矿井巷道摩擦阻力系数预测模型研究

矿井通风摩擦阻力系数在矿井通风管理和设计中有着重要的作用,为准确预测巷道摩擦阻力系数,以实测数据为研究对象,提出2种机器学习预测模型。以锚杆间排距、锚杆外露长度、巷道周长、巷道长度、巷道断面积、巷道负压、巷道风速和巷道摩擦阻力系数为输入参数,对巷道摩擦阻力系数进行了预测。研究结果表明,巷道周长与巷道断面积、巷道风速相关性分别为0.99,0.54,巷道长度与巷道负压的相关性为0.53,巷道断面积与巷道风速的相关性为0.54,巷道摩擦阻力系数与其余因素之间的相关性较弱。随机森林、Ada Boost预测模型,预测误差率最大分别为3.0%、2.950%,最大相对误差分别为0.03,0.0295,平均相对误差分别为0.64%、0.65%。2种算法预测准确率均为97%以上,对矿井巷道摩擦阻力系数预测具有良好的适用性和可靠性。     

基于BP神经网络的矿井摩擦阻力系数预测

为克服传统的矿井巷道摩擦阻力系数测试方法工作量大、效率低等缺点,以摩擦阻力系数理论为基础并结合现场实际资料分析,归纳出影响矿井巷道摩擦阻力系数的主要因素：巷道断面积、巷道周长、巷道支护方式和巷道断面形状。构建基于BP神经网络的摩擦阻力系数预测模型,选取典型数据作为BP神经网络的学习样本和测试样本,运用Matlab软件进行网络训练,得到优化的网络模型。利用优化的网络模型对板石矿和大明一矿随机测点进行摩擦阻力系数预测,预测值与实测值误差不超过10%,表明该网络模型的预测结果具有较高的可靠性和工程实践价值。     

基于巷道摩擦阻力系数BP神经网络预测模型的矿井风网风量预测研究

针对矿井风网解算中待掘巷道摩擦阻力系数难以准确实测赋值的问题,构建了巷道摩擦阻力系数BP神经网络预测模型,以双柳煤矿各类巷道摩擦阻力系数实测数据作为训练样本进行学习训练,使预测模型的期望误差达到0.000 1以下。利用该模型对尚未贯通的23(4)13回采工作面的巷道摩擦阻力系数进行预测,将预测结果代入基于斯考德—恒斯雷法风网解算方法构建的双柳煤矿通风网络解算模型中,分别对23(4)13回采工作面贯通后备用阶段和回采阶段全风网风量分布进行了解算,解算结果与现场实测结果之间相对误差小于8%。研究结果表明,利用基于BP神经网络算法的巷道摩擦阻力系数预测模型对待掘巷道摩擦阻力系数进行预测赋值,能够实现风网风量的准确解算。     

巷道通风摩擦阻力系数数据库设计与实现

概要地介绍了建立瓦斯通风阻力系数数据库的目的、数据库的构成、功能和技术特点等;巷道摩擦阻力系数数据库的建设,用于煤矿工作者在构建矿井通风仿真网络时,遇到未知通风阻力巷道时,可通过在该数据库系统中进行巷道基础参数数据匹配,得出建议的摩擦阻力系数,为未测巷道快速确定通风阻力、通风网络仿真模型的快速构建提供有力依据。     

巷道摩擦阻力系数的可变性研究

在矿井通风业务实际计算中认为 :对于某特定巷道的摩擦阻力系数视为一定值 ,不考虑其随风流流向改变而改变。根据实际测量情况及流体力学基本理论 ,研究了摩擦阻力系数随巷道风流流向的改变而改变的现象 ,并用实测结果和流体力学理论对此进行定量分析和论证。     

巷壁与风流间对流换热系数计算及敏感性分析

为准确计算矿井巷道风流与巷壁间的对流换热系数,根据巷道风流与巷壁间的热湿交换原理,考虑巷壁潮湿、巷道风流为湿空气及巷壁粗糙特征等矿井实际生产情况,将对流换热系数表示为风温、风速、潮湿率、巷道尺寸、巷壁温度、热物性参数及摩擦阻力系数等可测参数的函数;基于对流换热系数的表达式,利用敏感性分析法,主要讨论了对流换热系数对巷道风速、巷道半径及巷道摩擦阻力系数等3个因素的敏感程度。结果表明:3个因素的影响敏感程度具有较明显差异,其中巷道风速是影响对流换热系数的最敏感因素,对流换热系数对巷道摩擦阻力系数敏感性次之,对巷道半径敏感度最低,且当巷道半径在一定范围内变化时对流换热系数对巷道半径的敏感度较低,此时可忽略其对换热系数的影响。     

《矿井巷道通风摩擦阻力系数测定》科研报告鉴定会简况

沈阳煤矿设计研究院承担的《矿井巷道通风摩擦阻力系数测定》的科研项目已经完成.三年来,参加该项目的技术人员先后到抚顺、徐州、新汉、阳泉、大同、梅田、鹤岗等14个局矿,近80条巷道,10多个工作面进行测定,共获得近2万个数据;分析整理出一套包括锚喷巷道和工作面在内的井巷通风摩擦阻力系数.     

矿井巷道摩擦阻力系数预测模型研究

根据实测巷道通风摩擦阻力系数数据的特点, 建立了主成分分析PCA-BP神经网络预测模型。采用PCA法对影响巷道通风摩擦阻力系数的支护类型、断面形状、巷道宽、巷道高、支护部分周边长、巷道断面积和巷道长度7个因素进行降维。将降维后因素的贡献率进行排序筛选, 得到3个主成分指标(F₁、F₂和F₃), 作为BP神经网络输入层的神经元。利用实测数据对PCA-BP神经网络模型进行训练和测试, 并将测试结果与支持向量机回归(SVM)模型和BP神经网络模型的测试结果进行对比,结果显示: 全因素的BP神经网络预测模型和SVM预测模型的平均精度分别为92.942 0%、93.023 5%, 而PCA-BP预测模型的平均精度达到了96.432 5%。PCA-BP神经网络模型不但简化了网络结构, 更提高了网络的泛化能力, 使预测误差更小、精度更高, 为更准确地获得巷道通风摩擦阻力系数提供了一种有效的方法。

     

矿井通风阻力系数随机森林反演法研究

为实现矿井通风阻力系数的“少测”甚至“不测”，提高矿井通风系统仿真的准确性，研究建立了基于随机森林的矿井通风阻力系数反演方法。选取主要影响巷道通风阻力系数的巷道断面积、巷道周界及支护形式等相关的11项指标，作为随机森林矿井通风阻力系数的反演指标；通过对115条实测巷道参数进行训练学习，并用5条巷道作为验证样本进行验证；验证结果与实测结果基本相符。说明基于随机森林算法的矿井通风阻力系数反演有较好的正确性和稳定性。     

煤矿通风系统及风量优化研究

通过矿井通风系统和局部通风系统构成进行分析研究,提出采取优化通风网络、降低巷道通风摩擦阻力系数等措施来优化矿井井下通风系统,为矿井安全高效生产提高了通风保障.     

锚喷巷道通风阻力系数测定评议会

今年三月,煤炭部设计管理局在北京召开了“锚喷巷道通风阻力系数测定”评议会,参加的有冶金部和煤炭部所属院校、研究所、设计院、矿务局等单位.会上,沈阳煤矿设计研究院作了锚喷巷道通风阻力系数测定报告,介绍了回采面、立井井筒通风阻力系数测定方法和它种支护     

变形巷道对风流场影响数值模拟及实验验证

巷道截面变形是影响局部通风阻力的重要因素,为研究有截面变形巷道对风流场的影响,采用FLUENT软件对有截面变形巷道和规整巷道的风速和全压进行模拟,以城郊矿为工程背景进行测量,将测量结果与数值模拟结果对比。结果表明:巷道截面变形对变形区域风流稳定性和通风阻力大小有较大影响,巷道变形区段的阻力、风阻、百米风阻和摩擦阻力系数均大于正常区段。因此,应加强对井下巷道的维护,以减小巷道截面变形对通风系统的影响。     

黄陵矿业集团公司一号煤矿现行通风系统分析

根据矿井主要巷道通风阻力测定和其主扇性能测定结果,对黄陵一号煤矿现行通风系统中的阻力分布、矿井等积孔、摩擦阻力系数、主扇工作特性等进行了分析,从而为该矿以后的通风设计提供了重要的参考依据。     

白水煤矿现行通风系统分析

根据矿井主要巷道通风阻力测定和其主扇性能测定结果,对白水煤矿现行通风系统中的阻力分布、矿井等积孔、摩擦阻力系数、主扇工作特性等进行了分析,从而为该矿形成单翼通风系统后的通风设计提供了重要的参考依据。     

巷道空间特征对煤矿瓦斯爆炸超压的影响

为研究巷道空间特征对煤矿瓦斯爆炸的影响，应用气体爆炸数值模拟软件建立了真实尺度下的巷道模型，研究巷道长度和截面形状对瓦斯爆炸超压的影响。结果表明，在同一截面直巷中，相同的预混瓦斯爆炸产生相同的初始超压，超压在接近出口前的衰减规律也相同；巷道截面形状越接近正方形，高烈度爆炸产生的超压越低，巷道截面积和形状决定了爆炸超压的极限值。研究认为通过降低巷道摩擦阻力系数和截面约束度有助于弱化瓦斯爆炸源头附近的超压，进而降低致灾强度。     

关于巷道摩擦阻力的换算问题

巷道摩擦阻力系数α与巷道的粗糙程度、风流流动状态和井下空气重率γ有关.α=λ·γ/8g 公斤·秒~2/米~4 (1)式中:λ为达西系数;γ为空气重率,公斤/米~3为重力加速度9.81米/秒~2.在通风设计计算总阻力时,α值是由表中查得的标准值,一般是通过实测换算来的.     

基于摆动装置的托辊摩擦阻力测试方法

设计了一种摆式托辊摩擦阻力系数测试装置,分析提出了通过摆动速度衰减进行托辊摩擦阻力系数测试的方法,该方法测量数据误差较大;进而又分析提出了通过摆动总时间进行托辊摩擦阻力系数测试的方法,该方法测试误差在2%以内。该装置适合在维修车间或带式输送机应用现场进行测试。     

基于正交试验的双风机并联机站结构参数优化

为了提高矿井机站的通风效率,以机站局部阻力系数最小为目标,选取机站扩散角、进风段巷道长度、收缩角和出风段巷道长度4个影响因素并设置合理水平进行了正交数值模拟试验。研究结果表明:在风机间距、粗糙度等因素一定的情况下,影响机站局部阻力系数因素的主次顺序为扩散角、收缩角、进风段巷道长度和出风段巷道长度;随着巷道风速的变化,机站最优结构参数是不同的;当巷道风速为1.2～1.5 m/s时结构最优组合为扩散角60°、收缩角30°、进风段巷道长度9 m、出风段巷道长度6 m;在风速为1.5～2 m/s时出风段巷道长度选择10 m机站局部阻力系数较小。     

巷道转弯区域流场特征及局部通风阻力系数计算研究

为了得到准确的巷道转弯区域局部通风阻力系数计算公式,以山西王坡煤业有限公司南集中回风巷与上寺头回风巷转弯区域为研究对象,构建巷道转弯区域流场CFD计算模型,模拟分析了巷道转弯区域气压分布规律以及沿程局部阻力损失特征,通过对比现场实测结果、CFD模拟结果、经验公式计算结果,论证了CFD模拟方法能够准确计算巷道转弯区域局部通风阻力,采用CFD模拟与数值分析相结合的方法构建了以风量和转弯角度为自变量的巷道转弯区域局部阻力系数计算公式。研究表明:巷道转弯区域沿程通风阻力损失具有"前大波峰-后小波峰"双波峰型特征,采用CFD模拟与数值分析相结合的方法构建的巷道转弯区域局部阻力系数计算公式不仅能预测新掘转弯巷道的通风阻力,也能为矿井风网解算提供准确的风阻参数。     

管流中湍流速度分布函数

应用笔者的“湍流空间位置特征长度理论”和管流中雷诺应力结构方程,建立了管流中湍流速度分布函数.该分布函数不仅能确定管流中的速度分布,而且还能为管道的流量控制测量和管道摩擦阻力系数的测定提供全新的原理与简易的方法,为矿山巷道通风过程数学模型的建立提供可靠的理论基础,为管道流动能系数的确定提供计算方法.同时,应用特征长度理论,建立了湍流边界层区域的总切应力公式和速度分布函数.