矿井通风系统阻变型故障诊断及风速传感器位置优化

将矿井发生巷道冒落或变形、风门开关或者损毁、运输车辆堵塞等变化所引起的通风系统风量发生异常变化的现象称为矿井通风系统阻变型故障。根据故障发生后巷道风量的监测值,利用支持向量机(SVM)、遗传算法(GA)等人工智能方法可以诊断故障位置及故障量。由此引出的核心问题是如何确定井下安设传感器的最小数量以及安设位置?通过实际矿井的故障诊断模拟实验和金属矿山的现场试验提出了不需先验知识的基于邻域粗糙集属性约简算法的风速传感器安设位置优化方法,根据巷道风量对故障位置及故障量的重要度,得到的约简分支即为应当安设传感器的最优位置。研究表明传感器安设的数量与人为设定的邻域半径大小有关,邻域半径越大,传感器的安设数量就越多,故障诊断的准确度也就相对越高。提出用于描述λ取值、邻域半径、传感器安设位置,传感器所在分支风阻值、故障诊断准确率之间最优关系的扫帚模型,风阻较大的分支构成了扫帚把,风阻较小的分支构成了扫帚头,扫帚模型要求传感器应优先布置在风阻值较大的扫帚把上,扫帚模型的形状与λ取值有关,λ越大,邻域半径越小,扫帚头越小,亦即传感器数量越少。λ越小,邻域半径越大,扫帚头越大,亦即传感器数量越多。研究成果为风速传感器安设位置的确定提供了一种新的方法,实现了利用较少风速传感器监测数据对矿井通风系统阻变型故障的判识。     

矿井通风阻变型故障复合特征无监督机器学习模型

目前矿井通风系统阻变型故障诊断方法需要收集故障样本方可进行故障位置和故障量诊断,且故障位置诊断和故障量诊断需要分别建立对应分类和回归数学模型。针对矿井通风系统阻变型故障样本收集难度大和故障位置及故障量无法同时进行故障诊断的问题,将矿井通风系统阻变型故障诊断转换为最小欧氏距离的优化求解问题,提出一种无需样本参与训练的矿井通风系统阻变型故障诊断无监督学习模型,利用协方差矩阵自适应进化策略方法对无监督学习模型进行优化求解,实现分类与回归预测一体化。通过进行风量、风压单一特征和风量-风压复合特征的对比模拟试验,结果表明:所提出的故障诊断无监督学习模型和所使用的求解方法可有效地解决矿井通风系统阻变型无样本参与的故障诊断问题;故障诊断过程中无需单独分别进行故障位置和故障量诊断;风量-风压复合特征比风量或风压单一特征下的矿井通风系统阻变型故障诊断可达到更高的故障位置诊断准确率和更低误差的故障量诊断性能;即使选用部分观测点,也可实现较高的故障位置诊断准确率和较低故障量诊断误差的性能,且故障观测点比例大小与诊断性能无直接影响关系。     

大明矿通风系统故障源诊断及风速传感器的布置

析了大明矿分支风阻变化与各分支风量之间的关系,通过改进灵敏度矩阵,建立了分支灵敏度0-1矩阵,并据此建立了大明矿通风网络故障巷道范围库。为了故障源诊断能够包含到所有分支,风速传感器布置的最小数量及位置问题也是研究的重点,提出最少全覆盖布点法,给出了大明矿风速传感器的布置方案。通过工业试验,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。     

基于区域增阻调节的采区风量及总风量变化相关性研究

回顾总结了矿井风量调节的方法,以大淑村矿为研究对象,以采区为区域分支,绘制其等效简化的矿井通风网络图,对区域分支进行增阻调节,研究了各采区风量及总风量变化与区域增阻分支的风阻变化的相关性,以及它们的等量、比率关系。结果表明,矿井和各个采区风量变化与区域增阻分支的风阻变化密切相关,增阻采区与矿井及其它采区风量变化量满足等量加和关系。相比于局部分支增阻调节,该方法能够掌握整个矿井各个采区和总风量的变化,更有助于进行宏观的矿井风量调节。     

基于角联子网的风量反演风阻病态改良算法

为解决矿井通风系统阻力测定过程中部分巷道受限于现场测试条件而导致的风阻测不准、甚至无法测定的问题,研究了基于节点压能的风量反演风阻算法,提出使用两组风量数据及部分节点压能数据反演风阻。针对算法的病态性质,对算法病态的原因进行了分析,得出反演风阻方程系数矩阵稀疏性和通风系统拓扑结构对算法的影响是导致算法病态的两个主要原因。基于此,提出基于角联子网的风量反演风阻病态改良算法与基于贪心策略的风压传感器优化布置算法,给出了算法步骤及程序框图,能够解决风量反演风阻算法的病态问题,实现布点合理、数量较少的风压传感器的优化布置。将上述算法应用于23条分支、16个节点的通风网络,验证了所有传感器布置方案下的风量反演风阻算法,其中65. 2%的方案下的算法都是病态的。笔者应用本文提出的算法给出了角联子网划分方案及9个布点的风压传感器优化布置方案,在此基础上进行了风量反演风阻计算。结果表明:算法在实现了风压传感器优化布置的基础上,准确地反演了风阻,误差控制在10~(-4)以内。算法在现场应用时结合矿井监测监控系统,可以进一步实现实时的通风系统基础参数(风量、风压、风阻)的采集、校验、计算、存储与反馈,是矿井智能通风的基础性研究。     

基于增阻调节的机站风量变化的相关性研究

增阻调节会使得整个通风网络的风量发生变化,依据流体力学和通风原理,以北洺河铁矿通风系统为研究对象,绘制其等效的通风网络图,选取主要、次要和一般分支进行增阻调节,对各个机站风量变化及相关性进行了研究。结果表明:在增阻时,各机站风量变化呈现较强的规律性,整体呈递减趋势,主要分支增阻时对机站风量变化的影响较显著;各机站风量变化与增阻分支风阻变化相关性很强,相关系数介于[±0.75,±1]之间,研究结论可为矿井生产过程中的风量调节提供依据和指导。     

基于矿井主扇曲线通风系统优化可靠性研究

该文针对矿井通风阻力高而制约总供风量提高的现状,通过通风系统调整、增加并联进风巷道及对通风瓶颈地点进行流线型处理,有效地降低了巷道风阻,增大了矿井总供风量,提高了矿井通风能力。     

基于Ventsim的矿井通风风阻参数优化

研究矿井通风风阻变化规律对通风系统网络解算及优化调节的影响有着重要的意义。根据矿井通风系统中风量、风压和风阻之间的平衡关系,运用单因素分析法,实现快捷高效优化通风系统稳定性。该方法是通过改变某一分支巷道的风阻值,分析其他特征分支风量和风压对此变化做出的反应状况规律。以某金属矿山为例,将通风系统模型导入Ventsim三维仿真系统,选择一个具有代表性的特定分支,在其他参数保持不变的情况下,改变这一分支巷道的风阻值,通过仿真模拟解算出需要的数据。最后对解算结果进行分析比较,确定该分支巷道和相关分支风量及风机工况点之间的相互关系,来判断其对通风稳定性影响的大小。这不仅为矿井前期通风系统设计提供了理论依据,也为后期矿井通风系统运行及改造提供了数据支持,最终为实现矿井安全生产打下坚实基础。     

基于通风网络动态的井巷风流变化与稳定性

阐述了煤矿井巷风阻变化引起风流变化的规律,如变阻分支本身的风量与风压变化,变阻分支对其它分支风量与风压的影响,巷道密闭与贯通对风流的影响。对风流稳定性影响的因素主要有风网结构、风阻变化、通风动力变化等。     

降阻调风在优化矿井通风系统中的应用

充足的矿井供风量及合理的有效风量分配是确保矿井通风安全及提高矿井防灾抗灾能力的关键。在目前车集煤矿井下巷道布局及通风系统现状的基础上,旨在探讨通过采取全方位降阻调节方式,从而达到减少通风设施投入量,优化通风系统,降低矿井一翼通风阻力,提高矿井一翼及主要用风地点的供风量的目的。通过此降阻方式进行风量调节的典型应用,为矿井今后在通风系统优化及风量调控方面提供借鉴。     

Study on fault source diagnosis technology and air velocity transducers placement for underground

The current mine safety monitoring system used can only get the air volume change of roadway placed air velocity transducers, as this change is caused by this roadway, or for other roadway, and fault source has one point or more, which belongs to the problem of fault source diagnosis for ventilation system. Ventilation system fault can be attributed to the variation of air resistance of branch in the entire network. If the changes of air resistance for each branch in ventilation system are analyzed, then it is impossible to place air velocity transducers in every branch. Therefore, the problem of the minimum quantities and location for placing air velocity transducers should be mainly studied. The relationship of air resistance and air volume variation of matrix method has been proposed, which can reflect the variation relationship between the air volume of the branch and air resistance of the relevant branches. Fault roadway range library of ventilation network built to determine fault roadway range will cause air velocity to exceed the limit. Minimum and full coverage of distribution method has been proposed, and the concept of branch coverage degree and impact roadway range library has also been brought forword to get the macro-distribution of air velocity transducers.     

巴里坤煤矿通风阻力测定与分析

矿井通风阻力测定是矿山通风工作中一项重要内容,是获取实际井巷风阻和矿井通风阻力分布的唯一手段。为准确掌握巴里坤煤矿通风系统现状,采用用精密气压计基点测定法,对巴里坤煤矿矿井通风阻力进行测定。通过数据整理分析得出通风阻力测定结果为296.81 Pa,矿井等积孔为4.36 m²,矿井总回风量为3786.72 m³/min,矿井进风段阻力占总阻力42.27%,矿井通风难易程度为容易,为科学有效优化矿井通风系统提供了数据支持。     

林西矿通风系统优化改造

针对林西矿水平多、通风路线长、巷道网络系统复杂、回风阻力较大等问题,在对林西煤矿进行通风阻力测定、构筑物阻力测试的基础上,数据分析表明,林西矿风门过多且部分风门位置不合理、回风巷道局部冒落是通风阻力大的主要原因。利用通风系统模拟仿真软件,对通风系统改造的合理方案进行优化———拆除不合理的风门、增加和改变部分风门。经过现场实施,风机运转参数和井下通风情况与方案计算结果吻合,矿井总阻力降低123.4 Pa,总风量增加22.11m3/s,等积孔增大0.488 m2,取得了良好的效果,为林西矿的安全生产提供了保障。     

泉店煤矿通风系统优化改造

中央并列式通风系统,井底车场区域通风网络复杂,由于通风系统中角联巷道的存在,造成自然配风量极为不均衡,导致主井底区域机电硐室和附近巷道风流不稳定。矿井两翼独立通风可靠程度大为降低,存在部分机电硐室温度高、系统不合理等重大隐患,通过对矿井通风网络系统优化改造,达到了降温、降阻、风量分配更趋合理等目的,消除了矿井不安全隐患,确保矿井通风安全。     

大型机械化金属矿山通风系统优化

为了改善大型无轨机械化矿山井下通风效果,分析了无轨设备运行时的需风量,并与工作面最小排尘风速、井下同时工作的最多人数需风量相比对,确定了井下最少供风量;基于Vensim通风软件构建了井下通风网络图,并对风流路径、风机参数、构筑物进行动态调节,使无轨设备相对集中的地方得到更多的风量,从而达到井下通风系统优化的目的。对贵州某大型无轨机械化矿山通风效果研究结果表明：无轨设备需风量最大,以此风量作为井下最少供风量;结合Vensim通风网络图,确定通风机与风构筑物的位置,并调节风门开度与风机转速,对风流路径与风量进行动态优化;采用刚性风筒大大降低通风阻力。通过这几方面的优化成功改善了井下大型机械化金属矿山通风效果。     

基于Ventsim模型的矿井单翼通风系统优化研究

针对矿井单翼通风系统风流路线过长、通风阻力偏大、风量集中等问题,根据文献资料和现场调研,分析了单翼通风系统的形成原因并发现其存在的共性问题。以山东郓城煤矿为实例,运用Ventsim矿井三维仿真系统构建矿井单翼通风系统的三维仿真模型,将矿井通风实测数据代入已经建立好的模型进行验证,对郓城煤矿单翼通风系统进行优化处理,最终得到对原通风总阻力、回风巷道和回风石门巷道风速的优化结果。     

某铁矿通风系统监测点选址布局研究

矿井通风监测系统可以实时掌握矿山通风系统现状、分析诊断井下系统故障、危险事故时的决策救援.以某铁矿的通风系统作为研究对象,通过计算铁矿通风系统的灵敏度矩阵、分支巷道的被影响度,根据灵敏度矩阵的特征选取了通风系统监测点,借助Ventsim模拟软件分析分支巷道风阻改变时其他巷道风量发生变化的巷道集合,验证监测点的合理性和必...     

新安煤业公司32、33采区通风系统改造方案

山东能源枣矿集团新安煤业公司33采区随着向西部开拓延伸和矿井的生产需要,采区内需风巷道增多,通风网络变的复杂,巷道受自然风压、井巷阻力等变化的影响,容易导致风流不稳定,易出现微风、无风巷道,甚至发生风流反向的现象。根据32、33采区生产布局和采掘接续,充分考虑采区通风的需要,通过分析、论证、合理优化调整矿井通风系统,实现安全高效、合理生产,以期达到矿井通防系统的本质安全的目的。