矿井通风网络风量智能调控研究

现有矿井通风网络风量智能优化算法在求解调风参数时普遍存在模型复杂、收敛速度慢、易陷入局部最优等缺陷,同时也缺乏与调风分支优化选择相结合的研究。针对上述问题,提出了一种基于改进天牛须搜索（BAS）算法的矿井通风网络风量智能调控方法。首先,以用风分支的风量需求为优化目标,构建风量优化调节数学模型,针对该模型中的风量调节约束条件,采用不可微精确罚函数并结合模拟退火算法优化惩罚项,实现模型的去约束化。然后,通过求解灵敏度矩阵,结合风量灵敏度和分支支配度理论选择最优的调节分支集,确定其风阻调节范围,并作为模型的初始解集。最后,基于改进BAS算法求解出最优调风参数,进而控制对应的调风设施,实现风量调控。基于矿井通风实验平台对该方法的可靠性进行实验验证,结果表明：相比于标准BAS算法和粒子群优化（PSO）算法,改进BAS算法综合寻优性能更优越,解得的风量平均值和最优解均高于PSO算法和标准BAS算法,平均运行时间虽略长于标准BAS算法,但远短于PSO算法,平均收敛代数最多,精度最高,容易跳出局部循环得到最优解;在设定风量调节目标后,基于改进BAS算法的矿井通风网络风量智能调控方法可快速精准求解出待调...     

矿井通风安全智能监测监控系统研制

为实现矿井正常生产或救灾时风量自动调节与控制,研制了一种矿井通风安全智能监测监控系统,介绍了该系统的结构、硬件配置及软件开发。该系统实现了通风安全参数——风速、瓦斯浓度、温度、风压和风量的实时监测和显示,为灾害预警及控制提供了依据;在风量不足或富余时可自动调节风门开闭状态和开启程度,以满足用风地点的供风需求和救灾需要。     

复杂矿井通风网络可视化动态解算及预警技术

针对存在煤层倾角大、地质构造复杂、开采时间长等情况的复杂矿井,采用传统的通风网络人工分析方法或常见通风网络解算软件存在工作量大、效率低、错误率高、解算不全面等问题,从而不能实时、全面掌握井下各巷道的通风安全状况。以南桐煤矿通风系统为研究对象,根据其通风系统复杂特征,从通风网络动态解算模型及方法、矿井通风阻力参数测定、通风异常预警、通风系统可视化等方面研究了复杂矿井通风网络可视化动态解算及预警技术,并依据该技术开发了矿井通风网络可视化动态解算及预警系统。应用表明,该系统解算风量与实际风量的误差小于10%,解算结果可实时、动态显示,实现了矿井风速及风压参数全量程精准测定、全矿井通风网络动态解算、通风异常连续分析与预警。     

基于双目视觉的矿井外因火灾感知与定位方法

针对目前矿井外因火灾监测方法大都没有火源定位功能的问题,提出了基于双目视觉的矿井外因火灾感知与定位方法。在有电缆、胶带和机电设备的巷道、硐室及采掘工作面多点设置矿用可见光双目摄像机或近红外双目摄像机,采集监控区域图像;对采集到的图像进行预处理,通过阈值分割得到二值化图像;计算图像中的圆形度、矩形度和尖角数量,根据圆形度、矩形度和尖角数量对图像进行火焰识别,若图像检测区域有火焰,发出火灾报警信号,并融合温度、烟雾、二氧化碳、一氧化碳、氧气和红外传感器信息,提高报警准确性;通过矿用可见光双目摄像机或近红外双目摄像机对火源进行测距,结合摄像机位置对火源进行定位,并输出火源位置信息,控制火源附近灭火装置灭火。也可采用远红外双目摄像机进行火灾感知和火源定位,但成本高。基于双目视觉的矿井外因火灾感知与定位方法既可感知火灾又可定位火源,具有监控范围广、成本低、响应快、可视化等优点,解决了矿井外因火灾火源定位的难题。     

基于3DGIS数字矿山基础信息平台的火灾烟流蔓延分析及避灾路线解算

结合矿井火灾烟流运动理论和火风压对通风网络的影响,提出了矿井火灾时期烟流传播过程的数值模拟数学模型及计算机算法,通过解算确定了合理的避灾路线;基于3DGIS数字矿山基础信息平台及其三维可视化技术,开发了烟流传播过程及避灾路线的算法计算机程序,模拟矿井火灾发生过程,三维展示烟流污染范围及人员避灾路线;经巷道物理微缩模型的实验证实,该算法可以应用到实际矿井火灾烟流蔓延分析;将其分析功能应用在某矿井下火灾应急预案的演练中,发挥了很好的作用,取得了良好的效果。     

矿井通风自动控制系统研究与开发

使用PVC管搭建小体积矿井模型,根据监测监控理论,开发了矿井通风自动控制系统。解决了通风实验需要挖掘大面积地下巷道这一工程,大大节省了成本。将压差传感器和风速传感器以及风门执行器布置于模型适当位置,利用计算机控制技术实现了通风参数的信号采集以及可控风门的自动控制等功能。模型调试完成后,完成了矿井通风阻力测试、网络解算验证、通风网络调节以及角联结构分析等实验。采用Visual Basic编写的上位机软件,通过CAN-BUS总线采集压差和风速的模拟信号并输出风门角度控制模拟信号,实验取得了良好的效果。该系统的完成对于模拟实验以及矿井通风智能诊断研究具有极其重要的意义。     

模糊PID和Hopfield神经网络在矿井通风系统中的应用

针对传统的PID控制或者单一的模糊控制无法准确控制矿井通风系统风量的问题,提出了一种采用模糊PID调节器和Hopfield神经网络调节器对矿井通风机的转速、风门、风量进行控制的方法。该方法利用模糊控制器对PID参数进行实时修正,并结合Hopfield神经网络的联想记忆功能和反馈调节特性,实现矿井通风机风量的快速、稳定输出。仿真与实验结果表明,模糊PID调节器和Hopfield神经网络调节器可以准确控制矿井通风机的转速和风量,实现通风系统的稳定输出。     

矿井智能风量调节研究

目前针对矿井风量调节的研究大多为单分支调节,无法满足特定用风分支需风量较大的要求,需要通过多分支联调方式进行按需分风。根据节点风量平衡定律、回路风压平衡定律及各分支最小需风量约束条件,针对用风分支在不同风网状态下的需风量,建立了矿井风量调节模型,基于风网灵敏度矩阵确定调阻增风方式下最优可调分支集和风阻可调范围;通过佳点集初始化种群、与差分进化算法融合、优化非线性控制参数等策略改进灰狼优化算法,并采用改进算法对矿井风量调节模型寻优,得出用风分支的最大可调风量及对应的可调分支风阻;针对矿井风网实际运行状态,提出一种根据分支需风量选择不同调节分支数的智能风量调节方案,并基于矿山智能通风实验平台对该方案进行验证,结果表明,在满足其他各分支最小需风量条件下,调节后的分支风量满足矿井安全风量要求。     

深井“T”型巷道火灾的安全区域划分

矿井火灾中高温烟气的流动扩散是造成安全事故的重要原因,针对矿井典型巷道中火灾危险区域与时间关系不明确的问题,提出了一种深井“T”型巷道火灾的安全区域划分方法。采用Pyrosim软件建立三维数值模型,模拟了在高温高湿情况下“T”型巷道火灾发展阶段巷道内的高温烟气流动,揭示了火灾发展阶段“T”型巷道下温度场和有害气体浓度场随时间和空间位置的变化规律;根据人体口鼻高度(即巷道1.6 m高度位置)的模拟数据,得出巷道的水平长度与温度、CO浓度、CO₂浓度的关系：风流通过巷道混合高温烟雾沿巷道顶部向下风侧蔓延,随着与火源距离增加,温度逐渐降低,CO、CO₂浓度等值线纵向分布逐渐密集。在此基础上,根据烟气温度和CO、CO₂气体对人体的危害程度进行安全区域划分,将烟气扩散区域划分为安全区域(危险等级1)、轻度危险区域(危险等级2)、中度危险区域(危险等级3)、重度危险区域(危险等级4)4类,分析结果表明：温度划分结果中巷道Ⅰ中测点主要集中在重度危险区域,毒性气体划分结果中巷道ⅠCO₂的安全区域范围较CO大,CO的...     

风门光电控制

<正> 风门是煤矿通风系统中一个重要组成部分。由它控制着矿井通风的流向。风门的工作状态一旦失常,将导致通风系统紊乱,直接威胁矿井安全。我矿是个百年老矿,又是多水平开采,巷道多,通风系统复杂。为节省人员,经过矿通风区职工的努力,既早实现了风门气动控制,无人看守。该系统虽然简单,但在多年的使用中