[發明專利]一種自適應排瓦斯的礦用局部通風系統及方法

在審

• 申請號: 202110974072.6
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113530872A
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 宋金全;張旭輝;師崗;尚新芒;萬翔;王敏;孫儒齋;薛旭升
• 申請（專利權）人: 西安重裝韓城煤礦機械有限公司;西安科技大學
• 主分類號: F04D27/00
• 分類號: F04D27/00;E21F1/00
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司 61100
• 代理人: 佘文英

本發明公開了一種自適應排瓦斯的礦用局部通風系統及方法。所述的系統包括傳感器、A/D、D/A轉換裝置、模糊PID控制器、PLC風機控制器模塊、數據通訊模塊、變頻器、數據庫。本發明解決了由于掘進工作面瓦斯涌出量具有隨機性和不確定性、并且瓦斯濃度與局部通風機轉速系統處于非線性、多干擾和純滯后的狀態，且不能滿足實際生產需求，從而提升巷道掘進工作面的通風效果，節省了電力資源的消耗和提高了煤礦的安全性。本發明具有良好的實際應用價值，設計合理，實用性強，推廣應用價值高。

技術領域

本發明涉及一種自適應排瓦斯的礦用局部通風方法，同時還涉及一種自適應排瓦斯的礦用局部通風系統

背景技術

隨著我國對煤礦開采安全要求的提高，針對現在煤礦瓦斯抽排存在排放流量固定,不能根據瓦斯濃度變化而進行實時地調整泵送排量等不足，為保證井下瓦斯抽排系統安全、穩定、合理運行,研究并設計一種自適應排瓦斯的礦用局部通風系統,通過結合常規PID和模糊控制的各自優勢,使用模糊算法對PID調節參數進行自適應整定,進而對局部通風機風速進行調節,以實煤礦井下自適應排瓦斯的要求。

發明內容

本發明的目是提供一種自適應排瓦斯的礦用局部通風系統及方法，通過實時煤礦井下瓦斯濃度，保證礦井通風系統的風量、風流的穩定性，達到及時發現和消除煤礦重大安全生產隱患，避免煤礦重大事故的目的。

本發明的技術方案是：一種自適應排瓦斯的礦用局部通風方法，其特征在于，瓦斯傳感器采集巷道中的瓦斯含量數據，經過A/D轉換，傳輸到模糊PID控制器中，對數據預處理，將瓦斯濃度偏差量e和濃度偏差變化率ec作為二維輸入，通過模糊化、模糊推理機和解模糊操作，輸出控制函數u，再將u值經D/A轉換傳輸給PLC風機控制器模塊，PLC風機控制器模塊直接與變頻器的功率進行匹配，把控制數據寫入變頻器，解算控制變頻器的功率，變頻器改變頻率，調節局部通風機電機轉速，使局部通風機風速適應瓦斯濃度。

一種自適應排瓦斯的礦用局部通風方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、通過甲烷傳感器測得礦井下甲烷含量，與預先設定的礦井下瓦斯濃度的標準值進行對比計算，計算得出瓦斯濃度偏差量e和瓦斯濃度偏差變化率ec，e論域為[-.075％,0.75％]，ec論域為[-1.5％,1.5％]，

e＝m₁-p

其中m₁為甲烷傳感器值，p為常數，且瓦斯濃度大于0.75％時必須進行檢查，

e₁為下一時刻瓦斯濃度偏差量，e₂為上一時刻瓦斯濃度偏差量，t為采樣時間間隔，t取1秒；

步驟二、將步驟一計算得到e和ec作為輸入量，輸入到MATLAB程序中，運行得出瓦斯濃度偏差量模糊量E及瓦斯濃度偏差變化率模糊量EC，并得到它們各自所占的7個隸屬度，確定輸入輸出變量語言值的7個模糊子集{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，

再利用得到的隸屬度及對應隸屬度的橫坐標，輸入以下方程中，

其中y為模糊控制器的輸出PID參數的修正因子；u_Ai(x)、u_Bi(y)表示求出的隸屬度，Z_i表示對應隸屬度的橫坐標；由模糊規則表中找出輸出值所對應的隸屬度；選取傳遞函數，其中K_p,K_i、K_d分別是比例增益、積分和微分時間常數，采用Z-N方法，設置PID參數初值為K_P0＝1.2*T/(K*τ)，K_i0＝2*τ，K_d0＝0.5*τ，其中取比例系慣性常數T＝1及純時間延遲常數τ＝065；

K_p、K_d的調整范圍由下確定：