本發(fā)明屬于煤礦通風(fēng)，具體涉及一種巷道風(fēng)速傳感器安裝位置準(zhǔn)確預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、通風(fēng)是保障煤礦安全高效生產(chǎn)的基礎(chǔ)，井下風(fēng)量的精準(zhǔn)測(cè)控作為礦井通風(fēng)智能管控的重要基礎(chǔ)組成部分，能夠有效地對(duì)井下風(fēng)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)是礦井智能通風(fēng)建設(shè)的重要條件之一。傳統(tǒng)的井下風(fēng)量測(cè)定過(guò)程主要是通過(guò)人工測(cè)風(fēng)和傳感器測(cè)風(fēng)，人工測(cè)風(fēng)準(zhǔn)確性受測(cè)風(fēng)員的測(cè)風(fēng)水平限制較大；風(fēng)速傳感器測(cè)風(fēng)只能對(duì)一個(gè)點(diǎn)的風(fēng)速進(jìn)行監(jiān)測(cè)，相對(duì)于巷道平均風(fēng)速而言相對(duì)誤差較大。

2、巷道風(fēng)速、風(fēng)量、風(fēng)壓、溫度等通風(fēng)參數(shù)的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)是礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與計(jì)算的重要前提，對(duì)調(diào)控主要通風(fēng)機(jī)工況，節(jié)約電力資源有著巨大意義；同時(shí)，在災(zāi)變時(shí)期遠(yuǎn)程調(diào)控通風(fēng)設(shè)施以保障井下作業(yè)人員生命健康，降低事故損失也需要精準(zhǔn)的通風(fēng)參數(shù)支持，“測(cè)準(zhǔn)風(fēng)速”可以說(shuō)是建設(shè)智能化礦井通風(fēng)系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。

3、目前，對(duì)于巷道截面風(fēng)流分布狀態(tài)的研究已經(jīng)頗多，對(duì)于風(fēng)速監(jiān)測(cè)而言一方面主要是通過(guò)數(shù)值模擬軟件對(duì)巷道井下風(fēng)流流場(chǎng)進(jìn)行模擬，從而找到存在于巷道內(nèi)部的平均風(fēng)速圈，在平均風(fēng)速圈的位置處布置傳感器進(jìn)行風(fēng)速監(jiān)測(cè)；另一方面是通過(guò)風(fēng)速傳感器監(jiān)測(cè)一個(gè)點(diǎn)的風(fēng)速，然后再給定一個(gè)風(fēng)速補(bǔ)償系數(shù)進(jìn)行修正，計(jì)算出巷道的平均風(fēng)速。然而上述兩種方法都存在一定的不適用性，首先巷道的平均風(fēng)速圈受巷道斷面形狀，巷道斷面積，巷道摩擦阻力系數(shù)多方面的影響，應(yīng)用數(shù)值模擬的方法來(lái)找每一條巷道的平均風(fēng)速圈相對(duì)耗時(shí)費(fèi)力；其次由于風(fēng)速補(bǔ)償系數(shù)一般是將監(jiān)測(cè)數(shù)值和人工數(shù)值進(jìn)行擬合確定，不同位置的風(fēng)速補(bǔ)償系數(shù)不同，由于風(fēng)速傳感器的布置位置相對(duì)不確定，風(fēng)速補(bǔ)償修正系數(shù)的準(zhǔn)確性也就難以保證。

4、基于此，提出一種能夠快速準(zhǔn)確確定巷道風(fēng)速傳感器安裝位置的方法尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種巷道風(fēng)速傳感器安裝位置準(zhǔn)確預(yù)測(cè)方法，以解決傳統(tǒng)針對(duì)風(fēng)速傳感器懸掛位置不精確導(dǎo)致風(fēng)量監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)確的技術(shù)問(wèn)題。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種巷道風(fēng)速傳感器安裝位置準(zhǔn)確預(yù)測(cè)方法，通過(guò)數(shù)值模擬的手段來(lái)進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)模擬，得到不同規(guī)格和摩擦阻力系數(shù)情況下的平均風(fēng)速圈位置，然后通過(guò)bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的方法快速預(yù)測(cè)巷道平均風(fēng)速圈的位置，來(lái)指導(dǎo)風(fēng)速傳感器進(jìn)行安裝，提供風(fēng)量監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性。

2、本發(fā)明提供一種巷道風(fēng)速傳感器安裝位置準(zhǔn)確預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

3、s1、分析巷道風(fēng)流狀態(tài)，確定巷道的風(fēng)流狀態(tài)為層流狀態(tài)或是紊流狀態(tài)；

4、s2、巷道的風(fēng)流狀態(tài)若為紊流狀態(tài)，對(duì)巷道斷面平均風(fēng)速圈進(jìn)行數(shù)值模擬，得出平均風(fēng)速圈距巷道頂部位置；

5、s3、建立bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，輸出平均風(fēng)速圈距巷道頂部的位置；

6、s4、將步驟s2中模擬出的平均風(fēng)速圈距巷道頂部的位置與步驟s3中bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型輸出的平均風(fēng)速圈距巷道頂部的位置進(jìn)行對(duì)比，誤差結(jié)果在4％以?xún)?nèi)，則將bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型輸出的平均風(fēng)速圈距巷道頂部的位置作為風(fēng)速傳感器的安裝位置。

7、進(jìn)一步地，在步驟s1中，圓形巷道流體的平均速度，m/s：

8、

9、非圓形巷道中流體的平均速度，m/s：

10、

11、其中，re為雷諾數(shù)；r0為圓形管道直徑，m；α為流體的運(yùn)動(dòng)黏性系數(shù)，u代表巷道斷面的周長(zhǎng)，s代表巷道斷面的斷面積。

12、進(jìn)一步地，根據(jù)公式(1)、公式(2)得到巷道中流體的平均速度v，若v大于0.15m/s，判定巷道的風(fēng)流狀態(tài)為紊流狀態(tài)。

13、進(jìn)一步地，在步驟s2中，還包括以下步驟：

14、s21、根據(jù)巷道的實(shí)際情況，以x軸為巷道長(zhǎng)度，y軸為巷道高度，z軸為巷道寬度建立巷道三維坐標(biāo)模型；

15、s22、假設(shè)a、礦井風(fēng)流流動(dòng)屬于不可壓縮流動(dòng)；b、入口風(fēng)流處于穩(wěn)定狀態(tài)，滿(mǎn)足boussinesq假設(shè)；c、巷道壁面絕熱恒溫，忽略風(fēng)流與巷道壁面摩擦產(chǎn)生的熱量；

16、s23、利用前置模型處理軟件cfd建立三維坐標(biāo)模型，并經(jīng)過(guò)布爾運(yùn)算，對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分；

17、s24、采用壓力隱式分離的求解器，速度選擇絕對(duì)速度，湍流模型選擇標(biāo)準(zhǔn)雙方程模型，流場(chǎng)求解計(jì)算方法選擇simple算法，模擬平均風(fēng)速圈距巷道頂部的位置。

18、進(jìn)一步地，在步驟s3中，bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型包括：輸入層、隱含層以及輸出層，將巷道斷面類(lèi)型、巷道斷面高度、巷道斷面寬度、巷道摩擦阻力系數(shù)作為輸入層，平均風(fēng)速圈距巷道頂部的位置作為輸出層，其中，[x1,x2,…xm]為輸入樣本，[y1,y2,…yn]為輸出樣本，隱含層各單元的輸出按下式計(jì)算：

19、oj＝f(∑wijxi-θj)???(3)；

20、輸出層的輸出結(jié)果為：

21、yk＝f(∑tjkoj-θk)???(4)；

22、式中：θ為神經(jīng)元閾值；f為非線(xiàn)性函數(shù)；wij為隱含層的權(quán)值矩陣；tjk為輸出層的權(quán)值矩陣。

23、進(jìn)一步地，在步驟s4中，還包括：

24、步驟s41、選取部分步驟s24中的模擬平均風(fēng)速圈距巷道頂部的位置，作為bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的測(cè)試樣本；

25、步驟s42、將步驟s24中的模擬平均風(fēng)速圈距巷道頂部的位置的余下部分作為預(yù)測(cè)值；

26、步驟s43、將bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)結(jié)果和所述預(yù)測(cè)值做對(duì)比，誤差結(jié)果在4％以?xún)?nèi)，則將bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型輸出的平均風(fēng)速圈距巷道頂部的位置作為風(fēng)速傳感器的安裝位置。

27、本發(fā)明的巷道風(fēng)速傳感器安裝位置準(zhǔn)確預(yù)測(cè)方法，有益效果如下：將bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的平均風(fēng)速圈位置距頂板距離結(jié)果與模擬結(jié)果對(duì)比，預(yù)測(cè)結(jié)果誤差范圍在4％以?xún)?nèi)，通過(guò)預(yù)測(cè)指導(dǎo)風(fēng)速傳感器安裝位置的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與人工測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)基本相吻合，證明該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在誤差允許的范圍內(nèi)，求解不同情況下平均風(fēng)速圈位置變化情況，以此來(lái)進(jìn)行風(fēng)速傳感器位置確定，具有良好的適用性和可行性，有一定的實(shí)用價(jià)值。

28、為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。

技術(shù)特征：

1.一種巷道風(fēng)速傳感器安裝位置準(zhǔn)確預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的巷道風(fēng)速傳感器安裝位置準(zhǔn)確預(yù)測(cè)方法，其特征在于，在步驟s1中，圓形巷道流體的平均速度v，m/s：

3.如權(quán)利要求2所述的巷道風(fēng)速傳感器安裝位置準(zhǔn)確預(yù)測(cè)方法，其特征在于，根據(jù)公式(1)、公式(2)得到巷道中流體的平均速度v，若v大于0.15m/s，判定巷道的風(fēng)流狀態(tài)為紊流狀態(tài)。

4.如權(quán)利要求1所述的巷道風(fēng)速傳感器安裝位置準(zhǔn)確預(yù)測(cè)方法，其特征在于，在步驟s2中，還包括以下步驟：

5.如權(quán)利要求4所述的巷道風(fēng)速傳感器安裝位置準(zhǔn)確預(yù)測(cè)方法，其特征在于，在步驟s3中，bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型包括：輸入層、隱含層以及輸出層，將巷道斷面類(lèi)型、巷道斷面高度、巷道斷面寬度、巷道摩擦阻力系數(shù)作為輸入層，平均風(fēng)速圈距巷道頂部的位置作為輸出層，其中，[x1,x2,…xm]為輸入樣本，[y1,y2,…yn]為輸出樣本，隱含層各單元的輸出按下式計(jì)算：

6.如權(quán)利要求5所述的巷道風(fēng)速傳感器安裝位置準(zhǔn)確預(yù)測(cè)方法，其特征在于，在步驟s4中，還包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于煤礦通風(fēng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種巷道風(fēng)速傳感器安裝位置準(zhǔn)確預(yù)測(cè)方法，包括：S1、分析巷道風(fēng)流狀態(tài)，S2、巷道的風(fēng)流狀態(tài)若為紊流狀態(tài)，對(duì)巷道斷面平均風(fēng)速圈進(jìn)行模擬，得出平均風(fēng)速圈距巷道頂部位置；S3、建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，輸出平均風(fēng)速圈距巷道頂部的位置；S4、將步驟S2中模擬的平均風(fēng)速圈距巷道頂部的位置與步驟S3中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型輸出的平均風(fēng)速圈距巷道頂部的位置對(duì)比，誤差結(jié)果在4％以?xún)?nèi)，則將BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型輸出的平均風(fēng)速圈距巷道頂部的位置作為風(fēng)速傳感器的安裝位置。本發(fā)明的方法，將網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)結(jié)果和模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，誤差范圍在4％以?xún)?nèi)，則將預(yù)測(cè)結(jié)果作為風(fēng)速傳感器的安裝位置，提高了風(fēng)速傳感器安裝的準(zhǔn)確性。

技術(shù)研發(fā)人員：華坤鵬,何敏,蔣澤,卜滕滕,昌偉鋒,楊書(shū)浩,錢(qián)會(huì)發(fā)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天地（常州）自動(dòng)化股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19