某矿井通风系统优化及其可视化模型的构建

某大型铜矿山通风系统复杂,井下环境恶劣,严重影响了井下安全生产。为此,对该矿山的通风系统进行全面调查测定,总结矿山存在的实际问题,结合计算机模拟解算优化分析,通风网络结构优化分析、主要通风机性能鉴定优化分析等技术,对通风系统进行优化改造,提出了最优的通风系统改造方案。构建了矿井通风系统的可视化模型,此模型能够根据井下通风系统的变化及时更新,进而在第一时间反应井下通风系统存在的问题,维护通风系统的稳定,确保生产作业的安全。现场实施结果表明,有效地解决了井下深部风量不足,风流分配不合理等难题,确保了生产作业的安全。     

静压差法在煤矿主要通风机风量测定中的应用

风量是反映煤矿主要通风机性能优劣的主要参数之一,也是煤矿选择主要通风机的主要依据.风量测定是煤矿主要通风机安全技术性能测定的重要环节之一,能否准确测定风量将直接影响到煤矿主要通风机安全技术性能测定的成败.本文简要分析了目前广泛采用风量测定方法的局限性,介绍了静压差法测定风量的原理及验证效果,提出了采用静压差法测定风量时应注意的一些事项.     

矿井监控预警诊断系统研究

为确定引起井下监控系统预警的故障源的位置,基于专家系统,采用知识库与推理机相结合的方法建立矿井监控预警诊断系统。设计风速超限预警诊断知识库,通过建立风阻-风流变化影响关系矩阵,得到影响每条分支风量变化的分支集合。同时设计风速、瓦斯、烟雾、一氧化碳超限以及风门开停、主要通风机负压预警诊断推理机。给出矿井监控预警诊断系统推理流程。采用此方法对铁法大明矿进行工业试验。结果表明:预警诊断结果与实际情况一致,从而验证了矿井监控预警诊断技术及方法的可行性。     

徐庄煤矿主要通风机性能测定及分析研究

系统介绍矿井主要通风机的测试过程及相关方法,并以徐庄煤矿的风机测定为例,应用合理的测试及计算方法,进行相关参数的计算并绘制风机性能曲线图;同时,对主通风机出厂曲线和风机初始安装性能曲线进行对比,得出徐庄煤矿主要通风机的运行变化规律,为保证其安全高效运行和风量调节提供可靠的理论依据。对测定结果进行总结、对比和分析的同时,还提出应注意的问题。     

基于风网的自学习动态监测系统分析

煤矿井下巷道风速是随时变化的,主要规律是一种围绕某一平均值的上下起伏的平稳随机过程,其表现为平均风速和脉动风速,风速传感器最大限度地反映了井下主要巷道风速信息。我们将井下风速传感器与通风解算技术相结合,对全矿井的风网进行实时计算,从而得到了全矿井较准确的实时分风量分布状况。系统能够将风速传感器采集到的实时风速转换为巷道的实时风量,根据月风量统计结果进行巷道阻力系数的自动调整;系统采用相关分析技术,测定煤矿井下数据之间相关关系和规律,并据此建立预分析测模型,进而进行风量的预测和控制;系统具有自我学习功能,通过不断修正模型参数,将实时井下探测数据用于分析和预测,为安全管理提供有效指导。     

井下局部通风机操作行为PDCA循环控制方法研究

为防止瓦斯积聚,预防瓦斯爆炸事故,从操作行为角度研究煤矿井下局部通风机。首先,划分局部通风机的整个服役周期;其次,基于事故致因"2-4"模型,深入分析局部通风机服役期间的人因失误;最后,对局部通风机服役期间出现的不安全动作进行阶段性、结构化划分。分析结果表明:局部通风机服役周期有选型、安设、运行3个关键阶段,各阶段出现的7大类不安全动作是事故发生的主要行为原因。为此,基于PDCA循环理论,制定出局部通风机整个服役周期的操作行为控制方案。     

基于通风系统运行参数监测技术的需风量动态核算研究

以大冶铁矿深部通风系统的需风量动态核算评估体系为研究对象,基于监测系统运行参数和人员定位信息,建立了区域需风量动态核算体系。根据生产作业计划和作业人数计算回采工作面的需风量,并考虑排除炮烟和排尘的需风量。同时,根据有毒有害气体浓度修正需风量,确保作业区域内有毒有害气体不超标。研究结果为精准管理和调节井下通风系统提供了数据支持。     

粉尘捕集效率与定风量阀应用研究

分析了造成除尘系统风量阻力不平衡的因素,提出在除尘支管上装设定风量阀来稳定各吸尘点风量,通过实验证明,在除尘管网支管上装设定风量调节阀,可以有效的消除系统阻力不平衡和管网压力波动造成的吸尘点风量偏差问题。     

基于数据融合的风机风量值无线监测技术研究

为了解决主要通风机在测风量过程中在线实时监测等问题,建立了以无线传输技术为基础的三层传输系统框架,并将改进的数据融合算法引入到风量值数据处理当中,通过选取阙值区间利用二次曲线函数来消除阙值点处相互支持的模糊性,取得最优融合传感器组,并对实测数据进行抗干扰实验分析。实验结果表明,无线传输方式有利于风量数据的在线实时监测;改进的数据融合算法能及时有效地消除传感器的测量偏差、提高风量数据的测量精确度。研究结果对煤矿主要通风机风量在线远程监测具一定的理论价值和实用意义。     

水电工程长大隧道通风方案设计

通过对长大隧道通风特点和隧洞内施工环境主要污染源的分析,对比有害气体、粉尘和风量的控制标准,提出了施工通风系统的设计流程,并在掌子面风量、风管漏风、风阻计算的基础上,得出了风机和射流通风机选型,加以通风组织与管理和防漏降阻措施方面的管理环节,形成了水电工程长大隧道通风方案设计的主要流程和关键要素。     

基于多因素耦合的航空运输系统脆弱性分析*

为分析航空运输系统脆弱性，提升航空运输系统安全水平。基于脆弱性理论，针对航空运输系统运行特点，提出航空运输系统脆弱性概念，并归纳分析航空运输系统安全影响因素；采用触发器原理建立基于航空运输系统脆弱性影响因素耦合的事故形成机理模型，选取1973—2019年的120起全球重大航空事故为数据基础，构建可量化航空运输系统脆弱性影响因素耦合关系的N-K模型。结果表明:影响航空运输系统耦合关系的关键因素为管理因素，有针对性地加强航空运输系统安全脆弱性关键耦合因素的管控，能更好地提高航空运输系统安全水平。     

基于ARDUINO的铀矿井下环境监测及智能通风系统设计*

针对铀矿井下受限空间内氡及氡子体浓度分布特征,分析受限空间含氡作业环境对人体的危害机制,提出基于“人—机—环”互联自适应的铀矿智能通风降氡方案,架构基于ARDUINO的氡气监测及智能调控系统,设计系统的“硬件”和“软件”方案。该系统的核心硬件为ARDUINO开发板和ESP8266-WiFi模块,铀矿粉尘浓度、氡及其子体浓度、风速动态数据由相应传感器获取,通过各传感数据采集器以相应的通信协议传输至ARDUINO主控,ARDUINO主控输出指令至通风设备及报警装置。系统同时搭建网络云平台,实现环境监测的远程监控和智能通风系统的远程控制。该系统能够基于物联感知获取环境数据,进行智能控制逻辑运算并实现通风设备自适应调控响应,从而安全、高效、稳定、低耗地调控铀矿井下空气质量指数。     

呼吸效应对矿井封闭火区氧浓度的影响分析

为避免因火区封闭导致重大安全事故发生,通过采集某矿井1 d内3个不同监测点的大气压力变化情况,建立大气压力波动模型并分析计算,同时建立火区内外压差100,750 Pa情形下的氧浓度模型进而获得火区内侧氧气浓度因呼吸效应,在不同压差、体积大小火区、风阻、瓦斯涌出量、封闭时刻等多因素耦合影响下随时间的变化规律,以评估火区危险性。研究结果表明:井下大气随地面大气周期波动,封闭火区内、外侧之间的气压差因外界大气波动呈现16 h的余弦波动和8 h的线性波动周期变化;密闭质量好的火区具有更好地抗干扰性,内侧氧浓度的降低主要依靠瓦斯稀释;密闭质量差的火区,内侧氧浓度易受到火区涌出瓦斯、外界涌入大气双重影响;火区氧浓度在2%~12%之间波动,以至火区存在发生瓦斯爆炸的可能性;火区内外压差较大时,氧浓度波动变化幅度更大,危险作用持续时间更长。结合火区氧浓度波动模型,可有效地对矿井火区采取安全的防范措施,避免瓦斯爆炸事故发生。     

基于风量-风压复合特征的通风系统阻变型故障诊断

为了避免风量单一特征进行故障位置诊断的不适定性,提出基于风量-风压复合特征的故障位置诊断方法,实现特征信息的多维互补,提高故障位置诊断的准确度。利用蒙特卡洛方法生成大致满足实际故障风阻值分布的故障仿真样本,为了避免不同变量之间不同量纲、不同数量级造成的数据损失,对原始风量、风压数据进行标准化处理,并分别以风量单一特征、风压单一特征、风量-风压复合特征作为支持向量机（SVM）的输入,构建通风系统阻变型故障位置诊断模型。通过故障模拟实验研究表明:风量、风压单一特征进行故障位置诊断的准确度分别为89.80%,90.34%,风量-风压复合特征进行故障位置诊断的准确度为98.23%,说明风量-风压复合特征进行故障诊断可以消除风量、风压单一特征进行故障诊断的不适定性,提高故障诊断的准确度。     

城市安全风险评估方法体系研究及实践

针对目前我国城市安全风险管控能力滞后于城市化发展进程的问题,开展城市安全风险评估是推动管控能力提升的重要手段。在国内没有统一的城市安全风险评估体系和标准情况下,研究提出以技术专家为支撑,政府、行业监管部门、企业3个层面协调推进为主体,试点先行、总结归纳、全面实施为路径的城市安全风险评估组织实施方式;总结提出以企业安全风险辨识评估为基础,采用层次分析法和综合模糊评价法进行叠加分析的城市安全风险评估方法体系;以贵州六盘水城市安全风险评估工作为实际应用,并基于相关评估成果研发城市安全风险管控系统和城市安全风险地图信息化平台,为我国进一步深化城市安全风险评估工作提供实践经验。     

空气幕对城际铁路地下车站火灾烟气控制数值分析

为将空气幕作为城际铁路地下车站控烟措施提供理论依据,进而为地下车站防灾控烟设计提供新思路,以某典型城际铁路地下车站岛式站台层为依托,采用火灾动力学三维模拟软件FDS建立全尺寸火灾模型,对比单吹式、吹吸式空气幕布置于站台与轨行区间时楼梯及站台处温度及可见度分布规律,并分别对单吹式、吹吸式空气幕的射流风速、射流角度进行了参数优化研究。结果表明:单吹式、吹吸式空气幕均可保证火灾下楼梯区域可见度和温度的安全性要求;单吹式在射流风速为12 m/s且射流角度为10°时,吹吸式在射流风速为8 m/s时,防烟效果良好且趋于稳定;采用单吹式的最小站台危险区域较吹吸式长15 m,建议在城际铁路地下车站中选用吹吸式空气幕。     

基于环境监测的矿井通风三维仿真辅助决策系统设计

为优化金属矿山矿井通风系统及辅助决策设计,弥补常用矿井通风仿真解算软件在环境监测、实时解算和辅助决策方面的不足,基于矿井通风理论、环境监测、计算机与通信技术开发矿井通风三维仿真辅助决策系统。提出通过利用实时监测到的井下通风环境参数（风量、风速等）和已存储在系统数据库里的巷道参数,实现对矿井通风网络实时解算,并将其应用到山金阿尔哈达矿井通风系统中。结果表明:矿井通风三维仿真辅助决策系统同步实现了山金阿尔哈达矿井通风系统的环境监测、风网实时解算和三维仿真模拟,提高了其矿井通风管理水平,为矿井通风系统改造优化设计和矿井向深部中段延伸时的通风系统设计提供辅助决策依据。     

基于安全结构理论的系统外部扰动演化规律研究*

为解决目前安全结构理论体系中缺少对系统外部扰动演化规律研究的问题,基于工程学外部扰动理论与安全结构理论,研究系统外部扰动对安全事件发生、发展及演化的作用规律。给出活动环境系统与外部因素的定义,参考星形拓扑网络建立外部因素拓扑结构;通过分析外部因素状态随时间的演化形式,阐明活动因素状态受外部扰动的响应机制,揭示系统外部扰动对安全事件演化的影响及作用规律。研究结果表明:外部扰动导致系统内活动因素状态的动态响应是安全事件形态演变的内在动力,外部因素状态随时间变化呈3类波动形式,活动因素状态的扰动响应变化规律受外部因素临界状态、极限斜率等特殊阈值的限制。通过控制活动环境系统外部因素的状态维持在阈值范围内来实现调控目的,可避免外部扰动对活动环境系统安全产生影响。     

基于超压值地铁上覆管道爆炸对隧道及人员安全影响研究*

为分析地铁上覆管道爆炸对乘客安全影响,采用基于超压冲击波阀值数值模拟,通过将泄漏气体能量等效为TNT当量,分析不同泄漏模式爆炸冲击波对地铁隧道及人员安全影响。结果表明:爆炸产生的超压冲击波对隧道及人员影响小于限值,不会造成人员伤亡,研究结果可为地下工程下穿油气管线安全影响分析提供理论支撑。     

突出冲击波对防突风门的破坏失效研究*

为了分析煤与瓦斯突出事故中防突风门的安全性,同时降低成本寻求对现有防突风门材料和结构的替代方案,研究不同厚度的Q460钢制防突风门在突出冲击波载荷下的破坏情况。基于能量法得到不同厚度的风门最大挠度数学模型,再根据煤炭行业规定中的对应数据和安全要求,运用LS-DYNA软件对冲击载荷下的风门破坏进行数值模拟,得到Q460钢制防突风门的静力学特征并与能量法结果进行比对。结果表明:长宽分别为1.75 m和1.8 m,厚度为25 mm和30 mm的风门在0.6 MPa的冲击波超压作用下能满足安全要求,能量法计算结果与数值模拟误差在9%以内,基于安全设计余量可以接受;提出挠厚比概念,当挠厚比小于0.84时,风门不会被破坏,在使用Q460钢设计防突风门时,应尽量确保该值小于0.84。