矿井风速故障源诊断及角联结构传感器布设

煤矿井下监控系统测量的风速数据并不能用来判断故障源位置,只能反映风速传感器所在巷道的风量变化情况。引起井下风速变化的原因很多,如巷道冒落、巷道堵塞、巷道变形等,从整个通风网络角度考虑,都可以归结为分支的风阻发生变化。由于井下通风网络中任一分支风阻的变化都可能引起自身及其他相关分支风量变化。提出用逐步线性回归分析法,确定引起通风系统风速传感器报警的分支集合。建立了逐步线性回归分析的通风系统故障源诊断数学模型。通过具体实例给出了风速传感器安设在不同位置下,可能引起此分支风速超限的故障巷道集合的结果。分析了关联分支的风阻变化对角联分支的影响,从而确定选择那些对角联分支影响大且自身风量容易发生变化的巷道安设风速传感器。     

改进灵敏度矩阵的矿井通风故障源诊断及传感器布置研究

利用当前的矿井通风安全监测监控系统,只能反映安设风速传感器的井巷风量发生变化,至于变化是由该条巷道故障引起的,还是由于拓扑关系原因引起的,都无法诊断故障源,通风系统的故障可以归结为分支的风阻发生变化。如果分析每一条分支风阻变化对通风系统的影响,即每一条分支都安设风速传感器是不可能的。因此,井下风速传感器的布置最小数量及位置问题也是研究的重点。改进灵敏度矩阵,建立分支灵敏度0-1矩阵和通风网络故障巷道范围库,用以确定可能引起风速超限的故障巷道范围。最后,提出最少全覆盖布点法,给出分支覆盖度和影响巷道范围库的概念,用以求得风速传感器的宏观布点。     

井下巷道-矿车系统风流扰动特征规律实验研究

针对井下巷道-矿车系统易造成巷道风流紊乱、影响矿井通风系统安全稳定性的问题,建立巷道-矿车系统风流扰动模式及影响因素体系,提出表征巷道-矿车系统的风流扰动特征的关键参数,包括巷道扰动风阻、阻塞比、矿车位置,推导矿车运行至巷道不同位置时巷道-矿车系统扰动风阻计算公式,研究巷道风速、阻塞比与巷道风阻的关系。研究结果表明：矿车在巷道中顺风行驶的速度大于风速时,巷道-矿车系统对通风系统进行增压调节;当矿车逆风行驶时,巷道-矿车系统的风阻随着矿井通风系统供风量的增大而减小,最大扰动为矿车驶出巷道时刻,阻塞比与巷道风阻呈现线性递增关系;此外,小风速、小断面巷道运行的矿车对巷道-矿车系统的风阻影响较大,模型求解结果与实测数据的最大误差为6.84%。研究结果可为矿井通风系统的智能化调控提供理论依据。     

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。     

矿井通风风量测量及误差补偿的仿真研究

为解决风速法测风量时因搭建支架使巷道内风流发生变化,造成较大测量误差,影响对矿井通风安全评价的准确性问题,以拱形巷道为例,首先用改进的切贝切夫横向型线方法确定测风点及传感器安装位置;然后,建立巷道仿真模型,通过仿真分析支架对风流分布的影响,得到测风断面处风速分布云图、测试线上的速度散点图及测风点风速值,并采用曲线拟合法由仿真数据得到风速误差补偿方程,以此修正风量测量值;最后,通过试验验证仿真分析结果和误差补偿方程。研究表明:搭建支架使各测点风速值增大,风量相对误差达到6.5%~6.8%,通过误差补偿后下降至0.5%~0.6%。     

梯形巷道平均风速分布特征的数值与实验研究

为实现矿井巷道内风量的准确监测,基于3D数值模型,对梯形截面巷道内平均风速的分布规律进行了数值分析,并通过实验研究对模拟结果进行对比验证,同时在不同断面尺寸及不同通风风速条件下,数值分析了梯形巷道内紊流充分发展截面上平均风速点的分布特征。结果表明:平均风速分布呈现环状连续分布,数值结果与实验结果符合良好;梯形截面上平均风速点的分布与通风风速无关,仅与巷道截面特征和参数有关;得到了梯形截面平均风速分布曲线在巷道顶部的特征方程。     

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。     

百善煤矿通风系统阻力测定及分析

为掌握百善煤矿井下通风阻力分布及井下通风系统稳定性,根据百善煤矿通风系统实际情况,选择6条测定路线,采用精密气压计逐点测定法,对其通风系统阻力进行测定,全面掌握矿井通风系统的阻力分布情况。分析结果表明:百善煤矿通风系统阻力分布基本合理,风量能够满足矿井实际生产的需求,矿井通风阻力主要集中在回风段。笔者针对百善煤矿通风系统的稳定性提出了合理的建议。     

矿井通风网络数据可靠性检验

进行矿井通风阻力测定时,由于受环境的温度、湿度、压力传递存在时间差以及测点处标高不准确等因素的影响,根据实测数据,计算所得矿井巷道基础数据存在一定的误差,常用的测量数据检验方法只能对若干条通路进行闭合回路检验,而不能对全矿井通风网络基础参数进行可靠性检验。本文中所介绍的检验方法将风网基础数据输入通风网络解算软件,以实测风量和经过计算所得巷道风阻为基准,实测风量为目标条件,进行计算机通风网络模拟,对全矿井巷道风阻进行连续的优化调整,使通风网络模拟结果与实际测定各巷道风量基本符合,从而实现全矿井风网基础数据的可靠性检验。该方法在某矿进行了实际应用,实践证明此方法科学、准确的获得了全矿巷道风阻参数,为矿井的通风改造奠定了技术基础。     

矿井通风系统风速故障源诊断技术在大明矿的应用研究

通风系统风流发生变化,从整个网络角度考虑都可以归结为分支的风阻发生了变化。从这一角度分析了大明矿分支风阻变化与各分支风量之间的关系,提出了风阻-风流变化影响关系矩阵法,确定可能使风速异常的巷道集合——故障巷道集合,建立通风网络"故障巷道范围库"。为了故障源诊断能够包含所有分支,研究风速传感器布置的最小数量及位置问题,提出了最少全覆盖布点法,给出了大明矿风速传感器的布置方案。大明矿故障源诊断结果与现场试验结果一致,验证了矿井通风系统故障源诊断技术及方法的可行性。     

基于决策树的矿井通风阻变型故障诊断及传感器优化布置

为实现矿井通风阻变型故障智能诊断,解决风速传感器优化布置与诊断模型不匹配的问题,提出基于决策树的矿井通风故障位置分类判断、故障量回归预测及嵌入式风速传感器优化布置一体化方法;以唐安矿为例对上述方法进行验证.结果表明:矿井通风空间数据集无量纲化能提高故障诊断准确率、提升模型收敛速度,剪枝能提高模型泛化能力;以基尼系数为嵌...     

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。     

矿井防爆门、盖自动封堵装置研发

煤矿井底发生煤尘瓦斯爆炸事故时产生的冲击波会冲开风井防爆门、盖,引起主风机风流短路,井底风流紊乱、通风系统瘫痪,导致毒害气体扩散、瓦斯积聚,引发二次爆炸。为了减少因此造成的损失,研发了一种在防爆门、盖被摧毁后能自动封堵的装置,通过感应防爆门盖的损毁信号控制充气动力设备对气囊折叠体进行充气,折叠体被充气弹出储藏硐室,沿支撑架构延展、膨胀并充满井筒横截面,实施对风井的密封,以维持灾后井底持续通风,降低灾害后果,为井底幸存人员的生存与自救提供有利条件。     

隧道竖井外流场模拟及风塔外型结构优化研究

为提高长大隧道施工及运营通风过程中竖井通风效率,实现隧道节能通风。依托实际隧道工程,基于Fluent软件,选用RNG k-ε湍流模型,对无竖井风塔、圆柱风塔、矩形风塔和凸台状风塔4种结构、不同环境风速工况下的流场进行数值模拟,并对模拟结果进行交叉比对分析,提出最优化的竖井风塔结构形式。研究结果表明:采用风塔结构竖井出流量要远大于无风塔结构竖井出流量;对于不同竖井风塔外型结构,竖井出流量与环境风速关系呈多项式函数;当倾斜角为45°、圆心角为90°时,凸台结构对应竖井出流量最大,且受环境风影响波动较小,通风稳定性较好。建议竖井出口结构选用矩形或凸台状,实现对环境风的高效利用,提高竖井通风效率。     

基于LDA的均直巷道断面风速分布规律实验研究

针对传统井下测风方法以及传统接触式流速测量方法的局限性,以矩形均直巷道断面风速实验测试为例,利用非接触式测试技术激光多普勒测速仪（LDA）对断面风速进行实验测试。实验表明:在平均风速为3m/s左右的均直巷道内的稳定流动下,断面风速分布近似呈矩形环状封闭波动曲线,测点风速具有极度的脉动现象,但测点速度大小服从正态分布。在不同断面平均风速下,断面轴线上风速分布均近似服从指数函数形式。研究表明,LDA测试技术能够较好的反映实验巷道流场风流湍流脉动特性,可以作为研究矿井通风一系列复杂流动的实验手段。     

引入通风力修正社会力模型的公路隧道人员疏散仿真研究*

为研究通风对隧道内人员疏散的影响,引入通风作用力修正社会力模型,利用VS2010+Qt平台实现通风作用下隧道人员疏散速度模拟。结果表明:隧道人员疏散速度与通风风速、个体质量密切相关;通风风速增加,人员疏散速度降低且降幅逐渐增大;受个体表面积表达公式影响,个体质量对疏散速度影响以30 kg为界,当个体质量为20~30 kg时,疏散速度随个体质量增加而下降,且降幅逐渐增大;当个体质量为30~90 kg时,疏散速度随个体质量增加而上升,且上升幅度逐渐减小。研究结果为隧道通风及人员疏散方案制定提供参考依据。