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。     

矿井火灾风烟流区域联动与智能调控系统研究

针对矿井通风异常情况下应急决策与智能调控水平不高、无法实现风烟流远程控制的现状,设计了矿井火灾风烟流区域联动与智能调控系统;结合通风网络结构,分析了火灾时期风烟流区域联动控制机理,即通过设置烟雾传感器、可调风门等通风设施及远程调控,实现火灾时期烟流区和非烟流区2个并联分支的风量按需分配;研究了矿井火灾风烟流智能调控的影响因素,通过分析矿井火灾前后通风网络结构,构建了火灾风烟流智能调控模型,并介绍了可视化功能实现算法。该系统根据火灾时期火区风阻、通风网络结构、主要通风机运行参数等得出各分支实时风量,通过模拟火灾过程计算关键巷道理想风量并设置阈值,当实际风量与阈值误差超过10%时远程调控风门开度,以实现最佳风量分配。应用结果表明,系统对巷道风量的模拟计算结果、可视化界面显示结果与现场测定结果具有很好的耦合性。     

矿井通风除尘试验装置及PLC监控系统设计

基于实验室通风环境,设计了一套矿井通风除尘试验装置及PLC监控系统。该通风除尘试验装置集通风与除尘功能于一体,能自动监测通风机与除尘器的风量、风压、阻力等性能参数;PLC监控系统可对通风机、发尘器进行远程/就地开停及变频调速控制,实时监测通风机、发尘器运行状态、运行电流、运行频率等参数,模拟并实现了矿井通风系统的井下通风计算机远程集中监控。实际应用表明,该系统运行稳定可靠、操作简便、可扩展性强。     

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。     

矿井局部通风智能调控系统及关键技术研究

目前矿井局部通风自动控制方式采用手动调节通风机频率,且风筒参数依靠人工采集,缺少准确、可靠的监测方法来反映通风状态,无法为准确调节风量提供依据。针对矿井局部通风智能化建设需求,提出了矿井局部通风智能调控系统,从系统组成、原理、功能等方面详细介绍了系统总体设计方案。根据多传感器实时监测数据,提出了局部通风参数计算方法及通风系统功耗分析方法,通过分析风筒阻力动态分布对风筒阻力和功耗异常进行研判和快速定位,结合监测参数对风量进行超前模拟,以确定最佳供需匹配调控方案。根据工作面瓦斯涌出规律,提出了基于瓦斯涌出量监测和通风机变频调风稀释瓦斯的智能调风方案,制定了5种局部通风机变频调控规则,实现了局部通风智能化供需匹配。采用贝叶斯网络算法对局部通风机和传感器设备健康状况进行诊断,利用粗糙集和遗传算法提取局部通风正常供风和故障状态的特征样本和前兆信息,基于支持向量机建立局部通风故障决策规则,建立局部通风异常研判和预警模型,实现了对局部通风状态及发展态势的研判及预警。以某矿掘进工作面局部通风为例验证了该系统通风参数计算方法,为局部通风异常研判与预警提供了基础数据。     

煤矿通风系统现状及智能通风系统设计

分析了现有矿井通风系统的应用现状,指出了当前通风系统的不足,依据工业4.0理念给出了智能通风系统的研究方法;根据该研究方法,提出了一种基于现场总线技术的智能通风系统设计方案。该系统采用模块化的设计方法,将数据采集、分析处理、决策执行等子系统设计成若干个独立的模块,并利用以太网技术传输数据,采用现场CAN总线网络实现功能控制,可以实现按需供风、超前调风量等功能。     

基于PID控制的矿井通风机自动监控系统研究

矿井通风机是煤矿通风系统的主要设备之一。通过结合煤矿生产的需要和矿井通风机自动监控系统的结构,提出了以PLC和组态技术为核心的控制系统,并引入了二自由度的PID控制理论。通过Matlab/Simulink动态仿真对矿井通风机自动控制系统进行参数控制,可实时监测并读取通风机的风速、风量、电流和温度等参数,且具有良好的预警功能,对企业实时掌握风机工况有重要的意义。     

长距离掘进工作面局部通风智能联动调控研究

现有长距离掘进通风调控研究多局限于局部通风机本身进行变频调风,少有针对长距离掘进工作面按需供风导向的研究。针对该问题,提出了一种长距离掘进工作面局部通风智能调控系统设计方案,该系统由井下监控系统、通风异常调控系统、地面工作站组成。井下监控系统通过对井下通风机、风筒和工作面进行实时监控,实现对局部通风机工作异常状态的研判预警、对风筒内部漏风情况的动态分析及对实际供需风量的动态预测。通风异常调控系统通过识别井下通风参数异常情况,制定不同参数不同等级的风险协同处置策略,实时显示掘进工作面瓦斯浓度等参数分布的具体情况。地面工作站挖掘工作面风流状态与风筒参数的潜在规律,形成风流-风筒调控模型,根据掘进工作面风流流动分布状态实现对风筒的实时调控;同时建立理论供风量、实际供风量、实际需风量相匹配的变频预测调风模型,基于变频调风模型和实时通风参数确定通风机运行频率,通过通风机智能变频实现按需供风,并在通风异常情况下,基于瓦斯涌出量预测和风排瓦斯极限能力辅以钻孔瓦斯抽采控制工作面瓦斯浓度,实现对长距离掘进工作面的通风安全保障。以转龙湾煤矿23303掘进工作面为例,对风流进行数值模拟,研究工作面风流分布状...     

基于BP神经网络的矿井提升机自校正容错PID控制

针对矿井提升机系统故障时动态性能难以用传统的解析方法获得的问题,提出了一种基于BP神经网络的矿井提升机自校正容错PID控制方法。该方法通过BP神经网络在线学习跟踪提升机系统的动态特性来预测系统输出值,并应用自适应控制中的自校正PID构建容错控制器,实现提升机系统故障下的稳定容错控制。仿真结果表明,该方法在提升机系统故障情况下能迅速跟踪系统故障状态,在线调整PID参数,快速恢复系统性能。     

自然风压对矿井通风系统的影响研究

以乌东煤矿为例,分析新疆地区大气环境和自然风压的变化规律,结合进风巷风量变化现场实测数据,研究了自然风压和大气环境对矿井通风系统的影响,进而分析了新疆地区气候环境对矿井通风系统影响的年变化和日变化规律。研究结果表明：新疆地区自然风压和矿井风量在每年4—7月达到最小值,1—3月和11—12月处于较大值;夏季和白天气温高,大气压、相对湿度及空气密度均处于较低值,导致自然风压较低,矿井巷道中总风量降低,抑制矿井通风系统工作;冬季和夜晚气温低,大气压、相对湿度及空气密度均处于较大值,导致自然风压较高,矿井巷道中总风量增加,促进矿井通风系统工作。     

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...     

矿井通风机倒机过程自适应PID抗饱和控制器设计

针对矿井通风机倒机过程中存在的执行器饱和问题,将变结构PID抗饱和控制与非线性自适应控制相结合,设计了自适应PID抗饱和控制器。基于带死区的投影算法建立矿井通风机倒机过程线性和非线性模型;针对这2个模型,分别设计一个变结构PID抗饱和控制器;计算线性和非线性自适应PID抗饱和控制器在不同状态下的运行评价指标,选择评价指标值较小的控制器用于该状态下的矿井通风机倒机过程控制。仿真结果表明,自适应PID抗饱和控制器能够保证井下传输风量的平稳,很好地解决了执行器饱和问题。     

煤矿主扇风机变频调速节能

采用变频器控制鼠笼式异步电动机，通过改变电机供电频率来调节电机转速、实现主扇风机的无级调速，从而达到调节矿井总风量的目的。该系统不仅能保证矿井通风的安全可靠，而且节约电能。     

高瓦斯工作面通风效果评价指标及隶属函数的确定

总结了矿井通风系统评价方法的研究现状;针对现有矿井通风系统评价方法仅针对整个矿井,无法体现工作面通风情况的问题,提出了高瓦斯工作面通风效果评价指标体系;通过调查得出了直接影响工作面通风效果的8个评价指标,包括工作面风速、工作面温度、工作面湿度、工作面粉尘浓度、风量供需比、工作面瓦斯体积分数、上隅角瓦斯体积分数、回风巷瓦斯体积分数,给出了各评价指标的取值范围,并建立了各评价指标的隶属函数;将该评价指标体系应用于寺河煤矿W1301工作面通风效果评价,结果验证了该体系的合理性。     

自组织模糊控制在矿井通风系统中的应用研究

本文针对矿井通风的特点，提出了一种参数在线自整定的自组织模糊控制器，并由单片机实现对通风系统调节窗的自动控制。文中分析了实验结果，给出一些结论。     

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。     

矿井分区域通风系统优化设计

现有通风系统优化设计大多是针对普通矿井通风系统,很少有针对分区矿井通风系统的优化设计。针对该问题,为实现井下风网的均衡通风,以新疆乌鲁木齐乌东煤矿为研究对象,利用通风阻力测定及通风网络解算方法对其分区通风系统稳定性进行分析研究,结果表明:(1)乌东煤矿在南北分区主要通风机对拉及自然风压变化作用下,+400m水平轨道大巷风量极不稳定,经常出现少风甚至风流反向的情况。(2)主要通风机效率低,南区为42%,北区为38%,工况点对应的矿井通风阻力值低于高效区阻力值。(3)乌东煤矿秋冬两季自然风压变化较大,北区自然风压最大波动大约为65Pa,影响北区主要通风机的稳定运行。针对乌东煤矿分区通风系统存在的问题提出了优化设计方案:在北区各生产水平施工调节风墙、风门等通风设施,增大北区通风阻力,并根据矿区实际情况提高南区配风量,适当提高矿井负压,在+400m水平轨道大巷中增加风量调节设施,加强该巷道的风量监测,避免风量超限。优化方案实施后,北区负压有所提高,利于对抗自然风压的变化,北区各水平增阻调节后,矿井阻力分布相对合理、风流相对稳定,提高了矿井通风系统的安全稳定性,主要通风机效率也有了明显提升;+400m水平轨道大巷在南北压差的作用下风流方向能够保持稳定,没有再出现少风、风流反向的问题,风量的稳定性也大大增加,其他主要用风地点的风量、压力未出现异常,主要通风机运行的平稳性提高了,证明了优化方案的有效性。     

回采工作面均压通风安全技术及应急措施

回采工作面受季节性自然风压影响,产生漏风会使工作面有效风量减少,矿尘浓度增加,气温升高,使通风系统复杂化,稳定性、可靠性降低。水峪公司结合矿井实际,采取了积极的预防矿井漏风主要措施,通过对回采工作面采用均压通风设计和具体实践,减少了漏风,提高了有效风量,促进了矿井安全生产。     

一种基于T-S模糊模型的混沌控制方法

用T-S模糊系统来逼近非线性系统,它的IF-THEN规则后件由线性状态空间子系统构成,进而可以应用模糊系统的控制理论求得模糊控制器,用此非线性控制器来控制非线性系统,以求良好的控制效果;将模糊控制技术应用于混沌控制中,可以克服反馈线性化等传统方法对参数完全精确已知的限制;模糊规则后件部分以局部线性方程形式给出的T-S模糊模型可以通过调整相关参数很好地逼近混沌系统,基于该模型采用平行分散补偿技术设计出具有相同规则数目的模糊控制器,控制器所有参数可以通过求解一组线性矩阵不等式一次性得到。仿真结果验证了该方法的有效性。