[發明專利]一種煤礦局部通風參數精準監測與異常預警系統及方法

有效

• 申請號: 202010884560.3
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112177661B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 王凱;郝海清;蔣曙光;吳征艷;裴曉東;奚弦;郭朝偉
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21F1/02
• 分類號: E21F1/02;E21F1/00;E21F1/08;E21F17/18;G01P5/16;G01P5/165;G01L13/00;G01D21/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

1.一種煤礦局部通風參數精準監測與異常預警系統，其特征在于：包含局部通風風量準確監測分析模塊、局部通風功耗分析模塊、局部通風風量供需匹配分析模塊、局部通風故障研判預警模塊；

其中，局部通風風量準確監測分析模塊，用于對掘進巷道通風參數的準確測定與采集，包括風筒內靜壓、動壓、風流溫度、巷道風速，并依據監測參數快速精準計算風筒內的平均風速、風量，同時利用風量平衡定律對計算風量進行反演解算交叉驗證；

局部通風功耗分析模塊，用于計算分析風筒的百米漏風率與百米風阻，生成風筒內部風阻的動態分布圖，快速定位阻力異常的位置，基于監測監控系統，獲取局部通風機吸風量、風壓、電機功率的動態顯示，對各節風筒的風量、風壓進行對比分析，計算整個風筒的風量損失與風壓損失比例，建立局部通風的沿程損失動態分析模型；

局部通風風量供需匹配分析模塊，用于對掘進工作面需風量的超前模擬和研判，基于監測監控系統，對掘進工作面需風量、風筒沿程的風量、風壓損失，以及瓦斯涌出量提前預測，依據多元監測信息，預測局部風機總供風量，進而確定最佳的風量供需匹配調控方案；

局部通風故障研判預警模塊，用于對局部通風異常事件前兆信息的快速識別，運用貝葉斯網絡算法對局部風機和各種傳感器設備的健康狀況進行診斷，利用粗糙信息收集理論和遺傳算法提取局部通風故障狀態的特征樣本和前兆信息，建立局部通風故障特征庫，基于支持向量機的分類器和回歸器建立局部通風故障決策規則，對故障原因和故障位置快速識別定位，實現局部通風狀態的發展態勢研判預警；

所述局部通風功耗分析模塊包括風筒阻力參數計算子模塊、風筒阻力異常分布可視化子模塊、局部通風沿程損失動態分析模塊；

風筒阻力參數計算子模塊，用于為程序調取由局部通風風量準確監測分析模塊測得各段風筒測點的靜壓P_i、動壓h_vi、測點處風流密度ρ_i和兩個測點間的標高差Z，由伯努利能量方程得到第k測點與第j測點之間的風筒阻力為：

第k測點與第j測點之間的風筒百米漏風率為：式中：L為倆測點之間的距離，單位為m；Q_k，Q_j為測點k和測點j處的風量，單位為m³/s；

第k測點與第j測點之間的百米風阻為：式中：R₁₀₀為百米風阻，單位為N˙S²/m⁸；h_k,j為倆測點之間的通風阻力，單位為Pa；

風筒阻力參數計算子模塊用于計算任意倆測點之間的風筒阻力參數并上傳至地面監測中心數據庫；

風筒阻力異常分布可視化子模塊，用于調取風筒阻力參數計算子模塊計算得到的包括風筒阻力、百米風阻、百米漏風率在內的風筒阻力參數，程序繪制局部通風三維可視化圖形，各段風筒的阻力參數對應三維圖形相應的位置，風筒內阻力越大的位置，對應顏色越深，實現對風筒阻力分布實時可視化顯示；依據數據計算測點段的前后相鄰處的阻力參數差，實時巡檢找出那些風筒阻力參數高于前后相鄰測點段的位置，設置一定的異常閥值，阻力參數差超出指定異常閾值的風筒段被定義為阻力異常狀態，并快速定位于哪個測點段的阻力異常以及異常原因，提醒技術人員解決；

所述局部通風沿程損失動態分析模塊為依據監測監控系統和局部通風風量準確監測分析模塊獲取的局部風機的風量Q、風壓H、傳動效率η_c、風機效率η，每度電的單價為e，首、末節風筒的風量分別為Q_首，Q_末，首、末節風筒的靜壓分別為P_首，P_末，首、末節風筒的動壓分別為h_首，h_末，則風機的有功功率為：單位時間的局部通風電費為：風筒供風段的漏風量為：Q_損＝Q_首-Q_末，風筒供風段的風壓損失為H_損＝(P_首-P_末)+(h_首-h_末)，風筒供風段沿程損失的功率根據以上公式，建立局部通風的沿程損失動態分析模型，全方面匯總分析局部通風的功耗損失。