测系统及方法

技术领域

本发明涉及粉尘危害在线检测技术领域，特别涉及矿山工作面粉尘危害在线监测系统及方法。

背景技术

矿山工作面工作环境中，尘肺病的元凶为呼吸性粉尘，矿山作业人员呼吸性粉尘计算的方式主要是通过个体监测设备获得呼吸性粉尘工班接尘量，比如美国、德国等通过呼吸性粉尘采样及井下环境参数的实时监测、建立相应的毒害物质数据库和职工健康档案、定期合理调配作业人员工种等手段预防尘肺病的发生。

而我国矿山从业人员数量众多，职业危害监管主要采用自查和抽查的方式，这种监管方式存在监测时效性差、覆盖面窄、人为因素影响大等问题。同时，通过个体监测设备获得呼吸性粉尘工班接尘量的方法在我国矿山企业推行难度大，原因在于个体设备会进一步增加高负荷作业人员的负担。

虽然国内外学者已运用数值模拟的方法对工作面粉尘分布规律进行了定性研究，且选择粉尘浓度较大区域进行现场实测对比分析，其方法均视工作面的粉尘分布为稳态，但矿山工作面中粉尘实际是处于动态的，因此现有技术不能精确计算动态的呼吸粉尘接尘量，同时缺乏一种精确的实测方法对工作面内的粉尘分布规律进行详细定量分析，更没有建立基于实测数据的粉尘浓度分布规律的实时在线的数学模型。

因此，我国迫切需要粉尘危害在线监测系统及方法，监测呼吸尘粉尘对作业人员的危害，为作业人员尘肺病预警提供重要基础数据，为作业人员尘肺病预警提供重要基础数据。

发明内容

针对现有技术中工作面呼吸粉尘接尘量无法动态实时测量的问题，本发明提出矿山工作面粉尘危害在线监测系统及方法。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

矿山工作面粉尘危害在线监测方法，先建立矿山工作面的(x,y,z)三维空间坐标模型，并在三维空间坐标模型内的各个测量点布置总粉尘采样器进行粉尘采样，得到各个测量点工作面总粉尘浓度值和呼吸性粉尘比例值，结合工作面数值模拟仿真的呼吸性粉尘浓度空间分布，分析得到工作面总粉尘浓度分布空间规律和呼吸性粉尘比例分布空间规律，从而两者运算得到工作面呼吸性粉尘浓度分布空间规律；

在工作面中安装呼吸性粉尘浓度传感器，得到工作面呼吸性粉尘浓度时间变化系数，结合工作面呼吸性粉尘浓度分布空间规律，分析得到工作面呼吸性粉尘浓度时空规律；

再结合工作面人员定位系统，得到作业人员的运动轨迹，从而计算出作业人员的呼吸性粉尘个体接尘量:

公式(1)中，D_V表示第V个作业人员在工作面的呼吸性粉尘个体接尘量，mg；η表示作业人员工作面呼吸性粉尘个体接尘量修正系数；Q_V表示第V个作业人员的个体呼吸流量；C_VW表示第V个作业人员在第W个位置的呼吸性粉尘浓度值，mg/m³；t_VW表示第V个作业人员在第W个位置的作业时间，s；p表示作业人员的位置。

优选的，所述测量点的布置方法为：

以司机正下方底板处为原点建立工作面的(x,y,z)三维空间坐标模型，轴向沿司机后方的方向为Y正向，工作面底板指向顶板方向为Z正向，司机位置指向左侧壁面方向为X正向；X轴与Z轴构成测量断面，在X轴上从挖掘点开始以dx的距离依次选择i个点，在Z轴上从挖掘点开始以dz的距离依次选择j个点，则形成的交点为测量点A(X_i,Z_j)；且在Y轴上选取n个测量断面，从而得到工作面测量点A的空间坐标(X_i,Z_j,Y_n)，i表示X轴上对应测量点的个数，j表示Z轴上对应测量点的个数，n表示测量断面的个数。

优选的，所述工作面总粉尘浓度值的计算方法为：

总粉尘采样器中，含尘空气在一定时间内通过滤膜，粉尘被阻留在滤膜上，然后通过测量气量和测量滤膜上粉尘的质量，从而计算出总粉尘的浓度：

公式(2)中，C表示测量点的粉尘浓度，mg/m³；m₁、m₂分别表示滤膜采样前后的质量，g；Q表示采样流量，L/min；t表示采样时间，min。

优选的，所述工作面总粉尘浓度分布空间规律获取方法为：

在工作面的三维空间坐标模型中，选取测量点并结合相对应的粉尘浓度值以建立工作面的总粉尘浓度分布模型：

C_总＝-aY⁴+bY³-cY²-dY+e (3)

公式(3)中，C_总表示工作面的总粉尘浓度，a、b、c、d、e均表示模型的修正系数；

在总粉尘浓度分布模型中输入各个测量点的三维空间坐标以分析工作面的总粉尘浓度分布数据，从而获取工作面的总粉尘浓度分布空间规律。

优选的，所述呼吸性粉尘比例分布空间规律获取方法为：

在工作面的三维空间坐标模型中，选取测量点并结合相对应的呼吸性粉尘粒度，建立工作面的呼吸性粉尘比例分布模型：

K＝a^*Y⁴+b^*Y³+c^*Y²+d^*Y+e^* (4)

公式(4)中，K表示工作面的呼吸性粉尘比例，a^*、b^*、c^*、d^*、e^*均表示呼吸性粉尘比例分布模型的修正系数；

在工作面的呼吸性粉尘比例分布模型中输入三维空间坐标以分析工作面的呼吸性粉尘比例数据，从而获取工作面的呼吸性粉尘比例分布空间规律。

优选的，所述工作面呼吸性粉尘浓度时空规律为：

C_VW＝m*KC_总 (5)

公式(5)中，C_VW表示第V个作业人员在第W个位置的呼吸性粉尘浓度值，mg/m³；m表示工作面呼吸性粉尘浓度时间变化系数；C_总表示作业人员在工作面的总粉尘浓度值；K表示作业人员在工作面的呼吸性粉尘比例分布比例值。

优选的，所述作业人员的运动轨迹根据作业人员佩戴的人员定位系统上传的位置信息和作业时间获得的，所述人员定位系统的定位精度为1m。

本发明还提出矿山工作面粉尘危害在线监测系统，包括服务器，总粉尘采样器，呼吸性粉尘浓度传感器以及人员定位系统；其中，

所述总粉尘采样器安装在工作面的各个测量点，用于采集各个测量点的粉尘数据；

所述呼吸性粉尘浓度传感器安装在工作面，用于监测该位置点的呼吸性粉尘浓度变化数据；

所述人员定位系统，用于实时检测作业人员的空间位置；

所述服务器，用于计算得到作业人员呼吸性粉尘个体接尘量。

综上所述，由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明通过在工作面采用三维空间测点布置方案，对整个工作面的总粉尘浓度和呼吸性粉尘粒径分布进行现场实测并建立三维数学模型，从而得到呼吸性粉尘浓度三维空间分布规律，并结合时间变化系数得到呼吸性粉尘受控规律；再结合人员定位系统，可实时获取工作面作业人员呼吸性粉尘个体累积接尘量的数值，以对作业人员的身体情况进行实时检测，防止作业人员过量吸入粉尘危害身体，为尘肺预警提供数据支撑，从而保证作业人员的身体健康状态。

附图说明：

图1为根据本发明示例性实施例的工作面作业人员呼吸性粉尘个体接尘量计算方法流程示意图。

图2为根据本发明示例性实施例的工作面的三维模型结构示意图。

图3为根据本发明示例性实施例的工作面生产时总粉尘浓度变化示意图。

图4为根据本发明示例性实施例的工作面支护时总粉尘浓度变化示意图。

图5为根据本发明示例性实施例的工作面生产时呼吸尘比例分布示意图。

图6为根据本发明示例性实施例的工作面支护时呼吸尘比例分布示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

参考图1，本发明提供一种工作面作业人员呼吸性粉尘个体接尘量计算方法，具体包括以下步骤：

建立工作面的(x,y,z)三维空间坐标模型，并在工作面三维模型内的各个测量点布置总粉尘采样器进行粉尘采样，得到各个测量点总粉尘浓度值和呼吸性粉尘比例值，分析得到工作面总粉尘浓度分布空间规律和呼吸性粉尘比例分布空间规律，从而两者结合得到工作面呼吸性粉尘浓度分布空间规律；

在工作面中安装呼吸性粉尘浓度传感器，得到工作面呼吸性粉尘浓度时间变化系数，结合工作面呼吸性粉尘浓度分布空间规律得到工作面呼吸性粉尘浓度时空规律；

再结合工作面人员定位系统，得到作业人员在工作面三维空间坐标的运动轨迹，从而计算出作业人员的呼吸性粉尘个体接尘量。

在实际的工作面工作中，因对粉尘的分布规律不清楚，因此需在系统软件中先建立工作面的三维空间模型，并使用CFD软件对工作面进行数值模拟仿真，得出数值模拟的工作面总粉尘浓度分布场；以数值模拟的总粉尘浓度分布场为依据，结合工作面三维空间坐标模型，建立工作面总粉尘实测布点方案根据实测方案，在不同的工况状态下(生产和支护)，使用粉尘采样器在不同的测点同时采样测试，对采样质量和粒度进行分析得到实测工作面总粉尘分布规律和呼吸性粉尘粒度分布规律，将二者结合计算得到工作面呼吸性粉尘浓度分布规律。

本实施例中，工作面中，掘进机在皮带上运行，左侧为人行通道，为测量工作人员(包括掘进机司机、支护工、锚杆工等)的呼吸粉尘接尘量，因此需以工作人员的活动区域进行测量。本实施例中，可以司机正下方底板处(皮带)为原点O(0,0,0)建立三维空间坐标系(X，Y，Z)，如图2所示，α表示掘进机的前进方向，O点为三维空间坐标系的原点，轴向沿司机后方的下风向方向为Y正向，工作面底板指向顶板方向为Z正向，司机位置指向左侧壁面方向为X正向。本实施例中，为减小采样点的区域，可设置0≤|X|≤2.2m，0≤|Y|≤30m，0≤|Z|≤2.2m。

本实施例中，在建立的工作面的三维空间坐标系中，X轴与Z轴可构成测量断面，在测量断面上布置多个测量点A，用于检测对应位置的呼吸粉尘浓度，因此可得到测量断面测量点A的集合：

(X_i,Z_j)表示测量点A的位置坐标，i表示X轴上对应测量点的个数，j表示Z轴上对应测量点的个数，优选的，i＝4，j＝3。本实施例中，为便于测量标记,可设置测量点在X轴和Z轴的映射距离,|X_i|表示测量点(X_i,Z_j)与Z轴的垂直距离，|Z_j|表示测量点(X_i,Z_j)与到X轴的垂直距离，例如在X轴上从挖掘点开始以dx＝0.7m的距离依次选择i个点，在Z轴上从挖掘点开始以dz＝0.7m的距离依次选择j个点,即|X₁|＝0m，|X₂|＝0.7m，|X₃|＝1.4m，|X₄|＝2.2m；|Z₁|＝0.7m，|Z₂|＝1.5m，|Z₃|＝2.2m。

本实施例中，为方便采集整个工作面中粉尘浓度，可选择n个测量断面{1,2，…，n}进行采集，即断面在三维空间坐标系中Y轴坐标为{Y₁,Y₂，…，Y_n}，|Y_n|表示测量断面与原点的水平距离。并在每个断面均设置与前步骤相同的测量点，即最终可得到工作面的三维模型中测量点的三维空间坐标为(X_i,Z_j,Y_n)。

本实施例中，由空间模拟分析可得到在距离原点Y正向5m内X、Y、Z方向总粉尘浓度变化剧烈，大于5m后总粉尘浓度呈现有规律的分布状态。因此需要5m范围内X、Y、Z正向上均匀布置较多的测点，大于5m非均匀的布置较少的测点。

因此，根据数值模拟仿真的总粉尘浓度场布置测点需分两部分：0≤Y≤5m和5m<Y≤30m。

当0≤Y≤5m时，X轴向测点分别是：掘进巷道运输皮带一侧人行区域横向距离皮带处以dx的距离在X轴上依次选择i个点，例如dx＝0.2m,即|X_i|＝0m、0.2m、0.4m、0.6m、0.8m、1m、1.2m、1.4m、1.6m、1.8m、2m、2.2m；同理Y轴向测点分别是：|Y_n|＝0m、1m、2m、3m、4m、5m；同理以dz的距离依次在Z轴选择j个点，例如dz＝0.2m,即|Z_j|＝0.2m、0.4m、0.6m、0.8m、1m、1.2m、1.4m、1.6m、1.8m、2m、2.2m。

当5m<Y≤30m时，X轴向测点分别是：掘进巷道运输皮带一侧人行区域横向距离皮带处|X_i|＝0.4m、0.8m、1.2m、1.6m、1.8m、2m、2.2m；Y轴向测点分别是：距离司机处|Y_n|＝7m、10m、15m、20m、30m；Z轴向测点分别是：|Z_j|＝0.4m、0.8m、1.2m、1.6m、1.8m、2m、2.2m。

本实施例中，采用总粉尘采样器和分析天平对测量点的粉尘浓度进行采集计算。为保证测量的精度，总粉尘采样器的参数为：负载能力≥200Pa，精度±10％；分析天平的参数为：量程为120g/42g，分辨率为0.1mg/0.01mg。

总粉尘浓度值计算方法：总粉尘采样器中，在气泵作用下，使一定体积的含尘空气在一定时间内通过已知质量的滤膜，粉尘被阻留在滤膜上，然后通过测量气量和测量滤膜上粉尘的质量，从而计算出粉尘的浓度，计算公式如下：

公式(1)中，C表示测量点的粉尘浓度，mg/m³；m₁、m₂分别表示滤膜采样前后的质量，g；Q表示采样流量，L/min；t表示采样时间，min。

本实施例中，采集各个测量断面的粉尘，使用MD-1粉尘粒度分布测定仪对各个断面的粉尘的粒度分析，可得到工作面的呼吸性粉尘比例值。MD-1粉尘粒度分布测定仪的参数为：粒度范围(0～150)μm；精度±10％。

工作面的总粉尘浓度分布规律包括生产时的总粉尘浓度分布规律和支护时的总粉尘浓度分布规律,从测量的得到的总粉尘浓度值可进行分析。

本实施例中，工作面生产和支护状态的判定：通过安装在掘进司机正上方1.5米处的呼吸性粉尘传感器的实时测试值范围来判定工作面的工作状态，当实时测试值>35mg/m³时，工作面处于生产状态；当实时测试值≤35mg/m³时，工作面处于支护状态，且当实时测试值<5mg/m，工作面处于检修状态，不计入累积接尘量计算范围。

参考图3，经过实测分析可得到工作面生产时的总粉尘浓度分布空间规律：工作面生产时，总粉尘变化最剧烈的位置在距离司机10米以内；生产时司机处大约900mg/m³迅速降低到距离司机9米处的210mg/m³左右；而当在距离司机20米处，总粉尘浓度逐步平稳，生产时是为120mg/m³左右。而Z轴三个不同高度向水平面的总粉尘是随着高度增加总粉尘浓度呈降低趋势，最大相差约21％；总粉尘浓度随着Y轴向距离增加总粉尘浓度迅速降低，Y＞20m后总粉尘浓度开始稳定；而在X方向，随着X轴向距离增加总粉尘浓度有所降低，最大相差约24％。

根据工作面生产时的总粉尘浓度分布空间规律，采用数学建模的思路，得到基于工作面生产时的X、Y、Z三个坐标方向的总粉尘浓度分布的数学模型：

C_总＝-aY⁴+bY³-cY²-dY+e (2)

公式(2)中，C_总表示工作面的总粉尘浓度值，a、b、c、d、e均表示模型的修正系数，

其中，a＝a₁₁X²+a₁₂X+a₁₃，a₁₁＝-0.0001Z²+0.0002Z+0.0009,a₁₂＝-0.0002Z²+0.001Z-0.0048,a₁₃＝0.0012Z²-0.0071Z+0.0233；

其中，b＝b₁₁X²+b₁₂X+b₁₃，b₁₁＝0.0012Z²-0.0078Z+0.0503,b₁₂＝-0.0078Z²+0.0407Z-0.2046,b₁₃＝0.0463Z²-0.287Z+0.8192；

其中，c＝c₁₁X²+c₁₂X+c₁₃，c₁₁＝0.3299Z²-1.0508Z+1.208,c₁₂＝-2.7801Z²+8.6078Z-7.4465,c₁₃＝0.9288Z²-4.7352Z+5.9339；

其中，d＝d₁₁X²+d₁₂X+d₁₃，d₁₁＝-0.0444Z²+0.4189Z-1.9004,d₁₂＝0.3808Z²-2.5277Z+8.8054,d₁₃＝0.2153Z²+4.9748Z+79.046；

其中，e＝e₁₁X²+e₁₂X+e₁₃，e₁₁＝0.4561Z²-2.2162Z+15.19,e₁₂＝-1.9102Z²+9.5306Z-68.436,e₁₃＝26.143Z²-133.27Z+994.33。

参考图4，经过实测分析可得到工作面支护时的总粉尘浓度分布空间规律：工作面支护时，总粉尘变化最剧烈的位置在距离司机10米以内；支护时司机处大约380mg/m³迅速降低到距离司机9米处的100mg/m³左右；而当在距离司机20米处，总粉尘浓度逐步平稳，生产时是为60mg/m³左右。三个不同高度Z轴向水平面的总粉尘随着高度增加总粉尘浓度呈降低趋势，最大相差约22％；总粉尘浓度随着Y轴向距离增加总粉尘浓度迅速降低，Y＞20m后总粉尘浓度开始稳定；而在X方向，随着X轴向距离增加总粉尘浓度有所降低，最大相差约23％。

工作面的呼吸性粉尘比例分布规律也包括生产时的呼吸性粉尘比例分布规律和支护时的呼吸性粉尘比例分布规律，可结合测量点的粉尘粒度值进行分析。

参考图5，经过实测分析可得到工作面生产时的呼吸性粉尘比例分布空间规律如下：呼吸性粉尘比例最大位置在距离司机20米以后；Z轴向的三个不同高度水平面的呼吸性粉尘比例随着高度增加呈降低趋势，最大相差约13％；呼吸性粉尘比例随着Y轴向距离增加迅速上升，Y＞20m后呼吸性粉尘开始稳定；而在X方向，随着X轴向距离增加呼吸性粉尘比例逐步增加，最大相差约14％。

根据工作面生产时的呼吸性粉尘比例分布规律，采用数学建模的思路，得到基于工作面生产时的X、Y、Z三个坐标方向的呼吸性粉尘比例分布的数学模型：

K＝a^*Y⁴+b^*Y³+c^*Y²+d^*Y+e^* (3)

公式(3)中，K表示工作面的呼吸性粉尘比例，a^*、b^*、c^*、d^*、e^*均表示呼吸性粉尘比例分布模型的修正系数；

其中，a^*＝a₁₁，

其中，b^*＝b₁₁，

其中，c^*＝c₁₁，

其中，

其中，

参考图6，经过实测分析可得到工作面支护时的呼吸性粉尘比例分布空间规律如下：呼吸性粉尘比例最大位置在距离司机20米以后；Z轴向的三个不同高度水平面的呼吸性粉尘比例随着高度增加呈降低趋势，最大相差约13％；呼吸性粉尘比例随着Y轴向距离增加迅速上升，Y＞20m后呼吸性粉尘开始稳定；而在X方向，随着X轴向距离增加呼吸性粉尘比例逐步增加，最大相差约18％。

综合上述可得到工作面呼吸性粉尘浓度的空间规律，是属于稳态的，但呼吸性粉尘的浓度是随着时间的变化也会发生变化的，因此从空间规律中得出粉尘浓度变化最剧烈的位置(一般掘进机司机位置处变化最剧烈)，并在该位置点安装呼吸性粉尘浓度传感器，用于监测该位置点的呼吸性粉尘浓度随时间变化规律，得到变化系数m；然后将变化系数m带入到呼吸性粉尘空间规律，推演得到工作面随时间变化的呼吸性粉尘浓度时空规律,建立工作面呼吸性粉尘时空规律模型：

C_VW＝m*KC_总 (4)

公式(4)中,C_VW表示第V个作业人员在第W个位置的呼吸性粉尘浓度值，mg/m³,m表示作业人员正上方1.5米处的呼吸性粉尘传感器的实时测试值与原数学模型中的呼吸性粉尘尘浓度值38.4mg/m³的比值(即时间变化系数)，C_总表示作业人员在工作面生产或支护时的总粉尘浓度值，K表示作业人员在工作面生产或支护时的呼吸性粉尘比例分布比例值。

本实施例中，为便于检测作业人员的呼吸粉尘接尘量，本发明提供一种精度为1m的定位系统，以上传对应作业人员的位置和工作时间到数据中心；并在各个断面位置或测量点安装呼吸性粉尘浓度感应器，以实时检测呼吸性粉尘的浓度，并上传到数据中心，以此计算作业人员的呼吸性粉尘个体接尘量。

因此，综合工作面生产时的总粉尘浓度分布规律、工作面支护时的总粉尘浓度分布规律、工作面生产时的呼吸性粉尘比例分布规律、工作面支护时的呼吸性粉尘比例分布规律以及定位系统的信息，可得到工作面第V个作业人员在第W个位置(三维空间坐标位置)的个体呼吸性粉尘接尘量数学计算模型，公式如下：

公式(5)中，D_V表示第V个作业人员在工作面的呼吸性粉尘个体接尘量，mg；η表示作业人员工作面呼吸性粉尘个体接尘量修正系数，通常为1；Q_V表示第V个作业人员的个体呼吸流量，一般为2L/min；C_VW表示第V个作业人员在第W个位置的呼吸性粉尘浓度值，mg/m³；t_VW表示第V个作业人员在第W个位置的作业时间，s；p表示作业人员的位置。

基于上述方法，本发明还提出矿山工作面粉尘危害在线监测系统，包括服务器，总粉尘采样器，呼吸性粉尘浓度传感器以及人员定位系统；总粉尘采样器，呼吸性粉尘浓度传感器以及人员定位系统均分别与服务器有线/无线连接。

其中，

所述总粉尘采样器安装在工作面的各个测量点，用于采集各个测量点的粉尘数据；

所述呼吸性粉尘浓度传感器安装在工作面，用于监测该位置点的呼吸性粉尘浓度变化数据；可结合工作面呼吸性粉尘空间分布规律来安装呼吸性粉尘浓度传感器，呼吸性粉尘浓度传感器安装在呼吸性粉尘浓度发生变化最剧烈的位置，这样才能更好地获取粉尘数据；

所述人员定位系统，安装在工作面上，用于实时检测作业人员的空间位置；作业人员佩戴个体呼吸性粉尘采样器和人员定位移动终端在工作面内作业时，人员定位系统就可进行实时检测。

所述服务器，根据粉尘采样器采集的粉尘数据、呼吸性粉尘浓度变化数据和人员定位空间数据，可计算得到作业人员呼吸性粉尘个体接尘量，并进行显示便于工作人员查看。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.矿山工作面粉尘危害在线监测方法，其特征在于，

建立矿山工作面的(x,y,z)三维空间坐标模型，并在三维空间坐标模型内的各个测量点布置总粉尘采样器进行粉尘采样，得到各个测量点工作面总粉尘浓度值和呼吸性粉尘比例值，结合工作面数值模拟仿真的呼吸性粉尘浓度空间分布，分析得到工作面总粉尘浓度分布空间规律和呼吸性粉尘比例分布空间规律，从而两者运算得到工作面呼吸性粉尘浓度分布空间规律；

在工作面中安装呼吸性粉尘浓度传感器，得到工作面呼吸性粉尘浓度时间变化系数，结合工作面呼吸性粉尘浓度分布空间规律，分析得到工作面呼吸性粉尘浓度时空规律；

C_VW＝m*KC_总 (1)

公式(1)中，C_VW表示第V个作业人员在第W个位置的呼吸性粉尘浓度值，mg/m³；m表示工作面呼吸性粉尘浓度时间变化系数；C_总表示作业人员在工作面的总粉尘浓度值；K表示作业人员在工作面的呼吸性粉尘比例分布比例值；

再结合工作面人员定位系统，得到作业人员的运动轨迹，从而计算出作业人员的呼吸性粉尘个体接尘量:

公式(2)中，D_V表示第V个作业人员在工作面的呼吸性粉尘个体接尘量，mg；η表示作业人员工作面呼吸性粉尘个体接尘量修正系数；Q_V表示第V个作业人员的个体呼吸流量；C_VW表示第V个作业人员在第W个位置的呼吸性粉尘浓度值，mg/m³；t_VW表示第V个作业人员在第W个位置的作业时间，s；p表示作业人员的位置。

2.如权利要求1所述的矿山工作面粉尘危害在线监测方法，其特征在于，所述测量点的布置方法为：

以司机正下方底板处为原点建立工作面的(x,y,z)三维空间坐标模型，轴向沿司机后方的方向为Y正向，工作面底板指向顶板方向为Z正向，司机位置指向左侧壁面方向为X正向；X轴与Z轴构成测量断面，在X轴上从挖掘点开始以dx的距离依次选择i个点，在Z轴上从挖掘点开始以dz的距离依次选择j个点，则形成的交点为测量点A(X_i,Z_j)；且在Y轴上选取n个测量断面，从而得到工作面测量点A的空间坐标(X_i,Z_j,Y_n)，i表示X轴上对应测量点的个数，j表示Z轴上对应测量点的个数，n表示测量断面的个数。

3.如权利要求1所述的矿山工作面粉尘危害在线监测方法，其特征在于，所述工作面总粉尘浓度值的计算方法为：

总粉尘采样器中，含尘空气在一定时间内通过滤膜，粉尘被阻留在滤膜上，然后通过测量气量和测量滤膜上粉尘的质量，从而计算出总粉尘的浓度：

公式(3)中，C表示测量点的粉尘浓度，mg/m³；m₁、m₂分别表示滤膜采样前后的质量，g；Q表示采样流量，L/min；t表示采样时间，min。

4.如权利要求1所述的矿山工作面粉尘危害在线监测方法，其特征在于，所述工作面总粉尘浓度分布空间规律获取方法为：

在工作面的三维空间坐标模型中，选取测量点并结合相对应的粉尘浓度值以建立工作面的总粉尘浓度分布模型：

C_总＝-aY⁴+bY³-cY²-dY+e (4)

公式(4)中，C_总表示工作面的总粉尘浓度，a、b、c、d、e均表示模型的修正系数；

其中，a＝a₁₁X²+a₁₂X+a₁₃，a₁₁＝-0.0001Z²+0.0002Z+0.0009,a₁₂＝-0.0002Z²+0.001Z-0.0048,a₁₃＝0.0012Z²-0.0071Z+0.0233；

其中，b＝b₁₁X²+b₁₂X+b₁₃，b₁₁＝0.0012Z²-0.0078Z+0.0503,b₁₂＝-0.0078Z²+0.0407Z-0.2046,b₁₃＝0.0463Z²-0.287Z+0.8192；

其中，c＝c₁₁X²+c₁₂X+c₁₃，c₁₁＝0.3299Z²-1.0508Z+1.208,c₁₂＝-2.7801Z²+8.6078Z-7.4465,c₁₃＝0.9288Z²-4.7352Z+5.9339；

其中，d＝d₁₁X²+d₁₂X+d₁₃，d₁₁＝-0.0444Z²+0.4189Z-1.9004,d₁₂＝0.3808Z²-2.5277Z+8.8054,d₁₃＝0.2153Z²+4.9748Z+79.046；

其中，e＝e₁₁X²+e₁₂X+e₁₃，e₁₁＝0.4561Z²-2.2162Z+15.19,e₁₂＝-1.9102Z²+9.5306Z-68.436,e₁₃＝26.143Z²-133.27Z+994.33；

在总粉尘浓度分布模型中输入各个测量点的三维空间坐标以分析工作面的总粉尘浓度分布数据，从而获取工作面的总粉尘浓度分布空间规律。

5.如权利要求1所述的矿山工作面粉尘危害在线监测方法，其特征在于，所述呼吸性粉尘比例分布空间规律获取方法为：

在工作面的三维空间坐标模型中，选取测量点并结合相对应的呼吸性粉尘粒度，建立工作面的呼吸性粉尘比例分布模型：

K＝a^*Y⁴+b^*Y³+c^*Y²+d^*Y+e^* (5)

公式(5)中，K表示工作面的呼吸性粉尘比例，a^*、b^*、c^*、d^*、e^*均表示呼吸性粉尘比例分布模型的修正系数；

其中，a^*＝a₁₁，

其中，b^*＝b₁₁，

其中，c^*＝c₁₁，

其中，

其中，

在工作面的呼吸性粉尘比例分布模型中输入三维空间坐标以分析工作面的呼吸性粉尘比例数据，从而获取工作面的呼吸性粉尘比例分布空间规律。

6.如权利要求1所述的矿山工作面粉尘危害在线监测方法，其特征在于，所述作业人员的运动轨迹根据作业人员佩戴的人员定位系统上传的位置信息和作业时间获得的，所述人员定位系统的定位精度为1m。

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