(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210774174.8 (22)申请日 2022.07.01 (71)申请人 中煤科工集团重庆研究院有限公司 地址 400039 重庆市九龙坡区二郎科城路6 号 (72)发明人 赵政　李德文　吴付祥　刘国庆　 罗小博　王杰　惠立锋　焦敏　 张强　晏丹　邓勤　郑磊　陈建阁　 李征真　王宇廷　 (74)专利代理 机构 北京同恒源知识产权代理有 限公司 1 1275 专利代理师 方钟苑 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种模拟综掘面呼吸尘运动特 征的方法 (57)摘要 本发明涉及一种模拟综掘面呼吸尘运动特 征的方法， 属于矿井安全技术领域。 该方法包括： S1： 建设模拟综掘面和发尘装置， 模拟呼吸尘颗 粒以不同速度在巷道内的运动； S2： 分析呼吸尘 颗粒在综掘面巷道的水平和垂直方向上的受力 情况； S3： 建立呼吸尘颗粒在巷道水平和垂直方 向上的运动方程， 分析呼吸尘颗粒在巷道内的运 动特征； S4： 根据运动方程， 计算呼吸尘颗粒以初 速度0m/s在垂直方向上的终极时间、 终极速度和 终极距离； 以及有风速时的水平方向上运动经历 的时间和距离。 本发明揭示了呼吸尘在巷道内的 运动特征， 使综掘面粉尘运动的模拟试验更接近 实际矿井作业中的粉尘运动， 为综掘面的防尘、 降尘工作提供了技 术指导和支持。 权利要求书4页 说明书11页 附图2页 CN 115146459 A 2022.10.04 CN 115146459 A 1.一种模拟综掘面呼吸尘运动特 征的方法， 其特 征在于， 该 方法包括以下步骤： S1： 建设模拟综掘面和发尘装置， 模拟呼吸尘颗粒以不同速度在巷道内的运动； S2： 分析呼吸尘颗粒在综掘面巷道的水平和垂直方向上的受力情况； S3： 建立呼吸尘颗粒在巷道水平和垂直方向上的运动方程， 分析呼吸尘颗粒在巷道内 的运动特 征； S4： 根据运动方程， 计算呼吸尘颗粒以初速度0m/s在垂直方向上的终极时间、 终极速度 和终极距离； 以及有风速时的水平方向上运动经历的时间和距离 。 2.根据权利要求1所述的模拟综掘面呼吸尘运动特征的方法， 其特征在于， 步骤S2中， 分析呼吸尘颗粒在综掘面巷道的水平方向上的受力情况， 具体包括： 1)当呼吸尘直径≤0.25μm时， 呼吸尘颗粒在综掘面巷道的水平方向上受布朗力作用， 由巷道高浓度区向低浓度区做扩散运动； 2)当呼吸尘颗粒直径≤7.07 μm且＞0.25 μm时， 呼吸尘颗粒在综掘面巷道水平方向上受 到的空气阻力F1， 其表达式为： 其中， CD是斯托克斯阻力系数； dp是呼吸尘颗粒的直径m； up是呼吸尘颗粒沿水平方向上 的运动速度， m/s； u是沿巷道水平方向的风速分量， m/s； ρ 是 巷道内空气密度， kg/m3。 3.根据权利要求2所述的模拟综掘面呼吸尘运动特征的方法， 其特征在于， 步骤S2中， 分析呼吸尘颗粒在综掘面巷道的垂直方向上的受力情况， 具体包括： 1)当呼吸尘直径≤0.25μm时， 呼吸尘颗粒受布朗力作用， 由巷道高浓度区向低浓度做 扩散运； 2)当呼吸尘直径≤7.07 μm且＞0.25 μm时， 呼吸尘颗粒在综掘面巷道垂直方向上受重力 G、 浮力f和空气阻力F2的作用， 其表达式为： ①重力 直径为dp的呼吸尘颗粒的重力如式(2)所示： 其中， ρp是呼吸尘颗粒密度， kg/m3； g是重力加速度， N/kg； ②浮力 呼吸尘颗粒在综掘面巷道内所受的浮力方向向上， 其大小与空气密度相关， 其表达式 如式(3)所示： ③空气阻力 呼吸尘颗粒在巷道垂直方向上受到的空气阻力 F2由斯托克斯阻力定律确 定， 其表达式 如式(4)所示： 权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115146459 A 2其中， CD是斯托克斯阻力系数， up′是呼吸尘颗粒沿垂直方向上的运动速度， m/s； u ′是沿 巷道垂直方向的风速分量， m/s。 4.根据权利要求1所述的模拟综掘面呼吸尘运动特征的方法， 其特征在于， 步骤S3中， 建立呼吸尘在巷道水平方向上的运动方程， 具体包括： 1)当呼吸尘直径≤0.25 μm时， 呼吸尘颗粒在综掘面巷道的水平方向上由巷道高浓度区 向低浓度区做扩散运动， 其在水平方向上的运动方程 为： 其中， S1是呼吸尘颗粒沿巷道水平方向的扩散距离， m； kB是玻尔兹曼常数， 1.38 ×10‑ 23J/K； T是绝对温度， K； μ是空气绝对粘度系数， P a·s； t是呼吸尘颗粒的运动时间， s； dp是 呼吸尘颗粒的直径； 2)当呼吸尘直径≤7.07μm且＞0.25μm时， 结合牛顿第二定律， 呼吸尘颗粒在风流中的 运动方程 为： 其中， mp是呼吸尘颗 粒的质量， kg； F为呼吸尘颗粒所受的外力， N； u是 沿巷道水平方向 的 风速分量， m/s； up是呼吸尘颗粒沿水平方向上的运动速度； 根据水平方向的受力分析， 呼吸 尘颗粒在巷道水平方向上的运动方程 为： 整理， 得式(8)： 其中， CD是斯托克斯阻力系数； ρ 是 巷道内空气密度， kg/m3； ρp是呼吸尘颗粒密度， kg/m3； 将式(8)进行时间积分处理， 得到式(9)和式(10)， 分别是呼吸尘颗粒从初速度up0到速 度up在综掘面巷道水平方向上 所经历的时间t1′和距离S1′； 由于呼吸尘颗粒的直径≤7.07 μm， 则雷诺数数属于第I区， 呼吸尘的斯托克斯阻力系数 表达式如式(1 1)所示： 权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115146459 A 3