[發明專利]一種礦井通風系統的狀態識別方法

有效

• 申請號: 201410182176.3
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103939123A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 盧新明;尹紅
• 申請（專利權）人: 盧新明;尹紅
• 主分類號: E21F1/00
• 分類號: E21F1/00
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所 11337
• 代理人: 席小東

1.一種礦井通風系統的狀態識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，建立完整的礦井通風系統網絡拓撲結構圖并編號，具體為：

繪圖步驟：按照實際工況，繪制所述礦井通風系統網絡拓撲結構圖，該拓撲結構圖包括相互關聯的節點和分支，其中，所述節點代表風流相交匯地點，每一條所述分支代表一條風道；

編號：將進風井口和回風井口這兩個節點編制為同一個號；對于其他節點，按照風流流動方向，從始點到終點對各節點按從小到大順序進行編號；另外，還編制各風道的風道號；

另外，每個節點均標明精確標高，并以標高最高的進回風井口為基點，其它進回風井口增加一段虛擬風道，使得所有進回風井口均有統一的虛擬標高；

步驟2，進行全局通風阻力測定，并通過礦井通風平差計算，獲得準確的通風系統初始狀態參數T⁰＝(R⁰，A⁰，B⁰，C⁰，Q⁰，H⁰，H_z⁰)，其中R⁰、A⁰、B⁰、C⁰、Q⁰、H⁰和H_z⁰分別為各風道的風網的風阻向量、風機特性曲線二次項系數向量、風機特性曲線一次項系數向量、風機特性曲線常數項向量、風網的風量向量、風網的阻力向量和風網的自然風壓向量；如果某一條風道中未安裝風機，則風機特性曲線二次項系數向量、風機特性曲線一次項系數向量和風機特性曲線常數項向量這三個向量值為空；

步驟3，根據風阻的變化頻率和幅度以及狀態識別周期，將風道劃分為三類，分別為I類風道、II類風道和III類風道；其中，I類風道的風阻狀態固定，II類風道的風阻具有有限個固定狀態，III類風道的風阻動態變化；

步驟4，按照礦井通風地理信息、風道分類、分風解算原理和相對靈敏度優化監測系統布置方案，基于在能夠保證通風系統狀態識別精度的條件下，布置最少數量傳感器的原則，在各風道布置相應類型的傳感器；

步驟5，對于按照S4方法布置傳感器的每一個位置點，基于校正公式(1)，通過多次實測擬合出各傳感器在相應位置點的換算系數A和B；

Ps＝A×Pc+B????(1)

其中，Ps為真實值，Pc為傳感器監測值，A和B為傳感器的地點換算系數；

然后，對于S4中各傳感器在相應位置所測量得到的實測值，在已知各地點換算系數A和B的前提下，使用公式(1)進行計算，將傳感器實測值換算為該位置的校正值，再換算為該位置的標準換算值；

步驟6，計算各風道的自然風壓，設共有N條風道，則對這N條風道，均采用下述方法一，或均采用下述方法二，計算各風道的自然風壓：

方法一：若只測得各風道的空氣密度，則用公式(2)計算自然風壓：

h_ni＝gρ_i(h_i1-h_i2)，i＝1，2，...，N????(2)

其中，h_ni為風道i的自然風壓；ρ_i為風道i的空氣密度，h_i1和h_i2分別為風道i的始點標高和終點標高；其中，需要將進風井或回風井井口高出地面的空氣柱自然風壓疊加到相應風井風道的自然風壓中；

方法二：如果僅測得基準井口的空氣密度和各風道的風流溫度，則用下列公式計算自然風壓：

hni=gρa(1-273+ta273+ti)(hi2-hi1),i=1,2,...,N---(3)]]>

其中，h_ni為風道i的自然風壓；h_i1和h_i2分別為風道i的始點標高和終點標高；t_i為風道i的溫度；t_a和ρ_a是基準井口地面空氣的實測溫度和密度；

步驟7，建立下述的非線性規劃模型：

MinF=Σi∈S1(q1-qin)2+MΣj∈S2(hfj-hfjn)2]]>

Σj=1NBij(hj-hfj-hnj)=0,i=1,2,...,C]]>

s.t.qj=Σk=1CBkjqk,j=1,2,...,N]]>

h_j＝R_j|q_j|^σ-1q_j，σ≥1，j＝1，2，...，N

hfj=A0jqj2+B0jqj+C0j,j=1,2,...,N]]>

R_j≥0，j∈S₃

Rj=Rj0,]]>為常數，j∉S3]]>

其中：C是基本回路數，且假設基本回路對應的獨立風道編號為前C個；

B_ij為已知的基本回路系數；

A⁰_j、B⁰_j、(j＝1，2，...，N)為風道j中的風機特性曲線系數，為初始值但可為零；

R_j，q_j，h_j，h_nj，h_fj分別為風道j中的風阻、風量、阻力、自然風壓和風機風壓；其中，和h_nj(j＝1，2，...，N)為常數，其余均為未知量；

S1為監測風速的風道集合，S2為監測風機風壓的風道集合，S3為待估風阻的風道集合；

σ≥1為已知的流態指數；

和為已知的反演目標值，由監測系統獲得；

M為大于零的常數；

步驟8，步驟1-步驟6得到的各參數作為已知值，求解所述非線性規劃模型，得到所述非線性規劃模型中各個待求的未知量的值，得出所述礦井通風系統的狀態。