一種礦井通風系統的狀態識別方法
【專利摘要】本發明提供一種礦井通風系統的狀態識別方法，包括：建立完整的礦井通風系統網絡拓撲結構圖并編號；獲得通風系統初始狀態參數；對風道分類；按照礦井通風地理信息、風道分類、分風解算原理和相對靈敏度優化監測系統布置方案，基于在能夠保證通風系統狀態識別精度的條件下，布置最少數量傳感器的原則，在各風道布置相應類型的傳感器；計算各風道的自然風壓；建立并求解非線性規劃模型，得到所述非線性規劃模型中各個待求的未知量的值，得出所述礦井通風系統的狀態。本發明能夠根據礦井通風地理信息和環境監測參數實時識別礦井通風系統狀態參數，為通風系統在線分析、識別、診斷和調風控風方案優化和通風系統自動控制提供了比較準確的風網參數。
【專利說明】一種礦井通風系統的狀態識別方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于礦井通風與安全【技術領域】，具體涉及一種礦井通風系統的狀態識別方法。
【背景技術】
[0002]礦井通風是保障礦井安全的最主要技術手段之一。在礦井生產過程中，必須源源不斷地將地面新鮮空氣輸送到井下各作業地點，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，創造良好的礦內工作環境，保障井下作業人員的身體健康和勞動安全。
[0003]礦井通風的主要任務是根據井下各個地點的溫度、濕度、有害氣體和礦塵濃度實時保證供風質量，滿足正常時期和災變時期各用風地點按時按需供風。
[0004]但是，一般大中礦井的通風系統通常是由幾百條、甚至上千條風道組成的非線性網絡流體網絡；因此，無論是通風系統模擬分析還是調風控風計算，不僅要借助計算機軟硬件技術，更重要的是能夠獲取比較精確的計算基礎參數，這些參數主要包括各風道的風阻、自然風壓(或火風壓或熱力風壓)和各風機的工作特性曲線。否則，無論是人工計算還是計算機解算都不可能得到正確的計算結果。
[0005]隨著地面大氣壓和地溫的變化、巷道的變形、掘進面和回采面的推進、通風設施的狀態改變和各種車輛和設備的擾動，有許多風道的風阻和自然風壓都是隨時變動的，因此，由人工阻力測定工作獲得的計算基礎數據必然滯后礦井的實際情況。此種工作狀況，不可能滿足按時按需供風，更不可能滿足火災時期的均壓滅火需要。
[0006]現有的解決方法一般是在風阻變化較大的風道中安裝風速傳感器，并在解算時將其設為固定風量風道，解算后，根據回路阻力平衡定律和風道阻力定律先后求出其阻力和風阻值。然而，該種方法存在下列問題:(I)固定風量風道中的實測風量值有時并不是由該風道的風阻決定的；(2)只用固定風量風道的實測風量和風機的特性曲線或風機的工況，并不一定能得到合理的或真實的固定風量風道的風阻值，特別是當固定風量風道的實測風量出現過大或異常時，用該方法解算出的固定風量風道的風阻值可能為負數，這顯然不符合實際。也就是說，用該方法不能估計或驗證變化的風道風阻；可用原始數據為表I的例子進行說明，對于該例子，用固定風量法反解風道I和風道2的風阻和各風道的風量和風壓(阻力損失)，結果見表2。
[0007]表I原始數據表
【權利要求】
1.一種礦井通風系統的狀態識別方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，建立完整的礦井通風系統網絡拓撲結構圖并編號，具體為: 繪圖步驟:按照實際工況，繪制所述礦井通風系統網絡拓撲結構圖，該拓撲結構圖包括相互關聯的節點和分支，其中，所述節點代表風流相交匯地點，每一條所述分支代表一條風道； 編號:將進風井口和回風井口這兩個節點編制為同一個號；對于其他節點，按照風流流動方向，從始點到終點對各節點按從小到大順序進行編號；另外，還編制各風道的風道號; 另外，每個節點均標明精確標聞，并以標聞最聞的進回風井口為基點，其它進回風井口增加一段虛擬風道，使得所有進回風井口均有統一的虛擬標高； 步驟2，進行全局通風阻力測定，并通過礦井通風平差計算，獲得準確的通風系統初始狀態參數 T° = (R0, A0, B0, C0, Q0, H0, Hz0)，其中 R°、A°、B°、C°、Q°、H0 和 Hz° 分別為各風道的風網的風阻向量、風機特性曲線二次項系數向量、風機特性曲線一次項系數向量、風機特性曲線常數項向量、風網的風量向量、風網的阻力向量和風網的自然風壓向量；如果某一條風道中未安裝風機，則風機特性曲線二次項系數向量、風機特性曲線一次項系數向量和風機特性曲線常數項向量這三個向量值為空； 步驟3，根據風阻的變化頻率和幅度以及狀態識別周期，將風道劃分為三類，分別為I類風道、II類風道和III類風道；其中，I類風道的風阻狀態固定，II類風道的風阻具有有限個固定狀態，III類風道的風阻動態變化； 步驟4，按照礦井通風地理信息、風道分類、分風解算原理和相對靈敏度優化監測系統布置方案，基于在能夠保證通風系統狀態識別精度的條件下，布置最少數量傳感器的原則，在各風道布置相應類型的傳感器； 步驟5，對于按照S4方法布置傳感器的每一個位置點，基于校正公式(I)，通過多次實測擬合出各傳感器在相應位置點的換算系數A和B ; Ps = AXPc+B (I) 其中，Ps為真實值，Pc為傳感器監測值，A和B為傳感器的地點換算系數； 然后，對于S4中各傳感器在相應位置所測量得到的實測值，在已知各地點換算系數A和B的前提下，使用公式(I)進行計算，將傳感器實測值換算為該位置的校正值，再換算為該位置的標準換算值； 步驟6，計算各風道的自然風壓，設共有N條風道，則對這N條風道，均采用下述方法一，或均采用下述方法二，計算各風道的自然風壓: 方法一:若只測得各風道的空氣密度，則用公式(2)計算自然風壓: hni = gP i(hn-hi2), i = 1,2,..., N (2) 其中，hni為風道i的自然風壓；P i為風道i的空氣密度，hn和hi2分別為風道i的始點標高和終點標高；其中，需要將進風井或回風井井口高出地面的空氣柱自然風壓疊加到相應風井風道的自然風壓中； 方法二:如果僅測得基準井口的空氣密度和各風道的風流溫度，則用下列公式計算自然風壓:
2.根據權利要求1所述的礦井通風系統的狀態識別方法，其特征在于，步驟3中，I類風道指:井筒、無通風構筑物和移動設備通過的大巷；安裝有固定設施的硐室；11類風道指:配置有開關狀態控制風門、調節風窗和固定風阻設備的風道；ΙΠ類風道指:回采工作和掘進工作所在的風道、通風構筑物狀態動態變化的風道和風阻隨機變化的風道。
3.根據權利要求1所述的礦井通風系統的狀態識別方法，其特征在于，步驟4和步驟7中，在各風道布置相應類型的傳感器，具體方法為: 在回采工作面進回風側風流穩定地段裝設風速傳感器、溫度傳感器和密度傳感器；在掘進工作面的進回風側風流穩定地段裝設風速傳感器、溫度傳感器和密度傳感器；在各進回風井口裝設溫度傳感器和密度傳感器；在安全規程規定的各用風區回風風流穩定地點裝設風速傳感器、溫度傳感器和密度傳感器；其它具有風量可準確監測的地段而且風量對III類風道風阻靈敏的風道裝設風速傳感器，并使得監測的獨立風速風道數大于待估風阻風道數；而后，根據風網結構、初始狀態和監測數據建立步驟7中數學規劃模型，解該數學規劃模型 得到通風系統的狀態參數。
【文檔編號】E21F1/00GK103939123SQ201410182176
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】盧新明, 尹紅 申請人:盧新明, 尹紅