[發明專利]基于實時監測風量的礦井通風系統異常的診斷方法

有效

• 申請號: 201911275114.6
• 申請日: 2019-12-12
• 公開（公告）號: CN110878707B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 井上雅弘;李秉芮;滿天雷;楊滿征;李書波;王偉;陳鳳梅;劉娜
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18;E21F1/00
• 代理公司: 青島錦佳專利代理事務所(普通合伙) 37283
• 代理人: 邵朋程

1.一種基于實時監測風量的礦井通風系統異常的診斷方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、確定礦井通風系統中通風機異常對分支風量的影響

通風網路圖中從進風井口沿著風流方向到達回風井口的節點和分支的交替序列稱為有向通路；

包含通風機i的所有有向通路的集合稱之為通風機i子網路，記為GI；

當通風系統中只有通風機i發生異常、其他通風機和通風網路的風阻無異常時，子網路GI中的分支風量隨通風機i風量的增加而增加、減少而減少，即：

(q′_fi-q_0fi)/(q′_j-q_0j)＞0(i＝1,2,…,f；j∈GI)；

當通風系統中只有一臺通風機時，f＝1，通風機風量的變化率與通風網路中各分支風量的變化率相同，即：

(q′_fi-q_0fi)/q_0fi＝(q′_j-q_0j)/q_0j＝常數；

其中，

i：通風機編號；

GI：包含通風機i的子網路；

f：通風機數量；

j：分支編號；

q_0fi：通風正常時通風機i的風量；

q′_fi：通風異常時通風機i的風量；

q_0j：通風正常時分支j的風量；

q′_j：通風異常時分支j的風量；

步驟二、確定礦井通風系統中分支異常對礦井通風系統風量分布的影響

通風系統中分支j異常時，即通風系統中分支j風阻發生變化時，分支j本身的風量變化最大，離分支j越遠的分支風量變化越小；

兩條分支的距離等于兩條分支間的分支數；

步驟三、礦井通風系統異常診斷

約定礦井通風系統中僅有一處異常；

步驟3.1、風速傳感器的實時監測風量

正常通風時的分支風阻R₀＝(r₀₁,r₀₂,…,r_0j…,r_0b)，設置風速傳感器的分支S＝(s1,s2,…,sj,…,sv)，風速傳感器的分支的實時監測風量和通風機的實時監測風量分別為Q′_s＝(q′_s1,q′_s2,…,q′_sj,…,q′_sv)和Q′_f＝(q′_f1,q′_f2,…,q′_fi,…,q′_ff)；

其中，r_0j：分支j的正常風阻；

b：通風網路中的分支數；

sj：安設傳感器j的分支編號；

v：設置風速傳感器的分支數；

q′_sj：風速傳感器的分支sj的實時監測風量；

q′_fi：通風機i的實時監測風量；

步驟3.2、通風系統正常

如果所有風速傳感器的分支的實時監測風量都等于正常風量，即

q′_sj＝q_0sj(j＝1,2,…,v)；

則通風系統正常；否則通風系統異常，轉步驟3.3；

其中，

q_0sj：風速傳感器的分支S中sj的正常風量；

步驟3.3、通風機異常診斷

步驟3.3.1

將風速傳感器的分支作為固定風量分支、風速傳感器的分支的實時監測風量Q′_s＝(q′_s1,q′_s2,…,q′_sv)作為固定風量、風速傳感器的分支之外的其他分支以r_0j為風阻，進行通風網路解算以求通風網路的風量分布Q′＝(q′₁,q′₂,…,q′_b)；

步驟3.3.2

求|q′_fi-q_0fi|(i＝1,2,…,f)最大的通風機編號，并將該通風機編號記為w；

步驟3.3.3

如果

(q′_fw-q_0fw)/(q′_j-q_0j)＞0(j∈GW)；

則通風機w異常；否則為通風網路中的分支異常，轉步驟3.4；

其中，

w：發生異常的通風機；

GW：包含通風機w的子網路；

q′_fw：通風機w的實時監測風量；

q_0fw：通風機w的正常風量；

步驟3.4、分支異常診斷

步驟3.4.1

求(q′_j-q_0j)/(q′_fw-q_0fw)(j∈GW)最大的分支編號,并將該分支編號記為k；

步驟3.4.2

求離分支k最近的風速傳感器的分支，并將該風速傳感器的分支編號記為sd；

步驟3.4.3

以分支k的風量q′_k為固定風量、其他分支以r_0j為風阻求風量分布Q＝(q₁,q₂,…,q_b)和分支k的風阻r′_k；

步驟3.4.4

如果|q′_sj-q_sj|≤ε(j＝1,2,…,v)，則分支k為異常分支，r′_k為異常分支k的異常風阻，計算結束；

步驟3.4.5

如果|q′_sd-q_sd|＞ε，則以q′_sd為固定風量、r′_k作為分支k的風阻求分支k的風量q′_k，轉步驟3.4.3；

步驟3.4.6

如果|q′_sd-q_sd|≤ε，但|q′_sj-q_sj|＞ε(j∈S；j≠sd)，則分支k不是異常分支，從與分支k連接的分支中選取(q′_j-q_0j)/(q′_fw-q_0fw)(j∈GW；j≠k)最大的分支，并將該分支的編號記為k，轉步驟3.4.3；

其中，

k：異常分支編號；

q_sj:分支k的風量q′_k為固定風量時風速傳感器的分支sj的計算風量值；

q′_k：異常分支k的異常風量；

r′_k：異常分支k的異常風阻；

sd：離分支k最近的風速傳感器的分支編號；

q′_sd：風速傳感器實時監測的分支sd的風量；

q_sd:分支k的風量q′_k為固定風量時風速傳感器的分支sd的計算風量值；

ε：設定的計算精度。