[发明专利]一种基于数字孪生技术的矿井通风设备智能调控系统

说明书

本发明提供一种基于数字孪生的矿井通风设备的智能调控系统和方法，所述系统包括数字孪生系统物理实体、虚拟实体、孪生数据和通风设备智能调控系统；数字孪生系统物理实体包括矿井综掘场景，指掘进工作面、通风系统实体设施及各类传感器；数字孪生系统虚拟实体指对物理实体的虚拟建模环境，真实映射物理实体的数据信息，为通风智能调控系统提供虚拟调试环境；智能调控系统运行于虚拟实体上并作用于物理实体上，是实现虚拟实体和物理实体间实时交互的关键模块；通风系统智能调控系统负责处理孪生数据，通过数据信息生成决策方案，为通风系统设备提供智能决策信息。

技术领域

本发明涉及一种矿井通风设备调控技术领域，特别涉及一种基于数字孪生技术的矿井通风设备的智能调控系统。

技术背景

煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑，煤炭在我国的能源结构中占据重要地位，安全、高效的开采是煤炭领域一直以来的追求目标。矿井通风系统可以供给井下足够的新鲜空气，满足人员对氧气的需要；冲淡井下有毒有害气体和粉尘，保证安全生产；调节井下气候，创造良好的工作环境。在煤矿开采过程中，综掘面会积聚大量瓦斯、粉尘等有害因素，严重影响了采矿人员的生命健康状况。如何高效便捷地降低巷道内有害气体含量，将其控制在安全范围是煤矿开采过程中必须解决的问题。

目前矿井下通常使用固定通风机鼓风、抽风来稀释巷道内的瓦斯和粉尘，这种原始的通风总量控制模式通风效率低，通风设备出风口工作状态不能随着巷道作业环境实时动态调节，当矿井下有害气体浓度出现异常时，通风系统不能很好地感知、调控，通风设备的调控不到位、不及时等问题在关键时刻可能会造成巨大的人员、财产损失。因此，研究矿井下通风系统智能化调控方法，对避免井下财产损失和人员伤亡，从根本上解决煤矿安全问题具有重要的现实意义。

发明内容

为了改进以上所述通风技术问题，本发明目的在于提供一种基于数字孪生技术的矿井通风设备的智能调控系统，实现煤矿内通风系统的优化协同工作，为矿井通风环境优化提供一种有效的解决方案。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于数字孪生技术的矿井通风设备智能调控系统，包括通风设备智能调控系统物理实体、通风设备智能调控系统虚拟实体、通风设备智能决策系统和数字孪生数据，其中：

上述通风设备智能调控系统物理实体指实际煤矿综掘场景，具体涉及综掘过程中的采掘机械设备、通风设备、智能调控设备及多种空气质量探测传感器。

通风智能调控设备可以和多种传感器通过可编程控制器实现对掘进工作面周围的通风机位置参数、出风大小、角度偏转、出风时长等状态参数进行调控。

物理场景中的多种传感器包括风速传感器、瓦斯浓度传感器、粉尘浓度传感器、测距传感器、CO传感器、温度传感器等。数据采集装置将各类传感器采集到的数据发送给信息收集点，信息收集点对传感器数据和设备数据等信息进行统一数据融合整理，实现掘进工作面及掘进工作通道内的各方位温度、风速、粉尘浓度、瓦斯浓度、CO浓度情况的实时采集与感知。

通风设备智能调控系统虚拟实体指物理实体在计算机内的真实映射，虚拟实体实时精准地对物理实体的全要素进行映射，可以为数字孪生系统提供虚拟建模环境，为数据流提供运行环境，为数字孪生系统提供基于深度学习的智能决策运行平台，虚拟实体与物理实体通过各类传感器数据进行模型实时连接，虚拟实体与物理实体基于可编程控制器的开放平台统一框架协议采集物理实体的实时状态数据，通过调用数据驱动虚拟实体中的对应模型，与物理实体形成的仿真数据建立映射关系。同时采用开放平台统一框架协议传输通风设备智能调控的控制数据信息，对通风机的位置参数、出风大小、角度偏转、出风时长等进行实时控制，通过不断的迭代优化采集过程，可实现物理实体和虚拟实体之间的实时感知与交互效果。

上述通风智能决策系统负责处理孪生数据，通过融合数据生成决策信息，为通风设备调控装置提供智能调控方案，取得通风设备的调控参数的迭代优化；