一种露天煤矿抛掷爆破粉尘浓度计算方法

1.本发明属于露天矿开采技术领域，具体涉及一种露天煤矿抛掷爆破粉尘浓度计算方法。


背景技术：

2.目前，露天矿抛掷爆破粉尘浓度的计算，主要把爆破粉尘团看作瞬时烟团，利用高斯扩散模型得到粉尘浓度计算公式：
[0003][0004]
式中，c为测定点粉尘瞬时浓度，kg/m3；q为爆破粉尘排放量，kg；v
x
、vz、v
p
分别为x、z方向平均风速和粉尘沉降速度，m/s；σ
x
、σy、σz分别为3个方向的扩散系数，m。
[0005]
该公式中涉及爆破粉尘排放量q、粉尘沉降速度v
p
以及扩散参数σ
x
、σy、σz等未知参数。其中，抛掷爆破粉尘排放量q一般用爆破岩体量的0.0011％估算，或者监测浓度反推法计算，误差较大；粉尘沉降速度v
p
根据粉尘密度、粉尘粒径等利用公式计算，但粉尘密度、粉尘粒径不容易取值；而扩散参数σ
x
、σy、σz需要根据风速、太阳高度、云量、大气稳定度等，由扩散参数幂函数表达式表查询得到。参数值的确定过程较为复杂，且具有一定的主观性，误差较大，最终导致抛掷爆破粉尘浓度的计算误差较大。


技术实现要素：

[0006]
针对已有计算方法存在的问题，本发明提供一种简单易行、能够提高参数准确性、降低粉尘浓度计算误差的露天煤矿抛掷爆破粉尘浓度计算方法。
[0007]
本发明采用的技术方案是：一种露天煤矿抛掷爆破粉尘浓度计算方法，包括以下步骤：
[0008]
s11.确定抛掷爆破粉尘浓度计算公式形式
[0009]
以抛掷爆破爆区(1)下风侧边界为原点，以水平风向为x轴，水平垂直风向为y轴，垂直向上为z轴，建立坐标系(2)。
[0010]
根据抛掷爆破粉尘扩散特征，将抛掷爆破粉尘看作瞬时烟团，对高斯扩散模型进行简化，确定抛掷爆破粉尘浓度计算公式形式：
[0011]
c(x,y,z,t)＝c1exp[-c2(x-v
x
t)
2-c3y
2-c4(z-c5t)2]
ꢀꢀꢀꢀ
(公式1)
[0012]
式中，x为计算位置的x坐标值，m；y为计算位置的y坐标值，m；z为计算位置的z坐标值，m；t为粉尘扩散时间，s；c(x,y,z,t)为坐标值为(x,y,z)的点在时刻t的粉尘浓度，mg/m3；v
x
为x方向风速，m/s；c1、c2、c3、c4、c5为待估参数。
[0013]
s12.监测抛掷爆破粉尘浓度及风速
[0014]
在抛掷爆破爆区(1)周边布置若干测点(3)，监测风速v
x
及各测点不同时刻的粉尘浓度c。
[0015]
s13.进行参数估计
[0016]
根据监测的粉尘浓度数据对粉尘浓度计算公式中的未知参数c1、c2、c3、c4、c5进行参数估计。为方便参数估计，将公式1变换成公式2，然后采用非线性最小二乘法估算。
[0017]
lnc(x,y,z,t)＝lnc
1-c2(x-v
x
t)
2-c3y
2-c4(z-c5t)2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(公式2)
[0018]
s14.剔除异常数据
[0019]
若参数估计结果不显著，则剔除粉尘浓度偏大或者偏小的异常数据，重新进行参数估计，直至结果显著。
[0020]
s15.获得粉尘浓度计算具体公式
[0021]
通过参数估计得出粉尘浓度计算公式中的未知参数c1、c2、c3、c4、c5的具体数值c
1d
、c
2d
、c
3d
、c
4d
、c
5d
，从而得到抛掷爆破粉尘浓度计算具体公式：
[0022]
c(x,y,z,t)＝c
1d
exp[-c
2d
(x-v
x
t)
2-c
3dy2-c
4d
(z-c
5d
t)2]
ꢀꢀꢀꢀ
(公式3)
[0023]
s16.粉尘浓度计算
[0024]
利用抛掷爆破粉尘浓度计算公式3计算抛掷爆破爆区下风向任意位置任意时刻的粉尘浓度。
[0025]
本发明所达到的技术效果是：克服传统抛掷爆破粉尘浓度计算方法不足，实现简化抛掷爆破粉尘浓度计算公式及未知参数的确定过程，从而降低确定未知参数的工作难度，提高参数准确性，并降低粉尘浓度计算误差。
附图说明
[0026]
图1为本发明的抛掷爆破爆区与坐标系示意图；
[0027]
图2为本发明的抛掷爆破粉尘测点布置示意图；
[0028]
图3为本发明的抛掷爆破粉尘浓度计算流程图；
[0029]
图中：1—抛掷爆破爆区，2—坐标系，3—测点。
具体实施方式
[0030]
本发明实施例提供一种露天煤矿抛掷爆破粉尘浓度计算方法，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步描述：
[0031]
s11.确定抛掷爆破粉尘浓度计算公式形式
[0032]
以抛掷爆破爆区(1)中心为原点，以水平风向为x轴，水平垂直风向为y轴，垂直向上为z轴，建立坐标系(2)，如图1所示。
[0033]
根据抛掷爆破粉尘扩散特征，将抛掷爆破粉尘看作瞬时烟团，对高斯扩散模型进行简化，确定抛掷爆破粉尘浓度计算公式形式：
[0034]
c(x,y,z,t)＝c
1 exp[-c2(x-v
x
t)
2-c3y
2-c4(z-c5t)2]
ꢀꢀꢀꢀ
(公式1)
[0035]
式中，x为计算位置的x坐标值，m；y为计算位置的y坐标值，m；z为计算位置的z坐标值，m；t为粉尘扩散时间，s；c(x,y,z,t)为坐标值为(x,y,z)的点在时刻t的粉尘浓度，mg/m3；v
x
为x方向风速，m/s；c1、c2、c3、c4、c5为待估参数。
[0036]
s12.监测抛掷爆破粉尘浓度及风速
[0037]
在抛掷爆破爆区(1)周边布置若干测点(3)，如图2所示。利用风速仪监测得风速v
x
＝2.0m/s，利用粉尘浓度测量仪监测各测点不同时刻的粉尘浓度，详见表1：
[0038]
表1各测点粉尘浓度监测结果
[0039][0040][0041]
s13.进行参数估计
[0042]
根据监测的粉尘浓度数据对粉尘浓度计算公式中的未知参数c1、c2、c3、c4、c5进行参数估计。为方便参数估计，将公式1变换成公式2，然后采用非线性最小二乘法估计。
[0043]
lnc(x,y,z,t)＝lnc
1-c2(x-v
x
t)
2-c3y
2-c4(z-c5t)2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(公式2)
[0044]
将表1中的数据导入stata，利用以下代码即可估计出各参数值：
[0045]
nl
[0046]
(lnc＝{c11}-{c2}*(x-2*t)^2-{c3}*y^2-{c4}*(z-{c5}*t)^2)
[0047]
其中，c
1d
＝e
c11
。估计结果：c
1d
＝286931.847，c
2d
＝0.005，c
3d
＝0.005，c
4d
＝0.020，c
5d
＝0.101。
[0048]
s14.剔除异常数据
[0049]
若参数估计结果不显著，则剔除粉尘浓度偏大或者偏小的异常数据，重新进行参数估计，直至结果显著。本次参数估计的r-squared＝0.99，结果显著，估计参数可用。
[0050]
s15.获得粉尘浓度计算具体公式
[0051]
通过参数估计得出粉尘浓度计算公式中的未知参数c1、c2、c3、c4、c5的具体数值c
1d
＝286931.847，c
2d
＝0.005，c
3d
＝0.005，c
4d
＝0.020，c
5d
＝0.101，监测获得v
x
＝2.0，从而得到抛掷爆破粉尘浓度计算具体公式：
[0052]
c(x,y,z,t)＝286931.847exp[-0.005(x-2t)
2-0.005y
2-0.02(z-0.101t)2]
ꢀꢀꢀ
(公式3)
[0053]
s16.粉尘浓度计算
[0054]
利用抛掷爆破粉尘浓度计算公式3计算抛掷爆破爆区下风向测点d1(20,0,0)在时间t＝28s的粉尘浓度结果为422.85mg/m3，与实测结果417.34mg/m3相比，误差仅1.32％，而传统查表确定未知参数情况下的计算误差一般在10％以上。
[0055]
通过计算结果对比显示，采用上述露天煤矿抛掷爆破粉尘浓度计算方法后，简化
了未知参数的确定过程，降低了确定未知参数的工作难度，并显著降低了粉尘浓度计算误差。