矿井通风系统分级控制研究

针对现有矿井通风系统控制未从通风系统整体角度考虑的问题,基于矿井通风系统结构及风量分布特征,提出了一种矿井通风系统分级控制方法。首先,通过比较通风状况参数的实时采集值和安全设定值,得出各用风地点通风状况参数偏差量;然后,利用自动纠偏控制器对偏差量进行在线整定和修改,并通过PID控制器获得通风状态调整参数;最后,智能控制模块根据通风状态调整参数,分别控制主要通风机供电模块的变频器、电动风门、压风管路末端的充气式气囊,实现全矿风量控制、采区风量控制、工作面风量控制3个层次的风量动态调节。该控制方法满足通风系统内风量循序、系统、连贯地调控要求。     

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。     

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。     

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。     

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。     

煤矿斜井盾构施工长距离独头通风智能监控系统

针对煤矿斜井盾构法施工时的长距离独头通风,设计了一种以PLC为核心的智能监控系统。该智能监控系统可根据不同风筒长度的风量及负压变化规律,对通风机进行自动调节;同时,对斜井井筒内的甲烷、一氧化碳、二氧化碳及氧气等环境参数进行实时监测,并上传至矿区数字化管理平台,为盾构施工提供了安全的通风保障。     

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。     

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。     

节能矿井通风监控系统设计研究

针对矿山安全生产的需求．设计开发了节能矿井通风监控系统。在对系统功能分析的基础上,设计了系统的三层体系结构和系统实现方案。该系统利用变频技术和嵌入式技术,对通风系统的各种数据进行采集,并对通风机风量进行控制,实现通风系统的远程监控和现场控制。整个系统灵活性大、可扩展性和实用性强。