一種礦井通風(fēng)系統(tǒng)的狀態(tài)識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種礦井通風(fēng)系統(tǒng)的狀態(tài)識(shí)別方法，包括：建立完整的礦井通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖并編號(hào)；獲得通風(fēng)系統(tǒng)初始狀態(tài)參數(shù)；對(duì)風(fēng)道分類；按照礦井通風(fēng)地理信息、風(fēng)道分類、分風(fēng)解算原理和相對(duì)靈敏度優(yōu)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置方案，基于在能夠保證通風(fēng)系統(tǒng)狀態(tài)識(shí)別精度的條件下，布置最少數(shù)量傳感器的原則，在各風(fēng)道布置相應(yīng)類型的傳感器；計(jì)算各風(fēng)道的自然風(fēng)壓；建立并求解非線性規(guī)劃模型，得到所述非線性規(guī)劃模型中各個(gè)待求的未知量的值，得出所述礦井通風(fēng)系統(tǒng)的狀態(tài)。本發(fā)明能夠根據(jù)礦井通風(fēng)地理信息和環(huán)境監(jiān)測(cè)參數(shù)實(shí)時(shí)識(shí)別礦井通風(fēng)系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)，為通風(fēng)系統(tǒng)在線分析、識(shí)別、診斷和調(diào)風(fēng)控風(fēng)方案優(yōu)化和通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)控制提供了比較準(zhǔn)確的風(fēng)網(wǎng)參數(shù)。
【專利說(shuō)明】一種礦井通風(fēng)系統(tǒng)的狀態(tài)識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于礦井通風(fēng)與安全【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種礦井通風(fēng)系統(tǒng)的狀態(tài)識(shí)別方法。
【背景技術(shù)】
[0002]礦井通風(fēng)是保障礦井安全的最主要技術(shù)手段之一。在礦井生產(chǎn)過(guò)程中，必須源源不斷地將地面新鮮空氣輸送到井下各作業(yè)地點(diǎn)，以供給人員呼吸，并稀釋和排除井下各種有毒、有害的氣體和礦塵，創(chuàng)造良好的礦內(nèi)工作環(huán)境，保障井下作業(yè)人員的身體健康和勞動(dòng)安全。
[0003]礦井通風(fēng)的主要任務(wù)是根據(jù)井下各個(gè)地點(diǎn)的溫度、濕度、有害氣體和礦塵濃度實(shí)時(shí)保證供風(fēng)質(zhì)量，滿足正常時(shí)期和災(zāi)變時(shí)期各用風(fēng)地點(diǎn)按時(shí)按需供風(fēng)。
[0004]但是，一般大中礦井的通風(fēng)系統(tǒng)通常是由幾百條、甚至上千條風(fēng)道組成的非線性網(wǎng)絡(luò)流體網(wǎng)絡(luò)；因此，無(wú)論是通風(fēng)系統(tǒng)模擬分析還是調(diào)風(fēng)控風(fēng)計(jì)算，不僅要借助計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)，更重要的是能夠獲取比較精確的計(jì)算基礎(chǔ)參數(shù)，這些參數(shù)主要包括各風(fēng)道的風(fēng)阻、自然風(fēng)壓(或火風(fēng)壓或熱力風(fēng)壓)和各風(fēng)機(jī)的工作特性曲線。否則，無(wú)論是人工計(jì)算還是計(jì)算機(jī)解算都不可能得到正確的計(jì)算結(jié)果。
[0005]隨著地面大氣壓和地溫的變化、巷道的變形、掘進(jìn)面和回采面的推進(jìn)、通風(fēng)設(shè)施的狀態(tài)改變和各種車輛和設(shè)備的擾動(dòng)，有許多風(fēng)道的風(fēng)阻和自然風(fēng)壓都是隨時(shí)變動(dòng)的，因此，由人工阻力測(cè)定工作獲得的計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)必然滯后礦井的實(shí)際情況。此種工作狀況，不可能滿足按時(shí)按需供風(fēng)，更不可能滿足火災(zāi)時(shí)期的均壓滅火需要。
[0006]現(xiàn)有的解決方法一般是在風(fēng)阻變化較大的風(fēng)道中安裝風(fēng)速傳感器，并在解算時(shí)將其設(shè)為固定風(fēng)量風(fēng)道，解算后，根據(jù)回路阻力平衡定律和風(fēng)道阻力定律先后求出其阻力和風(fēng)阻值。然而，該種方法存在下列問(wèn)題:(I)固定風(fēng)量風(fēng)道中的實(shí)測(cè)風(fēng)量值有時(shí)并不是由該風(fēng)道的風(fēng)阻決定的；(2)只用固定風(fēng)量風(fēng)道的實(shí)測(cè)風(fēng)量和風(fēng)機(jī)的特性曲線或風(fēng)機(jī)的工況，并不一定能得到合理的或真實(shí)的固定風(fēng)量風(fēng)道的風(fēng)阻值，特別是當(dāng)固定風(fēng)量風(fēng)道的實(shí)測(cè)風(fēng)量出現(xiàn)過(guò)大或異常時(shí)，用該方法解算出的固定風(fēng)量風(fēng)道的風(fēng)阻值可能為負(fù)數(shù)，這顯然不符合實(shí)際。也就是說(shuō)，用該方法不能估計(jì)或驗(yàn)證變化的風(fēng)道風(fēng)阻；可用原始數(shù)據(jù)為表I的例子進(jìn)行說(shuō)明，對(duì)于該例子，用固定風(fēng)量法反解風(fēng)道I和風(fēng)道2的風(fēng)阻和各風(fēng)道的風(fēng)量和風(fēng)壓(阻力損失)，結(jié)果見(jiàn)表2。
[0007]表I原始數(shù)據(jù)表
【權(quán)利要求】
1.一種礦井通風(fēng)系統(tǒng)的狀態(tài)識(shí)別方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，建立完整的礦井通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖并編號(hào)，具體為: 繪圖步驟:按照實(shí)際工況，繪制所述礦井通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖包括相互關(guān)聯(lián)的節(jié)點(diǎn)和分支，其中，所述節(jié)點(diǎn)代表風(fēng)流相交匯地點(diǎn)，每一條所述分支代表一條風(fēng)道； 編號(hào):將進(jìn)風(fēng)井口和回風(fēng)井口這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)編制為同一個(gè)號(hào)；對(duì)于其他節(jié)點(diǎn)，按照風(fēng)流流動(dòng)方向，從始點(diǎn)到終點(diǎn)對(duì)各節(jié)點(diǎn)按從小到大順序進(jìn)行編號(hào)；另外，還編制各風(fēng)道的風(fēng)道號(hào); 另外，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均標(biāo)明精確標(biāo)聞，并以標(biāo)聞最聞的進(jìn)回風(fēng)井口為基點(diǎn)，其它進(jìn)回風(fēng)井口增加一段虛擬風(fēng)道，使得所有進(jìn)回風(fēng)井口均有統(tǒng)一的虛擬標(biāo)高； 步驟2，進(jìn)行全局通風(fēng)阻力測(cè)定，并通過(guò)礦井通風(fēng)平差計(jì)算，獲得準(zhǔn)確的通風(fēng)系統(tǒng)初始狀態(tài)參數(shù) T° = (R0, A0, B0, C0, Q0, H0, Hz0)，其中 R°、A°、B°、C°、Q°、H0 和 Hz° 分別為各風(fēng)道的風(fēng)網(wǎng)的風(fēng)阻向量、風(fēng)機(jī)特性曲線二次項(xiàng)系數(shù)向量、風(fēng)機(jī)特性曲線一次項(xiàng)系數(shù)向量、風(fēng)機(jī)特性曲線常數(shù)項(xiàng)向量、風(fēng)網(wǎng)的風(fēng)量向量、風(fēng)網(wǎng)的阻力向量和風(fēng)網(wǎng)的自然風(fēng)壓向量；如果某一條風(fēng)道中未安裝風(fēng)機(jī)，則風(fēng)機(jī)特性曲線二次項(xiàng)系數(shù)向量、風(fēng)機(jī)特性曲線一次項(xiàng)系數(shù)向量和風(fēng)機(jī)特性曲線常數(shù)項(xiàng)向量這三個(gè)向量值為空； 步驟3，根據(jù)風(fēng)阻的變化頻率和幅度以及狀態(tài)識(shí)別周期，將風(fēng)道劃分為三類，分別為I類風(fēng)道、II類風(fēng)道和III類風(fēng)道；其中，I類風(fēng)道的風(fēng)阻狀態(tài)固定，II類風(fēng)道的風(fēng)阻具有有限個(gè)固定狀態(tài)，III類風(fēng)道的風(fēng)阻動(dòng)態(tài)變化； 步驟4，按照礦井通風(fēng)地理信息、風(fēng)道分類、分風(fēng)解算原理和相對(duì)靈敏度優(yōu)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置方案，基于在能夠保證通風(fēng)系統(tǒng)狀態(tài)識(shí)別精度的條件下，布置最少數(shù)量傳感器的原則，在各風(fēng)道布置相應(yīng)類型的傳感器； 步驟5，對(duì)于按照S4方法布置傳感器的每一個(gè)位置點(diǎn)，基于校正公式(I)，通過(guò)多次實(shí)測(cè)擬合出各傳感器在相應(yīng)位置點(diǎn)的換算系數(shù)A和B ; Ps = AXPc+B (I) 其中，Ps為真實(shí)值，Pc為傳感器監(jiān)測(cè)值，A和B為傳感器的地點(diǎn)換算系數(shù)； 然后，對(duì)于S4中各傳感器在相應(yīng)位置所測(cè)量得到的實(shí)測(cè)值，在已知各地點(diǎn)換算系數(shù)A和B的前提下，使用公式(I)進(jìn)行計(jì)算，將傳感器實(shí)測(cè)值換算為該位置的校正值，再換算為該位置的標(biāo)準(zhǔn)換算值； 步驟6，計(jì)算各風(fēng)道的自然風(fēng)壓，設(shè)共有N條風(fēng)道，則對(duì)這N條風(fēng)道，均采用下述方法一，或均采用下述方法二，計(jì)算各風(fēng)道的自然風(fēng)壓: 方法一:若只測(cè)得各風(fēng)道的空氣密度，則用公式(2)計(jì)算自然風(fēng)壓: hni = gP i(hn-hi2), i = 1,2,..., N (2) 其中，hni為風(fēng)道i的自然風(fēng)壓；P i為風(fēng)道i的空氣密度，hn和hi2分別為風(fēng)道i的始點(diǎn)標(biāo)高和終點(diǎn)標(biāo)高；其中，需要將進(jìn)風(fēng)井或回風(fēng)井井口高出地面的空氣柱自然風(fēng)壓疊加到相應(yīng)風(fēng)井風(fēng)道的自然風(fēng)壓中； 方法二:如果僅測(cè)得基準(zhǔn)井口的空氣密度和各風(fēng)道的風(fēng)流溫度，則用下列公式計(jì)算自然風(fēng)壓:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井通風(fēng)系統(tǒng)的狀態(tài)識(shí)別方法，其特征在于，步驟3中，I類風(fēng)道指:井筒、無(wú)通風(fēng)構(gòu)筑物和移動(dòng)設(shè)備通過(guò)的大巷；安裝有固定設(shè)施的硐室；11類風(fēng)道指:配置有開(kāi)關(guān)狀態(tài)控制風(fēng)門(mén)、調(diào)節(jié)風(fēng)窗和固定風(fēng)阻設(shè)備的風(fēng)道；ΙΠ類風(fēng)道指:回采工作和掘進(jìn)工作所在的風(fēng)道、通風(fēng)構(gòu)筑物狀態(tài)動(dòng)態(tài)變化的風(fēng)道和風(fēng)阻隨機(jī)變化的風(fēng)道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井通風(fēng)系統(tǒng)的狀態(tài)識(shí)別方法，其特征在于，步驟4和步驟7中，在各風(fēng)道布置相應(yīng)類型的傳感器，具體方法為: 在回采工作面進(jìn)回風(fēng)側(cè)風(fēng)流穩(wěn)定地段裝設(shè)風(fēng)速傳感器、溫度傳感器和密度傳感器；在掘進(jìn)工作面的進(jìn)回風(fēng)側(cè)風(fēng)流穩(wěn)定地段裝設(shè)風(fēng)速傳感器、溫度傳感器和密度傳感器；在各進(jìn)回風(fēng)井口裝設(shè)溫度傳感器和密度傳感器；在安全規(guī)程規(guī)定的各用風(fēng)區(qū)回風(fēng)風(fēng)流穩(wěn)定地點(diǎn)裝設(shè)風(fēng)速傳感器、溫度傳感器和密度傳感器；其它具有風(fēng)量可準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)的地段而且風(fēng)量對(duì)III類風(fēng)道風(fēng)阻靈敏的風(fēng)道裝設(shè)風(fēng)速傳感器，并使得監(jiān)測(cè)的獨(dú)立風(fēng)速風(fēng)道數(shù)大于待估風(fēng)阻風(fēng)道數(shù)；而后，根據(jù)風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)、初始狀態(tài)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)建立步驟7中數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，解該數(shù)學(xué)規(guī)劃模型 得到通風(fēng)系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)。
【文檔編號(hào)】E21F1/00GK103939123SQ201410182176
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】盧新明, 尹紅 申請(qǐng)人:盧新明, 尹紅