一種礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)道參數(shù)的多態(tài)自動(dòng)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)風(fēng)道參數(shù)的多態(tài)自動(dòng)識(shí)別方法，步驟為：1)按照風(fēng)阻變化情況，將風(fēng)道劃分為三類；2)Ⅲ類風(fēng)道構(gòu)成的單連通區(qū)域變?yōu)橐粋€(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)，按風(fēng)流的穩(wěn)定程度找到最佳生成樹，最佳生成樹的連支風(fēng)道布置風(fēng)量傳感器，進(jìn)而獲得所有風(fēng)道分別在各通風(fēng)狀態(tài)下的風(fēng)量值；結(jié)合主要風(fēng)機(jī)工況的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，得到各種狀態(tài)下的降階網(wǎng)，進(jìn)而求出各種狀態(tài)下所有風(fēng)道風(fēng)量；3)建立風(fēng)道風(fēng)阻識(shí)別基本回路矩陣，利用該矩陣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和Ⅰ、Ⅱ類風(fēng)道風(fēng)阻的動(dòng)態(tài)變化特征及最小二乘計(jì)算原理，計(jì)算Ⅰ類風(fēng)道固有風(fēng)阻和Ⅱ類風(fēng)道動(dòng)態(tài)變化風(fēng)阻，利用風(fēng)機(jī)工況數(shù)據(jù)自動(dòng)完成風(fēng)機(jī)特性曲線擬合。為礦井通風(fēng)系統(tǒng)仿真模擬和實(shí)時(shí)調(diào)風(fēng)控風(fēng)提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
【專利說明】-種礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)道參數(shù)的多態(tài)自動(dòng)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)風(fēng)道參數(shù)的多 態(tài)自動(dòng)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，從而創(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)均是由幾百條，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，不僅需要借助計(jì)算機(jī)軟硬 件技術(shù)，更重要的是，需要獲取比較精確的計(jì)算基礎(chǔ)參數(shù)，例如，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，均不可能得到正確的計(jì)算結(jié)果。
[0005] 人工阻力測(cè)定方法雖然可以獲得計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，然而，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)壓均是隨時(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)期的調(diào)風(fēng)和控風(fēng)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。事實(shí)上，該種方法存在下列問題：（1)固定風(fēng)量風(fēng)道中的實(shí)測(cè)風(fēng)量值不一定是由該 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)過大或異常時(shí)，用該方法解算出來的固定風(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。另外，也有人提出了測(cè)風(fēng)求阻，但該方法也存在以下問題：（1)沒有利用大部分風(fēng)道 風(fēng)阻不變的特點(diǎn)（一次測(cè)定長(zhǎng)久使用），使得每次計(jì)算均需要大量的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)；(2)沒有利 用部分風(fēng)道風(fēng)阻的動(dòng)態(tài)變化特征，需要人工調(diào)節(jié)部風(fēng)風(fēng)道風(fēng)阻，既費(fèi)時(shí)，又影響正常生產(chǎn)； (3)沒有形成科學(xué)的計(jì)算方法，計(jì)算過程中很容易出現(xiàn)病態(tài)情況，無(wú)法得到正確的結(jié)果。也 就是說，利用上述方法不能有效估計(jì)或自動(dòng)跟蹤礦井通風(fēng)系統(tǒng)各風(fēng)道風(fēng)阻的真實(shí)值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)道參數(shù)的多態(tài)自動(dòng)識(shí) 別方法，可有效解決上述問題。
[0008] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0009] 本發(fā)明提供一種礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)道參數(shù)的多態(tài)自動(dòng)識(shí)別方法，包括以下步驟：
[0010] 步驟一，對(duì)待識(shí)別的礦井通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)由1開始進(jìn)行順序編號(hào)，設(shè)所述礦井通 風(fēng)系統(tǒng)共有J個(gè)節(jié)點(diǎn)和N條風(fēng)道，則得到通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖為G= [V，E]，其中V為節(jié)點(diǎn)集， 且I v I = J ;E為風(fēng)道集，且| E I = N ;
[0011] 步驟二，按照風(fēng)阻的變化情況，將所述礦井通風(fēng)系統(tǒng)的風(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)道指風(fēng)阻未知且不隨通風(fēng)狀態(tài)變化的風(fēng)道； II類風(fēng)道指風(fēng)阻未知且隨通風(fēng)狀態(tài)變化的風(fēng)道；III類風(fēng)道指在任何通風(fēng)狀態(tài)下風(fēng)阻均已知 且不隨通風(fēng)狀態(tài)變化的風(fēng)道；
[0012] 步驟三，選取一種編號(hào)方式，對(duì)所述通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖的N條風(fēng)道由1開始進(jìn)行順序 編號(hào)，由此得到的風(fēng)道分別記為：Ι^α 2、…、LN ;則可得到如下的Μ行N列的基本回路矩陣：
[0013]

【權(quán)利要求】
1. 一種礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)道參數(shù)的多態(tài)自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一，對(duì)待識(shí)別的礦井通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)由1開始進(jìn)行順序編號(hào)，設(shè)所述礦井通風(fēng)系 統(tǒng)共有J個(gè)節(jié)點(diǎn)和N條風(fēng)道，則得到通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖為G= [V，E]，其中V為節(jié)點(diǎn)集，且|V =J;E為風(fēng)道集,且|E| =N; 步驟二，按照風(fēng)阻的變化情況，將所述礦井通風(fēng)系統(tǒng)的風(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)道指風(fēng)阻未知且不隨通風(fēng)狀態(tài)變化的風(fēng)道；II類 風(fēng)道指風(fēng)阻未知且隨通風(fēng)狀態(tài)變化的風(fēng)道；III類風(fēng)道指在任何通風(fēng)狀態(tài)下風(fēng)阻均已知且不 隨通風(fēng)狀態(tài)變化的風(fēng)道； 步驟三，選取一種編號(hào)方式，對(duì)所述通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖的N條風(fēng)道由1開始進(jìn)行順序編 號(hào)，由此得到的風(fēng)道分別記為：U、L2、…、Ln ;則可得到如下的M行N列的基本回路矩陣：
其中，M=N-J+1，代表所述通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖的基本回路數(shù)量；且ml+m2+m3 =M，ml+m2+m3+nl+n2 =N； 并且，第1?ml條風(fēng)道，即A、L2、…、Lml為I類風(fēng)道； 第ml+1?ml+m2條風(fēng)道，即：Lml+1、Lml+2、…、Lml+m2為II類風(fēng)道； 第ml+m2+l?ml+m2+m3 條風(fēng)道，即：Lml+m2+1、Lml+m2+2、…、Lml+m2+m3 風(fēng)道為III類風(fēng)道； 弟ml+m2+m3+l?ml+m2+m3+nl條風(fēng)道，即：Lml+m2+m3+1、Lml+m2+m3++2、…、Lml+m2+m3+nl 為I 類風(fēng)道； 第ml+m2+m3+nl+l?N條風(fēng)道，即：Lml+m2+m3+nl+1、Lml+m2+m3+nl+2、…、Ln 為111 類風(fēng)道； 步驟四，通過步驟三，可確定ml、m2、m3、nl和n2的值；然后，確定滿足下列關(guān)系式的通 風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)狀態(tài)數(shù)量P;其中，通風(fēng)狀態(tài)用Gk表示，且k= 1，2,…，P;
此處，符號(hào)□為取整數(shù)符號(hào)； 步驟五，將通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖G的III類風(fēng)道構(gòu)成的單連通區(qū)域變?yōu)橐粋€(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)，從而 構(gòu)成一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)Gn，在Gn中按風(fēng)流的穩(wěn)定程度找到一個(gè)最佳生成樹，所述最佳生成樹的連 支風(fēng)道為較穩(wěn)定風(fēng)道，然后，在所述最佳生成樹的連支風(fēng)道中，根據(jù)在保證風(fēng)量平衡的條件 下，要求的傳感器最少的原則，選取T個(gè)連支風(fēng)道U、L2、…、Lt，使所述最佳生成樹的連支 風(fēng)道LpL2、…、Lt為風(fēng)量傳感器的布置風(fēng)道，S卩：在所得到的連支風(fēng)道中分別安裝風(fēng)量傳 感器；其中，T<N;U、L2、…、Lt分別為第1條風(fēng)道、第2條風(fēng)道…第T條風(fēng)道； 步驟六，獲得所有風(fēng)道分別在通風(fēng)狀態(tài)G1、G2…Gp下的風(fēng)道風(fēng)量值： (1)使用步驟五所安裝的風(fēng)量傳感器，分別實(shí)際測(cè)量在通風(fēng)狀態(tài)G1、G2…Gp下，連支風(fēng) 道1^、1^2、…、1^的風(fēng)道風(fēng)量值；由此得到1^、1^2、…、1^分別在通風(fēng)狀態(tài)G\G2…Gp下的風(fēng) 道風(fēng)量值； (2) 以U、L2、…、Lt的風(fēng)道風(fēng)量為已知值，根據(jù)風(fēng)量平衡定律，計(jì)算通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖G 中的各個(gè)懸掛風(fēng)道分別在通風(fēng)狀態(tài)G\G2…Gp下的風(fēng)道風(fēng)量值； (3) 去除通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖G中的LpL2、…、Lt風(fēng)道以及懸掛風(fēng)道，得到進(jìn)出風(fēng)量均已 知的降階網(wǎng)，由風(fēng)道U、、L2、…、Lt的獲得方法可知，所述降階網(wǎng)中每一個(gè)風(fēng)道均為III類風(fēng) 道，風(fēng)阻為已知值，因此，采用固定風(fēng)量風(fēng)道法求出降階網(wǎng)中各風(fēng)道的風(fēng)道風(fēng)量值； 由此，獲得所有風(fēng)道分別在通風(fēng)狀態(tài)G1、G2…Gp下的風(fēng)道風(fēng)量值； 步驟七，在通風(fēng)狀態(tài)G1、G2…Gp下，將所述礦井通風(fēng)系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)表示為：Tk = (Rk，Qfk，Hfk，Qk，Hk，Hzk)，其中，k= 1，2,…，P; 其中：浐、〇/、11/、〇15、硭和扎15分別為風(fēng)道風(fēng)阻向量、風(fēng)機(jī)風(fēng)量向量、風(fēng)機(jī)風(fēng)壓向量、風(fēng)道 風(fēng)量向量、風(fēng)道風(fēng)壓向量和風(fēng)網(wǎng)的自然風(fēng)壓向量； 對(duì)于N條風(fēng)道，假設(shè)每一條風(fēng)道的流態(tài)指數(shù)〇為已知值，且〇 >1，且各條風(fēng)道的流態(tài) 指數(shù)可不同；假設(shè)每一條風(fēng)道的自然風(fēng)壓以及風(fēng)機(jī)風(fēng)壓在各種通風(fēng)狀態(tài)下的值均 為已知值； 貝U:通過以下步驟求解I類風(fēng)道U、L2、…、Lml以及L ml+m2+m3+l>Lml+m2+m3+2、* * * ^ ^ml+m2+m3+nl 的風(fēng)阻值，其中，由于M-ml+m2+m3,則Lml+m2+m3+1、Lml+m2+m3+2、…、Lml+m2+m3+nl 即為風(fēng)道Lm+1、Lm+2、…、LM+nl ;即求解Rj(j= 1，--，ml;M+1，? ? ?，M+nl); 以及，還求解II類風(fēng)道分別在通風(fēng)狀態(tài)G1、G2…Gp下的風(fēng)阻值，S卩：求解RkXj=m\+L...,/?l-\-m2:k= ： (1)建立下列基本回路定律方程組：

(3) 當(dāng)i= 1時(shí)，用方程EQ10-2減去方程EQlO-I;用方程（EQ10-3減去方程EQ10-P" 用方程EQlO-P減去方程EQ10-1 ; 當(dāng)i= 2時(shí)，用方程EQ10-2減去方程EQ10-1 ;用方程EQ10-3減去方程EQ10-1…用方 程EQlO-P減去方程EQ10-1 ; 依此類推，當(dāng)i=ml時(shí)，用方程EQ10-2減去方程EQ10-1 ;用方程EQ10-3減去方程EQ10-1…用方程EQlO-P減去方程EQ10-1 ; 從而消去R1,R2，…，Rml，得到關(guān)于RM+1，RM+2，…，RM+nl的mix(P-I)個(gè)方程，即：
其中，系數(shù)Au和Bi為方程合并得到的系數(shù)； (4) 由P的確定條件可知，方程組EQMlO的方程個(gè)數(shù)不小于未知個(gè)數(shù)，因此，用最小二乘 法解方程組EQMlO，得到RM+1，RM+2，…，RM+nl ; (5) 利用方程EQ10-1，求出R1,R2，…，Rml ; (6) 利用方程EQ20，分別求出通風(fēng)狀態(tài)G1、G2…Gp下對(duì)應(yīng)的 R^(j=ml+l，...，ml+m2;k= 1，2，...,P)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)道參數(shù)和風(fēng)機(jī)特性的多態(tài)自動(dòng)識(shí)別方法，其 特征在于，還包括： 步驟八：利用每臺(tái)主要風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)的多狀態(tài)工況數(shù)據(jù)(\Qfk ,H/ ),其中，k=l，2,…，P， 自動(dòng)擬合得到風(fēng)量一風(fēng)壓特性曲線： Hf =AfIQf-BfI(Qf-Bf) +Cf ; 其中，Af、Bf和Cf均為風(fēng)機(jī)特性曲線系數(shù)。
【文檔編號(hào)】G06F17/16GK104268126SQ201410542762
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】盧新明, 尹紅 申請(qǐng)人:盧新明, 尹紅