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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于网络分析的矿井通风智能诊断专家系统

提出了矿井通风智能诊断专家系统来解决通风系统故障诊断问题,设计了矿井通风智能诊断专家系统知识库和推理机,提出用逐步线性回归分析法确定可能引起某巷道风速超限的风路集合.在知识库中把通风系统故障原因详细归类,在专家系统推理机中进一步缩小了故障范围并推断故障原因.给出了矿井通风智能诊断专家系统推理流程并设计了用户接口,故障诊断结果图可以直接显示故障巷道范围、故障原因及故障巷道列表.最后对大明矿进行了工业试验,智能诊断专家系统的故障诊断结果与实际结果一致,验证了系统的可行性.     

复杂通风网络总风阻快速计算方法

为了快速计算通风网络总风阻和当通风网络中安装多台风机时各风机所承担的总风阻,将通风网络中安装风机的分支设置成固定风量分支,利用通风网络回路阻力平衡定律构建通风网络所有独立回路阻力平衡方程;在这组方程中,存在一组含固定风量分支的方程,其中的每个方程所对应的回路总阻力不为0,该回路总阻力需要用安装在每个固定风量分支上的风机所提供的风压才能抵消,使之归零;该组方程可用于求解通风网络总风阻和当通风网络中安装多台风机时各风机所承担的总风阻。结果表明:1)当通风网络只安装1台风机时,通过将打算安装风机的分支设为固定风量分支,可求出当风机安装在该分支时所承担的总风阻,该值与风量无关;对于同一个通风网络,安装风机的分支不同,所对应的总风阻也不同;2)当通风网络中安装多台风机时,通过将安装风机的所有分支均设置为固定风量分支,可求出各风机所承担的总风阻;此时,1台风机所负担的通风网络总风阻与风机数量、各风机的输出风量和安装位置相关。计算总风阻时,只要解算一次通风网络,依据回路阻力代数和不为0的回路,即可求出通风网络总风阻或多台风机各自所承担的总风阻。     

提高通风网风流稳定性防止风流反向

多中段通风网风流稳定性多中段作业的矿井通风网,经常出现角联巷道,这些巷道受网路中其他巷道风阻变化的影响,风流方向不稳定,容易发生风流反向,造成烟尘污染,破坏井下正常的风流系统。同一类型通风网,由于网路中各巷道风阻的配比关系不同,产生风流反向的难易程度也不相同。不同类型的通风网,由于巷道连接形式不同,在各相     

矿井通风管理工作中CASIOfx-180P型电算器的应用 第二讲 通风摩擦阻力与并联风阻、并联分风的计算

一、通风摩擦阻力的计算例3.已知某矿一条风路中各通风巷道的摩擦阻力系数α、长度L、断面积S、断面周边系数M和风量Q,试计算各通风巷道的摩擦风阻R_f、摩擦阻力h_f和风速V(见表3和表5)。摩擦风阻的计算公式是:     

无回路阻力平衡约束的固定风量平衡算法研究

通风网络解算、按需分风优化调节、基于固定风量调节反算风阻等工程实际问题均存在固定风量平衡问题.为判断在固定风量分支的位置、个数、风量都不确定的前提下,是否存在同时满足固定风量条件和风量平衡条件的通风网络风量分配方案,将固定风量平衡问题转化为网络流分配问题,令固定风量分支的容量上界与下界均等于固定风量值,其他分支的容量视为无穷大,判断是否存在所有固定风量分支均达到饱和状态的可行流,利用最大流算法求解可行流问题.如果存在可行流,则最大流方法的分配结果便可同时满足固定风量条件和风量平衡条件,即为通风网络风量的初始分配方案.通过正反2个实例验证,表明该方法可行.     

高温矿井热源对风流稳定性影响的分析

随着矿井开采深度的逐渐增加,地温升高,产生的高温环境必然会引起矿井通风系统特性的改变。介绍了高温矿井主要热源及其特征,并对它们进行了分类,研究了不同热源产生的热力风压、风流流动热阻力的特点,得到了非水平巷道热力风压影响风流方向的判别式,水平巷道热阻嵌入串、并、角联风路的风流流动规律,确定了热阻嵌入通风网络解算的风量修正公式。根据上述结论,分析了周源山煤矿矿井热源对风流稳定性的影响。结果表明,热阻对分支的风量影响达11.8%。     

通风网络分支风量与风机频率及变频 灵敏度的关系研究

为了定量描述主要通风机变频调风时通风网络风量变化的差异性,推导了分支风量随频率变化的函数关系式,表明分支风量与风机频率呈一次函数关系,依此可以精准高效地进行变频调风,并预判待调分支是否满足调风要求以及对非待调分支风量变化的影响。提出了变频灵敏度的概念,定量地反映了通风网络各分支风量相对于频率变化的敏感程度,其值可用风量与频率函数的斜率表征。通过理论推导可知变频灵敏度与分支风量具有相同的数值分布规律,得出风量越大的分支在变频调风时风量改变量也越大的结论。分析了所述理论对矿井变频调风工作的指导作用,并通过矿井变频调风时的风网解算验证了理论的正确性。     

矿井通风信息界定与分类研究

为了改善我国煤矿通风安全状况,研究矿山通风信息的采集和处理.将通风管理人员纳入通风系统的概念中,从建立矿井通风信息管理系统的目的出发,确定了信息界定的原则、依据、方法和范围.将矿井通风信息分为通风动力信息(机械动力信息和自然风压信息)、通风网路信息(网络结构信息和分支信息)、通风调控设施信息(风门、密闭、调节风窗、风帘、风桥信息)、通风管理人员信息和矿井空气品质信息(反映人舒适度及对人有益、有害物质浓度的信息),并分别界定了每一类包含的信息,共191个单独信息.     

基于Fluent软件的角联通风网络数值模拟

首先采用拟牛顿法(Broyden方法),基于MATLAB编程对地下矿山角联通风网络进行了编程解算,此种方法避免了复杂的数学方程建立过程,使解算过程在计算机上便可全部完成,并且收敛快,精度高。通过对解算结果的对比分析,可以了解角联分支对通风系统的影响,论文重点通过FLUENT软件,对角联通风网络进行了数值模拟,分别模拟了角联分支内有风流流过以及无风流流过的情况,通过选取不同的通风巷道截面,观察速度云图以及矢量图等,可以清楚的看到角联巷道内风流的特性以及效果,为角联巷道内风流特性的研究提供了一定的依据,文章最后指出了在矿山实际情况中,在处理角联通风网络时应注意的一些问题。     

An automatic approach for the control of the airflow volume and concentrations of hazardous gases in coal mine galleries

Intelligently controlling ventilation networks after an abnormal air branch is difficult. The key variable-frequency mine ventilator control factors that are used to correct this phenomenon were discussed. To improve the fitting accuracy of the mine ventilator characteristic curves, a database of characteristic curves for mine ventilators operating at different frequencies was established using the interpolation method for optimizing uniform approximations by Chebyshev. The concept of frequency sensitivity analysis by analyzing the sensitive branch in the ventilation network was proposed. The linear function between the mine ventilator working frequency and branch wind quantity was fitted out by experiments. A model based on Tikhonov regularization measured the branch wind quantity to calculate the wind resistance in the ventilation network, which yielded a unique branch resistance model solution. The mine air was monitored by calculating the variable wind resistance from the branch wind quantity. The sensitive branch coupling in the mine ventilator variable-frequency controlled ventilation was analyzed and combined with the control theory for ventilation networks. Two types of variable frequency were controlled to adjust the branch wind quantity, the frequency-concentration (f-w) servo control method and the curve search method. The experimental model was established for the Da Liu-ta coal mine ventilation system using the mine ventilator variable-frequency system controller to adjust the branch wind quantity. Because gas is explosive, CO₂ was used instead of gas for this experiment. The results indicate that the mine ventilator variable-frequency control automatically adjusted the branch wind quantity, which strictly followed the frequency-concentration servo control method and curve search method. Increasing the CO₂ concentration caused the mine ventilator variable-frequency controller to increase the branch wind quantity automatically to maintain the CO₂ concentration under the threshold value. The experimental results also demonstrated both the practicability of variable-frequency regulation for air branch systems and the feasibility of the branch quantity adjusted theory. Theoretical guidance for adjusting the ventilation branch quantity for a variable-frequency mine ventilator was provided.     

土城煤矿角联分支通风稳定性分析与控制

介绍了评价角联分支稳定性的两个指标—风流功率与风量敏感度。利用风流功率指标,衡量角联分支的通风稳定性。根据风量敏感度指标,确定影响角联分支稳定性的关键分支。在角联分支稳定性分析与关键分支确定的基础上,提出提高角联分支稳定性的技术措施,使角联分支的稳定性得到有效提高,矿井通风系统稳定性得到加强。将上述方法在土城煤矿加以应用,取得了良好效果。     

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。     

矿井通风系统平面图专用绘制软件研制

在对现有矿井通风系统图绘制软件分析的基础上,开发了矿井通风系统平面图专用绘制软件。该软件能实现巷道绘制、交叉自动消隐处理、拓扑关系自动保存、GIS功能、巷道分区用风分支集中布置的网络图自动生成与网络解算等功能。利用该软件在淮南矿业集团某新建矿井试用,实现了前期的通风系统平面图快速绘制与后期的通风系统分析一体化,节省了大量的人力物力。     

角-并联变换法解算简单角联网络研究

在解决简单角联网络的风量分配、风阻风压计算等问题上,很少有比较简便的方法。提出了角-并联变换法,实质是将简单角联通风网络简化为简单并联网络,即将具有共同风量的分支分解为2条或几条具有等值风阻的分支巷道;然后采用BFS法(由Broyden、Flether与Shanno提出),基于MALAB编程解算变换后的网络各项通风参数,并分析等效变换精度。对解算结果的对比分析发现,运用此法求解矿井复杂风网的实算结果与Scott-Hinsley(斯考德-恒斯雷法)所得结果一致,而且更准确,表明角-并联变换的理论和方法是正确的。与传统方法相比,该方法可避免建立复杂的数学方程,在计算机上即可完成全部解算过程,除适用于解算简单角联通风网络外,也可应用于其他相关领域。